计算机网络 课件 项目一 认识计算机网络

计算机网络任务1计算机网络简介知识点一计算机网络的形成计算机网络的发展计算机网络概念计算机网络就是将分布在不同地理位置的具有独立工作能力的计算机、终端及其附属设备用通信设备和通信线路连接起来，并配置网络软件，以实现资源共享的系统。不同地理位置终端通信设备和通信线路资源共享计算机网络的特点与功能自主性互联性三个目的计算机网络特点123自主功能的上网终端（计算机、手机、平板等），计算机有独立的计算能力。主机（Host）或节点40%+=数据资源软件资源硬件资源计算机网络的特点与功能自主性互联性三个目的计算机网络特点123主机主机通信设备传输介质通过网络设备及通信线路连接起来，并遵循所规定的通信规则计算机网络的特点与功能自主性互联性三个目的计算机网络特点123实现通信交往信息资源交流计算机分布资源共享或协同工作(一)计算机网络发展的四个阶段单独一台计算机，效率较低采用批处理方式负责逐个处理各个终端设备输入的程序和数据。中心计算机小王的终端小李的终端小刘的终端ABCABC20世纪50年代中期到60年代中期面向单机的网络互连模式计算机网络发展的四个阶段通信网络网络的发展进入了一个崭新时期分布式处理分组交换技术(二)20世纪60年代末至70年代末多区域主机网络互连模式计算机网络发展的四个阶段海军：Honeywell陆军：DEC空军：IBM1984年，美国国防部将TCP/IP作为所有计算机网络的标准瑟夫：TCP/IP1983年，ISO发布了著名的ISO/IEC7498标准，它定义了网络互联的7层框架，也就是开放式系统互连参考模型。不兼容(三)20世纪70年代末至80年代初体系结构标准化网络计算机网络发展的四个阶段计算机技术通信技术HTTP网络已经渗透到我们生活的各个方面(四)20世纪80年代末至今互联网普及应用知识点二计算机网络的定义计算机网络的功能计算机网络的定义计算机网络是指将分布在不同地理位置上的具有独立功能的多台计算机、终端及其附属设备，用通信设备和通信线路相互连接起来，在网络软件的管理下实现数据传输和资源共享的系统，也就是说计算机网络是一个互联自治的计算机集合。1从以上定义中可以看出计算机网络包括以下三个部分：（1）至少两台计算机互联；（2）通信设备与通信线路；（3）网络软件和通信协议。2计算机网络的功能计算机网络可提供许多功能，但其中最主要的功能是数据通信和资源共享。1）数据通信2）资源共享3）提高计算机的可利用性4）集中管理5）实现分布式处理6）负荷均衡7）网络服务知识点三计算机网络的基本组成计算机网络的逻辑结构计算机网络的组成从物理结构来看，计算机网络是由网络硬件和网络软件两大部分组成，而从逻辑结构来看，计算机网络由通信子网和资源子网组成。1.计算机网络的硬件系统网络硬件是计算机网络系统的物质基础。构成一个计算机网络系统，首先要将计算机及其附属硬件设备与计算机系统连接起来，实现物理连接。计算机网络的硬件系统由计算机系统、通信线路和通信设备所组成。2.计算机网络的软件系统计算机网络的软件系统是实现网络功能不可缺少的环境，是支持网络运行、提高效益和开发网络资源的工具。网络软件通常包括网络操作系统、网络协议软件、网络数据库管理系统和网络应用软件。计算网络的逻辑结构由通信控制处理机、通信线路和其他网络通信设备组成。通信子网由主机系统、终端、终端控制器、连网外设、各种软件资源与信息资源组成。资源子网资源子网通信子网路由器主机服务器知识点四计算机网络的拓扑结构计算机网络的分类拓扑结构在计算机网络中，为了便于对计算机网络结构进行研究或设计，通常把计算机、终端、通信处理机等设备抽象为点，把连接这些设备的通信线路抽象成线，并将这些点和线构成的拓扑称为计算机网络的拓扑结构。(1)总线型拓扑结构结构简单灵活；可靠性高；设备少，费用低；安装容易，使用方便；共享资源的能力强，便于广播式工作；在总线的任何地方都可以增加新计算机，即总线网络扩充方便。优点拓扑结构(2)星型拓扑结构结构简单，便于管理；控制容易，组网简单；连接的故障不影响整个网络；集中控制，故障的检测和隔离方便；延迟时间短，传输的误码率低。优点对中央节点的可靠性要求很高，一旦出现故障，将造成整个网络的瘫痪；费用比较高，要大量的电缆，维护、安装难；扩展困难：加电缆和中央节点的接口；点对点连接，共享数据能力差；专用通信电缆，利用率不高；各节点的分布处理能力较低。