计算机网络应用基础第1章课件.ppt

计算机网络应用基础,信息工程系,课程简介,计算机网络应用基础属于公共基础课，该课程主要介绍网络的基本知识和基本概念，以及在应用网络过程中的基本操作，包括局域网的组建、接入Internet、上网浏览搜索、电子邮件的收发、文件的压缩与解压缩、文件的上传与下载等。,网络基础与局域网,准备知识、DOS命令,第一部分网络基础知识（计算机网络的定义、组成、结构）,第二部分计算机网络体系结构,第三部分网络协议、IP寻址、域名系统,第四部分网络互连设备与局域网基础,第五部分网络操作系统,第六部分局域网的组建与实例、,第七部分计算机网络应用,第八部分网络安全,网络基础,局域网,与Internet的连接、,共享上网,第一章网络基础知识,目标要求：,了解计算机网络的发展历程掌握计算机网络的定义、基本功能和组成要素掌握OSI参考模型、TCP/IP参考模型通过对网络分类的理解，可从不同角度对计算机网络加以认识，培养对计算机网络的兴趣,主要内容,第一节计算机网络概述第二节计算机网络的组成与结构第三节计算机网络的体系结构,返回,第一节计算机网络概述,主要内容,计算机网络的定义计算机网络的分类计算机网络的功能与应用计算机网络的发展,返回,1.1.1计算机网络的定义,一、几种定义从计算机与网络技术相结合的角度定义为：计算机技术与通信技术相结合，实现远程信息处理和进一步达到资源共享的系统。从共享资源的角度出发定义为：以能够互相共享资源的方式连接起来，并各自具备独立功能的计算机系统的集合。从物理结构出发定义为：在协议控制下，由若干计算机、终端设备、数据传输设备和通信处理机等组成的系统集合。,计算机网络的定义,计算机网络是将分散在不同地点且具有独立功能的多个计算机系统，利用通信设备和线路相互连接起来，在网络协议和软件的支持下进行数据通信，实现资源共享的计算机系统的集合。如图示,返回,典型的计算机网络示例,返回,1.1.2计算机网络的分类,按地理覆盖范围分类局域网城域网广域网互联网按通信介质分类有线网无线网,计算机网络的分类,按网络的拓扑结构分类按网络的传输速率分类按网络中使用的操作系统分类按传输带宽分类按信息传播技术分类,返回,计算机网络的分类,局域网（LAN，LocalAreaNetwork）传输距离有限，一般在10公里以内传输速率高，可达10Mbps以上误码率低一般用专线连接,返回,计算机网络的分类,城域网(MAN,MetropolitanAreaNetwork)介于局域网与广域网之间用于连接几十公里内的企业、机关的局域网,返回,计算机网络的分类,广域网(WAN,WideAreaNetwork)传输距离广，一般在几十公里以上传输速率低一般租用公共通信线路广域网主要采用分组交换技术,返回,拓扑结构的定义,拓扑（Topology）：由图论演变而来的，是一种研究与大小形状无关的点、线、面特点的方法。网络的拓扑结构：抛开网络中的具体设备，把工作站、服务器等抽象为“点”，把网络中的通信介质抽象为“线”。这样计算机网络的结构就抽象为点和线组成的几何图形网络的拓扑结构。,返回,总线型网络拓扑结构,返回,星型网络拓扑结构,工作站,工作站,工作站,工作站,工作站,工作站,集线器,返回,环型网络拓扑结构,工作站,工作站,工作站,工作站,工作站,工作站,返回,树型网络拓扑结构,工作站,工作站,工作站,工作站,返回,网状型网络拓扑结构,工作站,工作站,工作站,工作站,工作站,工作站,返回,混合型网络拓扑结构,返回,1.1.3计算机网络的功能,1数据通信（1）传输文件（2）使用电子邮件（E-mail）2资源共享（1）共享硬件资源（2）共享软件资源（3）共享数据资源3分布与协同处理4提高计算机系统的可靠性和可用性,计算机网络的应用,（1）管理信息系统（2）办公自动化系统（3）信息检索系统（4）电子收款机系统（5）分布式控制系统（6）计算机集成与制造系统（7）电子数据交换和电子商务系统（8）信息服务系统,返回,计算机网络应用举例1,1.共享打印机等各种硬件设备,计算机网络应用举例（2）,2.共享数据资源,计算机网络应用举例（3）,3.