大学计算机基础网络基础和网络应用PPT课件.ppt

大学计算机基础 计算机网络基础和应用 1 计算机网络基础知识 1 计算机网络的概念2 计算机网络的组成3 计算机网络的拓扑结构4 计算机网络的功能5 计算机网络分类6 网络体系结构与网络协议 2 1 1计算机网络的概念 从不同的角度对计算机网络有不同的理解 按照资源共享的观点 可以将计算机网络定义为 用通信设备和传输介质将地理上分散的多台独立计算机连接起来 并在网络通信协议的控制和网络软件的管理下实现信息传递和资源共享的系统 3 计算机网络主要由多个计算机及通信设备构成 下面介绍其物理设备 各种类型的计算机 网络中的某些计算机被称为服务器 是网络的核心 与服务器相对应 其他的网络计算机被称作网络工作站 简称工作站 一些场合下也许被称为客户机 网络适配器 网络适配器俗称网卡 是通信网络与计算机相连的接口 网络传输介质 同轴电缆 光导纤维及无线通信等 共享的外部设备 共享的外部设备指连接在网络中的一台计算机 一般为服务器 上的供整个网络使用的外部硬件设备 如打印机 绘图仪等 局部网络通信设备 网卡和传输介质将多台计算机连接起来后 通常网络中还需要用到其他一些专用的通信设备 网络互联设备 将电话线与计算机连接的调制解调器 将光纤与计算机连接的光调制解调器等 都属于网络互联设备 1 2计算机网络的组成 a 网卡 4 网络服务器 为网络用户管理 分配各种软硬件资源提供文件管理功能提供各种Internet信息服务提供各种网络应用服务提供网络管理功能 监控网络运行情况 对网络进行性能管理 失效管理 配置管理 设备管理等 5 网络客户机 网络客户机 使用网络服务器所提供服务的计算机网络客户机的主要作用是为网络用户提供一个访问网络服务器 共享网络资源 与网上的其他结点交流信息的操作台和前端窗口 使用户能够在网上工作 6 网络通信协议 为了使网络中的计算机之间做到有条不紊地交换数据 必须遵守一些事先约定好的规则 这些规则明确地规定了所交换数据的格式和时序 这些为网络数据交换而制定的关于信息顺序 信息格式和信息内容的规则 约定与标准被称为网络通信协议 Protocol 7 网络软件 网络系统软件 控制和管理网络运行 提供网络通信和网络资源分配与共享功能的网络软件 包括网络操作系统 为了对网络用户共享网络资源 实现通信 对网络资源和用户通信过程进行有效管理的软件系统 网络应用软件 为某一个应用目的而开发的网络软件 它为用户提供一些实际的应用 网络应用软件既可用于管理和维护网络本身 也可用于某一个业务领域 8 通过一根传输线路将网络中的所有节点连接起来 这根线路称为总线 优点 费用低 布线要求简单 扩充容易 端用户失效 增删不影响全网工作缺点 一次仅能一个端用户发送数据 其它端用户必须等待到获得发送权 1 3网络的拓扑结构 总线型 9 每个节点均以一条单独的线路与中央节点相连 呈辐射状排列在中央节点周围 网络中任意两个节点的通信都要通过中央节点转接 优点 便于集中控制 各节点间相互独立 端用户设备因为故障而停机时不会影响其它端用户间的通信缺点 中心系统必须具有极高的可靠性 因为中心系统一旦损坏 整个系统便趋于瘫痪 对此中心系统通常采用双机热备份 以提高系统的可靠性 1 3网络的拓扑结构 星型 中央节点 10 各个节点首尾相连形成一个闭合的环 环中数据沿着一个方向绕环逐站传输 优点 每个节点地位平等 消除了端用户通信时对中心系统的依赖性缺点 传输距离长 任意一个节点或一条线路出问题将导致整个网络瘫痪为克服这种网络拓扑结构的脆弱 每个端点除与一个环相连外 还连接到备用环上 当主环故障时 自动转到备用环上 1 3网络的拓扑结构 环型 11 资源共享 网络上的计算机彼此之间可以实现资源共享 包括硬件 软件和数据 远程传输 计算机应用的发展 