第5章计算机网络

第五章计算机网络

♦本章主要内容

-5.1计算机网络基础

-5.2计算机局域网

-5.3Internet基础

-5.4Internet应用

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5.1计算机网络基础

♦内容：

-计算机网络的发展

-计算机网络的分类

-计算机网络传输介质

-计算机网络协议和体系结构

-（OSI和TCP/IP参考模型）

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一・计算机网络的发展

♦三个阶段（三代网络）：

-以主机为中心的联机终端系统

-以通信子网为中心的主机互连

-具有层次化体系结构的标准化网络

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1.主机-终端网络

♦(1)特征---共享主机的软硬件资源

一单台主机：执行计算和通信任务

—多台终端：执行用户交互

♦(2)连接方式----本地或远程连接

♦⑶缺点

-主机负荷重——数据处理+通信

-线路利用率低

—以主机为中心，集中控制方式，可靠性低

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T

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2.计算机■计算机网络

♦⑴特征

-多个终端联机系统的互联，形成了多主

机为中心的网络

-网络结构从“主机-终端”转变为“主

机-主机”

-以资源共享为主要目的

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(2)主机一主机网络的演变

♦演变阶段1

-通信任务从主机中

分离，由CCP完成

-CCP通信控制处理

机：处理主机之间

通信任务的专用计

算机

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♦通信子网

-由CCP组成的传输

网络,为主机提供信

息传输服务

♦资源子网

-建立在通信子网基

础上的主机集合，

提供计算资源资源子网

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演变阶段2

♦通信子网规模逐渐扩大

-私有一社会公用

♦公用数据通信网

-PSTN

-X.25

♦优点

-降低用户系统建设成本

-提高通信线路利用率

-兼容性好

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网络实例：ARPANET

♦因特网的前身，美苏冷战时期由美国

军方建立的实验性网络

♦最初4个节点—70、的60多个节点

♦地域跨越美洲、欧洲

♦具有现代网络的许多特征，例如

-分组交换

-分层次的网络体系

-较为完善的通信协议

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3.具有层次化体系结构的标准化

♦(1)各厂商的不同标准

-IBM-SNA,DEC-DNA

-缺点：适用范围、互操作性和兼容性

-解决方法：体系结构的标准化

♦(2)国际标准OSI参考模型

-开放系统互联七层框架

♦(3)事实上的标准TCP/IP

-因特网的骨干协议，五层框架

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4.特网时代

♦⑴全球性的网络

♦(2)标志着网络时代的到来

♦(3)发展动力:丰富的信息和便利的使

用

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二.计算机网络的主要分类

♦1.按地域范围分类

-局域网(LAN):<20KM

-城域网(MAN):<100KM

-广域网(WAN):>100KM

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2.按拓扑结构分类

♦⑴星形

-一个中心节点

-其它节点与其构成点到点连接

♦(2)树形

-多级层次结构：

-1)一个根结点

-2)多个分支节点

-3)多个叶节点

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2.按拓扑结构分类

♦(3)总线

-所有节点挂接到一条总线上xX

-总线：广播式信道

-需要有介质访问控制协议以防止冲突

♦(4)环形

-所有节点连接成一个闭合的环

-结点N间为点到点连接

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按拓扑结构分类

♦(5)网状

♦1)全连接：点到点全连接,

-随节点数的增长成本急剧增长

-适用于节点数很少的广域网

♦2)不规则：点到点部分连接

-多用于广域网

-由于连接的不完全性，需要有交换节点

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3.按通信传播方式分类

♦1）点对点网络

-由一对对机器间的多条链路构成

-报文分组在信源和信宿之间可能需通过一台或

多台中间设备进行传播（转发）

♦2）广播式网络

-仅有一条通道，由网络上所有的计算机共享。

-一发多收

♦一般来说，局域网使用广播方式；广域网使

用点对点方式。

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三.传输介质

♦1.有线介质

-双绞线、同轴电缆、光纤

♦2.无线介质

-无线电、微波、卫星

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屏蔽双绞线(STP)非屏蔽双绞线(UTP)