共享应用程序,1.1.4计算机网络的发展,早期的计算机应用模式单机大、中、小型机庞大，昂贵，资源无法共享计算机构成了一个个的信息“孤岛”计算机网络产生的原因资源共享的需求（计算能力、外设、软件、数据）大型项目的合作（进行工程项目协作）人与人之间的信息沟通（数据通信）,1.1.4计算机网络的发展,第一代：面向终端的计算机网络第二代：计算机计算机网络第三代：开放式标准化网络第四代：宽带化、综合化、数字化网络下一代网络（NGN）,返回,第一代计算机网络面向终端的计算机网络,返回,这一阶段的主要在20世纪5060年代，即以主机为中心，通过计算机实现与远程终端的数据通信。典型代表：美国飞机订票系统以主机为中心，面向终端。终端都不具备自主处理能力。分时访问和使用中央服务器上的信息资源。中央服务器的性能和运算速度决定连接终端用户的数量。存在问题：中心计算机负担重，通信费用高。,第二代计算机网络计算机-计算机网络,从20世纪60年代中期开始，出现了若干个计算机互连系统，开创了计算机计算机通信时代。随后各大计算机公司都陆续推出了自己的网络体系结构，以及实现这些网络体系结构的软件硬件产品。典型代表：ARPAnet但这些网络也存在不少弊端，主要问题是各厂家提供的网络产品实现互连十分困难。这种自成体系的系统称为“封闭”系统。ARPANET的出现，为网络标准化建设打下了坚实的基础。,返回,第三代计算机网络开放式标准化网络,返回,从20世纪80年代开始进入了计算机网络的标准化时代。典型代表：Internet制定出计算机网络体系结构ISO参考模型。随着Internet的发展，TCP/IP协议族的广泛应用。局域网的全面发展。,第四代计算机网络宽带化、综合化、数字化网络,返回,进入20世纪90年代后，全球以Internet为核心的高速计算机互联网络已经形成，Internet已经成为人类最重要的、最大的知识宝库。网络互连和高速计算机网络被称为第四代计算机网络。计算机网络开始向宽带化、综合化、数字化方向发展。网络的高速发展时期，网络在社会生活中的大量应用，网络经济的快速发展。,下一代网络,NGN是以交换为核心，能够提供语音、视频和数据等多媒体综合业务，采用开放、标准体系结构，能够提供丰富业务的下一代网络。NGN定义：P5,返回,第二节计算机网络的组成与结构,主要内容,计算机网络的基本组成资源子网和通信子网,返回,1.2.1计算机网络的基本组成,计算机系统服务器工作站数据通信系统网络适配器传输介质网络互连设备网络软件网络协议和协议软件网络通信软件网络操作系统网络管理及网络应用软件,返回,1.2.2资源子网和通信子网,返回,资源子网,由主机、终端、连网外设各种软件资源和信息资源组成。主机：提供接入服务、信息服务的计算机。早期主要由大型机、中型机、小型机承担，现在也用高档微机。终端：是用户访问网络的计算机，可以是哑终端或智能终端。,通信子网,由通信处理机、通信线路、通信设备组成。通信处理机：一方面作为与资源子网的主机、终端连接的接口，另一方面作为通信子网中的分组存储转发结点。通信线路：连接主机、通信处理机，为它们之间传输数据提供通道。,第三节计算机网络的体系结构,主要内容,网络体系结构的基本概念ISO的OSI参考模型TCP/IP参考模型ISO的OSI参考模型与TCP/IP参考模型得比较常用网络通信协议选择网络通信协议的原则,返回,1.3.1网络体系结构的基本概念,网络体系结构发展的背景网络的状况多种通信媒介有线、无线。不同种类的设备通用、专用。不同的操作系统Unix、Windows不同的应用环境固定、移动。不同种类业务分时、交互、实时宝贵的投资和积累有形、无形。用户业务的延续性不允许出现大的跌宕起伏它们互相交织，形成了非常复杂的系统应用环境。,结构清晰简化设计与实现便于更新与维护较强的独立性和适应性,对于复杂的网络系统，用什么方法能合理地组织网络的结构，以达到：,解决：分而治之！