计算机网络应用基础

1、1,计算机网络应用基础诸海生 董震,自动化学院网络工程系 刘洪涛 L 电话：31726076 参考教材： 计算机网络(第4版) 谢希仁 电子工业出版社 计算机网络(第4版) 潘爱民译 清华大学出版社,2,第1章 计算机网络基础知识,计算机网络：是计算机技术和通信技术发展和结合的产物，是利用通信线路把分布在不同地点的多个具有独立功能的计算机系统连接起来的网络，其主要目的是使广大用户共享网络中的硬件、软件和数据资源,计算机网络应用基础,3,1.1 计算机网络概述,第1章 计算机网络基础知识,4,1.1计算机网络概述,面向终端的计算机通信网 分组交换网 网络体系结构的形成 Internet的普及与高

2、速网络技术的发展,1.1.1 计算机网络的形成和发展,5,1.1计算机网络概述,第一代计算机网络,6,1.1计算机网络概述,第二代计算机网络,7,1.1计算机网络概述,第三代计算机网络,8,1.1 计算机网络概述,1.计算机网络的定义 计算机网络的定义多种多样 计算机网络是由多个具有自主功能的计算机系统，通过各种通信手段相互连接，进行信息交流、资源共享和协同工作的集合 计算机网络3个特点： 计算机网络的目标是实现资源共享和信息交流 连接在网络上的计算机都是平等的，没有主从关系。 网络上的各个计算机系统之间需要通过通信手段相互连接,1.1.2 计算机网络的定义和功能,9,1.1计算机网络概述,广

3、域网的二级网络结构 通信子网 资源子网,1.1.3 计算机网络的组成,10,1.1计算机网络概述,2. 网络硬件 传输介质 网络连接设备 主机和终端设备 其它网络硬件,1.1.3 计算机网络的组成,11,1.1计算机网络概述,3. 网络软件 网络操作系统 通信控制软件和软件管理软件 客户端软件 其他软件,1.1.3 计算机网络的组成,12,1.1计算机网络概述,按网络的覆盖范围分类 局域网 城域网 广域网,1.1.4 计算机网络的分类,13,1.1计算机网络概述,2. 按其他方法分类 按信息传播方式分类 按网络的拓扑结构分类 按网络的数据传输速率分类 按运营方式分类 按传输介质分类,1.1.4

4、 计算机网络的分类,14,1.2 计算机网络的拓扑结构,计算机网络的拓扑结构是指网络中各种设备的连接构型，它反映网络的物理布局，表示设备之间的结构关系,1.2 计算机网络的拓扑结构,15,1.2 计算机网络的拓扑结构,1. 结点 除了链路以外，都可以抽象为结点。 2. 链路 链路是两个结点之间承载数据流的线路或通道。 3. 通路 通路是指端结点之间的物理通道,1.2.1 基本术语,16,1.2 计算机网络的拓扑结构,1.2.2 星型结构,17,1.2 计算机网络的拓扑结构,1.2.3 环型结构,18,1.2 计算机网络的拓扑结构,1.2.3 网状结构,19,1.2 计算机网络的拓扑结构,1.2

5、.5 总线型结构,20,1.3 数据通信基础,数据和信息 模拟信号和数字信号 模拟数据和数字数据 比特 信道 带宽 数据传输速率 延迟 面向连接与无连接,1.3.1 基本概念,21,1.3 数据通信基础,通信方式 单工通信 半双工通信 全双工通信 传输方式 串行传输 并行传输,1.3.2 信息的传输方式,22,1.3 数据通信基础,双绞线 双绞线由两条互相绝缘的铜线组成。 双绞线可以传输模拟信号和数字信号。 两类双绞线：3类和5类 屏蔽双绞线和非屏蔽双绞线,1.3.3 传输介质,23,1.3 数据通信基础,2.同轴电缆 屏蔽性比双绞线更好，具有高带宽和良好的噪声抑制特性，可以传输更远。 曾广泛

6、的应用于电话系统中，后被光纤替代。 两种同轴电缆：50欧姆和70欧姆电缆，前者应用于传输数字信号，后者应用于传输模拟信号,1.3.3 传输介质,24,1.3 数据通信基础,3.光纤 光传输系统的三个组成部分：光源、传输介质、检测器。 分多模光纤和单模光纤,1.3.3 传输介质,25,1.3 数据通信基础,光纤：分单模与多模两种 单模光纤：内径为8-10微米的光纤介质，光沿轴路径直线传输，频率单一，速率高，可达百G，用红外激光管作光源(ILD)。传输远，达数十公里、成本高,多模光纤：内径为15-50微米的光纤介质，光沿非轴路径在壁之间波浪式反射，多频率共存（多色光），用发光二极管作光源(LED)

7、。传输距离近，2公里左右，损耗大，成本低。其中多模突变光损耗更大,26,1.4 广域网技术基础,电路交换(circuit switching)： 电话系统中的交换设备在你的电话与接收者的电话之间找出一条实际的“铜线” (包括光纤和无线)通路。 电路交换的一个重要特点是，数据传输前需要建立一个端到端的通路。 报文交换(message switching)： 不会提前建立实际的铜线通路，而是通过路由器的存储转发技术 报文长度没有限制 分组交换(pachet switching)： 同报文交换类似，但传输的块的大小有严格的上限,1.4.1 数据交换,27,1.4 广域网技术基础,28,1.4 广域网

