计算思维导论（第2版）课件：计算机网络基础

计算机网络基础5.1计算机网络概述回顾之前我们讲了什么？键盘侠与网络冲浪新四大发明与互联网+无所不在的网络网络定义计算机网络---利用通信设备和通信线路将地理位置分散的、功能独立的多台计算机和由计算机控制的外部设备连接起来

在网络操作系统的控制下按约定的通信协议进行信息交换，实现资源共享的系统。信息交换——————网络最基本的功能，完成网络中各节点之间的通信资源共享——————硬件、软件和数据资源的共享分布式处理————————网络系统中若干台计算机互相协作共同完成一个任务。计算机网络的功能数据备份——————将数据备份到网络中其他位置，当某台计算机出现故障时，及时由另一台计算机来替代，以保证系统运行不间断、安全、可靠。拓扑结构——————把实体抽象成与其大小、形状无关的“点”，而把连接实体的线路抽象成“线”，进而以图的形式来表示这些点与线之间关系的方法。拓扑结构与几何结构——————————几何结构考察的是点、线之间的位置关系，强调的是所构成的形状及大小。如梯形、正方形、平行四边形、圆均属于不同的几何结构。从拓扑结构的角度去看，点、线间的连接关系相同就具有相同的拓扑结构，即环型结构。网络的发展ColdWar1945-1990苏联美国华约北约USC犹他州立大学，1888年创建，公立研究性大学，下设8个学院，提供176个学士、143个硕士、38个博士学位，以及130多个研究项目欢迎访问>>UCLA加州大学洛杉矶分校。1919年创建，公立综合性大学。奥运奖项：金牌123（全美第三）、54银、56铜。欢迎访问>>ARPANetwork阿帕网，AdvancedResearchProjectsAgencyNetwork，ARPANET，美国国防高级研究计划局组建的计算机网。欢迎访问>>Stanford

University斯坦福大学，1891年创立，私立综合性大学。60个诺贝尔获奖者，20位图灵奖获得者，7位菲尔兹奖获得者。17名太空员，亿万富翁28位。欢迎访问>>UCSB加州大学圣塔芭芭拉分校。1909年创建，公立研究性大学。6位诺贝尔获得者，27位国家工程院院士，23位人文科学院院士。欢迎访问>>默默默默默默默默默默阿帕网之父—拉里·罗伯茨ArpanetArpanetArpanetMilent1986NationalScienceFoundation，NSFSeptember1991ArpanetArpanetNSFnetMilentNovember1993December1994第一代网络（1954）1234单个主机为中心、面向终端设备。主机具有独立的数据处理能力，终端无独立数据处理能力。终端与主机之间不能相互共享资源，网络功能以数据通信为主。第二代网络（1969）第三代网络（1983）第四代网络（90年代）将若干台计算机互联起来，多处理中心。计算机之间可以彼此通信、共享资源。以分组交换网为中心，网络内各用户必须经过交换机进行连接。国际标准化组织(ISO)提出了开放系统互联参考模型(OSI)，给网络发展提供了一个可以遵循的规则，使计算机网络从此走上了标准化的轨道。建立了Internet，把分散在各地的网络连在一起，形成一个覆盖全球的网络。网上传输信息多样化，包含了文字、数字、声音、图像、视频。未来网络趋势：电信网、有线电视网和计算机网络的三网合一。03…地理范围01拓扑结构02计算机地位03介质04带宽05技术06速率07………地理位置拓扑结构计算机地位按地理范围分类局域网几百米到十几公里，一栋或几栋大楼内。局域网内传输速率较高，误码率低，结构简单容易实现。城域网在一个特定的范围内（社区或城市）将不同的局域网连接起来。通常使用高速光纤，传输速率比局域网高。广域网不同城市之间的LAN或MAN互联，几百公里到几千公里。数据传输率比局域网慢、误码率较高

