第10章 计算机网络与INTERNET

1 第三部分计算机应用技术基础 2 第10章计算机网络与Internet应用 3 计算机网络的形成及发展计算机网络的功能计算机网络的分类计算机网络的体系结构 计算机网络基础 4 计算机网络定义 地理上分散的自主计算机通过通信线路和通信设备相互连接起来 在通信协议的控制下 进行信息交换和资源共享或协同工作的计算机系统 计算机网络由通信子网和资源子网构成 通信子网负责计算机间的数据通信 也就是数据传输 资源子网是通过通信子网连接在一起的计算机 向网络用户提供可共享的硬件 软件和信息资源 5 计算机网络的发展过程可分为4个阶段 面向终端的计算机网络计算机 计算机网络开放式标准化网络网络互联时代 计算机网络的形成及发展 6 计算机网络的功能 信息交换 资源共享 协同工作是计算机网络的基本功能 从计算机网络的应用角度来看 计算机网络的功能有如下几方面 1 资源共享2 平衡负荷及分布处理3 信息快速传输与集中处理4 综合信息服务 7 1 按覆盖的地理范围分类 1 局域网 LocalAreaNetwork LAN 局域网是一种在有限的地理范围内 如一幢大楼 一个校园等 的计算机或数据终端设备连接互相的通信网络 2 广域网 WideAreaNetwork WAN 广域网是一种远距离的计算机网络 也可称为远程网 3 城域网 MetropolitanAreaNetwork MAN 城域网的覆盖范围介于局域网和广域网之间 一般为几十千米范围内的机关 企业 事业单位 集团 公司等 是规模较大的城市范围内的网络 也是用来满足大量用户 多种信息传输为目标的综合计算机网络 计算机网络的分类 8 2 其他分类计算机网络按用途可分为公用网和专用网 按交换方式可分为电路交换网 报文交换网和分组交换网3种 按所采用的传输媒体分为双绞线网 同轴电缆网 光纤网 无线网等 按信道的带宽分为窄带网和宽带网 按所采用的拓扑结构可分为星形网 环形网 总线形网和树形网等 9 1 计算机网络的体系结构简介为了完成计算机间的通信合作 将每个计算机互联的功能划分为定义明确的层次 规定了同层次进程通信的协议及相邻层之间的接口及服务 将这些同层进程间通信的协议以及相邻层接口统称为网络体系结构 现代计算机网络都采用了分层结构 计算机网络的体系结构 10 OSI参考模型 11 2 网络通信协议计算机之间进行通信时 必须使用一种双方都能理解的语言 这种语言被称为 协议 1 网络通信协议概念协议 Protocol 是指计算机间通信时对传输信息内容的理解 信息表示形式以及各种情况下的应答信号都必须遵守的一个共同的约定 目前 最常用的网络协议是TCP IP 传输控制协议 网际协议 12 2 网络通信协议的三要素 语法 Syntax 语义 Semantics 定时 Timing 13 10 2局域网基本技术 网络的拓扑结构局域网组成 14 计算机网络的拓扑结构采用从图论演变而来的 拓扑 Topology 的方法 抛开网络中的具体设备 将服务器 工作站等网络单元抽象为结点 将网络中的电缆通信媒体抽象为 线 这样一个计算机网络系统就形成了点和线的几何图形 从而抽象出计算机网络系统的具体结构 计算机网络的拓扑结构主要有星形 总线形 环形 树形和网状等 网络的拓扑结构 15 1 星形星形拓扑结构中每个结点设备都以中心结点为中心 通过连接线与中心结点相连 中心结点为控制中心 各结点之间的通信都必须经过中心结点转接 如左图所示 星形拓扑结构的优点是结构简单 建网容易 便于管理和控制 缺点是一旦中心结点出现故障 则全网瘫痪 2 总线形总线形拓扑结构是将各个结点设备通过一根总线相连 网络中所有结点工作站都是通过总线传输数据的 如右图所示 总线形拓扑结构的优点是结构简单灵活 可靠性高 安装使用方便 成本低等 缺点是由于各结点通信都通过这根总线 线路争用现象较重 一旦总线上的任何位置被切断或短路 整个网络就无法运行 星形拓扑结构的计算机网络 总线形拓扑结构的计算机网络 16 3 环形环形拓扑结构是网络中各结点通过一条首尾相连的通信链路连接起来 构成一个闭合环形结构网 如下图所示 环形拓扑结构的优点是结构比较简单 负载能力强且均衡 可靠性高 信号流向是定向的 无信号冲突 缺点是结点过多时影响传输速率 环中任何结点发生故障 均会导致网络不能正常工作 环形拓扑结构的计算机网络 17 4 树形树形拓扑结构是一种分级结构 其形状像一棵倒置的树 顶端有一个带有分支的根 每个分支还可延伸出子分支 如下图所示 树形拓扑结构的优点是线路利用率高 网络成本低 结构比较简单 改善了星形结构的可靠性和扩充性 缺点是如果中间层结点出现故障 则下一层的结点间就不能交换信息 对根节点的依赖性太大 树形拓扑结构的计算机网络 18 硬件部分 1 服务器网络服务器是网络中为各类用户提供服务 并实施网络的各种管理的中心单元 也称为主机 Host 网络中可共享的资源大部分都集中在服务器中 同时服务器还要负责管理资源 管理多个用户的并发访问 局域网的组成 19 2 工作站网络工作站是可以共享网络资源的用户计算机 也可以称为网络终端设备 通常是一台微型计算机 20 3 通信设备 1 网络适配器网络适配器简称网卡 它是计算机与网络之间的物理链路 其作用是在计算机与网络之间提供数据传输功能 要使计算机连接到网络中 就必须在计算机中安装网卡 21 2 中继器中继器又称转发器 工作在物理层 它是用来扩展局域网覆盖范围的硬件设备 当规划一个网络时 