8、技术基础,频分多路复用 FDM,1.4.2 多路复用技术,29,1.4 广域网技术基础,时分多路复用 TDM,1.4.2 多路复用技术,30,1.5 网络体系结构,语法：用户数据与控制信息的数据结构形式或格式。 语义：需要发出何种控制信息，完成何种动作以及做出何种应答。 时序：事件发生的时序关系。 计算机网络体系结构层各层协议,1.5.1 网络协议与体系结构的概念,31,1.5 网络体系结构,接口：定义下层向上层提供的原语操作和服务。 服务：是各层向上层提供的一组原语(操作)。 协议：定义同层对等实体之间交换的帧、分组和报文的格式及意义的一组规则,1.5.2 协议的层次化,32,1.5 网络体

9、系结构,1.5.3 开放系统互联,33,1.5 网络体系结构,物理层 链路层 网络层 传输层 会话层 表示层 应用层,面向通信,面向用户,1.5.3 开放系统互联,34,35,1.4.1 OSI参考模型,链路层 协议,物理层 协议,网络层 协议,分组流,比特流,帧流,应用协议(报文流,表示协议(报文流,会话协议(报文流,传输协议(报文流,子 网 内 部 协 议,36,1.5 网络体系结构,OSI参考模型中的数据传输,37,第2章 局域网与城域网,局域网的基本特点：网络覆盖的地理范围小、数据传输距离短。 局域网传输延迟比较小、传输速率高、可靠性比较好。 局域网的特点： 局域网覆盖范围有限 采用双

10、绞线、同轴电缆、光纤和无线介质 传输速率高（10Mbps1000Mbps） 传输控制简单，不需要转接和路由选择 拓扑结构简单总线型、环型、星型结构 采用多种介质访问控制技术,2.1 局域网的特点和拓扑结构,38,2.2 局域网参考模型,2.2.1 局域网体系结构,39,40,2.2 局域网参考模型,IEEE802通信标准 802.1 体系结构和网络互连,网络管理和性能管理 802.2 逻辑链路控制（LLC） 802.3 CSMA/CD 802.4 令牌总线网 802.5 令牌环网 802.6 城域网 802.7 宽带技术 802.8 光纤技术（ FDDI） 802.9 综合话音数据局域网 80

11、2.10 可操作的局域网安全 802.11 无线局域网,2.2.2 IEEE 802标准,41,2.3 局域网的硬件组成,网络服务器 数据库服务器 文件服务器(FTP服务器) 打印服务器 应用服务器 网络工作站,2.3.1 网络服务器和网络工作站,42,2.3 局域网的硬件组成,1. 集线器 每一个站用它自己专用的传输介质连接到集线器，各节点间不再只有一个传输通道，各节点发回来的信号通过集线器集中，集线器再把信号整形、放大后发送到所有节点上,2.3.2 集线器和交换机,43,2.3 局域网的硬件组成,2. 交换机 局域网交换机拥有许多端口，每个端口有自己的专用带宽，并且可以连接不同的网段。交换

12、机各个端口之间的通信是同时的、并行的，这就大大提高了信息吞吐量,2.3.2 集线器和交换机,44,2.3 局域网的硬件组成,网卡又称网络接口卡(NIC Network Interface Card)，也称网络适配器。 网卡基本功能： 接口控制 代码转换 链路控制 缓冲存储 硬件地址(物理地址、MAC地址) 48位 网卡不同，地址就不同,2.3.2 网卡,45,2.4 以太网技术,CSMA/CD载波监听多路访问冲突检测 “载波监听”是指每一个站在发送数据之前先要检测一下总线上是否有其他计算机在发送数据，如果有，则暂时不要发送数据，以免发生碰撞。 总线上并没有什么“载波”。因此， “载波监听”就是

13、用电子技术检测总线上有没有其他计算机发送的数据信号。 “多点接入”表示许多计算机以多点接入的方式连接在一根总线上。 “冲突检测”就是计算机边发送数据边检测信道上的信号电压大小,2.4.1 以太网的介质访问控制方式,46,2.4 以太网技术,规则： 监听信道是否空闲，如果空闲就立即发送数据，并且继续监听； 如果信道忙就一直监听，直到信道空闲，立即发送； 在传输过程中，一旦发现冲突，立即停止发送，并且发送干扰信号来强化冲突，以便让其他结点知道； 发送完干扰信号后，等待一个随机时间再试图发送，即转到,2.4.1 以太网的介质访问控制方式,47,2.4 以太网技术,等待,等10毫秒,等15毫秒,当某一

14、个结点要发送数据时，它首先要侦听信道有无其它结点正在发送数据，若没有，则立即抢占信道发送数据；如果信道正忙，则需要等待直至信道空闲再发,48,2.4 以太网技术,CSMA/CD的特点 负载较轻时的效率比较高，在重负载的情况下，由于冲突增加，网络的吞吐量明显下降。 实时性差 数据帧不能太短(10M以太网最小为64字节,2.4.1 以太网的介质访问控制方式,49,2.4 以太网技术,传统以太网可使用的传输媒体有四种： 铜缆（粗缆或细缆） 铜线（双绞线） 光缆 这样，以太网就有四种不同的物理层,2.4.2 传统以太网,50,2.4 以太网技术,主机箱,主机箱,主机箱,双绞线,集线器,BNC T 型接

