大学计算机基础：第5章-计算机网络技术基础

1、大学计算机基础：第5章-计算机网络技术基础大学计算机基础：第5章-计算机网络技术基础 计算机网络系统分布在不同位置且独立功能的计算机及辅助设备，通过通信设备和传输线路连接起来，由功能完善的网络软件（网络协议、信息交换方式、控制程序和网络操作系统）实现网络资源共享及信息通信的系统。其他外设打印机介质客户机资源服务器网络协议2/75 计算机网络系统其他外设打印机介质客户机资源服务器网络协议使用计算机的方式不断变化，由多人通过终端使用一台计算机到现在一人通过网络使用多台计算机，人与计算机之间不仅发生了多对一到一对多量的变化，也发生了由同地到异地、由科学计算到全面应用质的变化。5.1 网络概述 3/7

2、5使用计算机的方式不断变化，由多人通过终端使用一台计算机到现在5.1.2 网络的基本组成 工作站4服务器工作站1工作站2工作站3工作站5ccpccpccpccpccp通信子网区资源子网区通信子网：由通信线路和控制处理机(CCP)组成，为资源子网提供信息传输服务。 资源子网：由服务器、终端、软件和信息资源等组成。负责任务处理，提供网络资源和服务。4/755.1.2 网络的基本组成 工作站4服务器工作站1工作站25.1.3 网络的作用 1、资源共享 共享网络文件夹方法 提高资源利用率，降低平均费用。 从外存储器或文件夹的右击菜单中选择“共享和安全”，在“共享”选项卡中，选定“在网络上共享这个文件夹

3、”，单击“确定”按钮。相互传输信息，对信息进行分散、分级和集中管理硬件共享软件共享5/755.1.3 网络的作用 1、资源共享 共享5.1.3 网络的作用 2、信息快速交换 3、分布式处理 选择网络内最合适的资源，协同用户找到目标域，将任务分散到不同计算机处理。 相互传输信息，对信息进行分散、分级和集中管理网络外存储器外存储器6/755.1.3 网络的作用 2、信息快速交换 3、5.2 数据通信基础知识计算机网络是计算机技术和通信技术密切结合的产物。数据通信技术是计算机网络的基础，通信网络为计算机之间的数据传输提供了必要手段。服务器打印机通信技术计算机技术7/755.2 数据通信基础知识计算机

4、网络是计算机技术和通信技术密切5.2.1 数据的传输方式 1)通信系统组成：源站（发送者）、目的站（接收者）、传输的数据和通信线路。 2)通信线路任务 ：将源站发送的数据迅速、可靠、准确地传输到目的站。通信网目的站源站数据数据8/755.2.1 数据的传输方式 1)通信系统组成：源站（发送10100 2. 数据传输方式 并行传输：同时传输多位二进制数 ，每位需要一条信道。速率高，适用近距离传输。如微机内各类总线。发送装置接收装置字符E9/7510100 2. 数据传输方式 并行传输：同时传输多串行传输：逐位（比特）传输, 只需要一条信道。速率低，适用远距离传输。接收装置发送装置0001011字

5、符E( ASCII码值)10/75串行传输：逐位（比特）传输, 只需要一条信道。速率低，适用远1)基带传输与宽带传输 基带传输: 将数字1或0用两种不同电压在线路上传输。优点是速率高和误码率低，缺点是传输距离短 。宽带传输:经过调制的模拟信号在线路上传输，接收端经解调恢复成基带脉冲。数模转换模数转换通信网数字信号数字信号 1 0 0 1 1 0 1 0通信网数字信号 1 0 0 1 1 0 1 0数字信号11/751)基带传输与宽带传输 基带传输: 将数字1或0用两种不同电2)传输速率与带宽传输速率数字信号：用每秒比特表示，即每秒传送二进制位的数量。 模拟信号：每秒传送脉冲数，单位为波特。 带

6、 宽 指单位时间内传输线路上最大传输比特数，是线路最大传输能力。12/752)传输速率与带宽传输速率14/755.2.2 通信协议 在网络系统中，为了确保通信双方能正确并自动地交换信息，需要为特定的通信过程制定双方都能遵循的规则，这种规则就是通信协议。 通信协议也是计算机之间进行通信的语言，由于各种通信过程的规则有些差异，因此，在一个网络系统中有许多种通信协议。 例如，NetBIOS、NetBEUI、IPX/SPX和TCP/IP等都是Windows中的通信协议。13/755.2.2 通信协议 在网络系统中，语法：用于规定协议中所含元素及顺序，是协议内容的数据结构。如数据报文协议格式：1. 通信

