工程硕士计算机课程辅导课件-计算机网络.ppt

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1、计算机网络,4.3,4.2,4.4,4.1,计算机网络概述,Internet网络技术,Internet应用,计算机局域网络,计算机网络是计算机技术与通信技术相结合的产物。,计算机网络历史沿革,计算机网络的产生与发展,具有通信功能的单机系统,高速、智能的计算机网络,具有通信功能的多机系统,开放的标准化计算机网络,未来通信和网络的目标是实现5W的个人通信,任何人（Whoever）任何时间（Whenever）任何地方（Wherever）任何另一个人（Whomever）传送任何信息（Whatever）,计算机网络的定义,确切地讲，就是将分布在不同地理位置上的具有独立工作能力的计算机、终端及其附属设备用

2、通信设备和通信线路连接起来，并配置网络软件，以实现计算机资源共享的系统。,给你发E-mail,打印文件mail,共享资源,数据传输,分布式数据处理,我的东西丢失了！,提高可靠性,没关系！,计算机网络的功能,计算机网络分类,按 距 离 划 分,局域网(Local Area Network)城域网(Metropolitan Area Network)广域网(Wide Area Network),采用局域网，传输速率较高，误码率较低。组网方便，技术简单。,传输距离远，传输速率较低，误码率较高。机制复杂。,局域网是将有限范围内的各种计算机、终端及外部设备互联成网。,广域网所覆盖的地理范围从几十公里到几

3、千公里。,城域网,同轴电缆,双绞线,光 缆,4.1.3 计算机网络传输介质,介质分类,红 外 线,无线电波,微 波,卫星通信,无 线传输介质,有 线传输介质,1.同轴电缆,是由一层层的绝缘线包裹着中央铜导体的电缆线。由内外两个导体组成，且这两个导体是同轴线的，所以称为同轴电缆。,同轴电缆,同轴电缆的优点是可以在相对长的无中继器的线路上支持高带宽通信，抗干扰能力好，传输数据稳定。其缺点也是显而易见的：一是体积大，细缆的直径就有3/8英寸粗，要占用电缆管道的大量空间；二是不能承受缠结、压力和严重的弯曲，这些都会损坏电缆结构，阻止信号的传输；最后就是成本高，而所有这些缺点正是双绞线能克服的，因此在现

4、在的局域网环境中，基本已被基于双绞线的以太网物理层规范所取代。,2.双 绞 线,STP的双绞线内有一层金属隔离膜，在数据传输时可减少电磁干扰，所以它的稳定性较高。UTP内没有这层金属膜，所以它的稳定性较差，但它的优势就是价格便宜。,3.光 纤,即光导纤维，采用非常细的、透明度较高的石英玻璃纤维作为纤芯，外涂一层低折射率的包层和保护层。利用光在玻璃或塑料制成的纤维中的全反射原理而达成的光传导工具。光导纤维由前香港中文大学校长高锟发明。,高锟（1933）美籍华裔物理学家前香港中文大学校长。美国国家工程院院士、英国皇家工程科学院院士,英国皇家艺术学会会员,瑞典皇家工程科学院外籍院士,台湾中央研究院院

5、士,中国科学院外籍院士。2009年10月6日瑞典皇家科学院宣布，将2009年诺贝尔物理学奖授予英国华裔科学家高锟.被称为“光纤之父”,光 纤,光纤传输的优点,损耗小 频带宽 信号畸变小 传输距离远 抗电磁干扰能力强 重量轻 成本不断下降,光 缆,光缆是一定数量的光纤按照一定方式组成缆心，外包有护套，有的还包覆外护层，用以实现光信号传输的一种通信线路。,4.无线传输介质,是指在两个通信设备之间不使用 任何物理连接，而是通过空间传输的一种技术。无线传输介质主要有红外线、无线电波、微波、卫星等。,红 外 线,红外线是太阳光线中众多不可见光线中的一种，由德国科学家霍胥尔于1800年发现，又称为红外热辐

