计算机科学导论第六章计算机网络.ppt

第六章 计算机网络 6.1 引言 6.2 TCP/IP协议协议 族 6.3 层层 6.4 因特网的应应用 6.1 引言 计算机网络：一些相互连接的、自治的计算机 的组合。 计算机之间通过某种媒体连接起来 每台计算机都能独立工作 一、计算机网络的组成 由硬件系统和软件系统两大部分组成。 硬件系统：主计算机、终端、通信控制处理 机、通信设备和通信线路。 软件系统：系统软件、应用软件、数据与信 息资源。 二、计算机网络的功能 1、共享硬件资源 2、共享软件资源 3、用户之间的信息交换 三、网络标准 1、性能：传输时间，响应时间等。 2、可靠性：故障的频率，从故障中恢复的时 间等。 3、网络安全：保护数据，防止非法访问等。 四、物理结构 1、连接类型 链路：数据从一个设备传输到另一个设备的通信 信道。 连接类型有两种：点对点连接和多点连接。 点对点连接 （这是最简单的网络） 多点连接 （信道共享） 6 基于拓扑结构分类 在计算机网络中把工作站、服务器等网络 单元抽象为点，把网络中的电缆等通信介 质抽象为线，这样从拓扑学观点看计算机 网络系统，就形成了点和线组成的几何图 形，从而抽象出了网络系统的具体结构， 将这种网络结构称为计算机的网络拓扑结 构。 计算机网络系统的拓扑结构主要有星型结 构、环型结构、总线型结构、树型结构、 网状结构。 7 星形结构 连接方式 各工作站点都通过单独的通信线路与中心结点直接连接。 工作站点之间的信息传输需要通过中心结点的转发才能实 现。 处于中心结点的设备一般是集线器或交换机。 星形结构的优点 结构简单/易于维护和扩充 某个工作站点出现故障不会影响其他结点和全网的工作 用双绞线连接的简单局域网多采用这种结构 星形结构的缺点 需要的连接线较多/连接成本较高。 一旦中心结点出现故障，将导致整个网络瘫痪。 8 总线结构 连接方式 所有站点共享同一条通信线路。 任何一个结点发送的数据都会通过总线传送到每一个 结点上。 每个站点接收到数据后，分析该数据是否为发给本站 点的，若是，接收此数据，否则拒绝接收。 总线结构的优点 结构简单/布线容易/可靠性高/易于扩充。 节省连接线/连接成本较低。 早期的同轴电缆局域网多采用这种结构。 总线结构的缺点 故障诊断相对困难。 总线故障会引起整个网络的瘫痪。 同一时刻只能有一个结点发送数据，存在总线的使用 权争用。 9 环形结构 连接方式 所有站点连接在一个封闭的环路中。 一个站点发出的数据要通过所有的站点，最后回到 起始站点。 某个站点接收到数据，要把此数据的目标地址与本 站点地址进行比较，相同时才接收该数据。 环形结构的优点 结构简单/数据在网络中沿环单向传送。 不存在对中心结点的依赖。 令牌环网采用的就是这种结构 。 环形结构的缺点 可靠性差/故障检测困难。 需要一种控制方法来决定每个结点何时能够发出数 据。 10 树形结构 连接方式 从星形结构演变而来。 各结点按一定的层次连接起来。 树形结构的优点 可靠性高/易于扩充网络结点和分支。 复杂一点的局域网多采用这种结构 。 树形结构的缺点 使用的连接线较多。 整个网络对根结点的依赖性大 11 网状结构 连接方式 每个结点通过多条链路与其他结点相连。 数据从一个结点传输到另一个结点有多条路径可 选。 网状结构的优点 可靠性高。 数据传输速度快。 广域网多采用网状结构。 网状结构的缺点 结构复杂/连接成本比较高。 不易管理和维护。 五、网络分类 按网络的作用范围：局域网、城域网和广域网 。 1、局域网LAN（Local Area Network） 地域：覆盖范围是一个小的区域，较小，几公里内 。 2、城域网MAN（Metropolitan Area Network ） 地域：覆盖范围是一个镇或一个城市，是大型的 LAN。 举例：一个连锁超市，有十几个或几十个分布在市内。 3、广域网MAN（Wide Area Network） 地域：覆盖范围最大，提供长距离的数据传输 六、互联网与因特网 互联网：两个或多个网络连接在一起，称为互联网 （internet），是个普通名词。 因特网：最著名的互联网，称为Internet。是专有名 词。 14 6.2 TCP/IP协议协议 族 社会上存在的邮政系统 16 两个主机交换文件 文件传送模块：协调好文件传输格式 17 分层的好处 各层之间是独立的。 灵活性好。 结构上可分割开。 易于实现和维护。 能促进标准化工作。 若层数太少，就会使每一层的协议太复 杂。 