第8章 计算机网络

第8章计算机网络与Internet应用基础 本章内容 8 1计算机网络概述 本章知识要点 8 1计算机网络概述 8 1 1计算机网络的定义计算机网络是计算机技术与通信技术相融合 实现信息传送 达到资源共享的系统 随着计算机技术和通信技术的发展 其内涵也在发展变化 从资源共享的角度出发 美国信息处理学会联合会认为 计算机网络是以能够相互共享资源 硬件 软件 数据 的方式连接起来 并各自具备独立功能的计算机系统的集合 注意以下3点 8 1 2计算机网络的发展 计算机网络由3部分组成 网络硬件 通信线路和网络软件 8 1 3计算机网络的组成 一 从网络的地理范围进行分类局域网 LocalAreaNetwork 城域网 MetropolitanAreaNetwork 广域网 WideAreaNetwork 因特网 Internet 二 从拓朴结构分类计算机网络常采用的基本拓扑结构有总线结构 环形结构 星形结构 8 3节将详细讲 8 1 4计算机网络的功能和分类 1 计算机网络体系结构1974年 IBM公司首先公布了世界上第一个计算机网络体系结构 SystemNetworkArchitecture SNA 凡是遵循SNA的网络设备都可以很方便地进行互连 国际标准化组织 ISO 于1983年提出了开放系统互连参考模型 记为OSI RM 在OSI中采用了三级抽象 参考模型 即体系结构 服务定义和协议规范 即协议规格说明 自上而下逐步求精 OSI RM并不是一般的工业标准 而是一个为制定标准用的概念性框架 经过各国专家的反复研究 在OSI RM中 采用了7个层次的体系结构 8 1 5计算机网络体系结构和TCP IP参考模型 OSI参考模型 A B 第4层到第7层主要负责互操作性 而第1层到第3层则用于创造两个网络设备间的物理连接 8 1 5计算机网络体系结构和TCP IP参考模型 2 TCP IP参考模型TCP IP使用范围极广 是目前异种网络通信使用的唯一协议体系 TCP IP也是一个分层的网络协议 它与OSI模型所分的层次有所不同 OSI和TCP IP参考模型 8 1 5计算机网络体系结构和TCP IP参考模型 8 2计算机网络硬件 8 2 1网络传输介质传输信 同轴介质是网络连接设备间的号传输的媒体 常用网络传输介质双绞线同轴电缆光纤微波传输和卫星传输 8 2 2网卡网络适配器 NetworkAdapter 简称网卡 是一种可以插到计算机主板插槽中的电路板 作用是 通过有线传输介质建立计算机与局域网的物理连接 负责执行通信协议 在计算机之间通过局域网实现数据的快速传输 8 2计算机网络硬件 8 2 3交换机交换机可以根据数据链路层信息做出帧转发决策 同时构造自己的转发表 交换机运行在数据链路层 可以访问MAC地址 并将帧转发至该地址 交换机的出现 导致了网络带宽的增加 8 2计算机网络硬件 8 2 4路由器路由器 Router 是工作在OSI第3层 网络层 上 具有连接不同类型网络的能力并能够选择数据传送路径的网络设备 8 2计算机网络硬件 8 2计算机网络硬件 工作在第3层上 连接不同类型的网络 路径选择能力 路由器是第3层网络设备它能理解数据中的IP地址 路由器有3个特征 8 3计算机局域网 8 3 1局域网概述1 局域网的特点局域网最主要的特点是 网络为一个单位所拥有 且地理范围和站点数目均有限 局域网具有如下一些主要优点 能方便地共享昂贵的外部设备 主机以及软件 数据 从一个站点可访问全网 便于系统的扩展和逐渐演变 各设备的位置可灵活调整和改变 提高了系统的可靠性 可用性和残存性 2 局域网拓扑结构网络拓扑结构是指一个网络中各个节点之间互连的几何形状 任意一种局域网的访问控制方式都规定了它们各自的网络拓扑结构 局域网的网络拓扑结构通常分为3种 总线形拓扑结构 星形拓扑结构和环型拓扑结构 8 3 1局域网概述 1 总线形拓扑结构 它的传输方向是从发送点向两端扩散传送 是一种广播式结构 总线结构的优点是安装简单 易于扩充 可靠性高 一个节点损坏不会影响整个网络工作 缺点是一次仅能一个端用户发送数据 其他端用户必须等到获得发送权 才能发送数据 介质访问获取机制较复杂 8 3 1局域网概述 2 星形拓扑结构星形拓扑结构也称为辐射网 它将一个点作为中心节点 该点与其他节点均有线路连接 优点 单点故障不影响全网 