15、头,收发器电缆,网卡,插入式 分接头,MAU,MDI,保护外层,外导体屏蔽层,内导体,收发器,DB-15 连接器,BNC 连接器 插口,RJ-45 插头,铜缆或铜线连接到以太网的示意图,51,2.4 以太网技术,双绞线物理拓扑结构为星型，但逻辑拓扑结构仍然为总线型。 1. 单集线器结构,2.4.3 双绞线以太网,集 线 器,网卡,工作站,网卡,工作站,网卡,工作站,双绞线,52,2.4 以太网技术,2. 多集线器结构,2.4.3 双绞线以太网,53,2.5 令牌环和令牌总线的工作原理,令牌环网是将各结点连接成一个环型拓扑结构，所有信号均通过环接口送上环或从环中取出，因数据只能沿环单方向运动，因

16、此不存在路径选择问题,2.5.1 令牌环的工作原理,接口控制器,环接口,54,2.5 令牌环和令牌总线的工作原理,连接在令牌环网上的计算机使用一叫做令牌的特殊的短报文来协调环的使用。在任何时候环上只有一个令牌。为了发送数据，计算机必须等待令牌到来，然后传输一帧，在向下一个计算机传 输令牌。当没有计算机要发送数据时，令牌以高速在环上循环,放送方,接收方,55,2.6 交换式局域网和虚拟局域网,交换的概念 为每个终端用户提供点对点的连接，为每个需要发送信息的结点提供一条独享的通道。 方法：根据交换端口输入数据的目的地址(硬件地址) 局域网交换机 工作原理：交换机通过自主学习得到每个端口所连接设备的

17、MAC地址，建立MAC地址与端口的对照表。 局域网交换机类型(按照交换机支持的局域网类型分类)：以太网交换机、快速以太网交换机等,2.6.1 交换式局域网,56,2.6 交换式局域网和虚拟局域网,集线器,集线器,集线器,一系,三系,二系,10BASE-T,至因特网,100 Mb/s,100 Mb/s,100 Mb/s,万维网 服务器,电子邮件 服务器,以太网 交换机,路由器,2.6.1 交换式局域网,57,2.6 交换式局域网和虚拟局域网,转发机构,查MAC地址表， 确定目的之所在 的端口号,本端口含有目的地址,建立虚连接,58,2.6 交换式局域网和虚拟局域网,3. 以太网交换机的交换方式

18、直接交换方式 交换机在收到MAC帧头端的部分内容后，立即转发。 存储转发方式 交换机接收到完整的MAC帧后，再进行转发,2.6.1 交换式局域网,59,2.6 交换式局域网和虚拟局域网,4. 交换式以太网 以太网交换机的特点： 以太网交换机的每个端口都直接与主机相连，并且一般都工作在全双工方式。 交换机能同时连通许多对的端口，使每一对相互通信的主机都能像独占通信媒体那样，进行无碰撞地传输数据。 以太网交换机由于使用了专用的交换结构芯片，其交换速率就较高,2.6.1 交换式局域网,60,2.6 交换式局域网和虚拟局域网,100 Mb/s 链路,交换机,交换机,交换机,10 Mb/s 链路,中央服

19、务器,2.6.1 交换式局域网,61,2.6 交换式局域网和虚拟局域网,虚拟局域网VLAN的概念 虚拟局域网是用软件的方法，把网络中的结点组合成逻辑上的工作群体，称为逻辑工作组，使同一逻辑工作组的结点如同“集中”在一起，好像被“连接”在一个网段上一样。 虚拟局域网和物理局域网的区别 虚拟局域网其实只是局域网给用户提供的一种服务，而并不是一种新型局域网,2.6.2 虚拟局域网,62,以太网 交换机,A4,B1,以太网 交换机,VLAN3,C3,B3,VLAN1,VLAN2,C1,A2,A1,A3,C2,B2,以太网 交换机,以太网 交换机,三个虚拟局域网 VLAN1, VLAN2 和 VLAN3

20、 的构成,1. B1 发送数据时，工作站 A1, A2 和 C1都不会收到 B1 发出的广播信息。 2. 虚拟局域网限制了接收广播信息的工作站数，使得网络不会因传播过多的广播信息(即“广播风暴”)而引起性能恶化,63,2.6 交换式局域网和虚拟局域网,2. 虚拟局域网的实现方法 (1)基于端口规则的虚拟局域网 (2)基于MAC地址的虚拟局域网 (3)按物理层地址划分的虚拟局域网 (4)基于协议规则的虚拟局域网 3. 虚拟局域网的特点 安全性(两个层面) 便于管理 可以隔离冲突,2.6.2 虚拟局域网,64,第3章 网络互连与Internet技术,3.1.1 网络互连的目标与要求 网络互连： 是

21、指把分布在不同物理位置处的计算机网络用网络互连设备连接起来，形成一个范围更广、规模更大的网络系统，实现更大范围内的资源共享和数据通信。 网络互连目的： 充分、有效地利用已有的网络资源 改善网络性能 提高网络的可靠性和安全性,3.1 网络互联的概念与互连设备,65,3.1 网络互联的概念与互连设备,互联网络：利用网桥、路由器等互联设备将两个及两个以上的物 理网络相互连接起来构成的系统,66,3.1 网络互联的概念与互连设备,网络互连必须解决的问题 是如何使体系结构完全不同的网络能够连接在一起，屏蔽网络之间的差异，向用户提供透明的通信功能。 因特网是通过IP协议实现互连各个差异网络的,3.1.1

