第一章高一计算机网络技术..ppt

1.1 认识计算机网络,计算机网络定义为：凡是将分布在不同地理位置并具有独立功能的多台计算机，通过通信设备和线路连接起来，在功能完善的网络软件（网络协议及网络操作系统等）支持下，以实现网络资源共享和数据传输为目的的系统，称为计算机网络。可以从以下三个方面理解计算机网络的概念:计算机网络是一个多机系统。计算机网络是一个互连系统 计算机网络是一个资源共享系统,计算机网络的组成 计算机网络在物理结构上，可分为网络硬件和网络软件组成，如下图所示：,计算机网络的功能,（1）资源共享 硬件共享软件共享数据共享（2）数据通信（3）分布控制和分布处理 网络中计算机分别控制生产过程中多个控制回路，同时又可集中获取数据、集中管理和集中控制,五、计算机网络的分类,按网络的覆盖区域分为:广域网（WAN）局域网（LAN）城域网（MAN）按信息交换方式分为:电路交换网报文交换网分组交换网按网络拓扑结构分为:总线网环型网星型网,按通信介质可分为：双绞线网光纤卫星网微波网等按传输信号或传输方式可分为：基带网宽带网按通信传播方式可分为：点对点传播方式网广播方式网按网络的使用范围又可分为：专用网公用网,按网络的覆盖区域网络可分为,1局域网（LAN）2城域网（MAN）宽带城域网的接入方式：ADSL（Asymmetric Digital Subscriber Line）HFC（同轴电缆/光纤混合网）以太网（FTTB+LAN）3广域网（WAN）,如图所示。,1.2 不同的连接策略,一、根据需求选择网络连接形式,对等网：所有计算机都处于更加平等的地位，一台计算机既可以向其他计算机提供相应的文件和打印共享服务，又可以作为客户机去访问其他计算机提供的共享资源。对等网中每一台计算机可以同时提供服务器和客户端的功能。服务器-客户机网络：可以提供组建大型网络的能力，能向用户提供更大量的资源和网络服务。,二、网络传输介质,1.双绞线非屏蔽双绞线屏蔽双绞线2.同轴电缆50、75和 93同轴电缆3.光导纤维（又称光缆）4.无线通信与卫星通信,（1）双绞线的主要特性,屏蔽双绞线 STP和非屏蔽双绞线UTP,双绞线结构示意图,同轴电缆结构示意图,（2）同轴电缆的主要特性,同轴电缆结构示意图,（3）光纤的主要特性,光导纤维结构与原理示意图,（4）无线通信与卫星通信,1.无线通信2.微波通信3.蜂窝无线通信4.卫星通信5.蓝牙技术（Bluetooth）,无线电,固定终端点（基站）和终端之间是无线链路,基站,用户计算机和终端,基站覆盖的无线电区域,F1,F2,F3=使用的频率,地面微波接力,频率：100MHz10GHz两个地面站之间传送可视范围距离：50-100 km速率低，几百kb/s,地球,地面站之间的直视线路,微波传送塔,蓝牙技术,蓝牙(Bluetooth)技术是一种短距的无线通讯技术，工作在2.4 GHz ISM频段，其面向移动设备间的小范围连接，通过统一的短距离无线链路，在各种数字设备间实现灵活、安全、低成本、小功耗的话音以及数据通信。主要技术特点如下：蓝牙的指定范围是10 m，在加入额外的功率放大器后，可以将距离扩展到100 m。辅助的基带硬件可以支持4个或者更多的语音信道。蓝牙技术提供低价、大容量的语音和数据网络，最高数据传输速率为723.2kbit/s。蓝牙技术使用快速跳频(1 600跳/s)避免干扰，在干扰下，使用短数据帧来尽可能增大容量。蓝牙技术支持单点和多点连接，可采用无线方式将若干蓝牙设备连成一个微波网，多个微波网又可互连称特殊分散网，形成灵活的多重微波网的拓扑结构，从而实现各类设备之间的快速通信。任一蓝牙设备，都可根据IEEE 802标准得到一个唯一的48 bit的地址码，保证完成通信过程中设备的鉴权和通信的保密安全。