第4章计算机网络及互联网应用

1、1第第4 4章章计算机网络及计算机网络及互联网应用互联网应用2计算机网络基础计算机网络基础n计算机网络的定义：计算机网络的定义：利用通信设备和通信线路将分布在不同地理利用通信设备和通信线路将分布在不同地理位置的、具有独立功能的计算机系统连接起来位置的、具有独立功能的计算机系统连接起来，实现资源共享的计算机集合。，实现资源共享的计算机集合。n计算机网络主要功能：计算机网络主要功能：计算机之间的通信计算机之间的通信资源共享资源共享(硬件资源、软件资源、数据资源硬件资源、软件资源、数据资源)3计算机网络系统的组成计算机网络系统的组成 通信子网通信子网: :由通信控制处理机由通信控制处理机CCPCCP

2、组成的传输网络组成的传输网络，位于网络内层，负责网络数据传输、转发等通信处理任网络内层，负责网络数据传输、转发等通信处理任务务资源子网资源子网：网络的外围网络的外围 ，提供各种网络资源和网络，提供各种网络资源和网络服务服务 通信子通信子网网资源子网资源子网4计算机网络分类计算机网络分类n局域网局域网(Local Area Network ， LAN) 地域范围较小，距离较近（地域范围较小，距离较近（1-10公里），速公里），速度快、组网灵活、构建快、成本低。度快、组网灵活、构建快、成本低。n城域网城域网(Metropolitan Area Network ， MAN) 范围较广，范围较广，10

3、0KM，n广域网广域网(WAN)也叫远程网，联网地域大，覆盖范围广也叫远程网，联网地域大，覆盖范围广互联网互联网(Internet)：国际互联网，是目前最大的：国际互联网，是目前最大的网络网络5计算机网络的拓扑结构计算机网络的拓扑结构n总线型结构：一条公用主干电缆连接若干总线型结构：一条公用主干电缆连接若干接点所形成的网络。接点所形成的网络。优点：结构简单、传输率高、价格低、建造容优点：结构简单、传输率高、价格低、建造容易易缺点：可靠性差、诊断故障困难缺点：可靠性差、诊断故障困难EthernetIBM PS/2IBM PS/2IBM PS/2IBM PS/2IBM PS/2总线型网6n环型结构

4、：每个节点都与公共电缆连接环型结构：每个节点都与公共电缆连接，而公共电缆的两端连接在一起形成一，而公共电缆的两端连接在一起形成一个封闭的环。个封闭的环。优点：结构坚固、负载能力强且均衡、无优点：结构坚固、负载能力强且均衡、无信号冲突、传输时间确定信号冲突、传输时间确定缺点：传输率度受限制、可靠性差缺点：传输率度受限制、可靠性差环型网7n星型结构：一台设备为中心节点，其余星型结构：一台设备为中心节点，其余外围节点连接到中心节点上。外围节点连接到中心节点上。优点：结构简单、可靠性高、诊断故障方优点：结构简单、可靠性高、诊断故障方便、便于管理、价格低便、便于管理、价格低缺点：传输率慢、中心节点工作复

5、杂缺点：传输率慢、中心节点工作复杂星型网IBM 52088网络协议与体系结构网络协议与体系结构 通信双方相互遵守的约定和规则。确定双方通信的格式和应答方式等。如数据格式、编码和信号电平等。确定通信双方对发布请求、执行动作以及应答的解释，协调和差错处理的控制信息。规定事件顺序以及匹配速度。9OSI是开放系统互联的国际标准，分为七层 。分为高、中和低层 应用层应用层 表示层表示层 会话层会话层 传输层传输层 网络层网络层 数据链路层数据链路层 物理层物理层高层：含应用层、表示层和会话层。主要叙述应用问题，通常用软件实现。中层：含传输和网络层。实现传输数据包。低层：含数据链路和物理层。负责网络链路两

