大学计算机基础（第6版）（微课版） 课件 第5章 计算机网络

大学计算机基础

第5章计算机网络大学计算机基础课程组2022年4月目录计算机网络概述1网络传输介质和通信设备2局域网3Internet基础4网络安全55.1计算机网络概述5.1.1计算机网络的定义 5.1.2计算机网络的产生与发展 5.1.3计算机网络的功能 5.1.4计算机网络的体系结构 5.1.5计算机网络的组成 5.1.6计算机网络的分类

5.1.1计算机网络的定义计算机网络的定义在计算机网络发展的各个阶段，人们对计算机网络都提出了不同的定义。例如资源共享观点对计算机网络的定义为：以实现远程通信为目的，能够相互共享资源的方式互连起来的独立自治计算机系统的集合。

5.1.1计算机网络的定义结点：具有自主功能的计算机称为主机，在网络中也称为结点，结点不仅仅是计算机，还可以是其他通信设备（如网络打印机、交换机、集线器等）或终端。链路：结点之间通常有通道相连接，通道是各种有线或无线传输介质。所以，计算机网络也可以看成是由若干结点和连接这些结点的链路组成的。网络协议：网络中的各结点之间要实现互相通信或交换数据，每个结点需要遵循一些事先约定好的通信规则，即网络协议。

5.1.2计算机网络的产生与发展计算机网络发展的4个阶段以单机为中心的联机系统计算机-计算机网络及分组交换网络阶段体系结构标准化阶段Internet迅猛发展阶段

5.1.2计算机网络的产生与发展以单机为中心的联机系统

早期的计算机通信网络中，联机系统是以单计算机为中心，将这台计算机经通信线路与若干台终端进行相连。

5.1.2计算机网络的产生与发展计算机-计算机网络及分组交换网络阶段

20世纪60年代中期，出现了多台计算机通过通信系统互连的系统，通过该系统在不同地点且具有独立功能的计算机就可以通过通信链路，彼此之间交换数据、传递信息，开创了“计算机-计算机”通信时代。

5.1.2计算机网络的产生与发展体系结构标准化阶段在这阶段，很多计算机制造厂商都分别制定了网络技术标准，并最终形成了计算机网络体系结构的国际标准。

DEC公司提出了数字网络体系结构DNA（DigitalNetworkArchitecture）标准。

IBM公司提出了系统网络体系结构SNA（SystemNetworkArchitecture）标准。

国际标准化组织ISO在1981年制定了“开放系统互连基本参考模型（OSI/RM）”计算机网络的一系列国际标准。

5.1.2计算机网络的产生与发展Internet迅猛发展阶段

Internet网诞生于60年代，它是由美国联邦政府开发的ARPANET网演变过来的。1991年以来，随着Internet不断扩展，世界各地的政府机构、大学、科研部门、商业组织纷纷接入。尤其英国科学家TimBerners-Lee开发的WWW（WorldWideWeb）技术的成熟应用，更有力地推动了Internet的推广应用。

现在Internet包括了分布在世界各地的局域网，这些局域网通过主干广域网互相连接起来。在网上，每天增加很多的新网站，能够及时的传递当今世界的最新信息。

5.1.3计算机网络的功能资源共享共享数据信息和主机设备数据通信信息交换和收发电子邮件、网上电话、视频会议分布式数据处理把数据处理功能分散到各个计算机上，提高网络处理大量数据的能力综合信息服务信息服务平台提供全面的数据查询检索和信息咨询管理服务

5.1.4计算机网络的体系结构计算机网络分层思想

对于不同的网络，尽管其层次的数量、各层的名称、内容和功能都不尽相同，但是所有的层次网络都有一个共同点，就是每一层的目的都是向它的上一层提供一定的服务，而把如何完成这一服务的细节对上一层加以屏蔽。

5.1.4计算机网络的体系结构OSI参考模型为处理各种体系结构下的计算机网络互连的问题，目前广泛采用的是国际标准化组织（ISO）提出的开放系统互连基本参考模型OSI/RM（OpenSystemInterconnectionReferenceModel），简称为OSI。OSI在逻辑上，把一个网络系统分为功能上相对独立的7个有序的子系统，这样OSI体系结构就由功能上相对独立的7个层次组成

5.1.4计算机网络的体系结构OSI参考模型

5.1.4计算机网络的体系结构TCP/IP参考模型

TCP/IP（Transmissioncontrolprotocol/internetprotocol，传输控制协议/网际协议）以它的2个主要协议即TCP协议和IP协议而得以命名。TCP/IP共有4个层次，它们分别是网络接口层、网际层、传输层和应用层。

5.1.5计算机网络的组成计算机网络通常由三个部分组成，它们是资源子网、通信子网和通信协议。（1）通信子网负责计算机网络中负责数据通信的部分。（2）资源子网资源子网是计算机网络中面向用户的部分，承担着全网络面向应用的信息处理工作。

