计算机网络基础与应用课件.ppt
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1、计算机网络基础与应用,当今世界已经步入网络时代,Internet的飞速发展,使全世界通过网络紧密地联系起来,人们的学习、工作和生活都已经和网络密不可分,计算机网络技术的发展速度更是超过了世界上其他的任何一种科学技术。本项目以任务驱动与理论学习相结合的方式,对网络基础知识、组建小型局域网、接入Internet及Internet基础应用、计算机网络安全等问题进行了循序渐进的讨论,力求帮助读者对目前计算机网络技术及应用有一个较全面和准确的认识,并在此基础上掌握相关的操作,具备一定的解决问题的能力。,1,本项目要点,认识计算机网络组建小型局域网Internet基础应用计算机网络安全,任务6.1 认识计
2、算机网络,任务情境某公司办公室有12台个人计算机,1台打印机,经理要求工作人员小李确定一个设备连接的方案,使每台个人计算机都能够相互访问,共享文件及打印机。,任务6.1 认识计算机网络,任务分析若要将设备连接起来,使计算机能够共享软硬件资源,这涉及计算机网络的问题。小李需要做的事情,首先是了解计算机网络的基础知识,然后确定设备连接的方案,即确定计算机网络的拓扑结构。任务目标掌握计算机网络的基础知识。确定网络的拓扑结构。,任务6.1 认识计算机网络,任务要求了解计算机网络的定义、功能、分类。了解计算机网络的组成。确定计算机网络的拓扑结构。,5,计算机网络基本概念,什么是计算机网络?,一群自治的计
3、算机系统的集合。,技术支持:计算机技术和通讯技术。,计算机网络的定义计算机网络是用通信介质将地理上分散且具有独立功能的多台计算机相互连接起来,按照网络协议进行数据通信以实现资源共享和信息交换的系统。,计算机网络基础,6,计算机网络组件,服务器:为网络上的其他计算机服务的功能强大的计算机。客户机:使用服务器所提供服务的计算机。同位体:可同时作为客户机和服务器的计算机。介质:网络上设备之间的物理连接。资源:在网络上客户机可获得的任何东西都可视为资源。用户:任何使用客户机访问网上资源的人。协议:计算机通过网络相互 对话的语言。,网络服务:网络相关软件。,计算机网络基础,7,计算机网络的产生与发展,最
4、早的计算机网络始于20世纪50年代,是以单台计算机为主机的远程联机系统,称为面向终端的计算机网络。连接到远程主机的终端没有自主处理能力,它们共享远程主机的处理能力。,计算机网络基础,8,计算机网络的发展 :第一阶段(19571968年):联机系统 第二阶段(19681984年):通信子网的出现 第三阶段(19841986年):统一的网络体系结构 第四阶段(1986年至今):因特网,9,网络拓扑结构,网络拓扑结构通常可以反映出网络中各实体之间的结构关系 。不同的结构其信道访问技术、性能(包括各种负载下的延迟、吞吐量、可靠性以及信道利用率等)、设备开销等各不相同,分别适用于不同场合。,计算机网络基
5、础,10,(一)总线型(BUS) 总线型连接方法如下图所示。这种连接方法是用一条电缆将电脑串联起来。,总线型结构,11,1总线型的特点(1)总线本身是完全无源的(PASSIVE)。(2)一般属于广播访问方式,并采用竞争访问协议(以太网)。优点(1)布线容易,易于扩充:共享信息总线,所以线路短且简单,当然容易增加新站点。(2)可靠性高:其结构简单,而且是无源元件,从硬件角度看是非常可靠的。,12,3. 缺点(1)故障诊断困难:如果出现问题,需在网上各个站点上进行诊断。(2)故障隔离困难:如果某站点发生故障,需把该站点从总线上去掉;如果出现传输介质故障,则整个这段总线要切断。注意:由于网内的所有站
6、点是以共享方式来利用总线的,如果在同一时间有两个站点都在传输数据,必然会发生碰撞,所以采用竞争访问协议就是要解决碰撞问题。另外,必须在总线的始末端加上匹配电阻,否则总线上的电信号不会被回收,将在总线上造成严重的干扰,使得总线无法被任何一站点使用。,13,(二)星型(STAR)星型连接方法如下图所示。,14,1星型的特点(1)每一个终端(Terminal)均有一条专用链路与中心(CENTER)相连。(2)中心设备可靠性要求高,属于集中控制。(3)要扩展网络较难(例如新增用户)受端口数和软件的限制。(4)访问协议简单:只要解决各站点与中心的信息交换即可。优点(1)由于每个站点直接连至中心设备,故障
