《计算机网络技术（基于Debian）》课件 项目一认识计算机网络

项目一

认识计算机网络项目一

认识计算机网络

计算机网络是计算机技术和通信技术密切结合的产物，为人们提供浏览和发布信息、通信和交流、休闲和娱乐、资源共享、电子商务、远程协作、网上办公的平台，是信息服务的基础设施。【项目描述】

某集团的总公司在深圳市，在杭州市开设了分公司，为了实现快捷的信息交流和资源共享，需要构建统一网络，整合公司所有相关业务流程。公司采用单核心的网络架构的网络接入模式，路由器（Router）通过接入城域网专用链路传输业务数据流。总公司使用路由器接入互联网和城域网专用网络，分公司的内网用户采用无线接入方式访问网络资源。某集团的网络拓扑图如图1-1所示。图1-1某集团的网络拓扑图【知识梳理】【项目目标】4学时任务1

绘制网络拓扑图

通过学习计算机网络的相关知识及网络拓扑类型，学会使用Visio软件绘制集团网络拓扑图。【任务描述】【任务分析】

网络拓扑图是计算机网络的物理结构和逻辑结构的体现，能够识读网络拓扑图是绘制网络拓扑图的前提。识读网络拓扑图时，首先需要辨别计算机网络拓扑结构是哪种类型，分析图中的各个节点代表什么设备、在网络中的作用是什么、一般用什么图标表示；其次需要了解网络拓扑图中各节点之间使用什么传输介质连接网络，传输速率是多少。【知识准备】--计算机网络的定义

计算机网络是指通过通信设备将分布在不同地理位置的多台计算机使用传输介质连接起来，以实现数据通信和资源共享的系统【知识准备】--计算机网络的定义计算机网络的发展世界上公认的、最成功的第一个远程计算机网络是在1969年，由ARPA（AdvancedResearchProjectsAgency，美国高级研究计划署）组织研制成功的。该网络称为ARPANET，它就是现在Internet的前身。随着计算机网络技术的蓬勃发展，计算机网络的发展大致可划分为4个阶段。第一阶段：形成以单个计算机为中心的远程联机系统（20世纪50年代）第二阶段：多个独立的计算机通过线路互联构成计算机网络（20世纪60年代）（奠定现代网络基础）第三阶段：网络协议标准形成（20世纪70至80年代）第四阶段：网络互联与高速网络阶段（20世纪90年代至今）【知识准备】--计算机网络的组成

计算机网络包含3个要素，分别是硬件、软件和协议。硬件指计算机网络硬件系统，包括计算机、通信设备和传输介质软件指计算机网络软件，包括操作系统、网络应用软件和网络管理软件协议指网络通信协议，是一组规则、标准或约定，用于在计算机网络中确保不同设备和系统之间能够有效地进行数据交换和通信语义语法时序协议三要素【知识准备】--计算机网络的分类（1）按网络的覆盖范围表1-1

局域网、城域网与广域网的区别项目局域网城域网广域网覆盖范围10km以内10～100km几百到几千km主要协议标准IEEE802.3IEEE802.6点到点协议（PointtoPointProtocol，PPP）终端组成计算机计算机或局域网计算机、局域网、城域网特点连接范围小、用户数少、配置简单实质上是一个大型的局域网，传输速率高，技术先进、安全主要提供面向通信的服务，覆盖范围广、通信距离远、技术复杂【知识准备】--计算机网络的分类（2）按网络数据的传输方式广播式网络点到点网络广播式网络点到点网络【知识准备】--计算机网络的分类（2）按网络数据的传输方式广播式网络点到点网络广播式网络点到点网络【知识准备】--计算机网络的分类（3）按网络组件的关系对等网络基于服务器的网络对等网络基于服务器的网络【知识准备】--常见的网络拓扑类型