6、端设备间的数据通信，主要由硬件实现。 计算机网络体系结构计算机网络体系结构10OSI环境中的数据传输过程环境中的数据传输过程数据链路层物 理 层应 用 层表 示 层会 话 层传 输 层网 络 层 数据链路层物 理 层应 用 层表 示 层会 话 层传 输 层网 络 层数据链路层物 理 层传输介质传输介质传输介质CCPCCP网 络 层应用进程AOSIOSI环境环境应用进程B主机主机A A主机主机B BA A数据链路层物 理 层CCPCCP网 络 层B B11OSI各层基本功能各层基本功能n物理层：物理层：通过机械和电气的方式将各站点连接起来，组成物理通过机械和电气的方式将各站点连接起来，组成物理通

7、道，让数据流通过。通道，让数据流通过。n数据链路层数据链路层进行二进制数据流的传输，并进行差错检测和流量控进行二进制数据流的传输，并进行差错检测和流量控制。制。n网络层网络层解决多节点传输时的路由选择，并且使异种网络能够解决多节点传输时的路由选择，并且使异种网络能够互联。互联。n传输层传输层实现端到端的可靠数据传输，在端点之间提供一条无实现端到端的可靠数据传输，在端点之间提供一条无错的透明点到点通道。错的透明点到点通道。12n会话层会话层提供不同机器上的用户建立会话关系，进行两提供不同机器上的用户建立会话关系，进行两个应用进程之间的通信控制。个应用进程之间的通信控制。n表示层表示层解决不同数据

8、格式编码之间的转换，对数据进解决不同数据格式编码之间的转换，对数据进行压缩与加密。行压缩与加密。n应用层应用层直接为端点用户提供文件传送、远程登录、网直接为端点用户提供文件传送、远程登录、网络管理等服务。络管理等服务。13OSI环境中的数据封装过程环境中的数据封装过程应 用 层表 示 层会 话 层传 输 层网 络 层 数据链路层物 理 层应 用 层表 示 层会 话 层传 输 层网 络 层数据链路层物 理 层应用进程A应用进程B比特序列帧分组报文数据单元数据单元数据数据传输介质主机A主机A主机B主机B14TCP/IP体系结构体系结构传输控制协议网际传输控制协议网际协议（协议（TCP/IPTCP/

9、IP）是）是InternetInternet标准协议，又称标准协议，又称InternetInternet协协议。分议。分4 4层：层： n网络接口层网络接口层n网络层网络层n传输层传输层n应用层应用层应用层应用层表示层表示层会话层会话层传输层传输层网络层网络层数据链路层数据链路层物理层物理层应用层应用层传输控制层传输控制层网络层网络层网络接口层网络接口层15n网络接口层网络接口层将数据包发送到传输介质，并从传输介质接收将数据包发送到传输介质，并从传输介质接收包。如中继器、集线器、网卡、交换机等。包。如中继器、集线器、网卡、交换机等。n网络层网络层 提供无连接的、不可靠的数据报传输服务，具提供无

10、连接的、不可靠的数据报传输服务，具有寻址和选择路由的功能。该层的协议主要为有寻址和选择路由的功能。该层的协议主要为IP协议，协议，ARP地址转换协议和地址转换协议和RARP反向地址反向地址转换协议，转换协议，Internet控制报文协议控制报文协议ICMP协议等协议等。 16n传输层传输层 负责端到端的通信，提供两个协议：负责端到端的通信，提供两个协议：TCP协议协议：提供可靠的面向连接的端到端：提供可靠的面向连接的端到端服务。适合传输大数据量。服务。适合传输大数据量。用户数据报协议用户数据报协议UDP：提供无连接服务：提供无连接服务 ，如小文件传输协议如小文件传输协议TFTP和数据查询。和数

11、据查询。n应用层应用层提供一组常用应用层协议，与提供一组常用应用层协议，与OSIOSI类似。包类似。包括：文件传输协议括：文件传输协议FTPFTP、超文本传输协议、超文本传输协议HttpHttp、简单邮件传送协议、简单邮件传送协议SMTPSMTP和域名系统和域名系统DNS DNS 。17数据通信的基本概念数据通信的基本概念n数据与信号数据与信号 数据是网络中传输的二进制代码，是传输信息的载体数据是网络中传输的二进制代码，是传输信息的载体。信号是数据在传输媒介中的表示形式。如电缆中传输信号是数据在传输媒介中的表示形式。如电缆中传输电信号、光缆中传输光信号。电信号、光缆中传输光信号。n模拟信号与数