以箔屏蔽以减少3类、5类

双绞线外没有任何

干扰和串音

附加屏蔽

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同轴电缆

■基带

铜芯

一条电缆只用于一个信道，

50Q,用于数字传输绝缘层

外导体

■宽带屏蔽层

一条电缆同时传输不同频率的

几路模拟信号，75Q,用于模拟传保护套

输，300-450MHZ,100km,

需要放大器

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光纤

♦依靠光波承载信息

♦高传送速率，通信容量大

♦传输损耗小，适合长距离传输

♦抗干扰性能好，保密性好

♦轻便

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无线介质

♦使用电磁波

♦无需物理连接

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地面微波接力

地面站之间的直视线路

两个地面站之间传送

距离：50-100km微波传送塔

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地球同步卫星

1.使用转发器接收和转发

22,300

公里2.与地面站相对位置固定

3,使用3个卫星可覆盖全球

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L网络协议和体系结构

♦1.网络协议

♦⑴定义

-为在网络中进行数据交换而建立的规则、

标准或为定

♦（2）组成要素

-1）语法:信息的结构和格式

-2）语义：需要作出的动作及响应

-3）时序：操作的执行顺序

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人的协议和网络协议的对比

[TCPconnection

9y^q.

TCPconnection

7cply.

Gethttpy/www.xjtiiediLcn/index.htrn

file>^

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2.网络体系结构

♦（1）网络的异质性

-1）是指网络系统应用环境的复杂性:如多

种通信媒介、设备、操作系统等

-2）问题：异质环境中任意两台计算机之间

如何通信

-3）解决:制定网络体系结构

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2I络体系结构

♦（2）分层

-）1分层：把复杂的网络互联问题划分为若

干个较小的、单一的问题，在不同层上

予以解决。

-2）对等层：两个不同系统的同名层次。

-3）实体：任何可以发送或接收信息的硬

件或软件进程。

-4）对等实体：位于不同系统的同名层次

市的两个实体。

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2.网络体系结构

♦（3）网络体系结构

-1）同层协议:各层具有各自不同的协议

-2）层间协议（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。

-3）网络体系结构：同层协议和邻层协议的

集合

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3.OSI/RM

-）iiso制定的参考模型，概念上的网络模

型

-2）规定了网络体系结构的七层框架，太

复杂，不实用

-3）只说明了做什么未规定怎样做

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OSI参考模型

层交换单元的名字

7Message

6PPDU

5SPDU

段

4(Segment)

分组

3

(Packet)

岐

2

(Frame)

比特

(Bit)

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4.TCP/IP模型

♦1)Internet采用的标准

♦2)定义了五层协议

5应用层Application

4传输层transport

3网络层Network

2数据链路层DataLink

1物理层Physical

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3)TCP/IP与OSI的对应关系

TCP/IP概念层次

TCP/IP支持

所有标准的数

据链路层和物

理层协议

Ethernet,802.3,

802.5,FDDI等等

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TCP/IP的应用层

♦应用层协议支持文件传输、电子邮件、

远程登录、网络管理、Web浏览等。

文件传输

•FTP、TFTP、NFS

电子邮件

•SMTP、POP3

WWW应用

•HTTP

远程登录

•Telnet、rlogin

网络管理

数据链路层•SNMP

域名系统

物理层•DNS

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TCP/IP的传输层

♦提供了两种传输协议

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TCP/IP的网络展（网际展）

♦网际层的主要协议一IP

♦提供无连接的传输服务（不保证送达,

不保证顺序）

♦主要功能是寻找一条能够把数据报送

到目的地的路径。

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网际展的四个主要妙议

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5.数据封装

♦⑴封装:就是进行（打包）的过程，是

在发送数据之前在数据前面加上特定

的协议头部。

।数据（信）■

!封装

协议头（信封）数据（信）

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(2)协议数据单元PDU

♦1)PDU(ProtocolDataUnit)