5.1.5计算机网络的组成（3）通信协议网络通信双方必须共同履行的规则和约定就称为通信协议，它是否存在是计算机网络与一般计算机互连系统的根本区别。这三个人开会，使用哪一种语言呢？

5.1.5计算机网络的组成一套完整的计算机网络系统有两部分构成，分别是网络硬件和网络软件。计算机网络的硬件系统是由电脑（主机、客户机、终端）、通信处理机（集线器、交换机、路由器）、通信线路（同轴电缆、双绞线、光纤）、信息交换设备（Modem，即编码解码器）等所组成的。常用的网络软件有网络操作系统、网络协议软件、网络管理软件、网络通信软件和网络应用软件。

5.1.6计算机网络的分类1.按网络的拓扑结构分类计算机网络的拓扑结构就是将工作站、服务器设备等网络系统单元抽象定义为结点，再将计算机网络中结点间的通信介质抽象定义为链路，则网络结点和链路之间的几何位置，便是网络的拓扑结构。

5.1.6计算机网络的分类1.按网络的拓扑结构分类计算机网络的拓扑结构形式，大致有总线型拓扑、星型拓扑、环型拓扑、树型拓扑、网状拓扑和混合型拓扑等几种。

5.1.6计算机网络的分类2.按网络覆盖范围分类

10公里以内，通常用于组建企业网和校园网局域网(LAN)几十公里到上百公里，网络规模局限在一座城市范围内城域网(MAN)广域网的覆盖面很广，可以分布在一个地区内或者一个国家甚至几个国家之内。但是广域网的信道传输速率较低，结构也比较复杂。广域网(WAN)10米左右，把属于个人使用的电子设备（如便携式电脑、手机等）用无线技术连接起来个人区域网(PAN)

5.1.6计算机网络的分类3.按传输介质分类

采用同轴电缆、双绞线、光纤等导向传输媒体来传输数据有线网采用卫星、微波等非导向传输媒体传输数据无线网利用光导玻璃纤维当作传播介质，光缆传播距离远，传输率高，可达到几千兆bps，且抗干扰能力较强，不致引起电子监视装置的监听，是高安全性上网的理想选择。光纤网

5.1.6计算机网络的分类4.按通信方式分类

将数据以点到点的方法直接从电脑或通讯装置中传送，由于没有信道竞争，所以基本不会出现访问控制的问题。星型网、环形网都使用这种传输方式。点对点传输网络将数据从公用介质中传送，所有结点共享一条信道，某结点发出的数据，其他结点都能收到。无线网路和总线型网络都属于这种类型。广播式传输网络5.2网络传输介质和通信设备5.2.1网络传输介质 5.2.2网络通信设备

5.2.1网络传输介质传输介质是指信息发送器与接收器之间的物理通道，而传输介质则包含导向传输介质和非导向传输介质两类。对导向介质来说，信息是通过某一介质传播的，包括双绞线、同轴电缆、光纤等。对非导向介质而言，信息在大气层内、外层空间或海洋中进行无线传输，包括微波、红外线、卫星等。

5.2.1网络传输介质双绞线双绞线是综合布线工程中最常用的一种传输介质，一般是由两根、四根或八根具有绝缘保护层的铜导线组成，双绞线和RJ45水晶头相连在一起就构成了网线。

5.2.1网络传输介质同轴电缆同轴电缆是一种电线及信号传输线。由于外导体屏蔽层的作用，同轴电缆具有很好的抗干扰特性，被广泛用于较高速率的数据传输。

5.2.1网络传输介质光纤光纤通信是利用光导纤维传递光脉冲来实现数字通信。有光脉冲相当于1，无光脉冲相当于0。由于光在光导纤维的传导损耗比电在电线传导的损耗低得多，而光的频率非常高，所以光纤通常被用作长距离的信号传送。

5.2.1网络传输介质短波

短波是指频率为3～30MHz的无线传输电波。短波既可以沿地球表面以地波形式传播，也能以天波的形式靠大气层中的电离层反射传播。

当短波以地波形式传播时，由于短波的波长短，陆地对地波造成的衰减很大，其沿地球表面传播的地波绕射能力差，传播的有效距离短，一般只在离天线较近的范围内（100km左右）才能可靠地接受信号。

海水对地波造成的衰减较小，沿海面传播的距离要比陆地传播距离远得多。

5.2.1网络传输介质微波

微波的频率非常高，凡是处于300MHz～3000GHz频段内的通信，都可称之为微波通信。近年来，微波通信在许多领域都获得了广泛的应用，如移动通信、卫星通信等。

5.2.1网络传输介质微波卫星通信就是地球上的无线电通信站间利用卫星作为中继站而进行的一种微波接力通信。卫星通信的最大特点之一就是通信距离十分远，且通信费用与通信距离无关，覆盖面很广。卫星通信与地面微波通信一样，保密性差，而且通信卫星和发射卫生的造价很高。

