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第6章 计算机网络基础 2 目录 6.1 计算机网络概述 6.2 计算机网络体系结构 6.3 通信设备 6.4 网络的传输介质 6.5 网络的拓扑结构 6.6 局域网 6.7 广域网 6.8 因特网 3 6.1 计算机网络概述 资源共享与信息交流的需要促进了网 络的出现和发展。 现在，计算机网络已经成为社会生活 中一种不可缺少的信息处理和通信工具 ，成为社会生活的重要组成分。 1. 计算机网络的形成与发展 4 6.1 计算机网络概述 1. 计算机网络的形成与发展 资源的共享资源的共享 信息的交流信息的交流 计算机网络是指通过通信设备将计算机连接起来， 并在计算机之间进行信息传输的网络。 5 6.1 计算机网络概述 1. 计算机网络的形成与发展 计算机网络是计算机技术与通信技术结合的产物， 其发展经历了从简单应用到复杂应用的4个阶段。 （1）以一台主机为中心的联机终端网络系统 （4）以下一代互联网络为中心的新一代网络 （2）主机主机网络 （3）体系结构标准化网络 6 （1）以一台主机为中心的联机终端网络系统 n20世纪60s以前 n特征共享主机资源 单台主机计算、通信 多台终端用户交互 本地、远程连接 n结构 n缺点 主机负荷重，数据处理通信 线路利用率低 6.1 计算机网络概述 1. 计算机网络的形成与发展 7 （2）主机主机网络 n20世纪60s 20世纪80s n特征 单主机终端网络的互联，形成 多主机为中心的网络 网络结构从“主机终端” 转 变为“主机主机” n结构 HOST HOSTHOST T T T T T T T T T T 通信线路 6.1 计算机网络概述 1. 计算机网络的形成与发展 8 主机主机网络的演变 n演变阶段1 通信任务从主机中分离 CCP-通信控制处理机 n专门处理主机之间的通信任务 CCP CCP HOST HOST T T TT T T CCP HOST TT 6.1 计算机网络概述 1. 计算机网络的形成与发展 9 n出现两层网络的概念 由CCP组成的传输网络 通信子网，为资 源子网提供信息传输 服务 主机的集合资源 子网，提供各种网络 资源，建立在通信子 网基础上（可多系统 并存） 6.1 计算机网络概述 1. 计算机网络的形成与发展 主机主机网络的演变 10 C CC HH H TT T T T T T 资源子网 通信子网 T T 6.1 计算机网络概述 1. 计算机网络的形成与发展 主机主机网络的演变 11 n演变阶段2 通信子网规模扩大，私有社会公用 公用数据通信网 n电话网络(PSTN)是目前普及程度最高、成本最低 的公用通讯网络 nX.25分组交换数据网 优点 n降低用户系统建设成本 n通信线路利用率高 n兼容性好 公用数据通信网 HOST HOST T T TT T T HOST TT T T 6.1 计算机网络概述 1. 计算机网络的形成与发展 主机主机网络的演变 12 n例子 因特网的前身ARPANET n美国军方建立的实验性网络 n最初4个节点70s的100多个节点 n地域跨越美洲、欧洲 n第二代计算机网络的不足之处 网络普及程度低 标准不统一 网络体系结构的研究不成熟 6.1 计算机网络概述 1. 计算机网络的形成与发展 （2）主机主机网络 13 （3）体系结构标准化网络 n20世纪80s-至今 n不同网络设备之间的兼容性和互操作性是推动网络 体系结构的标准化的原动力 n在网络技术、方法、理论等方面的研究日趋成熟是 其基础 6.1 计算机网络概述 1. 计算机网络的形成与发展 14 （3）体系结构标准化网络 n国际标准：ISO-OSI/RM Open System Interconnection/ Recommended Model （开放系统互联参考模型，简称OSI参考模型） OSI参考模型是一种概念上的网络模型 只说明了做什麼（WHAT TO DO）而未规定怎样做（HOW TO DO） 其标准保证了不同网络设备之间的兼容性和互操作性 规定了网络体系结构的框架 现在的计算机网络均是在OSI/RM的框架下运作的 6.1 计算机网络概述 1. 计算机网络的形成与发展 15 （4）以下一代互联网络为中心的新一代网络 n下一代互联网络为中心的新一代网络目前已成为新 的技术热点。 n下一代网络是全球信息基础设施（GII）的具体实 现。 n目前基于IP的IPv6技术的发展，使人们坚信IPv6技 术将成为构建高性能、可扩展、可运营、可管理、 更安全的下一代网络的基础性工作。 6.1 计算机网络概述 1. 计算机网络的形成与发展 16 2.计算机网络的组成 由通信子网和资源子网两部分构成。 n通信子网中除了包括传输信息的物理媒体外，还包括如中继器、交换机 等各种通信设备。 n通过通信子网互连在一起的计算机则负责运行对信息进行处理的应用程 序，它们是网络中信息流动的源与宿，向网络用户提供可共享的硬件、 软件和信息资源，构成资源子网。 