-体系结构中每一层传给下一层的基本数

据单元

♦2)每层对邻层所做的操作

-(1)接收上一层的PDU作为本层的数据

-(2)对本层的数据添加“头信息”后生

成本层的PDU

-(3)将本层PDU传递给它的下一层

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（3）数据封装

♦1）下层把上层的PDU作为本层的数据封装，

然后加入本层的头部和（或）尾部。头部中含

有完成数据传输所需的控制信息。

♦2）发送:数据自上而下各层不断封装

♦3）接收：自下而上逐层不断拆封

♦4）某一层只能识别由对等层封装的“信

封”，而对被封装在“信封”内部的数据仅

仅是拆封后提交给上层，本层不作任何处理。

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拆封

封装

数据多层封装数据报文

段头数据段

网络头段头数据数据报

帧头网络头段头数据帧尾帧

011101000011000010100101111010110比特

电脉冲

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实例：TCP/IP协议的封装

应用层

传输层

网际层

数链层帧尾

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5.2计算机局域网(LAN)

局域网的特点及关键技术

信道共享技术

以太网技术

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一•局域网概述

♦1.特点

-1）覆盖范围小：房间、建筑物、园区范围,

距离025km

-2）高传输速率:10Mbps〜1000Mbps

-3）低误码率：10-8〜lo-io

一4）为一个单位所拥有，自行建设，不对

外提供服务

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2.局域网的关键技术

♦（1）拓扑结构（逻辑、物理）

-总线型、星型、环型

♦（2）传输介质

-双绞线，同轴电缆

♦（3）介质访问控制MAC

-1）局域网使用广播信道，多个站点共享

同一信道

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♦2)MAC协议：解决广播信道站点对

信道争用的协议。

♦3)两种MAC

-载波侦听多路访问/冲突检测(CSMA/CD)

-令牌传递(TokenPassing):

-TokenRing>TokenBus.FDDI

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3.CSMA/CD

♦可能产生冲突的协议，工作原理：

-(1)发送前先监听信道是否空闲

-(2)若空闲则立即发送数据

-(3)发送时，边发边继续监听。

-(4)若监听到冲突，则立即停止发送。

等待一段随机时间(称为退避)以后，

再重新尝试。

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CSMA/CD的流程

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4.令牌传递

♦无冲突协议：

-1()环中有一个令牌

—(2)得到令牌的站可

-以发送数据

—(3)令牌在环中传递

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二.以太网

♦1.采用CSMA/CD技术的LAN

♦2.由IEEE802.3工作组制定标准

♦3.传统类型：

♦10Base5,10Base2,10Base-T

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8023的类型与介质

10Base5--

10Base5粗同轴

10Base2细同轴数据率叱基带或宽带

Base,Broad

lOBaseT双绞线

lOBaseFMMF（多模光纤）个片勺誓（百米

lOOBaseT双绞线（心矢型

lOOBaseFMMF/SMF（单模）

lOOOBaseX屏蔽短双绞线/MMF/SMF

lOOOBaseT双绞线

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5.3Internet基础

♦Internet概述

♦TCP/IP协议集

♦因特网接入技术

♦IP地址

♦MAC地址

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特网概述

♦(1)建立在TCP/IP协议基础上的国际

互联网。

♦(2)计算机网络的网络

一全世界不同国家、不同地区、不同部门

和机构的不同类型的计算机网络互联在

一起，形成一个世界范围的信息网络。

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二.TCP/IP协议族

♦LTCP/IP协议族

-是ARP,IP,ICMP,IGMP,UDP,

TCP等多个协议的集合。

♦2.TCP协议和IP协议是最具有代表性,

是网络体系结构的关键之一。

♦3.TCP/IP建立了分组交换（或包交换）

的网络.