22、网络互连的目标与要求,67,3.1 网络互联的概念与互连设备,1.网络互连的种类 局域网与局域网的互连 互连设备：中继器、网桥、路由器 局域网与广域网的互连 路由器或网关 局域网广域网局域网的互连 广域网与广域网的互连 路由器或网关,3.1.2 网络互连的种类与方式,68,3.1 网络互联的概念与互连设备,2.网络互连的方式 网络互连不仅要把多个网络用物理线路连接起来，更重要的是使他们能够透明地通信，即在使用中，要使用户察觉不同网络之间的差异。所以，网络互连实质上是网络协议之间的转换。 网络互连的原理 就是通过网络互连设备，把从一个网络收到的符合该网络低层协议的数据单元，转换为符合另一网络低层

23、的数据单元，再送到后一个网络中,3.1.2 网络互连的种类与方式,69,3.1 网络互联的概念与互连设备,70,3.1 网络互联的概念与互连设备,互连层次： (1)物理层互连 (2)数据链路层互连 (3)网络层互连 (4)高层互连,3.1.2 网络互连的种类与方式,71,3.1 网络互联的概念与互连设备,72,3.1 网络互联的概念与互连设备,中继器(RP repeater)：是网络物理层上面的互联设备，适用于完全相同的两类网络的互联。它常用于两个网络节点之间物理信号的双向转发工作。中继器是最简单的网络互联设备，主要完成物理层的功能，负责在两个节点的物理层上按位传递信息，完成信号的复制、调整和

24、放大功能，以此来延长网络的长度,3.1.3 中继器,73,3.1 网络互联的概念与互连设备,网桥(Bridge) 也称桥接器，它工作在数据链路层，是连接两个局域网的存储转发设备，用它可以完成具有相同或相似体系结构网络系统的连接。一般情况下，被连接的网络系统都具有相同的逻辑链路控制规程(LLC)，但媒体访问控制协议(MAC)可以不同。 重要作用：过滤作用、隔离作用。 主要问题:广播风暴,3.1.4 网桥,74,3.1 网络互联的概念与互连设备,3. 网桥的种类 透明网桥 生成树算法、逆向学习 主要用于以太网 源路由网桥 主要用于IBM 令牌环、令牌总线网络,3.1.4 网桥,75,3.1 网络互

25、联的概念与互连设备,路由器是工作在网络层的互连设备。其作用是在网络层对分组进行存储转发和过滤，选择路由，实现多个网络的互连。 路由器的基本功能: 路径选择 协议转换 实现网络层的一些功能 网络管理与安全 多协议路由选择,3.1.5 路由器,76,3.1 网络互联的概念与互连设备,2. 路由器的工作原理 路由器最主要的任务是为经过的分组找到一条最佳路径，并按这一路径把分组转发出去。 IP地址网络地址主机地址 路由表：记录每个网络的IP地址与下一个路由器的IP地址的对应关系。 路由器的关键技术是它采用的路由算法，即采用什么方法产生选择最佳传输路径的路由表,3.1.5 路由器,77,3.1 网络互联

26、的概念与互连设备,78,3.1 网络互联的概念与互连设备,路由表种类: 静态路径表 由系统管理员事先设置好固定的路径表称之为静态(static)路径表，一般是在系统安装时就根据网络的配置情况预先设定的，它不会随未来网络结构的改变而改变。 动态路径表 动态(Dynamic)路径表是路由器根据网络系统的运行情况而自动调整的路径表。路由器根据路由选择协议(Routing Protocol)提供的功能，自动学习和记忆网络运行情况，在需要时自动计算数据传输的最佳路径,3.1.5 路由器,79,3.1 网络互联的概念与互连设备,网关是在网络层以上进行协议转换的设备，可以工作在网络层以上各层，主要有传输层和

27、应用层网关。显然网关可以互连差异更大的网络。 网关实现协议转换方式： 直接转换 使用一种统一的网间数据包格式 （类似XML,3.1.6 网关,80,3.1 网络互联的概念与互连设备,3.1.6 网关,81,3.1 网络互联的概念与互连设备,3.1.7 几种互连方式的比较,82,3.2 Internet概述,Internet的形成 形成阶段1969年ARPAnet建立，采用分组交换技术。1974年，TCP/IP诞生，1980年，TCP/IP被加入到UNIX操作系统的内核中，1983年，ARPAnet上的协议完全过渡到TCP/IP。 实用阶段1986年，美国国家科学基金会NSF建立了采用TCP/I

28、P协议的广域网NSFnet，并取代了ARPAnet。 商业化阶段20世纪90年代开始,3.2.1 Internet的形成和发展,83,3.2 Internet概述,2. Internet的发展 1994年美国提出建设国家信息基础设施(NII)规划，即“信息高速公路”。 1996年，美国政府批准实施下一代Internet(NGI)计划，以及Internet第2代(Internet 2)研究。(网格 Grid,3.2.1 Internet的形成和发展,84,3.2 Internet概述,Internet的特点 公平性 开放性 入网方式灵活 信息资源极为丰富 安全性差 资源的分散化管理为信息的查找带

29、来一定困难,3.2.2 Internet的特点和结构,85,3.2 Internet概述,2. Internet的逻辑结构 Internet是由无数子网互连而成的互联网，网络的互连一般实用路由器，网络之间的通信采用TCP/IP协议,3.2.2 Internet的特点和结构,86,3.3 TCP/IP协议体系和域名系统,3.3.1 TCP/IP的分层结构,87,3.3 TCP/IP协议体系和域名系统,1. IP地址的编址方案和分类 IP地址网络地址主机地址 2. IP地址的两个性质 每台主机的IP地址在整个Internet范围内是唯一的。 网络地址在Internet范围内统一分配，主机地址则由该