,中微子通信,中微子通信是利用中微子运载信息的一种通信方式。中微子是一种质量极小，又不带电的中性基本微粒。它能以近光速进行直线传播，并极易穿透钢铁、海水，以至整个地球，而本身能量损失很少，对人体无任何辐射和副作用，因此是一种十分诱人的理想信息载体。中微子通信的设想提出已有多年，但如何方便地发射和探测中微子，把信息有效地调制给中微子和解调出来，还都是有待解决的难题，目前尚在探索之中。,常用传输媒体的比较,三、网络连接设备的选择,网卡主要包括了以下几个部分的部件：发送和接收部件、载波检测部件、发送和接收控制部件、曼彻斯特编码译码器、LAN管理部件、微处理器等。,集线器,集线器是把所有的计算机按照星型总线的结构进行组网的一个重要的部件 按信号传输方式分为两种：共享式集线器和交换式集线器 按速度可以分为三种：速度一致，也可以分成10Mbps 100Mbps和10M/100Mbps速度自适应三种,调制解调器(Modem),图2-10 模拟信号与数字信号波形,何谓调制解调器调制器（modulation）解调器（demodulation）内置与外置Modem的区别计算机端口（串口、并口、USB口）如何连接调制解调器外置调制解调器指示灯含义,共享式集线器价格也比较低，但是共享式集线器并不能有效地提高局域网的整体性能、不能检测网络信号传输时所出现的错误。与共享式集线器不同，交换式集线器具有信号过滤的功能。它只将信号传送给某一已知地址的端口。另外交换式集线器可以给每一个端口分配专用的带宽。,下图所示的是一款双速自适应集线器,交换机,由于交换机对多数端口的数据进行同时交换，这就要求具有很宽的交换总线带宽，如果交换机有N个端口，每个端口的带宽是M，交换机总线带宽超过NM，那么该交换机就可以实现线速交换。交换机一般都含有专门用于处理数据包转发的芯片，因此转发速度可以做到非常快。,集线器Hub与交换机Swicth的异同比较,相同点：Hub和Swicth都是用来组建和扩展局域网的，外观上都是由一些端口构成，常见的有12、24、48端口，因此很难区分，一般通过产品的标识进行区分。交换机上通常有Switch字样，集线器上有Hub字样。不同点：交换机基于物理地址、硬件地址进行数据帧的端口转发，工作在数据链路层；集线器没有物理地址、硬件地址端口表，工作在物理层。交换机之间级连没有距离限制，集线器级连有距离限制。交换机不划分虚拟局域网时和集线器基本上一样，划分了虚拟局域网后好像是由多个Hub构成。,四、计算机网络的拓扑构型,计算机网络拓扑结构计算机网络拓扑是通过网中结点与通信线路之间的几何关系表示网络结构，反映出网络中各实体间的结构关系;计算机网络拓扑主要是指通信子网的拓扑构型。计算机网络拓扑分类在采用点-点线路的通信子网中，每条物理线路连接一对结点。点-点线路的通信子网基本拓扑构型有：星型环型树型网状型,1.星型拓扑结构,图1-3 星型拓扑结构图,2.环型拓扑结构,图1-4 环型拓扑结构图,3.总线型拓扑结构,图1-5 总线拓扑结构图,1.3 网络中的数据通信,信号：是数据在传输过程中电信号的表现形式。按照在传输介质上传输的信号类型有两种：模拟信号和数字信号模拟信号：的信号电平是连续变化的；数字信号：是用两种不同的电平去表示0、1比特序列的电压脉冲信号表示。按照在传输介质上传输的信号类型，通信系统分为模拟通信系统与数字通信系统两种。,模拟信号与数字信号波形,模拟信号,数字信号,模拟信号与数字信号波形,数据传输类型与通信系统,数据传输类型模拟通信数字通信,数据通信系统,图2-2 数据通信系统,通信线路,(3)数据通信方式单工、半双工与全双工通信按信号传送方向与时间关系分单工通信（simplex）半双工通信(half-duplex)全双工通信(full-duplex),单工、半双工与全双工通信,信道,信道定义信道(channel)是通信双方之间以传输介质为基础传递信号的通路。