计算机网络-1课件

第5章计算机网络主要内容计算机网络基础计算机网络的体系结构计算机局域网的特点与应用计算机广域网的接入技术

Internet基本概念和应用教学要求：掌握计算机网络的概念、组成、功能和分类了解计算机网络的体系结构，OSI/RM，TCP/IP协议等掌握计算机局域网的特点与应用掌握了解和掌握因特网的基本概念 （IP地址，DNS,网站，网页等）熟练掌握因特网的基本应用（WEB浏览、信息搜索、电子邮件、BBS）5.1计算机网络基础什么是计算机网络？性质：它是一种通信系统（与电话、电视系统不同，它是一种数据通信系统）它是计算机系统的延伸与扩展（“网络就是计算机”——SUN公司）需要使用多种复杂的技术利用通信设备和网络软件，把位置分散的多台计算机连接起来的一个系统计算机网络的组成计算机等“智能”设备数据传输介质：如双绞线、光缆、无线电波等，用于传输数据通信控制设备：如网卡、集线器、交换器、调制解调器、路由器等，确保通信正确、可靠、有效地进行通信协议——共同遵循的一组的规则和约定通信如何开始、如何结束？数据如何表示？命令如何表示？通信对象如何区分？其身份如何鉴别？发生错误如何处理？等等。例如：TCP/IP,HTTP,FTP，POP3等网络操作系统：实现通信协议、管理网络资源等网络应用软件：实现各种网络应用，如浏览器、电子邮件程序、QQ、搜索引擎等计算机网络功能（1）数据通信——信息交换（2）资源共享（3）实现分布式的信息处理

目的:把一个大问题分解到不同的计算机上进行分布处理。(GIMPS)因特网梅森素数大搜索（GreatInternetMersennePrimeSearch）目前找到第48个梅森素数：257,885,161-1，共17425170位,用普通字号将它连续打印下来，它的长度可超过65公里！在家搜寻外星人计划（SETI@home）（4）提高计算机系统的可靠性和可用性2.计算机网络体系结构与协议NetworkArchitecture

网络体系结构是指计算机通讯系统的整体设计,它为网络软件、硬件及网络通讯协议、数据存取控制和拓扑结构提供标准.什么是网络体系结构？

为了解决不同媒介连接起来的不同设备和网络系统在不同的应用环境下实现互操作的问题，采用分层的方法，将网络互联的庞大而复杂的问题，划分为若干个较小而容易解决的问题.

网络的层次结构每层的网络协议协议：关于信息传输顺序，信息格式和信息内容等的约定。网络协议可以使不兼容的系统互相通信计算机网络的各层和层间协议的集合称为

——“网络体系结构”分层举例

中国公司的经理为了要和在美国的韩国公司的经理谈生意，要双方请翻译进行交流，从而使简单的交流要经过三层次处理。一：中方经理口述报文内容二：秘书翻译为英文三：电信局用国际通用电文码发报至美国四：美国电信局将报文码译成英文内容五：秘书将英文内容译为韩文六：美方韩国经理得知电报内容多层通信的实质通信虚电路：通信是在同层之间进行，第N层只能与对方的第N层通信通信实电路：每一层将数据和控制信息传送给下一层，直至最底层，通过物理介质进行实际的传输。优点：各层之间是独立的灵活性好结构上可分割开易于实现和维护能促进标准化工作划分为多少层？若层数太少，就会使每一层太复杂。若层数太多，描述和综合各层功能时太繁琐补充——理解双向箭头：概念上的通信线路(虚电路）空心箭头：实际通信线路（实电路）应用层表示层会话层传输层网络层链路层物理层应用层表示层会话层传输层网络层链路层物理层互连物理传输媒体开放系统互连OSI参考模型通信子网资源子网（1）、开放系统互连参考模型(OSI/RM)7 应用层(ApplicationLayer)与用户应用进程的接口，相当于做什么？6 表示层(PresentationLayer)数据格式转换，相当于对方看起来像什么？5 会话层(SessionLayer)会话的管理和数据传输的同步，即相当于： 轮到谁讲话和从何处讲？4 传输层(TransportLayer)从端到端经网络透明地传输报文，相当于：对方在何处?3 网络层(NetworkLayer)分组传输和路由选择，相当于：走哪条路可以到达该处??2 数据链路层(DataLinkLayer)在链路上无差错地传送一帧一帧信息,即 相当于:每一步应该怎么走?1 物理层(PhysicalLayer)将比特流送到物理介质上传送，即相当于： 对上一层的每一步该怎样利用物理介质？口诀：Please

