c01-计算机网络基础知识.ppt

Internet Intranet技术及应用 任课教师 张霖电话84890395办公室 15号楼A103Email zhanglin05 南京航空航天大学机电学院 2 课程安排 课程目的 本课程是一门为本科生了解Internet技术基础而开设的选修课 目的是开阔学生的视野 掌握Internet技术的基本理论 为后续的学习奠定基础 课程学时 课程考核 总共28个学时 上课20个学时 上机8 10个学时 理论考试 70 平时成绩 10 课后作业 出席率 上机网页制作 20 3 第一章计算机网络基础知识第二章网络体系结构第三章局域网技术第四章广域网技术第五章TCP IP技术第六章Internet技术与服务第七章Web网页制作第八章网络信息安全 课程主要内容 参考教材 1 李俊娥 计算机网络基础 武汉大学出版社2 吴功宜 吴英 计算机网络应用技术教程 清华大学出版社 4 第一章计算机网络基础知识 主要内容 1 计算机网络的产生和发展2 计算机网络的概念 定义3 数据通讯的基础知识 5 第一章计算机网络基础知识 早期的计算机应用模式 单机大 中 小型机 庞大 昂贵 资源无法共享计算机构成了一个个的 信息孤岛 计算机网络产生始于1950 s 产生的原因 资源共享的需求 计算能力 外设 软件 数据 大型项目的合作 进行工程项目协作 人与人之间的信息沟通 数据通信 6 第一章计算机网络基础知识 1 计算机网络的产生和发展 20世纪50年代初 MIT林肯实验室开始为美国军方设计称为SAGE的半自动化地面防空系统 集中进行防空信息的处理与控制 首次尝试将远程雷达及相关的测试信息通过一条通信线路与一台主机相连 20世纪60年代初 美国航空公司试验了由一台主机与分布在全美的2000多个终端组成的航空订票系统SABRE 1 即为了解决远程数据收集 远程计算和处理 发展了远程联机系统 通过一个远程终端利用专用线路和主机连接起来作为主机的一个用户 这种系统被称为面向终端的计算机网络 其特点是所有用户共用同一台主机 终端不具备独立的计算能力 严格的说 这种系统并不是真正的计算机网络 实际上更像一台多终端主机 只不过与通信技术结合实现了远程终端与主机的连接 远程联机系统为计算机网络的发展奠定了基础 可视为计算机网络的雏形 计算机网络源于计算机技术与通信技术的结合 7 第一章计算机网络基础知识 1 计算机网络的产生和发展 前端处理器 FEP 是一个设备或板 其为一个网络设备提供网络接口性能 8 第一章计算机网络基础知识 1 计算机网络的产生和发展 现代计算机网络实际上是20世纪60年代美苏冷战时期的产物 1968年 在得到美国国防部高级研究计划署DARPA DefenseAdvancedResearchProjectAgency 授权后 加州大学洛杉机分校的贝拉涅克领导的研究小组开始研究用于军事目的的网络 该小组于1969年8月成功地推出了由4个交换结点组成的分组 Packet 交换式计算机网络系统ARPAnet ARPAnet网络是网络发展的一个里程碑 从此世界进入了网络技术的新纪元 随后 许多国家相继建立了规模较大的公用计算机分组交换网 例如美国的TELENET TYMNET 加拿大的DATAPACA 法国的TRANSPAC等 这时的计算机网络以远程通信为主 属于现在所说的广域网 随着计算机应用范围的扩大 来自军方 科学研究 地区与国家经济信息分析决策 分布式大型企业经营管理等多方面的需求 使网络研究引起注意 例如一个计算机系统中的用户希望能使用另一个计算机系统的资源 或希望和另一个计算机系统一起共同完成某种任务 这就出现了 计算机 计算机 的网络 也就是现在意义的计算机网络 9 第一章计算机网络基础知识 1 计算机网络的产生和发展 IMP InformationManagementPlat信息管理平台 10 第一章计算机网络基础知识 1 计算机网络的产生和发展 1975年 