E-Temp-大学计算机基础07N.ppt

1 第七章网络应用基础 7 1计算机网络概述7 1 1计算机网络发展史7 1 2计算机网络系统的组成与功能7 1 3计算机网络的分类7 1 4网络的拓扑结构7 1 5计算机网络的体系结构7 2数据通信基础知识7 2 1基本概念7 2 2数据传输介质7 3计算机网络的硬件与软件组成7 3 1网络的主体设备7 3 2网络的连接设备7 3 3网络软件系统7 3 4网络操作系统7 4局域网7 4 1局域网定义7 4 2局域网体系结构7 4 3局域网组网示例 7 5网络互连7 5 1网络互连概述7 5 2网络间的互连设备7 5 3广域网上的通信技术7 5 4常用网络测试工具 2 7 1计算机网络概述7 1 1计算机网络发展史 1 什么是计算机网络 一群具有独立功能的计算机组成的系统通过通信设备及传输媒体互连起来 在通信软件支持下 实现资源共享 信息交换和分布式处理 2 计算机网络的发展 1954年第一代计算机网络1969年ARPA网 第二代计算机网络1983年OSI模型 第三代计算机网络Internet的建立 第四代计算机网络 单个主机为中心 面向终端设备计算机通信网络 多处理中心 多个主计算机通过通信线路互联 计算机 计算机网络 具有统一的网络体系结构 遵循国际标准化协议 信息高速公路 交互式的多媒体网络 3 7 1 2计算机网络系统的组成与功能 计算机网络系统的组成 通信子网 网络的内层 负责完成网络数据传输 转发等通信处理任务资源子网 网络的外围 提供各种网络资源和网络服务 通信子网 资源子网 4 1 信息交换2 资源共享3 分布式处理 计算机网络最基本的功能 完成网络中各个节点之间的通信 包括硬件 软件和数据资源的共享 网络系统中若干台计算机可以互相协作共同完成一个任务 计算机网络的功能 硬件共享 软件共享 5 1 从网络的地理范围进行分类 局域网 局域网内传输速率较高 误码率低 结构简单容易实现 具体标准是美国电气工程师协会制订的IEEE802系列标准 7 1 3计算机网络的分类 10公里以内 6 在一个学校范围内的计算机网络通常我们称为校园网 实质上它是由若干个局域网连接构成的一个规模较大的局域网 也可视校园网为一种介于普通局域网和城域网之间规模较大的 结构较复杂的局域网络 城域网 广域网 它的通信传输装置和媒体一般由电信部门提供 网络分类 10 100公里以内 7 星型拓扑 总线拓扑结构 特点 结构简单 可靠性高布线容易 连线总长度小于星型结构对站点扩充和删除容易总线任务重 易产生瓶颈问题总线本身的故障对系统是毁灭性的 特点 通信协议简单对外围站点要求不高单个站点故障不会影响全网电路利用率低 连线费用大网络性能依赖中央结点每个站点需要有一个专用链路 7 1 4网络的拓扑结构 拓扑结构 指网络中通信线路和节点间的几何排序 用以表示整个网络的整体结构外貌和各模块之间的结构关系 计算机网络拓扑结构的分类 星型 环型 总线型 全互连 混合型等几种 8 特点 传输速率高 传输距离远各节点的地位和作用相同各节点传输信息的时间固定容易实现分布式控制站点的故障会形起整个网络的崩溃 环型拓扑结构 特点 信息交换在上 下节点之间进行通信线路连接简单 网络管理软件也不复杂 维护方便资源共享能力差 可靠性低 树型拓扑 9 特点 传输速率高 传输距离远各节点的地位和作用相同可靠性高站点的故障不会引起整个网络的崩溃 Internet网是当今世界上规模最大 用户最多 影响最广泛的计算机互联网络 Internet网上联有大大小小成千上万个不同拓扑结构的局域网 城域网和广域网 应此 Internet网本身的拓扑只是一种虚拟拓扑结构 无固定形式 全连接拓扑结构 10 7 1 5计算机网络的体系结构 例 甲乙两个人通电话语法 电话号码 语义 响铃 表示有电话打进 乙接电话 通话等一系列的动作 同步 甲先拨电话 响铃 乙接听电话 等一系列的通话时序 物理网为实现计算机之间的数据通信 