计算思维与计算机导论 课件 06-计算机网络技术

6计算机网络技术天津科技大学计算机基础与新技术教研部1主要内容网络概述网络分类网络体系结构和协议TCP/IP的网络访问层、网络层、传输层、应用层局域网接入Internet信息检索2网络的定义利用通信设备和传输介质，将具有独立功能的计算机连接起来，在软件（操作系统、协议等）的支持下，实现计算机之间的资源共享、信息交换和分布式处理的系统，称为计算机网络（简称网络）3网络的主要功能（1）资源共享：包括软件、硬件和数据资源4网络的主要功能（2）信息交换：指网络节点之间的通信网络的主要功能（3）分布式处理：将一个规模大的任务分配给网络中的若干台计算机并行处理，均衡各计算机的负载，以便人们能在规定的时间内完成任务。网络的发展历史发展历史包括：终端联机系统ARPAnet标准化的网络Internet7半自动地面防空系统（SAGE）网络的发展历史（1）终端联机系统一台主机中安装多用户分时操作系统，按照时间片将CPU分配给各个终端，执行各终端的程序。不是真正意义上的计算机网络。8美国航空公司与IBM公司合作开发的航空订票处理系统SABRE-1，全美范围的2

000多个终端连接网络的发展历史（2）ARPAnet1969年美国国防部高级研究计划管理局（AdvancedResearchProjectsAgency，ARPA）建立的ARPAnet把美国的几个军事及研究用计算机主机连接起来9网络的发展历史（3）标准化的网络在网络通信市场上各自为战的现象不利于网络之间互连互通，也不利于网络的发展和推广ISO成立TC97，制定开放系统互联参考模型（OpenSystemInterconnection，OSI），实现各种计算机网络之间的互连。10网络的发展历史（4）Internet。20世纪80年代开始，Internet将世界各地的各种类型的网络连接起来。11网络分类计算机网络分类方法：网络地理范围网络使用范围网络拓扑结构12从网络地理范围分类1．局域网（LAN）地理范围在几千米之内的网络，如一栋建筑、一所学校、一个厂区等。13特点：（1）覆盖地理范围较小，在相对独立的范围内组网。（2）组网简单，灵活性高，使用方便。从网络地理范围分类2．城域网（MAN）地理范围在几千米到上百千米之内的网络，可以覆盖一个城市或地区，介于局域网和广域网之间14城域网经常作为城市的骨干网，用于连接城市中不同地点的主机、局域网等从网络地理范围分类3．广域网（WAN）地理范围在几百千米到几千千米之内的网络，可以覆盖多个城市，一个或多个国家，通信线路一般由电信运营商提供的网络15特点：（1）覆盖范围广、通信距离远。（2）广域网一般由电信部门或公司负责组建、管理和维护，向社会提供通信服务。从网络使用范围分类公用网（PublicNetwork）由网络服务提供商组建、管理，供公共用户使用的通信网络。如电信、移动、联通、广电等通信网络16从网络使用范围分类2．专用网（PrivateNetwork）由用户部门自己组建、管理的网络，这种网络不向本部门以外的部门和个人提供服务，如军队、铁路、银行、政府等系统网络17虚拟专网VPN用户也可以租用公共通信网络，使用虚拟专用网络技术（VirtualPrivateNetwork，VPN），在VPN管道中进行加密通信，形成专用网，实现安全的远程访问18网络的拓扑结构网络拓扑结构就是指将服务器、工作站等具体设备看成点，将通信线路看成线，将网络抽象成以点和线组成的几何图形结构。