6.1 计算机网络概述 17 n计算机网络=硬件系统+软件系统 网络硬件是指组成计算机网络所需的硬件设备的总称，包括 网络服务器、工作站、共享设备、通讯设备、通信介质等 2.计算机网络的组成 6.1 计算机网络概述 18 n计算机软件系统:实现网络各组成部分协调一致地 工作的软件系统。 网络操作系统。如Windows NT、UNIX等 协议软件，如IPX/SPX、TCP/IP协议等 设备驱动软件 通信软件 管理软件 网络应用软件 2.计算机网络的组成 6.1 计算机网络概述 19 3.计算机网络的功能和应用 数据通信(Communication Medium) 文件传输、IP电话、email、视频会议、ICQ 信息广播、交互式娱乐、音乐 资源共享(Resource Sharing) 软件、硬件、数据（数据库） 高可靠性服务(High Reliability) 利用可替代的资源，提供连续的高可靠服务 分布处理(Distribution Processing) 网络管理(Network Management) 网络设备配置、安全、业务、故障分析、性 能管理 6.1 计算机网络概述 20 （1）管理信息系统 （2）办公自动化系统 （3）信息检索系统 （4）电子收款机系统 （5）分布式控制系统 （6）计算机集成与制造系统 （7）电子数据交换和电子商务系统 （8）信息服务系统 3.计算机网络的功能和应用 6.1 计算机网络概述 21 可以从不同的角度对计算机网络进行分类： 从网络的交换功能进行分类 电路交换 报文交换 分组交换 混合交换：混合交换是在一个数据网中同时采 用电路交换和分组交换。 4.计算机网络的分类 6.1 计算机网络概述 22 从网络的作用范围进行分类 广域网WAN（Wide Area Network） 局域网LAN（Local Area Network ） 城域网MAN（Metropolitan Area Network） 互联网InternetWork 覆盖范围 房间 建筑物 校园 城市 国家、洲或洲际 网络种类 局域网 城域网 广域网 互联网 分布距离 10米 100米 10公里 几十公里 - 4.计算机网络的分类 6.1 计算机网络概述 23 按传输媒体划分 有线计算机网络：网络传输介质可以是双绞线、同轴电 缆和光纤等。 无线计算机网络：网络传输介质可以是无线电波、微波 、红外线、激光等。 4.计算机网络的分类 6.1 计算机网络概述 24 5.计算机网络的模式 计算机网络的模式主要有两种: n对等网络模式（Peer to Peer network） 在对等网络模式中，相连的机器之间彼此处 于同等地位，没有主从之分。 n客户机服务器网络（Client/Server） 客户机服务器网络是一种基于服务器的网 络。 6.1 计算机网络概述 25 对等网络 26 基于服务器的网络 27 计算机网络是由多种计算机和各类终端 通过通信线路连接起来的复合系统，具有不 同的体系结构。 为了使不同体系结构的计算机网络都能 互连，国际标准化组织（ISO）于1977年提出 一个试图使各种计算机在世界范围内互连成 网的标准框架，即著名的开放系统互连基本 参考模型OSI/RM（Open Systems Interconnection Reference Model），简称 为OSI模型。 6.2 计算机网络体系结构 28 1.OSI分层参考模型 应用层 表示层 会话层 传输层 网络层 数据链路层 物理层 OSI开放系统互连参考模型将整个网络的通信功能划 分成七个层次，每个层次完成不同的功能。 6.2 计算机网络体系结构 29 2.协议 任何双方要成功地进行通信，必须遵守一 定的信息交换规则和约定，此规则和约定称为 通信协议（Protocol） 一个网络协议主要由以下三个要素组成： u语义：即需要发出何种控制信息，完成何种动 作以及做出何种应答； u语法：即数据与控制信息的结构或格式； u同步：即事件的实现顺序。 6.2 计算机网络体系结构 30 目前在网络中流行的以下网络数据传输协议： NetBEUI、TCP/IP、IPX/SPX OSI参考模型的七层协议主要可分为三种类型： u应用服务型协议：FTP和HTTP等，涉及的协议有应用 层、表示层和会话层，在低层协议提供的服务的基础 上，向用户提供数据传输服务 u数据传输协议：TCP/IP，主要功能是在两个通信实 体之间提供一条逻辑的、可靠的数据传输链路。 u数据链路层和物理层：主要功能是提供一条可靠的 点到点的数据传输线路。 由网络操 作系统实现 由网卡生产 厂家提供 2.协议 6.2 计算机网络体系结构 31 uNetBEUI协议：由IBM公司在80年代开发出来的。主要用 于在局域网中传输文件。Windows 98的机器加入到Windows NT域中也必须使用此协议。 uIPX/SPX协议：本来是Novell开发的专门用于NetWare网 络的协议，现在主要在局域网中联机游戏中使用。 uTCP/IP协议：互联网的基本协议，没有此协议，电脑就 不能上Internet网，任何与互联网有关的操作都离不开此协 议。 TCP/IP（Transmission Control Protocol /Internet Protocol）：目前应用最广泛的网络互连协议。 