12、字信号模拟信号与数字信号 模拟信号：信号波和频率连续变化的信号。模拟信号模拟信号：信号波和频率连续变化的信号。模拟信号在模拟线路上传输，通过电流和电压变化进行传输。在模拟线路上传输，通过电流和电压变化进行传输。数字信号：离散信号，用高低电压表示和。数字信号：离散信号，用高低电压表示和。18n信道信道信道是信号传输所经过的路径信道是信号传输所经过的路径 。n基带与宽带传输基带与宽带传输 基带传输是信道内直接传输基带传输是信道内直接传输0和和1组成的二组成的二进制数字信号。进制数字信号。 宽带传输是指用模拟信号传输数字数据的宽带传输是指用模拟信号传输数字数据的传输方式传输方式 。IBM RS/60

13、00IBM RS/600019数据传输方式数据传输方式 20数据传输的主要技术指标数据传输的主要技术指标 n数据传输速率数据传输速率 数据传输速率是指在单位时间内所传送的二进数据传输速率是指在单位时间内所传送的二进制代码的有效位（制代码的有效位（bit）数。）数。 n传输时延传输时延 传输时延是指一个数据报文或分组从一个网络传输时延是指一个数据报文或分组从一个网络的一端到另一端所需要的时间。的一端到另一端所需要的时间。 n信道容量信道容量 信道容量一般指物理信道能够传输数据的最大信道容量一般指物理信道能够传输数据的最大能力。能力。 21数据交换技术数据交换技术n电路交换电路交换 在通信时建立在

14、通信时建立(即联接即联接)一条虚电路，通信完毕一条虚电路，通信完毕时拆除时拆除(即断开即断开)电路。电路。n报文交换报文交换 报文交换是将发送的数据与目的地址、源地址报文交换是将发送的数据与目的地址、源地址及控制信息按照一定格式组成一个数据单元（及控制信息按照一定格式组成一个数据单元（报文）送入通信子网。报文）送入通信子网。 n分组交换分组交换 分组交换把报文分割为固定长度的短分组，以分组交换把报文分割为固定长度的短分组，以分组为单位进行存储转发。分组为单位进行存储转发。 22网间互联设备网间互联设备n中继器中继器(Repeater)网络内部信号放大网络内部信号放大n网桥网桥(Bridge)网

15、桥包含了中继器的功能和特性，不仅可以连网桥包含了中继器的功能和特性，不仅可以连接多种介质，还能连接不同的物理分支，如以接多种介质，还能连接不同的物理分支，如以太网和令牌网，能将数据包在更大的范围内传太网和令牌网，能将数据包在更大的范围内传送。送。 23n路由器路由器(Router) 路由器工作在路由器工作在OSI体系结构中的网络层，这意体系结构中的网络层，这意味着它可以在多个网络上交换和路由数据数据味着它可以在多个网络上交换和路由数据数据包。包。 n网关网关 网关能互连异类的网络，网关从一个环境中读网关能互连异类的网络，网关从一个环境中读取数据，剥去数据的老协议，然后用目标网络取数据，剥去数据

16、的老协议，然后用目标网络的协议进行重新包装。的协议进行重新包装。 24局域网相关技术局域网相关技术nIEEE 802系列标准系列标准IEEE 802系列标准是系列标准是IEEE 802 LAN/MAN 标标准委员会制定的局域网、城域网技术标准。其准委员会制定的局域网、城域网技术标准。其中最广泛使用的有以太网、令牌环、无线局域中最广泛使用的有以太网、令牌环、无线局域网等。这一系列标准中的每一个子标准都由委网等。这一系列标准中的每一个子标准都由委员会中的一个专门工作组负责。员会中的一个专门工作组负责。25局域网组建技术局域网组建技术nCSMA/CD技术技术 具有冲突检测的载波侦听多路访问（具有冲突