网络的拓扑结构，包括：星形结构、总线结构、树形结构、环形结构、全互连结构和不规则形结构19网络的拓扑结构1．星形结构星形结构的网络由一个中心节点S通过点对点链路连接所有从节点组成，任意两个节点之间的通信都必须通过中心节点S完成20优点：组网容易，控制相对简单，单个节点故障影响小，故障容易检测和隔离；缺点：对中心节点的依赖性大网络的拓扑结构2．总线结构总线结构的网络是以一条高速的公共传输介质连接若干节点组成的网络，总线结构的网络结构简单、容易实现、易于扩展。21网络的拓扑结构3．树形结构树形结构的网络采用分层结构将各个节点连接成树形22网络的拓扑结构4．环形结构环形结构的网络中每个节点仅与两侧节点相连，通过通信线路将各节点连接成一个闭合的环路，数据在环路中单向流通时，每个节点都要转发信息。23网络的拓扑结构5．全互连结构全互连结构的网络中每个节点与网络中的其他节点都可通过线路连接5个节点的网络，每个节点都需要4条线路，该网络总共需要10条（即n×(n-1)/2）线路24网络的拓扑结构6．不规则形结构在广域网中，根据节点间的距离、信息的流量，决定在节点间是否建立连接。25网络的拓扑结构26网络体系结构和协议网络协议是指为了使网络中的计算机之间能够正确传输信息而制定的关于信息传输的规则、约定与标准。通信双方必须按照同样的协议发送和接收信息，才能正确地进行数据通信。27网络体系结构网络协议的设计相当复杂，在设计协议时普遍采用层次结构模型，把复杂问题分解为若干简单、易于处理的问题。网络协议设计采用层次结构网络层次结构模型与各层协议的集合称为网络体系结构。国际标准化组织（ISO）制定了OSI参考模型。28OSI开放式系统互联7层结构的模型29OSI网络中各节点（如主机A和主机B）具有相同的层次结构；不同节点的同一层功能相同；同一节点内相邻层之间通过接口通信；每一层均可使用下层提供的服务，并向其上层提供服务；不同节点的同等层通过协议来实现对等层之间的通信。30TCP/IP协议集TCP/IP是Internet的基本协议集，它的两个核心协议是TCP（传输控制协议）和IP（互联网协议）31TCP/IP的网络访问层网络访问层（NetworkAccessLayer）对应OSI的物理层和数据链路层，负责通过网络传输介质发送和接收数据。该层没有定义任何协议，只定义了与不同网络进行连接的接口等。涉及：网络传输介质数据传输与控制硬件设备32网络传输介质传输介质是指在通信中数据传输的载体，是网络中数据发送者和接收者之间的物理路径分为有：有线传输介质无线传输介质33传输速率波特率：在单位时间传输了多少码元，单位时间内载波调制状态改变的次数来表示，单位为波特（Baud）用时间间隔相同的符号来表示数字，这个符号称为码元，每个码元可以表示一个二、八、十或十六进制数34传输速率电磁光谱图，按照从左到右的顺序，低频波、无线电、微波、红外线、可见光，频率越来越高，可以调制的波特率也就越来越高35传输速率比特率：线路中每秒传输的有效二进制位数，称为比特率，其单位是bit/skbit/s、Mbit/s、Gbit/s文件的下载速度MB/S。1MB/s=8Mbit/s100M宽带，指的是100Mbit/s，宽带最大下载速率约为12.5MB/s36有线传输介质有线传输介质包括：双绞线同轴电缆光纤37双绞线由两根具有绝缘保护层的铜导线按一定密度互相绞在一起；一般将多对双绞线一起包在一个绝缘电缆套管里。最大传输速率：4类线10Mbit/s/、100Mbit/s、5类线100Mbit/s、超5类线1000Mbit/s、6类线10