6.2 计算机网络体系结构 2.协议 32 服务 服务：某一层及其以下各层的一种能力，通过接口 提供给其相邻上层的。 协议是“水平的”，是对等实体间通信的规则 服务是“垂直的”，是下层向上层通过接口提供的 6.2 计算机网络体系结构 33 3.TCP/IP参考模型 OSI模型与TCP/IP四层模型的比较 OSIOSI 参参 考考 模模 型型 应用层 表示层 会话层 传输层 网络层 数据链路层 物理层 TCPTCP /IP/IP 模模 型型 应用层 传输层 物理层 网络层 网络接口层 TelnetFTPHTTPSMTP TCPUDP IP 局域网：以太 网、令牌环 网、FDDI等 广域网： ATM、帧中 继 、X.25等 PPP、SLIP RS-232 6.2 计算机网络体系结构 34 OSI引入了服务、接口、协议、分层的概念，TCP/IP正是 借鉴了OSI的这些概念建模的。 OSI先有模型，后有协议，TCP/IP则相反。 OSI先有标准后实践，TCP/IP则相反。 OSI花了很长时间的标准化，而同时TCP/IP已经被广泛使 用。 OSI 太复杂，TCP/IP简单 3.TCP/IP参考模型 6.2 计算机网络体系结构 35 TCP/IP的协议分层模型 3.TCP/IP参考模型 6.2 计算机网络体系结构 36 6.3 通信设备 交换机 交换机 防火墙 防火墙 交换机 主机 主机 WEB服务器 WEB服务器 路由器 应用服务器 应用服务器 交换机 因特网 集线器 数据库 企业内部网 外部访问子网 外界因特网 38 n常用通信设备的功能层次 OSI层次地址类型设备 传输层及以上 应用程序进程地 址（端口） 网关 （协议转换器） 网络层 网络地址 （IP地址） 路由器 （三层交换机） 数据链路层 物理地址 （MAC地址） 网桥、交换机 （网卡） 物理层无 中继器、集线器 、（网卡） 6.3 通信设备 39 (1)网络适配器：网 卡、调制解调器 网卡 完成计算机信息与网 线上传输的信息之间 的转换 传输速率:即每秒传送的位数，单位是bit/s，简写为bps。 目前常用56Kbps、10Mbps、100Mbps. 6.3 通信设备 40 网卡的安装 1硬件安装 2网卡驱动程序的安装 6.3 通信设备 41 调制解调器 42 (2)中继器 解决通信信号衰减，进行通信信号放大,在 物理层。 6.3 通信设备 43 （3）集线器 集线器是一个特殊的中继器，对接收到地信号进行再 生放大，以扩大网络地传输距离； 它是多个网络电缆的中间转接设备； 是对网络进行集中管理的主要设备； 集线器有利于故障地检测和提高网络的可靠性； 所有主机共享带宽 无法限制冲突和广播 适用于小型网络 25 82 1 64x 11 5 x x th rn t A 12 6 8x 2x 9x 3x 0 4 11 5 7x 1x 13 791 0 1 A B x 8 x 2 x 1x e x x C 6.3 通信设备 44 （3）集线器 集线器间的级联：能够增加集线器的端口数量外，还可 以延扩局域网络的范围。最多可以有四个集线器进行级 连单根网线长度不能超过100米，总长度不能超过500米 6.3 通信设备 45 （4）交换机 n交换机是目前组建局域网最为常用的设备，属 于数据链路层设备，大部分交换机外型与集线 器非常相似 6.3 通信设备 46 （4）交换机 n工作时能够记录每个端口中连接的主机 的MAC地址，当交换机接收到一个数据帧 时，根据数据帧中的目的MAC地址决定应 该将数据帧从哪个端口转发出去 6.3 通信设备 47 （4）交换机 n集线器与交换机性能之比较 集线器的每个端口中连接的所有主机均属于 同一个冲突域 交换机的每个端口中连接的所有主机属于各 自独立的冲突域 结论：一个100M的Hub，所有的端口共享这 100M的带宽，而一个100M的交换机，则是每 个端口单独拥有100M的带宽 6.3 通信设备 48 （5）路由器（Router） 路由器工作在网络层。 6.3 通信设备 49 （5）路由器（Router） u发送方和接收方分别位于两个不同的网段，也就是 说发送方和接收方的IP地址所属的网络地址不同时， 需要路由器。 u路由器的主要任务是收集路由信息，为每个报文 提供路由选择服务。 u从网络互连的角度来看，路由器担当了局域网与 局域网、局域网与广域网、广域网与广域网之间的 互连的任务。 6.3 通信设备 50 （5）路由器（Router） 6.3 通信设备 n路由器中有一个路由表，提供了到每个网络的路由 信息 n路由器接收到IP分组时，根据其目的IP地址在路由 表查找对应的路由信息，这些路由信息指出了该分 组下一个经过的路由器，如果找不到对应的路由信 息，那么就会丢弃该报文，并向源节点报告目的站 点不可达 n路由器通过特定的路由协议收集路由信息、维护路 由表 n普通的计算机中可以使用“route print”命令显示本 机的路由表信息 51 6.4 网络的传输介质 u传输介质：数据在网络上传输的通路，把 网络中的各种设备互连在一起。 