计算机网络基础培训

1、计算机网络技术培训计算机网络技术培训网络与教育技术中心2013年6月内容内容I.网络基本概念II.网络原理III.以太网技术IV.TCP/IP技术V.广域网及互联网技术I.网络基本概念网络基本概念1.什么是网络?2.网络的结构3.网络发展简史4.网络的分类1、什么是网络、什么是网络?l定义：将地理位置不同，并且具有独立的功能的计算机系统，通过通信设备和通信链路连接起来，在网络软件的支持下，实现彼此之间的数据通讯和资源共享的系统，称之为计算机网络。l构成网络的基本组件：l有独立计算能力的终端：PC机、UNIX服务器等l通信设备：路由器、交换机、网卡、调制解调器等l通信链路：铜缆、光缆、无线电波等

2、l通信协议：TCP/IP等l通信软件：浏览器、邮件客户端软件等2、网络的结构、网络的结构l计算机网络通常由三个部分组成,它们是：l通信子网，就是计算机网络中负责数据通信的部分；l资源子网，是计算机网络中面向用户的部分，负责全网络面向应用的数据处理工作；l通信协议，是通信双方必须共同遵守的规则和约定。它的存在与否是计算机网络与一般计算机互连系统的根本区别。 计算机网络计算机网络=通信技术通信技术+计算机技术计算机技术3、网络发展简史、网络发展简史l1957-计算机有了“互联”的需求 在苏联发射人造地球卫星时，比尔在苏联发射人造地球卫星时，比尔盖茨只有两岁。艾森豪威尔忧心忡忡。为盖茨只有两岁。艾森

3、豪威尔忧心忡忡。为使美国在军事科技上处于领先水平，他批准建立了使美国在军事科技上处于领先水平，他批准建立了“高级研究规划局高级研究规划局”（ARPA）。从此展开了空间军备竞赛。）。从此展开了空间军备竞赛。 越来越多的政府机构装备了计算机。大学也开始安装它们。政府和大学之间越来越多的政府机构装备了计算机。大学也开始安装它们。政府和大学之间进行着数据的交换。多数交换工作是秘密进行的，这件事情不可能依赖美国邮政。进行着数据的交换。多数交换工作是秘密进行的，这件事情不可能依赖美国邮政。 一小群科学家解决了怎样将计算机连到一起以共享信息，这样，信息时代已一小群科学家解决了怎样将计算机连到一起以共享信息，

4、这样，信息时代已作好了再次起飞的准备。作好了再次起飞的准备。 3、网络发展简史、网络发展简史l1962互联网的雏形互联网的雏形ARPANET 投入运营投入运营 美国空军由于担心对美国的核攻击可能会中断重要的通信线路，因此美国空军由于担心对美国的核攻击可能会中断重要的通信线路，因此委托兰德公司进行生存研究。委托兰德公司进行生存研究。1962 年提出的问题是怎样建立一个分散的年提出的问题是怎样建立一个分散的网络，使得如果某个站点或路径被毁坏，对核轰炸机和导弹发射器的命令网络，使得如果某个站点或路径被毁坏，对核轰炸机和导弹发射器的命令和控制仍然可以进行。和控制仍然可以进行。 1968年，年，ARPA

5、在一个合同中要求连接四台计算机，这四台计算机在一个合同中要求连接四台计算机，这四台计算机分布在：斯坦福研究所，加利福尼亚大学座落在洛杉矶和圣分布在：斯坦福研究所，加利福尼亚大学座落在洛杉矶和圣巴巴拉的分巴巴拉的分校，以及犹他大学。表面上是作为一种研究方法，只有少数人知道真正的校，以及犹他大学。表面上是作为一种研究方法，只有少数人知道真正的原因。原因。3、网络发展简史、网络发展简史l1972电子邮件和电子邮件和TCP/IP协议诞生协议诞生 1972年发生了几件事。年发生了几件事。ARPA归入了美国国防部并改名为归入了美国国防部并改名为DARPA。主计算。主计算机的数量增到了机的数量增到了24台。

6、最重要的事件是由台。最重要的事件是由BBN的的Ray Tomlinson引发的；他在地引发的；他在地址中加了一个址中加了一个符号，创造了电子邮件。符号，创造了电子邮件。 第二年，斯坦福来的第二年，斯坦福来的Vinton Cerf和和DARPA来的来的Bob Kahn开始研究一种新开始研究一种新的协议。他们为其起名为传输控制协议（的协议。他们为其起名为传输控制协议（TCP）。在一篇关于）。在一篇关于TCP的论文中，的论文中，Cerf和和Kahn杜撰了术语杜撰了术语Internet。 增加增加ARPANET上的用户数目和要求在不同平台间进行通信使上的用户数目和要求在不同平台间进行通信使TCP进一步

7、改进一步改进为进为TCP/IP，即，即Internet协议组。协议组。3、网络发展简史、网络发展简史l1981PC出现出现 1976年开始出现用于个人计算处理的个人电子处理器（年开始出现用于个人计算处理的个人电子处理器（PET）。）。 蓝色巨人于蓝色巨人于1981年将年将IBM PC投放市场。在数年内，又提供了投放市场。在数年内，又提供了IBM XT。这是。这是当时的技术奇迹。它几乎占据了桌面系统的全部市场，这种机器有当时的技术奇迹。它几乎占据了桌面系统的全部市场，这种机器有10MB硬驱，硬驱，其其RAM可扩展为可扩展为2MB。 两年后，在史蒂夫两年后，在史蒂夫乔布斯引入了乔布斯引入了Appl