已经从科学计算到数据处理 从单机到网络 分布在很远位置的用户可以互相传输数据信息 互相交流 协同工作 集中管理 计算机网络技术的发展和应用 已使得现代的办公手段 经营管理等发生了变化 目前 已经有了许多MIS系统 OA系统等 通过这些系统可以实现日常工作的集中管理 提高工作效率 增加经济效益 实现分布式处理 网络技术的发展 使得分布式计算成为可能 对于大型的课题 可以分为许许多多的小题目 由不同的计算机分别完成 然后再集中起来 解决问题 负荷均衡 负荷均衡是指工作被均匀地分配给网络上的各台计算机系统 网络控制中心负责分配和检测 当某台计算机负荷过重时 系统会自动转移负荷到较轻的计算机系统去处理 1 4计算机网络的功能 12 1 按照网络所采用的传输技术分类 点 点网络采用点 点通信信道 即通信仅限于相互有连接信道的一对计算机之间 类似于电话通信 例如星型拓扑 在这类网络中 如果两个节点之间没有直接的通信信道 传送的分组就要通过中间节点 中间节点既需要进行分组的存储和转发 还要考虑选择什么样的路由将分组发送到目的节点 广播式网络采用广播式信道 即将多个计算机连接到一条公共信道上 一个站点发送信息 信道上的其余站点都可以接收到信息 类似于无线电广播 例如卫星网络 在这类网络中 每个节点发出的分组都带有源地址和目的地址 信道上所有的节点收到分组后要判别目的地址是否与本站地址相同 若相同 就接收该分组 否则 就丢弃 因而 分组不需要存储和转发 也不需要进行路由选择 按照网络所采用的传输技术可分为广播式网络和点 点式网络两种 1 5计算机网络的分类 13 2 按照网络覆盖的地理范围进行分类 计算机网络按照其覆盖的地理范围进行分类 可以很好地反映不同类型网络的技术特征 按照覆盖的地理范围进行分类 计算机网络可以分为三类 广域网WAN WideAreaNetwork 局域网LAN LocalAreaNetwork 和城域网MAN MetropolitanAreaNetwork 1 5计算机网络的分类 14 广域网 广域网有如下几个技术特点 典型广域网有5种 ARPANET网 公用分组交换网 X 25 ISDN 帧中继网 FrameRelay 异步传输模式ATM AsynchronousTransferMode 1 广域网 传输距离远 拓扑结构复杂 由此带来的问题是路由选择的复杂性 从一个节点到另一个节点存在着许多可选路径 要选择最佳路由需要复杂的路由策略 2 广域网面对各种各样的用户需求 需要具有适应大容量和突发性通信及综合业务服务的能力 包括阻塞控制方法 数据传输延迟的解决等 3 许多广域网是由连接现有网络发展起来的 如公共分组交换网 卫星通信网和无线分组交换网等 这些网络可能使用不同的设备和协议 需要提供开放的设备接口和规范化的协议及协议转换功能 4 目前 广域网主要采用分组交换技术 5 广域网需要有完善的通信服务和网络管理能力 1 5计算机网络的分类 15 局域网 与广域网相比 局域网主要有以下特点 典型局域网有5种 以太总线网 Ethernet 令牌环网 TokenRing 和IEEE802 5协议 令牌总线网 TokenBus 和IEEE802 4协议 快速以太网 交换局域网 1 较小的地理范围 与广域网不同 局域网仅用于机关 工厂等单位内部联网 小到一个办公室 一栋楼 大也不过一个机关 学校 军营 一般地 局域网的覆盖范围在几公里以内 2 较高的传输速率 广域网通信距离较远 传输速率一般较低 局域网的传输速率通常可达到10Mb s 100Mb s 1Gb s甚至更高 能支持计算机之间的高速通信 3 较低的误码率 局域网由于传输距离短 因而失真小 误码率低 通常可达到10 8 10 10 而广域网的误码率则在10 8以上 4 决定局域网性能的关键是网络拓扑结构 传输介质和介质访问控制方法 