30、网络本地分配,3.3.2 IP地址,88,3.3 TCP/IP协议体系和域名系统,3.3.2 IP地址,89,3.3 TCP/IP协议体系和域名系统,5种IP地址的用途是： A类IP地址用于有大量主机的超大型网络； B类IP地址用于有很多主机的大型或中型网络； C类IP地址用于主机数量不多的小型网络； D类IP地址用于多目地址广播传递； E类IP地址保留，主要用于研究和试验,3.3.2 IP地址,90,3.3 TCP/IP协议体系和域名系统,保留地址是： 后缀全0的主机地址； 后缀全1的主机地址； 前缀、后缀全0的IP地址； 前缀、后缀全1的IP地址； 前缀全1的A类地址，即第1个十进制为12

31、7的IP地址,3.3.2 IP地址,91,3.3 TCP/IP协议体系和域名系统,IP地址类别与对应的第1个十进制的范围,3.3.2 IP地址,92,3.3 TCP/IP协议体系和域名系统,2. 特殊的IP地址 网络地址 后缀全0的IP地址表示网络地址，例如： 广播地址 后缀全1的IP地址表示指定网络的广播地址，例如：55 另外，前后缀全为0，前后缀全为1的地址和前缀为1的A类地址也是保留地址,3.3.2 IP地址,93,3.3 TCP/IP协议体系和域名系统,3. 子网地址 子网划分的目的是充分利用IP地址资源，解决IPv4地址将要枯竭的问题,

32、3.3.2 IP地址,94,3.3 TCP/IP协议体系和域名系统,4. 网络掩码 设置网络掩码的目的是从IP地址中分离网络地址 网络掩码的格式： 与IP地址格式相同 但网络地址部分全为1，主机地址部分全为0 网络掩码的作用是在选择路由时，用网络掩码与目的IP地址按二进制位做“与”运算,3.3.2 IP地址,95,3.3 TCP/IP协议体系和域名系统,3.3.2 IP地址,例子：B类IP地址128.21.03.12与网络掩码“与”的过程,96,3.3 TCP/IP协议体系和域名系统,5. IP地址的分配 网络地址由国际组织按级别统一分配，以保证唯一性；主机地址则由获得网

33、络地址的网络自己分配。 A类网络地址的分配：国际性的网络信息中心(NIC，Network Information Center)。 B类网络地址的分配：InterNIC负责北美地区，ENIC负责欧洲地区，APNIC负责亚太地区。 C类网络地址的分配：国家级网络信息中心,3.3.2 IP地址,97,3.3 TCP/IP协议体系和域名系统,6. 静态IP地址与动态IP地址 静态IP地址是分配给某个主机的固定的IP地址，该主机一直占用该IP地址。 动态IP地址是在不同时间内可以分配给不同的计算机,3.3.2 IP地址,98,3.3 TCP/IP协议体系和域名系统,IP协议 IP协议在TCP/IP协议

34、簇中处于中心位置,数据的传输必须使用IP协议，IP协议的基本作用是“尽力”传送每个IP数据报，但不保证可靠性，可靠性由上一层协议(如TCP)保证。 IP协议的主要功能： 封装IP数据报 转发IP数据报 分段和重组,3.3.3 IP协议和TCP协议,99,3.3 TCP/IP协议体系和域名系统,3.3.3 IP协议和TCP协议,100,3.3 TCP/IP协议体系和域名系统,3.3.3 IP协议和TCP协议,101,3.3 TCP/IP协议体系和域名系统,3. TCP协议 TCP协议是传输层的主要协议。它提供面向连接的服务，以全双工方式通信，主要责任是提供发送端主机到接收端主机的可靠传输。TCP

35、实现数据的可靠传输,3.3.3 IP协议和TCP协议,102,3.3 TCP/IP协议体系和域名系统,3.3.3 IP协议和TCP协议,103,3.3 TCP/IP协议体系和域名系统,NAT网络地址转换 存在背景 IP地址匮乏 基本思想 为每个群体（公司、家庭、学校等）分配一个IP地址（或者，最多分配少量的IP地址），用于传输因特网流量。 私有地址（专用地址） 任何群体可以在其内部使用； 该地址不会出现在因特网上； 地址范围： A： 55/8 （16 777 216个主机地址） B： 55/12 （1 048

36、576个主机地址） C: 55/16 （65 536个主机地址,104,3.3 TCP/IP协议体系和域名系统,工作原理,105,3.3 TCP/IP协议体系和域名系统,1）NAT盒将分组转发到外网 内部一主机发出分组（：5000） NAT盒收到分组 NAT盒将该分组的源IP地址和源端口号存入（查询）NAT盒地址转换表，得到该项一个索引值； NAT盒将该分组的源IP地址替换成外网IP地址(2)，源端口号替换成该索引值； NAT盒外发该分组,106,3.3 TCP/IP协议体系和域名系统,2）NAT盒将分组转

