第六章 计算机网络基础

第 章计算机网络基础 6 1计算机网络概述6 2局域网及其使用6 3Internet6 4接入Internet6 5IP地址与域名6 6Internet基本应用 本章知识点 理解计算机网络的定义 功能及分类 了解常见的网络拓扑结构 并知道其优缺点 理解常见的几种网络传输介质和网络设备 了解Internet的简单发展历史及我国的情况 了解IP地址与域名的相关知识 了解常见的Internet基本应用相关知识 6 1计算机网络概述 计算机网络的崛起 不仅使计算机世界发生了日新月异的 变化 而且改变了人们生产 生活和社会活动的方式 19世纪 是铁路时代 20世纪是高速公路系统的时代 21世纪将是宽带 网络的时代 计算机网络是计算机技术与通信技术紧密结合的产物 目 前已成为计算机应用的一个重要领域 广泛应用于多个科学领 域 其出现推动了信息产业的发展 对当今社会经济的发展起 非常重要的作用 对人类社会的进步作出了巨大贡献 6 1 1计算机网络的定义 什么是计算机网络 计算机网络是将分布在不同地理位置上具有独立功能的计 算机 通过通信设备和传输介质连接在一起 在统一的协议控 制下 利用网络软件实现数据通信 资源共享和协同工作的系 统 一个国家的计算机网络发展水平已成为衡量其国力及现代 化程度的重要标志之一 6 1 2计算机网络的产生与发展 随着计算机技术的飞速发展和计算机的普及 计算机之间 信息交换与资源共享的需求也随之增长 迫切需要出现将计算 机与通信相结合的计算机网络 计算机网络的发展历程可分为 个阶段 面向终端的计算机通信网络 美国的半自动地面防空系统 分组交换网ARPANET 体系结构标准化的计算机网络 ISO公布的OSI标志着计算机网络走上标准化的道路 6 1 3计算机网络系统的组成和功能 计算机网络的基本组成可分为 部分 运行用户程序担负数据处理的计算机系统 终端等 负责通信处理的设备及线路 包括通信处理机 网络节点 modem 通信线路等 网络协议软件 通信双方为了实现通信而设计的约定或对话规则 目前互联网所使用的是TCP IP通信协议 1 计算机网络系统的组成 计算机网络的功能体现在 方面 资源共享 计算机硬件资源 软件资源和数据资源统称为资源 信息交换 最基本的功能 主要完成网络中各节点之间的通信 分布式处理 利用网络技术可以将许多小型机或计算机连成具有高性 能的计算机系统 使其具有解决复杂问题的能力 2 计算机网络的功能 6 1 4计算机网络的分类 按网络的拓扑结构分 按地理范围分 星型拓扑结构 环型拓扑结构 树型结构 总线式拓扑结构 局域网 城域网 广域网 网状拓扑结构 混合拓扑结构 1 星型拓扑结构 星型 由一个中心节点和若干从节点组成 任何两个节点 优点 结构简单 建网容易 传输速率高 从节点的瘫痪不会影响整个系统的工作 之间的通信都要通过中心节点转换 扩展性好 配置灵活 易于维护和管理 缺点 对中心节点的依赖太大 当中心节点出现故障会 致使整个网络瘫痪 中心节点负荷太重还容易出 现 瓶颈 现象 2 环型拓扑结构 环型 所有设备被连接成环 信息是沿着环广播传送的 每 优点 闭合的环 传输路径固定 实现简单 台设备只能和相邻节点直接通信 FDDI 缺点 网络管理复杂 投资费用高 任何节点的故障对网络是致命的影响 可靠性差 节点的增删比较麻烦 扩展性 灵活性较差 3 树型结构 树型 一棵 根 朝上的树 与总线结构相比 主要区别在于 总线结构中没有 根 使用于军事单位 政府部门等 上 下界限相当严格的部门 一般使用同轴电缆作为 优点 容易扩展 故障容易分离处理 缺点 整个网络对根的依赖很大 一旦网络的根发生故 传输介质 障 整个系统就不能正常工作 4 总线式拓扑结构 总线型 以一条公用总线来连接所有节点 通信时信息沿总 优点 结构简单 增删节点容易 线进行广播式传送 属于常用的拓扑结构 以太网 缺点 总线的瘫痪对网络是致命的打击 可靠性不高 共用一条总线 存在信道争用问题 CSMA CD 增删节点比较容易 扩展性好 按照其覆盖的地理范围 计算机网络可分为 局域网 应用非常广泛 特点 覆盖有限的地理范围 传输速度快 误码率低 易于维护和管理 城域网 覆盖范围介于广域网和局域网之间 广域网 网络规模大 能实现较大范围内资源共享 可靠性高 随着计算机网络技术的发展 以上三者的界限已经相当模糊 6 1 4计算机网络的分类 6 1 5网络体系结构与网络协议 计算机网络的通信是一个相当复杂的过程 化繁为简 各 个击破是人们解决复杂问题常用的办法 对网络进行协议与层 次的划分就是为了减少网络的复杂性 协议 通信双方为了实现通信而设计的约定和对话规则 协议的三要素 语义 whattodo 语法 howtodo 时序 定时 whentodo 分层 功能相似或紧密相关的模块应放在一层 分而治之 层与层保持松散的耦合 相互独立 灵活 利于网络标准化 