美国XEROX公司的PALOALTO研究中心推出了世界上第一个总线型网络 以太网 Ethernet 使计算机网络技术出现了一个新的分支 计算机局域网络 此后 各种局域网技术相继出现 同时由于微型计算机技术的发展 微机局域网络用于各类小型信息系统 办公自动化系统和生产过程自动化控制系统 11 第一章计算机网络基础知识 1 计算机网络的产生和发展 20世纪70年代中期 计算机网络大多是由研究机构 大学或计算机公司自行开发研制的 没有统一的体系结构和标准 各个厂家生产的计算机和网络产品无论在技术上还是结构上都有很大差别 从而造成不同厂家生产的计算机及网络产品很难实现互连 当时 各个计算机网络公司都纷纷研究开发自己的计算机网络体系结构和协议 如IBM公司与1974年公布了 系统网络体系结构 SNA DEC公司于1975年公布了 分布式网络体系结构 DNA 等 这种情况给用户的使用带来了极大的不便 也制约了计算机网络的发展 于是 制定统一的网络标准被提到议事日程上来 12 第一章计算机网络基础知识 1 计算机网络的产生和发展 1977年 ISO组织在研究分析已有的网络结构经验的基础上 开始研究 开放系统互连 问题 并于1983年公布了 开放系统互连参考模型 opensysteminterconnectionreferencemodel 通常称为ISO OSI参考模型 或简称OSI参考模型 OSI模型对计算机网络理论与技术的发展起到了很好的指导作用 然而由于以下几个方面的原因 却始终未能成为网络产品的真正标准 1 OSI过于庞大 实现起来过分复杂且运行效率低 从而不利于产品化 2 设计本身有缺陷 层次划分不太合理 有些功能在多个层次中重复出现 3 制定周期太长 失去了市场时机 在其正式发布之前 TCP IP已经被使用来实现网间互连 尽管如此 OSI仍然是一个比较完美的模型 直到目前为止 仍然被大量地用于计算机网络协议模型的描述 13 第一章计算机网络基础知识 1 计算机网络的产生和发展 在OSI研究的同一时期 美国国防部高级研究计划局为了实现异种计算机之间 异种网络之间的互连 interconnection 与互通 intercommunication 大力资助网间网技术的研究开发 于1977 1979年间推出TCP IP网络协议族 并于1983年1月完成了ARPAnet上所有机器向TCP IP协议的转换工作 TCP IP成为事实上的工业标准 14 第一章计算机网络基础知识 1 计算机网络的产生和发展 1985年美国国家科学基金会NSF Nationalscientificfoundation 开始涉足TCP IP的研究与开发 并与1986年资助建立远程主干网NSFnet 该网连接了全美主要的科研机构 并与ARPAnet相连 此外 美国宇航局 NASA 与能源部的NSINET NSNET相继建成 欧洲 日本等也积极发展本地网络 于是在此基础上互连形成了internet Internet的发展进一步推动了网络技术 各种局域网之间的互连 局域网与广域网的互连技术也得到了巨大的发展 20世纪90年代后 internet应用迅速普及 对世界经济 文化 科学研究 教育和人类社会生活发挥出越来越重要的作用 使人类社会进入信息化时代 在internet飞速发展与广泛应用的推动下 高速网络技术不断涌现 如光纤分布式数据接口FDDI 异步传输模式ATM 快速以太网 交换式局域网等 目前 计算机网络正朝着高速率和综合业务的方向发展 局域网与广域网的边界也越来越模糊 总之 计算机技术和通信技术的结合产生了计算机网络 而计算机网络的发展又将使计算与通信同一起来 15 第一章计算机网络基础知识 计算机网络的发展可分为三个阶段 三代网络 1 以主机为中心的联机终端系统 计算机 终端 系统2 以通信子网为中心的主机互连 计算机 计算机 网络3 体系结构标准化网络层次化结构 并对每层进行了精确定义 16 第一章计算机网络基础知识 1 1以主机为中心的联机终端系统 