17、检测的载波侦听多路访问（CSMA/CD）技术也称为先听后说（）技术也称为先听后说（LBT）。）。要传输数据的站点首先对传输介质上有无载波要传输数据的站点首先对传输介质上有无载波进行侦听，以确定是否有别的主机在传输数据进行侦听，以确定是否有别的主机在传输数据。如果介质空闲，该主机便可传输数据；否则。如果介质空闲，该主机便可传输数据；否则，主机将避让一段时间后再做尝试。，主机将避让一段时间后再做尝试。CSMA/CD是以太网的基础。是以太网的基础。26n共享式以太网共享式以太网共享式以太网是使用集线器（共享式以太网是使用集线器（HUB）进行连接）进行连接的以太网。的以太网。 在共享式以太网当中，所有

18、连接到在共享式以太网当中，所有连接到HUB的计算的计算机共享总线的带宽机共享总线的带宽 。n交换式以太网交换式以太网 交换式以太网使用具有交换功能的以太网交换交换式以太网使用具有交换功能的以太网交换机连接。它工作在数据链路层。机连接。它工作在数据链路层。 与共享式以太网不同的是，每台交换式以太网与共享式以太网不同的是，每台交换式以太网中的计算机都独占传输通道，网络的总带宽通中的计算机都独占传输通道，网络的总带宽通常为多个交换机端口带宽之和。常为多个交换机端口带宽之和。 27n千兆以太网和万兆以太网千兆以太网和万兆以太网 千兆以太网允许在千兆以太网允许在1Gb/s数据传输速率下工作数据传输速率下

19、工作，仍然使用，仍然使用IEEE 802.3协议的数据帧格式，与协议的数据帧格式，与10Mb/s和和100Mb/s向下兼容。向下兼容。万兆以太网允许在万兆以太网允许在10Gb/s数据传输速率下工作数据传输速率下工作。只以光纤作为传输介质，仍然采用。只以光纤作为传输介质，仍然采用IEEE 802.3协议规定的数据帧格式。协议规定的数据帧格式。 28n虚拟局域网（虚拟局域网（VLAN）技术）技术 在局域网之上，管理者可以将一个物理的在局域网之上，管理者可以将一个物理的LAN逻辑地划分成不同的广播域（又称虚拟逻辑地划分成不同的广播域（又称虚拟LAN，即即VLAN），每个），每个VLAN都包含一组有相

20、同需求都包含一组有相同需求的计算机。每个的计算机。每个VLAN都有唯一的子网都有唯一的子网ID，VLAN内部的数据流量不会转发到其他的内部的数据流量不会转发到其他的VLAN。VLAN之间的通信必须通过路由器完成之间的通信必须通过路由器完成 29n无线局域网（无线局域网（WLAN）技术）技术以无线多址信道作为传输媒介，提供传统有线以无线多址信道作为传输媒介，提供传统有线局域网局域网LAN的功能，能够使用户真正实现随时的功能，能够使用户真正实现随时、随地、随意的宽带网络接入。、随地、随意的宽带网络接入。 30InternetInternet概述概述n国际互联网国际互联网Internet是世界范围内

21、不同区域是世界范围内不同区域和不同类型计算机互联，组成了一个跨越和不同类型计算机互联，组成了一个跨越国界的庞大互联网。特点：国界的庞大互联网。特点：基于基于TCP/IP协议协议处于无政府状态处于无政府状态超级资源网超级资源网 客户机服务器（客户机服务器（ClientServer）工作方式）工作方式31InternetInternet主要服务主要服务n电子邮箱（电子邮箱（E-mail） n信息检索（信息检索（Browsing） n远程访问（远程访问（Telnet） n论坛系统（论坛系统（BBS） n文件传递（文件传递（FTP） nWWW信息服务信息服务 n多媒体通信多媒体通信 32IP地址与域名

