计算机网络基础2

计算机网络技术工程一：计算机网络根底第一章认识计算机网络教材与参考资料所用教材：胡远萍、陈雪蓉等编著：《计算机网络技术与应用》高等教育出版社，2023.12参考资料：1《计算机网络技术》胡远萍主编科学出版社2005年2《计算机网络技术实验实训指导》陈敏主编科学出版社2005年3张国鸣主编.：网络管理员教程：清华大学出版社，2004.74雷震甲主编：网络工程师教程.清华大学出版社，2004.7本课程内容简介工程一：计算机网络根底第一章认识计算机网络工程二：局域网根底与组网技术第二章计算机与局域网连接第三章组建小型局域网络第四章组建小型企业网第五章无线局域网及其设备工程三：网络操作系统及配置根底第六章网络操作系统根本配置本课程内容简介〔续〕工程四：Internet根底与接入方法第七章Internet接入与效劳第八章应用效劳器安装配置工程五：网络平安第九章网络平安管理与防范本课程教学目标工程一:计算机网络根底知识[教学内容]〔1〕计算机网络的定义〔2〕计算机网络系统的组成〔3〕计算机网络的分类〔4〕计算机网络的拓扑结构〔5〕计算机网络的功能〔6〕计算机网络的主要性能指标〔7〕网络体系结构及协议的概念〔8〕OSI参考模型的结构〔9〕TCP/IP体系结构

[教学要求](1)掌握计算机网络的根本概念；(2)熟悉网络的分类和拓扑结构；(3)了解计算机网络系统的组成；(4)掌握计算机网络的主要功能；(5)了解计算机网络的产生与开展；(6)掌握网络体系结构及协议的概念；(7)熟悉ISO/OSI开放系统互连参考模型各层的功能(8)掌握TCP/IP体系结构；(9)掌握OSI与TCP/IP的关系。本模块的说明本次课说明本次课内容介绍主要内容：计算机网络的定义计算机网络的功能计算机网络的应用计算机网络的开展过程重点内容：计算机网络的概念计算机网络的常见组网设备计算机网络的功能1.计算机网络定义

将多个具有独立工作能力的计算机、终端及其附属设备，通过通信设备和线路连接起来，由功能完善的网络软件实现资源共享和数据通信的复合系统。1.1

计算机网络概述至少有两个具有独立操作系统的计算机，且它们之间有相互共享某种资源的需求。两个独立的计算机之间必须用某种通信手段将其连接。网络中的各个独立的计算机之间要能相互通信，必须制定相互可确认的标准标准或协议。一个计算机网络必须具备以下3个根本要素1.1计算机网络概述1.1计算机网络概述2．计算机网络的功能〔1〕资源共享软件、硬件、数据的共享〔2〕信息传递计算机间数据与程序的快速传递〔3〕实时的集中处理把已存在的许多联机系统有机地连接起来，提高系统的处理能力〔4〕提高可靠性实现两台或多台计算机间的互为备份〔5〕均衡负荷和分布式处理合理的分配需要处理的数据〔6〕增加效劳工程图像、声音、动画等信息的处理和传输1.1计算机网络概述1.1.2计算机网络的应用和开展趋势1．计算机网络的应用〔1〕文件和打印业务文字处理程序或电子表格〔2〕通信业务远程登陆〔3〕邮件业务EMAIL〔4〕应用效劳ATM〔5〕数据库效劳网络游戏，QQ〔6〕网络管理效劳1.1计算机网络概述2．计算机网络的开展趋势世界上第一个计算机网络是1969年美国国防部的建立的分组交换网“ARPANET〞。〔1〕实验网络阶段20世纪70年代〔2〕学术应用阶段20世纪80年代〔3〕商业应用阶段20世纪90年代至今标准、开放的计算机网络1.1计算机网络概述1.1.3计算机网络的组成计算机网络是由网络硬件系统和网络软件系统组成的。从拓扑结构上看：计算机网络是由一些网络节点和连接这些网络节点的通信链路组成；从逻辑功能上看：计算机网络那么是由通信子网和用户资源子网组成的。1.1计算机网络概述计算机网络组成示意图

1.1计算机网络概述1．网络节点和通信链路计算机网络中的节点一般可分为访问节点、转接节点和混合节点。通信链路是指两个网络节点之间承载信息和数据的线路。通信链路又分为物理链路和逻辑链路两类。按逻辑功能将计算机网络划分为:资源子网和通信子网1.1.3计算机网络的组成通信子网通信子网通信控制处理机(CCP)通信线路通信设备负责完成数据的传输、交换以及通信控制，是负责数据通信的局部1.1.3计算机网络的组成资源子网