特征 终端 Terminal 共享主机 Host 的软硬件资源单台主机 执行计算和通信任务多台终端 执行用户交互 终端集中器TC 终端服务器TS 连接方式 本地或远程 TS T T T T T T HOST 通信线路 T 17 第一章计算机网络基础知识 1 2以通信子网为中心的主机互连 特征多个终端联机系统互联 形成了多主机互联网络网络结构从 主机 终端 转变为 主机 主机 18 第一章计算机网络基础知识 两层网络概念的出现由CCP组成的传输网络 通信子网 提供信息传输服务建立在通信子网基础上的主机集合 资源子网 提供计算资源 注 CCP 通信控制处理器 是处理主机之间通信任务的专用计算机 19 第一章计算机网络基础知识 1 3网络的体系结构标准化 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 厂商标准 IBM SNA 系统网络体系结构 DEC DNA 分布式网络体系结构 等 缺点 适用范围 兼容性 技术垄断 竞争 标准不统一 用户利益 国际标准 ISOOSI RM 开放系统互联参考模型 简称OSI参考模型 事实上的标准 TCP IP 因特网的骨干协议 从体系结构上看 它是OSI参考模型的简化 4层 OSI参考模型是一种概念上的网络模型 规定了网络体系结构的框架 7个层次 只说明了做什么 WHATTODO 而未规定怎样做 HOWTODO 太复杂 几乎没有与之完全符合的网络 20 第一章计算机网络基础知识 1 4因特网时代的到来 因特网的出现标志着网络时代的到来因特网是全球性的网络丰富的信息和便利的使用是其规模迅速增长的主要驱动力截止到2000年 Internet的规模 网络数达到105数量级 主机数达到107数量级 用户数108数量级 主干速率大于2 5Gbit s美国政府资助的 下一代因特网计划 NGN 目标是主干网的速率比现在的因特网高1000倍端到端的速率要达到100Mbit s 10Gbit s 21 第一章计算机网络基础知识 2 计算机网络 计算机网络是计算机技术和通信技术紧密相结合的产物 始于20世纪50年代 近20年来得到迅猛发展 在信息社会中起着举足轻重的作用 从某种意义上讲 计算机网络的发展水平不仅反映了一个国家的计算机科学和通信技术水平 而且也是衡量其国力及现代化程度的重要标志之一 2 1概述 22 第一章计算机网络基础知识 2 计算机网络 2 2定义 计算机网络是把一定地理范围内的计算机通过通信线路互连起来 在相应通信协议和网络系统软件的支持下 彼此互相通信并共享资源的系统 此定义的要点 计算机网络中包含了多台具有独立自主功能的计算机 这些计算机之间是相互连接的 计算机在相应的通信协议支持下进行信息交换 资源共享 23 2 3计算机网络的基本组成 第一章计算机网络基础知识 1 网络硬件 24 2 3计算机网络的基本组成 第一章计算机网络基础知识 1 网络硬件 a 通信设备 b 计算机设备 传输介质 有线和无线 双绞线 光纤 同轴电缆 无线电波 微波 网卡 NetworkInterfaceCard 又称网络适配器 网络接口卡 HUB 又叫集线器 是一个多端口的转发器 用来连接计算机等网络终端 网桥 是一个局域网与另一个局域网之间建立连接的桥梁 交换机 switch和集线器一样主要用于连接计算机等网络终端设备 路由器 router主要用来进行网络与网络的连接 主机 多终端主机 高性能计算机 PC机或笔记本电脑 服务器 网络中能对其他机器提供某些服务的计算机系统 具有独立网络功能的共享设备 独立的打印机和大容量存储器 25 电源 风扇 串口 并口 键盘 鼠标 USB 网卡 RJ 45接口 音箱 话筒 线路输入 台式电脑接口 26 网络硬件 双绞线 同轴电缆 光纤 网卡 集线器 路由器 27 第一章计算机网络基础知识 2 网络软件 a 通信协议 网络协议 protocol 硬件如 网卡 网线 交换机等 软件如 TCP