《大学计算机基础》 课件 第6章 计算机网络与网络安全

大学计算机基础课程英语标题能陈述计算机网络的定义、分类，能理解计算机网络的协议。能记住IP地址的表示及分类，会配置计算机的IP地址。会利用搜索引擎进行文献检索。能列举常见的网络安全防范技术。会使用杀毒软件清除电脑病毒。第6章计算机网络与网络安全当前，计算机网络的应用无处不在，当你用微信给你的朋友发了一幅图片时，你是否想过这幅图片是怎样从你的手机传到你朋友的手机上的？当你在计算机机房上课时，你把作业上传到教师机时，你有没有想过这些计算机之间是如何通信的？为了弄明白这些问题，我们先来了解一下计算机网络的基础知识。6.1计算机网络的基础知识6.1.1计算机网络的定义典型的计算机机房的计算机网络系统示意图。6.1计算机网络的基础知识6.1.2计算机网络的分类

6.1计算机网络的基础知识依据网络覆盖范围的大小，将计算机网络分为：局域网LAN（LocalAreaNetwork）城域网MAN（MetropolitanAreaNetwork）广域网WAN（WideAreaNetwork）个人区域网PAN（PersonalAreaNetwork）

6.2网络协议计算机网络中互相通信的节点必须要遵守事先约定好的一些规则，这些为网络中的数据交换而建立的规则、标准或者约定称为网络协议。网络协议主要由以下3个要素组成：语法。即数据与控制信息的结构或格式，规定通信双方“如何讲”。语义。即需要发出何种控制信息，完成何种动作以及做出何种响应，规定通信双方“讲什么”。同步，又称时序。即对事件实现顺序的详细说明，规定通信双方之间“先讲什么，后讲什么”。

6.2网络协议计算机网络的协议是按照层次结构模型来组织的，将网络层次结构模型与计算机网络各层协议的集合称为网络的体系结构或参考模型。为便于理解，假以我们生活中的收发快递包裹模型作类比。6.2.1TCP/IP参考模型

6.2网络协议TCP/IP是TransmissionControlProtocol/InternetProtocol的缩写，称为传输控制协议/网际协议。它是Internet最基本、最核心的网络通信协议，是Internet信息交换、寻址规则和格式规范的协议集合。TCP/IP协议不是一个协议，也不是两个协议，而是一组协议，这些协议集合是按照层次结构模型来组织的，称作TCP/IP参考模型。6.2.1TCP/IP参考模型

6.2网络协议TCP/IP模型的四个层次及每层对应的常用协议如图。6.2.2OSI参考模型

6.2网络协议TCP/IP参考模型被称为计算机网络体系结构“事实上的国际标准”，之所以被称为“事实上”的，是因为还有一个“理论上”的国际标准——OSI参考模型。OSI参考模型即著名的开放系统互连基本参考模型OSI/RM（OpenSystemsInterconnectionReferenceModel），简称为OSI，它是国际标准化组织IS0于1977年-1984年成立专门机构研究制定的。虽然OSI参考模型没能成为事实上的网络标准，但对于我们今天学习理解计算机网络的体系结构，仍然具有一定的指导意义。6.2.2OSI参考模型

6.2网络协议OSI参考模型将整个网络的功能划分为七个层次。6.2.2OSI参考模型

6.2网络协议OSI参考模型将整个网络的功能划分为七个层次。（1）物理层物理层（PhysicalLayer）是参考模型中的底层，其主要功能是利用传输介质为数据链路层提供物理连接，也就是主要负责数据比特流的物理传输工作，即传输0和1，当发送方发送1或0时，接收方就应当收到1或0，为此，物理层就要考虑使用多少伏特电压能代表1或0，当然除此之外，物理层还要考虑时钟频率是多少，传输时采用的是全双工方式还是半双工方式等问题。总而言之，物理层关心的是链路的机械、电气、功能等问题。6.2.2OSI参考模型

