完整教学课件：计算机网络与应用

1、 1.本软件用PowerPoint制作而成，播放亦在其状态下进行，为了更好地使用该软件,使用者需掌握PowerPoint的基本操作原理和方法。 .本软件内容丰富、新颖，突破传统教学模式，在多媒体教室使用时，使用者应注意这一变化，改变教学方法，充分发挥其功效。同时也应注意本软件仍是一教学辅助工具，授课时应与讲授相结合使其更好地为教学服务。.本软件内容完整，自成体系，对于使用者的不同情况，用本软件授课时，可补充所需内容，链入其它媒体信息，或同其它软（如CS ChemDraw等）共同使用，以达到多媒体辅助教学的良好效果。.多媒体教学信息量大，传递速度快，用本软件授课时，应 熟悉播放程序，注意控制播放

2、速度，要使观看者有充足的思 考时间。注意事项 计算机网络与应用电子教案是为配合科学出社普通高等教育“十一五”国家级规划教材规划教材、浙江省“十一五”重点教材计算机网络与应用的教学而制作的。 本电子教案围绕教材内容的重点和难点，结合制作者多年的教学体会，力图通俗易懂。教师在使用过程中要结合教学的具体情况进行取舍、调整。 本教案共分6章，由浙江交通职业技术学院承担制作，江锦祥主编，其中第4、5章由王宝军制作。课件主要由1个PPT主文件和8个Flash文件组成。 前 言第1章 计算机网络概论 第2章 网络体系结构 第4章 局域网技术与应用 第3章 TCP/IP协议与应用第5章 Windows网络配置

3、与管理 计算机网络与应用电子教案第6章 网络管理与信息安全 1.1 计算机网络的发展 1.2 计算机网络的定义和功能 1.3 计算机网络的拓朴结构 计算机网络的应用模式 1.5 数据传输方式 第1章 计算机网络概论1.4 数据通信的基本概念 1.6 数据交换技术 1.7 差错校验与校正 1面向终端的计算机通信网络 计算机网络是现代通信技术和计算机技术高速发展、密切结合而产生和发展起来的。 分二个阶段： 20世纪50年代初，是计算机网络发展的初期阶段。 如下图，是利用通信线路将计算机与远方的终端连接起来，构成具有通信功能的“终端计算机”系统 。1.1.1 计算机网络发展的历史阶段1.1 计算机网

4、络的发展 20世纪50年代后期，使用前置处理机FEP或通信控制处理机（CCP）和集中器的多机系统。这种系统提高了通信效率，降低了主机系统的负担。1.1 计算机网络的发展（2） 2多机系统互联 20世纪60年代中期，是计算机网络的形成阶段。 如下图，以传输信息为主要目的，将分散在远地的多个计算机终端网络连接起来，就形成了多机系统的互联网络。1.1 计算机网络的发展（3） 典型代表是1966年12月1969年10月美国国防部高级研究计划局在美国西海岸建成具有4个节点的ARPANET 。3标准化的计算机网络 从20世纪70年代末到80年代末，属于计算机网络技术的日趋成熟阶段，网络开始实用化、商品化。

5、各公司进行网络体系结构研究。ISO的开放系统互联参考模型（OSI/RM)。局域网及局域网操作系统的发展 。1.1 计算机网络的发展（4） 4网络互联与高速网络 始于20世纪80年代末期，属于计算机网络技术的继续发展和广泛应用阶段。各种高速网络技术的应用网络互联技术不断发展及广泛应用。丰富的网络软件和网络资源。以ARPANET为基础，不断扩展。TCP/IP协议的应用。美国各大公司的介入并促使Internet商业化，大量ISP和ICP涌现。各国政府的支持：信息高速公路计划。万维网技术的发明与广泛应用。我国的四大主干网及“三金”工程。1.1.2 Internet的起源与发展1.1 计算机网络的发展（

6、5） 电信网络、有线电视网和计算机网络的“三网合一”。宽带局域网技术的应用。无线网络多点通信全球智能网1.1.3 计算机网络发展趋势1.1 计算机网络的发展（6） 1全球网络互联2多媒体网络 将地理位置不同的、功能独立的多个计算机系统，通过通信设备和线路连接起来，由功能完善的网络软件（包括网络协议、信息交换方式及网络操作系统等）将其有机地联系到一起并进行管理，从而实现网络资源共享和信息传递的系统。 1.1.4 计算机网络的定义 1.2 计算机网络的定义和功能 1.2.2 计算机网络的分类 计算机网络的分类方法有多种，如： 按网络拓扑结构可分为总线网、星形网、环形网、树形网和网状网等； 按信息交

7、换方式可分为线路交换网、报文交换网、报文分组交换网。 通常按照网络覆盖范围可分为局域网、广域网和城域网三大类。 1.局域网 局域网（LAN，Local Area Network）是将较小地理区域内的计算机或数据终端连接在一起的计算机网络。 局域网具有传输速率高（可在10Mbps10 Gbps）、差错率（误码率）低、传输延迟小等特点。 1.2 计算机网络的定义和功能 （2）2.广域网 广域网（WAN，Wide Area Network）又称远程网，是在一个广阔的地理区域范围内进行计算机或数据终端连接的计算机网络。 数据传输速率要比局域网低、网络的通信控制比较复杂、差错率高。3.城域网 城域网（M

8、AN，Metropolitan Area Network）是介于局域网与广域网之间的一种高速网络，通常覆盖一个城市，在几十公里范围内。1.3 1.2 计算机网络的定义和功能 (3) 从系统功能角度来看，可分为资源子网和通信子网二部分。1.2 计算机网络的定义和功能 (4)1.2.3 计算机网络的基本组成 从系统组成的角度来看，计算机网络由硬件部分和软件部分组成。1资源子网 资源子网一般由主计算机系统、终端和终端控制器、连网外设等等硬件，以及各种软件资源、数据资源等组成。资源子网负责全网的数据处理并提供网络资源与网络服务等。 （1）主计算机（简称主机，Host）：负责数据处理和网络控制。可以是大