000Mbit/s38双绞线使用双绞线连接交换设备，组建星形网络同轴电缆内芯是单股实心铜线（内导体），外包一层绝缘材料（绝缘层），再外层是由金属屏蔽线组成的网状导体（外导体），具有屏蔽作用，最外层是外部保护层两类：基带同轴电缆（屏蔽层-铜，阻抗50Ω，数字信号）宽带同轴电缆（屏蔽层-铝，阻抗75Ω，模拟信号）。40同轴电缆在网络发展的早期它被广泛用于组建总线结构局域网光纤光纤的中心为一根玻璃或透明塑料制成的光导纤维，周围包裹保护材料根据需要可以将多根光纤合并在一根光缆中家用普通光纤的速率可达10Gbit/s实验室环境中极限速度可达26Tbit/s42无线传输介质无线传输不受固定地理位置限制，可以用于实现移动通信和无线网络。无线传输的介质包括：无线电波红外线激光43无线电波无线电波是指在自由空间（包括空气和真空）中传播的电磁波。两种传播方式：一是电波沿着地表面向四周直接传播；二是靠大气层中的电离层折射进行传播44无线局域网WLAN在室内或室外空间中使用无线电波作为通信介质，使各种可移动的计算机和设备能随时随地接入网络，不需要连接有线介质，从而满足人们移动上网的需要。WLAN主要使用WiFi（WirelessFidelity无线保真）技术2.4GHz的WiFi理论最高带宽为300Mbit/s5GHz的WiFi入门速度433Mbit/s5GHz最高可达1Gbit/s以上45蓝牙蓝牙是一种支持设备间短距离通信（一般10m内）的无线电通信技术，工作在2.4GHz主要用在汽车、移动电话、无线耳机、计算机之间进行短距离通信46蓝牙蓝牙实现手机A和B之间连接的过程①手机A开启蓝牙功能，设定为“对其他蓝牙设备可见”②手机B开启蓝牙功能，设定为“对其他蓝牙设备可见”，搜索到手机A。③手机A和手机B确认配对的密钥，选择配对对方的手机。④手机A和手机B通过蓝牙连接传输文件、照片、音频、视频、电话簿等数据。47红外线红外线是波长介于微波与可见光之间的电磁波，它不能穿透障碍物（如墙壁）红外线通信使用不可见的红外线光源传输数据，广泛用于室内短距离通信。如各种遥控器两种标准：SIR-115.2kbit/sFIR-4Mbit/s。48激光激光在空气或真空中传输数据。激光通信系统的两端都需要发送端和接收端优点：带宽高、容量大、不受电磁干扰、不怕窃听，设备的结构轻便、价格经济。缺点：在空气中的传播衰减快，受天气影响大；激光束有极高的方向性，瞄准困难49激光激光通信主要用于：地面间短距离高速率通信，短距离内传送高清视频信号导弹引导的数据传输，地面间的多路通信卫星进行全球通信和星际通信。TCP/IP协议集51数据传输与控制数据是有意义的实体，涉及事物的形式。如数字、日期。如1234，1981年9月16日

如字符、文字、图表、图像、声音等。信息是数据的内容或解释。如文字、照片描述的内容52信号信号是数据在传输介质上传输时的表示形式，也称为数据的电子编码、电磁编码模拟信号是在一定的数值范围内可以连续取值的信号，是一种连续变化的电信号数字信号是一种离散的脉冲序列，如，以恒定的正电平和0电平分别表示二进制的1和053数据