8、e Macintosh（Mac）时，个人机市场）时，个人机市场的竞争进入了白热化状态。的竞争进入了白热化状态。Mac利用其用户友好的操作系统争得了一大块市场份利用其用户友好的操作系统争得了一大块市场份额。额。Mac的用户无需费劲地从键盘启动应用程序，然后再打开要处理的文件，他的用户无需费劲地从键盘启动应用程序，然后再打开要处理的文件，他们只需在某个图标上点击一下，机器会做其余的工作。们只需在某个图标上点击一下，机器会做其余的工作。3、网络发展简史、网络发展简史l1984用户数量开始增多用户数量开始增多 在国家科学基金会（在国家科学基金会（NSF）的大力支持下，二十世纪）的大力支持下，二十世纪8

9、0年代初，连接世界教年代初，连接世界教育单位的计算机网（育单位的计算机网（BITNET）、计算机科学网（）、计算机科学网（CSNET）、军用网（）、军用网（MILNET）等相继出现。组成了等相继出现。组成了Internet活动委员会（活动委员会（IAB）。这段时间中最引人注目的进展）。这段时间中最引人注目的进展是是CSNET的升级，它采用了的升级，它采用了T1线，允许数据的速率从线，允许数据的速率从56K跳到跳到1.5Meg。当年用。当年用户数就达到了户数就达到了1000左右，次年达到了左右，次年达到了2000。3、网络发展简史、网络发展简史l1988用户数剧增用户数剧增到到1988年，年，I

10、nternet用户数超过了用户数超过了56000；多数都是专线连接。；多数都是专线连接。NSF禁止禁止Internet用于商业目的。用于商业目的。专用电子公告牌建立了一种将世界各地的人员连接在一起的方法。在一个月内，专用电子公告牌建立了一种将世界各地的人员连接在一起的方法。在一个月内，你可以和过去不可能有机会相识的人交换好几次意见。任选一个主题，都能找到你可以和过去不可能有机会相识的人交换好几次意见。任选一个主题，都能找到有关它的许多资料。有关它的许多资料。调制解调器制造者之间展开了激烈竞争，正确早日在普通电话线上最先达到调制解调器制造者之间展开了激烈竞争，正确早日在普通电话线上最先达到240

11、0波特。波特。3、网络发展简史、网络发展简史l1992World Wide Web 最重要的发明之一最重要的发明之一- World Wide Web出现了，同一年，注册主机的数目超过出现了，同一年，注册主机的数目超过了一百万。了一百万。在创造了在创造了Web后仅仅两年，国家科学基金会就放弃了它加在后仅仅两年，国家科学基金会就放弃了它加在Internet上的商业限上的商业限制。这个举动导致了一次实际的大爆发。商务活动乘机大举进攻，在制。这个举动导致了一次实际的大爆发。商务活动乘机大举进攻，在Intermet网网上攻城掠地。上攻城掠地。据报道，据报道，Internet在在1998年末已经有年末已经

12、有7400万个以上的域名。万个以上的域名。自此，自此，Internet开始蓬勃发展！开始蓬勃发展！4、网络的分类、网络的分类A.按拓扑结构划分B.按网络覆盖范围划分C.按网络体系结构划分A、按拓扑结构划分、按拓扑结构划分l拓扑的概念l抛开网络中的具体设备，把工作站、服务器等网络单元抽象为“点”，把网络中的电缆等通信介质抽象为“线”，这样从拓扑学的观点看计算机和网络系统，就形成了点和线组成的几何图形，从而抽象出了网络系统的具体结构。这种采用拓扑学方法抽象出的网络结构称为计算机网络的拓扑结构。l局域网常见拓扑结构l总线型l星型l环型A、按拓扑结构划分、按拓扑结构划分l总线拓扑结构l总线拓扑结构采用

13、一条公共总线作为传输介质，各个节点都接在总线上。总线的长度可以使用中继器来延长。l优点：总线网的通信电缆投资少，整个网络结构简单、灵活，易于扩充。它是一种具有弹性的体系结构。l缺点：故障率较高，总线在任何一点断了，就会影响整个网络的工作，造成网络瘫痪；网络一旦出了故障，诊断故障困难，这个缺点对网络安全性影响很大，这也是总线网络不再流行的原因。A、按拓扑结构划分、按拓扑结构划分l星型拓扑结构l星型拓扑也称集中型结构，它由一个中心节点和分别与它单独连接的其他节点组成。现在常用集线器(Hub)作为中心节点。l优点：结构简单，节点的增加或减少实现容易。由于所有的通信都要通过中央节点，故中央节点的处理能

14、力往往成为影响网络性能的主要因素。l缺点：电缆总的长度较长，增加了投资；对中心节点的依赖性很强，中心节点一旦有故障，则整个网络就会停止工作。A、按拓扑结构划分、按拓扑结构划分l环型拓扑结构l环型拓扑结构又称分散型结构，它的每个节点仅有两个邻接节点，这种网络结构中的数据总是按一个方向逐节点沿环传递，即一节点接受上一节点传来的数据，由它再发送给下一节点。l优点：由于需要的连接少，增加了网络的可靠性；可采用光纤作为传输介质，也可采用混合介质。l缺点：由于本身结构的特点，当一个节点出故障时，整个网络就不能工作；对故障的诊断困难，网络重新配置也比较困难。 B、按网络覆盖范围划分、按网络覆盖范围划分l局域