9、型机、中型机等各种类型的计算机，运行网络操作系统、数据库系统等软件。 （2）终端（Terminal）：是用户进行网络操作、实现人机对话所使用的设备，有近程终端、远程终端、智能终端等各种类型。2通信子网 由通信设备和通信线路组成，提供主机间的网络通信功能。1.2 计算机网络的定义和功能（5） 通信子网中设备有：通信控制处理机集中器调制解调器网络传输线路3.计算机网络软件系统 网络软件呈现具有多样化、难于标准化等特点。 网络软件系统大致可分为5类：网络操作系统软件、网络协议软件、网络管理软件、网络通信软件和网络应用软件。1.2 计算机网络的定义和功能（6） 1.2.4 计算机网络的功能 1.资源共

10、享 共享的资源包括计算机网络中的硬件设备（如存储设备、打印设备、扫描仪、通信设备、光驱等）和软件（包括程序、数据和文档）。2.数据传输和集中处理3.均衡负荷与分布处理4.改善可靠性，提高性价比1.2 计算机网络的定义和功能（7） 拓扑（Topology）是一种研究与大小、距离无关的几何图形特性的方法。计算机网络的拓扑结构按通信子网中数据传输类型可分为两大类：点对点传输结构和广播传输结构。 1.3 计算机网络的拓扑结构 点对点传输结构是以存储转发方式进行数据传输，基本拓扑结构有星形、环形、树形、网状型 。 广播式传输结构中，一个公共通信信道被多个节点使用。基本拓扑结构有总线形、树形、环形和无线通

11、信等。 1.3.1 总线型 以一条共用的通道来连接所有节点，所有节点地位平等。1.3 计算机网络的拓扑结构 （2）介质访问控制方式。 为了避免“冲突”产生，就有一个解决“争用”总线问题的方式，以使各节点充分利用总线的信道空间和时间来传送数据并不会发生相互冲突。优点：成本低廉和布线简单。缺点：故障查找困难。 1.3.2 星型 以中央节点为中心向外成放射状。一般是由集线器（HUB）或交换机来承担中央节点功能，传输介质一般为双绞线。 1.3 计算机网络的拓扑结构 （3）优点：故障容易检查；新增或减少计算机时，不会造成网络中断。缺点：成本比总路线型高（集线器、布线复杂）。Hub(集线器)1.3.3 环

12、型 各节点通过一条首尾相连的通信链路连接起来形成一个闭合的链路环(Ring)，环形结构中各工作站地位平等，网络中的信息流是定向的，传输延迟也是确定的。1.3 计算机网络的拓扑结构 （3）优点：不会发生冲突情况。网络管理软件比较简单，实时性强。缺点：软硬件设备成本较高。另外，若任一线路或节点故障，则整个环型网络便会瘫痪。 XYZWa)b)1.3.4 树型 树型结构是星形的扩展，是一种分层结构，具有根节点和各分支节点。优点：费用比星形结构低，网络软件也不复杂，维护方便。缺点：时延较大，资源共享能力差，可靠性也较差。 1.3 计算机网络的拓扑结构 （3）1.3.5 网状 网状结构无严格的布点规定，形

13、状任意，节点之间有多条线路可供选择。是一种广域网的拓朴结构。优点：具有较高的可靠性，而且资源共享容易方便、可改善线路的信息流量分配及负荷均衡，可选择最佳路径、传输延时少等。缺点：应具有路径选择和信息流量控制机制，所以网络控制和管理复杂、布线工程量大、硬件成本较高等。1.4.1 数据、信息、信号和信道1.4 数据通信的基本概念数据是载荷信息的物理符号。数据有各种类型，如文本、数值、声音、图形、图像等。从数据值与时间的变化关系可分为模拟数据和数字数据两类。模拟数据是数据值在某个区间连续变化的物理量，如声音大小和气温高低的变化。数字数据是数据值为离散的不连续的，如整数和文本信息。信息指客观事物及其运

14、动特征的描述，是数据的含义。信号是数据的一种电磁编码，数据需转换为信号才能在介质中进行传输。数字数据和模拟数据都可以用模拟信号或数字信号来表示、传播。信道是信号传输的通道，包括通信设备和传输媒体。分模拟信道和数据信道。1.4 数据通信的基本概念(2）1.4.2 数据的编码技术1.模拟数据的模拟信号表示 模拟数据是时间的函数，并占有一定的频率范围，即频带。可以直接用占有相同频率的电信号来表示。2.数字数据的模拟信号编码 1.4 数据通信的基本概念(3） 数字数据若需在模拟信道上传输，发送端就要将其转换为模拟信号；接收端再将模拟信号转换为数字数据。 调制：发送端数字数据经过调制器转换为模拟信号。

15、解调：接收端接收到信号后，通过解调器将模拟信号转换为数字数据。 同时具备调制与解调功能的设备，称为调制解调器（Modem）。1.4 数据通信的基本概念(4） 数字数据调制为模拟信号有三种形式：幅移键控法ASK，频移键控法FSK和相移键控法PSK。3.模拟数据的数字信号编码1.4 数据通信的基本概念(5） 模拟数据转换为数字编码主要采用脉冲编码调制（PCM）技术。 PCM以采样定理为基础，利用大于有效信号最高频率或其带宽倍的频率采样，通过低通滤波器从这些采样中重新构造出原始信号。 PCM过程主要采样、量化和编码三个步骤。4.数字数据的数字信号编码1.4 数据通信的基本概念(5） 主要4种：非归零

