计算机概论第五讲：计算机网络基础

第五讲

计算机网络基础

浙江理工大学

计算机技术教研部

2010年10月31日Sunday

Review

•计算原理

•二进制信息表示

・计算机组成

操作系统

2

本讲主要论题

•操作系统

C以“中央集权制”构成的自治系统；

・计算机网络

在分布式环境下，各“自治系统”的互连和信息交

换问题。

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Overview

通信原理概述（报文交换、电路交换）

•分组交换网络

网络分类

网络协议和模型

信道、介质和网络设备

局域网（IEEE802系列协议）

网络服务器和软件

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参考条目

计算机网络

OSI模型

分组交换

MessageSwHching

CircuitSwHching

PacketSwitching

PaulBaranandtheOriginsoftheInternet

互联网

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习题

请将报文交换、电路交换和分组交换通信

过程作一比较，并说明使用分组交换作为

计算机网络数据通信的优势所在。

试将人际通信过程和OSI参考模型的各层协

议作一对比，论述在人际通信过程中的物

理媒体、差错和流量控制、会话控制、表

示是如何实现的。

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文交换（MessageSwitching）

邮政网络

•邮政是人类最早使用的远距离通信方式

•信件：信息的载体（Message,报文）

•信封：报文头部（主要为地址）

•信箱、邮筒：通信系统的用户终端

•邮局和分拣：通信系统的存储交换机构

•邮车：信息的传输工具

服务：无连接（Connectionless）；有确认

（挂号）和无确认服务

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报文交换：电报网络

1844年SamuelMorse发明了电报

•电报网络与邮政网络的不同之处是：信息

的传输机制由物理实体运输变为电报码的

线路传输

•只传输信息而不能传输实体

工作方式在逻辑上并无不同，统称为报文

交换传输网络

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电路交换网络（电话网络）

1876年贝尔发明了电话

两大不同点

C不但传输报文，而且可以实时传输语音

O面向连接的通信方式

信息传递网络由电路交换机构组成

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电路交换(CircuitSwitching)

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面向连接的通信服务

(Connection-OrientedService)

面向连接的通信过程

。建立连接

。通信

拆除连接

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面向终端的网络也是电路交换网络的

一种

终

上LU

M

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报文交换和电路交换的缺点

•报文长度不定，传输时延大，不支持面向

连接的即时通信；

线路交换建立线路时间长，建立后线路独

占，带宽固定，不适宜于突发，多进程多

点连接的数据通信，可靠性低。

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计算机网络

•脱胎于美国国防部的ARPANet；

•采用分组交换为其通信机制；

支持无连接和面向连接(Connection-

Oriented)的通信方太，提供有确认和无确

认服务。

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信息分组

分组头数据载荷

发送方过程

15

分组交换过程

采用“泛洪法”可以保证网络的高可靠性!

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分组还原组装

到达

接收分组

提取数据

组装报文

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分组交换(PacketSwitching)

•分组交换的出现

NuclearWar,ARPANET

•分组交换的规则

HotPotatoPrinciple"烫手山芋”规则

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网络类型

计算机网络并没有统一的定义，随着网络技术和

应用的发展，网络的概念也在不断的变化

比较公认的定义：计算机网络是将地理位置不同

的多个计算机系统，通过通信设备和线路连接起

来，使用网络软件实现网络中资源共享的系统

网络中的计算机：

O具有独立的处理能力的系统

O使用网络是借助于网络软件的

它的主要目的是实现“资源共享”

按跨越的地理范围，分局域网、城域网和广域网

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局域网及其拓扑结构

局域网，LocalAreaNetwork,LAN

•是连接较小地理范围内的计算机组成的网络

一般在几公里内的区域

最早的网络雏形就是局域网：MIT的几个学生通过电话线

把计算机连接起来，互相交流编程的心得

LAN的配置方式---拓扑（Topology）结构

局域网主要有星型、总线型、环型和树型

拓扑结构与传输介质和介质访问控制技术密切相

关，它影响着整个网络的设计、功能以及费用等

各方面

局域网络的特性就是媒体共享访问控制

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星型网、总线型网拓扑结构

21

环网、树型网拓扑结构

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城域网

MAN,MetropolitanAreaNetwork

在一个城市及周边地区建设数据通信设

施，构建覆盖整个城市区域的网络，以满

足城市建设和居民对信息服务的需求

光缆为MAN主干，带宽高，城市中设施使

用专用的光缆线路——管理和服务需要

我国的城市信息化建设在近年间发展迅

速，中、大城市都建有城域网

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MAN示意图

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广域网

WAN,WideAreaNetwork

•从地域上看，WAN的范围没有限制

C如Internet就是最大的广域网

理论上，只要两个以上的局域网实现互

连，所形成的网络就是广域网

•城域网也属于广域网的范畴

广域网实现在不同网络间的通信

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WAN示意图

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“礼2网络协议和模型

•协议：行为规范，礼，约定，规程…

网络及设备是基于“协议”(Protocol)的，也

就是按协议工作

•协议模型：标准和通信规程体系

•网络协议大多数是在网络技术发展过程中

由网络设备或网络软件公司定义开发的

网络模型由标准化组织制定的用于网络结

构设计

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“礼”的等级制度：OSI参考模型

OSI模型----OpenSystemInterconnectReference

Model——也被书写为OSI/RM

•也叫七层模型

物理层(PhysicalLayer)

数据链路层(DataLinkLayer)

网络层(NetworkLayer)

传输层(TransportLayer)

会话层(SessionLayer)

表示层(PresentationLayer)

应用层(ApplicationLayer)