在一个学校范围内的计算机网络通常称为校园网。实质上它是由若干个局域网连接构成的一个规模较大的局域网，也可视为一种介于普通局域网和城域网之间规模较大的、结构较复杂的局域网。校园网一般采用以太网技术搭建。按拓扑结构分类通信协议简单对外围站点要求不高单个站点故障不会影响全网每个站点需要有一个专用链路电路利用率低，连线费用大网络性能依赖中央结点集中式传播策略星型结构星型结构总线结构无源元件做介质，可靠性高结构简单，布线容易扩充和删除结点方便总线任务重，易产生瓶颈问题总线的故障对系统是毁灭性的广播式传播策略网络实现简单，投资最小。传输介质只需要同轴电缆及一些连接器材星型结构总线结构环型结构所能实现的功能比较简单维护困难：结点故障，网络崩溃扩展性能差：添加或移动节点，必须中断整个网络令牌环传播策略通信线路连接简单维护方便，管理软件不复杂星型结构总线结构环型结构树型结构资源共享能力差除最底层结点及其连线外，任一结点或连线的故障均影响其所在支路网络的正常工作广播式传播策略容错能力强，可靠性高一个节点或一段链路发生故障，信息可通过其他节点与链路达到目的节点星型结构总线结构环型结构树型结构网状结构网络关系复杂，建网不易网络控制机制复杂由前面几种基本拓扑结构混合组成，如Internet网Internet网是当今世界上规模最大、用户最多、影响最广泛的互联网络Internet网上联有大大小小、成千上万个不同拓扑结构的局域网、城域网和广域网。因此，Internet网是一种混合拓扑结构，无固定形式。星型结构混合结构总线结构环型结构树型结构网状结构按计算机地位分类NetworkC/S模式PToP模式B/S模式B/S模式服务器安装数据库系统客户机上只需要安装浏览器C/S模式服务器通常采用高性能的PC、工作站或小型机，并采用大型数据库系统客户端需要安装客户端软件PeerToPeer模式P2P是让所有客户端都能提供资源（带宽，存储空间和计算能力）当有节点加入且请求增多，整个系统的容量也增大，传输更慢。局域网广域网城域网星型结构总线结构环型结构树型结构网络结构混合结构C/S模式B/

S模式PToP模式地理位置拓扑结构计算机地位其他分类方法按传输介质分类（1）有线网络有线网络指采用双绞线、同轴电缆、光纤等物理介质传输的数据网络。（2）无线网络无线网络是指采用无线电（如微波）、红外线等无线介质传输数据的网络。按网络的传输速率分类根据网络的传输速率大小，可将网络划分为10Mbit/s、100Mbit/s和1000Mbit/s、10Gbit/s等网络类型。按信息处理方式分类（1）以太网以太网使用CSMA/CD（带有冲突检测的载波侦听多路访问）的访问控制技术，是应用最为广泛的局域网。（2）ATM交换网络ATM（AsynchronousTransferMode，异步传输模式）采用信元交换交换技术。它没有共享介质或包传递带来的延时，非常适合音频和视频数据的传输。（3）FDDI网络FDDI网络是采用光纤分布式数据接口（FiberDistributedDataInterface，FDDI）协议的网络I以光纤作为传输介质，支持长距离传输，数据传输速率可达到100Mbit/s。按传输带宽分类（1）基带传输基带信号是指发送端发出的没有经过调制的原始电信号。在数字通信信道上，直接传送基带信号的方法称为基带传输。基带传输直接传送数字信号，传输的速率高，距离短。（2）宽带传输宽带传输是将信道分成多个子信道，分别传送音频、视频和数字信号等。宽带传输系统多是模拟信号传输系统。宽带传输信道的容量大，传输距离远。5.2计算机网络技术体系结构网络体系结构网络协议协议三要素硬件软件要素网络体系结构网络协议协议三要素指计算机之间相互通信的层次，以及各层中的协议和层次之间接口的集合。由硬软件来实现。是计算机网络中的实体间交换信息时所必须遵守的规则的集合。语法：规定信息格式语义：说明通信双方应当怎么做时序：说明事件发生的顺序双向箭头线表示概念上的通信线路，空心箭头表示实际通信线路。互连物理传输媒体通信子网资源子网应用层表示层会话层传输层网络层链路层物理层应用层表示层会话层传输层网络层链路层物理层TCP/IP模型对OSI模型进行了简化，采用四个层次：应用层、传输层、网际层和网络接口层。OSI参考模型TCP/IP模型应用层表示层会话层传输层网络层链路层物理层应用层,各种应用层协议，如：(HTTP、FTP、SMTP、……)传输层（TCP、UDP协议）网际层（IP协议）网络接口层（负责与物理网络的连接）TCP/IP：TransmissionControlProtocol/InternetProtocol，传输控制协议/网际互连协议。TCP/IP协议是目前最流行的商业化的协议，是当前的工业标准，是互联网络上的“交通规则”，包括了100多个不同功能的协议，TCP协议和IP协议是其中两个最重要的协议。体系结构协议协议三要素OSI模型TCP/IP模型基本概念结构模型网络通信和互联设备主体设备————服务器客户端网卡调制解调器传输介质————有线介质无线介质互连设备————交换机路由器集线器……GoodMorningGoodEvening访问服务器广域网“云”Web服务器桥交换机路由器以太网串行线快速以太网数据服务单元/通道服务单元DSU/CSU文件服务器个人电脑调制解调器虚拟局域网(颜色可能不同)集线器网络云或广播域ISDN交换机多层交换机网络交换机电路交换线层