16、编码NRZ归零编码RZ曼彻斯特编码差分曼彻斯特编码。1.4.3 数据通信模型 1.4 数据通信的基本概念(6） 模拟通信系统模型： 通过放大器延长传输距离：1.4 数据通信的基本概念(7） 数字通信系统模型： 数字通信系统用中继器实现长距离传输：1.4.4 通信系统主要技术指标1.4 数据通信的基本概念(8）1.信道带宽 信号带宽是信号频率的变动范围，单位为赫兹（Hz）。信道带宽指信道能够通过的频率分量的范围。指在通信线路上能不失真地传送信号的频率范围。 2.信道的最大数据传输率 信道在单位时间内能传输的二进制位数称为数据传输率。单位为bps。 数字通信中通常所说的带宽不再是指信号或信道的频率

17、范围，而是指信道的最大数据传输率，也称为数字带宽。3.误码率 误码率指二进制数据位传输时出错的概率。在计算机网络中，一般要求误码率低于10-6，通常局域网的误码率低于10-9 。1.4.4 通信系统主要技术指标1.4 数据通信的基本概念(9） *信号传输速率：是单位时间里传送信号波形的个数。单位为波特(Baud)。也称码元速率、调制速率或波特率。 若信号码元的宽度即一个数字脉冲信号的宽度(全宽码情况)或重复周期(归零码情况)为T秒，则: (Baud) *数据传输速率(bps) 若一个码元可取N种离散值（ N一般取2的整数次方值），则该码元便能携带log2N位二进制信息。因此，数据传输速率R 它

18、可由下式确定: 或1.4.4 通信系统主要技术指标1.4 数据通信的基本概念(10） *信道容量(1)奈奎斯特(Nyquist)首先给出了无噪声情况下码元速率的极限值与信道带宽(W)的关系:Bmax =2W (Baud)由此可推出表征信道数据传输能力的奈奎斯特公式: bps (2)实际的信道总要受到各种噪声的干扰，香农(Shannon)则进一步给受随机噪声干扰的信道容量计算公式:其中，S表示信号功率，N为噪声功率，S/N则为信噪比。 实际使用的信道的信噪比都要足够大，故常表示成10log10(S/N)，单位是分贝(dB) 。1.5.1 基带传输与宽带传输1.5 数据传输方式 信号的传输方式分为

19、两大类： 基带（Base band）传输和宽带（Broad band）传输。基带传输将数据直接转换为脉冲信号加到电缆上传送出去。以太网（局域网）都采用基带传输。由于容易受到电干扰和其它因素造成的信号衰减的影响，可跨越的距离比较短，并且基带网络电缆段的最大长度随着信号传输速率的增加而递减。宽带传输将数据加载到载波信号上送出去。需要调制、解调设备。宽带网络可以同时传输多个信号，每个信号使用电缆带宽中的一个独立的部分。1.5.2 并行传输与串行传输1.5 数据传输方式（2） 并行通信用于短距离、高速率的通信，串行通信用于长距离、低速率的通信。并行通信：每个比特使用单独的一条线路。如左图，传输速率快，

20、但是线路成本高，维修不易，且易受干扰。 串行通信：依序一次送出或接收一个比特位。如右图，串行通信的线路成本较低，并容易维护，但传输速率较慢。 1.5.3 单工、半双工与全双工1.5 数据传输方式（3） 在串行通信中，根据数据流的方向可分为3种。单工：数据只能在一个方向上传输。 半双工：数据可以双向传输，但在同一时间只能有一个方向的数据在传输。全双工：允许数据同时在两个方向上传输。1.5.4 异步传输与同步传输1.5 数据传输方式（4） 同步传输时，将字符组合起来一起发送，这个组合称为帧。传送时在每个帧的帧首加两个或两个以上同步字符Sync，组内每个字符前后不附加起止位。同步传输效率高，一般用在

21、高速传输数据的系统中，如计算机之间的数据通信。 异步传输中，比特被划分成字符独立传送，每次传送一个字符。传输时，在字符前加一个起始位，以表示字符代码的开始，在字符后加一个停止位，表示字符结束。 1.5.5 多路复用技术1.5 数据传输方式（5）1.频分多路复用（FDM） 一个信道有多个分别占用不同频率范围的子信道。 在通信系统中，使用多路复用器（MUX）和多路分解器（DEMUX）实现多路数据信号共同使用一条线路进行传输，即利用一个物理信道同时传输多个信号。1.5 数据传输方式（6）2.时分多路复用（TDM） 将一个信道传输数据的单位时间划分若干个时间片，每个时间片分配给子信道。3.波分多路复用

22、（WDM） 将光纤信道划分为若干个波段，每个波段为一子信道。1.6 数据交换技术 通信子网由传输线路和中间节点组成，当信源和信宿间没有线路直接相连时，信源发出的数据先到达与之相连的中间节点，再从该中间节点传到下一个中间节点，直至到信宿，这个过程称为交换。 常用数据交换技术有电路交换、报文交换和分组交换等。 1.6.1 电路交换1.6 数据交换技术（2） 电路交换要求再通信的双方之间建立一条实际的物理通路，并且在整个通信过程中，这条通路被独占。 电路交换通信包括建立电路、传输数据和拆除电路三个阶段。 优点：数据传输可靠、迅速，而且保证顺序。 缺点：电路建立和拆除的时间较长，而且在此期间，电路不能