根据传输介质（例如：普通导线、双绞线、同轴电缆、光缆以及各种频段的无线电传播等）的不同，信道可以分为有线信道和无线信道。,数据传输速率,定义：数据传输速率在数值上，等于每秒钟传输构成数据代码的二进制比特数，单位为比特/秒，记做bps（每秒钟传送二进制的位数）。常用的数据传输速率单位有：Kbps、Mbps、Gbps与Tb/s，其中：1Kbps 103bps 1Mbps 106bps1Gbps 109bps1Tbps 1012bps,带宽与宽带网,带宽:指通信信道 的传输容量.宽带网:是指具备较高通信速率和较高吞吐量的计算机网络.,分组交换技术,分组交换技术也称包交换，是将用户传送的数据划分成一定的长度，每个部分叫做一个分组，通过传输分组的方式传输信息的一种技术。它是通过计算机和终端实现计算机与计算机之间的通信，在传输线路质量不高、网络技术手段还较单一的情况下，应运而生的一种交换技术。,分组交换的特性,分组的长度有上限控制，各自独立传输占用信道时间短占用缓存空间小信道共享可充分利用信道资源有可能发生资源（信道和结点）占用冲突,分组交换的优点比报文交换的延迟小比电路交换的效率高适于计算机网络通信分组交换的缺点仍然有延迟，不能满足实时多媒体通信的服务质量需要解决冲突检测、拥塞控制和纠错重发等问题,分组交换的特性,1.4 网络协议,一、协议,协议是关于信息传输顺序，信息格式和信息内容等的约定。通信双方遵守相同的协议，通信过程才能够完成。,OSI开放系统互联参考模型,ISO OSI参考模型,1978为开放系统互联成立专门委员会，1980年草拟参考模型协议书，1983年正式批准为国际标准。OSI体系结构将网络的不同功能划分为7层,OSI表示什么？,“OSI”三个字母分别表示开放、系统和互连“系统”可以是一个简单的终端，也可以是一个复杂的计算机网络“开放”标准公开，以便遵循,物理层(Physical),实现在物理媒体上透明地传送原始比特流。定义了激活、维护和关闭终端用户之间机械的、电气的、过程的和功能的特性机械特性：物理连接器的尺寸、形状、规格电气特性：信号电平，脉冲宽度，频率，数 据传送速率，最大传送距离等功能特性：接口引脚的功能作用规程特性：信号时序，应答关系，操作过程,数据链路层(Data Link),在物理线路上的两个相邻结点间提供可靠的数据传输，使相邻结点间的链路对网络层呈现为一条无错的链路。数据传输单位是帧所关心的问题包括：物理地址、链路维护；组帧：把数据封装在帧中,按顺序传送；定界与同步：产生/识别帧边界；差错恢复：采用重传（ARQ）的方法；流量控制：收发双方传输速率的匹配。典型协议：多路访问控制协议(MAC，Multiple Access Control protocol),网络层(Network),使主机可以把分组发往任何网络并使分组独立地传送到目标主机。负责由一个站点到另一个站点的路径选择。具体提供以下服务路由选择和数据分组中转流量控制和拥塞控制差错检测与恢复流量统计和记账,传输层(Transport),为信源进程与信宿进程的通信提供数据传输服务；屏蔽各类通信子网的差异，使应用层不受通信子网技术变化的影响。进行数据分段并组装成报文流；传输单位为：报文提供端到端的服务提供“面向连接”（虚电路）和“无连接”（数据报）两种服务；传输差错校验与恢复；传输层是资源子网和通信子网的接口层。