浅谈计算机网络.ppt

介绍 计算机网络对于初学者是比较枯燥的 并且吃力 通过自己的亲身体验 我深有感触 决心设计一个简单易懂的PPT以帮助学习 该PPT从互联网的各种应用着手 介绍几种常见应用及其区别的同时 还会介绍看不见的各层的简单原理供大家参考 另制作该PPT时主要依据的是谢希仁先生 计算机网络 第5版 浅谈计算机网络 在讨论计算机网络的应用之前先把几个概念区分一下 计算机网络的定义 计算机网络是一个系统 利用通信设备将地理位置不同 功能独立的计算机连接起来 通过一定的手段实现各计算机之间的数据传输和资源共享 互联网 因特网 其他专用网 互联网就是指广义的计算机网络 它包括因特网 因特网是互联网的一种 我们平常所说的上网就是指基于因特网的万维网 这个PPT所讲述的各种应用都是基于因特网的 万维网 万维网用户一般使用浏览器 如IE 进行资源操作 它是因特网的一种应用 但由于因特网的其他应用绝大部分都可以在浏览器上进行 我们就把万维网当成因特网了 计算机网络是一门学科 它的最终目的是为人类的资源共享服务 它研究的是实现这个目的的各种原理 以太网 以太网是一种局域网 不用接入因特网就可以进行通信 只要一些传输设备如网线 交换机就行了 因特网应用图示 以上蓝色部分可点击链接 几个地址 IP地址 IP地址用来标识一台主机的逻辑地址 全球唯一 计算机传输数据时用IP地址找到目的主机和标记本机 可以更改 物理地址 MAC地址 在网络适配器 网卡 上写入的全球唯一的地址 不能更改 是标记本机的物理地址 与IP地址配合使用 完成数据传输链路的连接 端口 两台主机之间的通信实际上是主机上应用程序进程之间的通信 虽然IP地址和MAC地址能使两台主机传输数据 但无法找到主机上的应用程序 因此就产生了端口的概念 端口就像地址一样标记进程的种类 用端口号来表示 如万维网进程的端口号为80 端口是软件规定的 不同于接口 一般意义的接口为硬件接口 其他概念 层 计算机为了进行互联网上的应用 要对传输的数据进行各种操作 调制 解调 正确传输等 加上操作数据的设备 主机 链路 路由器等 为了这些操作的简单 就把整个传输系统分层 各层各有分工 不会相互干涉 既独立又简便 国际标准化组织ISO发布过OSI RM七层模型 但复杂而不实用 现在广泛使用的是TCP IP五层模型 从上到下分别是 应用层 运输层 网络层 数据链路层和物理层 协议 各层完成的工作不同 所使用的方法也不同 要使它们达到分层简化工作的目的 各层必须有不同的规则来约束工作方法 这些规则统成为协议 TCP和IP协议是网络系统的两个最重要的协议 因此 五层体系模型即以TCP IP协议族命名 服务 各层处理数据时 就像生产流水线一样加工数据 实际上处理数据的是各种协议 下层的协议完成本层的工作后 把数据交给上一层 以满足上层协议的规则 这就是服务 服务是协议提供的 既完成本层任务 又使上层更简便地工作 不用关心下层的操作而只关心本层的任务 这叫做透明 即上层只知道有数据 而不知道内容 下面简要介绍一下五层模型及其工作方式 TCP IP五层模型 主机 路由器 主机 主机上的进程 连接进程 建立网络逻辑连接 在结点间处理数据 传输比特流 说明 应用层为进程服务 如IE浏览器的使用 运输层向进程的通信提供服 通过TCP或UDP报文建立进程的连接 网络层通过IP地址来标记主机在网络上的逻辑位置 用路由器建立逻辑与物理连接 通过路由器转发报文 链路层处理实际的物理连接 网络层只负责发送比特流而不管其具体内容 实现透明传送 主机间的通信 接下来要描述主机之间通信的过程 主机上正在运行的程序叫进程 主机之间的通信实际是进程之间的通信 假设一台主机要向另一台主机发送一些数据 它们之间要进行连接才能通信 由于因特网是互联网最大的应用 所以我们要讨论基于因特网的主机通信 主机间的通信 主机上的进程首先要确定在运输层是进行TCP还是UDP连接 TCP提供可靠的 面向连接的传输方式 而UDP不提供可靠的传输 只尽最大努力交付 它们是两种协议 规定使用套接字进行进程的通信 只工作在主机上 当使用UDP报文时 不必建立连接 直接将数据向目的主机发送 