传输介质分类： u有线介质：双绞线、同轴电缆、光纤等 u无线介质：微波通信、卫星通信等 52 1.有线传输介质 n双绞线 n同轴电缆(粗、细) n光纤 6.4 网络的传输介质 53 u双绞线 两条相互绝缘的铜线按一定扭距扭绞而成，成对 线的扭绞是为了使电磁辐射和外部电磁干扰减到 最小。 双绞线示意图 6.4 网络的传输介质 1.有线传输介质 54 屏蔽双绞线 (STP) 非屏蔽双绞线 (UTP) n以金属丝编制的屏蔽 网以减少干扰和串音 双绞线外没有任何附加屏蔽 内导体芯线 绝缘层 箔屏蔽 铜屏蔽 外套 6.4 网络的传输介质 1.有线传输介质 55 LAN上常用UTP，又分为：3类、4类、(超)5类、6类 q3类：又称为音频电缆，主要用于比较老式的10BaseT局域网。数据 传输速率可达10Mbps。 q4类：主要用于实现基于令牌环和10BaseT以太网的网络。由两对双 绞线构成，最大传输速率为20Mbps。 q5类：是目前最为流行的双绞线，主要用于实现基于以太网的网络， 最大传输速率为100Mbps。被广泛用于10BaseT/100BaseT网络中。 q超5类：具有衰减小，串扰少，并且具有更高信噪比、更小的时延误 差，性能得到很大提高。主要用于千兆位以太网（1000Mbps）。 q6类：传输性能远远高于超5类标准，最适用于传输速率高于1Gbps的 应用。布线标准采用星形的拓扑结构，要求的布线距离为：永久链 路的长度不能超过90m，信道长度不能超过100m。 6.4 网络的传输介质 1.有线传输介质 u双绞线 56 连接器 RJ45头以太网使用 RJ11头电话使用 6.4 网络的传输介质 1.有线传输介质 u双绞线 57 双绞线的制作方法 n双绞线的线序（按EAI- TIA-568B） 1白橙2橙3白绿 4蓝5白蓝6绿7 白棕8棕 1、2用于发送，3、6 用于接收，4、5，7、 8是双向线。 1、2线必须是双绞，3 、6双绞，4、5双绞， 7、8双绞 6.4 网络的传输介质 1.有线传输介质 58 n直通线：所谓的直通线是指双绞线两端的发送端口与发 送端口直接相连，接收端口与接收端口直接相连。 PC等网络设备连接到HUB 双绞线的制作方法 6.4 网络的传输介质 1.有线传输介质 59 n交叉线：所谓的交叉线即指双绞线两端的发送端口与接 收端口交叉相连。 集线器（交换机）与集线器（交换机）通过普通端 口进行连接 两台计算机间的直接双绞线连接 6.4 网络的传输介质 1.有线传输介质 60 双绞线特点 n结构简单，容易安装，普通UTP较便宜 n有一定的传输速率 n信号衰减较大，传输距离有限（100m） n有辐射，容易被窃听 6.4 网络的传输介质 1.有线传输介质 61 u同轴电缆 n同轴电缆由同心的内导体、电绝缘体、屏蔽层、 保护外套组成。 6.4 网络的传输介质 1.有线传输介质 62 基带电缆和宽带电缆 粗缆和细缆 u同轴电缆分类 6.4 网络的传输介质 1.有线传输介质 63 n有两种广泛使用的同轴电 缆 一种是一条电缆只用于 一个信道，50，用于数 字传输，由于多用于基 带传输，也叫基带同轴 电缆 另一种是一条电缆同时 传输不同频率的多路模 拟信号，75 ，用于模 拟传输， 即宽带同轴电 缆。 铜芯 绝缘层 外导体屏蔽层 保护套 u同轴电缆 6.4 网络的传输介质 1.有线传输介质 64 q细同轴 q50 ，D=1.02cm，10Mbps q185m、4中继、5段（925m） q优缺点：价格低；安装方便（T型连接器、BNC接头、 Terminator）；抗干扰能力强；距离短可靠性差 q粗同轴 q50 ，D=2.54cm，10Mbps q500m、4中继、5段（2500m） q优缺点：价格稍高；安装方便（收发器、收发器电缆 、Terminator）；抗干扰能力强；距离中等；可靠性好 u同轴电缆 6.4 网络的传输介质 1.有线传输介质 65 T型连接头、BNC连接器、终端器 u同轴电缆连接器 6.4 网络的传输介质 1.有线传输介质 66 n特点 高带宽，传输率较高。 损耗较低，传输距离较远(200m,500m)。 辐射低，保密性好，抗干扰能力强。 架设安装方便，容易分支。 宽带电缆可实现多路复用传输。 目前，同轴电缆大量被光纤取代，但仍广泛应用于有 线电视和某些局域网。 u同轴电缆 6.4 网络的传输介质 1.有线传输介质 67 n光纤所用材料为玻璃，外层有包层和缓冲涂覆层 n原理：基于光在两种介质交界面上的全反射现象，把以光 形式出现的能量约束在波导内，并引导光沿着轴线平行的 方向传播。 u光纤 6.4 网络的传输介质 1.有线传输介质 68 玻璃光纤：纤芯及包层均用玻璃，损耗小， 成本高。用于远距离宽带传输。 塑料光纤：纤芯为玻璃，包层为塑料，损耗 大，成本低。短距离基带传输。 单模光纤：芯径小，只有一个入射角，光源 必须用激光，成本高，带宽宽。 多模光纤：芯径大，多个入射角，光源可以 用LED，成本低。 u光纤分类 6.4 网络的传输介质 1.