传输层存在于主机当中,会话层（Session）对不同开放系统中两个进程间通信的过程进行管理和协调不参与数据传输向表示层（Presentation）应用进程提供资料表示，如信息编码、数据转换、数据压缩与恢复等。将不同系统的不同表示方法转换成标准形式表示层（Presentation）处理在通讯时所需要的语法和文法。,应用层(Application),为用户的应用进程提供网络通信服务 识别并证实目的通信方的可用性使协同工作的应用程序之间实现同步判断是否为通信过程申请了足够的资源处理被传送数据的表示问题，即信息的语义直接面向用户，为用户提供各种网络服务应用层协议的例子：远程登录协议Telnet、文件传输协议FTP、超文本传输协议HTTP、域名服务DNS、简单邮件传输协议SMTP、邮局协议POP3等,TCP/IP起源于美国国防部高级研究规划署(DARPA)的一项研究计划实现若干台主机之间的相互通信。现在TCP/IP已成为Internet上通信的标准。TCP/IP模型包括4个概念层次：应用层（application）传输层（transport）网际层（internet）网络接口（network interface）,TCP/IP模型,TCP/IP协议,TCP/IP协议是互联网络信息交换、规则、规范的集合体。TCP传输控制协议规定了对传输信息怎样分层、分组和保证在线路上无差错传输。IP网际协议IP协议定义了Internet上计算机之间的路由选择，把各种不同网络的物理地址转换为 Internet 地址。,TCP/IP与OSI参考模型的对应关系,7654321,OSI参考模型,应用层,传输层,网络接口(数据链路层+物理层),网际层,TCP/IP概念层次,Ethernet,802.3,802.5,FDDI等等,传输控制协议/互联协议,TCP/IP网际层的四个主要协议,TCP/IP与网络层,网际层的主要协议IP。本层提供无连接的传输服务（不保证送达，不保序）。本层的主要功能是寻找一条能够把数据报送到目的地的路径。网际层的PDU称为IP数据报；ICMP（Internet Control Message Protocol）提供控制和传递消息的功能；ARP（Address Resolution Protocol）为已知的IP地址确定相应的MAC地址；RARP（Reverse Address Resolution Protocol）根据MAC地址确定相应的IP地址。,TCP/IP与传输层,传输层的两项主要功能：流量控制可靠传输,传输层提供了TCP和UDP两种传输协议：TCP是面向连接的、可靠的传输协议。它把报文分解为多个段进行传输，在目的站再重新装配这些段，必要时重新发送没有收到的段。UDP是无连接的。由于对发送的段不进行校验和确认，因此它是“不可靠”的。,面向连接的 TCP无连接的 UDP,TCP/IP传输层提供了两种传输协议,TCP/IP与应用层,应用层协议支持了文件传输、电子邮件、远程登录、网络管理、Web浏览等应用。,1.5 组建与调试局域网,学习目标,知道组建局域网的过程与基本方法；掌握计算机中网络协议配置方法；能够进行简单的网络连通性测试；能够熟练掌握局域网中共享资源的方法；了解无线局域网组建方法,实验内容,做一根双绞线（两端用T568B标准）；使用检测仪，检测所做的双绞线能否正常使用；并要求在局域网中的计算机中设置共享目录，使之能互相共享资源。,实验过程,组建局域网制作双绞线安装交换机安装网卡配置对等网网络连通性测试计算机资源共享设置文件夹共享设置访问权限从一台计算机访问另一台计算机,一、组建局域网,一般地，局域网组建分硬件连接和协议配置两部分。本节先介绍局域网组建所需要的硬件，然后讲述协议的配置、配置过程中应该注意的问题以及配置完成之后的连通性测试。