6.2网络协议OSI参考模型将整个网络的功能划分为七个层次。（2）数据链路层数据链路层（DataLinkLayer）简称链路层，是在通信实体间建立数据链路连接，解决相邻两个节点之间的通信向题，并为网络层提供差错控制和流量控制的服务。数据链路层传输数据的基本单位为“帧”（Frame）。6.2.2OSI参考模型

6.2网络协议OSI参考模型将整个网络的功能划分为七个层次。（3）网络层网络层（NetworkLayer）主要负责为分组交换网上的不同主机提供通信服务，这一层为传输层提供服务。在发送数据时，网络层把传输层产生的报文段或用户数据报封装成分组（IP数据报）或数据包（Packet）进行传输，此外，网络层还要选择合适的路由使源主机传输层传下来的分组通过路由器找到目的主机。6.2.2OSI参考模型

6.2网络协议OSI参考模型将整个网络的功能划分为七个层次。（4）传输层传输层（TransportLayer）也可称为运输层，主要功能是在网络层提供服务的基础上建立的，其任务是向用户提供可靠的、透明的、端到端的数据报文（message）传输，并采用一些技术手段弥补用户对不同网络的要求及网络可向用户提供的服务之间的差异，使用户无须了解网络传输的细节，就能获得相对稳定的数据传输服务。6.2.2OSI参考模型

6.2网络协议OSI参考模型将整个网络的功能划分为七个层次。（5）会话层会话层（SessionLayer）的主要功能是管理和协调不同主机上的各种进程之间的通信（对话或会话），也就是负责建立、管理及终止应用程序间的通信，维护两个节点之间的传输连接，确保点到点传输不中断，以及管理数据交换等。6.2.2OSI参考模型

6.2网络协议OSI参考模型将整个网络的功能划分为七个层次。（6）表示层表示层（PresentationLayer）是指为在应用过程中传输的信息提供表示方法的服务，该层关心的是所传输数据的语法和语义，表示层的主要功能是处理在两个通信系统中交换信息的表示方法，主要包括数据格式、数据压缩与解压、数据加密与解密等。6.2.2OSI参考模型

6.2网络协议OSI参考模型将整个网络的功能划分为七个层次。（7）应用层应用层（ApplicationLayer）是OSI参考模型中的最高层，是面向用户的一层，是用户与网络的接口。需要注意的是，应用层非应用程序，而是为应用程序提供服务的，在这一层可以通过应用程序完成网络用户的各种应用需求，如文件传输，收发邮件等。6.2.3两种协议模型对比

6.2网络协议

6.3计算机网络的基本配置当网络中的两台主机要进行通信时，必须知道通信双方各自的地址，这就是我们所理解的Internet地址，即IP地址。IP地址是Internet上主机的唯一标识，通过IP地址可以识别Internet中不同的主机。6.3.1IP地址的表示

6.3计算机网络的基本配置IP地址由32位二进制数组成，为了记忆方便，可以将IP地址的32位二进制数进行分组，每组8位，共4组，然后将每组8位二进制数转换为相应的十进制数。中间用“.”间隔，这种表达方式称为“点分十进制”。6.3.2IP地址的分类

6.3计算机网络的基本配置每个IP地址由两部分组成，即网络号和主机号，如图所示。网络号：也称网络地址，用于标识大规模TCP/IP网际网络（即由网络组成的网络）内的单个网段。主机号：也称主机地址，用于识别每个网络内部的TCP/IP节点，如工作站、服务器、路由器或其他TCP/IP设备。6.3.2IP地址的分类

6.3计算机网络的基本配置IP地址中的网络号和主机号总共是32位（4个字节），为了方便网络的管理，IP地址分为A、B、C、D、E五类，规定了网络号和主机号所占的不同位数以及固定的最高位分别是“0、10、110……”，如图所示。6.3.2IP地址的分类