协同工作和资源共享等功能将各自独立的计算机在物理上互相连接起来 是实现网络通信的基础 语法 数据与控制信息的结构或格式语义 用来说明通信双方应当怎么做同步 详细说明事件如何实现 协议一套关于信息传输顺序 信息格式和信息内容等的约定 国际标准组织 ISO 提出的开放系统互联 OSI 参考模型 它将数据从一个站点到达另一个站点的工作按层分割成七个不同的任务 网络体系结构 指计算机网络的各个层和在各层上使用的协议 协议三要素 11 开放系统互连OSI参考模型 12 各层的功能 物理层 OSI参考模型的最低层 直接和网络硬件打交道 是通过物理介质传输和接收二进制位流数据链路层 提供点对点的数据传输 并保证信息在线路中可靠传输网络层 负责路由的选择分段和重组传送层 提供端到端的通信会话层 负责建立 拆除 管理进程之间的通信连接表示层 处理不同数据在表示上的差异及其相互转应用层 是用户访问网络的接口层 OSI的最高层 13 通信系统基本要素 7 2数据通信基础知识7 2 1基本概念 数字数据编码 14 带宽 指信道能传送信号的频率宽度 可传送的信号的最高频率与最低频率之差 比特率 单位时间内传输二进制代码有效位数 单位为bps波特率 线路中每秒传送的波形的个数 其单位为baud两者的换算关系为 比特率 波特率 log2N 数字信号 模拟信号 15 调幅 载波的振幅随数字信号变化调频 载波的频率随数字信号变化调相 载波的初始相位随数字信号变化 模拟信号编码 16 两种信号传输的比较 数字信号传输的优点 因噪声和电磁干扰导致的错误少设备费用更低缺点 如果在相同的距离内传输 数字信号的衰减会比模拟信号大得多 模拟信号传输的优点 相同距离内的信号衰减程度没有数字信号大可通过多路复用技术提高带宽缺点 模拟信号更容易受到噪声和电磁波的干扰 17 线路通信方式 单工通信 单向 信息流是单方向的且不能改变 半双工通信 双向交替 通信双方不能同时进行收发 全双工通信 双向同时 通信双方可同时收发信息 18 数据传输方式 串行传输以比特为单位并行传输以字符为单位 串行传输 并行传输 19 7 2 2数据传输介质 双绞线非屏蔽双绞线 UTP 和屏蔽双绞线 STP 组网方便 价格最便宜 应用广泛五类双绞线最大传输率为100Mbps传输距离小于100米 同轴电缆基带同轴电缆 速率10Mb s 传输距离1000m宽带同轴电缆 速率20Mb s 传输距离100km它是有线电视系统CATV中的标准传输电缆 20 7 2 2数据传输介质 光缆 光缆的芯线是由光导纤维做成 它传输光脉冲数字信号 多模光纤 由发光二极管产生用于传输的光脉冲 通过内部的多次反射沿芯线传输 可以存在多条不同入射角的光线在一条光纤中传输 单模光纤 使用激光 光线与芯轴平行 损耗小 传输距离远 具有很高的带宽 但价格更高 在2 5Gb s的高速率下 单模光纤不必采用中继器可传输数十公里 光纤和光端设备 21 7 2 2数据传输介质 无线介质 在电磁波频谱中 目前可用于通信的有无线电波 微波 红外 可见光 地面微波通信 卫星微波通信 22 电路交换是一种直接交换方式 发送点与接收点之间构成一条实际连接的专用物理线路 分组交换 报文交换 电路交换 报文 以报文为交换单位 临时选择通信网络中的一条线路传送数据 分组交换将报文划分成一个个平均大小保持不变的小组作为交换单位 其他与报文交换相同 交换技术 23 7 3计算机网络的硬件与软件组成 计算机网络组件 服务器 为网络上其他计算机服务的功能强大的计算机 客户机 使用服务器所提供服务的计算机 同位体 可同时作为客户机和服务器的计算机 介质 网络上设备之间的物理连接 资源 在网络上客户机可获得的任何东西都可视为资源 用户 任何使用客户机访问网上资源的人 协议 一套关于信息传输顺序 信息格式和信息内容等的约定 网络服务 网络相关软件 24 7 3 1网络的主体设备 大多数时候服务器是网络的核心386以上档次的电脑都可作为组网的工作站 25 网络适配器 