计算机网络基础

第7讲,课题:计算机网络基础目的要求:初步掌握计算机网络的基本知识, 数据 通信基础知识。计算机网络的体系 结构。INTERNET基本知识。教学重点: 计算机网络的基本知识教学难点:计算机网络的体系结构教学课时: 2教学方法: 课堂面授(多媒体教学)教学内容和步骤,7.1 计算机网络概述,7.2 计算机网络体系结构,7.4 Internet基础,第7章 计算机网络基础,7.3 网络操作系统,计算机网络的产生与发展计算机网络的功能 计算机网络的分类网络传输介质和网络设备网络协议,7.1 计算机网络概述,回目录页,下一页,7.1.1 计算机网络的产生与发展,信息高速公路、第一个局域网 1992年，当时的参议员、后来的美国副总统阿尔戈尔提出美国信息高速公路法案。其概念是1992年2月美国总统发表的国情咨文中提出的，即计划用20年时间，耗资20004000亿美元，以建设美国国家信息基础结构(NII)，使所有的美国人方便地共享海量的信息资源。,世界上公认的第一个计算机网络产生于1969年的美国高级研究计划局组织和研制的ARPANET网络。 追溯计算机网络的发展历史，它的演变可概括地分成四个阶段：,面向终端的计算机通信网络（主从式结构） 第一代计算机网络实际上是以中心计算机系统为核心的远程联机系统，是面向终端的计算机网络。这类系统除了一台中心计算机外，其余的终端都没有自主处理能力，还不能算作真正的计算机网络。因此，面向终端的计算机网络也被称为联机系统，它是现代计算机网络的雏形。,初级计算机网络 第二代计算机网络是以共享资源为目的的计算机通信网络。面向终端的计算机网络只能在终端和主机之间进行通信，计算机之间无法通信。20世纪60年代中期，出现了由多台主计算机通过通信线路互联构成的“计算机-计算机”通信系统。,在这类系统中每一台计算机都有自主处理能力，彼此之间不存在主从关系。它由通信子网和用户资源子网(第一代网络)构成，用户通过终端不仅可以共享本主机上的软硬件资源，还可共享通信子网上其他主机的软硬件资源。,20世纪70年代中后期，各种各样的商业网络纷纷建立，并提出各自的网络体系结构。但不同系统体系结构的产品却很难实现互连。为此，国际标准化组织(简International Standards Organization)成立了一个专门机构研究和开发新一代的计算机网络。经过几年的努力，于1984年正式颁布了一个称为“开放系统互联基本参考模型”(简称OSI参考模型)。该模型为不同厂商之间开发可互操作的网络软件部件提供了基本依据，从此，计算机网络进入了标准化时代。,体系结构标准化的计算机网络,新一代计算机网络 随着互联网的迅猛发展，人们对远程教学、远程医疗、视频会议等多媒体应用的需求大幅度增加。这样，基于传统电信网络为信息载体的计算机互联网络不能满足人们对网络速度的要求，促使网络由低速向高速、由共享到交换、由窄带向宽带方向迅速发展，即由传统的计算机互联网络向高速互联网络发展。,7.1.2 计算机网络组成及功能,1.什么是计算机网络？ 计算机网络是计算机技术与通信技术相结合的产物，将地理上分散布置的具有独立功能的多台计算机（系统）或由计算机控制的外部设备，利用通信手段通过通信设备和线路连接起来，按照特定的通信协议进行信息交流，实现资源共享的系统。,所谓资源，包括硬件资源、软件资源以及各类信息资源。在硬件资源中通常有大型主机、硬盘、光盘、磁带机、彩色打印机、高级绘图仪以及各种通信设备等。在软件资源中，通常有操作系统、系统应用程序以及用户设计的专用程序等。信息资源是指反映各类信息的程序、数据库或数据文件。,2. 计算机网络的组成,计算机网络在逻辑功能上可划分为两部份，一部份主要负责对数据信息的收集和处理，称为资源子网；另一部份则专门负责信息的传输，称为通信子网。,(1) 资源子网 资源子网主要由主计算机系统、终端控制设备和终端设备组成，负责网络中的数据处理。其中主计算机系统是资源子网中的关键设备，可以是微型机、小型机、中型机、大型机甚至巨型机，视网络的规模和功能而定。