22、地址与域名n在使用在使用TCP/IP协议的网络中，每台主机必须有一协议的网络中，每台主机必须有一个个IP地址，且该地址，且该IP地址在整个网络中是唯一的。地址在整个网络中是唯一的。n每个每个IP由由32个二进制位构成，分成个二进制位构成，分成4组，每组组，每组8个个二进制位，每组用之间二进制位，每组用之间“ .”号分隔，这种方式称号分隔，这种方式称为点分十进制编址。如：为点分十进制编址。如： 2 33IP地址包括两部分内容：一部分为地址包括两部分内容：一部分为网络号网络号，另一，另一部分为主机号。部分为主机号。IP地址分为地址

23、分为AE类类 分 类 第一字节数字范围 应 用 每一个网络的主机数 互联网上的网络个数 A1126 大型网络 16777214 126 B128191 中型网络 65534 16384 C192223 小型网络254 2097152 D224239 组播地址E240254 试验用前前8 8位为网络地址，其中第一位为网络地址，其中第一位为位为0 0，2 2(8-l)(8-l)=128=128个网络地址，个网络地址，0 0和和127127有特殊用途有特殊用途 前前16位为网络地址，其中第一位为网络地址，其中第一个字节前两位为个字节前两位为10，有（，有（191-128+1）256=16 384个网

24、络个网络地址地址 前前24位为网络地址，其中第一个字节前三位为位为网络地址，其中第一个字节前三位为110，用，用192223，故有（，故有（223-192+1）256256=2 097 152个网络地址个网络地址 网络号网络号主机号主机号34子网与子网掩码子网与子网掩码n为了更有效地利用为了更有效地利用IP地址，人们对地址，人们对IP地址分配方地址分配方式进行了改进，将网络进一步划分成子网。式进行了改进，将网络进一步划分成子网。n子网掩码子网掩码(subnet mask)又叫网络掩码、地址掩码、子网络遮罩又叫网络掩码、地址掩码、子网络遮罩，它是用来划分子网的。，它是用来

25、划分子网的。 子网掩码子网掩码也是32位二进制数，表示形式与IP地址类似。用于屏蔽IP地址一部分，将IP地址分离出网络和主机地址35将IP地址与子网掩码进行按位“与”运算，得到网络地址。例如：例如： IP IP 地址地址 ：1001111110011111 1110000011100000 0000011100000111 10000001 10000001 159159. .224224. .7 7.129.129子网掩码：子网掩码：1111111111111111 1111111111111111 00000000 00000000 00000000 00000000 255255. .2

26、55.0网络地址：网络地址：1001111110011111 1110000011100000 00000000 00000000 00000000 00000000 159159. .224.0 是B类IP地址和子网掩码，主机所在网络地址为159.224，主机地址为7.129。子网掩码不同的两个子网掩码不同的两个IPIP地址即便数字完全相同，地址即便数字完全相同，也不处于同个网络上。也不处于同个网络上。 36域名系统与域名系统与URLn域名域名将IP地址用有意义的且容易记忆的名称代替，将这个名称称为完全资格域名FQDN，简称域名DN。 域名采用分层次方法命

27、名，每一层都有一个子域名。子域名之间用圆点分隔，自右至左分别为最高层域名、机构名、网络名和主机名。域名系统（DNS）：解析域名与IP地址间对应关系 。例如，域名 ，解析为IP地址0。37域名域名意义意义域名域名意义意义域名域名意义意义com商业类商业类edu教育类教育类gov政府部门政府部门int国际机构国际机构mil军事类军事类Net网络机构网络机构org非盈利组织非盈利组织arts文化娱乐文化娱乐arc康乐活动康乐活动firm公司企业公司企业info信息服务信息服务nom个人个人stor销售单位销售单位web与与WWWWWW有关单位有关单位顶级域名：域名中最右边的部

28、分，分为两大类：顶级域名：域名中最右边的部分，分为两大类：1 1）按机构类型分类）按机构类型分类2 2）按国家和地区分类）按国家和地区分类cncn中国中国jpjp日本日本HKHK香港香港dede德国德国krkr韩国韩国sgsg新加坡新加坡38每一信息资源都有统一且惟一的地址，将该地址称为URL。它是WWW统一资源定位标志。 例如：39Internet接入方式接入方式nPSTNPublic Switch Telephone Network：通过电话线以拨号方式接入网络，用调制解调通过电话线以拨号方式接入网络，用调制解调器（器（Modem）作为数据通信设备。）作为数据通信设备。传输速率最高达传输速