23、被共享，资源被浪费。适用于远程批处理信息传输和实时性要求高的场合。 特点：在数据传送开始之前必须先设置一条专用的通路。在线路释放之前，该通路由一对用户完全占用。对于猝发式的通信，电路交换效率不高。 1.6.2 报文交换1.6 数据交换技术（3） 发送方先把待传送的信息分为多个报文正文，在报文正文上附加发、收站地址及其他控制信息，形成一分完整的报文，以报文为单位在交换网络的各节点间传送。 报文交换的特点： 1)报文从源点传送到目的地采用“存储-转发”方式，在传送报文时，一个时刻仅占用一段通道。 2)在交换节点中需要缓冲存储，报文需要排队，故报文交换不能满足实时通信的要求。 优点：线路利用率高；不

24、需要同时启动发送器和接收器来传输数据，网络可暂存；通信量大时仍可接收报文，但传输延迟会增加；一份报文可发往多个目的地；交换网络可对报文进行速度和代码等的转换。 缺点：中间节点必须具备很大的存储空间；大报文的传输，增加小报文在网络中的延迟时间；当信道误码率高时，频繁重发。1.6.3 分组交换1.6 数据交换技术（4） 信息以分组为单位进行存储转发。源结点把报文分为分组，在中间结点存储转发，目的结点把分组合成报文。 分组：比报文还小的信息段，可定长，也可变长。 分组交换有虚电路分组交换和数据报分组交换两种。1.虚电路分组交换 在数据交换前，先建立逻辑连接（虚电路）。虚电路的传送线路并不是一条专用通

25、路，分组在每个节点上仍然需要缓冲，并在线路上进行输出排队。 1.6.3 分组交换1.6 数据交换技术（5）2.数据报分组交换 数据报分组中每个分组的大小有严格限制，而不象报文那样是无限的可变的。每个数据报自身携带足够的地址信息，进行路由选择。 示意图 各种数据交换技术的性能比较： 1.电路交换：在数据传输之前必须先建立通路。在线路拆除(释放)之前，该通路被独占。效率不高，适合于较轻和间接式负载使用租用的线路进行通信。2.报文交换：采用存储转发的方式，报文需要排队。因此报文交换不适合于交互式通信。3.分组交换：将报文被分成分组传送，并规定了最大长度。分组交换技术，是在数据网中最广泛使用的一种交换

26、技术，适用于交换中等或大量数据的情况。1.7 差错检验与校正1.7.1 差错控制机制 差错就是在数据通信中，接收端接收到的数据与发送端实际发出的数据出现不一致的现象。差错包括：数据传输过程中位丢失。 发出的位值为“0”，而接收到的位值为“1”；或发出的位置为“1”，而接收到的位置为“0”。即发出的位值与接收到的位值不一致。 示意图 传输差错都是由噪声引起的，主要有两类噪声：由内因而产生的热噪声和由外界电磁干扰引起的冲击噪声。冲击噪声比热噪声幅度大，持续时间较长，可以引起相邻多个数据位出错，是引起传输差错的主要原因。1.7 差错检验与校正（2） 差错控制编码的基本思想：通过对信息序列进行某种变换

27、，以一定规则加入与信息码相关的冗余码，在数据接收时用以检查或纠正信息码的差错。 差错控制编码可分： 检错码能发现差错的编码； 纠错码不仅能发现差错且能纠正差错的编码。 1.7 差错检验与校正（3）1.7.2 常用检错码1.奇偶校验码 是检错码。在数据位后附加一个校验位，使整个数据码中“1”的个数据为奇数或偶数。 在偶校验中，要在每个字符上加一个附加位，使得该字符中“1”的个数为偶数。 在奇校验中，要在每一个字符上增加一个附加位，使得该字符中“1”的个数为奇数。 偶校验用于异步传输或低速传输，奇校验用于同步传输。 1.7 差错检验与校正（4）2.循环冗余码校验 CRC Cyclic Redund

28、ancy Code又称多项式码，是检错码；发送端根据生成多项式产生一个循环冗余检验码并随同数据一起发送，接收端根据相同的多项式对接收数据进行判断。 （1）生成多项式G(x):发方、收方事前商定；生成多项式的高位和低位必须为1;生成多项式必须比传输信息对应的多项式短。 （2）CRC码基本思想 校验码加在帧尾，使带校验码的帧的多项式能被G(x)除尽；接收时，用G(x)去除它，若有余数，则传输出错。1.7 差错检验与校正（5） 计算m位数据M(x)的校验码，设生成多项式G(x)为n阶，具体算法如下： （1）在数据帧的末尾附加n个零，使帧为m +n 位，则相应的多项式是2n M(x)。 （2）按模2除

29、法用对应于G(x)的位串去除对应于2n M(x)的位串，得余数。 （3）按模2减法从对应于2n M(x)的位串中减去余数。结果就是要传送带校验和的帧，叫多项式T(x)。1.7 差错检验与校正（6） 例：已知接收码字为1100111001 多项式:G(X)=X4+X3+1 求码字的正确性。若正确，则指出冗余码和信息码。 解：1)用接收码字除以生成码，余数为0，所以码字正确。 1 0 0 0 0 1Q(X)G(x)1 1 0 0 1 )1 1 0 0 1 1 1 0 0 1M(X)*2rR(x) 1 1 0 0 1 1 1 0 0 1 1 1 0 0 1 0S(X)(余数) 余数为0，所以码字正确

30、。 2)因r=4，所以冗余码是：1001，信息码是:110011 计算机网络的应用模式主要有二种：对等网络模式和客户服务器网络模式。 1 对等网络模式 对等网络(Peer to Peer network):相连的计算机系统之间彼此处于同等地位，没有主从之分，共享彼此的信息资源和硬件资源，组网的计算机一般类型相同。 主要优点：网络造价低。 主要缺点：共享资源定位困难，较难实现集中管理与监控，网络安全难以保证。 适用于计算机数量不多，对安全要求不高的场合，较适合于部门内部协同工作的小型网络。如办公室内、家庭等。计算机网络应用的模式 计算机网络应用的模式（2） 2 客户机/服务器网络模式 客户机/服

