计算机导论 第八讲-计算机网络基础知识.ppt

,第八讲 计算机网络基础知识,8.1 计算机网络的基本概念 1. 概念 2. 功能 3. 历史 4. 拓扑结构 5. 分类 6. 网络通信协议 8.2 计算机网络系统组成 1. 硬件 2. 软件 3. 组网 8.3 Internet基础 1. 概念 2. 通信协议 4. IP地址与域名 4. 接入方法 5. 应用软件与服务 6. 网络管理与安全 8.4 局域网实务* 1. 磁盘/文件夹/文件共享 2. 共享打印机,2,8.1 计算机网络的基本概念,1. 概念 什么是计算机网络？ 计算机网络(Computer Network) 就是将地理上分散布置的具有独立功能的多台计算机（系统）或由计算机控制的外部设备，利用通信手段通过通信设备和线路连接起来，按照特定的通信协议进行信息交流，实现资源共享的系统。 2. 功能 计算机网络的主要功能有哪些？ （1）数据传输 （2）资源共享(共享信息、存储设备、打印机等) （3）协同处理与分布计算 （4）代替传统通信方式(邮件、电话、视频通信等) （5）提供商务、购物、娱乐、交友、管理等服务(Internet),3,8.1 计算机网络的基本概念(续1),3. 历史 第一阶段：萌芽阶段(20世纪60年代末至70年代初),1969年，美国国防部ARPANET网 异地数台小型计算机互联成实验性网络,APRANET,8.1 计算机网络的基本概念(续2),第二阶段：局域网阶段(20世纪70年代中后期) 美国Xerox公司的以太网(Ethernet)； 美国夏威夷大学ALOHA无线电网络系统； 英国剑桥大学剑桥环(Cambridge Ring)局域网； 局域网进入教育以及产业部门 第三阶段：异构网络互联起步阶段(20世纪80年代初) 局域网互联技术成熟； 局域网与广域网开始互联 第四阶段：全球化网络互联阶段(20世纪90年代至今) Internet形成与广泛应用； 一个新的时代：信息时代产生,5,8.1 计算机网络的基本概念(续3),4. 拓扑结构,星型,环型,总线型,如：集线器连网,如：令牌环网,如：以太网,6,8.1 计算机网络的基本概念(续4),树型,网型,如：Internet,8.1 计算机网络的基本概念(续5),5. 分类 (1) 按联网距离划分 a. 局域网(LAN, Local Area Network) 联网工作范围在十几米至一千米左右，如：同一个房间、一幢楼房等。 b. 城域网(MAN, Metropolitan Area Network) 城域网使用类似于局域网的技术，它可能覆盖一个城市，传输速率通常在10Mbps以上，作用距离在10到50公里之间。 c. 广域网(WAN, Wide Area Network) 其工作范围在几十公里到几千公里，它可以在一个省、一个国家内，或者跨越几个洲，遍布全世界。,8.1 计算机网络的基本概念(续6),(2) 按连网通信介质分类 a. 有线网(Wire Network) 同轴电缆连接；双绞线连接；光纤连接 b. 无线网(Wireless Network) 无线电通信连接 (3) 按服务范围分类 a. 外网(Internet) 即国际互连网 b. 内网(Intranet) 如：企业内部网；校园网,8.1 计算机网络的基本概念(续7),(4) 按网络技术分类 a. 以太网(Ethernet) 总线型 b. 令牌环网(Token Ring) 环型 c. 光纤分布数据接口网(FDDI, Fiber Distributed Data Interface) d. 异步传输网(ATM, Asynchronous Transfer Mode) e. 数字数据网(DDN, Digital Data Network) f. 综合服务数字网(ISDN, Integrated Service Digital Network) g. 非对称用户数字环线网 (ADSL, Asymmetrical Digital Subscriber Loop),8.1 计算机网络的基本概念(续8),(6) 按使用协议分类 a. TCP/IP b. Novell c. Microsoft 6. 通信协议 (1) 什么是通信协议？ 通信协议是指收信者和发信者关于通信方法的约定，包括语法、语义和时序三项内容，英文统称Protocol。 