计算机网络技术基础.pptx

第3章 计算机网络基础 计算机基础教学部：杨广锋 电话第3章 计算机网络基础 计算机网络的基础知识 局域网技术 Internet应用技术 物联网简介 3.1 计算机网络的基础知识 计算机网络概念 传输介质 网络拓扑结构 计算机网络分类 网络工作模式 网络体系结构 数据通信基础 3.1 计算机网络的基础知识逻辑结构 通信子网 路由器 路由器 路由器 路由器 路由器 路由器 主机 局域网 主机 局域网 主机 局域网 主机 局域网 路由器 路由器路由器 路由器 服务器 服务器 服务器 服务器 主机 通信子网 局域网 路由器 服务器 路由器 路由器 路由器 路由器 路由器 路由器 路由器 主机 局域网 服务器 服务器 路由器 主机 局域网 服务器 主机 路由器 局域网 独立计算机系统 通信设备 通信线路 通信子网 资源子网 3.1.1 计算机网络概念 1. 定义 计算机网络是指利用通信设备和通信线路，将分布在 不同地理位置上的、具有独立功能的多个计算机系统连接起 来，在网络软件的管理下实现数据交换和资源共享的系统。 网络软件包括：网络通信协议、信息的交换方式和网络 操作系统等。 服务器 提供和管理 资源 通信设备 通信控制 通信线路 传输数据 网络软件 支持网络 正常工作 2. 组成 从逻辑功能上可以分为资源子网和通信子网两个部 分。 3.1.2 计算机网络传输介质 传输介质 有线 同轴电缆 双绞线 光缆 无线 无线电 微波 红外线 3.1.2 计算机网络传输介质 四对五类四对五类UTPUTP 四对五类四对五类STPSTP 玻璃封套 塑料外套 玻璃内芯 多模光纤多模光纤单模光纤单模光纤 内导体内导体 绝缘体绝缘体 外导体外导体 外套外套 细缆结构图细缆结构图 粗缆结构图粗缆结构图 3.1.3 计算机网络拓扑结构 星形拓扑树型拓扑总线型拓扑 环型拓扑网状型拓扑 中央结点中央结点 空环空环 3.1.4 计算机网络分类(有线网) 3.1.4 计算机网络分类(无线网) 地球地球 地面站地面站 地面站地面站 地球地球 地面站之间的直视线路地面站之间的直视线路 微波传送塔微波传送塔 3.1.5 计算机网络体系结构 为了减少计算机网络的复杂程度，按照结构化设计 方法，计算机网络将其功能划分为若干个层次，较 高层次建立在较低层次的基础上，并为其更高层次 提供必要的服务功能。网络中的每一层都起到隔离 作用，使得低层功能具体实现方法的变更不会影响 到高一层所执行的功能，即透明。 网络体系结构 完成计算机间的通信合作，把每个计算机互联的功能划 分成有明确定义的层次，并规定同层次进程通信的协议 及相邻层之间的接口服务。 3.1.5 计算机网络体系结构 网络体系结构的相关概念网络体系结构的相关概念 协议（Protocol） 协议就是为实现网络中的数据交换建立的规则标准或 约定。 协议由语法、语义和时序规则三部分组成，即协 议的三要素： 语法：数据和控制信息的结构和格式。 语义：控制信息的功能。 时序：有关事件实现顺序的详细说明。 控制信息控制信息 数数 据据 目标地址目标地址 源地址源地址 3.1.5 计算机网络体系结构 开放系统互连参考模型开放系统互连参考模型(OSI/RM)(OSI/RM) Open System Interconnection Reference ModelOpen System Interconnection Reference Model 为了实现不同厂家生产的计算机系统之间以及不 同网络之间的数据通信，国际标准化组织ISO（ International Standard Organization）对各 类计算机网络体系结构进行了研究，并于1980年 正式公布了一个网络体系结构模型作为国际标准 ，称为开放系统互联参考模型(OSI/RM)，也称为 ISO/OSI。 3.1.5 计算机网络体系结构 应用层 表示层 会话层 传输层 网络层 数据链路层 物理层 OSIOSI的层次的层次 第7层 第6层 第5层 第4层 第3层 第2层 第1层 传输层协议 资源子网 通信子网 OSIOSI的分层模型的分层模型 3.1.5 计算机网络体系结构 各层功能各层功能 应用层应用层 提供网络服务，是最终用户的接口。