Do

Not

Throw

Sausage

Pizza

Away

一台计算机要发送数据到另一台计算机，数据首先必须打包，打包的过程称为封装。封装就是在数据前面加上特定的协议头部。数据协议头

发送邮件的例子：信装入写有源地址和目的地址的信封中发送，还要写明用航空或挂号…。数据数据封装演示OSI（2）TCP/IP体系结构TCP/IP协议遵守一个四层的模型概念：应用层、传输层、网络层和接口层

应用层传输层网络层接口层用户所面向的应用程序的统称提供应用程序间的通信定义了IP地址格式，使得不同应用类型的数据在Internet上传输负责接收IP数据包并通过网络发送之，或者从网络上接收物理帧，抽出IP数据报，交给IP层。TCP/IP体系结构

TCP/IP是一组包括上百个协议的协议族,以其中最核心的TCP协议和IP协议命名.

TCP：(TransmissionControlProtocol，传输控制协议)规定传输信息怎样分层、分组和保证在线路上无差错传输。

IP：(InternetProtocol，网际协议)定义Internet上计算机之间的路由选择，把不同网络的物理地址转换为Internet地址。TCP/IPOSI高层传输层网络层底层与各种网络的接口IPTCPUDP各种应用层协议(Telnet,FTP,SMTP等)TCP/IP范围OSI/RM

是ISO制定的一个计算机网络通信的国际标准,但是无实际的软件产品.TCP/IP

不是国际标准,但是应用最广泛,是事实上的网络协议标准.注意Internet上采用的就是TCP/IP协议5.1.2计算机网络的分类

计算机网络有多种不同的类型，分类的方法也很多，

按拓扑结构：星型、环型、总线型等

按网络的作用范围：广域网、局域网、城域网

按控制方式：集中式、分散式、分布式

按使用性质：公用网、专用网

按使用范围和对象：企业网、政府网、金融网、 校园网等

局域网

覆盖范围较小，在一个办公室或建筑物内，一般属于一个部门内使用。

广域网

覆盖范围大，可达几千公里，一般为一个系统内的众多单位使用。如银行、税务、海关等。Internet（因特网）：网络的网络，全球网北京上海南京按网络作用的范围分类从网络的所覆盖的地域范围进行分类，可分为：局域网（LocalAreaNetwork，简称LAN）：几公里广域网（WideAreaNetwork，简称WAN）：几十到几千公里，因而也称为远程网。城域网（MetropolitanAreaNetwork，简称MAN）作用范围约为：５－５０公里按拓扑结构分类

拓扑结构topologicalstructure

是计算机网络结点和通信链路所组成的几何形状星型结构环型结构总线结构5.1.3计算机网络通信原理什么是通信(communication)？广而言之，通信就是信息的(远距离)传递与交换现代通信——使用电波或光波传递信息的技术，也称为电信（telecommunication）如电报、电话、传真、电子邮件、QQ等，电视也可看作是一对多的单向通信通信系统的模型通信的三要素：信道信源(宿)信宿(源)信号信号举例:信道的任务是迅速、可靠而准确地将信号从信源传输到信宿被传输的信息都必须以某种电(或光)信号的形式才能进行传输发送信息的设备接收信息的设备有线电话移动电话计算机通信信源/信宿电话座机手机计算机信号形式话音经电话机转换成为变化的电流信号话音经电话机转换成为压缩编码后的数字信号编码并打包后的数字信号信道构成电话线和中继器等传输设备无线电波、基站等双绞线、集线器、路由器、光纤等通讯方式并行通信方式：并行数据传输时，同时传输多个数据位。并行方式主要用于近距离通信。计算机内的总线结构就是并行通信的例子。串行通信方式：串行数据传输时，数据是一位一位地在通信线上传输的串行数据传输的速度要比并行传输慢得多，但对于覆盖面极其广阔的公用电话系统来说具有更大的现实意义。串行通信的方向性结构单工：