在计算机网络中，网络拓扑结构（通常简称网络拓扑）是指传输介质把计算机等各种设备互相连接起来的物理布局。常见的网络拓扑类型有总线型、星形、环形、树状和网状表1-2

5种网络拓扑类型对比项目总线型星形环形树状网状特点所有节点直接连到一条物理链路上，除此之外节点间不存在任何其他连接；每一个节点可以收到来自其他任何节点所发送的信息各节点以中央节点为中心，以点到点的方式连接；节点之间的数据通信要通过中央节点节点与链路构成一个闭合环，每个节点只与相邻的两个节点相连；每个节点必须将信息转发给下一个相邻的节点由多个层次的星形结构纵向连接而成，每个节点都是计算机或转接设备一种复杂的拓扑结构，其中每个节点都与其他节点直接连接，节点之间可以通过多条路径进行通信优点简单、易于实现结构简单、管理方便、可扩充性强、组网容易简单、易于实现、传输时延确定易于扩展、故障隔离较容易具有较高的可靠性、灵活性、安全性、可扩展性和适应性缺点可靠性和灵活性差、传输时延不确定中央节点成为全网可靠性的关键维护与管理复杂各个节点对根节点的依赖性太大建设成本、复杂性、依赖性、不稳定性较高应用场景广播网络家庭网络、网吧网络、学校机房网络等小型局域网工业控制系统、使用光纤分布式数据接口（FiberDistributedDataInterface，FDDI）技术的城域网大型企业网络、学校网络等大型局域网大型网络，如互联网、公司内部网络、政府机构的网络【任务实施】绘制集团网络拓扑图

本任务绘制的集团网络拓扑图包含路由器（R-1、R-2、R-3）、防火墙（FW-1、FW-2）、三层交换机（SW3-1、SW3-2）、二层交换机（SW-1、SW-2）、无线控制器（AccessController，AC）、无线接入点（AccessPoint，AP）、计算机（PC1、PC2、PC3、PC4、无线笔记本电脑）等网络设备，以及传输线缆（双绞线、V35线缆）。绘制网络拓扑图的流程步骤2启动Visio2019步骤3选择模板绘制网络拓扑图步骤1安装Visio步骤4绘制图标步骤5绘制连接线步骤6添加说明文字步骤7进行区域划分步骤8添加标题步骤9保存文件（输出图片）【任务拓展】绘制校园网络拓扑图图1-15某校园网络拓扑图2学时任务2

认识计算机网络体系结构【任务描述】TCP/IP体系结构有非常广泛的应用，通过学习使用Wireshark抓包软件抓取数据包，了解TCP/IP体系结构的分层结构理念及TCP/IP协议族中的重要协议【任务分析】

掌握计算机网络的体系结构是学习计算机网络的重中之重。本任务要求了解计算机网络体系结构的分层结构理念，知道有哪些主要的网络体系结构参考模型，了解参考模型之间的区别和联系，掌握参考模型每层结构的名称、作用及各层包含哪些网络协议。【知识准备】--计算机网络体系结构与参考模型1.计算机网络体系结构的概念

计算机网络体系结构简称网络体系结构，是计算机网络的各层及其协议的集合，其目标是为不同的计算机之间的互联和交互操作提供相应的规范和标准，从而规范操作行为。网络体系结构采用分层结构，规定各层要做的事（服务），各层提供层与层之间相互通信的逻辑接口，按序调用服务。网络体系结构是抽象的。2.网络体系结构的参考模型

典型的网络体系结构参考模型有开放系统互连（OpenSystemInterconnection，OSI）参考模型和TCP/IP参考模型。国际标准化组织（InternationalOrganizationforStandardization，ISO）颁布了OSI参考模型，制定了7个层次的功能标准、通信协议以及各种服务。OSI是一个标准协议，其实现比较复杂，随着计算机的发展，最终形成了较为完善的TCP/IP体系结构和协议规范。【知识准备】--计算机网络体系结构与参考模型表1-3