31、务器(Client/Server)是一种基于服务器的网络，共享数据集中存放在服务器上。客户机向服务器提出请求，由服务器完成主要的数据处理并作出响应。服务器：可靠性高、性能优越的计算机。提供并管理网络资源，提供网络服务。如共享数据库的管理和存取等。 一般运行网络操作系统及相应的网络管理软件、数据库管理软件。客户机：一般的计算机系统，运行应用程序，以使用网络资源为主。服务器与客户机构成分布式的处理系统。数据库服务器：注重于数据定义、存取安全、后备及还原，并发控制及事务管理，减轻了网络的传输负荷、增加数据安全性。CS结构是数据库技术的发展和普遍应用与局域网技术发展相结合的结果。 2.1 OSI参考模

32、型 2.2 物理层 2.3 数据链路层 2.4 网络层 第2章 网络体系结构2.5 传输层协议 2.6 高层协议 1.网络协议 在计算机网络中用于规定信息的格式以及如何发送和接收信息的一套规则的集合。2.网络协议的3个基本要素 语法、语义和定时。语法（Syntax）：包含数据格式、编码及电平等。（数据与控制信息的结构或格式）。 语义（Semantics）：包含用于协调和差错处理的控制信息。（用于协调和进行差错处理的控制信息）。 定时（Timing）：包含速度匹配和排序。（对事件实现顺序的说明）。2.1.1 分层和协议2.1 OSI参考模型 3.层实例：2.1 OSI参考模型（2） 网络的通信过

33、程更加复杂，为了减少网络协议设计的复杂性 ，采用结构化设计思想，将网络协议进行分层处理。2.1 OSI参考模型（3） 多层通信的实质： 各层完成独立功能； 对等层实体间虚拟通信； 下层为上层提供服务； 实际通信在最底层完成。4.网络体系结构 计算机之间相互通信的层次，以及各层中的协议和层次之间接口的集合。 国际标准化组织（ISO）在1979年成立了一个分委员会来专门研究一种用于开放系统的体系结构，提出了开放系统互连（Open System Interconnection，OSI）模型。 OSI网络体系结构共有七层：物理层，数据链路层，网络层，传输层，会话层，表示层，应用层。 2.1.2 OSI

34、参考模型2.1 OSI参考模型（4） 1.物理层 主要功能是为数据链路层提供一个物理链接，以保证在通信信道上透明地传输比特流。数据单元是比特。2.数据链路层 主要功能是在两个相邻结点间的线路上，无差错地传输数据帧。数据单元是帧。3.网络层 主要功能是为数据分组进行路由选择，并负责子网的流量控制、拥塞控制和网络互连。数据单元为分组。4.传输层 主要功能是向用户提供可靠的端端服务，处理数据包错误、数据包次序，以及其他一些关键传输问题，以使两个端系统之间透明地传输报文。数据单元是报文。2.1 OSI参考模型（5） 5.会话层 主要功能是使用传输层提供的可靠的端端连接，在两个应用进程之间建立会话连接，

35、并对会话进行管理和控制，保证会话数据可靠传送。数据单元都是报文。6.表示层 主要功能是用于处理在两个通信系统中交换信息的表示方式，主要包括数据格式转换、数据加密与解密、数据压缩与恢复等功能。7.应用层 是OSI参考模型的最高层，主要功能是为应用软件提供服务和接口，例如文件服务器、虚拟终端、远程用户登录、电子邮件等。2.1 OSI参考模型（6） OSI模型的数据传输过程：2.1 OSI参考模型（6） 物理层的功能是利用机械的、电气的、功能的和规程的特性在DTE和DCE之间实现对物理信道的建立、保持和拆除，为数据链路层屏蔽掉物理设备和传输介质等的差异。 物理层协议是DTE和DCE或其通信设备之间接

36、口的一组约定，主要解决网络结点物理链路如何连接的问题。 2.2.1 物理层接口与协议2.2 物理层 物理层协议规定了DTE/DCE接口标准的四个特性：机械特性、电气特性、功能特性和规程特性。 1.机械特性 规定了物理连接时采用的连接器的规格、尺寸、引脚数量和排列方式等。2.电气特性 规定了二进制位流传输时，线路上信号电压高低、阻抗匹配、传输速率和距离限制。物理层接口的电气特性主要分为三类：非平衡型、非平衡输出/平衡输入型和平衡输出/非平衡输入型。3.功能特性 规定了物理接口上各条信号线的功能、分配和定义，包括数据线、定时线和地线。4.规程特性 定义了信号线传输二进制位流的一组操作过程，即信号线

37、的工作过程及次序。2.2 物理层 （2）2.2.2 物理层协议举例 EIA RS-232-C是数据终端设备（DTE）与数据通信设备（DCE）在进行串行二进制数据交换时的接口。 2.2 物理层 （3）1.机械特性 25芯连接器。2.电气特性 采用非平衡型电气特性，最大 20Kbps，最长15m。3.功能特性 定义了20条线，许多子集，其中常用10根信号线。2.2 物理层 （4） 空调制解调器连接方式 ： A为完整型，B为简单型4. 规程特性 RS-232C的工作过程是在各根控制信号线有序的“ON”(逻辑“0”)和“OFF”(逻辑“1”)状态的配合下进行的。 ISO关于数据链路层的定义： 数据链路