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♦4.数据传送过程

—）1TCP将数据分组，每个分组分别封装

-2）IP将各封装分别选不同路径（路由）传递

到目的地

-路由:连接各子网的一系列路由器

-3）到达目的后,IP检查是否完整

-4）收到所有分组后JP组装，交TCP处理

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三.因特网的接入

♦三类用户：

-家庭用户

一单位用户（学校，公司）

-移动用户

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L窑庭用户的接入

（1）使用modem拨号

通过modem经过电话线与ISP连接

理论上最高传输速率56Kbit/s

（2）ISDN（上网不影响打电话）

对电话网进行数字化改造，将电话、传真、数字通

信等业务全部通过数字化的方式传输

速率可达128kbit/s

（3）ADSL（上网不影响打电话）

上行速京（家庭到路由器），最高IMbit/s

下行速率（路由器到家庭），最高8Mbit/s

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2.单位用户接入

♦(1)局域网方式(集中用户)

-路由器将本地LAN作为一个子网连接到

Internet

-LAN中每个主机都有IP地址

♦(2)DDN、X.25、帧中继等专线方式

-通过支持TCP/IP的路由器连接主机和ISP

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3.移动用户

因特网

♦用无线电波连接移动

♦端系统和ISP的基站鲸）

基站

移动主机

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不同类型的用户访问因特网

企业用户

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LIP地址

1.网络中每台主机都具有的惟一的地址

2.写法

1）二进制：32位（4个字节）

例如：0000101000000010

0000000000000001

2）点分十进制标记法：每个字节分别用十

进制表示例如：

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3.IP地址组成：网络号+主机号

4.IP地址分类：A〜E类，常用A、B、C

三类

A类：允许27・2个网络,每个网络22k2个主机

B类：允许214个网络，每个网络2®2个主机

C类：允许221个网络，每个网络28・2个主机

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IP地址分类

A类〜55

B类〜55

C类〜55

7bits24bits

A类0网络号主机号

14bits16bits

B类10网络号主机号

21bits8bits

C类110网络号主机号

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5）保留的IP地址

00...000000...0000本机

00...00主机号本网中的主机

11...111111...1111局域网中的广播

网络号1111...1111对指定网络的广播

网络号0000...0000网络地址

127任意值回路

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五.MAC地址

♦1.MAC地址：每一个网卡上的地址。

♦⑴组成

-1)6Byte(48位)

-2)前3字节：由IEEE统一分配给厂商

-后3字节：由厂商分配给每一块网卡

♦(2)物理地址：站点的全球唯一的标识

符，与其物理位置无关

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2.MAC与IP地址的关系

♦（i）从网络体系结构的层次的角度看

-MAC地址是数据链路层使用的地址（身份证号）

-IP地址是网络层使用的地址，是逻辑地址（邮编）

♦两者之间并没有必然的联系

♦⑵IP地址需要转换为主机的MAC地址才能

进行实际的传输，转换使用ARP协议

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♦（3）ARP协议：通过广播的方法查询目

公勺主机的MAC地址

-）1把目的主机的IP地址广播到网络上

-2）具有该IP地址的主机把自己的MAC地

症用ARP响应包发送给发出查询请求的

主抗。

-3）若主机未收到ARP响应包，说明目的

主机不在本地子网中，则将分组发送到

默认网关以转发到其它网络。

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命令：ipcon行g/all

♦部分结果：

♦Ethernetadapter:

♦Description......................:NDIS5.0driver

♦PhysicalAddress................:00-E0-4C-3E-15-6E

♦DHCPEnabled.....................:No

♦IPAddress.........................:11

♦SubnetMask......................:

♦DefaultGateway..................:

♦PrimaryWINSServer....:

♦SecondaryWINSServer...:

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5.4Internet应用

♦重点：

♦WWW

♦DNS

♦EMAIL

♦FTP

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一•万维网

♦L万维网WWW（WorldWideWeb）

♦⑴WWW的组成

-1）浏甚器:解释Web页面并完成相应转换

而显示

-2）Web服务器:存储Web页并向浏览器提

供服务的服务器

-3）超文本传输协议（HTTP）

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♦(2)Web页面

-1)Internet上组织信息的基本单位

-2)包括文字、图象、多媒体信息，也包

括用超文本或超媒体表示的链接。

-3)用超文本标记语言(HTML)编写

-4)各网页间通过超链接联系

-5)主页：某个网站的首页

-6)网页制作工具:HTML和各种软件

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2.统一资源定位器URL

(1)URL(UniformResourceLocator)