15、网局域网l局域网简称LAN（Local Area Network）局域网一般在几十米到几公里范围内，一个局域网可以容纳几台至几千台计算机。l局域网分类：以太网、令牌环网、FDDI等。B、按网络覆盖范围划分、按网络覆盖范围划分l广域网广域网l广域网简称WAN（Wide Area Network），广域网是将分布在各地的局域网络连接起来的网络，是“网间网”（网络之间的网络）。l广域网类型：帧中继、X.25、PSTN、ISDN、DDN、ADSL、LAN接入等。B、按网络覆盖范围划分、按网络覆盖范围划分l城域网城域网l城域网简称MAN（Metropolis Area Network），城域网是规模局限

16、在一座城市的范围内的区域性网络。城域网的速度比广域网快，符合宽带趋势，因此现在发展很快。与局域网相比，城域网具有分布地理范围广的特点，一般来说，城域网的覆盖范围介于10100公里之间。C、按网络体系结构划分、按网络体系结构划分lTCP/IP网络lOSI/ISO网络lIPX/SNA网络lX.25/Frame Relay/ATM网络lII.网络原理网络原理1.网络计算基础2.网络协议3.网络带宽与吞吐量4.信号与数据5.网络介质6.网络设备7.OSI参考模型8.对等层通讯1、网络计算基础、网络计算基础A.数据的二进制表示B.数据的十进制和十六进制表示C.二进制和十进制之间的转换D.数据的点分十进制

17、表示E.布尔计算A、数据的二进制表示、数据的二进制表示l计算机仅能识别电平的“高”和“低”l二进制的0和1刚好代表电平的两个状态l所有的信息都由字符组成或可以转换成字符l为了在计算机中表示每个字符，美国国家标准委员会设计了一套字符的二进制表示方案，即ASCII码A、数据的二进制表示、数据的二进制表示l二进制表示的ASCII字符串B、数据的十进制和十六进制表示、数据的十进制和十六进制表示l十进制是生活中使用最多的计数方式l十六进制在某些场合代替二进制，以减少表达式的长度C、二进制、十进制之间的转换、二进制、十进制之间的转换l二进制转十进制l十进制转二进制D、数据的点分十进制表示、数据的点分十进制

18、表示E、布尔计算、布尔计算l“与（AND）” 预算操作数1操作数2运算结果000010100111E、布尔计算、布尔计算l“或（OR）” 运算操作数1操作数2运算结果000011101111E、布尔计算、布尔计算l“非（NOT）” 运算操作数运算结果01102、网络协议、网络协议l网络协议的概念l随着网络的发展，不同的开发商开发了不同的通信方式。为了满足互联互通的需要，网络中的所有主机都必须使用同一语言，因而必须开发严格的标准定义主机之间的每个包中每个字中的每一位。l这些标准来自于多个组织（国际标准化组织，如ISO）的努力，约定好通用的通信方式，即协议。l网络协议的代表有TCP/IP、IPX/

19、SPX、NETBEUI 等3、网络带宽与吞吐量、网络带宽与吞吐量l带宽定义l在模拟通信系统或传输介质中，所说的“带宽”是指信号频率的通频范围，即一个介质能传输的最高频率和最低频率之间的差异，单位为“Herz”。带宽是有限的，这是由物理介质的性质决定的双绞线，几Mhz到几十Mhz光缆，几百Mhz至几十Thz同轴电缆，几十Mhz到1Ghz无线电波，3Khz到几十Ghzl而数字通信系统中“带宽”，理论上是指传输信道的信道容量，也即信道中传递信息的最大值，单位为“bps”。这也是我们通常所说的带宽。3、网络带宽与吞吐量、网络带宽与吞吐量3、网络带宽与吞吐量、网络带宽与吞吐量l网络吞吐量l特定时刻，采用

20、特定路由下载特定数据时所利用的网络带宽l带宽与吞吐量的联系与区别l带宽是特定介质在特定信号编码状态下的理论最高传输速率，只与介质本身性质、编码状态等有关l吞吐量是特定时段特定应用能利用到的实际网络带宽，不仅和介质及信号编码方式相关，还与网络设备、要传输的数据、网络上的用户数（与拥挤程度相关）、用户本身的终端、服务器等多种因素有关l一般来讲，吞吐量带宽3、网络带宽与吞吐量、网络带宽与吞吐量l带宽和吞吐量比较，举例：l一条公路理论上一小时可以通过1000辆车（类似带宽）l由于下述原因，实际通行能力只有600辆（类似吞吐量）l驾驶员的水平l各种车辆车况不同，车速快慢不同l红绿灯4、信号与数据、信号与

21、数据l信号l携带有信息的电平、光或经过调制的电磁波l信号分为模拟信号和数字信号l模拟信号：用连续变化的电磁波表示数据，如电话线上的语音信号l数字信号：用电压脉冲序列表示数据，如计算机或网络设备产生的表示特定信息的二进制脉冲信号4、信号与数据、信号与数据l模拟信号的特点：l波动性；l持续变化；l模拟信号相对不易衰减，但抗干扰能力弱l衰减后，需要放大器来放大，噪声分量和信号同时被放大。4、信号与数据、信号与数据l数字信号的特点：l离散性；l跃变性；l数字信号传输时容易衰减，但抗干扰能力强l放大设备为中继器，噪声会得到明显抑制5、网络介质、网络介质l定义：传输介质是数据传输中连接各个数据终端设备的物