7、协议三要素语义：是对协议中各个元素的含义说明或规定。例如：SOH表示报文的开始控制符，STX 和ETX分别表示正文(数据)的开始和结束控制符号等，这些都是语义。 时序：指处理各种事件的先后顺序。14/75语法：用于规定协议中所含元素及顺序，是协议内容的数据结构。 NetBIOS与NetBEUI：NetBIOS是网络基本输入/输出系统协议；NetBEUI是NetBIOS的扩展用户接口协议。2. Windows中的常用协议IPX/SPX：是互连网络分组交换/顺序交换协议，是面向局域网、可路由的高性能协议。TCP/IP：是传输控制协议/网际协议(Transmission Control Protoc

8、ol/Internet Protocol)，已经成为广域网和Internet的标准协议。15/75 NetBIOS与NetBEUI：NetBIOS是网络基本 TCP/IP协议设置 在Windows XP中，从桌面“网上邻居”的右击菜单中选择“属性”，在“网络连接”对话框中，再从“本地连接”的右击菜单中选择“属性”，在“本地连接”对话框中可以安装和设置有关协议及其参数。16/75 TCP/IP协议设置 网络设计者常采用把通信问题划分为许多小问题，然后为每一个问题设计一个通信协议。 每一个协议的设计、分析、编码和测试都比较容易。 将计算机网络中的各层模块及其协议的集合，称为网络体系结构。5.3 网

9、络体系结构 17/75 网络设计者常采用把通信问题划分为许多小问题，5.3.1 OSI模型的基本思想1邮政系统的层次服务 邮政系统服务分为多个层次，每层实现一种特定的服务。 分层服务包括：通信者活动、邮局服务业务、邮局转送业务、运输和邮件转送服务。 把大问题分解为若干个层次的小问题，以达到：结构清晰，简化设计与实现，便于更新与维护。通信者活动通信者活动邮局服务业务邮局转送业务运输部门的邮件运输业务邮局服务业务邮局转送业务 信件打包收集、分拣写信送邮箱路由、运输邮局接收邮包邮件拆包分拣、投递接收邮包阅读信件18/755.3.1 OSI模型的基本思想1邮政系统的层次服务通信2、OSI参考模型的结构

10、19/752、OSI参考模型的结构21/75 OSI模型是开放系统互联的国际标准，模型分为7层。为底3层、顶3层和传输层。 底3层：含物理层、数据链路层和网络层。功能依赖于计算机及其之间的通信子网和相关通信协议来实现。顶3层：含应用层、表示层和会话层。面向应用，由本地计算机操作系统及其协议实现其功能。传输层：实现传输数据包。20/75 OSI模型是开放系统互联的国际标准，模型分为7层。为底5.3.2 OSI模型的层间通信及作用数据链路层物 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

11、传输介质传输介质CCP网 络 层应用进程AOSI环境应用进程B主机A主机BA数据链路层物 理 层CCP网 络 层B21/755.3.2 OSI模型的层间通信及作用数据链路层物 理 OSI环境中的数据流22/75OSI环境中的数据流24/75应用层 ：是应用程序访问OSI模型的入口。在发送数据时，按应用层协议要求为数据加报头（打包）；在接收数据时，依据应用层协议去掉报头（拆包），将数据传给应用程序。应用层协议很多。例如，文件传送协议、远程登录协议和电子邮件协议等。 表示层 ：发送数据时，对应用层传来的数据单元（包括数据和报头）进行编码，再加报头形成新的数据单元，加密和压缩后，发送给会话层。接收数

12、据时，表示层对数据单元进行解压缩、解密和解码。23/75应用层 ：是应用程序访问OSI模型的入口。在发送数据时，按传输层：位于通信子网和资源子网之间，是网络体系结构的核心。主要功能是为源和目的主机之间提供可靠的报文传输，隐藏通信子网的细节，提供通用的传输接口。TCP(传输控制协议)处于该层。24/75传输层：位于通信子网和资源子网之间，是网络体系结构的核心。物理层：它向下直接与传输介质相连，向上为数据链路层提供物理服务。主要功能：确定通信方式、比特序列传输和信号转换。 网络层 ：是主机与通信子网的接口，主要负责控制通信子网层的操作，实现源主机的分组数据准确地传输到目的主机。主要功能：路由选择、