编码在数据传输时，发送方需要将数据编码为适合在信道中传输的信号，接收方接收到信号后将其还原为数据。分为：数字信号编码模拟信号编码54数据编码数字信号编码：将二进制数据用不同电平或电压极性表示，形成矩形脉冲信号55数据编码模拟信号编码：将二进制数据转换为模拟信号进行传输的编码方式56差错控制在数据传输过程中，受信道内外的干扰，不可避免地会发生接收数据与发送数据不一致的现象，称为差错。通信系统必须具有检测差错和纠正差错的差错控制功能。57差错控制差错控制的核心是在发送的数据中加入能够在目的地检查或纠正传输差错的冗余编码能自动检测出错误的编码是检错码。常用的有：奇偶校验码循环冗余校验（CRC）码能自动检测并纠正差错的编码是纠错码，数据冗余太高，较少使用。58差错控制奇偶校验码的原理：在7位数据后增加1位，使1的个数为奇数（奇校验）或偶数（偶校验）在目的地，根据1的数目为奇数或偶数，判断传输有无差错。59发送方：数据1001011，奇校验，8位信号是11001011接收方：8位信号是11001010，错1位，确定错误8位信号是11000010，错2位，会误判循环冗余校验码CRC发送方：数据f(x)，r(x)=f(x)/g(x)，发送f(x)+r(x)接收方：接收f2(x)+r2(x)，r‘x=f2(x)/g(x)。如果r2(x)=r‘(x)，则正确，否则出错。60硬件设备TCP/IP的网络访问层（NetworkAccessLayer）工作的常用硬件设备包括：网络适配器交换机61网络适配器网络适配器（NetworkInterfaceCard，NIC）也叫网卡，承担计算机与网络之间交换数据的任务包括：有线网卡无线网卡62网络适配器有线网卡：一般有RJ45、BNC、AUI和光纤接口无线网卡用于连接无线局域网63网络适配器物理地址（MAC地址）是保存在网卡中的全球唯一地址，通常由生产厂烧入网卡的EPROM中。由48bit（6字节）十六进制数组成，如：64E8-9A-8F-F3-20-2D网络适配器在局域网中，可使用广播方式发送数据，通过物理地址来识别主机65交换机交换机能根据发送数据包的源地址和目的地址，接通源端口与目的端口电路，为接入交换机的任意两个网络节点提供独享的信号通路。交换机常见的有10Mbit/s、100Mbit/s、自适应10/100Mbit/s、1000Mbit/s等。66交换机纵横式交换机原理67交换机交换机用于组建星形网络TCP/IP的网络层69TCP/IP的网络层网络层的主要功能是寻址、路由选择和重组，它的核心协议是IPIP是一个无连接协议，在IP数据分组中包括目的地址，IP负责将数据分组从源转发到目的地，主要功能包括寻址、路由选择及重组70

IP地址IP地址是标识计算机在Internet中位置的唯一地址在Internet中，不允许有两台计算机的IP地址相同。IP地址长32bit，分为4字节，每个字节均对应0～255的十进制整数，数字间用“．”隔开例如：正确的：09错误的：271IP地址的分层结构IP地址采用分层结构管理，包含网络地址：表明主机所在网络的Internet地址，如主机地址：网络中的每一台主机都获得一个主机地址:20972IP地址【例6.2】主机1向主机4发送数据包的传输过程。73特殊IP地址是本机地址，别名：Localhost私有网络地址，如：10.x.x.x172.16.x.x～172.31.x.x192.168.x.x

（解决IP地址资源不足的问题）74Ping命令检测本机到目的IP主机之间的网络是否连通，以及主机之间的连接速率Ping目的主机IP地址或域名75Ping命令Ping命令用于检测本机到目的IP主机之间的网络是否连通，以及主机之间的连接速率。76Ping目的主机IP地址或域名Ping命令向目的主机发送32字节的消息，并计算目的主机的响应时间默认情况下，重复4次，响应时间低于400ms为正常如果返回“RequestTimeout”信息，则说明连接不到目的主机。Ping命令【例6.3】使用Ping命令，测试本计算机的网络连接的TCP/IP配置是否正常。路由器在广域网中进行数据包转发的设备，工作在OSI参考模型的网络层在广域网中，路由器接收并存储数据包，根据信道速率、拥塞等情况自动选择路由，以最佳路径将数据包从源IP地址向目的IP地址转发数据包。78传输层传输层提供源节点到目的节点的两个进程之间可靠的端到端的数据传输TCP/IP的传输层传输层包括：TCP传输控制协议UDP用户数据报协议80TCPTCP是一个可靠的、面向连接的传输层协议，它将源主机的数据以字节流的形式无差错地传送到目的主机。面向有连接一对一数据传输可靠差错控制、超时重传流量控制81TCP建立和断开连接建立连接：三次握手TCP建立和断开连接断开连接：四次挥手TCP常用于要求准确、可靠数据传输的场合：HTTP：网页SMTP：邮件FTP：文件传输Telnet：远程登录UDPUDP是一个不可靠的、无连接的传输层协议不建立连接，不提供端到端的确认重传，接收方不验证不重传单播、多播、广播85UDP常用于高速、可靠性要求不高、网络延迟较小的场合，如：