语法：指通信的数据格式或者数据表示顺序。 例如：前面8比特为发送者地址; 中间8比特为收信者地址; 后面的比特为传送的信息。 语义：比特流每一部分的含义。 时序：数据的发送速率与同步控制方法。,8.1 计算机网络的基本概念(续9完),(2) 开放系统互连模型(OSI),应用层,表示层,会话层,传输层,网络层,数据链路层,物理层,应用层: 为用户提供各种服务, 如: 电子邮件协议 表示层：用户信息的编码与加密等, 如: SSL安全协议 会话层：管理和中止收发者的通信连接(会话) 传输层：将高层报文转换到低层协议发送, 如: TCP 网络层：广域网中结点到结点间的信息传递协议 数据链路层：局域网中相邻结点间的信息传递协议 物理层：物理信号的协议,8.2 计算机网络系统的组成,1. 硬件 (1) 网络服务器(Server) (2) 网络工作站(Station) (3) 网络适配器(Network Adapter) (4) 传输介质(同轴电缆、双绞线、光纤、无线电) (5) 网络连接设备 (中继器、集线器、交换机、路由器、网桥、网关),8.2 计算机网络系统的组成(续1),网络服务器(Server) 网络中负责提供各种服务或者连接其它网络的计算机。 如：WEB服务器(提供WWW,即网页浏览服务)； FTP服务器(提供文件下载服务)； 数据库服务器； 网关服务器(提供协议转发服务)； 路由服务器(提供路由服务)； DNS服务器(提供Internet域名解析服务)； 邮件服务器(提供E-Mail收发服务) ,8.2 计算机网络系统的组成(续2),网络工作站(Station) 网络中的普通用户计算机，也常称为客户(Client)。 对等网络：网络中没有专门的服务器。 网络适配器(Network Adapter) 一般是指网卡(NIC)即网络接口卡，又叫网络适配器。 它负责计算机与网络介质之间的电气连接。 目前微机中常见网卡为PCI接口, 采用32位数据线, 通信速率: 10Mbps、100Mbps、10/100Mbps自适应、1000Mbps。 无线网卡： IEEE802.11g协议速率可达54Mbps。 网卡MAC地址：每块网卡全世界唯一的身份号。,8.2 计算机网络系统的组成(续3),同轴电缆(Coaxial Cable) 类似于闭路电视线，成本较高，传输距离短(几十至数百米)。 双绞线(Twisted Pair) 成本低，传输距离一般不超过100米(目前连网主力线型)。,8.2 计算机网络系统的组成(续4),中继器 工作于物理层起信号放大作用。,8.2 计算机网络系统的组成(续5),集线器(Huber) 集线器有4端口、8端口、16端口和32端口等不同规格。其中一个端口和网络连接，其他的端口和网络中的计算机连接。 多个集线器可以级连，形成树型的网络结构。集线器的传输带宽可分为10M、100M、10/100M自适应、1000M。 在星型结构中，它是连接的中间结点，以广播方式工作。 所有设备共享Hub的带宽，也就是说，如果Hub的带宽是100M，连结了10个设备，每个设备为10M。 Hub所有端口共享一个MAC地址。,8.2 计算机网络系统的组成(续6),交换机(Switcher) 交换机原来是公用电话网中的关键设备，用来实现主叫和被叫之间的接续。将这种交换技术的基本原理应用于计算机网络，就形成了网络交换机。 网络交换机在许多情况下可以代替网络集线器，或者将交换功能置入集线器中，形成交换式集线器。集线器主要是通过广播方式来完成计算机之间的连接和通信，而交换式集线器或交换机则是通过端口到端口的传递来完成计算机之间的接续。 使用交换机或者交换式集线器可以极大地改善网络的传输性能，使用户得到满意的服务。因此，网络交换机以及交换式集线器的应用是越来越普遍。,8.2 计算机网络系统的组成(续7),交换机的特点： a. 用于星型结构时，它作为中心结点起放大信号的作用； b. 端口不共享带宽，如果是一个10M的switch，那么每端口带宽就是10M； c. 每个端口拥有自己的MAC地址。 d. 它是一个网络设备，拥有路由器的一部分功能，它可以决定接收到的数据向什么地方发送，它的速度比路由器要快。