13、地址转换和流量控制。25/75物理层：它向下直接与传输介质相连，向上为数据链路层提供物理5.3.3 TCP/IP体系结构 TCP/IP体系结构是网络中的事实标准，适用于大型网络，已成为Internet的重要通信协议。1网络接口层将数据包发送到传输介质，并从传输介质接收包，传给网络层。应用层表示层会话层传输层网络层数据链路层物理层OSI应用层传输控制层网络层网络接口层TCP/IP26/755.3.3 TCP/IP体系结构 TCP/2网络层核心是网际协议(IP)，主要功能有IP寻址、路由选择和数据打包/拆包等。在IP协议中每个数据包中都含有目的主机的IP地址，可以作为独立的数据包处理。IP协议是无

14、连接的，开始传输数据之前，没必要先建立一条到达目的主机的通路，各个数据包可以通过不同的通路到达同一个目的主机，到达的顺序也可以与发送的顺序不一致。 27/752网络层29/753传输控制层提供2个协议：TCP协议：提供可靠的面向连接的端到端服务。适合传输大数据量用户数据报协议UDP：提供无连接服务 ，如小文件传输协议TFTP。4应用层 提供一组常用应用层协议，与OSI类似。包括：文件传输协议FTP、超文本传输协议Http、简单邮件传送协议SMTP和域名系统DNS 。 28/753传输控制层30/755.4 网络传输介质与互联设备5.4.1 网络传输介质 同轴电缆 ：传输特性比较好，传输速率较快

15、，抗干扰能力强，常用于基带传输。 铜芯同轴电缆有两种：粗缆（75 ）、细缆（50）屏蔽层绝缘层同轴电缆29/755.4 网络传输介质与互联设备5.4.1 网络传输介质 铜芯网卡同轴电缆30/75网卡同轴电缆32/75双绞线 (5类线). 非屏蔽双绞线电缆(UTP) . 屏蔽双绞线电缆(STP) RJ-45头 5类双绞线增加了缠绕密度，传输质量高，速率达百兆。用于星状网络拓扑结构，以集线器或交换机为中心，连计算机。31/75双绞线 (5类线) . 屏蔽双绞线电缆(STP) RJ-45集线器或交换机双绞线树型网络结构32/75集线器或交换机双绞线树型网络结构34/75光 纤：用光传输信息，信息通过

16、光强编码，接收端将信息转为电脉冲。玻璃封套塑料外套玻璃内芯单模光缆：用激光源，直径较小，价格贵，传送距离远，速度快和低耗散 。多模光缆：芯线较宽，光源为二极管LED，价格低，速度低，耗散大、适于短距离传输 33/75光 纤：用光传输信息，信息通过光强编码，接收端将信息返回 主要特点：具有很宽的频带传输特性 ，可达1000 Mb/s具有无干扰和很高安全性 ；信号衰减较小，省信号增强设备。当传输速率420Mb/s时，传输120km误码率仅为10亿分之一 。34/75返回 主要特点：36/75无线介质 根据信号频谱和传输技术不同，分为微波、卫星微波和红外线等。 主要特点：微波通信适于短距离；而卫星微

17、波适合于长距离。 35/75无线介质 主要特点：微波通信适于短距离；而卫星作用 ：实现计算机之间物理连接和协议转换。1. 网卡 即网络接口适配器，是局域网中最重要的连接设备。为计算机之间通信提供物理接口，并控制数据帧的收发。网卡分为：有线和无线两种。5.4.2 网络互连设备 36/75作用 ：实现计算机之间物理连接和协议转换。5.4.2 网络网卡接口 网卡上有RJ-45、BNC和AUI接口。数据传输率 指每秒传输二进制位的数量(bps)。 目前有： 10Mbps、100Mbps、 10/100Mbps、1000Mbps37/75网卡接口 网卡上有RJ-45、BNC和AUI接口。数网卡物理地址网

18、卡的MAC地址(Media Access Control)用于识别源网络中站点地址，惟一标识网络设备地址。 MAC地址=网卡制造商标识+网卡序列号由IEEE分配1-24位8位8位8位8位8位8位厂家分配25-48位38/75网卡物理地址由IEEE分配1-24位8位8位8位8位8位8位网卡物理地址 在数据链路层传输数据帧的过程中，MAC地址用于识别主机。在网络中依据这个地址查找目的主机，完成源到目的主机之间的通信。 查看网卡的物理地址方法： 单击“开始”按钮“程序”“附件”“命令提示符”。 在“命令提示符”窗口中输入命令：IPConfig /all，并按回车键即可。网卡物理地址39/75网卡物理

