第一部分 计算机网络概述

1、 计算机网络 Computer Networks林 金 山: 306990028 E-mail: Mobile:1This course starts you on your way to becoming an expert of computer networks 你将从此开始计算机网络专家的成长之旅（软考）2022/7/142计算机网络职业证书 社会流行的职业证书进行了分析调研，按照经济费用、学生能力、社会效应进行分析和筛选、分类，确定与计算机网络相关的证书，并将其纳入到教学计划中，并对学生提出了要求。 其中要求获得的职业证书从易到难排列有：NIT（NIT-National Applie

2、d Information Technology .所谓NIT简单地说，它是国家教育部考试中心推出并主办的计算机技能培训与考试 ）、全国计算机等级证书、全国计算机软件水平证书、华为网络证书等。 3计算机网络职业证书42022/7/145前 言本课程目的在于介绍计算机网络与互联网运行的原理和主要技术；教学目的是使得学生在将来的工作中，能够有效地参与本单位网络系统的构建、升级和维护运行；教学内容上注重基础性和原理性，力求实用性。计算机学科专业基础综合的考研网络课程情况（25分，占17）2022/7/146考研十大热门专业深度解析之计算机科学与技术 2009年起计算机实行统考。计算机应用技术专业是一

3、应用十分广泛的专业，它以计算机基本理论为基础，突出计算机和网络的实际应用。目前我国计算机专业主要分为三大类：计算机基础专业、与理工科交叉的计算机专业、与文科艺术类交叉的计算机专业。学生将系统地学习计算机的软、硬件与应用的基本理论、基本技能与方法，具有初步运用专业基础理论及工程技术方法进行系统开发、应用、管理和维护的能力。2022/7/1472009年计算机专业考研大纲解析 从2009年起，计算机专业考研实行计算机学科专业基础综合课全国统考，考试内容涵盖数据结构、计算机组成原理、操作系统和计算机网络四门学科专业基础课程。要求考生比较系统地掌握上述专业基础课程的概念、基本原理和方法，能够运用所学的

4、基本原理和基本方法分析、判断和解决有关理论问题和实际问题。考查目标1.掌握计算机网络的基本概念、基本原理和基本方法;2.掌握计算机网络的体系结构和典型网络协议，了解典型网络设备的组成和特点，理解典型网络设备的工作原理;3.能够运用计算机网络的基本概念、基本原理和基本方法进行网络系统的分析、设计和应用;2022/7/148考研专业课题型根据考试大纲的要求： 1）试卷满分为150分，考试时间为180分钟（3个小时）。答题方式为闭卷、笔试。 2）试卷内容的结构是：数据结构45分（占30%），计算机组成原理45分（占30%），操作系统35分（占23%），计算机网络25分（占17%）。 3）试卷题型结构

5、：单项选择题 80分（40小题，每小题2分），综合应用题 70分。 2009年全国硕士研究生入学统一考试 计算机学科专业基础综合考试大纲2022/7/1492022/7/1410名师权威解析09年计算机考研统考大纲计算机网络在考试中总共占了25分，约为17%的比重，是四门课程中所占分值最少的一门科目。但是大家不能因此放松对计算机网络这门课程的复习。计算机网络有它自己的特点，不投入一定时间复习是不可能获得好的效果的，而且很不容易学通，主要原因就是这门课程概念多，而且特别抽象，无法用日常的东西来进行形象的类比，只能靠自己查阅文献或资料来获得准确的理解。这门课程不好理解的另一个原因是一般情况下同学无

6、法对网络做实验，即使能做实验一般也不会分析实验结果。很幸运的是通过各高校历年考查计算机网络的情况来看，计算机网络一般是考查基本概念和基本原理，很少考很难的东西。2022/7/1411网络技术：一类技术而非一门技术理论基础工程技术应用技术管理技术安全技术开发技术 各种新技术新产品层出不穷，令人应接不暇 基础理论基本原理并未改变，万变不离其宗刘晓庆对人们说:“做女人难,做名女人更难”。老师对你们说:“学计算机难,学计算机网络更难”。正因为其“难”，学好才有特别的价值。2022/7/1412三种网络技术人才专家学者型 研究生层次培养 较深理论基础、 从事研究开发工程师型 本专科生层次培养 了解网络原

