第8章+计算机网络.ppt

1 第8章计算机网络 8 1计算机网络概述8 2计算机局域网络8 3Internet8 4Internet应用 2 计算机网络的定义及功能 定义 所谓计算机网络 就是把地理上分散的 具有独立功能的多个计算机系统 用通讯设备和线路互相连接 并配以相应的网络软件 以实现数据通信和资源共享的系统 功能 数据传送和通信 提高计算机的可靠性与可用性 均衡各计算机的负担 3 8 1 2计算机网络的发展 1 第一代计算机网络以主机为中心的联机终端网络联机终端网络与多处理机网络相比较有如下缺点 主机负荷较重 既要承担通信工作 又要承担数据处理 主机的效率低 通信线路的利用率低 尤其在远距离时 分散的终端都要单独占用一条通信线路 费用贵 解决的方法是在终端聚集的地方采用远程线路集中器 以降低通信费用 这种结构属集中控制方式 可靠性低 4 第一代网络 5 第二代计算机网络 计算机 计算机网络 这一阶段是在20世纪的60 70年代之间 这一阶段是以通信子网为中心 通过公用通信子网实现计算机之间的通信 典型代表 ARPAnet以通信子网为中心 实现了 计算机 计算机 的通信 采用 存储转发 机制 大大提高了通信线路的利用率将网络划分为通信子网和资源子网 设计与实现都相对容易缺点 网络的标准不统一 同一网络中的计算机必须是相同类型的 ARPANET的出现 为网络标准化建设打下了坚实的基础 返回 6 第二代 计算机 计算机网络 7 第三代计算机网络 开放式标准化网络 返回 从20世纪80年代开始进入了计算机网络的标准化时代 典型代表 Internet网络技术标准化的要求更为迫切 制定出计算机网络体系结构OSI参考模型随着Internet的发展 TCP IP协议族的广泛应用 局域网的全面发展 所谓 开放 即网络的体系结构是公开的 免费使用的 统一的 8 现代计算机网络示意图 9 第四代计算机网络 宽带化 综合化 数字化网络 返回 进入20世纪90年代后 计算机网络开始向宽带化 综合化 数字化方向发展 目前计算机网络正处于第4个发展阶段 这是一个智能化 全球化 高速化 个性化的网络时代 10 Internet示意图 11 8 1 3计算机网络的功能 1 资源共享数据通信分布式处理提高计算机的可靠性和稳定性 12 8 1 4计算机网络组成 计算机网络主要由通信子网和资源子网组成 13 资源子网 由主机 终端 连网外设各种软件资源和信息资源组成 主机 提供接入服务 信息服务的计算机 早期主要由大型机 中型机 小型机承担 现在也用高档微机 终端 是用户访问网络的计算机 软件 数据 14 通信子网 由通信处理机 通信线路 通信设备组成 通信处理机 IMP 如路由器 交换机等 一方面作为与资源子网的主机 终端连接的接口 另一方面作为通信子网中的分组存储转发结点 通信线路 连接主机 通信处理机 为它们之间传输数据提供通道 15 计算机网络协议和体系结构 1 网络协议定义 是为进行网络中数据交换而建立的规则 标准或约定 一个网络协议主要由3个要素组成 1 语法 数据与控制信息的结构或格式 即 怎么讲 2 语义 控制信息的含义 需要做出的动作及响应 即 讲什么 3 时序 规定了操作的执行顺序 即 什么时候讲 16 3 网络体系结构 OSI和TCP IP参考模型 1 OSI参考模型OSI OpenSystemInterconnection 开放系统互连 参考模型分为七层 1984年由ISO所公布 如图所示 各层功能简述如下 7 应用层 6 表示层 5 会话层 4 传输层 3 网络层 2 数据链路层 1 物理层 17 18 物理层 Physical 实现在物理媒体上透明地传送原始比特流 定义了激活 维护和关闭终端用户之间机械的 电气的 过程的和功能的特性机械特性 物理连接器的尺寸 形状 规格电气特性 信号电平 脉冲宽度 频率 数据传送速率 最大传送距离等功能特性 接口引脚的功能作用过程特性 信号时序 应答关系 操作过程 返回 19 数据链路层 DataLink 把从物理层来的原始数据打包成帧 负责帧在计算机之间的无差错传递 使相邻结点间的链路对网络层呈现为一条无差错的链路帧是放置数据的 逻辑的 结构化的包 所关心的问题包括 物理地址 链路维护 组帧 把数据封装在帧中 按顺序传送 定界与同步 产生 识别帧边界 差错恢复 采用重传 ARQ 的方法 流量控制 收发双方传输速率的匹配 典型协议 多路访问控制协议 MAC MultipleAccessControlprotocol 返回 20 网络层 负责网络中两主机间的数据交换 由于通信的两台计算机间可能要经过许多个节点 也可能经过多个通信子网 故网络层的任务是 选择合适的路径将信息送到目的站 