缺点拓扑结构(3)树型拓扑结构各节点按一定的层次连接；易于扩展；易于进行故障隔离，可靠性高。优点对根节点的依赖性大，一旦根节点出现故障，将导致全网瘫痪；电缆成本高。缺点拓扑结构(4)环型拓扑结构网络结构简单，各工作站间无主从关系；简化路径的选择；电缆长度短；网络的实时性好；适合于光纤网，传输速度快，避免电磁干扰。优点对环接口要求高；故障的诊断困难；网络扩展困难，可靠性差；节点过多时，传输速度慢。缺点拓扑结构(5)网状拓扑结构网状态拓扑结构的最大优点是可靠性高，最大问题是管理复杂，一般用在大型网络中。计算机网络的拓扑结构综上所述，不管是局域网还是广域网，选择其拓扑结构，需要考虑如下因素：（1）网络既要易于安装，又要易于扩展；（2）网络的可靠性是考虑选择的重要因素。要易于故障诊断和隔离，以使网络的主体在局部发生故障时仍能正常运行；（3）网络拓扑的选择还会影响传输媒体的选择和媒体访问控制方法的确定，这些因素又会影响各个站点的运行速度和网络软、硬件接口的复杂性。总之，一个网络的拓扑结构应根据需求，综合诸因素作出合适选择。计算机网络的分类一、按网络覆盖的地理范围进行分类，计算机网络可以分为局域网、城域网和广域网3种类型。（1）局域网(LocalAreaNetwork，LAN)。局域网是指局限在10公里范围的一种小区域内使用的网络。局域网具有传输速率高(10Mb/s-10Gb/s)、误码率低、成本低、易维护、易管理、使用方便灵活等特点。（2）城域网(MetropolitanAreaNetwork，MAN)。城域网主要是由城市范围内的各局域网互连而成的一种专用网络系统。（3）广域网(wideareanetwork，WAN)。广域网又称远程网，是一种远距离的计算机网络，其覆盖范围远大于局域网和城域网，通常可以覆盖一个省、一个国家。可以从几十公里到几千公里。由于距离远，信道的建设费用高，因此很少有单位像局域网那样铺设自己的专用信道，通常是租用电信部门的通信线路，如长途电话线、光缆通道、微波及卫星等。广域网传送误码率比较低，一般在10-3~10-5之间，如：邮电部的CHINANET、CHINAPAC和CHINADDN网。计算机网络的分类二、按网络的拓扑结构分类按网络的拓扑结构分类，计算机网络可以分为总线型、星型、环型、树型和网状网络。例如以总线拓扑结构组建的网络称为总线型网络，以星型拓扑结构组建的网络称为星型网络。三、按传输介质分类根据网络所使用的传输介质，可以把计算机网络分为双绞线网(以双绞线为传输介质)、光纤网(以光缆为传输介质)、同轴电缆网(以同轴电缆为传输介质)、无线网络(以无线电波为传输介质)和卫星数据通信网(通过卫星进行数据通信)等。目前，没有一种网络使用单一的介质，而是几种介质混合使用。部分习题答案1、（单选题）通信系统必须具备的三个基本要素是（）。A.终端、电缆、计算机B.信源、通信媒介、信宿C.信号发生器、通信线路、信号接收设备D.终端、通信设施、接收设备2、（单选题）计算机网络可以分为局域网、城域网和广域网，这是按照（）方式划分计算机网络。A不同类型B管理方式C传输方式D地理范围3、（单选题）在计算机网络中，（）是由网络中的各种通信设备及只用作信息交换的计算机构成。A通信子网B资源子网C局域网D广域网4、（单选题）下列（）网络拓扑结构适用于光纤传输系统中。A环型B总线型C星型D网状型5、（多选题）eNSP是一款由华为提供的、可扩展的、图形化操作的网络仿真工具平台，主要对企业网络（）设备进行软件仿真，完美呈现真实设备实景。A交换机B路由器C防火墙D无线设备计算机网络发展的四个阶段一级标题二级标题三级标题1.面向单机的网络互连模式(一)面向单机的网络互连模式颜色辅色计算机网络任务2网络体系结构知识点一网络协议的作用网络协议的三要素网络协议的作用网络协议是指网络数据交换而制定的规则、约定和标准。你好Hello语言不通无法沟通协议不一致无法通信ABAHelloHelloB语言一样方可沟通协议一致才能通信Internet网络中的通信就需要网络协议网络协议的三要素语义语法时序网络协议三要素123用于解释传输数据每一部分的含义。它规定了需要发出何种控制信息，以及完成的动作与响应。例如，对于报文，它由什么部分组成，哪些部分用于控制数据，哪些部分是真正的通信内容。