资源子网主机系统终端及终端控制设备连网外部设备实现全网面向应用的数据处理和网络资源共享。软件和信息资源1.1.3计算机网络的组成3．网络硬件系统和软件系统与计算机系统相似，计算机网络也是由硬件系统和软件系统两大局部构成。〔1〕网络硬件系统计算机网络的硬件主要包括主计算机、终端、通信控制处理机、调制解调器、多路复用器、集线器和通信线路等。〔2〕网络软件系统计算机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、网络应用软件。1.1.3计算机网络的组成1.1计算机网络概述1.1.4计算机网络的分类1．按计算机网络覆盖的范围进行分类〔1〕局域网一般为几千米，通常在企业、学校内使用〔2〕广域网一般几十千米到几万千米，甚至国家或地区〔3〕城域网介于局域网和广域网之间，约为几十千米2．按网络的使用范围进行分类〔1〕公用网公共网〔2〕专用网银行、公安、铁路3．按网络中计算机所处的地位进行分类〔1〕对等网络普通办公室、家庭内可以建立对等网〔2〕基于效劳器的网络客户机/效劳器1.1.4计算机网络的分类1.1计算机网络概述4．按计算机网络的拓扑结构进行分类总线型、星型、环型、树型和网状型

5．按计算机网络的传输介质进行分类〔1〕有线网络〔2〕无线网络1.2计算机网络的拓扑结构1.2.1网络拓扑结构的概念按照拓扑学的观点，将工作站、效劳器、交换机等网络单元抽象为“点〞，网络中的传输介质抽象为“线〞，那么计算机网络系统就变成了由点和线组成的几何图形，它表示了通信媒介与各节点的物理连接结构，这种结构为网络的拓扑结构。1.2计算机网络的拓扑结构1.2.2常见的网络拓扑结构按照网络中各节点位置和布局的不同，计算机网络可分为总线型拓扑、星型拓扑、环型拓扑、树型拓扑和网状型拓扑等网络类型。

1．总线型拓扑

优点：结构简单，使用的电缆少，易于网络扩展，可靠性较高缺点：访问控制复杂、受总线长度限制而延伸范围小

1.2计算机网络的拓扑结构2．星型拓扑

优点：结构简单、易于诊断与隔离故障、易于扩展网络、便于管理缺点：需要使用大量的线缆，过分依赖中央节点

3．环型拓扑优点：路径选择简单、控制软件简单缺点：不容易扩充、节点多时响应时间长1.2计算机网络的拓扑结构4．树型拓扑优点：线路总长度短，本钱较低，节点易于扩展，缺点：结构较复杂，传输时延长5．网状型拓扑优点：可靠性高、节点共享资源容易、可改善均衡负荷，可选择最正确路径，传输时延小缺点：是控制和管理复杂、软件复杂、布线工程量大、建设本钱高等局域网常用的拓扑结构有总线型、星型、环型；城域网和广域网的拓扑结构复杂，主要采用网状型和混合结构。1.2计算机网络的拓扑结构常见的小型企业网络拓扑结构监控主机文件效劳器邮件效劳器办公系统效劳器防火墙PSTN路由器WWW效劳器交换机交换机内网