7、理和常用协议 熟悉各种技术与设备 规划制订网络系统集成方案施工员型 高职高专、中专、技校层次培养 网络理论知之不深， 施工布线等动手能力强第二类人才：“上知天文(理论)，下知地理(实践）“2022/7/1413主干课程设置思路本课程工程技术2022/7/1414计算机网络 网络基本知识和基本原理 （基本知识/网络协议/网络类型/网络互连原理）网络系统集成技术 网络规划与组网设计（网络硬件平台） （网络设备选择/综合布线技术/网站建立）网络数据库技术（选修） 网络平台软件开发 （Web程序设计/网络程序设计语言）网络安全技术 （选修） 网页制作技术 （选修）网络编程技术 （选修）网络课程体系结构

8、2022/7/1415学习目标 了解现代计算机网络的基本理论和基本原理，掌握数据通信、网络体系结构、独立网络和互联网络技术原理和相关知识，为今后深入学习网络技术和网络工程实践打基础。听课须知 以教材为主，补充内容很多； 术语多，概念多，覆盖面广。要求：听课/笔记/预习教案/作业/实训课件下载 f t p: /5/教师/林金山/计算机网络课程考核平时成绩（30%） + 期末开卷考试(笔试)（70%） 学习须知2022/7/1416成绩评定平时成绩： 30%期末笔试成绩： 70% 考核主要内容 基础知识 基础理论 常用协议 常用中英文术语含义 综合运用(具体分析问题解决问题的能力)考核方式2022

9、/7/1417More about this course重点和难点数据通信常用技术；网络体系结构与相关协议；分层结构以及各层对应的协议；信息沿网络各个协议层传送的技术原理；局域网（单个网）和互连网（N个网）不同的通信技术。特别提示 无合适的教材（课件为主，教材为辅） 熟练的英语阅读能力对于本课程很重要2022/7/1418参考书目 入门阶段 最新计算机网络实用教程 （台湾）杨丰瑞 杨丰任，中国铁道出版社 2001年7月 网络工程师教程(全国计算机技术与软件专业技术资格/水平考 试) 雷震甲 主编，清华大学出版社 2004年7月 Introdction to Data Communicatio

10、ns and Networking （美）Behrouz A.Forouzan 机械工业出版社（第三版） 计算机网络（第5版） 谢希仁 电子工业出版社 （考研推荐教材） 提高阶段 Computer Networks 最新为03年第4版 (美）Andrew S. Tanenbaum TCP/IP Protocol Suite 最新为03年第2版 （美）Behrouz A.Forouzan/Sophia Chung Fegan中国协议分析网 ； 中国IT实验室 ；etc. 2022/7/1419Part One Overview第一部分 概述20Chapter 1 Introduction第一章

11、计算机网络概述1.1 计算机网络基本知识1.2 网络的五种基本系统结构1.3 常用网络操作系统211.1 计算机网络基本知识 The ABC of Computer Networks22计算机网络(Network) 计算机网络是计算机技术和通信技术结合的产物，是随着社会对信息共享、信息传递的需求而发展起来的。它利用通信设备和线路将地理位置不同的、功能独立的多台计算机系统互连、应用功能完善的网络软件（即网络通信协议、信息交换方式以及网络操作系统）实现网络中资源共享和信息传递。 计算机网络通常分为三部分：资源子网、通信子网和通信协议(Protocol)。 2022/7/1423资源子网：是指计算机

12、网络中面向用户的部分，负责整个网络内的各种计算机，以及这些计算机所拥有的面向用户端的外部设备、软件和可供共享的数据等，并进行信息处理。通信子网：是计算机网络中负责信息的传递、交换和通信控制。通信传输介质可分为双绞线、同轴电缆线、无线电通信、激光、微波、红外线以及光导纤维等。通信协议：是网络中的计算机相互通信使用的一种语言。依据网络不同通常使用Ethernet、NetBEUI、IPX/SPX和TCP/IP协议。为了使网络内各计算机之间的通信可靠有效，通信双方必须共同遵守通信协议。计算机网络(Network)2022/7/1424计算机网络：资源子网+通信子网 Computer Network =