网卡 网卡通过总线与计算机设备接口相连 另一方面又通过电缆接口与网络传输媒介相连 在PC机中网卡有PCI和ISA两种总线 安装网卡后 还要进行协议的配置 例如 IPX SPX协议 TCP IP协议 7 3 2网络的连接设备 需要网卡驱动程序网卡本身具有MAC地址 MediaAccessControl 也称物理地址 硬件地址或链路地址 由网络设备制造商生产时写在硬件内部 这个地址与网络无关 不能改变 26 网络传输媒介的中间节点 具有信号再生转发功能 集线器类型无源有源智能 不对信号做任何处理 工作站到集线器之间的距离在30米以内 对信号可再生和放大 工作站到集线器之间的距离可达600米 具有有源集线器的全部功能外 还提供网络管理 智能选择网络传输通路等功能 集线器 HUB 常用在一个小型局域网内工作于OSI模型的物理层 相当于一个简单的电路连接 无需软件管理和控制该设备 内部总线结构 共享带宽广播式半双工目前状况 原本具有价格优势 但功能有限 虽然经过发展 不如交换机和路由器 前景不光明 27 7 3 3网络软件系统 局域网上流行的传输协议有 NetBEUI NetBEUI NetBIOSExtendUserInterface 是网络基本输入输出系统扩展用户接口 是一个小但效率高的通信协议 IPX InternetPacketExchangeProtocol 是在网络层运行互连网包交换协议 使应用程序能在互连网络上发送包和接收包 SPX SequencedPacketProtocol 为运行在传输层上的顺序包交换协议 在通信用户之间建立并使用应答进行差错检测 IPX SPX 一组工业标准协议 简称为TCP IP协议 它具体包括了100多个不同功能的协议 是互联网络上的 交通规则 其中最主要的是TCP和IP协议 TCP IP协议的主要特点 标准化 几乎任何网络软件或设备都能在该协议下运行 可路由性 这使得用户可以将多个局域网连成一个大型互联网络 TCP IP协议包 28 TCP TransmissionControlProtocol 传输控制协议用于保证被传送信息的完整性 IP InternetProtocol 网际互连协议负责将消息从一个地方传送到另一个地方 TCP IP资料 OSI 参考模型 TCP IP 模型 应用层 表示层 应用层 Telnet SMTP FTP DNS 会话层 传输层 传输层 TCP UDP UserDatagramProtocol 协议 协议 网络层 网际网层IP协议 数据链路层 物理层 网络接口层 TCP IP 29 7 3 4网络操作系统 网络操作系统 具有网络功能的操作系统 对等网 网络中的所有计算机都具有同等地位 没有主次之分 上任何一个节点机所拥有的资源都作为网络资源 可被其他节点机上的用户共享 客户机 服务器模式 网络中有几台计算机专门充当服务器 为整个网络提供共享资源和服务 网络操作系统 NovellNetware 7 4局域网7 4 1局域网定义 局域网定义功能 由一组台式计算机和其他设备在物理地址上彼此相隔不远 允许用户相互通信和共享资源的方式互连在一起的系统 技术 局域网是由特定类型的传输媒体和网络适配器互连在一起的计算机 并受网络操作系统监控的网络系统 局域网特点覆盖范围比较小 数据传输速率高传输延时小 出错率低等局域网的关键要素拓扑结构传输介质 双绞线 同轴电缆 光纤布局设计 线性或星型介质访问控制 载波监听多路访问 冲突检测或令牌 7 4 2局域网体系结构 1980年2月 美国电气和电子工程师学会IEEE成立了专门委员会开发了IEEE802系列局域网标准局域网不存在路由选择问题 因此它不需要网络层IEEE802为局域网规定的标准只对应OSI参考模型的最低两层 IEEE802 3标准 IEEE802 3局域网是一种基带总线网符合IEEE802 3标准的以太网 Ethernet 其拓扑结构为总线形常用的以太网标准有10BASE5 标准以太网 10BASE2 