终端设备是计算机网络面向用户的窗口，通过终端控制设备与主机连接，向用户提供一个操作平台，用户可通过终端设备访问资源子网中的所有共享资源。,(2) 通信子网 通信子网主要由通信线路和负责通信与管理的网络控制机组成，负责网络通信和数据传送。通信线路包括线路和设备，其中线路也称为信道，可采用双绞线、同轴电缆、光缆以及微波线路等；设备包括调制解调器、多路复用器以及交换机等。通信处理机是一种专门管理通信的计算机，为网上所有主机和终端提供中继转发服务，是通信子网中的核心设备，负责路径选择、转换和数据传送。网络控制机也称为网络服务器 。,计算机网络的功能主要体现在三个方面：信息交换、资源共享、分布式处理。 （1）信息交换（数据通信） 这是计算机网络最基本的功能,主要完成计算机网络中各个节点之间的系统通信。用户可以在网上传送电子邮件、发布新闻消息、进行电子购物、电子贸易、远程电子教育等。,3.计算机网络的功能,所谓的资源是指构成系统的所有要素,包括软、硬件资源,如：计算处理能力、大容量磁盘、高速打印机、绘图仪、通信线路、数据库、文件和其他计算机上的有关信息。由于受经济和其他因素的制约,这些资源并非(也不可能)所有用户都能独立拥有,所以网络上的计算机不仅可以使用自身的资源,也可以共享网络上的资源。因而增强了网络上计算机的处理能力,提高了计算机软硬件的利用率。,（2）资源共享,（3）分布式处理（数据的综合处理） 一项复杂的任务可以划分成许多部分,由网络内各计算机分别协作并行完成有关部分,使整个系统的性能大为增强,7.1.3 计算机网络的传输介质,传输介质是通信网络中发送方和接收方之间的物理通路。常用的传输介质可分为有线（双绞线、同轴电缆和光纤）和无线两类。,1. 有线介质 （1）双绞线（Twisted Pair） 双绞线分为非屏蔽双绞线（UTP）和屏蔽双绞线（STP）两类，可以用于传输模拟或数字信号，常用点到点连接，也可用于多点连接。特别适用于较短距离的信息传输。,（2）同轴电缆（Coaxial Cable） 同轴电缆有基带同轴电缆和宽带同轴电缆两种基本类型。其中，基带同轴电缆用来传输数字信号，宽带同轴电缆可以传输模拟或数字信号。同轴电缆可用于点到点连接或多点连接。,（3）光纤（Optical Fiber） 光纤分单模光纤和多模光纤两种，只能单向传输数字信号，用于点到点连接光纤对外界的电磁干扰十分迟钝，传输容量大，传输特性好。,在三种有线传输介质中，双绞线的地理范围最小、抗干扰性最低，但价格最便宜，是当前使用最普遍的传输介质。 光纤性能最好、传输距离长、不受电磁干扰或噪声影响、体积小、重量轻，但价格也是最高的。,2. 无线介质（1）微波（2）卫星通信（3）红外线（4）激光,7.1.4 网络的拓扑结构,网络的拓扑结构是指网络连线及工作站的分布形式 (1) 星型结构 (2) 环型结构 (3) 总线结构,（1）星型结构,图6-2 星型结构,星型结构是最古老的一种连接方式，网络有中央节点，其他节点（工作站、服务器）都与中央节点直接相连，这种结构以中央节点为中心，因此又称为集中式网络。 这种结构便于集中控制，因为端用户之间的通信必须经过中心站。由于这一特点，也带来了易于维护和安全等优点。端用户设备因为故障而停机时也不会影响其它端用户间的通信。 但这种结构非常不利的一点是，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。,（2）环型结构,图6-3 环型结构,环型结构在LAN中使用较多。这种结构中的传输媒体从一个端用户到另一个端用户，直到将所有的端用户连成环型。 环行结构的特点是：每个端用户都与两个相临的端用户相连，两个节点仅有一条道路，故简化了路径选择的控制；环路上各节点都是自举控制，故控制软件简单。 由于信息源在环路中是串行地穿过各个节点，当环中节点过多时，势必影响信息传输速率，使网络的响应时间延长；环路是封闭的，不便于扩充；可靠性低，一个节点故障，将会造成全网瘫痪；维护难。