6、射。生活中红外线的应用红外线主要适用于局域网数据的传输。,无线电波是指在自由空间（包括空气和真空）传播的射频频段的电磁波。无线电波的覆盖范围较广，应用较广泛，具有很强的抗干扰抗噪声能力、抗衰落能力，使通信非常安全，基本避免了通信信号的偷听和窃取，具有很高的可用性。,无 线 电 波,微 波,微波是指频率为300MHz-300GHz的电磁波。微波频率比一般的无线电波频率高，通常也称为“超高频电磁波”微波的基本性质通常呈现为穿透、反射、吸收三个特性。微波在空间是直线传输，必须在一条无线电通信信道的两个终端之间建立若干中继站。,卫 星 通 信,是在地球站之间利用位于36,000km高空的人造同步地球卫

7、星作为中继器的一种微波接力通信.具有抗干扰能力强,有较好的保密通信能力,可灵活调度话路等优点。其缺点使频谱利用率较低。它比较适合于容量小,分布广,有一定保密要求的系统使用。,卫星通信以其覆盖广、通信容量大、通信距离远、不受地理环境限制、质量优、经济效益高等优点,1972年在我国首次应用,并迅速发展,与光纤通信、数字微波通信一起,成为我国当代远距离通信的支柱。,4.1.4 计算机网络体系结构和协议,计算机网络是一种十分复杂的系统，应从物理的、逻辑的和软件结构来描述其体系结构。,1.网络体系结构内容,物理结构：是完成一定功能的物理部件 逻辑结构：执行各种网络操作任务所需的功能。软件结构：指网络软件

8、的结构。,计算机网络体系结构是计算机网络及其组成部分功能的精确定义。,2.网络体系结构的分层,网络体系结构的分层原理:N层是N-1层的用户,并是N+1层的服务提供者分层结构具有以下优点：独立性强：是指每一层不必知道下一层是如何实现的，只要知道下层提供的服务是什么，本层向上一层提供的服务是什么即可。功能单一：系统经分层后，使每一层的功能都变得比较简单。适应性强：当任何一层发生变化时，只要层间接口不发生变化，那么这种变化就不影响其它任何一层。易于实现和维护：分层后使得实现及测试一个大的、复杂的网络系统变得简单和容易进行。,3.通 信 协 议,协议：是指通信双方必须遵循的、控制信息交换的规则的集合。

9、通信协议组成：语义：指对构成协议的协议元素含义的解释。语法：对所表达的内容的数据结构形式的一种规定。规则：规定了事件的执行顺序。,4.开放系统互连参考模型 OSI/RM模型,国际标准化组织(ISO)开放系统互连参考模型(OSI)OSI/RM参考模型是一个逻辑结构，并非一个具体的计算机设备或网络，任何两个遵守协议标准的系统都可以互连通信。,OSI/RM参考模型,提供网络的物理连接。传输比特流,应用层,实现无差错的传输服务。为网络层提供可靠的信息传送机制。传输数据帧,提供路由，选择到达目标主机的最佳路径。流量控制拥塞控制,传输分组,解决数据在网络之间的传输质量问题。差错控制、流量控制,传输报文,对

10、数据传输进行管理。负责提供建立、维护和拆除两个进程间的会话连接。,管理数据的编码方法加密解密压缩恢复,为用户提供网络服务,表示层,会话层,传输层,网络层,数据链路层,物理层,开放系统互连OSI参考模型,4.2.1 局域网概述,网络覆盖范围小 信息传输速率较高 网络的经营权和管理权属于 某个单位,拓扑结构 传输介质 介质访问方式,4.2.3 局域网的特点,（1）总线型拓扑结构所有节点都和称为总线的中央电缆相连。,1.局域网的拓扑结构,（2）环型拓扑结构 将所有计算机接入封闭的环中,（3）星型拓扑结构 中心节点和其他节点直接相连,（4）树型拓扑结构星型结构的变形,适用于于局域网的主要有三类：双绞线