这就是所谓的路由选择 进行流量控制 以防止网络拥塞引起的网络功能下降 网络层传输的信息以报文分组为单位 网络层协议最著名的协议是国际电报电话咨询委员会CCITT的X 25协议 对应OSI的下三层 相当于ISO8473 8348标准 提供数据报和虚电路两种类型的接口 21 传输层 Transport 传输层是资源子网和通信子网的接口层 进行数据分段并组装成报文流 传输单位为 报文提供端到端的服务提供 面向连接 虚电路 和 无连接 数据报 两种服务 传输差错校验与恢复 22 会话层 Session 对不同开放系统中两个进程间通信的过程进行管理和协调不参与数据传输 主要进行对话的管理表示层 Presentation 向应用进程提供资料表示 如信息编码 数据转换 数据压缩与恢复等 返回 23 应用层 Application 为用户的应用进程提供网络通信服务识别并证实目的通信方的可用性使协同工作的应用程序之间实现同步判断是否为通信过程申请了足够的资源处理被传送数据的表示问题 即信息的语义 应用层协议的例子 远程登录协议Telnet 文件传输协议FTP 超文本传输协议HTTP 域名服务DNS 简单邮件传输协议SMTP 邮局协议POP3等 24 2 TCP IP参考模型 图4 5OSI参考模型和TCP IP参考模型的对比 25 TCP IP参考模型所定义的5个层次如下 1 应用层 2 传输层 3 网络层 4 数据链路层和物理层1 26 数据的封装和拆封的过程 3 数据封装 27 8 1 5计算机网络分类 1 按网络覆盖范围分类按照连网的计算机之间的距离和网络覆盖地域范围的不同 网络可分为以下几种类型 1 局域网 LocalAreaNetwork LAN 2 广域网 WideAreaNetwork WAN 3 城域网 MetropolitanAreaNetwork MAN 28 传输距离有限 一般在10公里以内传输速率高 可达10Mbps以上误码率低一般用专线连接 局域网 LAN LocalAreaNetwork 29 用于连接几十公里内的企业 机关的局域网介于局域网与广域网之间 城域网 MAN MetropolitanAreaNetwork 30 广域网 WAN WideAreaNetwork 传输距离广 一般在几十公里以上 覆盖一个地区 国家 甚至是整个世界 Internet是其典型代表传输速率相对较低一般租用公共通信线路广域网主要采用分组交换技术 返回 31 因特网 Internet 也称为互联网 分布在世界各地 是一个规模空前的超级计算机网络 32 1 星型网 2 总线型网 3 环型网 4 网状型网 5 树型网 2 按拓扑结构分类 33 网络的分类 按拓扑结构分 计算机网络的几种拓扑结构 34 总线型网络拓扑结构 总线型拓扑 采用一条公共总线作为通信线路 所有工作站都共用这条通信线路 优点 1 不需中间的连接设备 成本低 2 节约电缆 缺点 1 网络稳定性较差 当某一接头接触不良时会影响网络的通信 2 排除故障比较困难 3 仅适合连接较少的计算机 35 星型网络拓扑结构 缺点 1 过分依赖中央节点 一旦中央节点出现故障即会造成全网瘫痪 2 线路总长过长 成本高 36 环型网络拓扑结构 工作站 工作站 工作站 工作站 工作站 工作站 37 树型网络拓扑结构 工作站 工作站 工作站 工作站 38 网型网络拓扑结构 工作站 工作站 工作站 工作站 工作站 工作站 39 混合型网络拓扑结构 40 网络中的硬件设备 1 网卡计算机主要通过网卡接入局域网络 网卡除了起到物理接口作用外 还有控制数据传送 数据打包 解包 的功能 41 USB接口的无线网卡 42 网络中的硬件设备 2 传输介质 用于连接网络中的各节点同轴电缆 双绞线 光纤 无线 43 44 网络中的硬件设备 3 中继设备 包括集线器 交换机 路由器等 交换机示意图 45 8 1 7网络操作系统 网络操作系统 是网络系统软件的主体 其功能为处理网络请求 分配网络资源 提供用户服务等 常用的网络操作系统有Unix WindowsNT Windows2000Server Windows2003Server Netware NOVELL公司 Linux 开源软件 等 网络协议 是为进行网络中数据交换而建立的规则 标准或约定 46 XP的网络功能 网卡的禁用与启动局域网的连接与设置配置TCP IP协议设置共享资源打印机的共享与使用 47 8 2Internet基础 Internet是由美国国防部所资助的ARPANET网络发展而来 它也被称为国际互联网或因特网 Internet使用的通信协议是TCP IP 48 8 2 1Internet概述 Internet是由成千上万的不同类型 