1 网络协议 2 OSI参考模型 OSI 开放系统互连参考模型 ISO于1978发布 并非指一个 现实的网络 保证了各种类型网络技术的兼容性和互操 作性 七层结构 其应用层为最高层 靠近计算机用户 物理层为最低层 靠近计算机硬件 每一层可以使用下 层的服务 同时为上层提供服务 TCP IP 网络事实标准 四层结构 可以免费使用 统一的 网络地址分配方案 IP地址 标准化的高层协议 可以提供多种可靠的用户服务 3 TCP IP网络协议 4 IEEE802网络协议 IEEE802主要包括以下协议 定义了局域网体系结构 寻址 网络互连 网络管理的IEEE802 1协议 定义了一个被其他更低层协议使用的逻辑链路控制 LLC 子层的IEEE802 2协议 适用于以太网的IEEE802 3协议 适用于令牌网的IEEE802 4协议等 6 1 6网络传输介质和网络设备 同轴电缆 四层结构 其屏蔽金属网能减少外部的干扰 优点 比双绞线传输距离远 不易受外界干扰 寿命长 缺点 硬 重 贵 折曲困难 双绞线 两两相绞 可增强双绞线的抗电磁干扰能力 分类 屏蔽双绞线STP与非屏蔽双绞线UTP 光纤 传输调制了的光信号 全反射 优点 传输速度高 损耗低 距离远 可防止内外噪音 缺点 细如发丝 价格高 架设困难 分接线路麻烦 1 网络传输介质 微波 卫星通信 STP与UTP 2 网络设备 网卡 计算机与网络相连的基本设备 工作于物理层 本身 不带电源 非自治单元 集线器 构建局域网的可选设备 工作于物理层 其端口数 目不定 在任何时刻只能有一对端口在传输数据 集线器节点越多 广播量越大 网络的性能越差 Modem 调制解调器 实现数字信号与模拟信号之间的转换 调制器 数字信号转换为模拟信号 解调器 模拟信号转换为数字信号 网桥 最基本的功能为切割网络 工作于链路层 可过滤通 信量 提高可靠性 但不会阻挡广播包 加大了传播 时延 一般适合于小型局域网 用网桥连接起来的局域网仍为一个网络 交换机 用于交换式局域网 工作于链路层 通过交换机端 口之间的多个并发连接 实现多节点之间数据的并 发传输 交换机最明显的好处就是能独享带宽 2 网络设备 路由器 网络与网络的桥梁 工作于OSI模型中的网络层 最 主要的功能就是在不同的网络间选择一条最佳的传 输路径 网关 又称信关 最复杂的网络设备 主要用于不同网络协议 不同体系结构的网络的互连 工作于应用层 功能与路 由器相似 由于网关比其他设备更复杂 效率相对较低 价格更贵 仅在两个完全不同的网络互连才使用 2 网络设备 6 2局域网及其使用 1 局域网的特点 较小的地域范围高传输速率和低误码率局域网一般为一个单位所建 在单位或部门内部控制管理和使用局域网与广域网的侧重点不完全一样 局域网侧重共享信息的处理 6 2 1局域网概述 2 局域网的拓扑结构 局域网具有4种典型的拓扑结构 星型 环型 总线型和树型 6 2 1局域网概述 星型网环型网总线网树型网 6 2 2WindowsXP局域网的使用 1 共享个人资源 文件夹的共享 打印机的共享 2 使用他人计算机上的资源 属性 对话框 6 3Internet 6 3 1Internet的发展历史 实验研究阶段 1969 1985年 学术性网络 1986 1995年 商业化网络 1996年以后 高速信息网络 2 信息高速公路 它以光纤为 路 以电话 电脑 电视 传真的多媒 体终端为 车 既能传语言和文字 又能传输数据和图像 使信息的高速传递 共享和增值成为可能 1 Internet的发展阶段 IPv6指的是网络协议版本6 网络协议是指在国际互联网中普遍使用的通信规程 3 IPv6与Internet2 与现在使用的互联网相比 下一代互联网有以下不同 更大更快更安全 6 3 2Internet中国网的基本情况 中科院高能物理所的计算机于1995年正式进入Internet 标 志着中国正式进入Internet 目前已建成了光缆 微波和卫星通 所构成的通达各省 自治区 直辖市的主要信息网络 但其速 度和密度均未达到信息高速公路的要求 1 我国的四大骨干网络 中国公用计算机互联网 CHINANET 中国教育和科研计算机网 CERNET 中国国家计算机与网络设施 NCFC 中国国家公有经济信息通信网 CHINAGBN 2 中国的互联网建设 6 4接入Internet ISP 互联网服务供应商 众多企业和个人用户接入Internet的驿站和桥梁 当计算 机连接Internet时 它并不直接连接到Internet 而是采用 某种方式与ISP连接起来 通过它再接入Internet 6 4 1单机连接方式 1 专线接入方式 所谓专线接入 是指通过相对固定不变的通信线路接入Internet 以保证局域网上的每一个用户都能正常使用Internet上的资源 6 4 2单机连接方式 2 使用代理服务器接入方式 通过局域网的服务器 