2层1服务器集群分部家庭办公ISDN远程典型网络定义网络组件公司总部分部家庭办公用户移动办公用户因特网定义网络组件提供共享资源运行网络操作系统较高档次机型提供共享资源使用网络功能的各种主机和终端设备可以有自己的操作系统可以独立工作可以入网使用网络资源配置可以较低Mac地址，也称硬件地址、物理地址，每块网卡具有一个全球唯一的Mac地址，固化在EPROM中查看Mac地址命令:ipconfig/all模数、数模转换的机器服务器客户端有（无）线网卡调制解调器传输介质传输介质有线介质①双绞线②同轴电缆③光纤①

无线电波②微波③红外线④激光无线介质有线介质无线介质双绞线同轴电缆光纤无线电波微波红外线激光双绞线有无屏蔽层：非屏蔽线、屏蔽双绞线频率与信噪比：五类线、六类线、

超六类、七类线、…网线制作方法：直连线、交叉线同种类型设备之间使用交叉线

不同类型设备之间使用直连线用途：基带同轴电缆,仅用于数字传输宽带同轴电缆,使用模拟信号进行传输直径：粗同轴电缆细同轴电缆同轴电缆光缆的芯线是由光导纤维做成，传输光脉冲数字信号。通信中所用的光纤一般是石英光纤。