层数太多又会在描述和综合各层功能的 系统工程任务时遇到较多的困难。 主要的网络体系结构 国际标准化组织ISO提出的OSI (开放系统互连)参考 模型的七层网络结构：物理层、数据链路层、网络层 、传输层、会话层、表示层、应用层。 每一层都定义了相应的协议. TCP/IP协议族被分为5层：物理层、数据链路 层、网络层、传输层、应用层。 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：通信双方在通信中必须遵守的规则。 6.3 层层 应用 表示 会话 传输 网络 数据链路 物理 1 2 3 4 5 6 7 应用 传输 网络层 数据链路层 物理层 OSI TCP/IP 此模型中 不存在 6.3.1 OSI的层层 物理层 数据链路层 网络层 传输层 会话层 表示层 应用层 层 号 层的名 称 主要功能 7应用层 与用户应用进程的接口，即相当于：做什么？ 6表示层数据格式的转换，即相当于：对方看起来像什么？ 5 会话层 会话的管理和数据传输的同步，即相当于：轮到谁讲话 和从何处讲？ 4 传输层 从端到端经网络透明地传输报文，即相当于：对方在何 处？ 3 网络层 分组传输和路由选择，即相当于：走哪条路可以到达该 处？ 2数据链 路层 在链路上无差错地传送一帧一帧信息，即相当于：每一 步应怎么走？ 1物理层 将比特流送到物理介质上传送，即相当于：对于一层 的每一步该怎样利用物理介质？ 应用层 表示层 会话层 传输层 网络层 数据链路层 物理层 主机B 应用层 表示层 会话层 传输层 网络层 数据链路层 物理层 主机A 互连物理传输媒体 通 信 子 网 资 源 子 网 Internet Hello 应用层 表示层 会话层 传输层 网络层 数据链路层 物理层 高层数据 Hello 选择某种应用程序进行通信 对数据进行编码 建立会话连接 HelloTCP HelloTCPIP HelloTCPIP帧头帧尾 0101010100001111 应用层 表示层 会话层 传输层 网络层 数据链路层 物理层 接收方收到Hello 用应用程序进行通信 对数据进行解码 确认已建立会话连接 HelloTCPIP帧头帧尾 0101010100001111 HelloTCPIP TCP 6.3.1 TCP/IP的层层 应用 传输 网络层 数据链路层 物理层 TCP/IP 应用层 直接面向用户 功能：负责向用户提供服务 包含了OSI模型中的会话层，表示层和应用 层的功能。 在TCP/IP协议的应用层采用的是客户服务器 方式。 客户/服务器(C/S)体系结构 在网络环境下，许多问题的解决往往是通过 位于不同主机中的多个进程之间的通信和协 同工作来完成的。 这些为了解决具体的应用问题而彼此通信的 进程就称为“应用进程”。 进程就是运行中的程序。 客户户(client)和服务务器(server)都是指通信中所 涉及的两个应应用进进程。 客户服务器方式所描述的是进程之间服务 和被服务的关系。 当A进程需要B进程的服务时就主动呼叫B进 程，在这种情况下，A是客户而B是服务器。 可能在下一次通信中，B需要A的服务，此时 ，B是客户，而A是服务器。 客户是服务请求方，服务器是服务提供方。 应当注意 使用计算机的人是“用户”(user)而不是“客户 ”(client)。 客户和服务器都指的是进程，即计算机软件 。 由于运行服务器进程的机器往往有许多特殊 的要求，因此人们经常将主要运行服务器进 程的机器（硬件）不严格地称为服务器。 例如，“这台机器是服务器。” 意思是：“这 台机器（硬件）主要是用来运行服务器进程 （软件）。” 因此，服务器(server)一词有时指的是软件， 但也有时指的是硬件。 传输层 网络层提供主机（点）到主机（点）的连接 功能：负责客户端和服务器进程之间的消息 的逻辑传输 ，是端（端口）到端（端口）的连 接 server client 用户如何通过客户机上的不同应用程序来实现对服 务器不同资源的访问，如迅雷下载服务器资源，浏 览公司网站或读取公司数据。 网络层络层 只是找到网络络上的主机，而传输层则传输层则 是 找到要访问访问 的进进程（程序）。 网络层 定义了基于IP协议的逻辑地址 功能：负责数据包从源主机到目的主机的发 送，并选择最佳路径 连接外网使用的路由器属于网络层 网络层络层 通过过IP地址对对不同主机进进行寻寻址。 IP地址 Internet是由不同物理网络互连而成，不同网 络之间实现计 算机的相互通信必须有相应的 地址标识，这个地址标识称为IP地址。