,8.2 计算机网络系统的组成(续8),路由器(Router) 广域网的通信过程与邮局中信件传递的过程类似，都是根据地址来寻找到达目的地的路径，这个过程在广域网中成为“路由(Routing)”。路由器负责不同广域网中各局域网之间的地址查找(建立路由)、信息包翻译和交换 ；实现计算机网络设备与电信设备电气连接和信息传递。 主要功能： a. 按路由实现报文转发； b. 实现异种网之间的传输层以上的协议转换。 c. 能过滤广播信息以避免网络拥塞并具有网络流量控制功能。,8.2 计算机网络系统的组成(续9),网桥(Bridge) 又称桥接器，它工作在数据链路层，能将一个较大的LAN 分割为多个网段，或将两个以上的 LAN互连组成一个扩展的逻辑局域网络，LAN上的所有用户都可访问服务器。 主要应用： a. 连接两个或两个以上同构的LAN; b. 扩展工作站的平均占有频带; c. 扩展LAN的地址范围; d. 提高网络性能及可靠性。,8.2 计算机网络系统的组成(续10),网关(Gateway) 又称网间连接器或协议转换器。网关在传输层上以实现网络互连，是最复杂的网络互连设备，仅用于两个高层协议不同的网络互连。网关的结构也和路由器类似，不同的是互连层。网关既可以用于广域网互连，也可以用于局域网互连。 主要功能： a. 连接网络层之上执行不同协议的子网，组成异构的互连网； b. 对不兼容的高层协议(传输层及其以上各层)进行转换。,8.2 计算机网络系统的组成(续11),2. 软件 (1) 网络操作系统 NetWare UNIX Linux Windows NT Windows 2000 Server Windows 2003 Server (2) 网络连接驱动程序 一般由网络设备生产商以及ISP服务商提供。,8.2 计算机网络系统的组成(续12),(3) 协议支持以及转换程序 a. TCP/IP协议 (Transmission Control Protocol and Internet Protocol) 它是微软公司为了适应不断发展的网络，实现自己主流操作系统与其它系统间不同网络的互连而开发的协议，这是目前Internet网络的主要协议。 b. NETBEUI协议(NetBIOS Extend User Interface) 它是由IBM公司于1985年专门为几台到百台计算机所组成的单段网络而设计的。 优点：体积小、速度快，适用于早期的微软操作系统。 缺点：不支持路由，也不具备层网络寻址功能。 NETBEUI帧中唯一的地址是数据链路层的媒体访问控制 (MAC)地址，该地址标识了网卡但没有标识网络。,8.2 计算机网络系统的组成(续13),c. IPX/SPX协议 (Internetwork Packet Exchange/Sequence Packet Exchange) 即网际包交换/顺序包交换。它是NOVELL公司用于NETWARE网络客户端/服务器的协议群组，避免了NETBEUI的弱点。如 IPX具有完全的路由能力，可用于大型企业网。它包括32位网络地址，在单个环境中允许有许多路由网络。但是，带来了新的不同弱点(如IPX的可扩展性受到其高层广播通信和高开销的限制)。 d. NWLink 协议 WINDOWS-NT中IPX/SPX协议的兼容协议。它适应了微软的操作系统和网络环境，当需要利用Windows系统进入NetWare服务器时，NWLink通信协议是最好的选择。,8.2 计算机网络系统的组成(续14),e. 网关软件 f. 路由软件 (3) 网络服务应用软件 参见8.3节 Internet基础 (4) 网络安全软件 防火墙、安全与加密软件等,8.2 计算机网络系统的组成(续15),3. 组网 (1) 局域网的常见组网模式,公共网,Client/Server 总线型模式,以太网,早期大学机房常见,网关,双网卡,8.2 计算机网络系统的组成(续16),星型模式(无代理),客户机1,客户机2,客户机3,客户机4,Hub/Switcher/Router,服务器,网关,城域网,目前大学机房、学生宿舍、小区宽带、一般企业均如此,非必备,广域网,无服务器可视为对等网络,8.2 计算机网络系统的组成(续17),星型模式(有代理),客户机1,客户机2,客户机3,Hub/Switcher/Router,服务器,网关,非必备,代理,PTSN,modem,拨号或ADSL,城域网,广域网,8.2 计算机网络系统的组成(续18),(2) 城域(广域)网的常见组网模式,公共服务电话网 Public Service Telephone Networks,拨号线或ADSL连接,8.2 计算机网络系统的组成(续19),用DDN数字专线连接,8.2 计算机网络系统的组成(续20完),X.25网络连接,公用分组数据交换网,8.3 Internet基础,1. 