7、检测和隔离都比较简单。如果某站点出现故障,可方便地将该站点从系统中删除。(2)如果某终端与中心的专用链路出现故障,则不会影响网络的其他终端的正常工作,只有该终端受影响。,15,3缺点 由于各个站点之间的信息交换都要通过中心设备,如果中心设备发生故障,整个网络将不能正常运行,所以要求中心设备要非常可靠,有些场合还必须有后备的中心设备。,16,(三)环型(RING)环型连接方法如图所示。,17,1环型的特点(1)分布式结构,无中心控制设备。(2)一般信息沿传输介质单向传输。(3)一般采用令牌(Token,标志)控制方式。(4)抽头(Tap)是有源(Active)的(总线型的抽头是无源的)。(5)需
8、要一个监视器(Monitor)。(6)可靠性较差。,优点 环型在欧洲非常流行,它的一个显著优点是有最大的网络延时,能保证及时响应。,18,3.缺点:(1)某一站点的故障会引起全网不能正常运行。(2)故障诊断困难:和总线型一样需对每个站点进行检测。(3)要扩充环的配置比较困难,同样要关掉一部分已经接入网的站点也不容易。,19,计算机网络的分类,举例,计算机网络基础,20,计算机网络的组成,通信子网由节点、通信线路、其他通信设备组成,资源子网由主机、终端、终端控制器、接口设备、软硬件资源组成其他通信设备组成,21,计算机网络的组成,22,网络传输介质与网络设备,1传输介质 传输介质是指数据通信系统
9、中发送器和接收器之间的物理路径,它是传输数据的物理基础。传输介质分为有线和无线两大类。有线传输介质包括双绞线、同轴电缆和光缆;无线传输介质主要包括无线电、微波、红外线和激光等。,计算机网络基础,23,(1)双绞线 双绞线由外面包裹着绝缘层的铜芯导线组成。两根导线绞合在一起形成一对线,而且这一对线构成平衡电路(每一对线里的电压幅度相同而相位相反)。通过绞合可以免受EMI(电磁干扰)和RFI(无线电频率干扰)干扰。,24,(2)光缆 光缆由居中的玻璃纤芯组成,光波就通过它传播。纤芯外面包裹着玻璃包层,它主要将纤芯中的光波反射回纤芯。一层厚塑料外护套包裹着这套组件,为了提高强度还加上了特殊的纤维织物
10、。,25,网络设备,常见的网络设备,集线器,网关,交换机,三层交换机,路由器,局域网与局域网,局域网与主机,局域网与广域网的连接都称为网络互连。网络互连的接口设备称为网络互连设备,26,网络互联设备,网关,3Com 4000 48端口交换机,3Com 4007/4007R企业级交换机,CISCO 1760模块化接入路由器,网关,3Com集线器,CISCO 10000系列互联网路由器,modem,集线器,交换机,路由器,27,网关(路由器),路由器是连接网络的设备,它可以连接两个或多个网络。路由器具有判断网络地址和选择路由路径的能力,能够在不同网络的主机之间传递消息。,发送主机,目的主机,计算机
11、网络基础,28,网络体系结构与协议,传输介质怎样物理地建立起来 在介质上然后传输数据,计算机网络基础,网络如何知道什么时间要传输数据, 有多少数据要传输,网络中的各种实体如何建立相互联系,使用不同语言的网络实体,怎样才能相互通 信,网络实体怎样才能保证数据被正确接收,网络体系结构要解决的问题,29,网络体系结构的分层原理,基本概念:实体:任何可以发送或接收信息的硬件/软件进程。对等层:两个不同系统的同级层次。对等实体:分别位于不同系统对等层中的两个实体接口:相邻两层之间交互的界面,定义相邻两层之间的操作及下层对上层的服务。服务:某一层及其以下各层的一种能力,通过接口提供给其相邻上层。协议:通信
12、双方在通信中必须遵守的规则。,30,31,计算机网络体系结构,网络体系结构 就是对构成计算机网络的各组成部分之间的关系及所要实现功能的一组精确定义,定义设计和制造计算机和其他设备通信系统的标准和技术。,OSI模型,应用层,表示层,会话层,传输层,网络层,数据链路层,物理层,32,33,层次结构设计方法的关键在于合理地划分层次,并确定每个层次的特定功能以及不同相邻层次间的接口。在每层内部,使用特定类型的协议来完成特定的任务。,国际标准化组织OSI对所存在的各种计算机体系结构进行了深入的研究,于1977年提出开放系统互联参考模型(OSI/RM)。 该模型概括了联网协议的层次和它们间的相互关系,并规