11、、同轴电缆和光纤,2.传输介质,信号的编码与译码同步码产生与去除比特的传输与接收,成帧/拆帧实现和维护MAC协议差错检测寻址,提供与高层的接口差错控制帧编号,数据链路层,物理层,逻辑链路控制子层,媒体接入控制子层,物理层,4.2.5 局域网体系结构 IEEE 802参考模型,4.2.7 网络连接设备,网卡,交换机,网桥,网关,集线器,路由器,互联设备,1.网 卡,网卡也叫“网络适配器”,英文全称为“Network Interface Card”,简称“NIC”网卡是连接计算机与网络的硬件设备。网卡的主要工作是整理计算机发往网线上的数据，并将数据分解为适当大小的数据包之后再发送到网络上。,各种类

12、型的网卡,普通以太网网卡,PCMCIA网卡,USB接口网卡,无线网卡,2.集 线 器,一个集线器有许多端口，每个端口通过RJ-45插口与一个工作站上的网卡相连。集线器在OSI模型中属于数据链路层，它的每个端口都具有发送和接收数据的功能。,价格便宜是它最大的优势,USB集线器的主要作用是把一个USB接口转换成多个USB接口来使用。,网桥工作在数据链路层，是连接两个局域网的一种存储/转发设备。网桥通常用于联接数量不多的、同一类型的网段。网桥具有过滤帧的功能。,3.网 桥,4.交换机,“交换机”是一个市场名词，很多交换机已经混杂了网桥和路由器的功能 交换机工作在数据链路层以太网交换机实质上就是一个多

13、端口的网桥,5.路由器,路由器（Router）是一种具有多个输入端口和多个输出端口的专用计算机，其任务是转发分组。路由器工作在网络层。路由器通常用于连接两个以上的同类型网络，具有路径选择功能,路由：指把数据从一个地方传送到另一个地方的行为和动作。,6.网 关,用来连接不同类型的网络，包括异种局域网的连接和局域网与广域网的连接,4.3.1 Internet概述,Internet指全球性的信息系统Internet的三个特点：全球性开放性平等性,1968年 美国建立了一个名为ARPA计算机网络。1972年 ARPA网节点机由4台发展到50个 开始制定第二代网络协议。1983年 ARPA网采用了TCP

14、/IP协议。1985年 美国科学基金会建立基于TCP/IP协议的NSF网络。1986年 NSF取代ARPA网成为今天的Internet的基础1990年以后“信息高速公路”计划的推行，光纤、卫星通信成为Internet主干网的重要媒介，Internet网自然进入了商业网阶段。,4.3.2 Internet的产生和发展(了解),所谓“信息高速公路”，就是一个高速度、大容量、多媒体的信息传输网络。,4.3.3 中国Internet的发展,1986年，中科院等一些科研单位通过国际长途电话拨号到欧洲一些国家，进行国际联机数据库检索。1987年9月20日，钱天白教授发出我国第一封电子邮件“越过长城，通向世

15、界”，揭开了中国人使用Internet的序幕。1994年3月，中国作为第71个国家级网正式加入Internet。截止到2007年12月，上网用户总人数为2.1亿，位于世界第二位。,2009年1月13日，中国互联网络信息中心（CNNIC）在京发布了第23次中国互联网络发展状况统计报告。报告显示，截至2008年底，我国互联网普及率以22.6%的比例首次超过21.9%的全球平均水平。同时，我国网民数达到2.98亿，宽带网民数达到2.7亿，国家CN域名数达1357.2万，三项指标继续稳居世界排名第一。2008年使用手机上网的网民较2007年翻了一番还多，达到1.17亿，博客用户数量为1.62亿。,(钱