如http、ftp 表示层表示层 数据编码、数据加密、数据压缩 会话层会话层 建立通信链接、保持链接、终止链接 传输层传输层 分割数据并编号,流量控制,差错校验,资源子网通信子网 网络层网络层 进行逻辑地址寻址，形成数据帧，不同网络之间的路径选择 数据链路层数据链路层 建立相邻节点链路、差错、协议转换等功能 物理层物理层 建立物理连接并规定二进制流速率，维护和断开物理连接 3.1.5 计算机网络体系结构 常见的网络体系结构模型常见的网络体系结构模型 1.1. ISO/OSIISO/OSI模型模型 OSI/RMOSI/RM： Open System Interconnection Reference Model Open System Interconnection Reference Model 也可以用也可以用ISO/OSIISO/OSI： International Organization for International Organization for StandrdizationStandrdization/Open System Interconnection /Open System Interconnection 19831983年颁布年颁布 2.2. TCP/IPTCP/IP模型模型 TCP/IPTCP/IP：Transmission Control Protocol / Internet Transmission Control Protocol / Internet ProtocolProtocol，InternetInternet网络通信标准网络通信标准。19801980年颁布年颁布 3.3. IEEE802IEEE802模型模型 IEEEIEEE：Institute of Electrical and Institute of Electrical and ElectroniceElectronice EngineeEnginee，局，局 域网体系结构参考域网体系结构参考模型。模型。19801980年年2 2月颁布。月颁布。 3.1.6 计算机网络工作模式 对等模式对等模式 网 络 服务器/客户机 服务器/客户机 基于服务器模式基于服务器模式 网 络 客户机 服务器 3.1.7 计算机网络通信基础 通信系统组成通信系统组成 信源信源信宿信宿 信道信道 通信系统分类通信系统分类 模拟 通信 系统 信源调制器解调器信宿 信道信道 数字 通信 系统 信源 信 道 编 码 器 解 调 器 信宿 信道信道 信 源 编 码 器 调 制 器 信 道 译 码 器 信 宿 译 码 器 3.1.7 计算机网络通信基础 交换技术 电路交换 报文交换 报文分组 数据报 虚电路 通信方式 串行通信 并行通信 单工通信 半双工通信 全双工通信 基带传输 频带传输 3.1.7 计算机网络通信基础 基带传输：基带传输：传输二进制基带信号，速度快。短距传输二进制基带信号，速度快。短距 离的局域网。离的局域网。 频带传输：频带传输：传输将二进制调制在音频上的音频信传输将二进制调制在音频上的音频信 号，速度慢。如电话线上网。号，速度慢。如电话线上网。 串行通信串行通信 并行通信并行通信 3.1.7 计算机网络通信基础 单工通信单工通信 半双工通信半双工通信 全双工通信全双工通信 3.1.7 计算机网络通信基础 1.1.电路交换电路交换 3.1.7 计算机网络通信基础 数据报数据报 虚电路虚电路 2.2.报文存储转发交换报文存储转发交换 3.3.分组存储转发交换分组存储转发交换 所有数据一个报文所有数据一个报文 数据分成多个标准数据分成多个标准 大小的小报文大小的小报文 1 2 3 5 7 8 6 4 数据包格式数据包格式 ： 源目地址源目地址控制信息控制信息数据数据 数据头区数据头区 3.2 局域网技术 局域网基本概念 局域网体系结构 介质访问控制方法 局域网组建 网络互连 3.2 局域网技术 小型局域网组成 3.2.1 局域网技术概念 一个单位内的网络。采用一个单位内的网络。采用基带传输基带传输， 速度速度快快，误码率，误码率低低。 可以采用的拓扑结构有可以采用的拓扑结构有：星型星型、环型环型、总总 线型、树型。线型、树型。 可以采用的有线介质有可以采用的有线介质有：双绞线双绞线、光纤光纤、 同轴电缆同轴电缆。 决定局域网性能三要素决定局域网性能三要素：介质访问控制方介质访问控制方 法法、拓扑结构拓扑结构、传输介质传输介质。 