37、发到内网 NAT盒收到外网的一个分组 NAT盒根据该分组的目的端口号（即原来的索引号）查询地址转换表，将查询到的IP地址替换分组的目的IP地址，端口号替换分组的目的端口号； NAT盒向内网发送分组,107,3.3 TCP/IP协议体系和域名系统,域名：使用符号地址形式来代替因特网的IP地址。 域的结构是树形的，最高级域的下面还有子域。DNS不限制子域的层数，也不规定子域的域名和域名的含义。 域名格式：主机名.次级域名.顶级域名 一个域名对应唯一的一个IP地址，但一个IP地址可以具有多个域名，也可以没有域名。 如果使用域名，因特网要首先把域名转换为对应的IP地址，然后才能进行通信,3.3.4 域

38、名系统,108,3.3 TCP/IP协议体系和域名系统,为什么有了IP地址，还需要域名? 域 名 用字符表示的网络主机名，是一种主机标识符； IP地址 数字型，难于记忆与理解； 域 名 字符型，直观，便于记忆与理解； IP地址 用于网络层； 域 名 用于应用层； IP地址与域名都应该是全网惟一的，并且它们之间具有对应关系,3.3.4 域名系统,109,3.3 TCP/IP协议体系和域名系统,Internet域名空间的树状结构,3.3.4 域名系统,110,3.3 TCP/IP协议体系和域名系统,域名解析中客户与服务器的交互过程,3.3.4 域名系统,111,3.4 Internet提供的基本服

39、务,电子邮箱 具有唯一的电子邮箱地址 电子邮箱一直是开放的 可以接收任何人的电子邮件 邮箱是私有的 能够一直保留收到的电子邮件 具有基本的邮箱管理和维护功能,3.4.1 电子邮件,112,3.4 Internet提供的基本服务,2.电子邮箱地址 格式：用户名电子邮箱所在的计算机名 例如： 3. 电子邮件系统的工作原理 电子邮件系统通过存储转发的方式传送电子邮件，他的工作模式是典型的客户/服务器模式。 邮件服务器：专门用来存放和管理电子邮箱的计算机常称为,3.4.1 电子邮件,113,3.4 Internet提供的基本服务,3.4.1 电子邮件,电子邮件的最主要的组成构件,发送方,邮件缓存,接收

40、端 邮件服务器,用户代理,SMTP,SMTP,POP3,发送端 邮件服务器,用户代理,用户邮箱,接收方,用 户 代 理,用 户 代 理,邮件 服务器,邮件 服务器,SMTP,SMTP,POP3,发送邮件,发送邮件,发送邮件,发送邮件,读取邮件,读取邮件,TCP 连接,TCP 连接,TCP 连接,因特网,电子邮件的发送和接收过程1,发送方,邮件缓存,接收端 邮件服务器,用户代理,发送端 邮件服务器,用户代理,接收方,用 户 代 理,用 户 代 理,邮件 服务器,邮件 服务器,因特网,1) 发信人调用用户代理来编辑要发送的邮件。 用户代理用 SMTP 把邮件传送给发送端邮件服务器,电子邮件的发送和

41、接收过程2,发送方,接收端 邮件服务器,用户代理,SMTP,发送端 邮件服务器,用户代理,接收方,用 户 代 理,用 户 代 理,邮件 服务器,邮件 服务器,SMTP,发送邮件,发送邮件,TCP 连接,因特网,2) 发送端邮件服务器将邮件放入 邮件缓存队列中，等待发送,电子邮件的发送和接收过程3,发送方,邮件缓存,接收端 邮件服务器,用户代理,SMTP,发送端 邮件服务器,用户代理,接收方,用 户 代 理,用 户 代 理,邮件 服务器,邮件 服务器,SMTP,发送邮件,发送邮件,TCP 连接,因特网,3) 运行在发送端邮件服务器的 SMTP 客户进程，发现 在邮件缓存中有待发送的邮件，就向运行

42、在接收端邮件 服务器的 SMTP 服务器进程发起 TCP 连接的建立,电子邮件的发送和接收过程4,发送方,邮件缓存,接收端 邮件服务器,用户代理,SMTP,发送端 邮件服务器,用户代理,接收方,用 户 代 理,用 户 代 理,邮件 服务器,邮件 服务器,SMTP,发送邮件,发送邮件,TCP 连接,因特网,4) TCP 连接建立后，SMTP 客户进程开始向远程的 SMTP 服务器进程发送邮件。当所有的待发送邮件发完了，SMTP 就关闭所建立的 TCP 连接,电子邮件的发送和接收过程5,发送方,邮件缓存,接收端 邮件服务器,用户代理,SMTP,发送端 邮件服务器,用户代理,接收方,用 户 代 理,

43、用 户 代 理,邮件 服务器,邮件 服务器,SMTP,发送邮件,发送邮件,TCP 连接,因特网,5) 运行在接收端邮件服务器中的 SMTP 服务器进程收到邮件后，将邮件放入收信人的用户邮箱中，等待收信人在方便时进行读取,电子邮件的发送和接收过程6,发送方,邮件缓存,接收端 邮件服务器,用户代理,SMTP,发送端 邮件服务器,用户代理,接收方,用 户 代 理,用 户 代 理,邮件 服务器,邮件 服务器,SMTP,发送邮件,发送邮件,TCP 连接,因特网,6) 收信人在打算收信时，调用用户代理，使用 POP3（或 IMAP）协议将自己的邮件从接收端邮件服务器的用户邮箱中的取回（如果邮箱中有来信的话