13、定了每层功能以及各层如何协作完成网络通信。,34,OSI参考模型,35,(1)物理层(Physical Layer) 物理层是OSI参考模型的基础,它定义接口的物理特性(如机械组件和连接器)、电气特性(如表示二进制值的电平)以及功能特性(如建立、维护和断开物理链路)。,物理层的任务是透明地传送比特流。无论什么通信,双方最终要通过实体的传输介质来连接,如同轴电缆、双绞线、光缆等。而不同的介质有不同的特性,所以0和1的数字信息在传送之前,可能会经过转换,将数字信息转变为光脉冲或电脉冲以方便传输。这些转换及传输工作就是由物理层负责的。,36,(2)数据链路层(Data Link Layer) 数据链
14、路层定义在两个系统的物理连接间发送和接收信息的规则。 数据链路层的主要功能是在物理层的基础上,在两个相邻节点间的线路上无差错地传送以帧(frame)为单位的数据,每一帧包括数据和必要的控制信息。也就是说,数据链路层可以把一条有可能出差错的实际链路,转变为让网络层向下看去好像是一条不出差错的链路。 数据链路层还定义了物理寻址、网络拓扑结构、线路规程、错误通告、帧的顺序传递和流量控制。,37,(3)网络层(Network Layer) 网络层是通信子网的最高一层,它提供在多个网络中传输数据的网络互连服务。 网络层控制数据链路层与传输层之间的信息转发,建立、维持和终止网络的连接,它也定义了路由如何工
15、作和学习。网络层负责在网络中传送的数据单元是数据报或包,它也定义了如何对数据报分片来适应较小的最大传输单元。,38,链路层的任务,两节点间可靠的数据传输,Ethernet, X5, ATM, ,39,(4)传输层(Transport Layer) 传输层提供端到端通信服务,并确保数据在这些端系统间可靠地进行传输。传输层提供机制来建立、维护和终止虚电路,并传输错误检测和恢复,以及信息流量控制。如果包在传输过程中被分片还要进行包的重组。 一般来说,OSI低3层的主要任务是数据通信,高3层的任务是数据处理。因此,传输层是通信子网和资源子网的接口和桥梁,起到了承上启下的作用。,40,传输层的任务,41
16、,(5)会话层(Session Layer) 会话层定义了如何开始、控制和结束对话,确定对话的顺序,确保每一个步骤按顺序进行。用户可以按照全双工、双工或半双工方式建立会话。(6)表示层(Presentation Layer) 表示层提供编码格式化和转换服务,此层负责内码转换、压缩与解压、加密与解密等。,42,(7)应用层(Application Layer) 应用层是计算机用户以及各种应用程序和网络之间的接口,其功能是直接向用户提供服务的接口,完成用户希望在网络上完成的各种工作。它在其它层工作的基础上,负责完成网络中应用程序与网络操作系统之间的联系,还负责协调各个应用程序间的工作。,43,网络
17、协议,协议的三要素语义对协议中各协议元素的含义的解释,例如:在HDLC协议中,标志Flag(7EH)表示报文的开始和结束在BSC协议中,SOH(01H)表示报文的开始,STX(02H)表示报文正文的开始,ETX(03H)表示报文正文的结束语法协议元素与数据的组合格式,即报文格式。例如:时序通信过程中,通信双方操作的执行顺序和规则,44,网络协议,协议的语法规定了同层实体间所交换的信息的格式和相应的逻辑含义,这些信息在OSI中统称为协议数据单元或服务数据单元。协议的语义规定了通信双方如何交换信息以及如何保证正确交换信息的一整套规则,往往称为协议规程,协议的语义是协议规程的集合。定时机制定义了何时
18、进行通信,先讲什么,后讲什么,讲话的速度等。,任务6.2 组建小型局域网,任务情境公司办公室的12台个人计算机,1台打印机,已经按图6-15所示连接成了一个小型的局域网,接下来小李需要解决的问题是如何设置才能实现文件及打印机的资源共享。,任务6.2 组建小型局域网,任务分析在家庭或办公室等场所可以方便地组建和管理小型局域网。分析本例中网络规模较小,并且网络中没有一台具有网络集中控制管理功能的服务器,所有计算机的地位和作用是相同的,没有谁控制谁的情况,因此本例中的计算机网络属于对等局域网。小李需要做的事情主要有:(1)利用Windows XP组建小型局域网。(2)设置共享文件夹。(3)安装并共享
19、打印机。,任务6.2 组建小型局域网,任务目标掌握利用Windows XP组建小型局域网的方法。掌握设置及访问共享文件夹的方法。掌握安装及共享打印机的方法。,任务6.2 组建小型局域网,任务要求(以一台个人计算机为例)设置TCP/IP协议将计算机加入IP子网(网络ID为:192.168.1.0)将计算机加入“办公室”工作组。在计算机中新建一个名为“public”的文件夹,并在该文件夹中创建一个名为“会议通知.txt”的测试文档,然后将“public”文件夹设置成共享文件夹,共享名为“通知”。 安装一部本地打印机,并设置共享。访问共享资源:登陆网络中的另一台计算机访问共享文件夹“public”,