5 从通信控制技术的角度 局域网已由共享介质局域网发展到交换式局域网 广域网需要有完善的通信服务和网络管理能力 1 5计算机网络的分类 16 城域网 城域网是介于广域网和局域网之间的一种高速网 早期的城域网主要以FDDI作为主干网 目前的城域网已广泛使用IP路由交换机或ATM交换机 从而具有广域网的许多技术特征 1 光纤分布式数字接口FDDI FiberDistributedDataInterface 是以光纤作为传输介质的高速环网 传输速率为100Mb s 通常用作连接多个局域网的主干网 2 FDDI与IEEE802 5令牌环网有许多相似之处 例如 二者均把各站点连接成一个逻辑环 均依赖于一个轮转的令牌来决定哪个站点可以发送 均使用一个令牌保持计时器来指定一个站点可以控制令牌的时间等 3 FDDI具有高数据传输率 高抗电磁干扰 信号传输衰减小等特点 且覆盖地理范围大 负载能力强 具有实时和优先访问权 能实现数据 语音 图像的综合服务 1 5计算机网络的分类 17 1 网络体系结构的基本概念 一个功能完善的计算机网络是一个复杂的结构 网络上的多个结点间不断地交换着数据信息和控制信息 在交换信息时 网络中的每个结点都必须遵守一些事先约定好的共同的规则 为网络数据交换而制定的规则 约定和标准统称为网络协议 Protocol 一个完善的网络需要一系列网络协议构成一套完备的网络协议集 大多数网络在设计时是将网络划分为若干个相互联系而又各自独立的层次 然后针对每个层次及层次间的关系制定相应的协议 这样可以减少协议设计的复杂性 像这样的计算机网络层次结构模型及各层协议的集合称为计算机网络体系结构 NetworkArchitecture 层次结构中每一层都是建立在前一层基础上的 低层为高层提供服务 上一层在实现本层功能时会充分利用下一层提供的服务 但各层之间是相对独立的 高层无需知道低层是如何实现的 仅需知道低层通过层间接口所提供的服务即可 当任何一层因技术进步发生变化时 只要接口保持不变 其他各层都不会受到影响 1 6网络体系结构和网络协议 18 2 ISO OSI参考模型 国际标准化组织于1981年提出了一个网络体系结构的开放系统互联参考模型 OSI采用了三级抽象 即体系结构 服务定义和协议规格说明 体系结构部分定义OSI的层次结构 各层关系及各层可能的服务 服务定义部分详细说明了各层所提供的功能 协议规格部分的各种协议精确定义了每一层在通信中发送控制信息及解释信息的过程 OSI将网络划分为七个层次 1 物理层 Physicallayer 物理层是OSI的最底层 主要功能是利用物理传输介质为数据链路层提供连接 以透明地传输比特流 2 数据链路层 Datalinklayer 数据链路层在通信的实体间建立数据链路连接 传送以帧为单位的数据 并采用相应方法使有差错的物理线路变成无差错的数据链路 3 网络层 Networklayer 网络层的功能是进行路由选择 阻塞控制与网络互联等 4 传输层 Transportlayer 传输层的功能是向用户提供可靠的端到端服务 透明地传送报文 是关键的一层 5 会话层 Sessionlayer 会话层可以组织两个会话进程间的通信 并管理数据交换 6 表示层 Presentationlayer 表示层主要用于处理两个通信系统中交换信息的表示方式 它包括数据格式变换 数据加密 数据压缩与恢复等功能 7 应用层 Applicationlayer 应用层是OSI参考模型中的最高层 应用层确定进程之间通信的性质 以满足用户的需要 1 6网络体系结构和网络协议 19 数据链路层协议 应用层协议 表示层协议 会话层协议 传输层协议 网络层协议 物理层协议 主机Y 通信介质 ISO OSI参考模型示意图 1 6网络体系结构和网络协议 20 3 TCP IP