组建一个局域网，首先需要一个连接设备,还需要网卡，每台计算机至少一块,根据情况，可能还需要传输介质，即连接线缆。,1、双绞线的制作,目前，双绞线与RJ45水晶头的连接方法有两种国际标准，分别是EIA/TIA568A和EIA/TIA568B，连接方法如下表所示。,表2.1 按照568B标准的绞线排列表2.2 按照568A标准的绞线排列,双绞线的两种常用的连接方法：直通线和交叉线。直通线：双绞线两端与水晶头的连接使用相同标准，均为568A或均为568B。交叉线：双绞线两端与水晶头的连接使用不同标准，一端使用568A标准，另一端使用568B标准。,驳线钳和测线仪,步骤 1：,利用斜口错剪下所需要的双绞线长度，至少 0.6米，最多不超过 100米。然后再利用双绞线剥线器将双绞线的外皮除去23厘米。有一些双绞线电缆上含有一条柔软的尼龙绳，如果您在剥除双绞线的外皮时，觉得裸露出的部分太短，而不利于制作RJ45接头时，可以紧握双绞线外皮，再捏住尼龙线往外皮的下方剥开，就可以得到较长的裸露线。,步骤2,剥线完成后的双绞线电缆如下图所示。接下来就要进行拨线的操作。将裸露的双绞线中的橙色对线拨向自己的前方，棕色对线拨向自己的方向，绿色对线剥向左方，蓝色对线剥向右方，如图所示。上：橙 左：绿 下：棕 右：蓝,步骤3,将绿色对线与蓝色对线放在中间位置，而橙色对线与棕色对线保持不动，即放在靠外的位置，如图所示。左一：橙 左二：绿 左三：蓝 左四：棕,步骤4,小心的剥开每一对线，因为我们是遵循EIATIA 568B的标准来制作接头，所以线对颜色是有一定顺序的（如图所示）。需要特别注意的是，绿色条线应该跨越蓝色对线。这里最容易犯错的地方就是将白绿线与绿线相邻放在一起，这样 会造成串扰，使传输效率降低。,步骤 5,将裸露出的双绞线用剪刀或斜口钳剪下只剩约 14mm的长度，之所以留下这个长度是为了符合EIATIA的标准，您可以参考有关用RJ-45接头和双绞线制作标准的介绍。最后再将双绞线的每一根线依序放入RJ45接头的引脚内，第一只引脚内应该放白橙色的线，其余类推，如图,步骤6,确定双绞线的每根线已经正确放置之后，就可以用RJ45压线钳压接RJ45接头，如右图 市面上还有一种RJ45接头的保护套，可以防止接头在拉扯时造成接触不良。使用这种保护套时，需要在压接RJ45接头之前就将这种胶套插在双绞线电缆上。,2.网络设备的连接,选用何种连线？,一般地，当相同类设备相连时，用交叉线，不同类设备相连时，用直通线。有了这个规律，非常清楚，两个计算机直连时，应使用交叉线；两个Hub级连时也应该使用交叉线。R类：计算机、服务器、路由器、防火墙、无线访问点。S类：集线器、交换机（含三层交换机）。根据上面的一般规则，R类中的任何设备和S类中的任何设备相连使用直通线，而同属R类或同属S类的设备之间相连用交叉线。,常见设备之间的双绞线连接,3.安装网卡,将网卡插入计算机的PCI插槽。如果自己不懂可以要求网卡提供商帮忙；启动Windows 98系统；单击Windows 98任务栏的“开始”“设置”“控制面板”；双击“添加/删除硬件”；单击“下一步”；添加/删除硬件”的向导给出了两个选项。默认选项为“添加/排除设备故障”。确定选择了默认选项后按“下一步”；过了一会儿，出现选择硬件设备对话框，列出所有当前安装在计算机上的硬件清单，然后点击“下一步”；显示该设备的状态，单击“完成”后，系统会自动启动硬件故障检测向导，要安装新硬件，则从设备清单中选择“添加新硬件”，并单击“下一步”。在“查找新硬件”中有两个选项：第一是系统自动扫描新硬件；第二是通过设备的驱动程序盘指定新硬件。例如，您购买的是D_LINK530网卡，则您可以选择默认选项，然后点击“下一步”，当探测过程完成后，点击“完成”，网卡就安装完成了；,4.