13、 Source Subnet + Communications Subnet资源子网硬件资源（主机、终端、I/O设备等）、软件资源、数据资源等，负责全网数据处理业务，向网络用户提供各种网络资源和网络服务 通信子网传输介质（电缆、光纤、无线电波等）、通信设备（交换机等），承担全网的数据传输、转接、加工和变换等通信处理工作 通信子网资源子网2022/7/1425计算机网络的功能信息交换计算机网络为分布各地的用户提供强而有力的通信手段，以通过网络传递电子邮件、发布新闻信息、进行电子数据交换等。资源共享资源分三大类：硬件资源、软件资源和数据资源。作用：提高系统处理能力提高系统可靠性和可用性均衡负荷，易

14、于分布处理2022/7/1426计算机网络之功能资源共享 从成本上看 软、硬件资源共享(硬盘打印机软件包)数据交换 从效率上看 即时数据交换（股市行情订票系统）可靠性和安全性 从数据安全上看 通过网络备份存放提高信息可靠性 使用网络访问权限控制提高信息安全性2022/7/1427计算机网络的基本要求 未连网前的计算机系统“信息孤岛”。传输要求：只能由指定设备（用户）接收。精度要求：传输后被改变的信息是不可用的。时间要求：迟到的信息是无用的。 对于视频、音频之类实时传输，还要求保证信息传输的顺序和稳定。涉及技术：寻址、差错控制、延迟和服务质量QoS2022/7/1428简化的通信模型 Simpl

15、ified Communications Model2022/7/1429数据通信（Data Communication）数据通信是指两台设备之间通过某种形式的传输介质进行的数据交换。这些通信设备必然成为由软件和硬件组成的通信设备的一部分。一个通信系统要达到的最基本目的是完成双方的数据交换。通信双方可以借助于电话机、工作站、服务器或者数据处理设备、交换传输设备等实现通信的目的。2022/7/1430计算机网络的基本组成Components of a Computer Network信息(messages/information) 文字、图形、声音等发送设备(transmitter) 计算机等接

16、收设备(receiver) 计算机等通信设备(communication device) 通信控制和通信处理传输媒体(transmission media) 各种电缆、光缆、无线电波等通信协议(protocol) 通信规则2022/7/1431复 习计算机网络应当具有的三个主要的组成部分：能向用户提供服务的若干主机 由一些专用的通信处理机（通信子网中的节点交换机）和连接这些节点的通信链路所组成的一个通信子网为主机与主机，主机与通信子网，或者通信子网中各个节点之间通信而建立的一系列协议2022/7/1432传输媒体(介)与通信设备上机实验2022/7/1433 通信的任务 Communicati

17、ons TasksTransmission system utilization 传输系统的利用Interfacing 接口 通信设备与传送系统的连接Signal generation 信号的产生Synchronization 同步 发送设备和接收设备之间的信号同步问题Exchange management 交换方式管理Error detection and correction 差错检测与纠正Flow control 流量控制Addressing 寻址Routing 路由的处理Recovery 恢复 传输过程非正常中断的恢复Message Formatting 报文格式化 数据的格式Secu

18、rity 安全性 信息安全Network management 网络管理2022/7/1434不同的网络传输技术（1）：广播式 Broadcast network (广播式网络)多路同时共享通信信道信息被发送至所有站点（广播）仅被地址相符的站点收取 适用于小型的、本地性的网络老师上课“广播式传输”思考：优点和限制 传输系统简单 传输时延很小(直接传送) 传输距离有限 传输媒体低效(“一言堂”)2022/7/1435不同的网络传输技术（2）：交换式 Switching network (交换式网络) 点对点传输 借助中间设备（交换） 多条路径可用(路由选择) 用于大型的、远程性的网络胡锦涛和奥巴