3.2.1 局域网技术概念 组成 硬件 服务器 交换机和路由器 传输介质 客户机 软件 网络操作系统 网络协议 网络应用软件 3.2.2 局域网技术体系结构 IEEE802 网际层 MAC子层 物理层 LLC子层 ISO/OSI 其它高层 网络层 数据链路层 物理层 802.10局域网安全 802.1A管理 802.1B体系结构 802.2逻辑链路控制子层LLC 802.3 CSMA/CD MAC 802.4 令牌总线 MAC 802.5 令牌环 MAC 802.6 MAN MAC 802.9 语音数字 综合 局域网 802.11 无线 局域网 802.12 高速 局域网 物理层 802.7宽带技术 802.8光纤技术 IEEE802参考模型 IEEE：Institute of Electrical and Electronic Engineer 3.2.3 介质访问控制方法以太网 以太网 ( Ethernet)发展 Xerox 创建第一个实验性的以太网(1972-1977) DEC、Intel和Xerox将以太网标准化(1979-1982) IEEE 802.3标准（1982年）,10BASE-5出现； 10BASE-T结构化布线的历史(1986-1990) 交换式和全双工以太网的出现(1990-1994) 快速以太网的出现(1992-1995) 千兆网的出现(1996至今) 3.2.3 介质访问控制方法以太网 NIC 最大长度 100m 10Base-T 采用IEEE802.3协议的以太网 数据率（Mbps ） 基带信号网段最大长度（百米 ） 3.2.3 介质访问控制方法介质访问 IEEE802.3: CSMA/CD 总线网（Ethernet） 冲突冲突 源源 目目 3.2.3 介质访问控制方法介质访问 CSMA/CD工作过程工作过程 带带冲突冲突检测载波检测载波侦听侦听 多路访问多路访问 先听后发、 边听边发、 冲突停发、 随机重发。 3.2.3 介质访问控制方法介质访问 IEEE802.5 IEEE802.5 令牌环（令牌环（Token RingToken Ring） 在令牌环介质访问控制方法中，使用了一个沿着环路循环的令牌。网络 中的节点只有截获令牌时才能发送数据，没有获取令牌的节点不能发送 数据，因此，使用令牌环的LAN中不会产生冲突。 3.2.3 介质访问控制方法介质访问 IEEE802.4 IEEE802.4 令牌总线令牌总线 令牌总线访问控制 是在物理总线上建 立一个逻辑环。从 物理连接上看，它 是总线结构的局域 网，但逻辑上，它 是环型拓扑结构。 3.2.3 介质访问控制方法介质访问 IEEE802.8 IEEE802.8 光纤分布式接口光纤分布式接口FDDIFDDI l 以光纤作为传输介质的高速主干网； l 基于共享介质原理，是令牌环体系结 构的拓展； l 使用基于IEEE 802.5的单令牌的环型 网介质访问协议； l 数据传输速率为100Mbps，可支持1000 个物理连接； l 采用双环拓扑结构，可增加网络容错 能力，提高了可靠性； l 可以使用多模或单模光纤，采用单模 光纤时，两节点之间距离可超过20km ，全网光纤总长可以达到数千公里。 FDDI环 路由器 路由器 环网 总线网 3.2.4 局域网组建 组成 硬件 服务器 交换机和路由器 传输介质 客户机 软件 网络操作系统 网络协议 网络应用软件 3.2.4 局域网组建硬件 服务器服务器客户机客户机 交换机交换机 路由器路由器网线网线 网卡网卡 3.2.4 局域网组建连接方法 单一交换机单一交换机 交换机级联交换机级联 网段互连网段互连 家庭无线网家庭无线网 3.2.4 局域网组建协议安装及配置 安装客户端安装客户端配置配置TCP/IPTCP/IP 3.2.5 3.2.5 网络互连网络互连层次层次 应用层 表示层 传输层 网络层 数据链路层 物理层 应用层 表示层 会话层 传输层 网络层 数据链路层 物理层集线器、中继器 第二层交换机、网 桥 第三层交换机、路由器 网 关 网络网络A A网络 网络B B 传输介质传输介质 会话层 3.2.5 3.2.5 网络互连网络互连概念概念 1.1.网络互连的基本概念网络互连的基本概念: :利用网络互连设备利用网络互连设备, ,将分布在不同位置将分布在不同位置 的网络连接的网络连接, ,实现互连、互通，达到资源共享的目标。