一个生活中的例子：空中旅行的组织,空中旅行的组织,一系列的步骤,机票(购买)行李(托运)旅客(出发)飞机(起飞)飞行航线,机票(投诉)行李(认领)旅客(到达)飞机(着陆)飞行航线,飞行航线,空中旅行的组织:从另一种不同的角度观察,层次的观点：每层实现一种特定的服务通过自己内部的功能依赖自己的下层提供的服务,机票(购买)行李(托运)旅客(出发)飞机(起飞)飞行航线,机票(投诉)行李(认领)旅客(到达)飞机(着陆)飞行航线,飞行航线,分层的空中旅行组织:服务,从出发地到目的地的航线：导航服务,柜台-to-柜台：“旅客+行李”票务服务,行李托运-to-行李认领：行李服务,登机入口-to-到达出口：旅客乘务服务,跑道-to-跑道：飞机“航运”服务,层次功能的分布式实现,飞机(起飞),飞机(着陆),飞行航线,起飞机场,到达机场,中间空中交通枢纽,飞行航线,飞行航线,机票(购买),机票(投诉),行李(托运),行李(认领),旅客(出发),旅客(到达),层次化方法在其它领域的应用,程序设计把一个大的程序分解为若干个层次的小模块来实现，如操作系统邮政系统邮递员、邮政分局、邮政总局、邮政运输银行系统物流系统,划分层次模型,计算机网络体系结构,计算机网络中也采用了分层方法。把复杂的问题划分为若干个较小的、单一的局部问题，在不同层上予以解决。网络的层次结构方法要解决的问题网络应该具有哪些层次？每一层的功能是什么？（分层与功能）各层之间的关系是怎样的？它们如何进行交互？（服务与接口）通信双方的数据传输要遵循哪些规则？（协议）,网络体系结构,网络体系结构（networkarchitecture)：计算机网络层次结构模型及各层协议的集合。层次：是人们对复杂问题处理的基本方法。接口：相邻两层之间交互的界面，定义相邻两层之间的操作及下层对上层的服务。服务：是下层通过层间的接口为上层提供其实现的某种特定功能。实体：是指网络中发送或接收信息的设备或进程，在大多数情况下是一个特定的软件模块。,计算机网络的层次结构,接口是相邻层之间的通信约定；服务是垂直的，n-1层为n层提供服务，n层为n+1层提供服务；协议是水平的，n层协议是控制两节点中同处于n层中的实体间通信的规则，是实现服务的基础。,网络分层体系结构,网络中的任何一个系统都是按照层次结构来组织的同一网络中，任意两个端系统必须具有相同的层次每层使用其下层提供的服务，并向其上层提供服务通信只在对等层间进行（间接的、逻辑的、虚拟的），非对等层之间不能互相“通信”实际的物理通信只在最底层完成Pn：第n层协议，即第n层对等实体间通信时必须遵循的规则或约定,层次结构方法的优点,把网络操作分成复杂性较低的单元，结构清晰，易于实现和维护定义并提供了具有兼容性的标准接口使设计人员能专心设计和开发所关心的功能模块独立性强上层只需了解下层通过层间接口提供什么服务适应性强只要服务和接口不变，层内实现方法可任意改变一个区域网络的变化不会影响另外一个区域的网络，每个区域的网络可单独升级或改造,网络体系结构,层次结构划分的原则每层的功能明确且相互独立层间接口清晰，跨越接口的信息量尽可能少层数适中网络体系结构的特点以功能作为划分层次的基础第n层的实体在实现自身定义的功能时，只能使用第n-1层提供的服务第n层向第n+1层提供服务时，此服务不仅包含第n层本身的功能，还包含由下层服务提供的功能仅在相邻层间有接口，且所提供服务的具体实现细节对上一层完全屏蔽,1.3.2ISO/OSI参考模型,1974年，IBM公司提出了世界上第一个网络体系结构，SNA（systemnetworkarchitecture）OSI参考模型的提出：1983年，国际标准化组织（ISO）正式制定了ISO/IEC7498国际标准。1977为开放系统互联成立专门委员会，1980年草拟参考模型协议书，1983年正式批准为国际标准。OSI体系结构定义了网络互连的7层框架，即开放系统互连（OSI,OpenSystemInterconnection）参考模型。“开放”的含义：表示可使任何两个遵守参考模型和有关标准的系统进行连接。,OSI参考模型是一个描述网络层次结构的模型。OSI参考模型定义的主要内容：信息在网络中的传输过程及各层的功能和架构。OSI参考模型是网络设计的蓝图，并非指一个现实的网络。