19、地址查看网卡的物理地址方法：网卡物理地址41/75 2. 调制解调器 Modem，是计算机通过电话线连网的装置。 调制：将计算机发出的数字信号转换成模拟信号，以便在电话线路或微波线路上传输。解调：将模拟信号转换成数字信号。40/75 2. 调制解调器调制：将计算机发出的数字信号转换成模拟信号 6. 交换机 交换机工作在OSI模型中的物理层、数据链路层，可以将交换机视为多口网桥，同时兼有网桥和集线器的作用。 不断记载和查找MAC地址,以确定向哪个端口转发;交换机根据接收到的信息分析目标物理地址，仅选择一个端口转发信息。 连接在一个交换机上的所有设备，可以有半数设备发送信息，实现端口一对一地交换信

20、息。 第41|90页41/75 6. 交换机第43|90页43/75交换机组网结构 42/75交换机组网结构 44/75 7. 路由器（Router）路由器工作在OSI模型的物理层、数据链路层和网络层，用于不同类型（按体系结构划分）但使用相同协议的网络连接。路由器一般有多个LAN接口和串行接口，每个LAN接口连接一个局域网，串行接口连接广域网。主要功能：路径选择、数据转发（又称为交换）和数据过滤。路由器从一些路径中寻找一条发送数据的最佳路径。 路 由 器以太局域网B令牌环局域网以太局域网A43/75 7. 路由器（Router）路 由 器以太局域网B令牌环局8. 网关又称协议转换器，作用于OS

21、I传输层到应用层，是不同类型网络互联的硬件或软件。 用TCP/IP通信协议的网络通过路由器即可接入Internet；对于没使用TCP/IP通信协议的网络，必须通过网关进行转换。44/758. 网关46/755.5 局域网的连接网络主体设备中心站（服务器）工作站（客户机） 提供共享资源 用户的结点45/755.5 局域网的连接网络主体设备中心站（服务器）工作站（客常用 服务器文件服务器 域名服务器 打印服务器 通信服务器 数据库服务器5.5.1 服务器 局域网的核心，它为网络用户提供各种网络服务及管理、分配和共享资源。 46/75常用 服务器文件服务器 5.5.1 服务器48/753. 连接模式

22、 对等模式：这种网络没有服务器，连网计算机地位完全平等，一般都安装相同操作系统。如：Windows。 文件服务器模式：配置专用的服务器，用于安装和管理共享设备，存储共享的应用程序和数据。客户机服务器模式：客户机需要处理数据时，将处理要求发送给服务器，由服务器运行对应的程序处理数据，最后将处理结果传送给客户机。服务器 客户机请求响应网络47/753. 连接模式 服务器 客户机请求响应网络49/755.7 Internet及其应用 Internet是世界上最大的互联网络，是计算机和通信两大现代技术相结合的产物，向全球提供信息服务。 5.7.1 Internet基础知识基于TCP/IP协议客户机/服

23、务器工作方式不属于任何国家 所有用户可使用和开发的信息资源 48/755.7 Internet及其应用 Internet是世界客户机/服务器工作方式服务器 客户机Internet请求响应Internet工作方式49/75客户机/服务器工作方式服务器 客户机Internet请求1. 常用协议 1）TCP/IP协议 规范数据传输格式及传送方法。 2）文件传送协议FTP 用于将文件上传到其它机或下载到本地机FTP FTP服务器FTP客户机上载下载Internet50/751. 常用协议FTP FTP服务器FTP客户机上载下载Int1. 常用协议 3）远程登录协议TELNET 控制远端主机的登录 。

24、4）超文本传输协议HTTP 使浏览器有统一的规则和标准。Internet 服务器51/751. 常用协议Internet 服务器53/75 2. Internet资源及典型服务 信息资源：可以在网上找到任何方面的知识。如：天文地理、科学技术和新闻等。 典型服务：可归纳为专题讨论(Usenet)、信息查询服务(Gopher)、广域信息服务系统(WAIS)、电子公告栏(BBS)、远程登录(Telnet)、电子邮件(E-mail)和文件传输(FTP)等。POP3接收方SMTP发送方发送邮件服务器接收邮件服务器信箱信箱Internet52/75 2. Internet资源及典型服务 POP3接收方SM

25、T5.7.2 IP地址主机：连入Internet的计算机或设备。网络系统中，主机之间要准确地相互通信，每台主机都应该有唯一标识。在Internet中，将这个唯一标识称为地址，地址有IP地址和域名两种表示形式。 53/755.7.2 IP地址55/751. IPv4地址分类IP地址用32位二进制编码，每8位一组，以“.”分隔，实际应用中，用4个十进制数表示，单个数取值范围为：0255，且用圆点分隔。 例如：202.198.091.60就是一个IP地址。 54/751. IPv4地址分类56/75IP地址包括两部分内容：一部分为网络标识，另一部分为主机标识。IP地址分为AE类 前8位为网络地址，其