,（3）总线结构,图6-4 总线结构,总线结构是使用同一媒体或电缆连接所有端用户的一种方式，也就是说，连接端用户的物理媒体由所有设备共享，各工作站地位平等，无中心节点控制。 这种结构具有费用低、数据端用户入网灵活、站点或某个端用户失效不影响其它站点或端用户通信的优点。缺点是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；媒体访问获取机制较复杂；维护难，分支节点故障查找难。,树型结构是分级的集中控制式网络，与星型相比，它的通信线路总长度短，成本较低，节点易于扩充，寻找路径比较方便，但除了叶节点及其相连的线路外，任一节点或其相连的线路故障都会使系统受到影响。,7.1.5 网络连接设备,（1）网络适配器(网卡）（2）中继器（3）集线器（4）路由器（5）调制解调器（6）网桥（7）网关,（1）网络适配器,网络适配器也称网卡，是计算机之间相互通信的接口，也是计算机和网络之间的逻辑链路，是使计算机具有网络服务功能的基本条件之一。,（2）中继器,物理层的连接设备，对信号进行整形和放大。,图6-7 利用中继器对电缆段的扩展,（3）集线器（hab),集线器是网络的中心设备，又称集中器，是多口的中继器，可作为传输介质的中央节点，将不同网段传输介质连接起来，好处是某一网段出现故障时，不会影响其他网段节点的正常工作。,（4）路由器,路由器是用于连接相同或不同类型的网络的设备，功能要优于集线器，可将不同传输介质的网络段连起来。路由器相当于大型网络中的不同网段的中继设备，通过路由器可选择最佳的数据转发路径，解决了网络拥塞的问题。,回本节首页,下一页,(5)调制解调器（Modem）,它是在发送端通过调制将数字信号转换为模拟信号，而在接收端通过解调再将模拟信号转换为数字信号的一种装置。,(6)网桥 网桥工作在数据链路层，将两个LAN连起来，根据MAC地址来转发帧，可以看作一个“低层的路由器”（路由器工作在网络层，根据网络地址如IP地址进行转发）。 (7)网关 网关实质上是一个网络通向其他网络的IP地址。,7.1.6 计算机网络分类,计算机网络,按网络拓朴结构分类按地理范围分类按信息交换方式分类按网络的应用范围分类,按照计算机网络的覆盖范围划分（1）广域网WAN（Wide Area Network）（2）城域网MAN（Metropolitan Area Network）（3）局域网LAN（Local area network）,局域网（Local Area Network，简称LAN）是在小型计算机与微型机上大量推广使用之后逐步发展起来的一种使用范围最广泛的网络。指在某一区域内由多台计算机互联成的计算机组。它一般用于短距离的计算机之间数据、信息的传递，属于一个部门或一个单位组建的小范围网络，其成本低、应用广、组网方便、使用灵活，深受用户欢迎，是目前计算机网络发展中最活跃的分支。,（1）局域网LAN（Local area network),城域网是一种大型的局域网，因此使用类似于局域网的技术，它可能覆盖一个城市。传输速率通常在10Mbps以上，作用距离在10到50KM之间。,（2）城域网MAN（Metropolitan Area Network）,广域网简称WAN,是一种跨地区的数据通讯网络,通常包含一个国家或地区。广域网通常由两个或多个局域网组成。计算机常常使用电信运营商提供的设备作为信息传输平台,例如通过公用网,如电话网,连接到广域网,也可以通过专线或卫星连接。国际互联网是目前最大的广域网。,(3)广域网WAN（Wide Area Network）,图6-8 通信子网和资源子网,7.2 计算机网络体系结构,图6-13 计算机通信协议的层次结构,一、网络通信协议 在计算机网络中实现通信必须有一些约定，对速率、传输代码、代码结构、传输控制步骤、出错控制等制定标准，称之为网络协议。,网络协议由语法、语义和时序三部份组成。称为协议三要素。