5.2.1网络传输介质光波光波是指可见光、红外线和紫外线在大气中的传播。光波通信有以下三种分类方式。按照光源的不同，分为激光通信和非激光通信。按照传输介质的不同，分为大气激光通信和光纤通信。按照传输波段的不同，分为可见光通信、红外线通信和紫外线通信。

5.2.2网络通信设备网络通信设备有许多，常见的网络互连技术设备有：中继器、网桥、路由器、网关、集线器、交换机等。其中，中继器、集线器用在物理层，而网桥、交换机用在数据链路层，路由器用在网络层，而网关则用在应用层。

5.2.2网络通信设备中继器中继器是扩大网络传输距离的一个常用设备，由于传送存在损耗，在线路上传输的信号功率会一直减小，衰减到一定程度时就会造成信号失真现象，这就会导致接收错误。中继器就是为克服这一实际问题而设计的，它会完成物理线路的连接，对衰减的信号进行整型、放大，然后再转发到另一个网段。

5.2.2网络通信设备集线器

集线器的英文称为“Hub”。“Hub”是“中心”的意思。集线器的主要功能是对接收到的信号进行整形放大，以增加网络的传输距离，同时把所有节点集中在以它为中心的节点上。

5.2.2网络通信设备网桥

网桥是一种在链路层实现互连的设备，常用于连接两个或更多个局域网的网络互连设备。网桥将网络的多个网段在数据链路层连接起来，并对网络数据的流通进行管理。

它工作于数据链路层，不但能扩展网络的距离或范围，而且可以改善网络的性能、可靠性和安全性。

5.2.2网络通信设备交换机

交换机（Switch）意为“开关”是一种用于电（光）信号转发的网络设备。它可以为接入交换机的任意两个网络节点提供独享的电信号通路。

交换机有多个端口，每个端口都具有桥接功能，可以连接一个局域网或一台高性能服务器或工作站。

5.2.2网络通信设备路由器路由器是一种具有多个输入端口和多个输出端口的专用计算机，是互联网的主要结点设备。网络中的设备相互通信主要是用它们的IP地址，路由器只能根据具体的IP地址来转发数据。路由器可以支持各种异构网络的互连，实现不同网络主机之间的通信。

5.2.2网络通信设备网关

网关又称网间连接器、协议转换器。

网关在网络层以上实现网络互连，是复杂的网络互连设备，仅用于两个高层协议不同的网络互连，完成传输层或应用层的协议转换。5.3局域网5.3.1局域网的概念5.3.2局域网的特点5.3.3局域网的分类5.3.4高速局域网

5.3.1局域网的概念局域网：是指在某个特定的范围区域内，由很多台计算机、通信设备等相互连成的一个计算机通信网络系统。与广域网相比，局域网的特点是：1.覆盖范围比较小，常常是以一栋建筑物、一个单位公司、一个城市所使用，覆盖距离小于25km。2.计算机局域网有着特别高的数据传输率，通信延迟时间短。3.可靠性比较高，有较低的误码率，因为它是近距离传输，所以误码率很低，一般在10-8～10-11之间。

5.3.3局域网的分类1.按传输介质分类2.按网络拓扑结构分类

3.按传输介质所使用的访问控制方法分类

有线局域网无线局域网总线型星型环型以太网令牌环网FDDI网5.4Internet基础5.4.1Internet概述5.4.2Internet的基本概念5.4.3Internet的接入5.4.4Internet的基本服务5.4.1Internet概述Internet通常又被称为“因特网”和“网际网”。Internet是由成千上万个各种类型、不同规模的计算机网络通过相互连接在一起组成覆盖全世界的、开放的全球性网络。什么是Internet中国电信公共交换网5.4.1Internet概述什么是Internet从网络通信的角度来看，Internet是一个以TCP/IP网络协议连接各个国家、各个地区、各个机构的计算机网络的数据通信网。从信息资源的角度来看，Internet是一个集各个部门、各个领域的各种信息资源为一体，供网上用户共享的信息资源网。5.4.1Internet概述Internet发展1969年APARNET诞生；美国用于军事控制。60-80年代研究及技术成型阶段；采用了TCP/IP协议。80-90年代发展成型；美国国家科学基金会NSFNET。90年代至今迅猛发展；归功于Internet的商业化；万维网问世。未来发展方向实现更新的网络结构；开发革命性的应用；超高速全光网络；更快速的交换和路由选择等。5.4.2Internet的基本概念