6.3计算机网络的基本配置IP地址类别详述IP地址类型二进制固定最高位二进制网络位二进制主机位网络号地址范围每个网络可容纳主机数A类08位24位～224-2B类1016位16位～216-2C类11024位8位～28-2（254）D类1110组播地址E类11110保留地址6.3.3公网地址和私网地址

6.3计算机网络的基本配置一般的IP地址是由网络信息中心（NetworkInformationCenter，NIC）统一管理并分配给提出注册申请的组织机构的，这类IP地址称为公网地址或公有地址，通过它可以直接访问Internet。而私网地址（又称私有地址）属于非注册地址，不需要申请，专门为组织机构内部使用。私网地址类别IP地址范围A类

（1个）～55B类

（16个）～55C类

（256个）～556.3.4子网掩码

6.3计算机网络的基本配置传统的IPv4地址中A类、B类、C类地址的网络位数是固定的，一个单位获取到某类IP地址后，也就意味着可为一定数量的计算机分配IP地址，但是有的单位却没有那么多的主机入网，这造成IP地址的浪费；而有的单位不够用，形成IP地址紧缺。这样，有时可以根据需要把一个网络划分成几个更小的子网供多个单位使用，即子网划分。6.3.4子网掩码

6.3计算机网络的基本配置一个划分了子网的IP地址和一个未划分子网的IP地址在外观上是没有任何差别的，那么应该如何区分这两个IP地址呢？这就要用到子网掩码。子网掩码（或称子网屏蔽码）与IP地址相同，也是一个32位的二进制数。通常是将对应于IP地址中网络地址（网络号和子网号）的所有位设置为“1”，对应于主机地址（主机号）的所有位都设置为“0”。子网掩码由于把子网号也设置为“1”，就可以跟没有划分子网的IP地址进行区分了。例如上图6-11中未划分子网的IP地址1的子网掩码是；而划分了子网（假如占8位）的IP地址1的子网掩码是。6.3.4子网掩码

6.3计算机网络的基本配置未划分子网的A类、B类、C类IP地址的默认子网掩码如表所示。地址类型子网掩码二进制位点分十进制A类地址11111111000000000000000000000000B类地址11111111111111110000000000000000C类地址111111111111111111111111000000006.3.5默认网关

6.3计算机网络的基本配置如果你从一间教室，进入到另一间教室，需要经过两道门；同理从一个网络进入到另一个网络也需要经过两道“门”，一个网络的这道“门”就是网关。网间的连接设备通常是路由器，因此网关实际就是本网络所连接的路由器接口的IP地址，也就是数据包转发时所要经过的路由器接口地址。默认网关就是当网络连接多台路由器时，数据包默认首选转发的接口地址。6.3.5默认网关

6.3计算机网络的基本配置R1LANBLANA网络A的网关网络B的网关6.3.6DNS服务

6.3计算机网络的基本配置IP地址是Internet上主机的唯一标识，直接利用IP地址就可以访问Internet上的主机，但是用户一般很难记住由一串数字组成的IP地址，如“21”。在这种情况下，研究人员提出了域名的概念。域名类似于Internet上的门牌号码，是用于识别和定位Internet上主机的层次结构式字符标识，与该主机的IP地址相对应。域名通常与实际含义相关，非常有利于用户记忆和使用。为了兼顾二者的使用，网络中需要有相应的能够对域名和IP地址进行转换的服务，这就依赖于域名系统（domainnamesystem，DNS）。6.3.6DNS服务

6.3计算机网络的基本配置域名结构DNS采用层次化的分布式名字系统，可看成一个树状结构，如图6-11所示。整个树状结构称为域名空间，其中的节点称为域。域可以划分子域，子域还可以继续划分子域，这样就形成了层次化的域名结构。6.3.6DNS服务