把目的IP地址和端口号等数据的信息放在首部 加上要传输的数据 应用层的数据 就构成了UDP报文 UDP没有太多的数据控制 所以是不可靠的 主机间的通信 如果使用TCP报文 先向目的主机发送连接请求 等到目的主机返回确认后才能进行数据传送 TCP使用套接字连接进程 其格式是socket IP地址 端口号 TCP连接 socket1 socket2 IP1 port1 IP2 port2 同样是加上首部和数据部分构成TCP报文 但其首部比UDP要复杂 TCP要实现可靠传输 必须进行更复杂的操作 如使用停止等待协议 连续ARQ和滑动窗口协议 进行差错 流量和拥塞控制 在完成传输后还要释放连接 主机间的通信 运输层将TCP或UDP报文交给下面的网络层 成为IP数据报的数据 再加上IP的首部构成IP数据报 IP数据报向下交给数据链路层 再如上封装成MAC帧 再交给最下层的物理层 将MAC帧转化为比特流在实际的因特网连接中传输 到达目的主机后再层层剥离 直到得到源主机发送的应用层数据 这样就完成了通信 物理层 数据在传输过程中必须要经过一些设备才能很好地传输 如物理层要用到传输线 调制解调器 中继器 卫星等 下面是一些物理层的设备 双绞线 交叉线 物理层 光缆 超五类网线 同轴电缆 它们都可以传输数据 现在最常用的是双绞线和光 双绞线就是网线 不同类别的性能不同 又分为交叉线和直通线光纤由于传输速度快 带宽 频率范围 不是网络带宽 大 易于铺设 超低损耗等多处优 被制成光缆使用 物理层还需要调制解调器 俗称 猫 进行数字信号和模拟信号 电信号 的编码译码转换 完成数据的传输 数据链路层 数据链路不同于链路 是对数据的传输控制 以帧为传输单元 主要实现3个功能 封装成帧 透明传输 差错检测 封装成帧就是将IP数据报加上首部和尾部 形成有边界的帧 且容易区分边界 帧的数据部分的一些内容和首尾部有可能是相同的 这样就把帧错误地分割开了 解决这个问题就是实现透明传输 链路层一般通过一种循环冗余检验CRC实现差错检测 数据链路层 数据链路层使用点对点和广播两种信道 分别使用PPP协议和CSMA CD协议 它们都应用于一种局域网 以太网 PPP协议使用的是PPP帧 广播信道使用的是MAC帧 现在广泛使用的PPPoE 在Internet选项的连接属性中 宽带上网就是运行在以太网上的PPP 下面讲述一下PPP上网的原理 数据链路层 首先用户要拥有宽带账号 进行连接拨号 通过 猫 向路由器发出信号以便接入因特网服务供应商 然后发送一些分组建立物理链路连接 通过鉴别成功后就给用户分配一个临时IP地址 用户就可以上网了 当用户断开网络时 就收回IP地址 断开链路连接 释放物理层的连接 数据链路层 以太网需要一些设备才能进行通信 首先是网络适配器 简单意义上称 网卡 它上面有固化的全球唯一的硬件地址或MAC地址 能和IP地址匹配 实现通信 广播信道还要使用集线器 工作在物理层 使用集线器可以使局域网内各主机互相通信 集线器 数据链路层 局域网的传输距离较短 要想扩大距离和加快传输速度 往往使用网桥和交换机 交换机是网桥的一种 可以用来实现虚拟局域网 即通过人工配置将各主机放在配置的各个局域网内 而不管实际的物理连接 注意无线局域网和因特网不一样 无线局域网一般利用笔记本在几米几十米内发射电磁波完成简单通信 无线网桥 数据链路层 目前的交换机已达到10G比特的传输速度了 具有很多优点 大部分网吧里也有交换机 交换机 华为交换机 48口以太网交换机 网络层 网络层主要进行IP地址的管理 分组或报文在因特网上的传播控制 以达到更好地为人类服务的目的 IP地址是全球唯一的 但通信的主机并不知道IP地址 只知道硬件地址 这就需要两个地址间的转换 使用的是地址解析协议ARP和逆地址解析协议RARP 当网络层收到一个上面来的分组时 根据目的IP地址在其ARP高速缓存中查找目的主机的硬件地址 如果找到就把IP数据报封装成MAC帧继续往下传送 网络层 如果找不到就在本网内广播发送一个ARP请求 主要内容是要找目的IP地址的硬件地址 每个主机都能收到该请求 然后检查 如果符合就返回一个ARP响应 