IP地址IP协议规定：IP地址使用32位二进制数字表示。为方便阅读和从键盘上输入，可把每8位二进制数字转换成一个十进制数字，并用小数点隔开：这就是“点分十进制”记法。我们从键盘上输入点分十进制的IP地址，计算机就把它转换为32位的二进制数字。11001010011011001111100111001110065.4.2Internet的基本概念

IP地址分类网络地址+主机地址网络地址主机地址A类18162432网络地址主机地址B类网络地址主机地址C类0101101~126128~191192~223第一字节地址范围网络地址的位数决定了Internet能包含多少个子网，而主机地址的位数决定了每个子网中能连接的主机的数目。第一组数字最大网络地址数网络内主机数A类1~126126（27-2）16777214（224-2）B类128~19116383（214-1）65534（216-2）C类192~2232097151（221-1）254（28-2）IP地址分配表219.143.201.5133.65.301.1?5.4.2Internet的基本概念

子网问题：在实际应用时，为了方便管理，会建立多个小的子网，而32位IP地址表示的网络数有限，会出现网络数不够的问题。子网寻址技术，将主机地址空间划出一定位数分配给本网的各个子网，剩余的主机地址空间作为相应子网的主机地址空间，这样一个网络就被分成了多个子网。IP地址::={<网络号>,<子网号>,<主机号>}在组建计算机网络时，通过子网技术将单个大的网络划分为多个小的网络，并用路由器等网络互联设备连接起来，可以减轻网络拥挤，提高网络性能。5.4.2Internet的基本概念

子网掩码子网掩码用来识别子网和判别主机属于哪一个网络。子网掩码是一个32位二进制数，用圆点分成四段。用二进制数字1标识网络号和子网号，用二进制数字0标识主机号。规则：在IP地址中表示网络地址部分的那些位，在子网掩码对应的二进制位置上置1，表示主机地址部分的那些位置上置0。A、B、C三类IP地址的默认子网掩码为：255．0．0．0A类255．255．0．0B类255．255．255．0C类5.4.2Internet的基本概念

子网掩码C类网络192.1681.X网络地址主机地址取出2位，可能的组合为00,01,10,1100和11不能使用，子网号01和10，可以划分2个子网每个子网可容纳26-2=62个主机号11111111.11111111.11111111.11000000子网掩码925.4.2Internet的基本概念C类IP地址192.168.0.311111111.11111111.11111111.0000000011000000.10101000.00000000.00000000子网掩码网络地址两个二进制按位作“逻辑与”运算网络地址主机地址11000000.10101000.00000000.00000011转化成二进制5.4.2Internet的基本概念域名系统域名：主机采用数字形式的IP地址不容易记忆，为此引入了字符型主机命名机制---域名系统（DNS)，用来表示主机的地址。域名系统（DNS)：采用层次结构，每一层叫作一个域(层数不限)，每个域用点号隔开。一般形式为：主机名.单位名.机构名.国家名例如：

域名从右到左域的范围变小这不是英语邮政地址习惯吗！类型名--机构域名区域名--国家域名5.4.2Internet的基本概念计算机和路由器只识别IP地址。把域名翻译成对应的IP地址的服务就是域名服务；将域名转换为IP地址的过程就是域名解析。网络中的域名服务器就是专门用来建立和维护网上所有主机的域名和IP地址对应关系的数据库。后台的解析过程是自动进行的，对我们用户来说是透明的。

域名IP地址都可用以访问主机5.4.2Internet的基本概念域名系统工作原理5.4.2Internet的基本概念IPv632位的IP地址不够用，IPv4已很不适应了，存在着IPv4地址资源越来越紧张，路由表越来越庞大，路由速度越来越慢等缺点。采用具有更大地址空间的新版本的IP协议，即IPv6---用于替代现行版本IP协议（IPv4）的下一代IP协议。IPv6采用128位二进制编址。5.4.3Internet的接入

Internet接入就是计算机或网络采用某种方法与互联网连接在一起，使得它们之间能彼此交换信息。Internet接入需要通过ISP（InternetServiceProvider）即Internet网络服务商接入Internet。

Internet接入方式有拨号接入（包括固定电话、ISDN拨号接入因特网）、HFC（CableModem）方式接入、xDSL（x数字用户线）方式接入（ADSL、VDSL等）、光纤方式接入、以太网方式接入、无线方式接入、专线方式接入（包括通过DDN、FR、ATM、数字电路等专线直接接入因特网）等。5.4.4Internet的基本服务WWW服务WWW是WorldWideWeb的缩写，也可简称为Web，中文译名为“万维网”，是Internet的一种服务形式。

以Internet为基础，允许用户在一台计算机上通过Internet存取另一台计算机上相互链接的超文本文件资源。5.4.4Internet的基本服务WWW服务

由提供Web服务的一方以超文本（HTML）的形式准备好要共享的资源。返回响应提出请求准备资源

客户机向Web服务器提出资源请求(URL)。服务器端传输