配置对等网,通信协议是计算机通过网络彼此交流信息的一种“语言”，网络中的计算机必须使用相同的通信协议才能进行交流。在早期的局域网中，最常用的通信协议是NetBEUI协议，随着局域网访问Internet的需要，还需要安装TCP/IP协议。操作：安装Windows NETBEUI协议和网络组件。,NetBEUI协议,NetBIOS是IBM在1983年开发的一套用于实现PC间相互通信的标准，其目的是开发一种仅在小型局域网上使用的通信规范。最大PC用户数目不超过30个。由于NetBIOS存在许多的缺陷，所以1985年又提出NetBEUI协议。其实，NetBIOS只能算是一个网络应用程序的接口规范，是NetBEUI的基础，它不具有严格的通信协议功能。而NetBEUI是建立在NetBIOS基础之上的一个网络传输协议。NetBEUI由IBM开发，它是一种体积小、效率高、速度快的通信协议。NetBEUI是微软钟爱的一种通信协议，在Windows 95/98、Windows NT和Windows 2000中，NetBEUI已成为其固有的缺省协议。,NetBEUI协议,NetBEUI是专门为有几台到百余台PC所组成的单网段部门级小型局域网而设计的，它不具有跨网段（广播域）工作的功能，即NetBEUI不具有路由功能。如果在一台服务器上安装了多块网卡，只能有一块绑定NetBEUI协议，否则会出现“计算机名重复”的错误提示。NetBEUI占内存最少，在网络中基本不需要任何配置。,TCP/IP协议,TCP/IP具有很强的灵活性，支持任意规模的网络，几乎可连接所有的服务器和工作站，是目前最流行的网络协议，也是Internet的基础。TCP/IP的灵活性也为它带来了许多不便，NetBEUI和IPX/SPX及其兼容协议不需要配置，而TCP/IP需要进行复杂的设置。在TCP/IP网络上，计算机通过IP地址惟一标识，因此，IP地址不允许重复，当然，一台计算机可以拥有多个IP地址，可以动态分配也可以静态指定。,TCP/IP协议,除了前面的协议外，TCP/IP协议也可以用来组建对等网络，也可以方便地接入其他服务器。如果用户需要访问Internet，则必须安装该协议；,如何选择通信协议？,在选择通信协议时，应大致遵循以下原则：如果网络跨越多个网段，则必须选择可路由的通信协议，如TCP/IP和IPX/SPX等。如果网络的规模较大，与Internet有连接，则应选择可管理性和扩充性较好的TCP/IP协议。如果网络的规模较小，并且只是简单的文件和设备共享，则应选择占用内存少和带宽利用率高的NetBEUI协议。应尽量少选用通信协议。除特殊情况下，一个网络尽量只选择一种网络协议。安装的协议越多，占用计算机的内存就越多，不仅影响计算机的运行速度，而且不利于网络的管理。注意协议的版本和一致性。应尽量选择功能更强性能更好的高版本协议，两台互连的计算机通信时，必须使用相同的协议。了解了通信协议选择的基本原则之后，应该学会根据工程的具体情况，灵活加以选择。某些功能只能通过一种特定的协议实现，而某些功能任何一种协议都可以实现。,二、网络连通性测试方法,协议配置了，网络连通性测试将告诉你如何进行故障排查，了解网络连通性测试的方法，可以有效地帮助我们排除故障。观察集线器和网卡状态指示灯的变化利用网卡自带的测试和诊断软件如果安装了TCP/IP协议，还可以利用高层命令和软件（如ping命令等）来进行测试,三、计算机资源的共享,共享文件夹共享打印机查找网络中的计算机，通过网络实现互动（如进行网络游戏、在局域网中使用通信软件实现聊天功能）,例：Windows2000中共享文件夹,