IP IPX等 用传输介质连接起来的计算机之间要求实现通信 还必须遵循共同的约定和通信规则 这些约定和通信规则就是网络协议 这就像人们之间交谈一样 只有用对方能够理解的语言才能交流 所用语言就是人与人之间交谈的共同约定 语言的语法就是双方要遵守的规则 总之 网络协议是计算机之间通信需要遵守的 具有特定语义的一组规则 网络协议的实现由软件和硬件实现 我们将实现协议的软件和硬件称为协议实体 计算机通信需要的网络协议是分层次实现的 通常高层协议由软件实现 低层协议由硬件实现 计算机网络通信实际上需要用到一组协议 通常称为协议族 28 第一章计算机网络基础知识 2 网络软件 b 网络操作系统 Unix Windows Linux Netware NOVELL公司推出的网络操作系统 c 网络管理 安全控制软件 网络应用软件 网络管理 安全控制软件 LaneCat网猫是电信级的互联网监控软件 能有效监视 控制和记录局域网上计算机在互联网上活动行为 它可以实时记录局域网内计算机所有收发的邮件 浏览的网页以及FTP上传下载的文件 监视和管理网内用户的聊天行为 限制 阻断网内用户访问指定网络资源或网络协议 LaneCat网猫是非常有效的网络监控 网络管理工具 网络应用软件 用户级软件ftp E mail web浏览器 网络聊天工具 BBS等 29 第一章计算机网络基础知识 从宏观上看 网络包括 计算机系统 通信链路和网络节点 从逻辑上看 网络包括 资源子网和通信子网 2 3计算机网络的基本组成 30 第一章计算机网络基础知识 资源子网和通信子网两个部分的结构示意图 31 第一章计算机网络基础知识 资源子网功能 提供资源共享所需的硬件软件及数据等资源提供访问计算机网络和处理数据的能力包括 主机系统 大型机 中型机 小型机 工作站或微机终端控制器终端 用户访问网络的界面 终端可以是简单的输入 输出终端 也可以是带有微处理机的智能终端 终端可以通过主机连入网内 也可以通过终端控制器 报文分组组装与拆卸装置或通信控制处理机连入网内 32 第一章计算机网络基础知识 通信子网功能 完成数据的传输交换以及控制提供网络通信功能包括 网络节点通信链路信号变换器 33 第一章计算机网络基础知识 2 4计算机网络的分类 局域网 LAN LocalAreaNetwork 广域网 WAN WideAreaNetwork 满足几十公里范围内的大量企业 机关 公司的多个局域网互联 实现大量用户之间的数据传输 传输速率同上 城域网 MAN MetropolitanAreaNetwork 1 按照覆盖的范围分类 指的是一个部门或单位 一幢大楼内使用的网络 采用专用通讯线路 十公里以内 传输速率为10 1000Mbps 覆盖一个国家 地区 州的国际性远程网络 利用公共分组交换网 卫星通信网和无线分组交换网实现互联和数据传输 传输速率 2Mbps 34 第一章计算机网络基础知识 2 按照网络拓扑分类 拓扑 topology 从图论演变而来 是一种研究与大小 形状无关的点 线 面特点的方法 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 这样计算机和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 将这种采用拓扑学方法抽象的网络结构称为计算机网络的拓扑结构 网络拓扑结构有 星形 总线形 树形 环形 网状形 35 第一章计算机网络基础知识 2 按照网络拓扑分类 星型特点存在一个中心节点每个节点通过点到点的链路与中心节点连接所有通信都通过中心节点进行交换局域网是一种典型的星型拓扑结构 36 第一章计算机网络基础知识 2 按照网络拓扑分类 总线型一个节点失效不影响其他节点的工作节点的增删不影响全网的运行结构简单接入灵活扩展容易可靠性高 37 第一章计算机网络基础知识 2 按照网络拓扑分类 环形 各节点形成闭合的环 可实现任意两点间通信 特点 