19、马通电话“交换式传输”思考：优点和限制 传输距离不限 传输媒体高效(多组对讲) 传输系统复杂 传输时延较大(间接传送)2022/7/1436计算机网络之分类Classification of Computer Networks近年来，各类网络之间的区别已经变得越来越模糊了，比如也可分为局域网、广域网和互联网（ internet）。2022/7/1437广域网（WAN: Wide Area Network）远程（跨地区、国家、洲际)网网络，传播距离长，覆盖范围广；一般通过租用专线接入公共数据通信网，作为公共资源由专门单位使用专线构建（如电信部门）供用户使用；以路由器（Router）为技术基础；采

20、用交换(switching)技术、路由(routing)技术和复用(multiplexing)技术。 WAN通信一般称为“服务”（service）收费（ISP）2022/7/1438近距（如一座建筑物中，常为某个单位所有并独立管理) 一般使用专门敷设的线路免费共享本地主机资源(主机/服务器为中心)采用广播(broadcast)技术共享传输媒介传送局域网（LAN: Local Area Network）本课程中讨论的LAN，将只指具有独立广播域的局部网络（如一个机房内或一座学生公寓内）。2022/7/1439局域网（LAN）特点传输距离有限，一般小于10KM，或局限在一栋建筑物之内的网络；传输速

21、率高（10Mbps1Gbps）;误码率低，可靠性好；传输延迟少；使用范围广，遍布各机关、企事业单位及学校；小概念：网络结点（node）:局域网中的计算机及服务器的统称。以太网（Ethernet）:结构简单、速率高为特点。2022/7/1440传送距离介于LAN和WAN之间(通常是一个城市）与WAN相似处一般不为某个单位所有通信线路和通信设备有偿使用与大型LAN相似处提供地域性资源共享服务的高速网络出口通常连接其他网络（因特网等）城域网(MAN: Metropolitan Area Networks)莆田学院校园网：通过电信的光纤接入莆田电信城域网2022/7/1441城域网示意图本市教育网市政

22、府办公网本市电子商务网本市其他网城市公用网络2022/7/1442 分布范围在LAN和WAN之间(几十公里内),通常是一个城市内多数LAN的组合网。LAN、WAN 和 MAN的组合2022/7/1443介于LAN和MAN 之间的自治性网络由某一实体（企业、高校、小区、研究院所、政府等）独立管理若干相对独立的LAN组成外连城域网或因特网形式有： Intranet （内联网） Campus networks (园区网/校园网) 区域网 (CAN：Campus Network )2022/7/1444大量使用外部信息资源（特别是Internet)服务基于Internet 技术WWW、E-mail、F

23、TP、BBS、安全技术等组网基于LAN技术 交换机为主要通信设备，独立的网络资源（服务器）和管理系统，专门敷设的线路本身可由若干个LAN组成或是一个大型的LAN与LAN一样的高带宽（Bandwidth）CAN的特点2022/7/1445互连网络和因特网 internet and Internet互连网络(internet) 几个网络相互连接形成因特网(Internet) 世界上最大的互连网络路由器2022/7/1446网络配置示例47组成：用户终端设备交换设备传输线路传输线路中继线：交换设备间的传输线路用户线：用户终端设备与交换设备间的传输线路通信网Communication Networks

24、2022/7/1448 常见通信网有电信网、广播电视网和计算机专用网。典型的电信网有：公用电话网（PSTN）、分组交换网（X.25）、数字数据网（DDN）等。典型的广播电视网有：无线广播电视网、卫星电视广播网、有线电视网典型的计算机专用网：局域网、区域网、广域网 实际上今天三网都已用于构筑计算机网络。电信网和广播电视网目前主要用于广域网和区域网。 网络技术的发展趋势是“三网合一” 。 充分利用现有资源，避免重复投资。 常见通信网2022/7/14491.2 网络的五种基本系统结构 Configuration Modes of Networks50 终端主机系统 ( T/H: Terminal/