20、查看文件夹中的文档;使用共享打印机,测试共享文件夹、共享打印机设置的正确性。,任务6.2 组建小型局域网,任务实现具体操作步骤参见教材(略)。,任务6.3 接入Internet,任务情境小余是某高校的新生,因为学习的过程中需要在互联网上查阅大量的资料,所以他想了解如何才能将自己的电脑接入互联网。,任务6.3 接入Internet,任务分析提到互联网的接入方式,首先要涉及一个带宽问题,目前宽带接入已经取代窄带接入成为了主流。常用的宽带接入方式主要包括:ADSL、FTTX+LAN(小区宽带)、CABLE MODEM(有线通)和无线宽带等几种。小余需要做的事情是详细了解这几种宽带接入方式有何不同,从
21、而选择一个适合自己的方式。,任务6.3 接入Internet,任务目标能够根据需要选择合适的互联网接入方式。掌握ADSL MODEM安装及拨号上网的方法。,任务6.3 接入Internet,任务要求从安装条件、所需设备、数据传输速率和相关费用等方面分析ADSL、FTTX+LAN(小区宽带)、CABLE MODEM(有线通)和无线宽带这几种常用的互联网宽带接入方式的优点及不足。安装ADSL宽带:以电信ADSL为例,正确安装分离器及ADSL宽带MODEM,正确安装拨号软件。拨号上网,测试上述操作的正确性。,因特网基础知识,因特网概述 因特网的工作方式 因特网属于具有分布式网状拓扑结构的分组交换网络
22、。信息以分组的形式通过由到达同一目的地的多个路径构成的网络传送。网络通过路由器(它按照分组的目的地路径将信息转发)相连。 因特网实际上是相互连接在一起形成网状的许多骨干网.因特网的网络由大量独立的服务提供商管理,其中包括NSP(网络服务提供商)、ISP(因特网服务提供商)和交换点,因特网拓扑结构,因特网是分层结构的。区域网络连接到顶级骨干网上,然后,本地网络通过比较短的链路连接到区域性网络。骨干网和区域性网络由不同的受权机构管理,为本地网络提供带宽和传输服务。,56,TCP/IP协议族,TCP/IP作为一种模型实际是一组协议的代名词,其中TCP协议(传输控制协议:Transmission Co
23、ntrol Protocol)和IP协议(网际协议:Internet Protocol)是该协议集中最重要的两个协议。TCP/IP参考模型采用四层的分层体系结构,将协议分成4个概念层,由下向上依次是:网络接口层、网络层、传输层、应用层.,57,应用层:应用层是应用程序进入网络的通道。 包括FTP, SMTP, Telnet, SNMP, HTTP,DNS等协议。传输层:传输层为应用程序提供端到端通信功能,完成流量控制和可靠性控制,提供计算机间通信会话的传输协议。 包括TCP, UDP协议。网际层:网际层的功能是处理来自传输层的分组,将分组形成数据报(IP数据报),并为该数据报进行路径选择,最终
24、将数据报从源主机发送到目的主机。包括 IP, ICMP, ARP, RARP等协议。网络接口层:负责数据帧的发送和接收,网络接口层同时规定了硬件的基本电气特性,使这些设备都能够互相连接并兼容。,TCP/IP协议,58,IP地址的概念,物理地址,网络中的两台计算机能够进行通信之前,必须知道如何与地方联系,每台计算机都有一个唯一的物理地址(MAC地址)用于明确自己的“身份”,IP地址,网络上的计算机一个唯一的物理MAC地址以外,还有一个逻辑地址即IP地址,59,IP地址,IP地址结构在IPv4中,IP地址是一个分配给一台主机(或其他网络设备),并用于该主机所有通信的32位二进制数,它由4个字节组成
25、,被表示成用“.”隔开的4组10进制数,每个数最大为255。这种表示方法被称为点分十进制表示法 。IP地址被分成两部分,按层次结构组成:第一部分是网络号,第二部分是主机号。,60,IP地址的结构,IP 地址是通过一个唯一的号码和一个名字识别机器的方法。,XXX.XXX.XXX.XXX,161118,网络部分+机器部分,主机号,61,IP地址编码方案 对IP地址的分类的目的是为了区分不同规模的网络,同时也定义了每类网络中包含的网络数目和每类网络中可能包含的主机的数目。 A类地址编址范围:1.0.0 127565654B类地址编址范围:128.0.0 191565654C类地址编址范围:190.0
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