22、理介质。信息的传输是从一台计算机传输给另一台计算机，或从一个节点传输到另一个节点，都是通过通信介质实现的。5、网络介质、网络介质l双绞线l双绞线是用四对相对独立的、两两扭在一起的绝缘铜线组成的通信介质。l特点：l抗干扰能力较强，在模拟或数字传输中普遍使用。l单位长度的缠绕数量越多，抗噪性越好，但传输衰减越大。l价格便宜，使用灵活，较高的网络传输速度；但易遭物理伤害l两类双绞线l非屏蔽双绞线（UTP）l屏蔽双绞线（STP）5、网络介质、网络介质屏蔽双绞线屏蔽双绞线（STP） 非屏蔽双绞线非屏蔽双绞线（UTP）5、网络介质、网络介质l常见的双绞线类型l 1 类线（CAT1）：包括两个电线对。1 类

23、适用于话音通信，而不适用于数据通信。l 2 类线（CAT2） ：括四个电线对。数据传输速率可以达到4Mbps。但由2 类很少用于现代网络中。l 3 类线（CAT3） ：包括四个电线对。数据传输速度最高可达10Mbps 。3 类一般用于10Mbps的Ethernet或4Mbps的Token Ring 。l 4 类线（CAT4） ：包括四个电线对。能支持高达10Mbps的吞吐量，可用于16Mbps的Token Ring 或10Mbps的Ethernet网络中。l 5 类线（CAT5） ：包括四个电线对，支持100Mbps 吞吐量和100Mbps 信号速率。l 增强5 类线：5 类线的更高级别的版本

24、，吞吐量是常规5 类线容量的2 倍。5、网络介质、网络介质l同轴电缆l同轴电缆由内导体铜制芯线、绝缘层、外导体屏蔽层及塑料保护外套构成。同轴电缆具有较高的抗干扰能力，其抗干扰能力优于双绞线。网络上使用的同轴电缆分为粗缆和细缆两种。l同轴电缆的绝缘体和防护屏蔽层，使得它对噪声干扰有较高的抵抗力。所以在信号必须放大之前，同轴电缆能比双绞线电缆将信号传输得更远，当然，它不如光缆传输信号的距离远。l另一方面，同轴电缆要比双绞线电缆昂贵得多，l通常只支持较低的吞吐量。l同轴电缆要求网络段的两端必须通过一个终端电阻器（终结器）进行终结，否则信号将在电缆的两端不断反射。5、网络介质、网络介质l粗缆l Thi

25、cknet电缆，也被称之为Thickwire Ethernet 。它是一种用于原始Thicknet 网络大约 厘米厚的硬同轴电缆。由于这种电缆常用一层黄色封套覆盖， Thicknet 有时也被称为yellow Ethernet 。lIEEE将Thicknet 命名为10Base5 Ethernet。 “10 ”代表10Mbps的吞吐量，“Base ”代表是基带传输，“5 ”代表了Thicknet 电缆的最大段长度为500米。l吞吐量根据IEEE802.3标准，Thicknet传输数据的最大速率是10Mbps 。它使用基带传输。l成本：Thicknet 比光缆便宜得多，但比其他类型的同轴电缆，如

26、Thinnet ,要昂贵得多，比双绞线贵的更多。5、网络介质、网络介质5、网络介质、网络介质l细缆lThinnet ，也被称为Thin Ethernet 。在20世纪80年代是用于Ethernet 局域网的很流行的介质。 Thinnet很少用于现代网络中，但在20世纪80年代安装的网络中，或在一些较新的小型办公室或家庭办公室局域网中可能会发现Thinnet 。lIEEE将Thinnet命名为10Base2 Ethernet ，其中1 0 代表了它的数据传输速度为1 0 M b p s ，B a s e 代表了它使用基带传输，2 代表了它的最大段长度为185（或粗略为2 0 0 ）米。由于Thi

27、nnet 黑色的外罩，它也被称为black Ethernet 。lThinnet电缆直径大约为0.6 4 c m ，这使得它比Thicknet 更加灵活，也更易于处理和安装。l成本：Thinnet比Thicknet 和光缆便宜得多，但比双绞线电缆昂贵。由于这个原因，Thinnet有时也被称为“Cheapnet ”。5、网络介质、网络介质5、网络介质、网络介质l光缆l光缆（即光纤）是用极细的玻璃纤维或极细的石英玻璃纤维作传输媒体，即光导纤维。光缆传输是利用激光二极管或发光二极管在通电后产生光脉冲信号，这些光脉冲信号经检测器在光缆中传输。光导纤维被同轴的塑料保护层覆盖。5、网络介质、网络介质l光纤

28、5、网络介质、网络介质l光纤的特征l吞吐量l纯的玻璃纤维束每秒可接收高达1 亿个激光脉冲l目前光缆可以以每秒1 0 G B 的速度可靠地传输数据l在不久的将来，光纤传输速率将进一步增加l成本l光缆是一种最昂贵的电缆，单位长度的价格高于其它类型的介质l光纤网卡和光纤交换机的价格也源高于UTPl光缆的熔接和安装费用也远高于其它介质5、网络介质、网络介质l光纤的特征l连接器：光缆可以使用许多不同类型的连接器。包括SC、ST或FC等类型。l抗噪性：光缆不受电磁辐射的影响。它的强抗噪性也是光缆能长距离传输而无需中继的一个原因。尺寸和可扩展性：光缆无中继能传输的最大距离取决于光缆的类型、光波发送元件的功率