本次课内容小结计算机网络的定义以及计算机网络的三个要素〔结合三个要素来理解计算机网络的概念〕计算机网络的功能计算机网络的组成与分类计算机网络的拓扑结构本次课说明本次课内容介绍主要内容：计算机网络的体系结构OSI/RM参考模型TCP/IP协议体系结构的模型计算机网络的主要性能指标重点内容：OSI的七层模型TCP/IP模型1.3计算机网络体系结构1.3.1计算机网络是如何进行通信的为了使分布在不同地方且功能相对独立的计算机之间组成网络进行通信，实现资源共享，计算机网络系统需要完成以下工作：〔1〕发起通信的计算机必须将数据通信的通路进行激活。激活就是要发出一些信令，保证要传送的计算机数据能在这条通路上正确发送和接收。〔2〕要告诉网络如何识别接收数据的计算机。〔3〕发起通信的计算机必须查明对方计算机是否已准备好接收数据。〔4〕发起通信的计算机必须弄清楚，在对方计算机中的文件管理程序是否已做好文件接收和存储文件的准备工作。〔5〕假设计算机的文件格式不兼容，那么至少其中的一个计算机应完成格式转换功能。〔6〕对出现的各种过失和意外事故，如数据传送错误、重复或丧失，网络中某个结点出故障等，应当有可靠的措施保证对方计算机最终能够收到正确的文件。1.3计算机网络体系结构1.3.2网络协议计算机网络中的不同计算机之间要进行通信，必须遵循一些事先制定好的规那么标准，为进行网络中的数据交换而建立的规那么﹑标准或约定即称为网络协议。一般来说，网络协议主要由语法、语义和时序三大要素组成。〔1〕语法，是指数据与控制信息的格式、数据编码等。〔2〕语义，控制信息的内容，需要做出的动作及响应。〔3〕时序，事件先后顺序和速度匹配。1.3计算机网络体系结构1.3.3网络体系结构在计算机网络系统中，网络效劳请求者与效劳提供者之间的通信是非常复杂的，如传输介质是怎样物理地建立起来的；在介质上如何传输数据；网络如何知道什么时间要传输数据，有多少数据需要传输；网络中各种实体如何建立相互联系；使用不同语言的网络实体，怎样才能相互通信，网络实体怎样才能保证数据被正确接收。计算机网络体系结构正是解决这些问题的钥匙。为了研究方便，人们把网络通信的复杂过程抽象成一种层次结构模型，层次结构的特点是每一层都建立在前一层根底之上，低层为高层提供效劳。1.3计算机网络体系结构1.3.4OSI/RM参考模型开放式系统互联模型〔OSI〕是1984年由国际标准化组织提出的一个参考模型，也称OSI/RM。OSI模型是一种严格的理论模型，并不是一种特定的硬件设备或一套软件方案。1.3.4OSI/RM参考模型应用层Application表示层Presentation会话层session传输层transport物理层Physical数据链路层DataLink网络层Network7654321处理网络应用数据表示、格式转换主机间通信端到端的连接寻址和路由选择介质访问〔接入〕二进制传输1.3计算机网络体系结构1.3计算机网络体系结构1．物理层物理层〔PhysicalLayer〕在OSI模型的最底层，它建立在通信介质的根底上，作为系统和通信介质的接口，用来实现数据链路实体间比特〔bit〕流的透明传输。具有物理层功能的设备：RJ-45、各种线缆及接线设备。2．数据链路层数据链路层〔DataLinkLayer〕是将比特收集起来，即将物理层传来的0、1信号组成数据包〔也称为帧，Frame〕的格式，在相邻网络实体之间建立、维持和释放数据链路连接，并传输数据链路效劳数据单元。数据链路层的设备：集线器和交换机等1.3计算机网络体系结构3．网络层网络层〔NetworkLayer〕主要规划数据在网络中最正确的传输路径。具有网络层功能的设备：路由器和三层交换机等。4．传输层传输层〔TransportLayer〕把数据分段并组装成数据流。由于应用层、表示层和会话层关心的是应用程序，而后面的4层那么是处理与数据传输相关的问题。链路层的任务两节点间可靠的数据传输Ethernet,X.25,ATM,…网络层的任务沿两端点间的最佳路由传输数据（主机间的逻辑通信）Ethernet,X.25,ATM,………两端点间可靠的透明数据传输（应用进程间的逻辑通信）通信子网传输层的任务1.3计算机网络体系结构5．会话层会话层〔SessionLayer〕，主要负责建立、管理和终止两节点应用程序之间的会话。例如，两节点在正式通信前，需先协商好双方所使用的通信协议、通信方式、如何侦错及复原，以及如何结束通信等内容。6．表示层表示层〔PresentationLayer〕确保一个系统应用层发送的信息能够被另外一个系统的应用层所识别。7．应用层，应用层〔ApplicationLayer〕处于最高层，也是最靠近用户的一层，为用户的应用程序提供网络效劳。1.3计算机网络体系结构1.3.5模型中的数据传输每一层的协议交换的信息称为协议数据单元〔PDU，ProtocolDataUnit〕，通常在该层的PDU前面增加一个单字母的前缀，表示为哪一层数据。1.3计算机网络体系结构1.3.6TCP/IP参考模型1．TCP／IP的层次结构TCP/IP是目前被广泛使用的网络协议，几乎所有的厂商和操作系统都支持它，TCP/IP协议也是Internet的根底协议，它是Internet事实上的标准协议。1.3计算机网络体系结构

TCP/IP模型各层的功能如下：〔1〕网络接口层，定义了Internet与各种物理网络之间的网络接口。〔2〕网络层，负责相邻计算机之间〔即点对点〕通信，包括处理来自传输层的发送分组请求，检查并转发数据报，并处理与此相关的路径选择，流量控制及拥塞控制等问题。〔3〕传输层，提供可靠的端到端的数据传输，确保源主机传送分组到达并正确到达目标主机。〔4〕应用层，提供各种网络效劳，如SMTP，DNS，HTTP，SNMP等。1.3计算机网络体系结构2．OSI与TCP/IP参考模型的比较TCP/IP的网络接口层并不是真正的一层，在数据链路层和物理层的划分上根本是空白，而这两个层次的划分是十分必要的；OSI的缺点是层次过多，事实证明会话层和表示层的划分意义不大，反而增加了复杂性。1.4计算机网络的主要性能指标计算机网络的主要性能指标主要有三个1.带宽本来是指信号具有的频带宽度，即信号占据的频率范围，单位是赫〔或千赫、兆赫、吉赫等〕，现在“带宽〞是数字信道所能传送的“最高数据率〞的同义语，单位是“比特每秒〞，常用的带宽单位是千比每秒，即kb/s；兆比每秒，即Mb/s；吉比每秒，即Gb/s；太比每秒，即Tb/s。1.4计算机网络的主要性能指标2．时延〔latency/delay〕一个报文或分组从一个网络〔或一条链路〕的一端传送到另一端所需要的时间，包括发送时延、传播时延及处理时延。发送时延〔传输时延〕发送数据时，数据块从结点进入到传输媒体所需要的时间。信道带宽为数据在信道上的发送速率，常称为数据在信道上的