有线传输介质 单模 SMF 波长波长: 1300,1550 nm: 1300,1550 nm h2h2 h1h1 芯芯/ /封套特性封套特性 h1h1 h2h2 光纤的直径减小 到一个光波波长 多模 MMF 输入电信号输入电信号 输出电信号输出电信号 波长波长 : 850,1300 nm: 850,1300 nm 多束光线以不同的反射角传播 光纤传送模式：MMF、SMF 70 单芯光缆 玻璃封套塑料外套 玻璃内芯 多芯光缆 玻璃内芯 塑料外套 玻璃封套 外壳 u典型的光纤 6.4 网络的传输介质 1.有线传输介质 71 芯 封套 外套 加强芯 光纤 外壳 加强芯 光纤束 u高密度多芯光缆剖面结构 6.4 网络的传输介质 1.有线传输介质 72 衰减少，无中继传输距离远 带宽宽，传输速率高，传输能力强 不受电磁干扰，抗干扰能力强，无辐射，保 密性好 重量轻，容量大，十分适合多媒体通信 光纤断裂的检测和修复都很困难。 u光纤的特点 6.4 网络的传输介质 1.有线传输介质 73 u无线电短波 u微波 u红外线 6.4 网络的传输介质 2.无线传输介质 74 n固定终端点（基站）和 终端之间是无线链路 BS 基站 用户计算机和终端 BS 基站覆盖的无线电区域 u无线电短波 6.4 网络的传输介质 2.无线传输介质 75 n两个地面站之间传送 n距离：50 -100 km n方向性强，直线传输， 距离远时使用中继站 n用于高速数传 n受天气影响较大 地面站之间的直视线路 微波传送塔 地球地球 u微波 6.4 网络的传输介质 2.无线传输介质 76 n使用电磁波或光波携带信息 n无需物理连接 n适用于长距离或不便布线的场合 n易受干扰 u无线介质的特点 6.4 网络的传输介质 2.无线传输介质 77 常用传输媒体的比较 6.4 网络的传输介质 78 6.5 网络的拓扑结构 网络拓扑结构：指网络中计算机和其他硬件的物理布局。 常用的拓扑结构：总线型、星型、环型和网状 总线型结构：所有计算机是由一根主干电缆连成一行， 是一种“无源”拓扑结构，计算机沿电缆广播发送信息，且 每次只允许一台发送，网络中只有一台与信息的目的地址 相符的计算机能真正接收这些信息。 Bus ABC C 79 6.5 网络的拓扑结构 u优点： 1.可构建简单、可靠的小型网络，易于使用和掌握。 2.为将计算机连接到一起，总线拓扑结构需要的电缆数量最少 。 3.扩展方便。通过一个BNC连接器，可将两条电缆连接成一更长 的电缆。利用这种方式，可以将更多的计算机连入网络。 4.可用中继器扩展总线网络；中继器能放大信号，允许它在更 长的距离内传输。 u缺点： 1.网络负载过重时，会降低网络的传输速度。 2.出现故障难于隔离。网络中出现断点，会导致整个网络瘫痪 总线型结构： 80 6.5 网络的拓扑结构 星型结构：每台计算机由电缆连接到一个集中的结点 上集线器(hub)或交换机(switch)。集线器能将所有计 算机的报文转发给其它所有计算机（在广播式星型网络中 ）或者只发给目标计算机（交换式星型网络中）。 Star ABC A 81 6.5 网络的拓扑结构 u优点： 1.星型网络可以提供集中的资源管理。网络易于扩展 和维护。 2.故障易于隔离。如果某台计算机发生故障，整个网 络不会受到影响。集线器可以检测到网络故障，并 隔离有问题的计算机或网络电缆，网络的其余部分 可正常运行。 u缺点： 要求中央节点的可靠性较高。如果中央节点失败，整 个网络就会瘫痪。 星型结构： 82 6.5 网络的拓扑结构 环型拓朴结构：是用一根封闭的 电缆环连接网络中各计算机，构成一个 逻辑环。信号在环上单向传输，经过每 个计算机，采用令牌传递方式。 令牌(Token):令牌沿网络传递，得到令 牌控制权才可发送数据；数据沿环传送 到目的点，接收方收到数据后，通知发 送方进行确认，并释放令牌。 Ring A D C B T 83 6.5 网络的拓扑结构 u优点： 1.由于每台计算机都有相同的令牌访问权限，所以没有一台 计算机能将网络独占。 2.由于公平共享网络资源，所以随着用户的逐渐增多，网络 性能的下降是均匀的。 u缺点： 1.环上任何一台计算机出现故障，都会影响整个网络的正常 运行。 2.故障难于进行诊断和隔离。 3.添加和拆除网上的计算机都会干扰整个网络的正常运行。 环型结构： 84 6.5 网络的拓扑结构 网状拓扑结构：特点是设 备之间的冗余线路。在一个 真正的网状拓扑结构中，每 个网络设备之间至少有一条 链路 u优点： 1.故障诊断方便。 2.由于使用了冗余线路，具有很 高的容错性能。 3.数据可以通过不同的路径传递 ，保证通信信道的容量。 u缺点：安装和配置比较麻烦，维护 冗余线路的费用较高。 网状拓朴结构 85 6.6 局域网 局域网（Local Network）是将小区域内计算 机及其各种通信设备互连在一起的通信网络。 u局域网的数据传输速率： 10Mbps、1000Mbps、1Gbps u局域网的传输距离：一般为0.1-25公里 u决定局域网特性的主要技术： 传输介质、拓扑结构、介质访问控制方法 86 6.6 局域网 局域网的组成：计算机、电缆、网卡、网络 操作系统、网络应用软件等 服务器 工作站 工作站 局域网电缆 87 6.6 局域网 1.