29、率最高达115.2Kbps，传输距离不受限，传输距离不受限制。制。40nISDNIntegrated Services Digital Network：采用数字传输与交换的公共通信网，通过电话采用数字传输与交换的公共通信网，通过电话线实现远程网互连。线实现远程网互连。基本速率基本速率BRI：速率为：速率为128144Kbps，通电，通电话同时可进行计算机通信。话同时可进行计算机通信。41nDDNDigital Data Netware：采用数字传输信道，公共网络系统。有采用数字传输信道，公共网络系统。有T1和和E1两个标准。两个标准。T1：北美标准，带宽为：北美标准，带宽为1.544 Mbps

30、；E1：欧洲标准，带宽为：欧洲标准，带宽为2.048 Mbps；我国采用欧洲标准。我国采用欧洲标准。 42nADSLAsymmetrical Digital Subscriber Loop：以电话线为传输介质，上行以电话线为传输介质，上行1Mbps，下行，下行8Mbps的传输速率，最大传输距离可达的传输速率，最大传输距离可达35km。普通电话线接简单的普通电话线接简单的ADSL 设备即可。设备即可。主要特点：上网时不影响通电话。主要特点：上网时不影响通电话。 43nVDSL（Very-high-bit-rate Digital Subscriber loop） VDSL比比ADSL还要快。使用

31、还要快。使用VDSL，短距离内，短距离内的最大下传速率可达的最大下传速率可达55Mbps，上传速率可达，上传速率可达2.3Mbps（将来可达（将来可达19.2Mbps，甚至更高），甚至更高）VDSL使用的介质是一对铜线，有效传输距离使用的介质是一对铜线，有效传输距离可超过可超过1000米。米。 44nCable-modem 利用现成的有线电视利用现成的有线电视(CATV)网进行数据网进行数据传输，已是比较成熟的一种技术。传输，已是比较成熟的一种技术。 由于有线电视网采用的是模拟传输协议，由于有线电视网采用的是模拟传输协议，因此网络需要用一个因此网络需要用一个Modem来协助完成来协助完成数字数

32、据的转化。数字数据的转化。 Cable Modem连接方式可分为两种：即连接方式可分为两种：即对称速率型和非对称速率型。前者的对称速率型和非对称速率型。前者的Data Upload(数据上传数据上传)速率和速率和Data Download(数据下载数据下载)速率相同，都在速率相同，都在500kbps2Mbps之间；后者的数据上传之间；后者的数据上传速率在速率在500kbps10Mbps之间，数据下之间，数据下载速率为载速率为2Mbps40Mbps。45nPON无源光网络接入无源光网络接入 PON（无源光网络）技术是一种点对多点的（无源光网络）技术是一种点对多点的光纤传输和接入技术，下行采用广播

33、方式，光纤传输和接入技术，下行采用广播方式，上行采用时分多址方式，可以灵活地组成树上行采用时分多址方式，可以灵活地组成树形、星形、总线形等拓扑结构形、星形、总线形等拓扑结构 nLMDS接入接入 这是目前可用于社区宽带接入的一种无线接这是目前可用于社区宽带接入的一种无线接入技术，在该接入方式中，一个基站可以覆入技术，在该接入方式中，一个基站可以覆盖直径盖直径20公里的区域，每个基站可以负载公里的区域，每个基站可以负载2.4万用户，每个终端用户的带宽可达到万用户，每个终端用户的带宽可达到25Mbps。但是，它的带宽总容量为。但是，它的带宽总容量为600Mbps，每基站下的用户共享带宽，每基站下的用户共享带宽 46nLANLAN方式接入是利用以太网技术，采用光缆方式接入是利用以太网技术，采用光缆+双绞线的方式对社区进行综合布线。双绞线的方式对社区进行综合布线。以太网技术成熟、成本低、结构简单、稳定性以太网技术成熟、成本低、结构简单、稳定性、可扩充性好、可扩充性好; 便于网络升级便于网络升级 。 47InternetInternet基本服务基本服务n信息查询服