TransmissionControlProtocol InternetProtocol 参考模型 TCP IP协议是一个协议集 其中最重要的是TCP协议与IP协议 因此通常将这诸多协议统称为TCP IP协议集 或干脆叫TCP IP协议 TCP IP参考模型也是一个开放模型 能很好地适应世界范围内数据通信的需要 它具有如下4个特点 1 开放的协议标准 可以免费使用 并且独立于特定的计算机硬件与操作系统 2 独立于特定的网络硬件 可以运行在局域网 广域网中 更适用于网络互联 3 统一的网络地址分配方案 使得网络中的每台主机在网中都具有惟一的地址 4 标准化的高层协议 可以提供多种可靠的用户服务 TCP IP参考模型有4个层次 其中应用层与OSI中的应用层对应 传输层与OSI中的传输层对应 网络层与OSI中的网络层对应 物理链路层与OSI中的物理层和数据链路层对应 1 6网络体系结构和网络协议 21 1 应用层 Applicationlayer 应用层是TCP IP参考模型的最高层 它向用户提供一些常用应用程序 如电子邮件等 应用层包括了所有的高层协议 并且总是不断有新的协议加入 应用层协议主要有 网络终端协议TELNET 用于实现互联网中的远程登录功能 文件传输协议FTP 用于实现互联网中交互式文件传输功能 简单电子邮件协议SMTP 实现互联网中电子邮件发送功能 域名服务DNS 用于实现网络设备名字到IP地址映射的网络服务 网络文件系统NFS 用于网络中不同主机间的文件系统共享 2 传输层 Transportlayer 也叫TCP层 主要功能是负责应用进程之间的端 端通信 传输层定义了两种协议 传输控制协议TCP与用户数据报协议UDP 3 网络层 Internetlayer 也叫IP层 负责处理互联网中计算机之间的通信 向传输层提供统一的数据报 它的主要功能有以下三个方面 处理来自传输层的分组发送请求 处理接收的数据包 处理互联的路径 4 物理链路层 Host to Networklayer 物理链路层主要功能是接收IP层的IP数据报 通过网络向外发送 或接收处理从网络上来的物理帧 抽出IP数据报 向IP层发送 该层是主机与网络的实际连接层 TCP IP参考模型有4个层次 其中应用层与OSI中的应用层对应 传输层与OSI中的传输层对应 网络层与OSI中的网络层对应 物理链路层与OSI中的物理层和数据链路层对应 1 6网络体系结构和网络协议 22 物理链路层 应用层 传输层 网络层 主机Y OSI参考模型 TCP IP参考模型与OSI参考模型比较 TCP IP参考模型 1 6网络体系结构和网络协议 23 Internet基础 Internet概念Internet提供的主要服务网络协议 IP 与IP地址Internet主机的域名地址 24 Internet是一个全球性的计算机互联网络 中文名称为 国际互联网 因特网 信息高速公路 等 通常简称为 因特网 它是将不同地区且规模大小不一的网络互相连接而成的最大的网络 1 Internet将信息进行分组 分割为许多小数据包 后以数据包为单位进行传输 Internet在进行信息传输时要完成的任务主要有两项 一是正确分割源文件和在目的地将同一源文件的数据包准确地重组起来 二是将数据包准确地送往目的地 2 WWW是Internet上的多媒体信息查询工具 也是Internet上的主要服务 WWW中的信息资源主要由一篇篇的Web文档 即我们常说的网页 为基本元素构成 网页采用超级文本 HyperText 的格式 即可以含有指向其他网页的超级链接 或简称链接 链接使得网页交织为网状 构成了一个巨大的信息网 3 网站发布 看新闻 电子邮件 网上交友 网上求职 电子商务 网络办公 网络电话 远程教育等 随着人们对互联网认识的深入 