16、天白中国Internet之父),(1945-1998)中国上网第一人,4.3.4 Internet的接入方式,联机服务方式,在这种方式中，将用户的计算机模拟成Internet服务提供商主机的终端。,拨号方式（SLIP/PPP方式）,利用电话拨号接入,电话网,ISP,用户计算机,RS-232电缆,电话线,MODEM,计算机 调制解调器 电话,IP分配：动态、静态,专线连接,局域网具有一定规模的用户，可以通过本地电信部门提供专线接入Internet。DDNX.25Frame RelayISDN（综合业务数字网）,DSL接入方式,用数字技术对现有的模拟电话用户线进行改造，使其能够承载宽带业务。,AD

17、SL（非对称数字用户线）HDSL（告诉数字用户线）SDSL（一对线数字用户线）VDSL（甚高速数字用户线）,无线宽带网络接入技术,采用无线介质连接网络的技术。,认识 TCP/IP TCP/IP协议:Internet中计算机之间通信所必须共同遵循的一种通信规定。TCP 传输控制协议：功能：提供可靠的通信（提供数据传输的正确性）IP网际协议：功能：提供网络发送数据的规格,4.3.6 TCP/IP基本工作原理,IP 地址（P159）,IP地址：连接到Internet上的每台计算机拥有的唯一的地址，用来标识一个网络和该网络中的特定主机。,IP地址是由32位（4个字节）所组成，为了记忆方便，分成4组，每

18、组8位（1个字节），转成10进制数，习惯用小数点隔开。,IP 地址的组成,点分十进制记法,采用点分十进制记法则进一步提高可读性,128.11.3.31,128 11 3 31,将每 8 bit 的二进制数转换为十进制数,例如10001100 01110111 00000010 00000001 140 119 2 1 140.119.2.1每一组数值介于0255之间,下列IP地址中，合法的IP地址是：A 202.144.300.65B 202,112,144,70C 202.112.133.70D 202.112.70,C,IP 地址的分类（P159）,IP地址结构：网络部分+主机部分,同一物

19、理网络段中的所有主机应拥有相同的网络ID同一物理网络段中的每一台主机应拥有独立的主机ID,IP 地址准则及其特点（P160）,网络的IP地址,IP地址也可以用来指明单个网络的地址：主机号部分全为0.,为什么要划分子网？划分子网的目的：为方便管理，将一个网络划分为若干个部分，称为子网。,子网的划分,如何划分子网？在给网络分配IP地址时，为了便于管理和维护，将网络分成几个部分，称为子网。划分子网常见方法是用主机号的高位来标识子网号，其余位表示主机号。IP地址:,例如：一个类网 166.168.0.0选取第3字节的最高两位用于标识子网号，则有四个子网：,所有到网络 的分组均到达此路由器,我的网络地址

20、是,R1,R3,R2,一个未划分子网的 B 类网络,划分为三个子网后对外仍是一个网络,子网,子网,子网,所有到达网络 的分组均到达此路由器,网络,R1,R3,R2,由于子网的划定无统一的算法，单从IP地址无法判定一台计算机处于哪个子网。解决的方法是采用子网掩码技术。子网掩码的构成规则是：将凡是表示网络的位用二进制1表示，表示主机的部分用二进制0表示。,子 网 掩 码（P161）,类网 166.168.0.0（用主机地址的高两位划分子网），子网掩码为：255.255.192.0,A类网络的默认子网掩码为:255.0.0.0B类网络的默认子网掩码为:255.255.0.0C类网络的默认子网掩码为:

21、255.255.255.0,使用子网掩码的目的：判断通信双方是否在一个网内。将IP地址与子网掩码进行“与”运算若结果值相同，表示处于同一子网若结果值不同，表示处于不同的子网。,子 网 掩 码（P161）,“与”运算,0 与 0=01 与 0=00 与 1=01 与 1=1,例4-1：主机A的IP地址为：172.16.2.4,子网掩码为：主机B的IP地址为：172.请说明这两台主机是进行本地通信还是将信息发送到缺省网关。解：首先将主机A的IP地址的二进制表示为：10101100 00010000 00000010 00000100主机B的IP地址的二进制表示为：10101100 00010000