共享文件和数据 2.共享硬件资源 3.共享软件资源 4.信息存储 5.信息安全 6.通信 服务器保存共 享信息和数据 打印机、硬盘、调制解调 器、扫描仪、CDROM 磁盘备份设备等 将大型软件安装 在服务上，供网 上用户共享 定期将数据备份 到服务器上，以 备使用 通过用户的身 份认证网络服 务器认别访问 的合法用户 电子邮件、备忘录、 报告、消息等 功能： 88 6.6 局域网 n登录到网络 n网络资源 本地资源和网络资源 工作站和服务器 n映射驱动器 为网络服务器的盘驱动器分配一个盘符， 就可以像访问本地硬盘一样访问此驱动盘 上的数据文件和应用程序 共享： 89 6.6 局域网 共享： 90 6.6 局域网 u “网上邻居”的使用 u 设置共享资源 u “映射”网络文件夹的功能 u 查找“计算机”的功能 Windows XP网络功能 91 6.7 广域网 当主机之间的距离较远时，例如，相隔 几十或几百公里，甚至几千公里，局域 网显然就无法完成主机之间的通信任务 。这时就需要另一种结构的网络，即广 域网。 广域网的概念 92 广域网 路由器 结点交换机 广域网是将地理位置上相距较远的多个计算机系统，通过通信线路按照网络协议 连接起来，实现计算机之间相互通信的计算机系统的集合。 6.7 广域网 93 广域网一般采用存储转发方式进行数据交 换，其服务模式可分为： 无连接的网络服务（数据报服务） 面向连接的网络服务（虚电路服务） 6.7 广域网 94 提供数据报服务的特点 H1 H5 H2 H4 H3 A C D B H6 E 分组交换网 H1 向 H5 发送分组 H2 向 H6 发送分组 路径可能变化 网络随时接受主机发送的分组（即数据报） 网络为每个分组独立地选择路由。 95 提供数据报服务的特点 H1 H5 H2 H4 H3 A C D B H6 E 分组交换网 网络尽最大努力地将分组交付给目的主机， 但网络对源主机没有任何承诺。 96 提供数据报服务的特点 H1 H5 H2 H4 H3 A C D B H6 E 分组交换网 网络不保证所传送的分组不丢失 也不保证按源主机发送分组的先后顺序 以及在时限内必须将分组交付给目的主机 97 提供数据报服务的特点 H1 H5 H2 H4 H3 A C D B H6 E 分组交换网 当网络发生拥塞时 网络中的结点可根据情况将一些分组丢弃 98 提供数据报服务的特点 H1 H5 H2 H4 H3 A C D B H6 E 分组交换网 数据报提供的服务是不可靠的， 它不能保证服务质量。 实际上“尽最大努力交付”的服务 就是没有质量保证的服务。 99 提供虚电路服务的特点 H1 H5 H2 H4 H3 A C D B H6 E 分组交换网 H1 要和 H5 通信 主机 H1 先向主机 H5 发出一个特定格式的控制信息分组， 要求进行通信，同时寻找一条合适路由。若主机 H5 同意 通信就发回响应，然后双方就建立了虚电路。 虚电路 H1 向 H5 发送的 所有分组都沿此 虚电路传送。 100 提供虚电路服务的特点 H1 H5 H2 H4 H3 A C D B H6 E 分组交换网 在虚电路建立后，网络向用户提供的服务就好像在 两个主机之间建立了一对穿过网络的数字管道。 所有发送的分组都按顺序进入管道，然后按照 先进先出的原则沿着此管道传送到目的站主机。 101 提供虚电路服务的特点 H1 H5 H2 H4 H3 A C D B H6 E 分组交换网 到达目的站的分组顺序就与发送时的顺序一致， 因此网络提供虚电路服务对通信的 服务质量 QoS (Quality of Service)有较好的保证。 102 两种服务的思路来源不同 n虚电路服务的思路来源于传统的电信网。 电信网负责保证可靠通信的一切措施，因此电信网的 结点交换机复杂而昂贵。 n数据报服务力求使网络生存性好和使对网络的控 制功能分散，因而只能要求网络提供尽最大努力 的服务。 可靠通信由用户终端中的软件（即TCP）来保证。 6.7 广域网 103 关于网络层应当采用数据报服务还是虚电路服务，在 网络界一直在进行争论，焦点是网络要不要提供网络 端到端的可靠服务。 nOSI在网络层采用了虚电路服务。 nTCP/IP在网络层采用了数据报服务。 n因特网能够发展到今天这样的规模，充分 说明了在网络层提供数据报服务是非常成 功的。 6.7 广域网 104 n网络上传送的报文长度，在很多情况下都很短。 n用数据报既迅速又经济。 n若用虚电路，为了传送一个分组而建立虚电路和 释放虚电路就显得太浪费网络资源了。 数据报服务和虚电路服务都各有一些优缺点： 6.7 广域网 105 n在使用数据报时，每个分组必须携带完整的地址 信息。 n在使用虚电路的情况下，每个分组不需要携带完 整的目的地址，而仅需要有个很简单的虚电路号 码的标志。 n这就使分组的控制信息部分的比特数减少，因而 减少了额外开销。 数据报服务和虚电路服务都各有一些优缺点： 6.7 广域网 106 6.8 因特网 n什么是因特网? 因特网是在TCP/IP协议基础上建立的 国际互联网。