29、和传输速率。正常情况下，单模远于多模；高功率发射远于低功率；降低传输速率也可大大提高传输距离。l 5、网络介质、网络介质l无线网l无线网采用电磁波作为传输介质，不受传统介质束缚l无线网的可达范围由具体无线网络协议决定，常用的无线网络协议标准有：l802.11b，2.4Ghz，11Mbpsl802.11a，5Ghz，54Mbpsl802.11g，2.4Ghz，54Mbpsl802.11n，5Ghz，108Mbpsl无线网的主要设备包含无线交换机、无线路由器、无线网卡、无线访问接入点（AP）等5、网络介质、网络介质无线网卡无线 AP6、网络设备、网络设备A.中继器B.集线器C.网桥D.交换机E.路

30、由器F.网关A、中继器（、中继器（Repeater）l在网络中，网络连线有一定的长度限制，否则传输距离太长，将导致传输的信号衰减太多而造成传输数据出错。为了扩展网络联接的总跨度，可用中继器将两个单段电缆连接起来。中继器是一个能持续检测电缆中模拟信号的硬设备，工作于网络的物理层，当它检测到一根电缆中有信号来时，中继器便转发一个放大了的信号到另一根电缆。服务器中继器服务器B、集线器（、集线器（Hub）l集线器仅将分散的用于连接网络设备的线路集中在一起，以便于网络管理与维护。集线器类似于多路中继器，除完成集线功能以外，还具有信号再生功能。C、网桥（、网桥（Bridge）l桥是一种存储转发设备，用来连

31、接类型相似的网络。桥是一种存储转发设备，用来连接类型相似的网络。l根据需要，根据需要，转发或不转发转发或不转发EthernetEthernet帧帧l网桥不改变网桥不改变E Ethernetthernet帧帧的源或目标地址的源或目标地址服务器网桥网桥服务器网段1网段2D、交换机（、交换机（Switch）l交换机是第二层设备交换机是第二层设备l交换机使用硬件来桥接帧交换机使用硬件来桥接帧l交换机通常有多路径底板或某种交换结构交换机通常有多路径底板或某种交换结构l交换机用于交换多个网段的帧交换机用于交换多个网段的帧l从本质上来说，是个快速网桥从本质上来说，是个快速网桥E、路由器（、路由器（Route

32、r）l它是第三层设备它是第三层设备l它能支持多个链路的复杂网络它能支持多个链路的复杂网络l它来决定数据包在网络中如何传递它来决定数据包在网络中如何传递RouterRouterSERVERRouterSERVER子网1子网2子网3F、网关（、网关（Gateway）l互连非兼容网络互连非兼容网络l通过若干层通过若干层OSI完成协议转换完成协议转换HOSTGatewayTCP/IP网络封闭的主机系统，采用非非TCP/IP协议7、OSI参考模型参考模型l什么是OSI模型lOSI全称是开放系统互联模型（Open System interconnection）l早期开发的计算机系统，各自设计了自己的通信模

33、型，彼此之间，包括与TCP/IP之间存在严重的通讯兼容性问题lDECnet（DEC公司开发的协议族，支持DEC小机之间的通信）lSNA（IBM 系统网络架构，支持IBM小机之间的通信）lTCP/IPl为解决各类计算机系统之间的通信兼容性问题，需设立一个各厂家均需遵循的统一标准，OSI模型因此出现。7、OSI参考模型参考模型lOSI参考模型l七层结构，各层有明确的功能划分，层与层之间有标准的接口l物理层（Physical Layer），二进制传输，规定物理、机械、电子方面的接口标准，如完成0、1的有序传输，时序的控制，针脚的定义等l数据链路层（Data Link Layer），规定链路控制和介质

34、访问方法，包括帧的定义和识别、帧传输中的流控、决定哪个主机对链路有访问的权限等l网络层（Network Layer），网络层编址及路径选择l传输层（Transport Layer），主机和主机之间的端对端通信，关心数据包传输可靠性l会话层（Session Layer），负责各主机应用程序之间会话的建立、维持和终结，如对话控制、令牌管理和断点续传的实现l表示层（Presentation Layer），定义数据格式、数据结构，协商数据传输语法 ，如在不同的主机之间定义“统一”的数据结构，执行原始数据结构和标准数据结构之间的转换等问题。l应用层（Application Layer），为应用程序之间数

35、据传输解决其它不兼容问题（如不同终端的字符显示、文件传输时的名称转换等）7、OSI参考模型参考模型l采用OSI模型的优点l将网络通信分成更小更好管理的几部分l对网络组件实行标准化，方便不同厂家之家的开发和支持，而不用担心互联互通问题l允许不同类型的网络软件或硬件彼此通信l防止某一层的局部变化影响其它部分l将网络通信进行分层，方便学习和理解8、对等层通信、对等层通信l定义：为了源和目的主机通信，源主机中OSI的每一层都要和目的主机OSI模型中的对应层进行通讯，这个过程叫做对等层通信。l每一层需要与对等层交换的信息组成的单元叫PDU，全称是“协议数据单元”l假设两台主机A和B的n对等层需要通信。首

36、先A主机需要将n层的PDU传递给本机的下一层即n-1层，并以n-1层的地址格式增加主机A和B的地址信息（源地址和目的地址），这个过程叫“数据封装”。l按照封装在PDU里面的B主机的n-1层地址信息，PDU由主机A的n-1层传送至主机B的n-1层，这个过程就是“对等层通信l当包含地址信息的PDU到达主机B的n-1层后，主机B的n-1层会去掉本层的地址信息，并将PDU “上交”本机的第n层，这个过程叫“数据解封装”。8、对等层通信、对等层通信l数据封装过程8、对等层通信、对等层通信l对等层通信III. 以太网技术以太网技术1.什么是以太网?2.以太网和OSI模型3.以太网的帧格式4.介质访问控制5