不同规模的计算机网络和成千上万个共同工作 共享信息的计算设备组成的世界范围的巨大的计算机网络 Internet的拓扑结构是一种松散的层次结构 从信息服务的角度看 Internet又是一个世界规模的巨大的信息和服务资源网络 因为它能够为每一个入网的用户提供有价值的信息和其他相关的服务 49 Internet数据传输 将Internet中大大小小 各种各样网络连接在一起的 粘结剂 是称为TCP IP的网络通信协议 这个协议使得各种各样不同类型的网络和计算机都能连入Internet 互通信息 TCP IP是一个协议簇 它本身是一组通信协议的代名词 常用的协议如图所示 TCP IP这个名字就是来自于这组通信协议中最重要的两个协议 TCP和IP TCP IP组成了Internet世界的通用语言 连入Internet的每一台计算机都能理解这个协议 并且依据它来与Internet中的其他计算机进行通信 50 图TCP IP协议簇常用协议 51 8 2 3IP地址 IP地址就是给每个连接在Internet上的主机分配的一个在全世界范围内惟一的标识符 相当于通信时每个计算机的名字 目前在Internet上使用的IP地址主要采用的是IPv4 即第4代版本 IP地址又是一种层次性的地址 分为网络地址和主机地址两个部分 52 IP地址分为5类 A类 B类 C类 D类和E类 其中A B C类地址是主类地址 D类地址为组播 Multicast 地址 E类地址保留给将来使用 如图所示 2 IP地址的分类 net id24bit host id24bit net id16bit net id8bit IP地址中的网络号字段和主机号字段 0 A类地址 host id16bit B类地址 C类地址 0 1 1 D类地址 1110 多播地址 E类地址 保留为今后使用 1111 0 1 net id24bit host id24bit net id16bit net id8bit IP地址中的网络号字段和主机号字段 0 A类地址 host id16bit B类地址 C类地址 0 1 1 D类地址 1110 多播地址 E类地址 保留为今后使用 1111 0 1 A类地址的网络号字段net id为1字节 而主机号为3个字节 net id24bit host id24bit net id16bit net id8bit IP地址中的网络号字段和主机号字段 0 A类地址 host id16bit B类地址 C类地址 0 1 1 D类地址 1110 多播地址 E类地址 保留为今后使用 1111 0 1 B类地址的网络号字段net id为2字节 而主机号为2个字节 net id24bit host id24bit net id16bit net id8bit IP地址中的网络号字段和主机号字段 0 A类地址 host id16bit B类地址 C类地址 0 1 1 D类地址 1110 多播地址 E类地址 保留为今后使用 1111 0 1 C类地址的网络号字段net id为3字节 而主机号为1个字节 net id24bit host id24bit net id16bit net id8bit IP地址中的网络号字段和主机号字段 0 A类地址 host id16bit B类地址 C类地址 0 1 1 D类地址 1110 多播地址 E类地址 保留为今后使用 1111 0 1 D类地址是多播地址 net id24bit host id24bit net id16bit net id8bit IP地址中的网络号字段和主机号字段 0 A类地址 host id16bit B类地址 C类地址 0 1 1 D类地址 1110 多播地址 E类地址 保留为今后使用 1111 0 1 E类地址保留为今后使用 59 点分十进制记法 采用点分十进制记法则进一步提高可读性 128 11 3 31 12811331 将每8bit的二进制数转换为十进制数 60 常用的三种类别的IP地址 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A126 27 2 112616 777 214B16 384 214 128 0191 25565 534C2 097 152 221 192 0 0223 255 255254 注 网络号和主机号不能全为0或全为1 转化为二进制 61 3 特殊的IP地址 网络地址 主机地址部分为0 表示其为一个网络地址 如202 115 176 0广播地址 主机地址部分为255 二进制全为1 表示其为广播地址 即该网络中的所有的计算机 如202 115 176 255 62 在TCP