38、层的目的是为了提供功能上和规程上的方法，以便建立、维护和释放网络实体间的数据链路。主要任务是检测并校正物理层传输介质上产生的传输差错。 数据链路层的主要任务是加强物理层传输原始比特的功能，使之对网络层显示为一条无错线路。为了保证数据传输的可靠性，发送方把用户数据封装成帧，按顺序传送各帧，并处理接收方回送的确认帧。 帧（frame）：由数据部分、发送和接收端的地址及处理控制部分（如差错控制、同步）组成，是数据链路层的信息传输单位。2.3.1 数据链路层功能2.3 数据链路层 数据链路层的主要功能：数据在数据链路上的正常传输（建立、维护和拆除）。帧的定界与同步差错控制流量控制2.3.2 差错控制

39、一般方法：接收方在收到数据后反馈一个特殊的控制帧，确定接收的正确或错误。如果发送方收到了否定确认，则重传数据帧。 通过定时器和序号解决帧的丢失和帧重复问题，保证每帧最终正确地传送给目的地网络层（仅一次）。 2.3 数据链路层 （2）2.3.3 流量控制 数据链路的流量控制是控制相邻节点间数据链路上的流量，采用控制发送数据速率，使发送端的发送帧的速率不大于接收端的接收帧的速率；并使接收双方帧的顺序一致（顺序控制）。 流量控制一般采用滑动窗口的方法实现。窗口机制通过设置发送窗口WS和接收窗口WR，限制发送端已发送但未被确认的数据帧的数目来实现流量控制。 示意图2.3 数据链路层 （3）2.3 数据

40、链路层 （4） HDLC帧用一个标志序列01111110来分隔，用以标志一个帧的开始和前一帧的终止。控制字段用于标志该帧是信息帧、监控帧还是无序号帧。数据字段是网络层交下来的分组，数据链路层在其头和尾各加24比特位的控制信息就构成了一个完整的HDLC标准帧。数据字段的长度可以是任意的。校验和字段是帧的CRC校验码。 示意图 ：HDLC的帧结构 、零比特填充法2.3 数据链路层 （5）2.3.4 数据链路层协议举例 常用数据链路层协议有：SLIP、PPP及HDLC等。 HDLC是面向位的协议，规定了数据链路层帧的封装格式，通过将数据信息加上合适的控制规程来实现帧的无差错传送。 ISO 对网络层的

41、定义：网络层为两个传送实体间交换网络服务数据单元提供功能和规程的方法，它使传送实体独立于路由选择和交换的方式。 网络层的任务就是要选择合适的路由，使发送站传输层所传下来的数据能够正确无误地按地址送到目的站。 主要功能有：寻址、路由选择、阻塞控制、组包/拆包。 网络层向传输层提供两类服务：面向连接的服务和面向无连接的服务。虚电路交换是一种面向连接的服务，是网络层向传输层提供的一种使所有分组按序到达目标端系统的可靠的数据传输方式。数据报分组交换就是一种面向无连接的服务，每个数据独立的选择传输路径。2.4.1 概述2.4 网络层 路由选择：网络节点在收到一个分组后，要确定向下一节点传送的路径。 数据

42、报方式：网络节点要为收到的每个分组重新做路由选择； 虚电路方式：只需在建虚电路时做一次路由选择。 路由算法：确定路由选择的策略。分静态路由算法和动态路由算法。静态路由是由网络管理员或一台中央管理设备来管理路径的分配，人工或通过计算机为每个分组确定一个路由传输，中间路由器不允许对其进行改变。静态路由算法简单、开销，可以节省带宽。动态路由是指路由器在彼此之间定时发送路由更新信息，使得路由信息可以随时随着网络状况的改变而调整。2.4.2 路由选择2.4 网络层（2） 当网络上的通信量很大，超过网络的负载能力，或有一个或多个网络连接失效时，就会造成拥塞，使得网络吞吐量急剧下降，甚至完全瘫痪，即出现死锁

43、。网络吞吐量和网络负载的关系：2.4.3 拥塞控制 2.4 网络层（3） 处理拥塞有多种方法： 1.分组删除; 2.流量控制; 3.缓冲分配; 4.抑制分组。 CCITT X.25协议是常见的公共分组数据网的一种协议，以虚电路服务为基础，定义了类似于OSI低三层的同步传输。 2.4.4 X.25协议 2.4 网络层（4） X.25的第2层和第3层都是面向连接和可靠的。X.25支持交换式虚电路和永久式虚电路。 传输层主要功能是向会话层提供可靠的端端服务，处理数据包错误、数据包次序，以及其他一些关键传输问题，以使两个端系统之间透明地传输报文。 2.5.1 传输层功能 2.5 传输层协议传输层的主要

44、功能是提供建立、维护、拆除端到端的连接，并提供可靠的传输服务。进行端到端的序号及流量控制、网络的多路复用或分流控制。 进行端到端的差错控制及恢复。 传输层的连接分为：面向连接的传输，可靠，会话前协议在源与目标间建立一个连接（虚路径），进行双向传输，直至会话结束。对于高层透明。面向无连接的传输，独立处理每个分组，协议间无连接。2.5.1 传输层功能 2.5 传输层协议2.5 传输层协议2.5.2 传输层协议分类 网络层提供给传输层的服务质量并不总是相同的，分为3种类型。A型服务：网络连接具有可接受的差错率和可接受的故障通知率。B型服务：网络连接具有可接受的差错率和不可接受的故障通知率。C型服务：

45、网络连接具有不可接受的差错率和不可接受的故障通知率。 根据网络层提供服务质量类型的不同，传输层协议分为5类 。协议类 网络服务质量类型 名 称 0A简单类 1B基本错误恢复类 2A多路复用类 3B差错恢复与多路复用类 4C差错检测和恢复类 会话层的主要功能是在两个端点间建立、维护和释放面向用户的连接，并对会话进行管理和控制，保证会话数据可靠传送。 会话连接和传输连接之间有三种关系：一对一关系；一对多关系；多对一关系。 会话过程中，会话层要决定到底使用全双工通信还是半双工通信。 常见的会话层协议有：结构化查询语言（SQL）；远程进程呼叫（RPC）；X-windows系统；AppleTalk会话协