结构简单 增删节点及维护管理容易 故障隔离和检测容易 延迟时间较短 缺点 成本较高 资源利用率低 网络性能过于依赖中心节点 8 3 1局域网概述 3 环形网络拓扑结构环形结构中的各节点通过有源接口连接在一条闭合的环形通信线路中 是点对点结构 环形网中每个节点发送的数据流按环路设计的流向流动 优点 简化路径选择控制 传输延迟固定 实时性强 可靠性高 缺点 节点过多时 影响传输效率 环某处断开会导致整个系统的失效 节点的加入和撤出过程复杂 8 3 1局域网概述 载波侦听多路访问 冲突检测协议 CSMA CD 是一种分布式介质访问控制技术 如图所示 它的控制过程包括4个步骤 载波侦听冲突检测多路访问争用方式 8 3 2载波侦听多路访问 冲突检测协议 CSMA CD的工作流程图 8 3 2载波侦听多路访问 冲突检测协议 以太网又叫做IEEE802 3标准网络 以太网最初由美国施乐 Xerox 公司研制成功 当时的传输速率只有2 94Mbit s 1981年 施乐公司与数字设备公司 DEC 及英特尔公司 Intel 合作 联合提出了以太网的规约 即DIXEthernet 后来以太网的标准由IEEE来制定 DIXEthernet就成了IEEE802 3协议标准的基础 IEEE802 3标准是IEEE802系列中的一个标准 由于是从DIXEthernet标准演变而来 通常又叫做以太网标准 8 3 3以太网 8 4 1Internet概述1 什么是因特网 Internet Internet是一个全球性的 互联网 中文名字称为 因特网 它并非一个具有独立形态的网络 而是将分布在世界各地的 类型各异的 规模大小不一的 数量众多的计算机网络互联在一起而形成的网络集合体 成为当今最大的和最流行的国际性网络 8 4Internet的基本技术与应用 Internet的起源与发展 起源69年ARPANET 扩充83年成为INTERNET 实用化86年美成立NSFNET 采用TCP IP协议 90年ARPANET解体 ANSnet internet商业化 Internet公众化 8 4 1Internet概述 8 4 1Internet概述 8 4 2Internet的接入Internet是 网络的网络 它允许用户随意访问任何连入其中的计算机 但如果要访问其他计算机 首先要把你的计算机系统连接到Internet上 8 4Internet的基本技术与应用 8 4 3IP地址与MAC地址1 网络IP地址TCP IP中的地址是实现异种网互联的一个关键技术 它有效地隐藏了物理地址间的差异 在不同网络之间实现了一种统一 有效的地址模式 IP地址目前有32位 分为4段 每段由8位二进制数组成 段与段之间用小数点分隔 8 4Internet的基本技术与应用 1 网络IP地址 8 4 3IP地址与MAC地址 8 4 3IP地址与MAC地址2 子网掩码通常一个网络本身并不只是一个大的局域网 它可能是由许多小的局域网组成 因此 为了维持原有局域网的划分便于网络的管理 允许将A B或C类网络进一步划分成若干个相对独立的子网 子网掩码的长度也是32位 其表示方法与IP地址的表示方法一致 其特点是 它的32位二进制可以分为两部分 第一部分全部为 1 而第二部分则全部为 0 8 4 3IP地址与MAC地址 子网掩码 SubnetMask 为了确定IP地址的哪部分代表网络号 哪部分代表主机号 判断两个IP地址是否属于同一网络 就产生了子网掩码的概念 子网掩码按IP地址的格式给出 三类IP地址的默认子网掩码为A类 255 O O 0 B类 255 255 0 O C类 255 255 255 0 用子网掩码判断IP地址的网络号与主机号的方法是用IP地址与相应的子网掩码进行与运算 可以区分出网络号部分和主机号部分 如10 68 89 1是A类IP地址 所以默认子网掩码为255 0 0 O 分别转化为二进制进行与运算后 得出网络号为10 子网掩码的另一功能是用来划分子网 8 4 3IP地址与MAC地址 3 MAC地址在局域网中 硬件地址又称为物理地址或MAC地址 因为这种地址用在MAC帧中 在所有计算机系统的设计中 标识系统 identificationsystem 是一个核心问题 在标识系统中 地址就是为识别某个系统的一个非常重要的标识符 MAC地址 实际上就是网卡地址或网卡标识符EUI 