数据传输只支持数据在一个方向上传输；半双工：

在某一时刻，只允许数据在一个方向上传输，它实际上是一种切换方向的单工通信；全双工：

数据通信允许数据同时在两个方向上传输数字信号如何传输？近距离传输：直接(基带)传输

例如：USB移动硬盘－>主机；以太网数据传输远距离传输：载波传输例如：数字有线电视；电话拨号上网；ADSL上网什么是载波？研究发现，高频振荡的正弦波信号在长距离通信中能够比其他信号传送得更远。因此若把高频振荡的正弦波信号作为携带信息的载波，把数字信号放在(调制在)载波上传输，则可比直接传输的距离远得多信道信源(宿)信宿(源)调制后的载波

信号接收到的载波

信号调制(解调)器(调制)解调器载波载波远距离通信必须使用MODEM通信一般是双向进行的，收发双方都需要调制器与解调器，它们通常做在一起，称为调制解调器(MODEM)信源信号通过调制器调整载波的某个参数(幅度、频率或相位)到达目的地后，使用解调器把载波所携带的信号检测出来，恢复为原始信号的形式经过调制后的载波信号，携带着被传输的信号在信道中进行长距离传输5.1.4网络连接设备与传输介质1、网络互联设备中继器(Repeater)集线器(Hub)网桥(Bridge)交换机(Switch)三层交换机路由器(Router)网关(Gateway)物理层数据链路层网络层中继器和集线器物理层：中继器（Repeater）延长网络距离的互连设备，增强线路上衰减的信号集线器（Hub实际上就是一个多端口的中继器，集线器交换机数据链路层：网桥（Bridge）将两个局域网（LAN）连起来交换机（Switch） 交换式集线器，原理同网桥交换机路由器网络层：路由器（Router）。 用于连接不同的逻辑网络。Router的每一个端口都有唯一的物理地址和所连网络分配的逻辑地址。网关 应用层：网关（Gateway）。

用于连接网络层之上执行不同协议的子网，组成异构的互连网。2、传输介质双绞线(TwistedPair)：点到点的通信距离不能超出100M。三类：10Mbps（传输带宽）五类：100Mbps（目前使用得最多）六类：200Mbps七类：600MHz双绞线内导体芯线外套铜屏蔽箔屏蔽绝缘RJ45接头以箔屏蔽以减少干扰和串音3类、5类双绞线外没有任何附加屏蔽非屏蔽双绞线(UTP)UnshieldedTwistedPair屏蔽双绞线(STP)ShieldedTwistedPair双绞线(Twisted-Pair)双绞线一般与RJ45型插头（水晶头）联合使用线序从左向右按橙白、橙、绿白、蓝、蓝白、绿、棕白、棕的顺序插入RJ45插头的插槽，然后用专用的压线工具将线压入RJ45插头双绞线的品质用数字+类来表示，如5类、6类、7类等数字越高质量越好，传输的最高速度越高双绞线的连接方法T568BT568A1橙白绿白2橙绿3绿白橙白4兰兰5兰白兰白6绿橙7棕棕8棕白棕白T568BT568B交叉线两端连接的设备类型相同直通线两端连接的设备类型不同T568AT568B排线顺序36同轴电缆粗缆传输距离500M细缆传输距离200M。由于同轴电缆易受低频干扰，在使用时多将信号调制在高频载波上。同轴电缆内层导线金属屏蔽外绝缘层绝缘体包层防护层缆芯吸收层光缆：传输速率达到几百Mbps。光纤是从高纯度二氧化硅中提取的纤维传输原理：利用的是介质界面的反射率的不同而达到全反射传输单模：传送距离几十公里。多模：传送距离几公里光缆

