计算机技术应用基础

计算机技术应用基础

中国地质大学（北京）

第7章计算机网络基础

©7.1计算机网络概述

©7.2计算机网络体系结构

©7.3计算机网络的组成

©7.4网络典型应用

©7.5网络安全

2

7.1计算机网络概述

©7.1.1计算机网络的发展过程

©7.1.2计算机网络的分类

©7.1.3计算机网络在我国的发展

3

|7.1.1计算机网络的发展过程

从ARPANET^!)Internet发展过程

1957年1980年1986年

4

盯

7.1.1计算机网络的发展

计算机网络产生前

方案一甲买打印机

方案二利用软盘或光盘

方案三甲借用乙的打印机

计算机网络产生后

7.1计算机网络概述

©7.1.1计算机网络的发展过程

©7.1.2计算机网络的分类

©7.1.3计算机网络在我国的发展

6

7.1.2计算机网络的分类

⑨按网络的覆盖区域分类

⑨按网络的使用范围分类

7

按网络的覆盖区域分类

。(1)局域网LAN(LocaIAreaNetwork)

⑨⑵城域网MAN

⑨⑶广域网WAN(WideAreaNetworks)

I局域网(LAN,LocalAreaNetwork)

⑨几十米到几千米

©一个办公室、一栋楼、一个校园/企业

⑨特点：

门覆盖范围小

b传输速率高

(IMbps-lOGbps)

误码率低

b拓扑结构简单

b单一的组织管理

9

广域网(WAN,WideAreaNetwork)

⑨作用范围通常为几十

到几千公里

©Internet是广域网

⑥特点：

b可跨省市甚至全球

b公用电信网络连接

b传输速率较低（传统

：64kbps-2Mbps

、高速:2.5Gbps）

城市

门拓扑结构复杂

10

|城域网(MAN,MetropolitanAreaNetwork)

⑨介于局域网和广域网

之间的高速网络，一

般为几千米至几万米

⑥设计目标是满足多个

局域网互连的需求

⑥实现大量用户之间的

数据、语音、图形与

视频等多种信息的传

输功能；

⑥城域网在技术上与局

域网相似工厂的网络

U

按网络的使用范围分类

⑨公用网（例如：Internet）

。为公共提供商业性和公益性通用网络

⑨专用网（例如：Intranet）

b为部门提供特定应用服务功能的网络

12

7.1计算机网络概述

©7.1.1计算机网络的发展过程

©7.1.2计算机网络的分类

©7.1.3计算机网络在我国的发展

13

7.1.3计算机网络在我国的发展

⑥八十年代：专用计算机网

⑨九十年代：CHINAPAC、CERNET

一目前全国范围的公用计算机网

b中国公用计算机互联网CHINANET

吠中国教育和科研计算机网CERNET

b中国科学技术网CSTNET

吠中国联通互联网UNINET

吠中国网通公用互联网CNCNET

吠中国国际经济贸易互联网CIETNET

吠中国移动互联网CMNET

吠中国长城互联网CGWNET

吠中国卫星集团互联网CSNET

14

4

第7章计算机网络基础

©7.1计算机网络概述

©7.2计算机网络体系结构

©7.3计算机网络的组成

©7.4网络典型应用

©7.5网络安全

15

4

7.2计算机网络体系结构

©7.2.1划分网络层次的意义

©7.2.2OSI/RM参考模型

©7.2.3TCP/IP参考模型

©7.2.4IP地址

16

|7.2.1划分网络层次的意义

⑥为了使不同类型的系统设备联入计算机网络中,

进行通信和数据交换，针对通信过程中的各种

问题，制定了通信双方必须共同遵守的规则、

标准和约定，这些规则、标准和约定称为网络

协议分层

⑨处理复杂问题的一

个有效方法，就是

用抽象和层次的方

式去构造和分析。

⑨同样，对于计算机

网络这类复杂的大

系统，采用分层方

法。——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。

18

I层次结构的特点

⑥各层之间相互独立

b通过每一层实现一种相对独立的功能来简化

问题

⑥灵活性好

b由于技术的变化而使某层发生变化时，其它

层不发生变化

⑥各层都可以采用最合适的技术来实现

§易于实现和维护q

「不同系统的最低层之间存在着“物理”通信;