22、 00000011 00000101将上述A,B主机分别于作“与”运算，其结果相同。即表明这两台主机是位于同一个物理网络上的，通信可以直接在两台主机之间进行。,假定有一B类网络，使用缺省的子网掩码，现将主机地址中高四位取出划分子网，试求有效的子网数以及主机数。子网掩码的二进制表示为：在主机部分占用4位的子网掩码表示为:11111111.11111111.11110000.00000000转化为十进制是。用主机部分的高4位地址划分子网，应有子网数为24。但考虑到全0全1的地址不可用，故有网络数为24-2=14个有效的子网。一个子网的主机数为：212-2；主机地址总数为：（24-2）*（212-2

23、）,子 网 的 划 分（P162）,子网划分选择（B类地址）,练 习,在IP地址方案中，是一个（）A A类地址 B B类地址 C C类地址 D D类地址,C,把网络202.112.78.0划分为多个子网(子网掩码是255.255.255.192)，则各子网中可用的主机地址总数是 A.254 B.126 C.124 D.62,C,IP地址：20016100子网掩码：255255255252提问：、该地址的类型？缺省子网掩码？、算出分配给子网的位数？能产生多少个有效子网？3、每个子网能提供多少个有效主机地址？,例题,、C类地址，缺省子网掩码、252变为二进制11111100，用了6位划子网，则有6

24、2个子网、2，每个子网提供俩主机,回答：,4.4.1 域名系统,数字IP地址难于理解和记忆，可以用文字IP地址来记忆。例如：域名：Internet中表示计算机地址的名字。域名系统DNS：Internet上负责将主机地址转换为IP地址的服务系统。,IP地址,域名,com表示公司企业；http:/百度net表示网络服务机构；网站导航org表示非赢利性组织；http:/浙江教育网edu表示教育机构；http:/东北林业大学gov表示政府部门；http:/首都之窗mil表示军事部门：http:/军事环球网,本地计算机通过网络，连接到远端的另一台计算机上去，作为这台远程主机的终端。可以实时地使用远程计算

25、机上对外开放的全部资源，也可以查询数据库、检索资料或利用远程计算机完成大量的计算工作。,服务器,4.4.2 远程登录Telnet,Telnet概念：远程终端协议Telnet功能：登录到远程终端,通过该协议，用户可以从一个Internet主机向另一个Internet主机拷贝文件。,4.4.3 文件传输协议FTP,World Wide Web简称WWW或Web，也称万维网。它不是普通意义上的物理网络，而是一种信息服务器的集合标准。,网页(Web页)浏览器中所看到的画面,放置Web站点的计算机,HTML文件,主页 一个Web站点的首页,4.4.4 WWW万维网,1.统一资源定位器URL,统一资源定位

26、器URL是对能从互联网上得到的资源的位置和访问方法的一种简洁表示。,协议:/主机地址:端口号/路径/文件名,URL 不仅可以用来标识某一个网络的地址，更可以指出连上该网站所需的通信规则与网站内数据存放的位置。,2.超文本传输协议HTTP,是从WWW服务器传递文件到WWW浏览器的一种方法。,电子邮件E-mail（Electronic mail）是一种利用网络交换信息的非交互式服务。,经济,迅捷,灵活,可靠,功能多样,特点,4.4.5 电子邮件,电子邮件地址,需向ISP申请,用户帐号主机地址,格式：,发信时填写对方E-mail地址，如,电子邮件地址是Internet上的电子邮件的邮箱地址。,ISP:互联网服务提供商,电子邮件服务的工作原理,转发和处理电子邮件的计算机称为邮件服务器。发送邮件服务器采用简单电子邮件传输协议SMTP（Simple Message Transfer Protocol）接收邮件服务器采用邮件读取协议POP3（Post Office Protocol）工作过程：发信用户代理发送端邮件服务器（SMTP）接受端邮件服务器（POP3）收信用户代理,