依靠光波承载信息高传送速率通信容量大传输损耗小适合长距离传输抗干扰性能好保密性好轻便单芯光缆玻璃封套塑料外套玻璃内芯多芯光缆玻璃内芯塑料外套玻璃封套外壳传输介质的类型与特点介质类型特点应用有线通信双绞线成本低，易受外部高频电磁波干扰，误码率较高；传输距离有限固定电话本地回路、计算机局域网同轴电缆传输特性和屏蔽特性良好，可作为传输干线长距离传输载波信号，但成本较高固定电话中继线路、有线电视接入光缆传输损耗小，通讯距离长，容量大，屏蔽特性非常好，不易被窃听，重量轻，便于运输和铺设。缺点是精确连接两根光纤很困难电话、电视等通信系统的远程干线，计算机网络的干线无线通信自由空间使用微波、红外线、激光等，建设费用低，抗灾能力强，容量大，无线接入使得通信更加方便.但易被窃听、易受干扰广播，电视，移动通信系统，计算机无线局域网5.2计算机局域网局域网的特点局域网的组成局域网的传输介质局域网的拓扑结构常见局域网简介局域网的建立局域网的使用局域网的安全

局域网常见于公司、学校、政府机构，是计算机网络中最流行的一种形式。局域网的物理组成：网卡、电缆、集线器、计算机工作站/服务器（统称为“节点”）本地资源/网络资源1、局域网的特点为一个单位所拥有，地理范围和站点数目均有限使用专用的通信线路，数据传输速率高，通信时间延迟较低，可靠性较好能按广播方式或组播方式（一个站向多个站发送信息）进行通信。广播式网络：在广播式网络中，所有计算机共享一个通信信道。当网络中的一台计算机向另一台计算机发送信息时，发送的信息中含有目的地址和源地址。所有计算机均收到该信息，当目的地址为本机地址时接收该信息，否则丢弃该信息。LAN(局域网)中的介质访问控制方法

局域网使用广播信道，多个站点共享同一信道。问题：如何解决广播信道站点对信道的争用？解决信道争用的协议称为介质访问控制(MediumAccessControl)协议。

补充——了解

载波侦听多路访问/冲突检测(CSMA/CD)CarrierSenseMultipleAccess/CollisionDetect

令牌传递(TokenPassing)

TokenRing TokenBus FDDI(双环)介质访问控制的有两种方法演示令牌CSMA/CD:带冲突检测的载波监听多路访问用于IEEE802.3（以太网）工作原理：发送前先监听信道是否空闲，若空闲则立即发送数据。在发送时，边发边继续监听。若监听到冲突，则立即停止发送。等待一段随机时间（称为退避）以后，再重新尝试。归结为四句话：发前先侦听，空闲即发送，边发边检测，冲突时退避.演示CSMA局域网的基本组成节点（node）：网络上的每一台设备，包括工作站、服务器以及打印机等都称为网络上的一个节点。每个节点都有一个唯一的物理地址(MAC地址),以便相互区别,实现节点间通信.网卡（网络适配器）（NIC，NetworkInterfaceCard）网络中每台计算机(工作站或服务器)都必须安装网卡，不同类型的网络，需安装使用不同类型的网卡将数据从计算机传送到网络(打包)从网络接收数据传送到节点（拆包）日常局域网使用的网卡大都是以太网网卡。按网卡传输速度来分：10Mbps网卡10/100Mbps自适应网卡千兆(1000Mbps)自适应网卡。