37、.以太网的自动协商机制6.IEEE 802.3以太网标准7.以太网交换技术8.数据在网络中的传输1、什么是以太网？、什么是以太网？l以太网（Ethernet）是一种最典型的局域网技术l以太网的发展源于如何解决在一个共享网段上同时支持几台机器之间的数据传输时的冲突问题，最后发展起来的协议叫做具有冲突监测功能的载波侦听，多路访问介质访问方法（CSMA/CD ）l以太网的传输速率也随着采用的网络介质的升级而不断提高，现在已经由最初的3Mbps到了现在的10Gbpsl高速以太网的传输距离也随着技术的不断发展逐渐超出了传统的局域网范畴，现在的10G以太网可以到达80KM2、以太网和、以太网和OSI模型模

38、型l以太网的规范覆盖了OSI模型的物理层和数据链路层的底层（MAC子层）lL1不能和上层通信，L2通过LLC与上层（Network Layer）通信lL1不能识别计算机，L2通过给计算机编址解决lL1描述数据位，L2通过帧描述数据位组合lL1不能解决某一时刻哪个主机发送数据的问题，L2通过介质访问控制协议解决2、以太网和、以太网和OSI模型模型所有以太网技术严格遵守OSI参考模型各以太网技术在OSI模型中有相同的部分，也有不同的部分底层有区别但上层一致，给逻辑链路子层及网络层提供一致性服务3、以太网的帧格式、以太网的帧格式l帧是第二层的协议数据单元（PDU），它是一条符合一定特征的二进制流l帧

39、能解决如下问题或提供相关信息：l哪两个主机正在通信l特定主机的通信何时开始，何时结束l提供某种手段监测传输中的错误l现在轮到哪个主机“发言”3、以太网的帧格式、以太网的帧格式l帧的格式lStart frame field ，特定的位流，表示这是一个以太帧的开始lAddress field ，参与通信的两台主机的MAC地址lLength / type field ，帧的长度或上层协议的类型，部分类型帧（802.3）有长度域，部分帧有类型域（Ethernet II）lData field ，帧的内容，上层（网络层）数据报文lFrame check sequence field ，Data Fiel

40、d的校验和3、以太网的帧格式、以太网的帧格式l以太网的编址方式 l48位，24位是厂商代码，24位是序列码l一般用16进制表示lMAC地址出厂时烧录到网卡中，不能更改4、介质访问控制、介质访问控制lMAC指的是共享局域网上的计算机访问控制方法l介质访问控制协议分为两类：l确定性MAC协议l应用在Token Ring或FDDI网络l计算机在发送数据前需先获得令牌，在一定的时间内发送数据，过后必须释放令牌。没有获得令牌的计算机必须等待l非确定性MAC协议 lCSMA/CD，具有冲突检测功能的载波侦听多路访问控制方法，应用在Ethernet网络l计算机在发送数据前，会检测链路是否正在被占用；如果没有

41、，则发送数据；如果两台计算机同时检测链路空闲并发送数据，则两份数据会发生碰撞，遇到这种情况，所有计算机会退等一段随机的时间，再重新发送。4、介质访问控制、介质访问控制 主机在发送数据前首先进行载波侦听，检查链路是否空闲 两台主机同时检测到链路空闲，发送数据 发生冲突 链路上广播拥塞信号，所有主机各自退避，等待一个随机时间，再重新发送数据5、以太网的自动协商机制、以太网的自动协商机制l以太网上的通信双方，通过发送协商脉冲来商定双工模式和速率等参数，无需手工设定l双工模式l全双工，双方可同时进行信息收发l半双工，同一时刻只有一方发送或接收数据6、IEEE 802.3以太网标准以太网标准10BASE

42、5，50欧姆粗缆，500米10BASE2，50欧姆细缆，185米10BASE-T，100欧姆UTP，100米100BASE-TX，100欧姆UTP，100米100BASE-FX，多模光缆，300米1000BASE-T，100欧姆UTP RJ45，100米1000BASE-SX，多模光纤，200米至500米1000BASE-LX，多模光纤，550米1000BASE-LX，单模光纤，5000米 所有以太网标准具有相同的帧格式、链路层编址方式和CSMA/CD的介质访问控制方法；仅区别在物理介质和物理层信令编码方式6、IEEE 802.3以太网标准以太网标准7、以太网交换技术、以太网交换技术l共享以太

43、网的瓶颈l以太网帧传输采用的是广播机制，介质的共享属性决定了信道独占的必然结果，当节点数量增加时冲突在所难免，单个节点能获得的有效带宽大大降低l解决冲突的办法l采取网桥或交换机，减小冲突域的范围，提高链路利用效率和有效工作时间7、以太网交换技术、以太网交换技术 初始状态： 网桥里保存了一个MAC地址和Port的对应表，初始情况下表是空的。网桥的工作原理网桥的工作原理7、以太网交换技术、以太网交换技术 第1步： Host A向Host B发送数据包，Host B和网桥Port 1同时收到数据帧； 网桥对收到的帧解封装，发现源Host A的地址为0000CAAAAAA； 网桥检查自己的表，没有发现

44、主机Host A和端口的对应项，于是将Host A的地址和对应的端口1记录在表中网桥的工作原理网桥的工作原理7、以太网交换技术、以太网交换技术 第2步： Host B对Host A应答，发送的数据帧被网桥Port 1收到； 网桥对收到的帧解封装，发现源Host B的地址为00000CBBBBBB； 网桥检查自己的表，没有发现主机Host B和端口的对应项，于是将Host B的地址和对应的端口1记录在表中网桥的工作原理网桥的工作原理7、以太网交换技术、以太网交换技术网桥的工作原理网桥的工作原理 第3步： Host A向Host C发送数据包，Host C向Host A发送应答包； 网桥在Port