光缆传输容量大、误码率低、不受电磁干扰和静电干扰的影响、体积小重量轻、损耗小。可防止传输过程中被窃听，是最安全的传输媒体。主要用于传输距离较长、布线条件特殊的主干网连接光纤无线传输介质：采用无线电、微波、红外线、激光和卫星等进行数据传输。无线传输不受固定位置的限制，可以全方位实现三维立体通信和移动通信。目前无线传输还存在一些缺陷，主要表现在传输速率低、安全性不高及容易受到天气变化的影响等。无线双机互连多机互连网卡双绞线网卡双绞线（直接连接法）集线器(或交换机）线序12345678EIA/TIA568B白橙橙白绿蓝蓝白绿白棕棕EIA/TIA568A绿白绿橙白蓝蓝白橙棕白棕双绞线使用交叉连接法连接：将线缆的一端按一定顺序排序后接入RJ-45接头，另一端也用相同的顺序排序后接入RJ-45接头。直接连接法通常用于不同类型的设备的相互连接。如计算机连接集线器、计算机连接交换机线缆的一端用一种线序排列，如568B标准线序，而另一端用不同的线序，如568A标准线序。交叉连接法用于连接同种设备，如两台计算机直接通过网线连接，必须用交叉连接法来制作网线直接连接交叉连接双绞线的连接06网关02集线器04交换机05路由器03网桥01中继器机柜07中继器：又称为重发器，用于连接拓扑结构相同的两个局域网或延伸一个局域网。起信号的放大和再生的作用。网络互连设备INDInterconnectingNetworkDevices集线器：又称多口中继器（Hub）。是网络的中心设备，是一种将信号进行放大和中转的设备，采用广播方式传递信息。端口有8口、24口和32口等多个集线器可以级联无源Hub、有源Hub、智能Hub网桥：也叫桥接器，连接两个局域网的一种存储/转发设备，它能将一个大的LAN分割为多个网段，或将两个以上的LAN互联为一个逻辑LAN。网桥能够读取目标地址信息，并决定是否向网络的其他段转发。交换机：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。交换机与集线器：集线器将数据转发到所有的集线器端口，而交换机可将收到的数据包根据目的地址转发到特定的端口，这样可以帮助降低整个网络的数据传输量，提高效率。路由器：是连接因特网中各局域网、广域网的设备，它会根据信道的情况自动选择和设定路由，以最佳路径，按前后顺序发送信号。路由器与交换机：路由器工作在网络层，交换机在数据链路层交换机是利用MAC地址来确定转发数据的目的地址，而路由器则是利用不同网络的ID号（即IP地址）来确定数据转发的地址。路由器提供了防火墙的服务网关：是在高层上实现多个网络互联的设备，用于连接使用不同通信协议或结构的网络，使文件可以在这些网络之间传输。网关是最复杂的网络互联设备。是智能超群的路由器、网桥、中继器。机柜一般是冷轧钢板或合金制作的用来存放计算机和相关控制设备的物件机柜可以提供对存放设备的保护，屏蔽电磁干扰，有序、整齐地排列设备，方便以后维护设备服务器客户端网卡、调制解调器有线介质无线介质主体设备传输介质互连设备中继器集线器网桥交换机路由器网关机柜IP地址人类社会与姓名标识网络世界和计算机标识网络警察为什么能找到网络喷子？网络地址——————用于表示某个设备在网络中的位置，是解决网络寻址的基本方法之一。网络地址物理地址——————又称网卡地址、硬件地址、MAC地址。这个地址是全球唯一的，通常固化在网卡中，一般由生产商ID和设备ID构成。逻辑地址——————因特网上的计算机都可以设置或分配一个IP地址，一般由网络地址和主机地址构成。常见有IPv4和IPv6地址。00:01:6C:06:A6:2934IPv4地址

示例

每个字节为0～255的十进制，字节之间用点号分隔示例69DC:8864:FFf:FFFF:0:1280:8c0A:FFFFf每组表示16位，用4位十六进制表示，每组之间冒号分隔，前导0可不写IPv44个字节，32位点分十进制IPv616个字节，128位冒分十六进制表示方法网络数量主机数量IP地址范围预留内网私有IPA类126（2^7-2）16777214~55--55B类16382（2^14-2）65534~191.255.255--55C类20971150（2^21-2）254~55--550网络地址(7位)主机地址(24位)10网络地址(14位)

主机地址(16位)110网络地址(21位)主机地址(8位)A类B类C类A类网络数中，0和127有特殊意义，保留;主机号全为1时表示该网络广播地址，全为0时表示该网络的网络号;机号的位数则决定了网络中最大的主机数（2^主机号位数-2）子网掩码机房04030201容量30台/间容量30台/间容量30台/间容量30台/间学校有四个处于不同物理位置的网络教室，每个网络教室30台机器，如何给这些机器配置ip，以及子网掩码？定义IPv4的子网掩码有32位，屏蔽一个IP地址的网络部分，将其全置1，将主机号置0的模式。作用2：地址判断任意两台计算机的IP地址是否属于同一子网络的根据类型（默认，不划分子网）A类：B类：C类：作用1：划分子网子网掩码可以把大的网络划分成子网，即可变长子网掩码，也可以把小的网络归并成大的网络即超网子网掩码机房04030201容量30台/间容量30台/间容量30台/间容量30台/间学校有四个处于不同物理位置的网络教室，每个网络教室30台机器，如何给这些机器配置ip，以及子网掩码？申请4个C类地址，每个教室一个ip，然后再逐一配置。这样做理论上正确，但这样做很浪费，一共浪费了(254-30)*4=896个ip地址。如果所有的网管都这样做，那么internet上的ip地址将会在极短的时间内枯竭。故，应该做子网划分。