,1.3.2ISO/OSI参考模型,ISOOSI参考模型,应用层Application,表示层Presentation,会话层session,传输层transport,物理层Physical,数据链路层DataLink,网络层Network,7654321,处理网络应用数据表示主机间通信进程间的连接寻址和最短路径介质访问（接入）二进制传输,返回,物理层(Physical如何利用物理媒体走每一步)“信号和介质”,实现在物理媒体上透明地传送原始比特流定义了激活、维护和关闭终端用户之间机械的、电气的、过程的和功能的特性机械特性：物理连接器的尺寸、形状、规格电气特性：信号电平，脉冲宽度，频率，数据传送速率，最大传送距离等功能特性：接口引脚的功能作用过程特性：信号时序，应答关系，操作过程,返回,数据链路层(DataLink每步如何走)“帧与介质访问控制”,把从物理层来的原始数据打包成帧。负责帧在计算机之间的无差错传递，使相邻结点间的链路对网络层呈现为一条无差错的链路。帧是放置数据的、逻辑的、结构化的包。所关心的问题包括物理地址、链路维护；组帧：把数据封装在帧中,按顺序传送；定界与同步：产生/识别帧边界；差错恢复：采用重传（ARQ）的方法；流量控制：收发双方传输速率的匹配。典型协议：多路访问控制协议(MAC，MultipleAccessControlprotocol),返回,网络层(走哪条路可到达该处)“路径选择、路由及逻辑寻址”,负责网络中两主机间的数据交换，由于通信的两台计算机间可能要经过许多个节点,也可能经过多个通信子网,故网络层的任务是：选择合适的路径将信息送到目的站,这就是所谓的路由选择。进行流量控制,以防止网络拥塞引起的网络功能下降。网络层传输的信息以报文分组为单位。网络层协议最著名的协议是国际电报电话咨询委员会CCITT的X.25协议。,返回,传输层(Transport对方在何处)“流量控制和可靠性”,为信源进程与信宿进程的通信提供数据传输服务；屏蔽各类通信子网的差异，使应用层不受通信子网技术变化的影响；进行数据分段并组装成报文流；传输单位为：报文提供端到端的服务；提供“面向连接”（虚电路）和“无连接”（数据报）两种服务；传输差错校验与恢复；信息流控制，防止数据传输过载；传输层是资源子网和通信子网的接口层。,返回,会话层（Session轮到谁讲话和从何处讲）”对话和交谈”对不同开放系统中两个进程间通信的过程进行管理和协调不参与数据传输表示层（Presentation对方看起来像什么）“一种通用的数据格式”向应用进程提供资料表示，如信息编码、数据转换、数据压缩与恢复等。,返回,应用层(Application做什么)“浏览器”,为用户的应用进程提供网络通信服务识别并证实目的通信方的可用性使协同工作的应用程序之间实现同步判断是否为通信过程申请了足够的资源处理被传送数据的表示问题，即信息的语义。应用层协议的例子：远程登录协议Telnet、文件传输协议FTP、超文本传输协议HTTP、域名服务DNS、简单邮件传输协议SMTP、邮局协议POP3等,返回,OSI中数据的传输,两个开放系统之间的通信对等层通信网络体系结构禁止不同主机的对等层之间的直接通信。(想一想，为什么?)实际上，每一层必须依靠相邻层提供的服务来与另一台主机的对应层通信。上层使用下层提供的服务Serviceuser下层向上层提供服务Serviceprovider以两个人使用信件进行信息交流为例(见下页图),对等通信例：两个人收发信件,问题：收信人与发信人之间、邮局之间，他们是在直接通信吗？邮局、运输系统各向谁提供什么样的服务？邮局、收发信人各使用谁提供的什么服务？,信件内容,邮件地址,货物地址,发信人,邮局,运输系统,信件内容,邮件地址,货物地址,收信人,对信件内容的共识,对信件如何传递的共识,对货物如何运输的共识,P3,P2,P1,公路，铁路，航空,邮局,运输系统,对等层通信的实质,对等层实体之间实现的是虚拟的逻辑通信；下层向上层提供服务；上层依赖下层提供的服务来与其它主机上的对等层通信；实际通信在最底层完成。