以共享方式进行数据传输 每个节点都与两个相邻的节点相连 节点之间采用点到点的链路 网络中的所有节点构成一个闭合的环 环中的数据沿着一个方向绕环逐站传输 38 第一章计算机网络基础知识 2 按照网络拓扑分类 环型的主要问题 环中某一位置的断开将导致整个网络瘫痪 39 第一章计算机网络基础知识 2 按照网络拓扑分类 网状形结构网络 树形 总线型和星型的综合 网状 以上各种拓扑结构为基础的综合应用 树形结构网络 40 第一章计算机网络基础知识 3 按照网络传输技术 通信技术 分类 广播式网络 Broadcastnetworks 采用广播式通信技术的网络称为广播式网络 所有连网的计算机都共享一个公共通信信道 当一台计算机利用共享通道发送报文时 所有其他计算机都会 收到 这个分组消息 共享式网络中两类重要的交互方式 1 一台计算机发送广播分组 目的地址不用具体计算机地址 而是用广播地址 其他计算机都要接收这类分组 2 一台计算机向指定计算机 目的地址用目的计算机的地址 发送分组 所有的计算机都能 听 到该分组 但只有自己的地址与分组中指定的目的地址相同的那台计算机才接收分组 共享式网络是一种天生的广播式网络 具有广播式网络的特点 网上任何一台计算机都可以发送广播分组 目的地址是广播地址 并且其他所有计算机都要接收和处理这类分组 广播式网络并不等同于共享式网络 非共享的广播式网络 交换式以太网 只有当计算机发送的是广播分组时 其他计算机才能 听 到 41 第一章计算机网络基础知识 3 按照网络传输技术 通信技术 分类 点对点式网络 point to pointnetworks 采用点到点通信技术的网络称为点到点式网络 每一条物理线路连接一对计算机 如果两台计算机之间没有直接相连 它们之间的分组传输就要通过中间结点接收 存储与转发 路由选择 直至目的结点 典型实例是电话网 不管电话网上安装有多少电话机 也不管同时有多少人在打电话 只有建立了通话连接的两部电话机才能相互通话 而同一网络中的其他话机是不能听到的 并且这两部话机之间 电话线路可能经过了多个电话交换机的转接 通话双方就相当于用点到点线路连接的两台计算机 采取存储转发和路由选择是点到点网络和广播式网络的重要区别之一 42 第一章计算机网络基础知识 4 其他分类标准 按通信介质 有线网和无线网按传输速率按网络控制方式按网络环境 43 第一章计算机网络基础知识 2 5计算机网络的特点 1 数据通信 在计算机网络系统中相连的各台计算机能够相互传送数据 使相距很远的人们之间能够直接交换信息 2 自治性 计算机网络系统中各台相连的计算机是相对独立的 它们既相互联系又相互独立 3 建网周期短 连接1个网络系统只需把各计算机与通信介质连接好 安装 调试好相应的网络软 硬件即可 4 成本低 计算机网络使只具有微机的用户也能享受到大型计算机的好处和丰富的资源 44 第一章计算机网络基础知识 2 6计算机网络的功能 计算机网络的功能可以归纳为 硬件资源共享软件资源共享用户间信息交换 45 第一章计算机网络基础知识 2 7计算机网络的应用 正因为计算机网络有如此多的功能 使得它在工业 农业 交通运输 邮电通信 文化教育 商业 国防以及科学研究等领域都得到越来越广泛的应用 例如 电子邮件网络电话网络远程教育远程医疗电子商务 46 第一章计算机网络基础知识 3 数据通信的基础知识 3 1数据 信号与信道 信道 传输信号的通道 有线 无线 模拟类 模拟数据的强度连续变化模拟信号指幅度随时间连续变化的信号 数字类 数字数据为不连续的离散值数字信号指幅度值离散的信号 47 第一章计算机网络基础知识 通信系统中 数据以信号形式从一端传送到另一端传送 数字数据 模拟数据 模拟信号 数字信号 48 第一章计算机网络基础知识 早期 都是模拟信道现代 两种信道并存 主干线路基本是数字信道 大部分用户线仍为模拟信道将来 全数字化通信网 模拟信道 信道也根据信号的种类分为模拟与数字两种 传送模拟信号 数字信道 