44、,121,3.4 Internet提供的基本服务,4. 电子邮件管理软件 客户端软件 服务器端软件,3.4.1 电子邮件,122,3.4 Internet提供的基本服务,5. 电子邮件使用的协议 SMTP协议 SMTP主要用于主机与主机之间的电子邮件传输，包括用户计算机到邮件服务器，以及邮件服务器到邮件服务器之间的邮件传输。 MIME协议 MIME增强了SMTP的功能，它定义了各种类型数据。 POP3协议 POP3由于电子邮箱管理。用户在服务器上阅读邮件，或从电子邮箱中下载邮件时都要用到POP3协议,3.4.1 电子邮件,123,3.4 Internet提供的基本服务,6. 电子邮件的格式 邮

45、件头部 收件人的电子邮箱地址 抄送人的电子邮箱地址 秘送人的电子邮箱地址 邮件的主题 发信人的电子邮箱地址 发信的日期和时间 邮件体 正文部分 附件部分,3.4.1 电子邮件,124,125,3.4 Internet提供的基本服务,1. 什么是WWW WWW(World Wide Web)，即全球信息网，也叫万维网。WWW不是一个物理网络，也不是互联网，而是一个信息网。可以认为WWW是一个规模庞大的、在线的信息存储库。 WWW起源于欧洲核物理研究中心，是一个分布式超媒体信息查询系统,3.4.2 WWW,126,3.4 Internet提供的基本服务,2. 超文本和超媒体 传统的文本是线性组织的

46、。 人的联想思维是非线性的。 概念：超文本、超链接、超媒体 可以切换到其他信息单元的文字或词汇叫超链接。一个超链接包含两个内容： 超链接载体 超链接指针 用超链接连接起来的多个文本信息单元构成了超文本。 如果信息单元还包含多媒体信息，则为超媒体,3.4.2 WWW,127,3.4 Internet提供的基本服务,超文本的结构,3.4.2 WWW,128,3.4 Internet提供的基本服务,3. WWW的基本概念 (1) 网页、主页 WWW中每个信息点是一个网页。 WWW就是由分布在世界各地的计算机上的无数网页组成的一个信息网,3.4.2 WWW,129,3.4 Internet提供的基本服

47、务,3. WWW的基本概念 (2) URL URL同一资源定位器。 每个网页有一个格式统一的惟一标示。 URL格式： 协议名:/IP地址或域名/路径/文件名 http:/ /myfile/index.htm ftp:/ URL与IP地址： URL是信息资源的地址，而IP地址是主机的地址,3.4.2 WWW,130,3.4 Internet提供的基本服务,3. WWW的基本概念 (3) HTML 超文本标志语言，是描述超文本的一个命令集，类似于程序设计语言中的语句命令。 HTML编写的文档需要经过浏览器的解释，才成为网上看到的网页,3.4.2 WWW,131,3.

48、4 Internet提供的基本服务,3. WWW的基本概念 (4) HTTP 超文本传输协议，是支持超媒体在网络中传输的一种协议。 (5) 浏览器 用户通过浏览器访问网页。主要有Microsoft公司的IE浏览器和Netscape公司的Navigator和Communication浏览器,3.4.2 WWW,132,3.4 Internet提供的基本服务,3. WWW的基本概念 (6) WWW，网页，URL，HTML ，HTTP ，浏览器之间的关系。 WWW是一个分布式信息查询系统。它形成的是一个信息网络，不是一个物理网络。网页是WWW中的信息单位，WWW由无数网页通过超链接组成，WWW使用U

49、RL定位网页。由于网页中承载的是多媒体信息，在传输网页时遵循HTTP协议。网页可用HTML语言编写，超媒体信息和它们的链接关系用HTML的标记来描述。浏览器是一个客户端程序，用HTML标示的超媒体信息(即网页)需要通过浏览器来解释、显示和播放,3.4.2 WWW,133,3.4 Internet提供的基本服务,4. WWW的基本工作原理 B/W/S结构,3.4.2 WWW,134,3.4 Internet提供的基本服务,1. 文件传输的工作原理,3.4.3 文件传输FTP协议,135,3.4 Internet提供的基本服务,2. FTP客户端软件 (1) 命令行方式 (2) 浏览器方式 ftp

50、:/ 使用浏览器下载文件不能实现断点续传。 (3) 专用 软件工具,3.4.3 文件传输FTP协议,136,3.4 Internet提供的基本服务,1. Telnet的工作原理,3.4.4 远程登录,137,第4章 网络操作系统,4.1.1 网络操作系统概述 网络操作系统(NOS)是网络的核心，是管理共享资源并且提供多种服务功能的系统软件。 网路操作系统不仅管理本地的资源，也要为远地的网络用户提供服务。 网络操作系统以通信协议为基础向用户提供网络服务,4.1 网络操作系统的概念,138,4.1 网络操作系统的基本概念,局域网操作系统是利用局域网底层提供的数据传输功能，为高层网络用户提供共享资源

51、管理和其他网络服务的系统软件。 局域网操作系统按功能分为以下几种模式： 对等模式 文件服务器模式 客户/服务器模式,4.1.2 局域网操作系统的模式,139,4.2 典型网络操作系统简介,1969年贝尔实验室的肯.汤姆逊在小型计算机PDP-7上由早期Mutics型系统开发而成UNIX。后与Richie一起用C语言重写了UNIX内核程序，于1972年正式推出。 UNIX操作系统组成部分： 核心程序(kernel)：负责调度任务和管理数据存储； 外围程序(shell)：接收并解释用户命令； 使用程序(utility program)：完成各种系统维护功能； 应用程序：在Unix操作系统上开发的使用