（1）语义：要表达的意思（2）语法：表达语义的格式（3）时序(同步）：相互控制过程，对通信事件实现顺序的详细说明。,协议分层层次结构：是描述体系的基本方法，它的特点是每一层都建立在前一层基础之上，低层为高层服务（优点：便于抽象）协议与接口（二者是网络体系结构的核心）网络协议：通常指计算机网络中用于规定信息的格式以及如何发送和接收信息的一套规则，又称通信协议。协议与服务（从通信的角度来看，服务分为面向连接服务和无连接服务）,OSI开放式系统互连模型,二、 ISO/OSI协议,（1）物理层（physical layer） OSI的最底层，是网络设备之间的接口。（2）数据链路层（data link layer） 主要用途是为在相邻网络实体之间建立、维持和释放数据链路连接，以及传输数据链路服务单元。（3）网络层（network layer） 以数据链路层提供的无差错传输为基础，它主要解决数据传输单元分组在通信子网中的路由选择、拥塞控制问题以及多个网络互联的问题。,回本节首页,下一页,（4）传输层（transport layer） 是资源子网与通信子网的界面与桥梁，它完成资源子网中两节点间的逻辑通信，实现通信子网中端到端的透明传输。 （5）会话层（session layer） 它利用传输层提供的端到端数据传输服务，具体实施服务请求者与服务提供者之间的通信，属于进程间通信范畴。,（6）表示层（presentation layer） 目的是处理有关被传送数据的表示问题。（7）应用层（application layer） 它是OSI的最高层，是直接面向用户的一层，是计算机网络与最终用户间的界面，目的是作为用户使用OSI功能的唯一窗口。,TCP（Transmission control protocol），传输控制协议，是一个面向连接的协议，允许一台计算机发出的报文流毫无差错的发往网上的其他计算机，在发送端把报文流分成报文发出去，在接收端把收到的报文再组装成报文流输出。,三、 TCP/IP协议,IP（Internet protocol），网际协议，详细规定了计算机在通信时应该遵循的全部规则，是Internet上使用的一个关键的底层协议，负责数据报的递送。数据报就是用于传输的一些数据的组合，这些数据由上层数据链路层的控制上层协议（ULP）负责打包。,TCP/IP的网络体系结构 网络接口层（物理层、数据链路层） 网际层（网络层） 传输层（传输层） 应用层（应用层、表示层、会话层）,应用层包括所有高层协议Telnet: 虚拟终端协议 FTP：文件传输协议SMTP：简单邮件传送协议 HTTP:超文本传输协议传输层TCP 传输控制协议 UDP：用户数据报协议网际层IP：网际协议 ICMP：控制报文协议ARP：地址解析协议 RARP：逆地址解析协议,.3 Internet基础,.3.1 Internet的起源与现状1. Internet的起源 Internet 是在ARPANET （美国国防部高级研究工程局网络）的基础上发展起来的，ARPANET建立于20世纪60年代末期，在刚开始的十几年中它主要服务于科研教育部门，到了20世纪90年代初期，随着WWW的发展，Internet逐渐走向民用。,回目录页,下一页,2. Internet概念 Internet又称因特网，是国际计算机互联网的英文简称，是世界上规模最大的计算机网络，正确地说是网络中的网络。Internet是由各种网络组成的一个全球信息网，可以说是由成千上万个具有特殊功能的专用计算机通过各种通信线路，把地理位置不同的网络在物理上连接起来的网络。,（1）覆盖范围广 （2）Internet是由数以万计个子网络通过自愿的原则连起来的网络 ，因此称Internet为“网中网”。 （3）每一个Internet网络成员都是自愿加入并承担相应的各种费用，与网上的其他成员和睦友好地进行数据传输，不受任何约束，共同遵守协议的全部规定。