传送数字信号 A D或D A 49 第一章计算机网络基础知识 3 2信号与信道的带宽 19世纪初 法国数学家傅立叶证明 任何正常的周期为T的函数g t 都可以由 无限个 正弦和余弦函数合成 此处 f 1 T是基频 an和bn是正弦和余弦函数的n次谐波的振幅 这种分解叫做傅立叶级数分解 通过傅立叶级数可以合成原始函数 即已知周期T和振幅 通过上式求和就可以得到时间函数g t 50 第一章计算机网络基础知识 3 2信号与信道的带宽 51 第一章计算机网络基础知识 例如 信号带宽是信号频谱的宽度 也就是信号的最高频率分量与最低频率分量之差 譬如 一个由数个正弦波叠加成的方波信号 其最低频率分量是其基频 假定为f 2kHz 其最高频率分量是其7次谐波频率 即7f 7 2 14kHz 因此该信号带宽为7f f 14 2 12kHz 信道的带宽 信道允许通过的信号频率范围 52 第一章计算机网络基础知识 3 3信道的最大数据传输速率 53 第一章计算机网络基础知识 尼奎斯特定理 最大码元传输速率为 2H Baud 若1码元携带V比特信息 则 最大数据传输速率为 2HV bps 带宽为H的无噪声低通信道 54 第一章计算机网络基础知识 香农公式 实际有噪声信道的最大数据传输速率 Hlog2 1 S N 55 第一章计算机网络基础知识 3 3单工 半双工 全双工通信 按照信息传送的方向与时间的关系 分为三种通信方式 只能有一个方向的通信 而没有反方向的交互 通信的双方都可以发送信息 也可以接收信息 但不能在同一时间发送 通信的双方可以同时发送和接收信息 需要有两条独立的信道 56 本章小结 1 计算机网络的产生和发展 带宽 2 计算机网络基本知识 网络的定义 网络的基本组成 网络的分类 网络的特点 3 数据通信的基础知识 三个阶段 57 课后习题 1 计算机网络最重要的基本特征是什么 完整的计算机网络系统应由那些部分组成 2 广播式通信和点到点通信的特点分别是什么 4 按照分布距离 计算机网络分为几种 每一种使用的通信技术又是那一种 5 计算机网络拓扑结构有哪些 分别适用于哪种网络 请举例说明 6 请解释 信号的带宽 和 信道的带宽 两个概念 7 在有噪声信道上 信道的极限传输速率受 和 的限制 8 请解释单工 半双工 全双工通信的特点 3 什么是资源子网 什么是通信子网 58 第一章计算机网络基础知识 1 计算机网络最重要的基本特征是什么 完整的计算机网络系统应由那些部分组成 答 计算机网络是把一定地理范围内的计算机通过通信线路互连起来 在相应通信协议和网络系统软件的支持下 彼此互相通信并共享资源的系统 此定义的要点 计算机网络中包含了多台具有独立自主功能的计算机 这些计算机之间是相互连接的 计算机在相应的通信协议支持下进行信息交换 资源共享 59 第一章计算机网络基础知识 2 广播式通信和点到点通信的特点分别是什么 答 广播式网络 Broadcastnetworks 采用广播式通信技术的网络称为广播式网络 所有连网的计算机都共享一个公共通信信道 当一台计算机利用共享通道发送报文时 所有其他计算机都会 收到 这个分组消息 广播式网络并不等同于共享式网络 非共享的广播式网络 交换式以太网 只有当计算机发送的是广播分组时 其他计算机才能 听 到 60 第一章计算机网络基础知识 点对点式网络 point to pointnetworks 采用点到点通信技术的网络称为点到点式网络 每一条物理线路连接一对计算机 如果两台计算机之间没有直接相连 它们之间的分组传输就要通过中间结点接收 存储与转发 路由选择 直至目的结点 采取存储转发和路由选择是点到点网络和广播式网络的重要区别之一 61 第一章计算机网络基础知识 3 什么是资源子网 什么是通信子网 答 62 第一章计算机网络基础知识 资源子网功能 提供资源共享所需的硬件软件及数据等资源提供访问计算机网络和处理数据的能力包括 主机系统 大型机 中型机 小型机 工作站或微机终端