计算机网络应用开发与相关技术

1、计算机网络(大专)_ppt课件周若鸿(南大计算机系01研)8/8/20221课件说明本课件主要依据中央电大给出的计算机网络(大专)课程考核说明，针对各章中的重点、难点进行讲解。以期配合郑纪蛟老师的录像资料，能获得较好的学习效果。观看时最好请用幻灯片放映模式播放。8/8/20222第1章 导论1熟练掌握：2掌握：3了解：计算机网络系统的基本构成。计算机网络所提供共享的硬件、软件、信息三类资源。网络的基本拓扑结构。计算机网络的发展历史，以及计算机网络和互连的技术新进展。8/8/20223计算机网络系统的基本构成：由通信子网，网络高层和网上应用构成，如下图： 通信子网网络高层网上应用用来保证整个计算

2、机网络通信的基本传输的部分；由物理信道，信道链路的通信控制软件组成，并向高层提供尽力而为的通信支持。应用非常广泛，几乎涉及所有的方方面面。其主要支撑环境由网络目录服务、网络域名服务、网络数据库服务等组成。也提供传输服务，即网络节点到对方的网络节点之间的端到端的完整通信服务。其目的是彻底分开网上的应用和底层的数据通信。8/8/202241）电路交换：它是一种直接的交换方式，它为一对需要进行通信的装置之间提供一条临时的专用通道，即提供一条专用的传输通道，既可是物理通道又可是逻辑通道（使用时分或频分复用技术）。这条通道是由节点内部电路对节点间传输路径经过适当选择、连接而完成的，是一条由多个节点和多条

3、节点间传输路径组成的链路。交换又称转接，是通信网中实现数据传输的一种方式。可以理解为从一条线路输入交换节点后选择另一条线路输出。常用的交换技术有：交换的概念、交换的类型（电路交换和包交换）电路交换报文交换2）报文交换：在报文交换网中，网络节点通常为一台专用计算机，备有足够的外存，以便在报文进入时，进行缓冲存储。节点接收到一个报文之后，报文暂时存放在存储设备之中，等输出电路空闲时，再根据报文中所指的目的地址转发到下一个合适的节点，如此往复，直到报文到达目标数据终端。所以报文交换也称为存储转发。8/8/202253）分组交换：属于“存储/转发”交换方式，但它不像报文交换那样以报文为单位进行交换、传

4、输，而是以更短的、标准的“报文分组”(package)为单位进行交换传输。分组是一组包含数据和呼叫控制信号的二进制数，把它人微言轻一个整体加以转接，这些数据、呼叫控制信号以及可能附加的差错控制信息是按规定的格式排列的。假如A站有一份比较长的报文要发送给C站。则它首先将报文按规定长度划分成若干分组，每个分组附加上地址及纠错等其他信息，然后将这些分组顺序发送到交换网的节点C。（分组交换即包交换。）计算机网络所提供三类共享资源。硬件、软件、信息网络的基本拓扑结构，星形、环形、树形、全连接及不规则等，如下图：8/8/20226星形结构环形结构树形结构全连接结构不规则结构8/8/20227第2章 层次化

5、结构1熟练掌握：开放式系统和TCP/IP模型的概念，对等层协议信息流和纵向数据流的概念，每一层的基本功能分工，服务和接口的概念。 2掌握：相关技术术语包括连接、成帧、报文分组、分段与重装、纠错、地址、路由选择和滑动窗口流控的概念及工作机理。 3了解：OSI七层开放式系统互连参考模型的基本概念。8/8/20228开放式系统：开放式系统中不同软硬件设备连接都遵循同一体系结构，使得网络中的计算机可以相互访问 计算机网络的层次化体系结构：计算机网络是一个复杂的网络系统，采用层次化结构的方法来描述它，可以将复杂的网络问题分解为许多比较小的、界线比较清晰简单的部分来处理。其分层的原则是将一组相近的功能放在