52、工具程序,4.2.1 UNIX操作系统,140,4.2 典型网络操作系统简介,Unix操作系统典型产品： PC：Xenix，SCO UNIX和Free BSD； 工作站：SUN Solaris，HP-UX，IBM AIX； UNIX是一个典型的多用户、多任务、交互式的分时操作系统,4.2.1 UNIX操作系统,141,4.2 典型网络操作系统简介,Netware由美国Novell公司于1983年推出。 Netware采用客户机/服务器机制，主要由文件服务器和工作站组成。 Netware特点是： 高性能、多进程、多任务的操作系统； 等,4.2.2 Netware网络操作系统,142,4.2 典型

53、网络操作系统简介,1991年，芬兰大学生Linus Torvalds将Unix移植到Intel 386上形成了Linux，且在Internet上发布了源代码。 Linux主要特点： 免费开放源代码； 支持多任务、多用户； 是一个高性能、高可靠性、易扩展、稳定性极好的操作系统； 等,4.2.3 Linux操作系统,143,4.2 典型网络操作系统简介,4.2.3 Linux操作系统,144,4.2 典型网络操作系统简介,Windows NT是微软公司设计的用户局域网的操作系统。 NTFS是NT特有的文件系统。 Windows 2000采用Windows NT的内核技术发展而来，功能更强、系统更稳

54、定，支持客户/服务器模式与对等模式,4.2.4 Windows NT与Windows 2000操作系统,145,第7章 网络管理与网络安全,网络数量和设备的迅速增加，迫切需要集成不同环境的自动化网络管理体系。 网络管理是利用多种工具、应用程序和设备，帮助网络管理员监控和维护网络的一种服务,7.1 网络管理,146,7.1 网络管理,ISO网络管理体系模型： 性能管理 配置管理 记账管理 故障管理 安全管理,7.1.1 网络管理体系的基本结构,147,7.1 网络管理,1. 性能管理 性能管理的主要目的是度量和管理网络运行的各个方面，使网络的性能保持在一个可接受的水平。 网络管理包括网络吞吐量，

55、用户响应时间和线路利用率。 性能管理包括如下3个主要步骤： 收集网络管理员指定的性能变量数据。 分析数据，确定正常标准。 确定每个重要性能变量的临界值：一旦超出，表明网络出现问题，需要注意,7.1.1 网络管理体系的基本结构,148,7.1 网络管理,2. 配置管理 配置管理的目的是监控网络和系统的配置信息，以便跟踪和管理不同版本的硬件和软件对网络的影响。 3. 记账管理 记账管理的目的是通过测量网络资源利用率，适当调节网络资源的使用,7.1.1 网络管理体系的基本结构,149,7.1 网络管理,4. 故障管理 故障管理的目的是检测、登录和提示用户，尽可能按故障管理的要求自动修复网络故障，确保

56、网络的正常运行。 5. 安全管理 安全管理的目的是根据局部规则控制对网络资源的访问，使网络不会遭受无意或有意的破坏，防止非授权用户访问网络,7.1.1 网络管理体系的基本结构,150,7.1 网络管理,1. 简单网络管理协议(SNMP) 简单网络管理协议是TCP/IP协议簇的一部分，是一个应用层协议，用于在网络设备之间交换管理信息。 SNMP是网络管理员管理网络，发现网络问题，解决问题和规划网络的工具。 SNMP管理包括被管理的设备，代理和网络管理系统(NMS,7.1.2 简单网络管理协议,151,7.1 网络管理,网络访问点的结构,7.1.2 简单网络管理协议,152,7.1 网络管理,2.

57、 SNMP管理信息库 管理信息库（MIB）是管理进程的一部分，用于记录网络中被管理对象的状态参数值； 一个网络的管理系统只能有一个管理信息库，但管理信息库可以是集中存储的，也可以由各个网络设备记录本地工作参数； 网络管理员只要查询有关的管理信息库，就可获得有关网络设备的工作状态和工作参数； 在网络管理过程中，使网络管理信息库中数据与实际网络设备的状态、参数保持一致的方法主要有两种：事件驱动与轮询驱动方法,7.1.2 简单网络管理协议,153,7.1 网络管理,Internet网络管理模型,7.1.2 简单网络管理协议,154,7.1 网络管理,SNMP网络管理模型,7.1.2 简单网络管理协议

58、,155,7.1 网络管理,SNMP协议操作模型 SNMP使用UDP协议传送报文,7.1.2 简单网络管理协议,156,7.2 网络安全,1. 影响网络安全的因素 保障网络安全是系统管理员工作的一部分，需要确保没被授权的用户不能访问网络资源，只有被授权的用户才能使用网络并且只能在自己的权限范围内使用网络资源，使网络硬件、软件和数据在被授权的用户需要时就可使用,7.2.1 影响网络安全的因素和可以采用的措施,157,7.2 网络安全,内部因素 外部因素 硬件安全 软件故障 信息安全 病毒攻击,7.2.1 影响网络安全的因素和可以采用的措施,158,7.2 网络安全,2. 可以采取的安全措施 提高安全意识 采用身份认证和控制访问 使用防火墙 采用信息加密技术 做好故障恢复和网络数据备份工作,7.2.1 影响网络安全的因素和可以采用的措施,159,7.2 网络安全,1. 认证、授权和访问控制 认证是指验证一个最终用户和设备的身份的过程。设备指用户工作站、服务器、交换机、路由器或防火墙等。 授权是把访问权授予一个用户、用户组或指定