子网概念划分子网网络上的主机的，只有在一个网络号下的计算机之间才能直接互通不同网络号的计算机要通过网关才能互通为了更加灵活的管理网络，IP网络还允许划分成更小的网络，称为子网（Subnet）子网号原网络号不变，主机号分为两个部分:子网号、子网主机号即:网络号+子网号+子主机号

子网的子网掩码网络号+子网号+子主机号对应11…1111…11

00……00划分子网示例确定子网的数量计算主机IP地址范围写出其缺省子网掩码定义子网掩码第一步第二步第三步第四步Step1：4个子网，全0全1不用，故共需6个子网号，需要3位表示，即n=3。Step2：如申请的是一个C类IP，则缺省子网掩码为，二进制为：11111111.11111111.11111111.00000000Step3：将主机号的前3位置1，则子网掩码为：11111111.11111111.11111111.11100000，化为十进制得到：24Step4：4个子网，子网号占了3位，子网内的主机号占5位。子网内主机数为：2^5-2=30个，即每个机房最多30台机器机房04030201容量30台/间容量30台/间容量30台/间容量30台/间学校有四个处于不同物理位置的网络教室，每个网络教室30台机器，如何给这些机器配置ip，以及子网掩码？子网掩码概念子网掩码类型子网掩码作用划分子网的步骤划分子网示例划分子网子网掩码域名系统域名作用IP地址难以记忆和理解，因此引入字符来表示主机地址，用字符表示的主机地址称为域名。中国教育机构北京建筑大学教务处域名举例域名系统，DNSDNS是一个分布在因特网上的主机信息数据库系统，规定了域名的命名规则，实现域名和IP地址的相互映射，使人可以方便地使用域名访问互联网。域名结构域名系统采用层次结构。即：结点名.三级域名.二级域名.顶级域名类型域名意义域名意义类型域名意义com商业类edu教育类gov政府部门int国际机构mil军事类net网络机构org非盈利组织arts文化娱乐arc康乐活动firm公司企业info信息服务nom个人stor销售单位web与www有关的单位区域名用两个字母表示世界各国和地区。如:cn常见类型名区域名类型名顶级域名5.3Internet

基本服务1WWW服务WWW：WorldWideWeb，也称万维网，分为Web客户端和Web服务器程序。WWW可以让Web客户端（常用浏览器）访问浏览Web服务器上的页面。WWW是一个由许多互相链接的超文本（资源）组成的系统。这些资源通过超文本传输协议（HypertextTransferProtocol）传送给用户，而后者通过点击链接来获得资源。2电子邮件E-mail文件传输FileTransferProtocol（FTP）3搜索引擎4搜索引擎4搜索引擎5即时通讯5.4网络互联因特网因特网简介从网络通信的角度来看，因特网是一个采用TCP/IP架构连接各个国家、地区、机构的计算机网络的数据通信网从信息资源的角度来看，因特网是一个集各个企业、各个领域的信息资源为一体，供网上用户共享的信息资源网。19901994钱天白教授向德国发出我国的第一封电子邮件。AcrosstheGreatWallwecanreacheverycornerintheworld.（越过长城，走向世界）钱天白教授代表中国正式在国际互联网络信息中心（InterNIC）的前身DDN－NIC注册登记了我国的顶级域名CN。1987中国科学院计算机网络信息中心完成了中国国家顶级域名（CN）服务器的设置，改变了中国的CN顶级域名服务器一直放在国外的历史。李克强在政府工作报告中提出互联网+行动计划。2015CHINANET中国网中国教育网CERNET中国科技网CSTNET中国金桥网CHINAGBN四大骨干网络第45次《中国互联网络发展状况统计报告》IntranetIntranet称为企业内部网，或称内部网、内网，是一个使用与因特网同样技术的计算机网络，它通常建立在一个企业或组织的内部并为其成员提供信息的共享和交流等服务。校园网就是Intranet的典型案例。因特网接入方式ADSL接入局域网接入DDN专线接入ISDN接入光纤接入无线接入无线局域网-WLAN，WIFI移动通信技术4G、5G有线局域网组网步骤Ping+主机IPPing+主机域名局域网是如何搭建的？硬件连接有线局域网无线局域网IP参数设置设置工作组设置共享文件夹软件配置连通测试网络规划硬件部署网络规划结构、规模、性能网络布线根据建筑物特点决定如何布线网络设备安装调试路由器、交换机、防火墙等设备的安装、连接、设置。A1234计算机及外围设备安装）安装网卡及驱动程序，设置网卡的TCP/IP协议组网步骤软件部署连通测试连通性测试使用专用工具或软件进行网络的连通性测试资源共享设置共享资源，如共享打印机、共享文件夹等。网络管理与维护保证网络正常运行，并对网络出现的故障进行及时的报告和处理，最大限度地协调、保持网络系统的运行效率B7网络安全等网络防护568组网步骤IP参数设置设置工作组设置共享文件夹示例————ping15ping格式————Ping+IPPing+主机名PING命令用来检测网络是否连通，测试与目的主机之间的连接速度。PING不成功则返回：Requesttimedout无线局域网无线局域网：指应用无线通信技术将计算机设备互联起来，构成可以互