在Web或浏览器中定义信息资源位置的标

准方法。

(2)URL的格式

V协议》:〃V主机＞：［＜端口刁/V路径〉V文件名

＞

举例：/index.htm

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3.超文本传输协议HTTP

♦浏览器和Web服务器之间的通信协议。

Linux运钉

74/114Navigator刈览器

浏览器和Web服务器的交互

♦举例：访问交大主页的过程：

♦(1)浏览器分析URL;

♦(2)浏览器向DNS请求解析壬机

的IP虚址，并得到其IP地

址为3;

♦(3)浏览器与Web服务器建立TCP连接，

使用的是默认端口80;

♦(4)浏览器通过TCP连接向Web服务器发

送HTTP请求消息，请求消息包含了路径名

和文件名/index.html;

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♦(5)服务器收到请求后，从本地读取

/index,html并且将该对象封装到一个HTTP

响应消息中，将HTTP响应消息通过TCP连

接发送给浏览器；

♦(6)浏览器接收到响应消息后，释放TCP

连接。

♦(7)浏览器从响应消息中解析出

index.html文件，按规定的格式将内容显示

在屏最上。

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4.超文本标记语言html

♦html(HyperTextMarkupLanguage)

—(1)制作Web网页的标准语言

—(2)代码文件是纯文本文件，以.html

或・htm为扩展名

一(3)html文件由多种元素组成，用＜＞括起

来用于组织文件的内容和指示输出格式。

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HTML文件实例

♦<HTML>

♦<HEAD>〈TITLE,这是一个例子

</TITLE></HEAD>

♦<BODY><H1>这是主题部分v/Hl>

♦<AHREF="http://”>这是

指向西安交通£学主页的超链接v/A>

♦</BODY>

♦</HTML>

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二.域名系统DNS

♦LDNS域名系统

(1)在Internet上提供用名字来唯一标识

计算机，并保证主机名和IP地址对应

♦例如:域名

♦3IP地址

—(2)DNS用于在主机名和IP地址间转换

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2.DNS的组成

♦域名空间、域名服务器、解析程序

♦（1）域名空间

-分布式的、多级层次的树形结构

♦1）顶级域（根）

-由组织域（如org、com、edu）和国家域（如

cn）构成。

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交大的Web服务器：WWW.XJTU.EDU.CN

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DNS顶级域名

♦域名含义

-com商业组织

-edu教育机构

-gov政府部门

-mil军事

-net络组织和ISP等

-org非商业组织

-arp用于返向地址查询的

-cn国家代码的域名，cn中国

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♦(2)二级域名:在顶级域名之下，通常是由NIC

授权给的其他单位或组织自己管理。

♦(3)三级域名:拥有二级域名的单位根据自己

的情况将二级域名分为更低级的域名授权给

单位下面的部门管理。

♦(4)叶节点名：单个的计算机。

-任何一台计算机用从叶节点到根的节点标识，

中间用点相连接的字符串来标识：

♦叶节点名.三级域名.二级域名.顶级域名

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3.域名服务器

♦1）分布式的系统

♦2）负责管理存放主机名和IP地址的数

据库文件，以及域中的主机名和IP地

址映射。

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3）解析程序

♦作用：从域名服务器中提取信息把主机域名

翻译成IP危址。

♦解析过程：

-）1先从本地主机文件查找。

-2）没找到就向本地DNS服务器发出请求；

-3）若本地DNS也找不到，将请求发给顶层DNS

服务器，然后由顶层域名服务器把请求传递给

相应子域的服务器。

-4）由该服务器把域名对应的IP地址按相反的路

径传递给发出请求的站点

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三.电子邮件(E-mail)