它是“计算机网络的网络” ，即将全世界不同国家、不同地区、不同 部门和机构的不同类型的计算机网络互联 在一起，形成一个世界范围的信息网络。 1.因特网概述 107 nInternet产生和发展 1969年ARPANET 80年代中到90年代初，Internet的初步发展 基于TCP/IP协议的NSFNET(NSF:美国国家 科学基金会） 90年代，Internet的商业化使其得到了迅猛发 展 6.8 因特网 1.因特网概述 108 n中国互联网发展过程 n第一阶段(19871993年):我国与Internet的联接仅仅是电 子函件的转发联接,并只在少数高校和科研机构提供电子函 件服务 n第二阶段(19941997年):1994年3月,美国正式批准中国进 入Internet.中国政府也批准Internet与中国联通. n第三阶段(1998年以后): Internet网络在我国的发展是一 个飞速发展的阶段. 6.8 因特网 1.因特网概述 109 pChinaNET中国公用计算机互联网 pChinaGBN中国金桥信息网 pCERNET中国教育科研网 pCSTNET中国科技网 nInternet在我国的主干网 6.8 因特网 主干网 区域主干网区域主干网 用户接入网用户接入网用户接入网用户接入网 1.因特网概述 110 2.TCP/IP协议概述 因特网是以TCP/IP网络体系结构为基础。TCP/IP的名称来自 于两个协议：传输控制协议TCP，网际协议IP。 实际上TCP/IP是一个协议集。 6.8 因特网 TCPTCP /IP/IP 模模 型型 应用层 传输层 物理层 网络层 网络接口层 TelnetFTPHTTPSMTP TCPUDP IP 局域网：以太 网、令牌环 网、FDDI等 广域网： ATM、帧中 继 、X.25等 PPP、SLIP RS-232 111 5 4 3 2 1 5 4 3 2 1 计算机 1 AP2 AP1 计算机 2 应 用 程 序 数 据 应用层首部 H5 10100110100101 比 特 流 110101110101 应 用 程 序 数 据 H5应 用 程 序 数 据 H4H5应 用 程 序 数 据 H3 H4 H5应 用 程 序 数 据 H4 传输层首部 H3 网络层首部 H2 链路层 首部 T2 链路层 尾部 2.TCP/IP协议概述 6.8 因特网 TCP协议将数据格式化，分成若干数据报，并标上序号和检验号 。 IP协议在由TCP协议分好的数据报前填加表头，标明发送主机和 接收主机的地址，然后发往相应的网络接口。 112 运输层向上提供可靠的和不可靠的逻辑通信信道 ？ 应 用 层 运 输 层 发 送 进 程 接 收 进 程 接 收 进 程 数据数据 全双工可靠信道 数据数据 使用 TCP 协议 使用 UDP 协议 不可靠信道 发 送 进 程 2.TCP/IP协议概述 6.8 因特网 113 TCP 与 UDP nUDP 在传送数据之前不需要先建立连接。对方的运输层在收到 UDP 报文后，不需要给出任何确认。虽然 UDP 不提供可靠交 付，但在某些情况下 UDP 是一种最有效的工作方式。网络文 件系统（NFS）、简单网络管理协议（SNMP）、域名系统（DNS ）以及简单文件传输系统（TFTP）。 nTCP是面向连接的，即在进行数据传输之前需要先建立连接， 而且目的主机收到数据报后要发回确认信息，提供了一种可靠 的传输服务。与UDP相比提供了较多的功能，但是相对的报文 格式和运行机制也较为复杂。超文本传输协议（HTTP）、邮件 发送协议（SMTP） 2.TCP/IP协议概述 6.8 因特网 114 IP 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 nIP 地址就是给每个连接在因特网上的主机（或路由器）分配 一个在全世界范围是惟一的 32 bit 的标识符。 nIP 地址现在由因特网名字与号码指派公司ICANN (Internet Corporation for Assigned Names and Numbers)进行分配 3.IP地址 6.8 因特网 115 n每一类地址都由两个固定长度的字段组成，其中 一个字段是网络号 net-id，它标志主机（或路 由器）所连接到的网络，而另一个字段则是主机 号 host-id，它标志该主机（或路由器）。 