OSI参考模型与TCP/IP参考模型各层的对照关系OSI参考模型TCP/IP协议族TCP/IP

参考模型第7层应用层FTP、Telnet协议、电子邮件协议（SMTP、POP3、IMAP4）、NFS、SNMP、HTTP、DNS域名解析服务应用层第6层表示层第5层会话层第4层传输层TCPUDP传输层第3层网络层IPICMPIGMPARPRARP网际层第2层数据链路层IEEE802.3FDDIHDLCATMPPP网络接口层表1-4

OSI参考模型中各层的任务和功能【知识准备】--计算机网络体系结构与参考模型OSI参考

模型各层任务功能数据单元工作在各层的典型设备第7层

应用层提供系统与用户交互的接口1．文件访问2．访问控制3．电子邮件服务报文（Message）计算机第6层

表示层负责在两个通信系统（二者的内部数据的表示结构不同）之间交换信息时，转换信息的表示格式，为数据加密和解密以及提高传输效率提供必需的数据压缩以及解压等功能提供数据格式化的表示和格式转换服务报文第5层

会话层管理不同主机上各进程间的对话管理主机间的会话进程，包括建立、管理以及终止进程间的会话，是一种端到端的服务报文表1-4

OSI参考模型中各层的任务和功能【知识准备】--计算机网络体系结构与参考模型OSI参考

模型各层任务功能数据单元工作在各层的典型设备第4层

传输层负责主机中两个进程间的

通信1．为端到端连接提供可靠服务2．为端到端连接提供流量控制、差错控制、服务质量管理等服务TCP的数据单元称为段（Segment），UDP的数据单元称为数据报（Datagram）防火墙第3层

网络层选择合适的路由，使传输层传输来的分组能够交付到目标主机1．为传输层提供服务2．组包和拆包3．拥塞控制数据包（Packet）路由器第2层

数据链路层将网络层传输来的IP数据包封装成帧1．链路连接的建立、拆除和分离2．帧定界和帧同步3．差错检测帧（Frame）交换机、网桥第1层

物理层传输比特流为数据终端设备提供传输数据的通路比特（Bit）集线器、中继器【知识准备】--计算机网络体系结构与参考模型3.网络体系结构的数据通信过程

图1-16

OSI参考模型中主机之间通信的数据流【知识准备】--计算机网络协议1.网络协议的概念

2.TCP/IP协议族TCP/IP参考模型中各层协议的集合统称为TCP/IP协议族。TCP/IP不单单是指TCP和IP这两个协议，还包括UDP、FTP、HTTP等一系列协议。

网络协议是计算机网络中实体之间有关通信规则和约定的集合。网络协议三要素分别是语法（Syntax）、语义（Semantics）和时序（Timing）。【知识准备】--计算机网络协议

2.TCP/IP协议族通常认为ARP、RARP属于OSI/RM七层模型的数据链路层协议TCP/IP协议族包含应用层、传输层、网际层和网络接口层4个层次的协议。（1）应用层。应用层为应用程序提供服务，不同的程序会根据自身的需要选择应用层中不同的协议。在该层，端口即服务。例如，计算机开放80端口，说明该计算机开启了HTTP服务，允许用户访问网页。要获取远程计算机中的信息资料，需要用到Telnet协议（远程登录协议）；要从远程计算机传输文件，需要用到FTP。（2）传输层。传输层主要包含TCP和UDP两大协议。TCP是一种可靠的、安全的、一对一的面向连接的通信协议，其在通信前会通过TCP

3次握手建立通道，然后才实现客户端和服务器的一对一传输。UDP是一种无连接的通信协议，其在通信前不会建立通道，即其只管发送信息，而不管对端是否收到信息。（3）网际层。网际层主要处理机器之间的通信问题，其接收来自传输层的通信请求，传输某个具有目的地址信息的分组。该层有3个主要功能：把分组封装到IP数据包中，把数据包直接送到目标主机或路由器，再把数据包交给网络接口层中对应的网络接口模块。（4）网络接口层。网络接口层又叫作数据链路层，负责接收IP数据包。TCP/IP不包含具体的物理层和数据链路层，只定义了网络接口层作为物理层与网络层的接口规范。【知识准备】--计算机网络协议【知识准备】--计算机网络协议3.TCP报文格式及3次握手TCP头部如果不计选项和填充字段，通常是20字节。图1-18