然后源主机将这种映射写入高速缓存 就实现了通信 如果在本局域网内还找不到 就要通过路由器进行更大范围的查找了 这种查找对用户并不可见 网络层 路由器是一种计算机 它有自己的路由表 对应的是 目的网络地址 下一跳地址 这样就能在因特网中传播了 它使用几种协议与算法能够实现最优的传输 时间最短或者距离最短 或者兼而有之 通过路由器还可以将一些网络分层内网和外网 内网要使用网络地址转换NAT保证IP地址的全球唯一 路由器 现用的IP地址由32个二进制数字0 1组成 分为4段 为了方便书写 就化为十进制数字 如 二进制 100011001000011100100100000011000十进制 141 14 72 24十进制的数字虽然易写 但不易记 比如当你上网要进入百度时 你不会写百度的十进制IP地址 而会在地址栏打入 这就是域名 域名是全球唯一的 与IP地址对应 域名系统由ICNAA管理 通过域名服务器来使用 下面要介绍因特网的一些常见的应用 在这之前要了解以下内容 以方便理解 应用层的各种应用都是基于协议的 下面就以协议来介绍各种应用 FTP文件传送协议 FTP使用客户服务器 C S 方式 有两大类 复制整个文件 联机访问 提供交互式访问 即双方都可以进行文件操作 复制文件有两种 分别是基于TCP的FTP和基于UDP的TFTP 下面是其原理 点击返回到因特网图示 用户界面 控制进程 数据传送进程 控制进程 数据传送进程 FTP客户端 FTP服务器端 TCP控制连接 TCP数据连接 主进程 因特网 打开熟知端口 使客户进程能连接 等待客户发出连接请求 向服务器发送连接请求 连接请求 创建数据传送进程和数据连接 向数据库取出请求的文件 通过数据传送进程将文件传送到客户 接收完毕 断开数据连接 这是基于TCP的FTP 进程之间通过TCP报文连接 传输数据 但它们不是直接连接 还要通过前面讲的几层达到真正的物理连接 用户控制发送请求 服务器控制进程建立数据传送进程连接 并发送数据 发送完数据进程关闭 控制进程继续连接 主进程回到等待状态 控制进程数据进程使用的端口号不一样 所以不会相互干扰 重放 FTP文件传送协议 远程终端协议TELNET TELNET使用C S方式 通过TCP连接登陆到远地的另一个主机上 TELNET能将用户的操作传到远地主机 也能将远地主机的输出返回给用户 为了适应多种计算机和操作系统的不同 产生了一个网络虚拟终端NVT的定义 客户或服务器都将操作和数据转为NVT格式在因特网上传送 收到数据后 再将NVT格式转换为本系统所需格式 客户端 TCP连接 服务器端 因特网 使用客户端格式 使用服务器端格式 使用NVT格式 点击返回到因特网图示 万维网www是一个分布式的超媒体系统 其文档包含图片 声音 视频 动画等内容 依靠超链接获取信息 工作方式是C S 一般的客户端都是浏览器 客户程序向服务器发出请求 服务器返回请求的文档 使用统一资源定位符URL唯一标识文档 一般遵循超文本传送协议HTTP 使用超文本标记语言HTML 点击返回到因特网图示 URL的格式如下 使用HTTP协议时 其格式是http 默认端口为80 可省略 如果路径也省略则表示主页 如http 将链接到百度主页 点击返回到因特网图示 下面以访问新浪nba来介绍用户上网的原理 介绍之前先说一下搜索引擎 如果你知道新浪nba的URL 点击返回到因特网图示 搜索引擎分为全文检索和分类目录两类 全文检索最有名的是google 它搜集的网页数量超过80亿 图片超过10亿 中国的有百度 它先用搜索软件到各网站收集信息 然后建立一个很大的在线数据库 用户输入关键字向数据库查询 数据库要定期更新维护 google搜索引擎性能优良 因为它使用了先进的软硬件 Google创始人通过数学方法对各网站链接的页面进行排名 Google还要进行超文本匹配分析 以确定哪些网页与当前搜索有关 这样就把最相关 最直接的搜索结果放在首位供用户查询 分类目录搜索引擎不采集网站信息 而是利用各网站向搜索引擎提交的信息 经过人工编辑后 输入到分类的数据库中 供用户查询 查询时不需要关键词 按照分类逐层进行查询 查询较为准确 