这就是协议的语义问题。通俗讲就是要做什么。网络协议的三要素语义语法时序网络协议三要素123是用户数据与控制信息的结构与格式，以及数据出现的顺序的意义，表示要怎么做。例如，报文中内容的组织形式，报文中内容的顺序、形式等就是协议的语法问题。网络协议的三要素语义语法时序网络协议三要素123又称同步，协议定义了何时进行通信，先讲什么，后讲什么，讲话的速度等，这就是时序问题，即对事件实现顺序的详细说明，表示要什么时候做。例如在双方进行通信时，发送端发出一个数据报文，如果目标端正确收到，则回答源端接收正确；若接收到错误的信息，则要求源端重发一次。网络体系结构的分层原理主机A主机B数据封装将计算机数据转为信号告知网络如何识别目的端测试接收方是否开机，连接是否正常保证数据能被安全地发送到接收端……计算机网络的通信是一个非常复杂的过程为了减少网络协议的复杂性分层的方法设计网络协议协议1功能1协议2功能2网络协议的分层方式在分层结构中，N层是N-1层的用户，也是N+1层服务的提供者。分层结构的好处是：①独立性强：高层并不需要知道低层是如何实现的，而仅需要知道该层通过层间接口所提供的服务。②灵活性好：当任何一层发生变化时，只要层间接口保持不变，则其他各层均不受影响。此外，当某一层提供的服务不再需要时，甚至可以将该层取消。③各层都可采用最合适的技术来实现，各层实现技术的改变不影响其他层。④易于实现和维护：整个系统分解为若干个易处理的部分，使得一个庞大而复杂的系统的实现和维护变得容易控制。⑤有利于促进标准化：这主要是因为每层的功能与所提供的服务已有明确的说明。协议的标准化20世纪70年代各家公司使用的通信模型不一致导致无法实现互通使用SNA通信模型使用DNA通信模型使用FNA通信模型A公司C公司B公司使用统一的通信模型方可进行互相通信1983年正式提出了开放式系统互联OSI(OpenSystemInterconnection)参考模型，简称OSI／RM1.物理层2.数据链路层3.网络层4.传输层5.会话层6.表示层7.应用层OSI参考模型知识点二OSI参考模型概述和结构OSI封装与解封装OSI参考模型概述OSI(OpenSystemInterconnectionReferenceModel)参考模型:又称OSI/RM参考模型，即开放式系统互联参考模型系统的体系结构并没有提出任何具体协议，也没有给出任何具体实现方法。服务定义协议规格说明OSI参考模型结构面向用户应用1.物理层2.数据链路层3.网络层4.传输层5.会话层6.表示层7.应用层OSI参考模型面向数据通信Web服务电子邮件FTP路由器C路由器B路由器A主机A以太网ATM专线以太网OSI参考模型各层功能OSI参考模型1.物理层定义了通信网络之间物理链路的电气或机械特性。物理层负责将0、1的比特流与电压（高电平、低电平）或光等传输方式之间的互换，实现的是按位(bit)传输。主机A主机B010101010101OSI参考模型各层功能OSI参考模型2.数据链路层负责物理层面上互连的、节点之间的通信传输。数据链路层利用物理层的服务，在通信的实体间透明地传输以“帧”为单位的数据单元，并采用差错控制和流量控制方法建立可靠的数据传输链路。010101010101主机A主机B数据帧与比特流之间的转换负责节点之间的数据传输OSI参考模型各层功能OSI参考模型3.网络层传输以“分组”为单位的数据，完成目标寻址、路由转发的功能。网络层由于网络是错综复杂的，要想传输到目的地，要解决的关键问题是选择路径，另外还要解决拥塞、服务质量等问题。主机A主机B网路层负责选择一条路径将数据传送到目的端OSI参考模型各层功能OSI参考模型4.传输层在两个节点之间通信链路已建立的基础上，实现节点间端到端的传输。传输层传输层要向会话层提供通信服务的可靠性，避免报文的出错、丢失、延迟时间紊乱、重复、乱序等差错。主机A主机B传输层在网络层的基础上实现端到端的传输应用程序1应用程序1OSI参考模型各层功能OSI参考模型5.会话层管理和协调不同主机上各种进程之间的通信。会话层用户之间进行数据传输可以理解为用户之间进行对话，在传输层建立端到端连接的基础上，对话用户之间建立和释放会话连接，确保会话过程的连续性以及实现管理数据交换等功能。主机A主机B负责建立、管理和终止应用程序之间的会话OSI参考模型各层功能OSI参考模型6.