,源进程传送消息到目标进程的过程：消息送到源系统的最高层；从最高层开始，自上而下逐层封装；经物理线路传输到目标系统；目标系统将收到的信息自下而上逐层处理并拆封；由最高层将消息提交给目标进程。,目标进程,源进程,P3,P2,P1,物理通信线路,Pn-1,Pn,Pn+1,逻辑通信,OSI环境中的数据传输过程,OSI环境:包括连网计算机系统中的应用层到物理层7层以及通信子网.OSI环境中数据传输过程:,1.3.3TCP/IP参考模型,TCP/IP起源于美国国防部高级研究规划署(ARPA)的一项研究计划实现若干台主机之间的相互通信。现在TCP/IP已成为Internet上通信的标准。TCP/IP模型包括4个概念层次：应用层（application）传输层（transport）网络层（internet）网络接口层（networkinterface）,TCP/IP参考模型,TCP/IP协议特点开放的协议标准，可以免费使用，并且独立于特定的计算机硬件与操作系统；独立于特定的网络硬件，可运行在局域网、广域网、互联网；统一的网络地址分配方案，使得整个TCP/IP设备在网中都具有唯一的地址；标准化的高层协议，可以提供多种可靠的用户服务。,TCP/IP应用层,应用层协议支持了文件传输、电子邮件、远程登录、网络管理、Web浏览等应用，包括了所有的高层协议。,TCP/IP传输层,传输层负责在源主机与目的主机的应用进程间建立端-端通信。其主要功能：流量控制可靠传输,传输层提供了TCP和UDP两种传输协议：TCP是面向连接的、可靠的传输协议。它把报文分解为多个段进行传输，在目的站再重新装配这些段，必要时重新发送没有收到的段。UDP是无连接的。由于对发送的段不进行校验和确认，因此它是“不可靠”的。,传输层提供了两种传输协议,TCP/IP网络层,网络层负责通过网络发送和接收IP数据报，其主要协议IP。本层提供无连接的传输服务。主要功能是寻找一条能够把数据报送到目的地的路径。网际层的PDU称为IP数据报；ICMP（InternetControlMessageProtocol）提供控制和传递消息的功能；ARP（AddressResolutionProtocol）为已知的IP地址确定相应的MAC地址；RARP（ReverseAddressResolutionProtocol）根据MAC地址确定相应的IP地址。,TCP/IP网络层的四个主要协议,TCP/IP实际并未定义任何数据链路层协议和物理层协议，它可运行在现有的任何一种数据链路层和物理层之上,TCP/IP网络接口层（数据链路层和物理层）,右图说明:TCP应用层为用户提供丰富的服务;网络接口层可以连接多种网络.,1.3.4TCP/IP与OSI参考模型的比较,OSI与TCP的共同点:层次化的结构OSI/RM定义了服务,接口和协议三个概念，将功能与实现细节分开，概括性强，理论完整，便于理解，普遍实用性强,至今仍被用于理论学习和系统分析；但OSI协议实现复杂，没有商业驱动力，未被实际采用。OSI的主要问题定义复杂实现困难有些功能在每一层重复出现效率低下,TCP/IP的主要问题,网络接口层并不是实际的一层TCP/IP体系在服务,接口和协议的区别不清，功能描述和实现细节混在一起，对采用新技术设计网络的指导意义不大；但实践证明，它是成功的，互连网的发展给了它巨大的支持。TCP/IP虽然不是国际标准,但它得到了广泛应用，成为事实上的国际标准。,TCP/IP与OSI参考模型的比较,7654321,OSI参考模型,应用层,传输层,网络接口层(数据链路层+物理层),网络层,TCP/IP概念层次,Ethernet,802.3,802.5,FDDI等等,五层协议的体系结构,OSI的七层协议既复杂又不使用，但是其概念比较清楚，体系结构理论比较完整。TCP/IP是四层的体系结构：应用层、传输层、网络层和网络接口层，最下面的网络接口层并没有具体内容。因此往往采取折中的办法，即综合OSI和TCP/IP的优点，采用一种只有五层协议的体系结构。,1物理层,2数据链路层,3网络层,4传输层,5应用层,应用层(applicationlayer)传输层(transpo