45、 2上收到Host C发送的应答包，发现Host C的地址为00000CCCCCCC； 网桥检查自己的表，没有发现Host C和端口的对应项，于是将Host C的地址和对应的端口2记录在表中7、以太网交换技术、以太网交换技术 第4步： Host D向Host C发送数据包，网桥在Port 2上收到数据帧； 网桥对数据帧解封装，发现Host D的地址为00000CDDDDDD； 网桥检查自己的表，没有发现Host D和端口的对应关系，于是将Host D和对应的端口2记录在表中网桥的工作原理网桥的工作原理7、以太网交换技术、以太网交换技术 第5步： Host B向Host C发送数据包，网桥在Po

46、rt 1上收到数据帧； 网桥对数据帧解封装，发现目的Host C在自己的Port 2上； 网桥转发收到的数据帧到Port 2所在的网段网桥的工作原理网桥的工作原理7、以太网交换技术、以太网交换技术l网桥是第2层设备，不会影响数据帧里面的3层地址（网络层地址）l一个桥会将一个冲突域分割成两个冲突域，但不会分割逻辑子网（IP子网），也不会影响广播域7、以太网交换技术、以太网交换技术l交换机l一个交换机从功能上相当于一个多端口网桥l其内部结构和网桥有较大区别，一般配置专用的硬件完成数据帧的快速封装或解封装l交换机通过矩阵结构的CAM（Content-Addressable Memory ）内存保存地

47、址和端口的对应关系，检索效率更高l交换机的每一个端口实际上形成了一个独立的冲突域，因此基本没有冲突碰撞的现象发生，效率远远高于集线器（Hub）l交换机的转发模式l直通式（Cut-Through），收到目的MAC即转发l存储转发式（store-and-forward），收完整个帧再转发7、以太网交换技术、以太网交换技术l广播l广播的客观存在性：局域网上的主机有必要和本网上的所有其它主机同时通信，采取的是链路层广播或组播的方式，如ARP广播（目的地址是0 xFFFFFFFFFFFF）l广播会穿透网桥或交换机，向所有的端口和链路发送l广播域l由二层设备彼此连接在一起的若干个冲突域组成一个广播域l广播

48、域截止在3层路由设备l广播风暴l当一个局域网范围过大或出现链路循环的时候，广播将占用大量的带宽和主机的CPU，影响正常的通讯，这就是广播风暴l抑制广播风暴的办法l通过三层设备（如路由器）将局域网做合理划分，避免单个广播域有过多的主机及设备l避免出现循环链路，必要时启用生成树协议8、数据在网络中的传输、数据在网络中的传输主要行为主要行为路由ARP广播封装解封装IV. TCP/IP技术技术1.TCP/IP概述2.TCP/IP基础3.TCP/IP模型4.TCP/IP模型与OSI模型的比较5.TCP/IP的互联网层6.TCP/IP的传输层7.TCP/IP的应用层1、TCP/IP概述概述l1983年正式

49、成为ARPANET的国际互联网标准协议lInternet采用的协议标准lUNIX操作系统的标准通信模块l已经形成的事实上的工业标准2、TCP/IP基础基础A.互联网的体系结构B.IP编址方案C.子网化D.IPv6E.IP地址的获取A、互联网的体系结构、互联网的体系结构互联网是“网络化”的网络；互联网采用网状或层次性结构；主干网采用网状，边缘网络采取层次性结构；互联网主干需要若干的路由器完成选径工作接入网通过交换机完成本地的快速交换，并通过接入路由器连接互联网主干互联网的结构对用户是透明的，用户只需关心应用，不必关注数据包如何在互联网内部转发B、IP编址方案编址方案l连入互联网的每一台主机都有唯

50、一的标识符，即IP地址l严格地说，IP地址不是针对设备的，而是针对设备接口的。对于有多个接口同时接入网络的设备（图中的路由器R和主机P），每个接口都要有独立的IP地址l如图：路由器R同时连接互联网和本地网，C1和A1两个接口具有不同的IP地址，主机P同时接入两个子网，A3和B1两个接口也需配置不同的IP地址B、IP编址方案编址方案l有类地址l为解决不同尺寸网络的地址分配问题，IP地址被按类划分B、IP编址方案编址方案B、IP编址方案编址方案l保留地址l网络地址，主机位全为0的地址，用来代表网络本身l广播地址，主机位全为1的地址，用来向本网所有设备和主机发送信息B、IP编址方案编址方案保留地址

51、广播地址B、IP编址方案编址方案l公有和私有地址l公有地址public Address，是全球唯一的，受IANA的统一分配和管理l公有地址（IPv4）日趋枯竭，越来越难申请到l解决公有地址枯竭的一个办法是要求不与Internet互联的企业网使用私有地址，这样可以节省大量的IP资源l私有地址的范围C、子网化、子网化l对大型或超大型网络，子网化是必要的l子网化可以通过子网掩码将大型网络分割成若干小网段，提高效率和可管理性l划分子网时必须搞清楚究竟需要几个子网，每个子网需要多少台主机，子网化后，网络号不再只局限于传统的有类网络号l子网化的实质是从主机部分“借位”，变成“子网号”C、子网化、子网化D、