视频会议、视频直播、流媒体、IP电话等常用于请求/应答式的应用，如：

QQ聊天等TCP/IP的应用层TCP/IP的应用层提供应用程序使用其他层服务的能力，定义了应用程序交换数据的协议（1）HTTP：超文本传输协议（2）SMTP：简单邮件传输协议（3）FTP：文件传输协议（4）DNS：域名系统（5）Telnet：终端仿真远程登录87客户机/服务器工作模式Internet中，几乎所有的服务和功能都以客户机/服务器（Client/Server，C/S）模式。以下过程:（1）客户机向服务器发出服务请求。（2）服务器收到请求后，对请求进行处理（3）服务器将处理结果传送给客户机。88客户机/服务器工作模式【例6.4】QQ登录过程。（1）客户端输入账号和密码，登录，信息传输到服务器。（2）服务器接收登录请求信息，验证账号和密码（3）如果正确，则向客户端返回结果，进入QQ；

否则返回错误结果，提示“密码错误”。89端口号在Internet中，一台拥有IP地址的主机可以提供许多服务，这些服务不能通过同一个IP地址区分。在TCP/IP中，通过“IP地址+端口号”区分不同服务

端口号的范围是：0～6553590端口号知名端口号范围：0～1

023，注册端口号范围：1

024～49

151例如：（1）80：HTTP（TCP）（2）20、21：FTP（TCP）（3）23：Telnet（TCP）（4）25：SMTP（TCP）（5）135：RPC（TCP）（6）4000：QQ端口（UDP）91在实际工作中，可以通过封闭某设备的某些端口号，从而禁止某些服务。端口号一个服务在使用默认的端口号时可以省略端口号，也可以指定其他端口号:80:8080:8092DNS域名数字格式的IP地址难以记忆和识别，DNS使用域名来指向IP地址。域名采用层次型树状结构：

主机域名.机构域名.地理域名

93DNS域名域名层次型树状结构中文域名，如：.中国，.集团，.在线，.政务，.公益94DNS域名顶级域名95域名含义

域名含义com商业机构org非商业或教育的其他机构net网络机构int国际组织gov政府机构cn中国edu教育机构ca加拿大mil非保密军事机构au澳大利亚域名的解析一个域名指向一个IP地址，域名系统（DNS）负责管理域名与IP地址之间的对应关系。对应域名的分层结构，每一级域名都有对应的DNS服务器，保存域名与IP地址的映射表96DNS域名【例6.5】使用Ping命令，测试域名对应的IP地址97WWW服务WorldWideWeb（WWW），万维网，是Internet的一种信息服务方式，WWW服务的资源由许多Web页构成基础协议：超文本传输协议（HypertextTransferProtocol，HTTP）98超文本标记语言HTML超文本文件是指在文本文件中加入图片、声音等多媒体信息，通过超级链接指向其他资源。HTML（HyperTextMarkupLanguage，超文本标记语言）通过标记符号来标记网页的各个部分99HTML常用标记标记意义举例<html>…</html>定义HTML文档

<head>…</head>定义HTML头部

<body>…</body>HTML主体标记

<p>…</p>分段

<br>换行

<hr>画水平线

<b>…</b>粗体字显示<b>第一个网页</b><hn>…</hn>n级标题显示<h2>第一个网页</h2><font>…</font>字体<fontface="楷体_GB2312"size=6color="red"><imgsrc="…">加载图片<imgsrc="ABC.jpeg"><ahref="…">超级链接<ahref=""><table>…</table>用于定义表格

<tr>…</tr>定义表格行

<td>…</td>定义单元格

100HTML举例【例6.6】使用文本编辑器编写代码，保存为eg0607.htm101<html><head><title>例子网页</title></head><body><h3>第一个网页</h2><hr><p><font

face="楷体_GB2312"

size=4

color="red">第一个例子</font></p><table

border="1"

width="100%"><tr><td>链接</td><td>内容</td></tr><tr><td>文字</td><td><a

href="02.htm">超级链接</a></td></tr><tr><td>图片</td><td><img

border="0"

src="ding.jpg"

width="84"