n两级的 IP 地址可以记为： IP 地址 := , p分类 IP 地址 3.IP地址 6.8 因特网 116 net-id 24 bit host-id 24 bit net-id 16 bit net-id 8 bit IP 地址中的网络号字段和主机号字段 0 A 类地址 host-id 16 bit B 类地址 C 类地址01 1 host-id 8 bit D 类地址 1 1 1 0 多 播 地 址 E 类地址 保 留 为 今 后 使 用 1 1 1 1 0 01 117 net-id 24 bit host-id 24 bit net-id 16 bit net-id 8 bit IP 地址中的网络号字段和主机号字段 0 A 类地址 host-id 16 bit B 类地址 C 类地址01 1 host-id 8 bit D 类地址 1 1 1 0 多 播 地 址 E 类地址 保 留 为 今 后 使 用 1 1 1 1 0 01 A 类地址的网络号字段 net-id 为 1 字节 118 net-id 24 bit host-id 24 bit net-id 16 bit net-id 8 bit IP 地址中的网络号字段和主机号字段 0 A 类地址 host-id 16 bit B 类地址 C 类地址01 1 host-id 8 bit D 类地址 1 1 1 0 多 播 地 址 E 类地址 保 留 为 今 后 使 用 1 1 1 1 0 01 B 类地址的网络号字段 net-id 为 2 字节 119 net-id 24 bit host-id 24 bit net-id 16 bit net-id 8 bit IP 地址中的网络号字段和主机号字段 0 A 类地址 host-id 16 bit B 类地址 C 类地址01 1 host-id 8 bit D 类地址 1 1 1 0 多 播 地 址 E 类地址 保 留 为 今 后 使 用 1 1 1 1 0 01 C 类地址的网络号字段 net-id 为 3 字节 120 net-id 24 bit host-id 24 bit net-id 16 bit net-id 8 bit IP 地址中的网络号字段和主机号字段 0 A 类地址 host-id 16 bit B 类地址 C 类地址01 1 host-id 8 bit D 类地址 1 1 1 0 多 播 地 址 E 类地址 保 留 为 今 后 使 用 1 1 1 1 0 01 A 类地址的主机号字段 host-id 为 3 字节 121 net-id 24 bit host-id 24 bit net-id 16 bit net-id 8 bit IP 地址中的网络号字段和主机号字段 0 A 类地址 host-id 16 bit B 类地址 C 类地址01 1 host-id 8 bit D 类地址 1 1 1 0 多 播 地 址 E 类地址 保 留 为 今 后 使 用 1 1 1 1 0 01 B 类地址的主机号字段 host-id 为 2 字节 122 net-id 24 bit host-id 24 bit net-id 16 bit net-id 8 bit IP 地址中的网络号字段和主机号字段 0 A 类地址 host-id 16 bit B 类地址 C 类地址01 1 host-id 8 bit D 类地址 1 1 1 0 多 播 地 址 E 类地址 保 留 为 今 后 使 用 1 1 1 1 0 01 C 类地址的主机号字段 host-id 为 1 字节 123 p点分十进制记法 10000000000010110000001100011111 机器中存放的 IP 地址 是 32 bit 二进制代码 10000000 00001011 00000011 00011111 每隔 8 bit 插入一个空格 能够提高可读性 采用点分十进制记法 则进一步提高可读性 1 128 11 3 31 将每 8 bit 的二进制数 转换为十进制数 3.IP地址 6.8 因特网 124 IP 地址的使用范围 网络 最大 第一个 最后一个 每个网络 类别 网络数 可用的 可用的 中最大的 网络号 网络号 主机数 A 126 (27 2) 1 126 16,777,214 B 16,384 (214) 128.0 191.255 65,534 C 2,097,152 (221) 192.0.0 223.255.255 254 3.IP地址 6.8 因特网 125 互联网中的 IP 地址 B 222.1.1. R1 222.1.2. R3R2 222.1.3. LAN3 N3 N2 222.1.4. 222.1.5. 222.1.6. N1 LAN2 LAN1 互联网 在同一个局域网上的主机或路由器的 IP 地址中的网络号必须是一样的。 图中的网络号就是 IP 地址中的 net-id 126 IP 地址的一些重要特点: IP 地址是一种分等级的地址结构。分两个等级的 好处是： n第一，IP 地址管理机构在分配 IP 地址时只分 配网络号，而剩下的主机号则由得到该网络号的 单位自行分配。这样就方便了 IP 地址的管理。 n第二，路由器仅根据目的主机所连接的网络号来 转发分组（而不考虑目的主机号），这样就可以 使路由表中的项目数大幅度减少，从而减小了路 由表所占的存储空间。 3.IP地址 6.8 因特网 127 特殊的IP地址 如果网络ID为127，这种地址是用来做循环测 试用的，不可用作其它用途。如： 用来将消息传送给自己。 在IP地址中，如果某一类网络的主机地址为 全1，则该IP地址表示是一个网络或子网的广 播地址。如：55表示将信息发送 给该网络上的所有主机。 在IP地址中，如果某一类网络的主机地址为 全0，则该IP地址表示为网络地址或子网地址 。如：192