IP地 址提供统统一的地址格式即由32Bit位组组成。 由于二进制使用起来不方便，用户使用“点分 十进制”方式表示。IP地址唯一地标识出主机 所在的网络和网络中位置的编号。 Internet的IP地址分为五种类型： A类、B类、C类、D类和E类 IP地址规规定： 网络络号不能以127开头头，第一字节节不能全 为为0，也不能全为为l。 主机号不能全为为0，也不能全为为l。 分类第一字节数范围适用对象或范围 A1126大型网络 B128191中等规模网络 C192223校园网 D224239备用 E240254试验用 数据链路层 位于物理层和网络层中间 功能：提供点到点的可靠传输，通常把数据分 帧，并且保证帧的正确接收 网卡，交换机，网桥属于数据链路层 数据链链路层层的地址：MAC地址 数据链链路层层通过过MAC地址对对物理层进层进 行访问访问 物理层 TCP/IP协议的最底层，为数据传输提供可靠 环境 功能：1、为数据端设备提供传输数据的通路 2、传输数据（比特流） 物理层为网络的 基础好比公路是 汽车通行的基础 网线及其接口，中继器，集线器属于物理层 域名系统统（DNS） IP 地址既难记忆 ，又很难从键盘输 入。 一个事实： 人不擅长于记忆长 串数字， 但记忆名字却比较容易。 因此想到把 IP 地址变成名字。 因特网设立专门的机构管理名字： 采用分级管理名字的方法。 每一级的名字都是各不相同的。 域名系统统 用具有直观意义的字符串来表示地址。 域名实际就是名字，采用层次结构，按 地理域或机构域进行分层。 格式： 主机名.三级域名.二级域名.顶级域名 顶级域名一般为机构性域名和地理性 域名 域名系统统 因特网的域名举例 ： 中央电视台向因特网提供万维网服务的计 算机的域名是： 商业机构 中央电视台 提供万维网服务的计算机名 意思是： 顶级域名 二级域名 三级域名 组织性顶级域名 地域性顶级域名 部分域名与IP地址对照实例 域名服务务器（DNS） 因特网中设有很多的域名服务器 DNS，用来 把域名转换为 IP 地址。 例如，DNS 收到 后，经过查询 过程，就把这个域名转换为 IP 地址： 11001010011011001111100111001110 用点分十进制表示就是： 06 6.4 因特网的应应用 电电子邮邮件 文件传输协议传输协议 远远程登录录 万维维网 51 1电子邮件(E-mail) 1）电子邮件系统组成 电子邮件系统主要由3部分组成：用户代理 、邮件服务器和电子邮件使用的协议。 52 用户代理（User Agent） 是用户和电子邮件系统的接口，它使用户通 过一个友好的接口（如图形窗口界面）来发 送和接收邮件。 邮件服务器 是电子邮件系统的核心构件，其功能是发送 和接收邮件，同时还要向发信人报告邮件传 送的情况。 邮件服务器使用的协议 SMTP用于发送邮件；POP3 （Post Office Protocol）用于接收邮件。 发送方 邮件缓存 邮件服务器 因特网 使用 SMTP 协议 用户邮箱 接收方 发发送送邮邮件使用的件使用的协议协议 简单邮简单邮 件件传传送送协议协议 SMTP (Simple Mail Transfer Protocol)SMTP (Simple Mail Transfer Protocol) 邮件服务器 接收接收邮邮件使用的件使用的协议协议 邮邮局局协议协议 版本版本3 3 POP3 (Post Office Protocol version 3)POP3 (Post Office Protocol version 3) 发送端 ISP接收端 ISP 使用 SMTP 协议 使用 POP3 协议 发信人地址：收信人地址： 邮件服务器的域名 读作 “at” 用户名 （用户邮 箱） 邮邮件的件的传传送仍然要使用送仍然要使用 IP IP 和和 TCP TCP 协议协议 54 2文件传输(FTP) 文件传输(FTP) 所谓文件传输，就是指通过网络将文件从 一台计算机上传送到另一台计算机上 File Transfer Protocol：文件传输协议 是TCPIP协议集的一个应用层协议 主要功能是完成文件拷贝 FTP工作在客户服务器(ClientServer)模式下 55 56 3远程登录(Telnet) 远程登录(Telnet) 指本地计算机通过网络连接到另一台远程计 算机上进行访问，可以使用该远程计算机的 硬件、软件数据甚至全部资源。或者说用户 可以使用远程计算机的可用服务，并把结果 传回本地计算机上。 远程登录，必须输入用户名(User ID)和口