25、Host System )又称主机系统或多用户系统。操作系统：UNIX（XENIX）、LINUX主 机：大、中、小型机，高档微机特 点：“哑”/“瘦”终端（键盘显示器， 甚至可以无 CPU 与内存） 一切事务由主机分时处理（与MS-DOS命令不兼容）说 明：Internet总体上为UNIX系统，网上之PC机执行模拟终端程序模拟成终端进入主机（此时PC机只是负责将键盘指令主机，主机处理结果显示屏，一切处理与PC机上的CPU无关，均由主机进行）2022/7/1451工作站文件服务器系统(W/S: Workstation/ System) 操作系统：Novell公司出品的NetWare（主流产品）服

26、 务 器： 高档微机特 点： 服务器提供数据共享服务和传送管理功能（不处理数据），工作站执行应用程序的所有功能，通过磁盘映象，又可象使用本地磁盘一样使用服务器上的硬盘。 2022/7/1452客户机服务器系统( C/S : Client/Server System )操作系统： Windows NT/2000 /2003 Server服 务 器：高档微机或大、中、小型机特 点： 服务器除提供数据共享和传送管理服务外，亦可应Client机要求提供数据库处理服务（即对Client要求的数据记录作筛选或检索后再传输，从而减少了传输压力W/S系统是将整个文件传输给工作站处理，哪怕所处理的仅为整个库文件

27、中的一个记录） 基于C/S系统的网络访问系统资源需要两个独立的实体： 客户机给出访问系统资源的请求 服务器管理对资源的访问，但只在收到一个客户机请求时才被激活（一直空闲等待用户请求）2022/7/1453C/S系统示例全国普通高校招生网上录取系统2022/7/1454C/S系统示例全国普通高校招生网上录取系统2022/7/145556浏览器服务器系统( B/S : Browser/Server System )操作系统： Windows NT/2000/2003 Server Unix Linux服 务 器：Web服务器特 点： 是C/S系统在因特网上应用的换代技术。C/S目前主要应用于LAN

28、的数据库管理系统中，B/S则主要用于发布网页的网站系统中。B/S客户端采用统一的浏览器软件（如IE），用户接口标准通用，操作界面一致。基于B/S系统的网络访问系统资源同样需要两个独立的实体： 客户机给出所访问网站的网址（如因特网用户电脑） 服务器管理对资源的访问，但只在收到一个客户机请求时才被激活（一直空闲等待用户请求），且提供的资源主要为成套网页。成套网页Web服务器浏览器客户机2022/7/1457B/S系统示例莆田学院新生录取查询系统2022/7/145859对等网络系统( Peer-to-peer Network System )操作系统： Windows 95/98/NT（Works

29、tation版） Windows 2000 Professional服 务 器: 没有专用服务器特 点：每个工作站既可起客户机作用，亦可起服务器作用。 例：一台PC机运行应用程序时，其他用户还可访问该机硬盘上的文件，同时该机还可作其他PC机的网络打印服务器。 初建费用低，简单（必要时加入专用服务器即可形成W/S或C/S系统）缺点：没有服务器系统中的高级管理和检查功能一般机器总数达到十台左右，不宜使用对等网络（对需共享的网络，则可使用对等网络）。2022/7/14601.3 常用网络操作系统 Network Operating Systems61计算机软件结构图解2022/7/1462UNIX

30、通用、多用户、分时操作系统，能提供所有的Internet服务，具有很好的稳定性、开放性、安全性，但用户界面较差，版本杂，对主机配置（多为小型机）和管理人员素质要求高，且整体集成费用高，适合大中型网络，也是对安全性和性能要求很高的重要部门（银行、电信、商业网站等）首选的网络操作系统。Windows NT/ 2000/2003的Server版 采用视窗界面，能提供完善的Internet服务，对机器和网管人员素质要求较低，适合于中小型网络，是目前园区级网络的主流产品。国外典型网络操作系统2022/7/1463NetWare 其3.XX版本曾是采用DOS界面工作的中、小型网络操作系统的主流产品（占70%以上）。其5.X以上版本提供了良好的Internet服务，其强大的NDS（目录服务）和安全性等使它可能成为跨平台、跨地域的新一代主流网络操作系统，适合于大、中、小型网络，但由于较晚推出，目前市场份额还不大。Linux 具有优越的性价比（免费），其源代码公开，具有极强的二次开发能力，能确保企业在开发时“各取所需”，