表示层关心的是所传输的数据的表现方式，它的语法和语义。表示层表示层提供一个可供应用层选择的服务的集合，使得应用层可以根据这些服务功能解释数据的含义，它如同应用程序和网络之间的翻译官。主机B语音、图像等数据格式转换数据加解密过程网络标准格式主机AOSI参考模型各层功能OSI参考模型7.应用层关心的是所传输的数据的表现方式，它的语法和语义。应用层表示层提供一个可供应用层选择的服务的集合，使得应用层可以根据这些服务功能解释数据的含义，它如同应用程序和网络之间的翻译官。主机B语音、图像等数据格式转换数据加解密过程网络标准格式主机AOSI参考模型数据处理过程封装解封装发送端接收端路由器应用层表示层应用程序会话层传输层网络层数据链路层物理层应用层表示层会话层传输层网络层数据链路层物理层应用程序网络层数据链路层物理层应用层协议表示层协议会话层协议传输层协议10101110……10101110……OSI每层数据处理举例

发送端接收端应用程序应用程序用户A用户B应用层表示层会话层传输层网络层数据链路层物理层

应用层表示层会话层传输层网络层数据链路层物理层发件人为用户A收件人为用户B邮件内容为“你好”数据格式转换决定采用哪个连接发送？端到端连接建立与断开数据传输可靠性保证

利用目的地址实现两端的通信处理依据物理地址发送数据将数据转换成物理信号传输OSI模型中数据表示方式层次层次名称英文名称名称7应用层APDU（ApplicationProtocolDataUnit）应用层协议数据单元6表示层PPDU（PresentationProtocolDataUnit）表示层协议数据单元5会话层SPDU（SessionProtocolDateUnit）会话层协议数据单元4传输层Segment段3网络层Packet数据包2数据链路层Frame帧1物理层Bit比特流知识点三TCP/IP参考模型基本概念TCP/IP参考模型封装与解封装TCP/IP参考模型基本概念1.网络接口层2.网际层3.传输层4.应用层TCP/IP协议栈TCP/IP主要由传输控制协议(TCP)和网际协议(IP)而得名，它是Internet上所有网络和主机之间进行交流所使用的共同“语言”，是Internet上使用的一组完整的标准网络连接协议。与OSI参考模型不同，TCP／IP模型更侧重于通信的实现方式发送端接收端InternetTCP/IP协议特点1.网络接口层2.网际层3.传输层4.应用层TCP/IP协议栈开放的协议标准独立于特定的网络硬件统一的网络分配地址标准化的高层协议可以免费使用，并独立于特定的计算机硬件与操作系统可以运行在局域网、广域网，更适合于互联网使得整个TCP／IP设备在网络中都具有唯一的地址可以提供多种可靠的用户服务TCP/IP与OSI的对应关系1.物理层2.数据链路层3.网络层4.传输层5.会话层6.表示层7.应用层OSI参考模型1.网络接口层2.网际层3.传输层4.应用层TCP/IP协议栈1.物理层2.数据链路层3.网际层4.传输层5.应用层分解后TCP/IP协议栈TCP/IP协议栈各层功能1.网络接口层2.网际层3.传输层4.应用层TCP/IP协议栈1.接收网际层下传的IP数据报并通过物理网络发送。主机A主机B010101010101网际层网际层TCP/IP协议栈各层功能1.网络接口层2.网际层3.传输层4.应用层TCP/IP协议栈1.接收网际层下传的IP数据报并通过物理网络发送。2.接收物理网络传来的数据帧，去掉本层的控制信息再传送到网际层3.对数据进行差错控制TCP/IP协议栈各层功能1.网络接口层2.网际层3.传输层4.应用层TCP/IP协议栈网际层负责确定一台计算机在整个网络上的位置，并找出通向它的路径，然后才能够相互交换数据。主机A主机B网路层负责选择一条路径将数据传送到目的端TCP/IP协议栈各层功能1.网络接口层2.网际层3.传输层4.应用层TCP/IP协议栈能够让应用程序之间实现通信，与OSI参考模型传输层功能相似。客户端服务器Web浏览器FTP客户端E-mail客户端Web服务器FTP服务器E-mail服务器传输层实现的是端到端应用程序间的通信TCP/IP协议栈各层功能1.网络接口层2.网际层3.传输层4.应用层TCP/IP协议栈主要是向用户提供调用和访问网络中各种应用程序的接口，并向用户提供各种标准的应用程序及