若网络段已超出规定的最大距离 就要用中继器来延伸 中继器的功能就是接收从一个网段传来的所有信号 放大后发送到另一个网段 中继器有信号放大和再生功能 但它不需要智能和算法的支持 只是将信号从一端传送到另一端 22 3 集线器集线器 Hub 实际是一个中继器 二者的区别在于集线器能够提供多端口服务 也称为多口中继器 23 4 交换机交换机可以称做 智能型集线器 采用交换技术 为所连接的设备同时建立多条专用线路 当两个终端互相通信时并不影响其他终端的工作 使网络的性能得到大幅提高 24 5 路由器路由器是一种可以在不同的网络之间进行信号转换的互联设备 网络与网络之间互相连接时 必须用路由器来完成 25 4 网络传输介质网络传输介质包括双绞线 同轴电缆 光纤等有线传输介质和红外线 激光 卫星通信等无线传输介质 26 软件部分 1 网络操作系统网络操作系统是指能够控制和管理网络资源的软件系统 目前 常用的网络操作系统有UNIX Linux WindowsServer2003 NovellNetware等 27 2 网络应用软件网络应用软件是根据用户的需要开发出来的 网络应用软件能够为用户提供各种服务 应用软件随着计算机网络的发展和普及也越来越丰富 如浏览软件 传输软件 电子邮件管理软件 游戏软件 聊天软件等 28 10 3Internet基础知识 Internet的产生与发展Internet的特点Internet的体系结构概述TCP IPInternet的地址和域名 29 Internet最早来源于美国国防部高级研究计划局建立的一个名为ARPANet的计算机网络 该网于1969年投入使用 ARPANet的一项非常重要的成果就是网际协议 IP 和传输控制协议 TCP 这两个协议 Internet的产生与发展 30 1 开放性2 资源的丰富性3 技术的先进性4 共享性5 平等性6 交互性另外 Internet还具有合作性 虚拟性 个性化和全球性的特点 Internet的特点 31 Internet也使用分层的体系结构 通常称为TCP IP协议簇 相对于OSI开放式层次体系结构 更为简单和实用 只有4个层次 网络接口层 网际层 传输层和应用层 如下图所示 凡是遵循TCP IP协议簇的各种计算机都能够相互通信 Internet的体系结构 Internet的层次模型 32 1 传输控制协议TCPTCP对应于开放式系统互联模型OSI RM七层中的传输层协议 它是面向 连接 的 在进行数据通信之前 通信双方必须先建立连接 连接后才能进行通信 而在通信结束后 要终止它们的连接 TCP的主要功能是对网络中的计算机和通信设备进行管理 规定了信息包应该怎样分层 分组 怎样在收到信息包后重组数据 以及以何种方式在线路上传输信号 TCP IP 33 2 网际协议IPIP对应于开放式系统互联模型OSI七层中的网络层协议 制定了所有在网上流通的数据包标准 提供跨越多个网络的单一数据包传送服务 IP的功能是无连接数据报传送 数据报路由选择及差错处理等 Internet的核心协议是IP 它的目的是将数据从原结点传送到目的结点 为了正确地传送数据 Internet上的每一个网络设备 如主机 路由器 都有一个唯一的标识 即IP地址 34 1 IP地址一个IP地址由32位二进制数字组成 通常被分割为4段 段与段之间以小数点分隔 每段8位 1个字节 通信时要用IP地址来指定目的机地址 例如 11000000 10101000 00100010 00010101为了便于表达和识别 IP地址常以十进制数形式来表示 因为一个字节所能表示的最大十进制数是255 所以每段整数的范围是0 255 上面用二进制数表示的IP地址可用十进制表示为192 168 10 21 Internet的地址和域名 35 IP地址包括网络部分和主机部分 网络部分指出IP地址所属的网络 主机部分指出这台计算机在网络中的位置 这种IP地址结构在Internet上很容易进行寻址 先按照IP地址中的网络号找到网络 然后在该网络中按主机号找到主机 36 IP地址可分为5类 A类地址 A类网络地址被分配给主要的服务提供商 IP地址的前8位二进制数代表网络部分 取值范围00000000 01111111 十进制数0 127 后24位代表主机部分 例如 61 111 10 3属于A类地址 37 B类地址 B类地址分配给拥有大型网络的机构 IP地址的前16位二进制数代表网络部分 其中前8位二进制数的取值范围10000000 10111111 十进制数128 191 后16位代表主机部分 例如 168 133 21 66属于B类地址 38 C类地址 C类地址分配给小型网络 IP地址的前24位二进制数代表网络部分 其中前8位二进制数的取值范围是11000000 11011111 十进制数192 223 每个网络中的主机数最多为254台 C类地址共有2097152个 例如 200 118 24 8属于C类地址 39 D类地址 D类地址是为多路广播保留的 它的前8位二进制数的取值范围是11100000 11101111 十进制数224 239 E类地址 E类是实验性地址 是保留未用的 它的前8位二进制数的取值范围是11110000 11110111 十进制数240 247 40 2 域名 DomainName 由于IP地址是由一串数字组成的 不便于记忆 因此Internet上设计了一种字符型的主机命名系统DNS DomainNameSystem 也称域名系统 DNS为主机