不同类型的网络使用不同类型的网卡。（网卡）PCI笔记本电脑使用的网卡PCMCIA介质访问地址(MAC地址)：为了相互区别，局域网中的每台计算机都有一个惟一的地址，称为MAC地址网卡的身份证——MAC地址：是通信节点的识别标志，每块网卡都有一个全球唯一的数字地址，也可称为物理地址。它是由网卡生产厂家在生产时写入网卡的ROM（只读存储芯片）中，并确保这个数字是全球唯一的。MAC地址由12个16进制数表示，每两位由“-”或“：”分开，如:00-0D-60-FE-EF-67前6位为厂商标识，IEEE分配给全球的网卡生产商后6位为网卡标识，网卡产家确定的系列号局域网的基本组成局域网的基本工作原理数据传输方法：必须把要传输的数据分成小块（称为“帧”，frame），每台计算机每次只传输一个帧，确保任何计算机都有传输数据的机会每次通信时，总线上的所有节点，都要检测信息帧中的MAC地址，来决定是否应该接收该信息帧，这个任务由每个节点的网卡完成有效载荷(传输的数据)校验信息发送计算机MAC地址目的计算机MAC地址控制信息发给哪一台计算机？校验信息随同数据一起进行传输，供接收节点在收到数据之后验证数据传输是否正确哪一台计算机发送的数据帧需要传输的数据，如程序、邮件、MP3音乐等注意：不同类型的局域网，MAC地址规定不同，数据帧的格式不同，有效载荷最大长度不同，校验方法不同总线式以太网以集线器(hub)为中心，每台计算机通过以太网卡和双绞线连接到集线器的一个端口，通过集线器与其他节点相互通信

集线器ABCD把一个端口接收到的帧向所有端口分发出去，并对信号进行放大，以扩大网络的传输距离，起着中继器的作用

有效载荷(传输的数据)校验信息发送计算机MAC地址接收计算机MAC地址AD(以太网数据帧)总线2、常用局域网简介—以太网（Ethernet）交换式以太网以以太网交换机(Ethernetswitch)为中心构成以太网交换机是一种高速电子交换器，连接在交换机上的所有计算机均可同时相互通信总线式以太网交换式以太网Hub向所有计算机发送数据帧，由计算机选择接收交换机按MAC地址将数据帧直接发送给指定的计算机1次只允许1对计算机进行数据帧传输允许多对计算机同时进行数据帧传输实质上是总线式拓扑结构星形拓扑结构所有计算机共享一定的带宽每个计算机各自独享一定的带宽以太网交换机123456千(万)兆位以太网Web服务器邮件服务器数据库服务器网管工作站防火墙千兆交换机路由器光缆光缆光缆光缆双绞线百兆交换机双绞线光缆光缆网络信息中心双绞线教学楼图书馆化学楼物理楼实验室万兆交换机不同速率的以太网交换机可以按层次方式互相连接起来，构成“校—院系—室、组”的多层次的局域网传输介质(光纤)的长度可达几公里计算机网络的2种工作模式资源：硬件、软件、数据都是计算机的资源网络中的计算机可以扮演2种不同的角色：客户机：需要使用其它计算机资源的计算机服务器：提供资源（如数据文件、磁盘空间、打印机、处理器等）给其它计算机使用的计算机每一台联网的计算机，其“身份”或者是客户机，或者是服务器，或者两种身份兼而有之计算机网络有两种基本的工作模式：对等（peer-to-peer，简称P2P）模式客户/服务器（Client/Server，简称C/S）模式局域网软件:计算机中安装和运行的软件决定它在局域网中的角色。如：服务器软件：WindowsNT、UNIX、NovellNetware

Unix

LinuxNovellNetware对等工作模式（P2P）网络中每台计算机既可以作为客户机也可以作为服务器例：Windows操作系统中的“网上邻居”ABLAN或WAN特点：可共享的资源主要是文件和打印机，由资源所在计算机自己管理，使用比较简单不需要专门的硬件服务器，也不需要网络管理员保证可靠性、安全性是关键A计算机可使用B的打印机B计算机可访问A计算机硬盘中的文件互联网应用中的P2P工作模式P2P是通过网络中计算机与计算机之间直接交换来共享计算机资源的一种应用模式以前P2P模式以局域网使用居多，近些年它已在因特网上广泛使用，例如：文件共享：BitTorrent(BT下载)，eMule(电驴)，迅雷即时通信：QQ、MSNMessenger流媒体服务：Skype（网络IP电话）对等协同计算P2P业务已占互联网业务流量的60%以上PeerPeerPeer（P2P模式）ClientServerClientClient（C/S模式）举例：BT下载的工作原理ACBD客户/服务器工作模式（C/S）特点：网络中的计算机有专门分工，有的是客户机，有的是服务器服务器大多是一些专门设计的性能较高的计算机，并发处