♦LInternet上最先使用的服务之一。

-特点：方便、快捷、廉价

♦2.电子邮件系统的组成：

-(1)用户代理

-(2)邮件服务器

-(3)邮件协议

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（1）用户代理UserAgent

♦i）用户和邮件系统的接口，用户通过图形

窗口界面发送和接收邮件

♦2）软件：OutlookExpress,Foxmail

♦MicrosoftOutlook,IE,Navigator

♦3）功能

-撰写：编辑邮件

-显示：在屏幕上显示来信以及附件中的文件

-处理：主要是发送（送到服务器）和接收（从服

务器）邮件，其他如删除、存盘、打印、转发、

过滤等

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(2)邮件服务器

♦邮件系统的核心，发送和接收邮件。

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（3）邮件协议（服务器使用）

♦1）发送邮件

♦SMTP:简单邮件传输协议

-使用SMTP协议的计算机通过Internet实

现连接后，便可进行邮件交换

♦MIME:扩充协议，对邮件及附件编码

♦2）接收邮件：POP3邮局协议

-为客户从邮件服务器中取回等待的邮件。

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3.邮件发送和接收过程

♦(1)发信人编辑信件，然后用户代理

向发信人的邮件服务器发起TCP连接

请求；

♦(2)TCP连接建立后，用户代理使用

SMTP协议将邮件传送给发信人的邮

件服务器，TCP连接关闭；

♦(3)发信人的邮件服务器将邮件放入

发送队列中，等待发送；

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♦(4)发信人的邮件服务器有一个专门

负责发送邮件的进程，当它发现发送

队列中有邮件时，就向邮件接收者的

邮件服务器发起TCP连接请求；

♦(5)当TCP连接建立后，发信人的邮

件服务器的发送邮件进程使用SMTP

协议将邮件传送给接收者的邮件服务

器，然后关闭TCP连接；

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♦(6)接收者的邮件服务器将收到的邮件放

入接收者的用户邮箱中(实际是用户目录)，

等待接收者方便时读取；

♦(7)接收者打算收信时运行用户代理，代

理向接收者邮件服务器发起TCP连接请求

♦(8)TCP连接建立后,用户代理使用POP3

协议将该用户的邮件从接收者的邮件服务器

的用户邮箱中取回，然后关闭TCP连接

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收发邮件的过程

发件人邮件服务器

接收入艇件服务器

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4.邮件格式

♦(1)由口件头(header):信封

-From:发件人地址

-Date:投递日期

-To:收件人的电子邮件地址

-Subject:邮件主题

♦(2)邮件体(body)

-邮件正文

♦(3)附件

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5.电子邮件地址

♦(1)组成：用户名和邮箱所在的邮件服

务器的主机域名，中间用“@”隔开

♦(2)格式：用户名@主机域名

♦(3)例以口：yzjia@

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L文件传输协议FTP

♦1.FileTransferProtocol:用于简化IP

网络上主机之间文件传送的协议

♦2.作用

—下载（download）:从远程主机上将文件

拷贝到自己的计算机上

-上传（upload）:将本机上的文件复制到

远程主机上

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3.FTP服务器

♦(1)匿名FTP服务器：任何用户都可以

自由访问的FTP服务器

-匿(名)用户名：anonymous

-口令:任意

♦(2)非匿名FTP服务器

-用户必须首先获得该服务器系统管理员

分配的用户名和口令，才能登录和访问。

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4.FTP客户和服务器的交互

♦(1)FTP客户程序首先和FTP服务器建

立TCP连接，然后向服务器发出各种

命令，服务器接收并执行客户程序发

过来的命令。

♦(2)与其他Internet应用不同，FTP传

输文件时，客户机与服务器之间要建

立两次TCP连接

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-）1控制连接：客户程序主动与FTP服务

器连接，整个会话过程中维持连接。

-2）数据连接：客户端与服务器之间，每

传输一个文件就建立一个连接（服务器

方的连接端口号为20，客户端的连接端

口号为大于1024的某个值）。

-主动模式:数据连接由服务器方发起

-被动模式：数据连接由客户端发起

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五.局域网互联设备

♦物理层：集线器