高层之间存在着“虚拟”通信

19

7.2计算机网络体系结构

©7.2.1划分网络层次的意义

©7.2.2OSI/RM参考模型

©7.2.3TCP/IP参考模型

©7.2.4IP地址

20

A

7.2.2OSI/RM参考模型

©ISO于1980年12月发表了第一个开放系统互连

参考模型,记为OSI/RM

⑥0SI最大的特点是开放性

b“开放”是指只要遵循OS1标准，一个系统就可以

与位于世界上任何地方、同样遵循同一标准的其它

任何系统进行通信

⑥0SI参考模型定义了开放系统的层次结构和各层

所提供的服务

b清晰地分开了服务、接口和协议三个概念

©0SI参考模型丽看醺二F6以实现的方法，

并不是一个标准，而只是一个在制定标准时所

使用的概念性的框架。

21

收进程

发送进程V每一层使用下层提供的服务，并向其上层提供服务

松用层协议

应用层应用层

表示层协议

表示层表不层

会话层协议

会话层会话层

传输层协议

传输层传输层

网络层网络层网络层网络层网络层

数据链数据链数据链数据链数据链

路层路层路层路层十路层

物理层物理层物理层物理层物理层

物理介质物理介质

i路由器路由器路由器I

主机/]------------------------15^------------------主机8

OSI/RM参考模型

⑨物理层：

b数据传输单元是比特应用层

b提供网络的物或接，利用物理表示层

传输介质传输数据比特的电信号会话层

。数据链路层：传输层

b数据传输单元是峡网络层

b在通信的相邻结点间建立数据链数据链路层

路连接;透明地传输数据帧一物理层

23

OSI/RM参考模型

⑨网络层：

一基本单位是分组（或包）应用层

一提供分组传送和路由选择功能,E表示层

目的主机的最佳路径，并沿该路名会话层

包传输层

b流量控制功能。控制阻塞，避免歹网络层

数据链路层

物理层

24

OSI/RM参考模型

—

⑥传输层：

一基本单位是报文应用层

表示层

吠051中最重要，最关键的一层,

经网络端到端透明地传送报文会话层

⑥会话层：传输层

网络层

b负责建立、组织、和协调两个进

程间的相互通信数据链路层

一数据交换，如分界、同步等物理层

OSI/RM参考模型

⑥表示层：

b用于处理在两个通信系统中交换信

息的表示方式应用层

一数据格式转换、文本压缩、加密与表示层

解密会话层

⑥应用层：传输层

bOS工参考模型的最高层网络层

b为用户的应用进程提供了网络服务数据链路层

物理层

26

模型中的数据传输

交换数据发送进程接收进程

单元名称

APDU应用层］应用层

PPDU表示层1表示层

SPDU会话层1会话层

TPDU传输层1传输层

数据分组

网络层

(NPDU)网络层1

数据帧数据数据

(DPDU)链路层链路层

比特

物理层

(PPDU)物理层1

主机a实际数据传输路线主机B

27

OSI/RM参考模型

⑨举例：给某人给朋友写信

邮

邮

政

信

政

信

封

袋

信

箱

筒

数据链路层网络层传输层应用层

物理层

7.2计算机网络体系结构

©7.2.1划分网络层次的意义

©7.2.2OSI/RM参考模型

©7.2.3TCP/IP参考模型

©7.2.4IP地址

29

4

7.2.3TCP/IP参考模型

(g)TCP/lP是Internent网络体系结构的核心

，是Internet的事实上白勺协议标准

⑥设计目标：实现异种网的网际互连

OTCP/IP采用分层体系结构,共分四层

。网络接口层

。网际层:IP

。传输层:TCP>UDP

门应用层：DNS、SMTP、HTTP、FTP

30

盯

TCP/1P参考模型

负责应用程序间的沟通，为用户提供各

种服务。

两个重要协议：DNS、SMTP、HTTP、

应用层

为应用程序提供端到端的可靠性传输

”两个重要协议：TCP、UDP

传输层

网际层.IP层，为IP数据报分配一个全网唯一

的传送地址（IP地址）

网络接口层重要的协议：IP协议

\网络硬件接口，负责将数据包送到电缆上

重要的协议：X.25

■|TCP/1P和OSI/RM对应关系

OSI/RM参考模型TCP/IP参考模型

应用层应用层

表示层

会话层

传输层传输层

网络层网际层

数据链路层数据链路层

物理层物理层

五层网络结构

32

4

7.2计算机网络体系结构

©7.2.1划分网络层次的意义

©7.2.2OSI/RM参考模型

©7.2.3TCP/IP参考模型

©7.2.4IP地址

33

7.2.4IP地址

⑨TCP/1P的核心协议是IP协议

©IP地址采用分层结构，包括两部分:

b网络号标识一个逻辑网络

b主机号标识网络中一台主机

©IP地址是一个逻辑地址；

b因特网上的IP地址具有全球唯一性

⑨IP目前使用的版本是IPV4（原始版本），长度为32位（4

个字节）,常用点分的十进制标记法

b如00001010000000100000000000000001记为

©新版本IPV6使用128位,采用全新的分类

34

IPV4地址的分类

人网络地址最高位网络本身连接于网络上

e必须为o而地址为从的主机的地址

7Tbit

分配给具有大ur口

j网络地址最高2

量主机位必须为

/L1016bits

分配给一般的

网络地址最高主机号

中型网络类13

位必须为110

络

也

网

Wbits共

七

不

分配给小型网址

育

匕

全

络类1|1|0网络号主木是O

全

或1

地址类别允许网络数最多主机/网络可分配主机的地址

27-2=1261.0.0.1-126.255.255.254

A类224—22670万----------------✓

主

机

也

此

14比

址

不

2=16384216-2二65534128.1.0.1-育!55.254

B类匕

是

全O

221约209万28-2=254

全

3192.0.1.1-：或154.254

||特殊IP地址

。某些IP地址具有特殊的含义，不能分配给具

体的主机：

b广播地址、零地址、回送地址

地址例子用途

主机位全1202.204.26.255直接广播（对指定网络的广播）

全1255.255.255.255有限广播（本地局域网广播）

主机位全为0202.204.26.0网络地址（标识一个网络）

全00.0.0.0标识当前网络的当前主机

首字节127127.0.0.1内部主机回送地址（本机测试，

不在网络中传输）

36

子网划分

⑨因特网规模的急剧增长，对IP地址的需求激增,

带来的问题是：

b[p地址资源的严重匮乏

bIP资源利用率不高

⑨解决办法：

b子网划分：从主机号部分拿出前几位作为子

网号

b子网划分后，卬地址包含：

网络号、子网号、主机号

4

子网划分

⑥例如:三个LAN,主机数为20、25、48,

均少于C类地址允许的主机数，为这三个

LAN申请3个C类IP地址显然有点浪费

b解决办法：申请1个C类网络地址，然

后划分3个子网

38

子网掩码

⑥子网划分后，如何识别不同的子网？

b解决：引入子网掩码来分离网络号和主机号

⑥子网掩码格式：

b32比特，网络号（包括子网号）部分全为“1”，主机号

部分全为“0”

11......................................11loo....00

~~“网络号+子网号”部分也主机号，前

⑥缺省子网掩码：分

-A类：255・0・0・0

255,255,0,0

气类：255,255・255.039

子网掩码的算法

⑥例：

b某1P地址为54,无须再

分割子网，则该卬地址的子网掩码是什么：

该IP地址属于A类，且无须再分割子网

所以子网掩码为：255.0,0.0

门某卬地址为192.168.1.10,无须再分割子

网，则该IP地址的子网掩码是什么：

该IP地址属于C类，且无须再分割子网

所以子网掩码为：

子网掩码的算法

⑥例:

b某IP地址为07,需要分割成

3个子网，则该IP地址的子网掩码是什么：

该IP地址属于C类，需要分割成3个子网

3个子网位需要几位二进制来表示?

(3)D=(11)B即3个子网位需要2位二进制表示

将C类IP地址的默认子网掩码的丰机地

址典2位置1G

叶子网掩码不能单独存在，它必须结合IP地址一起使用。

子网掩码只有一个作用，就是将某个IP地址划分成网络

地址和主机地址两部分

41

子网地址计算

。子网地址（网络号）

b子网掩码与卬地址进行“按位与”运算，得

到该IP地址所在子网的子网地址

。主机号

b从IP地址中扣除网络部分就是主机号

42

子网地址计算

⑥例：IP地址202.117.。207,子网掩码为:

255.255.255,192,求该IP地址所在子网的网

络地址和主机号

110010100111010100000001ulooilll

&1111111111111111111111111100D000

11001010011101010000000111000000

・••子网的网络地址为：202」17.L192

主机号为：15

43

思考题

。已知:IP地址202.117.2104,子网掩码为：

255.255.255,192,求该IP地址所在子网的网

络地址和主机号

11001010011101010000000101101000

&1111111111111111111111111100)000

11001010011101010000000101)00000

・••子网的网络地址为：202.117.L64

主机号为：40

44

判断同一子网上的主机

。通过比较两台主机的子网地址，可以判

断它们是否属于同一个子网

⑥同一子网内的主机之间能够直接通信

。不在同一子网内的主机需要使用路由器（

或网关）实现互联

判断同一子网上的主机

。例如：有202.117.1.207^202.117.1.104

为C类IP地址，子网掩码均为

255.255.255,192,判断这两个主机是否

在同一个网络上

⑥分析：

b执行“与”运算后得出两者的子网地址分别为

92

4

b所以说明两台主机不在同一个网络上

4

第7章计算机网络基础

©7.1计算机网络概述

©7.2计算机网络体系结构

©7.3计算机网络的组成

©7.4网络典型应用

©7.5网络安全

47

7.3计算机网络的组成

©7.3.1计算机网络传输介质

©7.3.2网络互连设备

©7.3.3局域网的基本实现

48

7.3.1计算机网络传输介质

⑨导向传输介质

b双绞线、

b同轴电缆I有线传输介质

b光纤,

。非导向传输介质

b微波、

红外线L无线传输介质

b无线电波）

49

(1)双绞线

©由两条具有绝缘保护层的铜导线按一定密度相互绞合而成

©可传输模拟信号和数字信号

©分为非屏蔽双绞线(UTP)和屏蔽双绞线(STP)

⑨有三类、五类、超五类、六类四种

⑨信号范围为几公里，过远需加放大器或中继器。

,IUTP连接器：使用RJ-45插头

用双绞线与Hub连接

T5胡

白68B

棕

磐

白

彖

白

如S:

综

白

祟

51

盯

双绞线有3种线序

线序直连线交叉线翻转线

WWWWv

连接方式T568B一一T568BT568B一一T568AT568B一一T568B（翻转）

连接图式

应用场合计算机-集线器计算机-计算机计算机的串口(COM)一路由

计算机-交换机路由器一路由器器、交换机等网络设备的控

路由器一集线器计算机一路由器制台端口(CONSOLE)

路由器一交换机集线器-集线器

集线器一集线器(UPLink)交换机一交换机

交换机一交换机(UPLink)

□

52

(2)同轴电缆

⑥铜线传输电磁信号，绝缘层将铜线与金属屏蔽

物隔开，塑料封壳可使电缆免遭物理性破环。

-50Q：传输数字信号

-75Q：传输模拟信号

53

同轴电缆类别、接口

类别阻抗用途

RG-5975Q有线电视

RG-5850Q细缆

RG-1150Q粗缆

54

(3)光纤

⑥光导纤维，由石英玻璃拉成细丝，由纤芯和包

层构成的双层通信圆柱体，传送光信号。

心

55

光纤通信原理：光的全反射.

空气璃璃

完全内部反酎

Cladding

版博

3）光电以不同的角度从破该射入空气

当光线进入较高密度介质时,

入射角大于折射角；

反之入射角比折射角小

56

多模光纤和单模光纤

。多模光纤的

传输速率可［LTL

Destination

达2.5Gb/s。

⑨单模光纤可

以用10Gb/JLn/v\

SourceDestination

的速度可靠

传输数据。

nnAn.

SourceDestination

c.Single-mode

57

（4）微波

⑥微波连网应用在不易布线，覆盖面积大的地方，不

受地域限制

◎微波通信是使用波长为1m至0.1mm的电磁波进行的

通信

⑥它具有可用频带宽、通信容量大、传输损耗小、抗

干扰能力强、在空间沿直线传播是微波通信的等重

要特点

(5)卫星

⑥通信卫星应用长距离连网。当两地距离超过

800公里时，使用卫星联网更经济

。卫星通信是利用人造地

球卫星作为中继站，来

转发无线电波的通信。

。具有通信容量大、覆盖

面积广、传输损耗小、

抗干扰能力强等优点

59

4

7.3计算机网络的组成

©7.3.1计算机网络传输介质

©7.3.2网络互连设备

©7.3.3局域网的基本实现

60

7.3.2网络互连设备

。网卡

⑥调制解调器

。集线器

⑥网桥

。交换机

。路由器

61

(1)网卡

⑨计算机与物理传输介质之间的接口设备

⑨网卡物理地址(MAC地址)：唯一

62

查看网卡地址

⑨开始/程序/附件/

命令提示符或开始

/运行/输入cmd,

进入命令提示符状

态

⑨输入

“ipconfig/aII”