6、一起，形成一个网络的结构层次。8/8/20229TCP/IP指传输控制协议/网际协议。表示Internet中所使用的体系结构或指整个的TCP/IP协议族，由其中两个主要协议即TCP协议和IP协议而得名。它包含了大量的协议和应用，已成为国际互联网上与所有网络进行交流的共同“语言”。虽然它不是ISO标准但广泛的使用使它成为一种“实际上的标准”，ISO的OSI参考模型制定，参考了TCP/IP协议集及其分层体系结构的思想。目前，国际上并列地存在着多个计算机网络的标准。而其中最有影响的是国际标准化组织的ISO/OSI标准和因特网的TCP/IP标准。提供方便、有效的网络服务端到端正确无误的数据发送实现端节

7、点间的分组传送实现相邻节点无差错帧传送透明地经实际电路传送比特流应用层数据链路层物理层网络层运输层521348/8/2022107OSI物理层数据链路层网络层运输层会话层表示层应用层654321ISO/OSI则是International Standard Organization/Open Systems Interconnection（国际标准化组织/开放式系统互连）的缩写，OSI参考模型将原理体系结构中的应用层再分成三个层次，因此称为7个层次的体系结构。8/8/202211物理层物理层应用层应用层运输层运输层网络层网络层链路层链路层比特流帧包报文对等层协议信息流纵向数据流网络体系结构指的

8、是计算机网络的各层及其协议的集合。协议基本上是通信双方关于通信如何进行而达成的致说明或约定。在层次化体系结构中，下层向上一层提供一定的服务，而将如何实现这一服务的细节对上一层加以屏蔽。两台机器间在同一层次上进行“对话”，“对话”的规则即这一层的协议。8/8/202212应用层SMTPDNSFTPTelnet运输层TCPUDP网络层IGMPICMPARPRARPIP通信子网层（网络接口层）LAN、MAN、WAN（有线网：电话网、局域网等，无线网：广播电视网、卫星网等）TCP/IP协议集如下图：8/8/202213面向连接服务与无连接服务：1）面向连接服务又称为虚电路服务，这是一种“电话通信系统模

9、式”。例如，通过电话机要与某人通话，先拿起电话话筒拔电话号码，接通后谈话，然后挂断。同样，在使用面向连接的服务时，用户首先要建立连接，使用连接，然后再释放连接。其中连接是指两个对等实体为进行数据通信而进行的一种结合面向连接的服务，本质上像个管道，即发送者在管道的一端放入物体，接收者在管道的另一端按同样的次序取出物体。可分为三个阶段：连接建立、数据传送和释放连接。2）无连接服务的特点是两个实体之间的通信不需要先建立一个连接，这是一种“邮政通信系统模式”。每封“信件”相当网络系统中的每一个报文。每一个报文都带有完整的目的地址，并独立于其他报文，通过系统选定的路线传递数据舆时有关资源将动态地进行分配

10、，通信的两个实体不必同时处于激活状态，因此，灵活方便，比较迅速，但不能防止报文的丢失、重复或失序。因为，在正常情况下，当两个报文发往同一目的地是，先发的应先收到，但也有可能先发的在途中延误，后发的反面先到，这种情况在面向连接的服务中是绝对不可能发生的。适用于传送少量零星的报文。8/8/202214路由选择：在复杂连接的网络内，于网络层上，选择什么样的路径发送IP包。成帧：计算机网络链路层上转送的一种信息格式，典型的帧由帧头、帧尾和正文三部分构成。如下图：报文分组：即IP包，网络层工作的统一格式，其中IP包头含了版本号、源地址、目标地址等信息。分段与重装：发送方的网络层在处理运输层传来的较长报文

11、时，把报文拆成若干个包（报文分组）来分别传送，而接收方的网络层则要把分别收到的IP包重组成完整的报文。纠错：在网络中传送的信息可以存在错误，则可利用冗余发现其中的错误并纠正。soh帧的正文eotCRC滑动窗口流控的概念及工作机理：计算机网络中的一个“流”控制协议。节点每次发送“窗口大小”的一批帧，随着帧被发出，“窗口”往后移。窗口一边是已经发送成功并得到确认的帧，另一边是尚待发送出去的帧，而窗口内的帧则已发出但未得到确认。8/8/202215第3章 通信子网1熟练掌握：通信子网的组成，信道与信道带宽，调制/解调制、编/解码的概念，TCP/IP协议的主要内容，IEEE802.3协议，组网连接的主