概念 什么是Internet？ Internet(因特网) 是国际计算机互联网的英文简称，是世界上规模最大的计算机网络，正确地说应该是网络中的网络。 Internet是由各种网络组成的一个全球信息网，它由成千上万个具有特殊功能的专用计算机通过各种通信线路把地理位置不同的网络在物理上连接起来的网络。 2. 通信协议 Internet将OSI七层协议简化为五层，即,8.3 Internet基础(续1),OSI七层,应用层,传输层,网络层,数据链路层,物理层,Internet五层,简化为一层,TCP/IP,报文流,报文(段),IP数据报,8.3 Internet基础(续2),(1) TCP/IP协议 a. TCP协议 (Transmission Control Protocol) 传输控制协议，是一个面向连接的协议，允许一台计算机发出的报文流毫无差错的发往网上的其他计算机，发送端把报文流分成报文 (段)发出去，在接收端把收到的报文(段)再组装成报文流输出。 b. IP(Internet Protocol) 网际协议，详细规定了计算机在通信时应该遵循的全部规则，是Internet上使用的一个关键的底层协议，负责数据报的递送。数据报就是用于传输的一些数据的组合，这些数据由数据链路层的上层控制协议 (ULP)负责打包。,8.3 Internet基础(续3),(2) Internet应用层协议,8.3 Internet基础(续4),8.3 Internet基础(续5),3. IP地址与域名 (1) 什么是IP地址? IP地址是32位的二进制数，是将计算机连接到Internet的国际协议地址，它是Internet主机的一种数字型标识，一般用小数点隔开的十进制数表示。 如：192.168.0. 5 其中，每个十进制数表示1个字节，字节按高低位顺序书写。 这种IP地址称为IPv4。 (2) IPv4地址的组成与分类,8.3 Internet基础(续6),8.3 Internet基础(续7),例：试分析以下IP地址的类型。 (1) 西南交通大学DNS服务器的IP地址: 3 (2) 机房某计算机的IP地址: 192.168. 0. 15 (3) 搜狐WEB网站的IP地址: 55 (4) IBM公司WEB网站的IP地址: 16 解：分析IP地址的最高几个二进制位 (1) 202=(CA)16=(1100 1010)2 前缀为110, 故为C类IP地址 (2) 192=(C0)16=(1100 0000)2 前缀为110, 故为C类IP地址 (3) 61=(3D)16=(0011 1101)2 前缀为0, 故为A类IP地址 (4) 129=(81)16=(1001 0001)2 前缀为10, 故为B类IP地址,8.3 Internet基础(续8),(3) IP地址分配与管理 除以下两组IP地址(俗称内部IP地址)外，主机的IP地址(俗称全球IP地址，或真正IP地址)是全世界唯一的。 内部IP: 192.*.*.* 我国一般常用192.168.*.*作为内部IP地址 10.*.*.* 全球IP地址一般需要向ISP服务商申请，并且每年需支付一定费用。机构新建网一般需要申请至少1个全球IP地址。 特别保留IP地址： 访问本机 *.*.*.0 广播地址 *.*.*.255 保留地址,8.3 Internet基础(续8),例：试分析A、B、C三类IP地址可访问的子网数与主机数。 解：,(4) IPv6 IPv4很快就不够用了，新一代IPv6地址采用128位二进制数，应该能够满足未来之需。目前一些软件和硬件已经开始支持IPv6。,(4) 域名(Domain Name) a. 什么是域名？ 用字符串对应全球IP地址，便于使用和记忆。 b. 域名的组成 一般分4级，每级1-4个字符，中间用小数点间隔。 