26、中第一位为0，2(8-l)=128个网络地址，0和127有特殊用途 前16位为网络地址，其中第一个字节前两位为10，有（191-128+1）256=16 384个网络地址 前24位为网络地址，其中第一个字节前三位为110，用192223，故有（223-192+1）256256=2097 152个网络地址 网络标识主机标识55/75IP地址包括两部分内容：一部分为网络标识，另一部分为主机标识2. 特殊IPv4地址 单播地址：是单播地址，用于本机的网络软件测试和进程间的通信。如：ping 用于测试本机安装协议的正确性。 指向网络的广播地址：主机地址每一位全1的IP地址。例如

27、：子网掩码为，向202.198.091.255发送信息时，将信息传输到地址为202.198.091的网络中全部主机。56/752. 特殊IPv4地址58/75 受限广播地址：32位全1的IP地址，即向55发送数据，实质是向本地网(不跨出路由器)中的所有主机发送数据。3. IP地址分配 为确保IP地址在Internet上惟一性。要加入Internet，必须申请到合法IP地址。 动态分配：随机分配一个IP地址。如：拨号上网用户使用动态IP地址 静态分配：固定IP地址。如：信息服务者使用固定IP地址。57/75 受限广播地址：32位全1的IP地址，即向255.255.设置IP地址58/75设置IP地

28、址60/754. IPv6IPv4中IP地址空间严重不足，为解决IP地址资源不足问题，IPv6对IPv4进行了扩展和改进。 IP地址空间：由32位增加到128位，扩大296倍。 报头：用40B固定长度的报头，使得处理数据报的速度更快优先级别：根据数据报的性质为数据报定义优先级别，优先级别高的数据报优先传输。 59/754. IPv661/75 5.7.3 子网掩码 子网掩码用32位二进制数编码，表示形式与IP地址类似。两个作用：1. 获取网络IP地址通过主机IP地址和子网掩码可以获取主机所在网络IP地址和主机标识。具体做法：将主机IP地址与子网掩码按位进行“与”运算，即可得到网络IP地址。60

29、/75 5.7.3 子网掩码 62/75例如： IP地址： 10011111 11100000 00000111 10000001 29（B类地址）子网掩码：11111111 11111111 00000000 00000000 网络地址：10011111 11100000 00000000 00000000 这是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。61/75例如：63/752. 分割网络 适当地设计子网掩码可以将一个网络IP地址分割成多个子网的IP地址，以便解决距离较远的多个子网使

30、用同一个网络IP地址的问题。例如，某单位申请到一个C类网络IP地址：212.188.199，要在相距较远位置分别建立4个子网，每个子网中不足60台主机。解决这个问题的一种重要途径是合理地设计子网掩码。62/752. 分割网络 64/75 设计方法：用主机标识的前2位作为子网IP地址的一部分，后6位作为主机标识。作为子网IP地址的2位可组合成：00000000、01000000、10000000和110000004个数。将子网掩码设计为：92即得到：212.188.199 4 28 92 4个子网IP地址。 63/75 设计方法：用主机标识的前2位作为子网IP地址的 4

31、个子网IP地址，每个子网中的主机标识范围为：000001至111110 ，62个主机。4个子网中的主机IP地址范围为：子网212.188.199中主机IP地址范围为： 62 。子网4中主机IP地址范围为： 5126 。子网28中主机IP地址范围为： 29190 。子网92中主机IP地址范围为： 93254 。64/75 4个子网IP地址，每个子网中的主机标识范围为 5.7.5 域 名在Internet中允许为主机起一个有意义且容易记忆的文字名称，将这个名称称为域名(DN)。 例如，www.中

32、，www是服务器主机名，是域名。IP地址与域名之间是一对多的关系，即一个IP地址可以有多个域名，但一个域名只能对应一个IP地址。65/75 5.7.5 域 名67/75 域 名域名采用分层次方法命名，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。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。省略最高层域名，是在美国注册的网站。例如，微软公司的域名为。最高层域名机构名网络名66/75 域 名最高层域名机构名网络 5.7.6 Internet的资源 1. 浏览信息 要访问WWW资源，要在本地机上运行网页浏览软件，简称浏览器。 网页：在浏览器中呈现的一幅画面。 网站：在Web服务器中，存储多个超文本文件，提供用户需要的资源。如：网页www服务、FTP服务和E-Mail服务等。 主网页：在浏览器中首先看到的网页。 67/75 5.7.6 Internet的2. 搜索信息 网上的信息非常烦杂，为了快速准确地寻找信息，使用网络搜索引擎。搜索引擎是一个特殊网站，例如，百度和谷歌等。 在这些网站的网页上，输入关键字可以搜索各个网