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网络

网络层

C

物理介质

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物理层

•使用物理信号对0,1进行编码，并通过介质发送

接收。

c媒体的物理性状（光、电、量子）

。电气和机械标准（电压、插头插座…）

00,1的物理编码（跳变、电平、调制）

C信号控制规程（发送、接收）

基本传输单位：比特（bit）

比特流比特流

100011010----------100011010

—>调制接口驱动介质—接口驱动------►解调--------►

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物理信道的重要指标

•数据传输速率:：单位时间内传输的二进制位数

bps(bitpersecond)------比特率

Cbaudrate,波特率---每秒钟传送的脉冲数

・带宽(Bandwidth)：信道每秒钟传输的数据量

语音带宽(VoiceBand)

中等带宽(MediumBand)

宽带(Broadband)

带宽意味着“能够达到的”，但不一定需要和传输

速率一致

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调制解调器

通过公用电话网通信线路，语音信号——模拟量

计算机数字信号——“调制”为适合电话线上传播的

“载波”信号

VWA/VWWW

Modem进行数学和稹拟信号的转搅?

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网络接口卡NIC

NIC插在计算机主板的扩展槽中，通过网线与网

络相连

主要功能：串、并数据转换、数据包的装配和拆

装、网络的存取控制即网络信号的产生等

接入LAN的计算机，网卡是必须的

NIC有一个唯一的48位物理地址——MAC（介质

址,形如“00-00-E8-51-0E-7C”

生产厂商

一商自行分配给网卡的唯一号码

AC地址流量计量和故障定位的

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常见的物理层通信介质

双绞线

同轴电缆

光纤

微波

卫星

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双绞线

双绞线(TwistedPairCable,TP)是网络

中最常用的传输介质

Q

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同轴电缆

同轴电缆(CoaxialCable)

■屏蔽性好，抗干扰——电视传输所用

一同轴电缆又分粗缆和细缆

BNC接头

本体芯保护

国^口与T形遥段)—>皎皮

芯线

金属金属

插针

屏蔽套筒

眼忌

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光纤

OpticalFiber,光纤，光缆

电磁绝缘性能好，频带宽，尸iber-oprtic

C&toIe

速度快，距离长，抗干扰保

密性能好

尸iber-ojortic

•室内、室外

单模光纤

(SingleMode聚乙烯外护套

Fiber,SMF,2-10KM)包带

埴充复合物

和多模光纤(MultiMode雷塑复合带

Fiber,MMF,2KM以内)松套管光纤

钢丝

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无线传输

无线传输

无线电短波通信

微波和卫星通信

红外线传输

1945,英国作家克拉克

(ArthurClarke)预言在地球

35860KM的高空部署3颗同步

卫星可组成全球通信网

1964年有了第一颗同步电视

卫星。克拉克被尊称为“卫星

通信之父”

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通信卫星

卫星

碟型天线

收发器

计算机

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相关的物理层设备

中继器：信号放大，实现介质的延仰

中继器

集线器：实现介质的并联,形成共享总线。

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数据链路层

•在端到端两点之间的物理信道上实现数据

传输的差错和流量控制。

基本的传输单位：帧(frame)

帧是若干比特的集合，它是一个信息的片

段，帧与帧之间是无关联的。帧中承载的

是网络层的分组。

帧的长度由各标准制定。以太网帧的长度

帧头部载荷校验

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重要的链路层设备

交换机：实现帧在不同MAC地址间的存

储转发。

端口间物理信号不冲突，由MAC地址决

o»=1y8

圜％C•画0000口

________0。。。。\

。

。

X

rnnrrmnrni111北irn

mnrTTnrmi

rm【一i】innrrm彳近mQE嬲焉

42

网络层

•实现互联网络内主机到主机的分组传输

•核心问题：路由和拥塞控制

・网络层基本传输单位：分组

分组递交给数据链路层，成为“帧”的载荷。

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IP地址

Ip地址用来标识因特网中每一台主机

IPv4地址长度为32位二进制数，分成4个

位二进制组，由分隔

用点分十进制数来表示，每八位表示为5255

IP地址由两部分构成：网络号、主机号

Internet的网络地址主要分为三类，A、B、

C

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IP地址

1101001100000000001100000010100

0

|1VJ

\____/-------------------------____________________________________________/

Y

C类地址网络号

210322420

子网掩码：表示网络号的长度

2552552550

域名：dns.zist.

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路由器

Router----广域网(Internet)互连设备

为经过路由器的数据寻找一条最佳传输路

径，并将该数据传送到目的地点

在路由器中保存着各种传输路径的相关数

据----解径表(RoutingTable)，供廨由

时选择使用

路由表中含有所连接网络的信息、网上路

由器的个数、下一个路由器的名字等内容

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Router连接网络的示意图

LAN

47

网关和路由器

Internet

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域名系统(DNS)

网络上主机标识可表示成：IP地址和域名地

址

格式：

主机名.三级域名.二级域名.顶级域名

4口：WWW.ZStU.edU.cn(24)

顶级域名一般为机构性域名和地理性域名P284表4J

Internet上一般每个子域都有域名服务器，

包含该子域的全体域名和地址信息，负责域

名与IP地址之间的转换49

传输层协议

•主要功能：实现不同主机进程之间的通信

•流量与差错控制

•使用端口号表示不同的进程

将进程提交的报文切割成片段，加入控制

头部后成为分组的载荷交网络层传输。

50

端口示意图

HTTP协议服务端口号：80

FTP协议服务端口号：21

标识互联网上进程的方法：IP地址:端口号

:21

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其它各层（并非事实标准）

•会话层：控制进程间数据交互过程的逻辑