12、要几种方式，局域网、城域网、广域网的概念，IP地址的编址方式。2掌握：通信子网和高层应用分离的原则，几种重要的信道复用技术、计算机网络中的虚连接、交换、波特和比特率、面向连接的服务和无连接的服务的概念。3了解：虚拟网络、快速以太网及Ipv6。8/8/202216数据通信技术基本内容数据通信技术基本概念信道带宽、信道容量、编/解码、调制/解调数据通信系统的基本结构数据信号表示方式数字数据信号模拟数据信号数据通信类型基带传输技术宽带传输技术数据传输方式串行通信、并行通信单工通信、半双工通信、全双工通信异步通信、同步通信数据交换方式电路交换存储转发交换报文存储转发报文分组存储转发数据报方式虚电路方式

13、传输介质种类双绞线、同轴电缆、光纤、无线多路复用技术时分、频分、波分、码分主要数据通信指标8/8/202217通信子网(communication subnet，或简称子网)：由用作信息交换的节点计算机NC和通信线路组成的独立的通信系统，它承担全网的数据传输、转接、加工和交换等通信处理工作。信道：信息的通道；信道带宽，是指在一个物理信道内可以传输频率的范围，单位：赫兹（Hz）。编码：把电的脉冲信号先转变成适合物理媒介内传送的一种能量形式的代码；解码：当以某种能量的形式的信号到达传输媒体的另一端时，就要再把这个能量形式的信息转换回到数字信号的原来形态。调制/解调制：计算机要在较长的距离上进行通信

14、，要借助此技术，调制一般是利用一个固定频率的正弦波做载波，以要传送的信号脉冲为控制信号，让载波的某个物理特性按照该控制信号的波形发生相应的变化，这个变化的过程为调制；反过来，把数字信号从已经变化了的载波上改变回来的过程为解调制。IEEE802.3协议，定义了CSMA/CD总线网（以太网）的介质访问控制和物理层规范。8/8/202218组网连接的主要几种方式：2）网桥工作在链路层，可将两个局域网连接起来，并按MAC（介质访问控制）地址转发帧；1）中继器工作在物理层，简单地增加局域网传输距离的物理设备，它作为信号放大器，可使实际的网络跨越更大的距离；3）路由器工作于网络层，将不同类型的网络连接起来

15、，主要用来实现协议转换和路径选择。互联设备功能物理层数据链路层网络层以上说明中继器仅延伸电缆同（对“位”转发）延时最小（约40微秒）集线器多口的中继器同（对“位”转发）40微秒网桥连接多个网段不同（对“帧”同，对MAC不同）多个服务器网际过滤路由器转发路径选择不同（对报文）1800微秒网关转换不同协议不同延时较大8/8/2022191110D类组播地址1111E类留待后用0A类网络标识主机标识10B类网络标识主机标识110C类网络标识主机标识IPv4：32位二进制数地址，用十进制的表示法来书写IP地址，如5，ABCDE三类地址如下图。几个特殊的IP地址（广播）、（本机）、（自我测试）。虚连接：

16、用软件实现的连接，TCP/IP提供的就是这种连接。8/8/202220局域网，在适当的区域、以适当的传输速率直接进行沟通。其主要特点是：覆盖范围小、数据传输速率较高；较小的时延和较低的误码率；各站点间形成平等关系；能进行广播或多播。城域网MAN的地理范围比局域网的大，并具有中速到高速的通信信道，其差错率和时延可略高于局域网的指标。一个城域网可以为一个或几个单位所拥有，也可以是一种公用设施，用于多个局域网互连。城域网与局域网使用相同的体系结构，有时也并入局域网的范围。广域网由结点交换机以及连接这些交换机的链路组成。与局域网的主要区别是：局域网使用的协议主要在数据链路层，而广域网使用的协议主要在网