,3Internet的特点,ISOC： Internet学会 NOC: 网络运行中心 NIC： 网络信息中心 Internet NOC、 Internet NIC 总部在美国 APNIC：亚太地区网络信息中心，总部日本东京大学 CNNIC：中国互联网络中心,4. 谁在控制Internet,回本节首页,下一页,1995年我国初步建成了4大骨干网络，为Internet在我国的进一步发展奠定了基础。 ChinaNet ：中国公用计算机互联网 CerNet： 教育和科研计算机网 CSTNet： 中国科技网 ChinaGBN ：中国公用经济信息通信网（金 桥信息网）,.3.2 Internet 在中国,.3.3 万维网WWW,1.什么是WWW？ WWW即World Wide Web，直译为“遍布世界的蜘蛛网，译为全球信息网，中文称为万维网，简称Web。2. WWW服务 World Wide Web为您提供了一个可以轻松驾驭的图形化用户界面，以便查阅Internet上的文档，这些文档与它们之间的链接一起构成了一个庞大的信息网。,Web允许您通过跳转或“超链接”从某一页跳到其它页。可以把Web看作一个巨大的图书馆，Web结点就像一本本书，而Web页好比书中特定的页。页可以包含新闻、图像、动画、声音、3D世界以及其它任何信息，而且能存放在全球任何地方的计算机上。 Web上的页是互相连接的。其连接的中介就是超链接，超链接是指向Web页面的统一资源定位器（URL）的对象。 URL可以看作是Web页面的地址。通过单击超链接，您可以跳转到特定 Web 结点上的某一页。 浏览Web页称为Web冲浪,3Web页、超链接、Web冲浪,4Web浏览器,HTML：超文本标注语言Web页由HTML编制 要使用WWW这个最流行的Internet服务，必须使用一个专门提供该服务的软件。这个软件一般称之为浏览器。现在主要的浏览器有Netscape（网景公司的产品）、IE（InternetExplorer微软公司的产品）两种,.3.4 Internet地址,1.IP地址 唯一标识网络上计算机（主机）的编号。 在Internet中， IP地址是网上的通信地址。 IP地址的一般形式 IP地址用32位二进制数表示，书写时分成四个十进制字段，表示成W.X.Y.Z，每个字段数字在0_255之间。 IP地址=网络地址+主机地址 根据网络规模和应用的不同， IP地址分为AE五类，常用的是A、B、C三类。,2.域名地址和E-mail地址,（1）域名地址 以文字形式表示的地址，通过域名服务器将域名地址解析为IP地址。 域名地址由多个部分组成，从右至左依次为：顶级域名、网络名、机构名或地理名称、计算机名如：（2）E-mail地址电子邮件（E-mail）是Internet提供的最基本、最重要的服务功能，也称电子信箱，通过E-mail可以实现Internet网上的信息传递。,常用顶级域名代码,回本节首页,下一页,3.URL地址,在Internet中的WWW服务器上的每一个信息资源，如一个文件等都有统一的且在网上惟一的地址，称为URL(UniformResource Locator 统一资源定位器）地址。URL地址的组成： 信息服务器类型：/信息资源地址/文件路径 “信息信息服务类型”表示采用什么协议访问哪类资源。 “信息资源地址”表示要访问的计算机的网络地址，可以使用域名地址。,7.3.5Internet基本服务功能,1Web浏览2搜索引擎 搜索引擎(search engine)是指根据一定的策略、运用特定的计算机程序搜集互联网上的信息，在对信息进行组织和处理后，为用户提供检索服务的系统。 Google()是目前最流行的搜索引擎之一，具备很多独特而且优秀的功能。Baidu()搜索引擎致力于中文搜索。,3文件传输服务FTP,FTP(File Transfer Protocol)，是文件传输协议的简称。用于Internet上控制文件的双向传输。 在FTP的使用当中，用户经常遇到两个概念：“下载”(Download)和“上传”(Upload)。