细缆以太网 和10Base T 双绞线以太网 双绞线以太网10Base T是1990年后出现的 它采用集线器和双绞线组网 其拓扑结构为星形网 T代表双绞线星形网 100Base T的快速以太网技术已被广泛应用 使用光纤作为传输介质的千兆以太网的传输速率达到了1000Mbit s 7 4 3局域网组网示例 建网步骤网络规划布线线缆制作安装网卡标识计算机协议设置设置网络共享资源 双绞线的连接方法 两端连接的设备类型相同用反接线 两端连接的设备类型不同正接线 排线顺序 网络协议 当网卡驱动程序安装完成后 创建一个局域网连接 设置TCP IP协议 标识计算机 网络上的每台计算机必须有一个唯一的名称 1 控制面板 系统 2 计算机名 3 设置 设置资源共享 打开资源管理器定位到要共享的文件夹或驱动器右键单击该文件夹或驱动器 然后单击 共享 共享 共享资源的使用 40 7 5网络互连7 5 1网络互连概述 TCP IP协议来互联不同的网络 网络互连形式 局域网与局域网局域网与广域网广域网与广域网 TCP IP 网络互连 实现网络之间的通信网络间用户实现较高级的应用服务 41 7 5 2网络间的互连设备 42 中继器 在OSI模型的物理层上实现信号放大和再生 通过中继器连接两个网段 主要目的是通过物理信号的双向转发 信号放大等工作增加局域网的覆盖区域 物理层联接 即两端应该完全相同 43 网桥 在OSI模型的数据链路层上实现互连的设备网桥能够读取目标地址信息 并决定是否向网络的其他段转发类似于中继器 延长网络跨度能提供智能化连接服务 即根据帧的终点地址 MAC地址 处于哪一网段来进行转发和滤除 44 连接多个网络或网段的网络设备 在OSI模型的网络层上实现互连 路由器 不同网络之间数据格式转换和转发维护和更新路由表寻找一条最佳传输路径网络控制和管理 路由器功能 用于多个网络之间的传输过程中 智能地选择路由 根据IP地址 属于网络层 网络间通信 45 交换机 交换机取代集线器和网桥 增强路由选择功能 交换和路由之间的主要区别就是交换发生在OSI参考模型的数据链路层 而路由发生在网络层 虚拟局域网只是给用户提供的一种服务 它通过设置用户群将分布在不同实际局域网内的计算机组合成一个工作群体 而不需要改变布线 设置工作组2 设置工作组1 传统交换机工作于数据链路层 用于数据交换或转发网内连接 数据交换划分广播域网间连接 同网桥一样 根据MAC地址进行网间数据转发与网桥相比 区别是交换机转发快 操作接近单个局域网性能 另一个重要功能 建立VLAN 虚拟局域网 新型 第三层 交换机网络层功能类似路由器 46 网关 网关又叫协议转换器 它的连接操作是在OSI模型的七层协议的传输层以上 支持不同协议之间的转换 实现不同协议网络之间的互连 用于连接使用不同通信协议或结构的网络 47 调制解调器 一种通过公用电话网 PSTN 连接计算机的设备 实现模拟信号和数字信号的转换 调制解调器的技术指标传输速率 9600bps 14400bps 28800bps 33 6kbps 56kbps 112kbps 48 分组交换网 PDNPublicDataNetWorks 帧中继 FRFrameRelay 数字数据网 DDNDigitalDataNetwork 光纤分布数据接口 FDDFiberDistributedDataInterface 有线电视网 CATVNetwork 综合业务数字网 ISDNIntegratedServicesDigitalNetwork ADSL技术 AsymmetricDigitalSubscriberLine ATM技术 AsynchronousTransferMode 7 5 3广域网上的通信技术 49 分组交换网采用X 25通信协议 故常叫作X 25网 我国已建立中国公用分组交换网ChinaPAC帧中继 快速分组交换 使分组交换技术从窄带发展到宽带 分组交换网与帧中继 分组交换网和帧中继网数据传输的过程 