52、IPV6IPv4：4个字节IPv4：4,294,467,295个地址IPv6：16个字节IPv6：3.4x1038个IP地址E、IP地址获取地址获取l主机如何获得IP地址？l静态分配l用户从管理员或ISP处获得IP地址l用户手工方式为主机配置IP地址l动态分配l动态地址分配协议（DHCP）l通过RARP协议获得IP地址（需配置一个RARP服务器，保存网络上主机的IP地址/MAC地址对）3、TCP/IP模型模型l TCP/IP模型分为4层l应用层l传输层l互联网层l网络访问层4、TCP/IP模型与模型与OSI模型的比较模型的比较 TCP应用层对应OSI的应用层、表示层和会话层 TCP传输层对应O

53、SI的传输层 TCP的互联网层回应OSI的网络层 TCP的网络访问层对应OSI的数据链路层及物理层5、TCP/IP的互联网层的互联网层l对应于OSI的网络层 l有效地解决异种网络互连问题 l屏蔽异种网络 l全网统一标识 （IP地址） l设计思想高效、简洁 l提供不可靠的无连接服务，“尽力传递” l假设物理信道的传输质量可以保障，由传输层纠错 l点到点的传输 l典型协议：IPl核心问题：最优路径选择6、TCP/IP的传输层的传输层l对应于OSI的传输层 l使源主机和目标主机对等实体之间会话 l提供端到端的连接。 l典型协议 l传输控制协议TCP（面向连接协议） 误差控制 流量控制 l用户数据报协

54、议UDP（无连接协议）7、TCP/IP的应用层的应用层l对应于OSI的最高三层，整合了OSI模型的应用程序会话控制、数据表示等功能，这决定了TCP/IP的应用层程序开发较OSI有更大的灵活性lTCP/IP的应用层提供众多的基础网络协议，对开发基于网络的应用给予了充分支持7、TCP/IP的应用层的应用层A.域名服务 - DNSB.文件传输服务 FTP及TFTPC.简单邮件传输和邮局协议 SMTP、POP3D.万维网服务-World Wide WebE.简单网络管理协议 SNMPF.动态地址分配服务 - DHCPG.互联网控制信息协议 - ICMPA、域名服务、域名服务 - DNSl域名系统，主要

55、用于将易于人们记忆的主机域名映射成主机容易处理的IP地址l域名与IP之间是多对一的关系，即一个主机IP可以拥有多个域名l域名系统的设计采用层次性结构A、域名服务、域名服务 - DNS 互联网上每个主机都有一个唯一的、由数字组成的IP地址，为了方便记录每个主机，给每个主机一个名字，叫作域名。 Root域B、文件传输服务、文件传输服务 FTP及及TFTPl文件传输是指通过网络将文件从一台计算机传送到另一台计算机上。FTP（File Transfer Protocol）是Internet使用的文件传输协议，它是TCP/IP协议集的一个应用层协议，其主要功能是完成从一个系统到另一个系统的文件拷贝。FT

56、P是获取免费软件和共享软件资源不可缺少的工具，它也是Internet中使用最频繁、最广泛的应用之一。lFTP工作与客户/服务器模式，服务器上运行FTP服务程序，客户机上运行FTP客户端软件lFTP服务的标准服务端口是21l著名的FTP服务程序包括Serv-U、wu-ftpd等lFTP有实名FTP和匿名FTP之分B、文件传输服务、文件传输服务 FTP及及TFTPl匿名FTP是所提供共享软件及其他文件资源的一种常用的FTP应用。实际上，它是一些匿名FTP服务器，在每个服务器上都建立由一个公共账号anonymous，每个Internet用户都能以anonymous的身份访问它们，从中获取有用的资源。

57、l访问FTP服务时，需要了解几个参数：lFTP主机的地址lFTP服务的端口号，一般为21，但也有使用非标准端口的FTP服务，以绕过某些机构的策略壁垒l用户名和密码，匿名服务的用户名为anonymous，密码为任意一个合法的邮件地址，常用的如；非匿名的FTP服务需要获得管理员的许可，分配用户名和密码。l访问FTP的途径l通过浏览器 URL: 2l通过客户端软件，很多，如FTPrush、CuteFTP等C、简单邮件传输和邮局协议、简单邮件传输和邮局协议 SMTP、POP3l邮件服务有两个基本协议组成简单邮件传输协议SMTPl完成目的邮件主机和源邮件主机之间的邮件传

58、输，服务端口为25l邮件传输过程如下：源邮件主机向远程邮件主机TCP端口25发出请求，目的主机发送确认码220，TCP握手成功传输邮件源邮件主机向目的主机发出请求，目的主机发出确认码221 邮局协议 POP3完成从远程邮件服务器读取邮件到用户个人主机硬盘D、万维网服务、万维网服务World Wide WeblWWW是万维网（World Wide Web）的英文缩写，也可以简写成W3、3W等。它起源于1989年3月，是从位于瑞士的欧洲量子物理实验室的主从结构“分布式超媒体系统”发展而来的。l基本上Internet上的主要资源都是通过Web的形势提供的，但人有部分用户热衷于访问新闻组（UseNet），而放弃使用论坛或电子公告牌（ BBS）。lWeb服务的后台是一个服务器，运行着名为HttpD的守护进程；客户端需要浏览器，目前用得最多的是Microsoft Internet Explorer，部分用户也喜欢用FireFox。l越来越多的网站利用了所谓的插件技术以创造交互式的页面效果或达到特殊目的，插件的使用往往和本机的安全相关，建议谨慎使用。（ActiveX、java Applet等）l最快的信息检索方式是使用搜索引擎，如Google、百度等E、简单网络管理协议、简单网络