46、议；数字网络结构会话控制协议（DNA SCP）等。 2.6.1 会话层2.6 高层协议 表示层的主要功能是对应用层的数据进行信息格式转换（编码与解码）、加密与解密、压缩与解压缩等。2.6.2 表示层2.6 高层协议（2）应用实体抽象语法抽象语法 表示层实体传送语法应用实体抽象语法抽象语法 表示层实体传送语法透明数据传输语法选择语法转换应用层表示层会话层及以下各层2.6.3 应用层 应用层是OSI参考模型的最高层，负责为用户的应用软件提供网络服务和接口。例如文件传输服务、虚拟终端、远程用户登录、电子邮件等。 2.6 高层协议（3）公共应用服务元素（CASE），提供与特定应用服务无关的公共服务，包

47、括联系控制服务元素（ACSE），可靠传输服务元素（RTSE），远程操作服务元素（ROSE），委托、并发与恢复（CCR）元素；特定应用服务元素（SASE），提供面向特定应用的服务，如电子邮件协议，文件传输协议、访问和管理，虚拟终端协议，远程数据库访问协议，MHS（信报处理系统），EDI（电子数据交换）等。应用服务元素小结应用层与用户应用进程的接口“做什么”表示层数据格式的转换“对方看起来像什么”会话层会话管理与数据传输同步“该谁讲话”“从哪儿讲起”传输层端到端可靠的数据传输“对方在哪儿”网络层分组传送，路由选择，流量控制“走哪条路可以到达对方”数据链路层相邻结点间无差错地传送帧“每一步该怎么走”

48、物理层在物理媒体上透明传输比特流“怎样利用物理媒体”3.1 TCP/IP协议集 3.2 IP协议基础与定址 3.3 ARP与ICMP 3.4 TCP与UDP 第3章 TCP/IP协议与应用3.5 Internet的域名管理 3.6 其他应用层协议与应用 传输控制协议/网际协议 (TCP/IP)是Internet 上得到广泛使用的一组网络协议，用来跨有不同硬件体系结构和不同操作系统的计算机相互连接的网络通讯。TCP/IP 包括计算机如何进行通讯的标准，及用于连接网络和路由选择通信的约定。TCP和IP是其中最基本也是最重要的两个协议 ，所以简称为TCP/IP协议。 TCP/IP协议已成为建立计算机

49、局域网、广域网的首选协议。 3.1.1 概述3.1 TCP/IP协议集 TCP/IP协议分为4层：网络接口层、网络层、传输层和应用层。3.1.2 TCP/IP体系结构3.1 TCP/IP协议集（2） 1网络接口层 负责对硬件的沟通，与OSI参考模型中的数据链路层和物理层对应。 实际上是被互连网络的相应层协议。2网络层 又称互联网络层，是网络互联的基础，主要任务是决定数据如何传送到目的地，如编定地址、选择路径等。 TCP/IP在该层上的协议主要是IP（网际协议） 及与之配合的3个协议：地址解析协议（ARP）：将IP地址转换为物理网络地址（如以太网地址）；逆向地址解析协议（RARP）：将物理网络地

50、址转换为IP地址的；网际控制报文协议（ICMP）：利用IP完成IP数据包在传输时的控制信息和错误信息的传输等。3.1 TCP/IP协议集（3） 3传输层 又称为主机对主机层，基本任务是提供应用程序间的通信，负责传输过程中的流量控制、错误处理、数据重发等工作。主要有2个协议：传输控制协议（TCP）：面向可靠连接的协议，即保障某节点的数据准确无误地传送到的另一节点。 用户数据报协议（UDP）：提供无连接的服务，无重发和纠错功能，不保障数据的可靠传输。它适合哪些不需要顺序与流量控制，并希望自己对此加以处理的应用程序。4应用层 将表示层和会话层融入应用层，包含了所有高层协议，主要功能是定义如何为应用程

51、序提供服务。3.1 TCP/IP协议集（4） 协议边界： 有两个重要的边界，即协议地址边界和操作系统边界。3.1 TCP/IP协议集（5） 3.1.3 TCP/IP协议结构与OSI参考模型的比较层次之间的调用关系不像OSI那样严格； 对可靠性的强调不同；系统中体现智能的位置不同；TCP/IP以解决异种网的互联问题为出发点。3.1 TCP/IP协议集（6） 3.2.1 IP协议基础 IP协议属于TCP/IP模型的网络层，对上可接收传输层各种协议的信息，如TCP、UDP等等；对下可将IP数据报传送到链路层，通过以太网、令牌环网等各种技术传输。 IP协议提供的是一种无连接的、不可靠的、尽力发送的服务

52、，把数据从信源发送到信宿。 IP协议所提供的服务大致可分为两项：IP数据报的传送和IP数据报的分段与重装。 1.IP数据报传送 依赖IP定址与IP路由器两种机制。IP定址就是规定网络上每个设备都必须有IP地址，数据报根据IP地址发达到目的地。网络之间的IP数据报传送依赖IP路由机制进行路径选择。3.2 IP协议基础与定址2.分段与重装IP数据报 IP数据报由报头和报文数据两部分组成。不同的数据链路层技术所能传输的最大数据帧长度不同，进行路径选择。3.2 IP协议基础与定址（2） 为适应不同网络的数据链路层数据帧的传输要求，IP协议对数据报进行分段；被分段的各数据报可分别进行路径选择，在目的主机