采用确认 非确认 50 FDDI 光纤分布数据接口网是一个使用光纤作为传输媒体的 高速 通用令牌环形网 支持多种拓扑结构 其传输速率高达100Mb s 相邻站间的最大长度可达2Km 最大站间距离为200KM FDDI最广泛的用于城域网和校园网 作为连接局域网的主干线 局域网连接到FDDI主干线 51 有线电视网 通过有线电视网宽带接入因特网的主流连线设备是CableModem传输媒体划分为三个宽带 分别用于CableModem数字信号上传 数字信号下传及电视节目模拟信号下传 机顶合 WebTV是通过电视机来浏览Web需要将电视机连接到机顶合设备 52 综合业务数字网是电话网络与数字网络结合而成的网络以光纤为主要传输媒体支持端到端的数字连接支持电话及非话等各种通信业务 2B D 提供标准的用户 网络接口 便于各种用户终端接入 ISDN 综合业务 电话 传真 电视会议等广泛的通信服务 ISDN基本信道 两条64Kbps带宽的B信道和一条16Kbps的D信道B信道传送语音或数据资料 D信道传送控制信息更高速率的标准是30B D 带宽2Mbps 53 一种半永久性连接电路的公共数据网用户数据在传输率 到达地点等方面根据事先的约定进行传输而不能自行改变利用DDN的主要方式是租用专线在用户向电信部门申请了专线后 连接就已完成 这与通过X 25进行数据传输的过程不同 X 25需要通过呼叫建立临时虚电路进行通信我国已建立ChinaDDN数字数据网 数字数据网DDN 54 ADSL 数字用户线技术 以铜质电话线为传输介质的传输技术组合 工作流程 经ADSL调制解调器编码后的信号通过电话线传到电话局后 通过一个信号识别 分离器 如果是语音信号就传到交换机上 如果是数字信号就接入因特网 55 组合了电路交换和分组交换技术的优点发展而成克服了同步传输模式不能适应任意速率业务简化了分组通信中的协议 由硬件对简化的协议进行处理交换结点不再对信息进行流量控制和差错控制一条线路上实现高速率 高带宽地传输信息 异步传输模式ATM技术 ATM使用同步光纤传输速率 622Mbps1 2Gbps2 4Gbps 56 7 5 4常用网络测试工具 IPCONFIG用来查看IP协议的具体配置信息 显示网卡的物理地址 主机的IP地址 子网掩码以及默认网关等 还可以查看主机的相关信息如 主机名 DNS服务器 节点类型等 命令 IPCONFIG ALL HostName jsjjc1PrimaryDNSSuffix NodeType MixedIPRoutingEnabled NoWINSProxyEnabled NoEthernetadapter本地连接 Connection specificDNSSuffix Description Legend D LinkDFE 530TXPCIFastEthernetAdapterPhysicalAddress 00 50 BA 2A 0A 52 网卡的物理地址 DHCPEnabled NoIPAddress 192 168 7 28 IP地址 SubnetMask 255 255 255 0 子网掩码 DefaultGateway 192 168 7 254 默认网关 DNSServers 202 120 190 208 57 连通性测试Ping Ping packetinternetgopher 是网络上一种利用 回响 功能测试对方主机是否能应答的工具 常见用法Ping主机的IP地址或域名 查看Ping的用法键入 Ping Ping202 120 190 205 Pinging202 120 190 205with32bytesofdata Replyfrom202 120 190 205 bytes 32time 10msTTL 254Replyfrom202 120 190 205 bytes 32time 10msTTL 254Replyfrom202 120 190 205 bytes 32time 