实现互连、互通，达到资源共享的目标。 互连的各个网络可以是互连的各个网络可以是同类型同类型的，也可以是的，也可以是不同类型不同类型的；也可的；也可 以是以是不同协议不同协议。 要实现要实现不同不同网络体系的网络体系的互连互连，必须，必须从某层从某层开始，使开始，使高层协议相高层协议相 同，低层被屏蔽。同，低层被屏蔽。 2.2.网络互连的提出网络互连的提出:(:(范围范围, ,资源数量资源数量, ,资源共享资源共享, ,改进性能改进性能) ) （1 1）解决覆盖范围的限制）解决覆盖范围的限制 （2 2）解决资源数量的限制）解决资源数量的限制 （3 3）解决异构网的通信和资源共享）解决异构网的通信和资源共享 （4 4）改进网络系统的性能：大的局域网分成多个小的局域网，）改进网络系统的性能：大的局域网分成多个小的局域网， 再互连性能更好。再互连性能更好。 3.2.5 3.2.5 网络互连网络互连互连设备互连设备 1.1.物理层互联物理层互联 通过通过中继器中继器( (补偿信号衰减补偿信号衰减) )互联互联, , 以太网最多以太网最多4 4个；超过两个个；超过两个 端口的中继器叫端口的中继器叫集线器集线器。 2.2.数据链路层互联数据链路层互联 通过通过网桥网桥互连互连, ,网桥进行接收数据、地址过滤、数据帧的存储网桥进行接收数据、地址过滤、数据帧的存储 转发、该层协议转换；网桥是转发、该层协议转换；网桥是第二层交换机第二层交换机的前身。的前身。 3.3.网络层互联网络层互联 通过通过路由器路由器互联互联, , 进行存储转发分组、协议转换、路由选择；进行存储转发分组、协议转换、路由选择； 带路由功能的交换机叫带路由功能的交换机叫第三层交换机第三层交换机。 4.4.高层互联高层互联 通过通过网关网关互联，是内外网的接口，主要进行协议转换。互联，是内外网的接口，主要进行协议转换。 3.2.5 3.2.5 网络互连网络互连 局域网局域网局域网互连局域网互连 局域网局域网广域网互连广域网互连 广域网广域网广域网互连广域网互连 1.1.局域网局域网局域网互连局域网互连 (1)(1)相同类型互连相同类型互连: :通过通过集线器或交换机集线器或交换机实现互连。属于实现互连。属于物理层物理层 和数据链路层互连。和数据链路层互连。 (2)(2)不同类型局域网互连：通过同时不同类型局域网互连：通过同时支持支持两个网络所使用的两个网络所使用的不同不同 协议的网桥、交换机、路由器协议的网桥、交换机、路由器实现互连。属于实现互连。属于数据链路层互数据链路层互 连连。 2.2.局域网局域网广域网互连广域网互连 通过通过路由器或网关路由器或网关实现互连。属于实现互连。属于网络层和高层互连网络层和高层互连。 3.3.广域网广域网广域网互连广域网互连 通过通过路由器或网关路由器或网关实现互连。属于实现互连。属于网络层网络层和高层互连和高层互连。 3.3 Internet应用技术 Internet概念 Internet参考模型 TCP/IP协议 子网划分 域名系统 Internet服务 Internet接入 3.3.1 Internet应用技术概念 3.3.2 Internet参考模型 物理层 数 据链路 层 网络层 传输层 会话层 表示层 应用层 OSI的 参考 模 型TCP/IP的 参 考 模型 应用层 传输层 网际层 网 络 接口层 TCP，UDP HTTP，DNS，FTP ， SMTP，Telnet IP，ICMP，ARP， RARP Ethernet,Token Ring ,FDDI ，ATM，其他介质访问协议 为高层提供传为高层提供传 输服务输服务( (发送和发送和 接收数据报接收数据报) ) 组织数据报组织数据报, ,差错差错 处理处理,IP,IP物理地址物理地址 和逻辑地址转换和逻辑地址转换 数据报的可靠数据报的可靠 传输传输 应用程序接口应用程序接口 3.3.3 TCP/IP协议协议 网际层协议网际层协议：IPIP、 ICMPICMP、 IGMP IGMP 、ARPARP、RARPRARP IPIP：分割、无连接、路由、重组、点到点分割、无连接、路由、重组、点到点 ICMPICMP：查错并向发送主机报告查错并向发送主机报告 IGMPIGMP：点到多点点到多点 ARPARP：IPIP 物理地址；物理地址； RARPRARP：物理地址物理地址 