由一根电话线或资料专线将服务器与Internet连接起来 局域网上的每台主机通过服务器的代理 共享服务器的IP地址访问Internet 代理服务器的主要功能 为工作站提供访问的代理服务提供缓存功能 可提高Internet的浏览速度用作防火墙 为网络提供安全保护措施 6 5IP地址与域名 接入Internet的计算机都有一个由授权机构分配的号码 这 个号码称为IP地址 一个IP地址在Internet中是唯一的 它是一 个32位二进制数 通常采用X X X X的格式表示 X取0 255之 间的一个十进制整数 IP地址是分等级分层次的地址 由网络地址和主机地址两部 分组成 处于同一网络的主机 其IP地址的网络地址是相同的 IP地址的分层结构 两部分共32bit 6 5 1IP地址的分类 IP地址可分为A B C D E五类 其中前三类为常用IP地 址 D类地址为组播地址 E类地址保留给将来使用 A类地址 B类地址 C类地址 网络地址8bit 主机地址24bit 网络地址16bit 主机地址16bit 网络地址24bit 主机地址8bit 6 5 2域名 域名 用英文字母给Internet上的主机取的名字 IP地址是用32位整数来识别主机的 非常抽象 不直观 用户更愿意利用好读 容易记的字符串为主机指派名字 从 而导致了DNS 域名系统 的产生 域名的命名 采用分层次方法命名 每一层都有一个子域名 之间用点号分隔 低层域名在前 高层域名在后 最后 面的域名为顶级域名 域名的结构 主机名 三级域名 二级域名 顶级域名 顶级域名 顶级域名的范围最大 它把整个Internet划分成多个域 通 常分为两大类 机构性域名和地理性域名 机构性域名 com 商业组织 edu 教育机构 mil 军事部门 net 网络服务中心 gov 政府机构 org 非盈利性组织 地理性域名 au澳大利亚ca加拿大 cn中国fr法国 de德国jp日本 uk英国us美国 域名的工作原理 域名和IP地址都可用来标识Internet上的某一台计算机 但 工作原理大不一样 域名和IP地址之间是一一对应的关系 IP地址是Internet上 唯一 通用的地址格式 所以当以域名方式访问某台远程主机 时 DNS 域名系统 会将域名 翻译 成对应的IP地址 通过 IP地址与该主机联系 Internet的域名系统虽然为使用带来了方便 但并不是每台 主机都有域名 只有注册了域名的主机才能通过域名进行访问 否则只能通过其IP地址进行访问 6 6Internet基本应用 随着Internet的日益普及 基于Internet的应用服务越来越 广 主要包括以下几个方面 万维网www 文件传输协议FTP与远程登录Telnet 电子邮件E mail IP电话 6 6 1万维网www www服务简介 web服务 worldwideweb www是TCP IP互联网上的一个信息发布系统 出现目的 就是提供一个共享信息的平台 其出现是TCP IP互联网发展 中一个革命性的里程碑 www服务工作模式 采用客户机 服务器模式 以超文本标记语言html和超文本 传输协议http为基础 信息资源以web页面的形式存储在服务 器 web站点 中 通过链接将一页信息接到另一页上 1 什么是WWW 2 URL与HTTP URL 统一资源定位点 明确访问什么协议类型的服务器 互联网上的哪台服务 器 服务中的哪个文件 URL的结构 http 指明要访问的服务器为www服务器 指明要访问的服务器的主机名 student network html 指明要访问页面的路径及文件名 3 信息浏览 1 信息搜索与浏览 Web浏览器是用于搜索 查找 查看网络上信息的一种带图形交互式界面的应用软件 2 网页保存 将当前页存储到硬盘中不打开链接而直接保存将信息从当前页复制到文档中搜索当前页中的文本 6 6 2FTP与Telnet服务 ftp 文件传输协议 是Internet文件传输的基础 其作用是实 现网上的用户与远程的计算机之间的文件相互复制 telnet 远程登录协议 就是让你的计算机通过telnet协议在 网上登录到一台远程的计算机 并对其进行操作 使 用其软硬件资源 1 文件传输FTP 2 远程登录Telnet 6 6 3电子邮件 电子邮件服务 E mail服务 为互联网用户之间发送和接 受消息提供了一种快捷 廉价的现代化通信手段 早期的电子 邮件系统只能传输西文文本信息 而今的电子邮件系统不但可 以传输各种文字的文本信息 还可以传输图象等多媒体信息 电子邮件服务具有以下特点 传递迅速 可到达的范围广 比较可靠 不要求通信双方都在现场 可以实现一对多的邮件传送 可以将文字 图象等多种类型的信息集成一个邮件发送 1 电子邮件概述 电子邮件服务采用客户 服务器模式 邮件服务器是邮件 系统的核心 其功能为 接收用户送来的邮件 并根据目的 地转发 负责接收从其他