10msTTL 254Replyfrom202 120 190 205 bytes 32time 10msTTL 254Pingstatisticsfor202 120 190 205 Packets Sent 4 Received 4 Lost 0 0 loss Approximateroundtriptimesinmilli seconds Minimum 0ms Maximum 10ms Average 2ms 数据包的大小 往返一次所使用的时间 58 Ping工作过程 Ping自动向目的主机发送一个32字节的消息 并计算目的站点响应的时间 进行四次 响应时间低于400毫秒即为正常 超过400毫秒则较慢 如果返回 Requesttimeout 信息 则意味着目的站点在1秒内没有响应 如果返回4个 Requesttimeout 信息 说明该站点拒绝Ping请求 如果在局域网内执行Ping不成功 则故障可能出现在以下几个方面 网线是否连通 网卡配置是否正确 IP地址是否可用等 如果执行Ping成功而网络无法使用 那么问题可能出在网络系统的软件配置方面 59 7 6Internet和Intranet 7 6 1Internet概述 定义 Internet是将以往相互独立的 散落在各个地方的单独的计算机或是相对独立的计算机局域网 借助已经发展得有相当规模的电信网络 通过一定的通讯协议而实现更高层次的互联 全球性的计算机互联网络最大的广域网也是覆盖全球的信息基础设施之一 60 7 6 2Internet的历史 1 ARPANET Internet的前身1969年 美国国防部的高级研究计划署 AdvancedResearchProjectAgency 简称ARPA 为了能使一些异地计算机相互共享数据 以利其开展研究工作 于是以一定的方式将这些计算机连接起来 即ARPANET 2 TCP IP由ARPA于1977年到1979年推出的TCP IP协议 是Internet网逐步发展的基础 现在已成为Internet网上的 通用语言 61 3 Internet的普及1986年 美国国家科学基金会NSF NationalScienceFoundation 在政府的资助下 用TCP IP协议建立了NSFNET网络 并于1989年改名为Internet向公众开放 从此 Internet便在全球各地迅速普及开来 4 Internet的商业化1994年 美国的Internet由商业机构全面接管 这使Internet从单纯的科研网络演变成一个世界性的商业网络 世界各国纷纷连入Internet 各种商业应用也一步步地加入Internet Internet几乎成为现代信息社会的代名词 62 7 6 3因特网的体系结构 网络互联 是在各种不同的网络技术之上 再增加一个特殊的 互联网络协议 层 来互联不同的网络 IP TCP 应用程序 63 7 6 4Internet提供的服务 BBS BulletinBoardSystem 电子公告板远程登录 Telnet 电子邮件 E mail 文件传输 FTP WorldWideWeb 简称WWW 新闻组 News 由相应的软件实现 64 7 6 5因特网的组成 物理网实现信息流的传送 协议共同遵守的交流规范 应用软件是我们与网络打交道的交互界面 信息网络的灵魂 65 7 6 6如何接入因特网 城市地面固定电话铜线网调制解调器接入ISDN 一线通 不对称的数字用户环路ADSL有线电视HFC网宽带接入移动通信接入卫星通信接入LAN接入系统 66 7 6 7物理地址与IP地址 拨号用户 物理地址00 3d 87 14 3a d9IP地址166 111 4 1 物理地址00 0c 1b 00 5a f6IP地址166 111 3 18 物理地址00 60 97 CO 9F 67IP地址166 111 3 19 IP地址166 111 3 97 67 7 6 8当前的IP地址 IP V4 分类 E类 允许的