48 当这块网卡插入到某台计算机后 网卡上的标识符EUI 48就成为这个计算机的MAC地址了 8 4 3IP地址与MAC地址 4 IPv6IP是Internet的核心协议 现在使用的IP 即IPv4 是在20世纪70年代末期设计的 无论从计算机本身发展还是从Internet规模和网络传输速率来看 现在IPv4已很不适用了 这里最主要的问题就是32bit的IP地址不够用 8 4 3IP地址与MAC地址 5 IPv6地址及其表示方案IPv6地址有3类 单播 组播和泛播地址 一个IPv6的IP地址由8个地址节组成 每节包含16个地址位 以4个十六进制数书写 节与节之间用冒号分隔 IPv6地址的基本表达方式是X X X X X X X X 其中X是一个4位十六进制整数 16位 每一个数字包含4位 每个整数包含4个数字 每个地址包括8个整数 共计128位 4 4 8 128 请注意这些整数是十六进制整数 地址中的每个整数都必须表示出来 但起始的0可以不必表示 8 4 3IP地址与MAC地址 7 IPv4向IPv6的过渡向IPv6过渡只能采用逐步演进的办法 同时 还必须使新安装的IPv6系统能够向后兼容 这就是说 IPv6系统必须能够接收和转发IPv4分组 并且能够为IPv4分组选择路由 两种向IPv6过渡的策略 双协议栈 dualstack 和隧道技术 tunneling 8 4 3IP地址与MAC地址 1 WWW服务概述WWW WorldWideWeb 的字面解释意思是 布满世界的蜘蛛网 我们一般把它称为 环球网 万维网 WWW是一个基于超文本 Hypertext 方式的信息浏览服务 它为您提供了一个可以轻松驾驭的图形化用户界面 以查阅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 我们称为WWW网 8 4 4WWW服务 2 WWW的工作原理WWW中的信息资源主要由一篇篇的Web文档 或称Web页为基本元素构成 这些Web页可以含有指向其他Web页或其本身内部特定位置的超级链接 或简称链接 可以将链接理解为指向其它Web页的 指针 链接使得Web页交织为网状 HTML HypeTextMarkupLanguage 的正式名称是超文本标记语言 HTML有一套相当复杂的语法 专门提供给专业人员用来创建Web文档 8 4 4WWW服务 2 WWW的工作原理 Internet 浏览器 WWW服务器 8 4 4WWW服务 3 WWW服务器WWW服务器是任何运行Web服务器软件 提供WWW服务的计算机 所有这些技术需要的基础就是它能够运行Web服务器软件 Web服务器软件 FrontPage中包括的PersonalWebServer Microsoft的名为InternetInformationServer IIS 8 4 4WWW服务 4 WWW的应用领域 1 交流科研进展情况 2 宣传单位 3 介绍产品与技术 4 远程教学 5 维护费用低 安全性能好 休闲娱乐交朋友 丰富人们的业余生活 新闻发布 6 7 世界各景点介绍自己的珍品 8 4 4WWW服务 5 WWW浏览器在Internet上发展最快 人们使用最多 应用最广泛的是WWW浏览服务 且在众多的浏览器软件中 微软公司的IE InternetExplorer 和由Google 谷歌 公司开发的开放原始码网页浏览器GoogleChrome 8 4 4WWW服务 6 Web2 0简介Internet上的资源 以内容为中心 以信息的发布 传输 分类 共享为目的的Internet称为Web1 0 如果说Web1 0是以数据 信息 为核心 那Web2 0是以人为核心 旨在为用户提供更人性化的服务 8 4 4WWW服务 Web2 0与Web1 0 8 4 4WWW服务 1 什么是域名Internet这个信息时代的宠儿 只有有了自己的域名才能让别人访问到自己 所以 域名注册是在Internet上建立任何服务的基础 由于IP地址不容易被记住 因此人们又规定了一种字符名字与IP地址相对应 这些数字型的字符型标识 称之为域名 domainname 8 4 5域名系统 2 为什么要注册域名域名一般是由一串用点分隔的字符串组成 组成域名的各个不同部分常称为子域名 Sub Domain 它表明了不同的组织级别 从左往右可不断增加 域名的结