IPIP 传输层协议传输层协议：TCPTCP、UDPUDP TCPTCP：分段、流量控制、查错、有连接分段、流量控制、查错、有连接 UDPUDP：无连接、多播、短消息无连接、多播、短消息 3.3.3 TCP/IP协议协议 应用层协议应用层协议 远程终端协议TELNET 文件传输协议FTP 简单邮件传输协议SMTP 域名服务DNS 动态主机配置协议DHCP 路由信息协议RIP 超文本传输协议HTTP 网络文件系统NFS 引导协议BOOTP 简单网络管理协议SNMP 3.3.3 TCP/IP协议协议IP地址 组成 ： 类别 ： 表示 ： 点分十进制 ： 二进制： 3.3.3 TCP/IP协议协议IP地址 各类地址的范围各类地址的范围 A A类类IPIP地址范围地址范围：5555 包含包含2 2 7 7 个网络个网络; ;每个网络有每个网络有2 224 24台主机 台主机 A A类类IPIP地址的有效范围地址的有效范围：5454 包含包含2 2 7 7 -2-2个网络个网络; ;每个网络有每个网络有2 224 24-2 -2台主机台主机 3.3.3 TCP/IP协议协议IP地址 B B类地址的有效范围是：类地址的有效范围是： 5454 共有共有2 214 14-2 -2个网络，每个网络可容纳个网络，每个网络可容纳2 216 16-2 -2台主机台主机 B类 01网 络 号主 机 号 C C类地址的有效范围是：类地址的有效范围是： 5454 共有共有2 221 21-2 -2个网络，每个网络可容纳个网络，每个网络可容纳2 2 8 8 -2-2台主机台主机 C类 110网 络 号主 机 号 3.3.3 TCP/IP协议协议IP地址 特殊的IP地址 1. “0”地址 2. 广播地址 3. 有限广播地址 4. 回送地址 4 测试回送任意127 3 55 在本地网络上广播有限广播全1全1 2 55 在特定网络上广播直接广播全1网络号 1 系统启动时使用 标识一个网络 本机 网络 全0 全0 全0 网络号 编 号 举例用途地址类型主机号网络号 3.3.3 TCP/IP协议协议IP地址 内部网可选的地址 A类 内部网可选： 55 有 效 范 围 ： 54 B类 内部网可选： 55 有 效 范 围 ： 54 C类 内部网可选： 55 有 效 范 围 ： 54 3.3.3 TCP/IP协议协议地址解析 在一个物理网络中，网络中的任何两台主机之间进行通信 时，都必须获得对方的物理地址，而使用IP地址的作用就 在于它提供了一种逻辑的地址，能够使不同网络之间的主 机进行通信。 当IP把数据从一个物理网络传输到另一个物理网络之后， 就不能完全依靠IP地址了，而要依靠主机的物理地址。为 了完成数据传输，IP必须具有一种确定目标主机物理地址 的方法，也就是说要在IP地址与物理地址之间建立一种映 射关系，而这种映射关系被称为“地址解析” 。有ARP和 RARP 3.3.4 子网划分概念 一个大的局 域网，为了 提高速度， 通过路由器 将其划分为 多个网段， 段内传输速 度提高。 3.3.4 子网划分子网掩码 网络地址网络地址主机地址 主机地址 网络地址对应部分全为1；主机地址部分全为0 类别 网 络 号主 机 号 类别 网 络 号主 机 号子网号 3.3.4 子网划分子网IP范围 C类网络:的第四个字节的前三位划分子网 子网掩码:2411111111 11111111 11111111 11100000 32 54 726 2958 9322 子网一: 2 子网二: 4 子网三: 6 子网四: 28 子网五: 60 子网六: 92 11000000 10101000 00001010 010 00001 11110 11000000 10101000 00001010 001 00001 11110 11000000 10101000 00001010 100 00001 11110 11000000 10101000 00001010 011 00001 11110 11000000 10101000 00001010 110 00001 11110 11000000 10101000 00001010 101 00001 11110 6190 网络地址(网络号+子网号)每个子网的主机IP范围主机号 3.3.5 域名系统域名层次 http:/www.nwsu