6.3计算机网络的基本配置我国的域名结构（1）顶级域名为.cn（2）二级域名又分为类别域名和行政区域名两类:①类别域名：共6个，包括用于科研机构的.ac，用于工商金融企业的.com，用于教育机构的.edu，用于政府部门的.gov，用于互联网络信息中心和运行中心的.net，以及用于非营利组织的.org。②行政区域名：共有34个，分别对应于我国各省、自治区、直辖市和特别行政区，如北京（.bj）、上海（.sh）、浙江（.zj）、山东（.sd）等等。（3）三级域名用字母（A～Z，a～z，大小写等同）、数字（0～9）和连接符（-）组成，各级域名之间用实点（.）连接，三级域名的长度不能超过20个字符。6.3.7IPv6地址

6.3计算机网络的基本配置IPv6是用于替代现行版本IPv4的下一代IP协议，IPv6使用了128位的地址空间，即支持2的128次方的地址。IPv6地址，采用“冒号十六进制”表示的方法，将128位的二进制以16位一组进行划分，共分成了八组，每一组采用四位的十六进制数表示。例如，1981:0003:0026:2021:DFDB:00E0:4A68:0979，就是一个IPv6地址。6.3.7IPv6地址

6.3计算机网络的基本配置IPv6提供了压缩方式来简化地址的书写，压缩规则如下所示。（1）每16位中的前导0可以省略。（2）地址中包含的连续两个或多个均为0的组，可以用双冒号“：：”来代替。在一个IPv6地址中只能使用一次双冒号“：：”。【任务6-1】简单局域网的组建

6.3计算机网络的基本配置6.4.1Internet发展简介

6.4Internet基础及应用1.Internet的起源Internet起源于美国1969年的军用计算机网ARPANET。成功地连接了美国加州大学洛杉矶分校、加州大学圣巴巴拉分校、斯坦福大学和犹他大学四个节点的计算机。人们普遍认为ARPANET就是Internet的雏形，ARPANET的诞生，标志着计算机网络的发展进入了一个新纪元。20世纪90年代前后，开始使用Internet这个名称，商业机构也开始进入，成为Internet大发展的强大推动力。6.4.1Internet发展简介

6.4Internet基础及应用2.Internet在中国的发展1987年9月20日，钱天白教授发出我国第一封“越过长城，通向世界”的电子邮件，揭开了中国人使用Internet的序幕。1994年4月，北京中关村地区及清华大学，北京大学组成的NCFC网开通了与国际Internet的64Kb/s专线连接，同时启用了中国最高域名（CN）服务器。6.4.1Internet发展简介

6.4Internet基础及应用2.Internet在中国的发展2014视频→6.4.2Internet应用6.4Internet基础及应用目前，Internet上所提供的服务功能已达上万种，其中常用的有万维网、电子邮件、搜索引擎、即时通信、视频点播、文件传输、电子商务与电子支付等等。1.WWW服务WWW是WorldWideWeb的缩写，又称Web网或万维网，是一种建立在Internet上的全球性的、交互的、动态的、多平台的、分布式的信息浏览系统，也是Internet被广泛应用的一种信息服务。“超文本”就是指它的信息组织形式不是简单地按顺序排列，而是用由指针链接的复杂的网状交叉索引方式，对不同来源的信息加以链接。URL（UniformResourceLocator，全球统一资源定位符），俗称“网址”，它是用来指定网上信息资源地址的一种命名方法，我们经常在浏览器中的地址栏中输入URL。6.4.2Internet应用

6.4Internet基础及应用2.搜索引擎搜索引擎其实也是一个网站，只不过该网站专门为用户提供信息检索服务，它使用特有的程序把因特网上的所有信息归类，以帮助人们在浩如烟海的信息海洋中搜寻自己所需要的信息。常用的搜索引擎有百度、360搜索、搜狗、微软必应等。如果要进行大量的专业文献检索，就要使用专门的文献检索数据库了。目前，国内比较常用的文献数据库有中国知网（/）、万方数据（/）、维普中文科技期刊数据库（/）等。6.4.2Internet应用

6.4Internet基础及应用3.“互联网+”“互联网+”可以理解为“互联网+各个传统行业”，但这并不是简单的相加，而是利用信息通信技术以及互