但往往是被收录的网站主页的URL 著名的有雅虎 国内有雅虎中国 新浪 搜狐 网易等 点击返回到因特网图示 访问新浪nba 用户首先要将本机接入到因特网 这时就自动获得本机IP地址 打开浏览器 使用百度搜索引擎 输入 新浪 接着就会出现全文检索的结果 点击 新浪首页 的链接 要发生以下事件 1 浏览器分析链接URL htttp 2 浏览器向DNS域名系统请求解析该URL的IP地址 点击返回到因特网图示 3 DNS解析出就近的服务器IP地址 4 浏览器与服务器建立TCP连接 服务器进程监听TCP的80端口 当浏览器向它发出连接请求时 它返回TCP报文确认连接 5 服务器返回客户请求 浏览器显示新浪主页 断开TCP连接 6 在主页中点击nba链接进入新浪nba 其域名为 点击返回到因特网图示 说明 1 TCP报文的传送还要经过应用层下面的几层到达目的地 2 一个网站可能有几个服务器 不同的服务器有不同的IP地址 3 TCP报文封装的是http报文 然后向下层逐层封装 到达服务器后再恢复 根据协议读取数据 完成通信 点击返回到因特网图示 为了加快文档传输的时间开销 最新的协议使用持续连接 即保持TCP连接一段时间 如果还要通信就可以使用该连接 并且使用流水线方式工作 即客户不必等到请求的报文达到后再发送另一个请求 可以直接发送多个请求 这样减少了连接中的空闲时间 提高了下载文档的效率 点击返回到因特网图示 当某一多用户网络要和因特网进行通信时 可以使用代理服务器 代理服务器保存访问过的文档 当新请求与暂存的请求相同时 直接返回给用户 如果没有保存 则代理服务器向因特网发送请求 把返回结果返回给用户并保存在自己的本地存储器中 例如校园网可以使用代理服务器 使通信量大大减少 减小了访问因特网的时延 点击返回到因特网图示 电子邮件是基于因特网的一种C S方式的应用 一般包含收发件人用户代理和收发方邮件服务器 使用SMTP和POP3 IMAP协议 基于万维网的邮件还使用HTTP协议和MIME 用户代理是收发件人的应用程序 著名的有微软的outlookexpress和中国的foxmail 基于万维网的邮件使用浏览器发送 读取 如qq邮箱 SMTP是简单邮件传送协议 POP3和IMAP是邮件读取协议 下面分别介绍 用户代理应至少具有以下四个功能 撰写 显示 处理 通信 撰写给用户提供的编辑环境 能方便地创建通信录和提取对方地址等 处理包含阅读后删除 存盘 打印 回复 转发 分类等 通信即是发送和接收邮件 点击发送和读取按钮 点击返回到因特网图示 因特网上提供了很多邮件服务器 它们24小时工作 都可以作为发送和接受服务器 一般使用两种协议SMTP和POP3 它们使用TCP连接保证可靠传输 邮件传送时要进行以下工作 1 发件人用用户代理编写邮件 2 点击发送 用户代理充当SMTP客户 发送方邮件服务器充当SMTP服务器 点击返回到因特网图示 3 发送服务器把邮件放到缓存队列中等待发送到接收方邮件服务器 4 发送方服务器和接收方服务器建立TCP连接 根据接收方地址找到接收方服务器 而邮件不会在因特网中某个服务器停留 5 接收方接到邮件 放到接收方邮箱中 6 收件人打开用户代理 读取邮件 点击返回到因特网图示 邮件地址格式 邮箱名 域名 表示at 在 如 1sss4 对于用户来说 看到的只是编写 发送 读取 用户读取邮件使用的是POP3或IMAP协议 下面是其原理图 点击返回到因特网图示 SMTP客户 SMTP服务器 SMTP客户 POP3客户 POP3服务器 SMTP服务器 TCP连接 发送邮件 TCP连接 TCP连接 发送邮件 发件人用户代理 收件人用户代理 接收方邮件服务器 发送方邮件服务器 点击返回到因特网图示 发送方 用户代理 邮件缓存 发送方邮件服务器 接收方邮件服务器 用户代理 用户邮箱 接收方 发送邮件 SMTP 发送邮件 SMTP 接收邮件 POP3 下面将一下基于万维网浏览器的qq邮件 假设用自己的qq邮箱给一个网易的邮箱发送邮件 登陆qq邮箱时就和邮箱服务器建立了TCP连接 首先要撰写邮件内容 并填写邮箱地址 点击发送 浏览器不是使用SMTP而是HT