Internet的功能也不断地得到扩展 Internet已经触及到生活的每一个细节 Internet概念 25 Internet上的常用服务主要有 电子邮件 远程登录 文件传输 WorldWideWeb和网络新闻服务等 1 电子邮件 E mail 是在Internet上发送和接收邮件 用户先向Internet服务提供商申请一个电子邮件地址 再使用一个合适的电子邮件客户程序 就可以向其他电子信箱发E mail 也可接收到来自他人的E mail 2 远程登录 Telnet 用来将一台计算机连接到远程计算机上 使之相当于远程计算机的一个终端 如将一台低端计算机登录到远程的高级计算机上 则在本地机上需花长时间完成的计算工作在远程机上可以很快完成 4 WorldWideWeb 简称Web WWW等 将文本 图像 文件和其他资源以超文本的形式提供给它的访问者 它是Internet上最方便和最受欢迎的信息浏览方式 3 文件传输 FTP 可以在两台远程计算机之间传输文件 网络上存在着大量的共享文件 获得这些文件的主要方式是FTP 5 Internet新闻使用户可在全球范围内就某一共同感兴趣的问题同许多人交流 讨论 Internet提供的主要服务 26 1 网际协议 InternetProtocol IP IP协议是Internet中最重要的协议 对应于TCP IP参考模型的网络层 IP协议详细定义了IP数据报 Datagram 的组成格式 数据报由数据报正文和报头两部分组成 报头包括发送主机的网络地址 接收主机的网络地址 数据报的报头校验和数据报的长度等 1 IP协议的主要功能包括数据报的传输 数据报的路由选择和拥塞控制 2 IP协议用统一的IP数据报格式在帧格式不同的物理网络之间传递数据 数据报的传递采用一种所谓的 无连接 方式 这里的无连接指两台主机在通信之前不需要建立好确定的连接 一台主机发出一个数据报 如果目的主机是同一子网内的一台计算机 那么它将直接被送到那台计算机上 如果这个数据报是送往子网外的另一台主机的 该数据报被送往子网中一台叫做路由器的计算机 然后被路由器送到Internet上进行传递 3 路由器是Internet中负责进行路由选择的专用计算机 路由选择也叫作 寻径 就是在网络中找到一条最合适的传输路径将分组从发送端的子网送往接收端的子网的过程 路由器接收到一个分组后 取出其中报头部分的有关目的地址的信息 根据目的地址将数据报转发到合适路径上的下一个路由器 如果这个路由器和目的子网直接相连 那么这个数据报就直接被送到目的主机 网络协议 IP 和IP地址 27 2 IP地址 所有Internet上的计算机都必须有一个Internet上惟一的编号作为其在Internet的标识 这个编号称为IP地址 每个数据报中包含有发送方的IP地址和接收方的IP地址 IP地址是一个32位二进制数 即4个字节 为方便起见 通常将其表示为w x y z的形式 其中w x y z分别为一个0 255的十进制整数 对应二进制表示法中的一个字节 这样的表示叫作点分十进制表示 网络协议 IP 和IP地址 28 IP地址 IP地址所有Internet上的计算机都被赋予的世界上唯一的32位Internet标识IP地址是一个32位二进制数 即四个字节 为方便起见 通常将其表示为 例如 1000000000001011000000110001111112811331记为 128 11 3 31 29 IP地址 IPv4 IPv6 现有的互联网是在IPv4协议的基础上运行 采用32位地址长度 只有大约43亿个地址 估计在2005 2010年间将被分配完毕IPv6是下一版本的互联网协议 可有效扩大地址空间 IPv6采用128位地址长度 按保守方法估算IPv6实际可分配的地址 整个地球每平方米面积上可分配1000多个地址 30 域