相通信和实现资源共享的网络体系。适用范围：无固定工作场所的使用者有线局域网络架设受环境限制作为有线局域网络的备用系统特点：

可移动性、灵活性、成本低计算机01020304相关软件无线接入点（AP）无线网卡无线网卡的作用、功能和普通电脑网卡一样，用来连接无线局域网AP又称无线访问节点或存取桥接器，类似有线网络中的集线器。主要用于宽带家庭、大楼内部以及园区内部1324准备无线网卡、无线路由器①无线路由与电脑相连②IE中输入无线路由地址③输入用户名和密码①打开”设置向导”②选择网络类型③输入连接账号和密码④设置无线路由器的密码配置完成后，断开有线连接，设置计算机为“自动获取IP地址”组网步骤网线制作软件配置连通测试基本概念硬件连接组网步骤有线网络无线网络5.5网络安全与防护合理利用网络，确保信息安全网络安全网络安全——————是指通过各种技术和管理措施，确保网络系统的硬件、软件、和经过网络传输和交换的数据不会因偶然的或者恶意的原因而遭受到破坏、更改、泄露，系统连续可靠正常地运行，网络服务不中断。基本要素保密性完整性可靠性可控性可检查性网络内部用户的误操作，资源滥用和恶意行为也有可能对网络的安全造成巨大的威胁。不良行为间谍软件一种能够在用户不知情的情况下，在其电脑上安装后门、收集用户信息的软件网络钓鱼网络自身和管理欠缺任何通过网站、电子邮件、即时通信或传真等方式，尝试窃取用户个人身份信息的行为。软件本身有漏洞或“后门”，企业网站或系统没有严格的管理制度。如：密码问题、系统不打补丁等。编制者在计算机程序中插入破坏计算机功能或数据的，影响计算机使用，能自我复制的一组计算机指令或程序代码。计算机病毒挟持合法的网站，通过DNS将网站重新导向看似与原始网站无异的错误IP地址的方法。网址嫁接网络威胁网络威胁网络威胁网络威胁破坏性攻击———————以侵入他人电脑系统、盗窃系统保密信息、破坏目标系统数据为目的。非破坏性攻击———————扰乱系统的运行，并不盗窃系统资料，通常采用拒绝服务攻击或信息炸弹。32451Youarehere！后门程序———————后门程序一般是指那些绕过安全性控制，获取对程序或系统访问权的程序方法。后门程序后门与木马———————二者都是隐藏在用户系统中，并向外发送信息，而且本身具有一定权限，以便远程机器对本机的控制。区别在于：木马是一个完整的软件，而后门则体积较小且功能都很单一。最主要的是后门不自我复制。backdoor最著名的后门———————最著名的后门程序，该算是微软的WindowsUpdate了。开机时自动连上微软网站，将电脑目前状况报告给微软，微软网站通知使用者是否有必须更新的文件，以及如何更新。32451Youarehere！网络监听———————网络监听是一种管理工具，可以将网络界面设定成监听模式，并且可以截获网络上所传输的信息。防止监听———————1、采用网络防御工具。2、安装防火墙。3、对网络上传输的信息进行加密。网络监听Throughmonitoring32451Youareh