IP中是通过子网掩码来表明本网是如何划分子网的 子网掩码也是一个32位二进制数 用圆点分隔成4段 其标识方法是 将IP地址中网络和子网部分用二进制数1表示 主机部分用二进制数0表示 A B C三类IP地址的缺省子网掩码如下 A类 255 0 0 0B类 255 255 0 0C类 255 255 255 0 4 子网掩码 63 缺省网关地址 缺省网关地址指定了本地子网中路由器的IP地址 当一个路由器用于连接两个不同的网络时 它有两个网络接口和两个IP地址 如图4 16所示 子网X上的计算机的缺省网关地址配置必须和路由器上连接到子网X的接口的IP地址 192 75 6 1 匹配 子网Y的计算机的缺省网关地址配置也必须和路由器上连接到子网Y的接口的IP地址 192 75 8 1 匹配 64 图缺省网关地址的配置 65 IPv6 IPv6是下一版本的Internet协议 它的提出最初是因为随着Internet的迅速发展 IPv4定义的有限地址空间将被耗尽 地址空间的不足必将影响Internet的进一步发展 为了扩大地址空间 通过IPv6重新定义地址空间 16个字节 IPv6相对于现在的IP 即IPv4 有如下特点 扩展的寻址能力 简化的报头格式 对扩展报头和选项支持的改进 标识流的能力 认证和加密能力 66 主机名 子域名 子域名 最高层域名如 一般来讲 域名的最左端是主机名 从左到右层次越来越高 最高层域名一般为该主机所在国名或所属性质 如 cn 中国 uk 英国 gov 政府 com 商业 edu 教育 net 网络 ORG 非赢利机构组织 等 8 2 4域名系统 虽然计算机的地址在网络中是以IP地址的形式存在的 但一般人要记住世界上为数众多的IP地址 却是一件不可能的事情 因此 Internet的设计者们又发明了一种用符号来表示各个主机的方法 称为域名系统 DomainNameSystem 简称DNS 域名的组成如下 67 68 以机构区分的顶级域名 另一种是通用的国际域名 这类域名原来有com edu gov int mil net和org七个 1997年又新增了7个 一般来说 大型的或有国际业务的公司或机构的顶级域名不使用国家或地区代码 而使用表示机构性质的国际域名 69 8 2 5Internet接入技术 接入Internet是指用户采用什么设备 采用什么通信网络或者线路接入Internet的服务提供者 ISP InternetServiceProvider 下面介绍几种常用的接入方式 1 使用调制解调器入网 早期 Internet服务商 70 综合业务数字网 IntegratedServiceDigitalNetwork ISDN 是通过对电话网进行数字化改造 可将电话 传真和数字通信等业务全部通过数字化的方式传输的网络 ISDN具有连接速率高 通信费用低 与电话通信类似 上网和打电话可以同时进行等优点 国外采用这种方式接入Internet非常广泛 通过ISDN接入Internet的速率可达128kbit s 非对称数字用户线 AsymmetricDigitalSubscriberLine ADSL 是20世纪末开始出现的宽带接入技术 目前已经获得广泛应用 ADSL在概念上类似于拨号接入 也是运行在现存的双绞线电话线上 但是采用了一种新的调制解调技术 使得下行速率可以达到8Mbit s 从ISP到用户 上行速率接近1Mbit s 2 通过ISDN ADSL专线入网 71 以局域网方式入网即用路由器将本地计算机局域网作为一个子网连接到Internet上 使得局域网中的所有计算机都能够访问Internet 这种连接的本地传输速率可达10Mbit s 100Mbit s 但访问Internet的速率要受到局域网出口 路由器 的速率和同时访问Internet的用户数量的影响 这种入网方式适用于用户数较多并且较为集中的情况 3 以局域网方式入网 72 4 以DDN DigitalDataNetwork 数字数据网 X 25和帧中继等专线方式入网5 以无线方式入网 73 图无线入网示意图 74 8 2 6网络中的常用术语 浏览器 如IE NetScape等主页 即首页 其实是HTML 超文本标记语言 编写的文本服务器 为网络提供共享资源或专门服务的计算机系统客户机 联入网络的计算机 能够使用网络上的由服务器提供的各种资源网络协议 是为进行网络中数据交换而建立的规则 标准或约定 如TCP IP协议HTTP协议 超文本传输协议 主要用于客户机向服务器传送请求及服务器回传网页HTML 超文本标记语言统一资源定位器URL UniformResourceLocator URL 是WWW中用来寻找资源地址的办法 75 8 2 7I