如：,8.3 Internet基础(续9),国家和地区(缺省表示全球服务) 主机所属机构的类别 主机所属机构简称 协议类型/子机构名/服务内容(可缺省),不可缺省,域名一般用小写，且需要申请、注册和付费。,8.3 Internet基础(续10),c. 常用最后两级域名举例,8.3 Internet基础(续11),域名举例： (www: 表明主机协议类型为HTTP) (ftp: 表明主机协议类型为FTP) (bbs: 表明BBS服务) (home: 不明确, 事实为邮件服务, www方式) (sist: 信息科学与技术学院缩写, www方式) 126.com (www方式) (ieeexplore: 暗示论文检索服务, www方式) (news:表明主机提供新闻服务, www方式),8.3 Internet基础(续12),d. DNS服务器,Client发送主机域名至DNS,DNS Server,Client,Destination Host,域名对应IP地址发送至Client,Client发送服务请求,服务内容发回Client,8.3 Internet基础(续13),4. 接入方法 (1) 宽带接入,插有双网卡的代理机之内网网卡IP地址,a. 代理方式,Client设置界面,自选的内部IP地址,8.3 Internet基础(续14),Proxy外网网卡设置,代理机(Proxy)需安装代理软件;,ISP商分配的内部IP地址,ISP商提供的内部网关IP地址,ISP商告诉我的DNS服务器IP地址,8.3 Internet基础(续15),Proxy内网网卡设置,自选的内部IP地址, 请勿和外网网卡设置前三字节相同,8.3 Internet基础(续16),b. 无代理方式,主机接入设置方法与Proxy外网网卡设置方法完全相同。如果主机拥有全球IP地址，则用全球IP地址代替内部IP即可。 小引：子网掩码的作用 什么是子网掩码？ 子网掩码也是32位二进制数，它的表示方法与IPv4地址相同，即用4个小数点分隔的十进制数表示。子网掩码与IP地址按二进制位进行与运算，得到子网地址。拥有相同子网地址的主机组成一个网段，它们能够相互访问，共享磁盘/文件夹/文件/打印机等资源；不在同一网段上的主机不能共享资源。,计算举例 两台主机通过LAN物理上互连，IP地址及子网掩码的设置如下所示，问：它们在同一子网中吗？,8.3 Internet基础(续17),IP: 10. 65. 120. 5 Mask:,IP: 10. 65. 32. 5 Mask:0,8.3 Internet基础(续18),解：,10. 65.120. 5 255.255.160. 0,and),10. 65. 32. 0,0111 1000 (120) 1010 0000 (160),and),0010 0000,子网地址为: 10. 65. 32. 0,10. 65. 32. 5 0,and),10. 64. 32. 0,子网地址为: 10. 64. 32. 0,因此，两台主机不属于同一子网。,0100 0001 ( 65) 1100 0100 (196),and),0100 0000,0101 ( 5) 1010 (10),and),0000,8.3 Internet基础(续19),小引：网线通信速度的设置方法,单击,LAN中所有主机如果都设置为auto(自动感应)则无法连通。,8.3 Internet基础(续20),小引：什么是ISP服务商? Internet Service Provider 因特网服务提供者 (2) 拨号上网,8.3 Internet基础(续21),(3) ADSL上网,ADSL modem,网线,电话线,Client,PSTN,在中国，ADSL接入的ISP服务商一般为中国电信。 ADSL可实现上网和打电话同时进行。上网提供的上行带宽和下行带宽不对称，一般下行快一些，如：512Kpbs，上行慢一些，如：128Kbps。网吧所用ADSL下行可达数十兆bps。,电话机,8.3 Internet基础(续22),5. 应用软件与服务 Telnet 远程登录服务，如：登录BBS站点。 DOS命令：telnet ,8.3 Internet基础(续23),(2) ping应用程序 检查远程站点是否连通。 DOS命令：ping ping t p