“下载”文件就是从远程主机复制文件至自己的计算机上；“上传”文件就是将文件从自己的计算机中复制至远程主机上。,5远程登录(Telnet),Telnet用户远程登录的使用主要有两种情况。第一种是用户在远程主机上有自己是账号（Account）,即用户拥有注册的用户名和口令。第二种是许多Internet主机为用户提供了某种形式的公共Telnet信息资源，这种资源对于每一个Telnet用户都是开放的,6电子邮件服务,电子邮件(electronic mail，简称Email)又称电子信箱、电子邮政，它是一种用电子手段提供信息交换的通信方式，是Internet应用最广的服务。 电子邮件由3个部分组成。第1个部分“UserAccount”代表用户信箱的账号，对于同一个邮件接收服务器来说，这个账号必须是唯一的；第2个部分“”是分隔符；第3个部分“”是用户信箱的邮件接收服务器域名，用以标记其所在的位置。UserAccount ,.3.6 连入Internet,1.入网方式 两种：专线上网和拨号上网 2.拨号入网条件 (1)拨号入网的电话号码，注册密码 (2)一台486以上电脑 (3)一台调制解调器 (4)一条电话线 (5)拨号入网软件 (6)浏览器,回目录页,下一页,拨号上网是通过公用的电话网（PSTN）接入Internet，用户只要通过电话线和调制解调器将计算机和Internet服务商的主机相连接，就完成了上网的过程，如图6-15所示。,图6-15 拨号上网,3.专线上网,专线上网是通过X.25网、ISDN、DDN等专线接入Internet，如图所示。,图6-16 专线上网,拨号上网的条件和调制解调器的安装,1拨号上网的条件通过电话线拨号上网接入Internet，首先要选择一个Internet服务提供商（ISP），从他那里获取使用Internet的用户名和口令，然后在拥有一台计算机的基础上加一个调制解调器和一条电话线即可。,2调制解调器的安装,图6-18 添加新硬件向导,图6-19 安装驱动程序,回本节首页,下一页,使用拨号上网还需要安装拨号网络适配器和TCP/IP协议 ，具体操作步骤如下： （1）在“控制面板”中双击“网络”图标，打开网络窗口 ，单击“添加”，弹出“请选择网络组件类型”窗口 ，选中“适配器”，单击“添加”。 （2）在“选择网络适配器”窗口中左边框内选择“Microsoft”，右边框中单击选中“拨号适配器”，单击“添加”，弹出“请选择网络组件类型”窗口，在窗口中选中“协议”，单击“添加”。 （3）在“选择网络协议”窗口中，在左边框内选“Microsoft”，在右边框中单击选中“TCP/IP”，单击“确定”后返回“网络”窗口。（4）插入原版Windows 98安装盘，计算机会自动复制文件到硬盘中 。,配置拨号软件及协议,机器的设置,1安装“拨号网络” （1）在 “控制面板”中双击“添加/删除程序”图标，打开“添加/删除程序属性”窗口，选中“Windows安装程序”，双击“通讯”。 （2）在 “通讯”对话框中选中“拨号网络”左侧的复选框，单击“确定” 。（3）重新启动计算机后，“我的电脑”窗口将有一个“拨号网络”图标 。,图6-30 - 图6-34 是创建一个新连接的过程。,2创建一个新连接,图6-30 拨号网络窗口,图6-31 创建新连接属性对话框-输入计算机名,图6-32 调制解调器属性窗口,图6-33 创建新连接属性对话框-输入电话号码,图6-34 创建新连接对话框-完成连接,回本节首页,下一页,接入Internet,（1）双击“我的电脑”，在弹出的“拨号网络”窗口中出现一个“我的连接”的图标。（2）双击“我的连接”图标，出现连接窗口 ，单击“连接”，可进入连接状态，连接成功后就真正连接到Internet上。,图6-36 连接窗口,回本节首页,下一页,11.4 IE浏览器,11.4.1 IE浏览器的组成、安装和设置11.4.2 IE浏览器的使用,第6章 Internet应用基础,回目录页,下一页,11.4.1 IE浏览器的组成、安装和设置,1IE浏览