53、上再进行重装。3.2.2 IP地址 IPv4的IP地址是由32Bits的二进制数值组成： 3.2 IP协议基础与定址（3）1.IP地址的分类 分为5类。常用的是A、B、C三类，分别适用于大、中、小型网络，IP地址的管理机构可根据申请者的网络规模决定分配哪种类型。D、E类为特殊地址。 IP地址的最左边为前导位，用以标识类别。 A类：3.2 IP协议基础与定址（4） 每个网络内的主机数（节点）最多。一般只有国家大机构或一些特殊的企业单位被分配到A类IP地址。 B类： 每个网络最多可提供约65534个（216-2）主机地址。通常分配给一些大企业或ISP使用。 3.2 IP协议基础与定址（5） C类：

54、 通常分配给一些小型企业或机构。 我们可以从IP地址的第1个数判断其类型，从而确定其网络地址和网内主机地址。 例如IP地址为：，其第1个数为191，所以属B类地址；根据B类地址的规定，前2个数表示网络地址，后2个数表示网内主机地址。3.2 IP协议基础与定址（6）特殊的IP地址： （1）网络地址：主机地址全为0，表示为网络地址或子网地址 。 （2）直接广播地址：主机地址全为1，表示网络中的全部设备，即该地址为本网络内的“广播”地址 。 （3)有限广播地址：55，称为“Local”广播数据包 。 （4）回送地址：各个类的最后一个为“Loop back”地址 。 （5）私用地址，供这类网络自行使用

55、： A类： 55 B类： 55 C类： 55（5）Microsoft保留的IP地址范围：从到54，子网掩码为 。 网络地址转换(NAT,Network Address Translation)将专用私有地址转换为公用地址，实现拥有私有IP地址的内部计算机与外部网络的数据传输，对外隐藏了内部管理的 IP 地址。NAT分为3种类型：静态NAT（staticNAT）、动态NAT（pooledNAT）和端口NAT（PAT）。 3.2 IP协议基础与定址（7）2.子网及子网掩码 (1)子网 将IP地址对应的网络进行分割，产生多个逻辑网络，其中每一个逻辑网称为原网络的子网。 子网的编址：将主机地址中高位用

56、于子网编址。显然子网的多少由“占用”的位数决定。 所以IP地址的构成扩展成4部分，以C类IP地址为例：3.2 IP协议基础与定址（8） 2）子网掩码 给定一个IP地址，将如何判别：所在网络有没有进行子网分割？有几个子网，或原主机地址中前几位是子网地址？ 显然，仅从IP地址无法进行判定的，需要提供加另一个已知数据子网掩码。 子网掩码是一个32位地址,与IP地址对应。若子网掩码某位值为1，则IP地址对应位是网络地址或子网地址；若子网掩码某位值为0，则IP地址对应位是主机地址。所以子网掩码是由一串连续的1和后续一串0组成。 3.2 IP协议基础与定址（9）各类IP地址的默认子网掩码 。 默认子网掩码

57、：不进行子网分割的IP地址对应的子网掩码。子网掩码是一个32位地址,与IP地址对应。若子网掩码某位值为1，则IP地址对应位是网络地址或子网地址；若子网掩码某位值为0，则IP地址对应位是主机地址。所以子网掩码是由一串连续的1和后续一串0组成。 3.2 IP协议基础与定址（10）（3）子网规划实例 某单位向APNIC申请了一个IP地址，需要构建4个分布于不同地点的局域网，每个网络都各有约20台主机。 3.2.3 IP路由 路由是数据从一个节点传输到另一个节点的过程。不同网络区段中的计算机要相互通信，则必须借助于路由。 路由器作为IP数据报的转送设备，具有以下几个特性：具有两个（或以上）的网络接口，

58、可连接多个网络或者直接连接到其他路由器。至少能解释网络层的数据报。因为路由器是根据目的IP地址来进行路由选择的。具有路由表。路由表记录了有关路由的重要信息。路由表示意图1.路由表简介 路由表是一个小型的数据库，其中每一条记录是通往每个节点或网络的路径；字段一般有：目的网络地址（Network Destination）、子网掩码（Netmask）、网关（Gateway）、接口（Interface）和跃点数（Metric）等。 3.2 IP协议基础与定址（11） 目的网络地址与子网掩码：用来定义目的网络。 网关：指定IP数据报发送到路由器的相应接口的IP地址。 接口：表示本路由器与目的网络连接的网

59、络接口的IP地址。 跃点数：用来表示将IP数据报送达目的网络所须经过的路由器个数。 3.2 IP协议基础与定址（12） 例：IP数据报通过R1路由器分别到达A、B、C、D等4个网络的路由表 3.2 IP协议基础与定址（13） 例：用ROUTE命令显示路由信息3.2 IP协议基础与定址（14）2.路由表的建立方式 路由表的建立方式有静态方式(Static)和动态方式(Dynamic)两种。 静态路由的路由表由网管人员以手动的方式，将路由记录逐一加入路由表，适用于小型且稳定的网络环境。 动态路由方式是路由器根据动态路由协议，自动地建立并维护路由表，并能在多重路径可供选择时，能自动计算最佳的路径。

60、路由协议有多种，适用中、大型网络的协议有OSPF、BGP等；目前在企业网络中，使用最普遍的动态路由协议是路由信息协议（RIP），也是适用于小型网络的协议。 3.2 IP协议基础与定址（16）3.IP数据报的转发过程 IP协议首先要检验IP报头中的各字段的正确性，包括版本号、校验和以及长度等。若发现错误，则丢弃该数据报。如果全部正确无误，则把TTL字段的值减1。 如果TTL的值为0，则表明该IP数据报在网络中的生存时间已到期了，丢弃该数据报。若TTL大于0，则根据该IP数据报中的目的地址查询R1中的路由表，如果没有适合的路由，则丢弃该数据报。如果找到合适的路由，则将该数据报向下一站的地址转发。3