回左，观察

“PhysicaI

Address”的值

63

(2)调制解调器Modem

⑨实现数字信号和模拟信号之间的信

号转换

⑨完成了两台计算机间的通信

64

(3)集线器

©物理层的网络设备

⑨对接收到的信号进行再生整形放大，以扩大网络的传

输距离，同时把所有节点集中在以它为中心的节点上。

⑨集线器本身不能识别目的地址,数据包在以HUB为架构

的网络上是以广播方式传输的,由每一台终端通过验

证数据包头的地址信息来确定是否接收。

65

A

(4)网桥

⑨数据链路层的网络连接设备

©网桥像一个中继器，将网络的多个网段在数据

链路层连接起来。以接收、存储、地址过滤与

转发的方式实现互联的网络之间的通信

⑥网桥可以隔离不同网段之间的广播通信量，有

利于改善互联网络的性能与安全性

⑨使用网桥连接起来的局域网逻辑上是一个网络

66

网桥

67

(5)交换机

⑥新型的网络互连设备,将共享介质方式改为交

换方式。交换机为每个端口提供专用的带宽，

每个站点可以独享带宽

b企业级交换机

b部门级交换机

b工作组交换机：传统集线器的替代产品

交换机

(a)共享介质局域网(b)交换式局域网

(6)路由器I

⑨网络与网络之间的互连设备

⑨支持网络层协议

©可连接不同物理网络

⑨实现LAN之间、LAN与WAN之间的互连

⑨它会根据信道的情况自动选择和设定路由，以最佳路

径，按前后顺序发送信号的设备。

QuidvayBE8070

4

7.3计算机网络的组成

©7.3.1计算机网络传输介质

©7.3.2网络互连设备

©7.3.3局域网的基本实现

71

7.3.3局域网的基本实现

⑨有线局域网：

吉比特

二采用工EEE802.3——100Mb/s链路

交换

协议，称为以病-1Gb/s集线器

b传输速率高、误码

率低，传统以太网

传输速率

10Mbit/s

b以太网技术发展,

传输速率吉比特以太网

lOOMbit/s

72

7.3.3局域网的基本实现

⑥无线局域网：

吠计算机网络与无线通讯技术结合

b数据传输速率较慢、信号易受干扰

b采用工EEE80ZD1t办议

⑨无线局域网的应用领域

b作为传统局域网的扩充

b用于建筑物之间的互连

b用于移动结点的漫游访问

b用于构建特殊的移动网络

74

4

第7章计算机网络基础

©7.1计算机网络概述

©7.2计算机网络体系结构

©7.3计算机网络的组成

©7.4网络典型应用

©7.5网络安全

74

7.4网络典型应用

07.4.1域名系统

©7.4.2电子邮件

©7.4.3万维网

©7.4.4文件传输协议

75

7.4.1域名系统

。采用名字来标记一台主机便于记忆

-DNS用于将主机名转换为*地址；

-DNS服务主要基于UDP来实现，端口号=53。

⑨域名空间：

之分布式的、层次型（分级）的树形结构,根没有名字,

顶层域由组织域（如org、com>edu）和国家域（如

cn）构成。

b再往下分还可分为若干层子域，通常用点来分隔域

的层次：

◎叶节点名,三级域名.二级域名,顶级域名

鼻［域名系统

。组织上的顶级域名：。地理上的顶级域名:

bcom：商业机构组织ecu中国

°edu：教育机构组织bjp日本

oint：国际机构组织bfr法国

°gov：政府机构组织bau澳大利亚

^mil：军事机构组织oca加拿大

^net：网络机构组织

qorg：非赢利机构组织

型域名系统

地大的Web服务器：

78

域名解析过程

InternetDNSRoot

例如地质大学的cugb域里的一个客户请求访

问东方网景()的资源

域名服务的过程

二级域名服务器