17、络层。8/8/202221波特率：用来表示模拟信号每秒钟变化次数的度量单位：比特率：每秒可以传输的比特数就是信道传输的速率，单位：bps 。所谓面向连接，是指通信双方在进行通信前，事先在双方之间建立起一个完整的可以彼此沟通的通道；而无连接则在需要的时候发出带有接收方地址的信息。虚拟网络：通过软件将网络站点划分为多个逻辑组，网络包的广播只局限在同一逻辑组中，同时为系统用户的移动、修改及增加等操作提供方便，减少了网络维护的难度和费用。快速以太网：Ipv6是一种新版本的IP协议，是IPv4的发展。在IPv4越来越不适应新应用要求和网络不断扩张的情况下，IPv6将IPv4的32比特地址空间扩展到128

18、比特，提供了一个更加有效的“无限”的IP地址空间；IP还将IP数据报报头作了简化，使路由器处理分组的速度更快；同时也考虑了安全性和服务质量问题以适应新业务的需要（如多媒体数据流）。8/8/202222IEEE802标准约定局域网的体系结构由物理层、介质访问层、逻辑链路控制层组成，其中后二者相当于ISO/OSI参考模型的数据链路层。IEEE802.3中约定，以太网是一种应用总线拓扑的网络技术，它采用了载波侦听多路访问/冲突检测（CSMA/CD）机制，解决总线上信号的冲突问题。以太网硬件运行在10Mbps带宽上，快速以太网的新版本运行在100Mbps的带宽上。802.5令牌环网MAC物理层802.

19、6城域网MAC物理层802.9话音数据综合物理层802.11无线物理层802.12星形拓扑网物理层802.14有线电视网物理层802.3CSMS/CDMAC物理层802.4令牌总线MAC物理层802.2逻辑链路控制LLC802.1体系结构、网络互连802.10可互操作的局域网的安全机制802.7宽带技术802.8宽带技术数据链路层物理层8/8/202223环形网络实例IBM令牌环、FDDI，其中FDDI应用了反向旋转环技术，可达到100bps的带宽。8/8/202224第4章 高层应用1熟练掌握：2掌握：客户/服务器模式和浏览器模式的概念。 3了解：其他互联网络应用如BBS、网上聊天、网络电话

20、、视频点播、虚拟现实等。 4应用：8/8/202225域名系统：用于标识数字型的IP地址的一种字符型的命名机制。开始结束从数据库取出相应地址，传回客户端请求下一服务器，解析名字，并将结果返回客户端产生下一个服务器的响应，并传回客户端将查询发往本地DNS构造域名查询何种解析方式名字是否在本服务器所负责的子域下一次解析反复解析递归解析NY域名解析：采用C/S模式，客户端是解析器程序，负责查询名字服务器、解释从服务器传回的响应、将信息返回给请示方；服务器端是储存有关域名空间信息的名字服务器。对应于域名空间的分层结构，名字服务器也构成一定的层次结构，解析从根节点开始，自顶而下，且各父节点能识别子节点。

21、于算法而言，则分为反复和递归两种，过程如下图：8/8/202226网络应用服务平台组成：计算机网络设施、支持TCP/IP协议的网络操作系统、提供服务的服务器程序、运行服务器程序的计算机。接收邮件（TCP连接）用户界面发送邮件缓冲区接收邮件缓冲区客户（后台传送）服务器（接收邮件）用户发送邮件用户接收邮件发送邮件（TCP连接）1）电子邮政，简称e-mail，是指用户利用计算机网络相互交换电子媒体信件，进行通讯、联络的一种方式。系统结构如下图：邮件传输标准由简单邮件传输(SMTP)定义给出，参照RFC821，但SMTP并没有提供良好的用户与接口服务，于是就有了邮局通讯协议(POP) 。主要网络高层应