height="84"></td></tr></table></body></html>网页访问过程网页保存在Web服务器上安装的Web服务程序（如IIS、Apache）指定的文件夹下102URL地址全球统一资源定位（URL）是Internet上所有资源统一且唯一的地址定位方法。URL地址包括：资源类型（http、Telnet、mailto、E-mail、News）存放资源的主机域名或IP地址资源文件名三部分组成103电子邮件（E-Mail）电子邮件（E-mail）是一种快捷、简单、廉价的通信手段，它是应用广泛的Internet基本服务发信人将电子邮件发送到邮件服务器，放在收信人的邮箱中，收信人可以随时上网读取电子邮件。电子邮件不仅可以传输文字，还可以附上图像、声音、程序等附件。104电子邮件电子信箱是在邮件服务器中申请的账号，它是电子邮件地址的唯一标志。电子信箱格式：naj@ccbs2011@使用电子信箱时还需要拥有密码105用户名@邮件服务器域名电子邮件电子邮件的工作过程106电子邮件查看和发送邮件通过Web浏览器邮件客户端，如foxmail，邮箱大师、Outlook等107FTP文件传输协议（FileTransferProtocol，FTP）用于在Internet中进行文件传输。FTP服务器提供了文件上传和下载服务108FTP用户通过命令行方式、资源管理器、Web浏览器或者客户端连接FTP服务器，上传下载文件109如LeapFTP是常用的FTP客户端工具。远程登录与远程桌面远程登录（Telnet）和远程桌面是指客户端计算机登录到远程服务器，成为服务器的远程终端，远程管理和操作服务器。110TelnetTelnet是一种TCP/IP的应用层协议，默认端口号为23。用户建立本机与远程Telnet服务器的连接，登录远程服务器；本机操作或者发出的命令，将在远程服务器上执行111Telnet例如：（1）命令：Telnet02（2）输入用户名“user_telnet”，口令“1111”，登录服务器，并进行命令操作。112Windows远程桌面远程桌面连接功能也是一种类似Telnet的远程登录服务为了安全起见，一般服务器默认关闭远程桌面连接服务113Windows远程桌面114黑客一旦掌握了计算机的账号和口令，通过Telnent或者远程桌面登录到本计算机，就可以进行各种破坏活动，并窃取机密。一般禁用计算机的Telnet服务和远程桌面服务局域网接入Internet【例6.7】组建一个通过无线路由器连接3台台式计算机、多台笔记本电脑和手机的办公室网络。该网络通过宽带访问互联网，台式计算机采用双绞线连接，笔记本电脑、手机可以采用无线网连接115局域网接入Internet无线路由器的设置116局域网接入Internet设置互联网连接方式117局域网接入Internet无线网络的基本设置118局域网接入InternetMAC地址过滤119局域网接入InternetIP地址过滤120局域网接入Internet域名过滤121网络查错【例6.8】当计算机不能正常访问Internet时，查找网络错误的过程。（1）检查网络配置。“ipconfig/all”命令查看本计算机的网络配置信息122网络查错（2）TCP/IP协议栈出错使用命令尝试连接本地回环地址，命令ping网络查错（3）网卡出错或者网络连接被禁用。使用命令尝试连接局域网中的其他计算机的IP地址ping02网络查错（4）防火墙禁用网络连接。在控制面板中打开Windows防火墙，检查本计算机的防火墙设置。网络查错126（5）网络物理连接出错。尝试连接默认网关（DefaultGateway）（6）域名服务器地址设置错误或者域名服务器出错。使用命令尝试连接域名服务器（7）检查IP地址过滤、域名过滤。pingping22信息检索信息检索是指根据个人或组织的需要，借助检索工具从信息集合中找出所需信息的过程。文献信息类型主要包括专著、报纸、期刊、会议录、汇编、学位论文、科技报告、技术标准、专利文献、产品样本、中译本、手稿、档案、图表、古籍、乐谱、缩放胶卷等。127信息检索计算机信息资源以数字的方式将图形、文字、声音、影像等信息存储在光电介质上计算机信息资源主要以文档（Document）或数据库（DataB