22、用服务：8/8/202227FTP服务器主服务器进程控制连接（会话）数据连接（传输）FTP客户forkforkfork3）Telnet协议是一个远程登录协议，实现用户对远程机上服务的统一操作，其服务过程可以分为三个步骤：本地用户在本地终端上对远程系统进行登录；将本地终端上的键盘输入逐键传到远端；将远端的输出送回本地终端。4）Ftp(File Transfer Protocol，文件传输协议)提供任何格式文件的传输服务。基于c/s模式，建立双重连接，控制连接及数据连接，如下图：文件解释后显示在用户的屏幕上，然后断开与服务器的连接。控制进程数据传输进程控制进程数据传输进程严格的客户和服务器定义的是

23、应用程序的概念。服务器（Server）指的是在网络上可提供服务的任何程序，客户（Client）指的是向服务器发起请求并等待响应的程序。相比之下，B/S是一种平面型多层次的网状结构，其最大的特点是与软硬件平台的无关性。8/8/202228其他互联网络应用1）BBS（Bulletin Board System）：电子公告牌，可以迅速地复制、传递每条消息，也可以像一个社交场合的非正式讨论一样，允许用户旁听、提问、参与讨论和发表声明。2）网上聊天：3）网络电话，在Internet上通过TCP/IP协议实时传送语音信息的应用，有三种类型，Phone to Phone、PC to Phone及PC to

24、PC。4）视频点播（Video on Demand，VOD），传统的电视系统信息单向传送，用户只能被动接收，而VOD是以“选择控制权在用户”的崭新概念为基础的双向视音频信息系统，实现了按用户需要播放视音频节目的理想。5）虚拟现实（Virtual Reality，VR），是指在计算机中构造出一个形象逼真的模型，用户借助必要的设备以自然的方式（视觉、听觉、触觉等）与该模型进行交互作用，得到一种身临其境的感觉。8/8/202229第5章 应用开发与相关技术1熟练掌握：计算机网络管理、网络安全的基本概念。2掌握：网络数据库接口、防火墙及代理技术的概念。有关计算机网络法律法规的基本知识，上网的有关知识。

25、3了解：电子商务，网上教育和网上办公的基本内容。 8/8/202230网络管理是关于规划、监督、设计和控制网络资源的使用和网络的各种活动，其基本目标是将所有的管理子系统集成在一起，向管理员提供单一的控制方式，有配置管理、故障管理、性能管理、安全管理及计费管理等五在管理功能。网络安全是指通过采取各种技术的和管理的安全措施，确保网络数据的可用性、完整性和保密性，其目的是确保经过网络厂商和交换的数据不会发生增加、修改、丢失和泄漏等。8/8/202231网络数据库接口：在Web服务器中，信息以文本或图像文件的形式进行存储，检索机制弱，所以3W与数据库的结合不仅能大大扩展Web服务器的功能，也是数据库技

26、术发展的需要。目前接口方式主要有：CGI（公共网关接口）技术，它主要是依靠网关技术把用户通过浏览器对数据库的访问协议HTTP转换成对数据库访问协议DB。P266Web API（Web应用编程接口）技术，通过一系列库（如Windows NT下使用的动态链接库），应用程序连接和使用数据库引擎。P267API方法与Web服务器结合紧密，性能高。但利用底层的API开发数据库访问程序仍然很困难，而使用基于底层API的高层数据库编程接口ODBC。优点是用它生成的程序与数据库引擎是无关的，为调用关系数据库提供了统一途径的一类API，适用于许多不同的数据库产品。JDBC（Java数据库连接）：在数据库处理方面，Java语言提供了JDBC。它由一组用Java语言写的类和接口组成，利用Java机制设计的标准SQL数据库连接接口JDBC去访问数据库，为数据库开发应用提供了标准的应用程序编程接口。8/8/2022325）ASP（动态网页技术），Microsoft所提供的一种服务器端的脚本运行环境，它可以用于实现动态、交互的Web服务器端应用程序。防火墙，设置在被保护网络和外部网络之间的一道屏障，以防止发生不可预测的、潜在破坏性的侵入。它可通过监测、限制、更改跨越防火墙的数据流，尽可能地对外部屏蔽网络内部的信息、结构和运行状况，以此来实现网络的安全保护。代理服务器是指处理代表内部客户的外部服务器的程