TCP报文格式窗口字段用于流量控制TCP

3次握手

图1-19

TCP

3次握手的过程【知识准备】--计算机网络协议TCP三次握手中，客户端发送SYN报文时，其初始序列号（SYN）是随机生成思考【知识准备】--计算机网络协议在TCP协议中，三次握手的过程是为了建立可靠的连接。假设客户端向服务器发起连接请求，下列正确描述了TCP三次握手过程的是()A.客户端发送SYN，服务器回复SYN-ACK，客户端回复ACKB.客户端发送SYN，服务器回复ACK，客户端再次发送SYNC.客户端发送SYN，服务器回复SYN，客户端回复ACKD.客户端发送SYN-ACK，服务器回复ACK，客户端再次发送ACKA实施流程：配置两台PC的IP地址属于同一网段单击此处添加你的文本具体内容文字是您思想的提炼，请言简意赅的阐述观点单击此处添加你的文本具体内容添加标题添加标题添加标题添加标题分析三次握手过程SYN、ACK、seq、ack值的变化添加标题【任务实施】使用Wireshark抓包分析TCP步骤1安装Wireshark步骤2绘制网络拓扑图步骤3配置设备步骤4：使用Wireshark抓取数据包步骤5：分析数据包【任务拓展】使用Wireshark抓包分析HTTP

图1-35是使用Wireshark抓取的数据包中与HTTP相关的数据包，请在本次任务实施的基础上继续学习分析TCP/IP协议族中的HTTP。图1-35

使用Wireshark抓包分析HTTP2学时任务3

认识数据通信技术【任务描述】

结合图1-1分析该集团内部网络使用哪种数据通信方式，以及使用的传输介质的最大数据传输速率是多少。【任务分析】

通信的目的是传递信息。在通信之前把想要告诉别人的信息表示成数据，因为数据是信息的载体，或者说数据是运送信息的实体。准备好数据以后，如何在不同的计算机之间、计算机和通信系统之间、通信系统和通信系统之间传递数据呢？【知识准备】--数据通信的基本概念1.数据、信息和信号的概念图1-36模拟信号和数字信号数据（Data）是传递/携带信息的实体，一般以二进制的形式表示。信息（Information）指数据的内容或解释。信号（Signal）是数据的物理量编码（通常为电编码），数据以信号的形式在介质中传播。信号分为模拟信号（如话音）和数字信号（计算机输出的信号）【知识准备】--数据通信的基本概念2.数据存储容量的概念日常生活中常用的数据存储单位有KB、MB、GB和TB，其中TB和GB最为常见。它们之间的换算关系如下：1Byte=8bit；1TB=1024GB；1GB=1024MB；1MB=1024KB；1KB=1024B。【知识准备】--数据通信的基本概念2.数据传输的概念

数据传输是指信息通过数据通信系统进行传输的过程。因为信息和数据不能直接在信道上传输，所以需要把携带信息的数据以物理信号的形式通过信道传送到目的地。通常衡量数据传输质量的技术指标有数据传输速率、信号传输速率、带宽和误码率。图1-37

数据传输模型【知识准备】--数据通信方式表1-5

数据通信方式划分方式通信方式通信特点应用场景按照数据在线路上的传输方向划分单工通信数据只能单方向传输无线电广播、电视广播、遥控器半双工通信数据可发送、可接收，但同一时刻数据只能发送或只能接收对讲机全双工通信在同一时刻数据可同时发送和接收电话、网络视频会议按照每次传送的数据位数划分并行通信一组数据的各数据位在多条线上同时传输1．大数据传输：高清视频传输2．高效率数据传输：并行计算串行通信使用一条数据线，将数据一位一位地依次传输，一位数据占据一个固定的时间长度1．高速数据传输：存储设备、网络通信2．长距离传输：远程监控、电力通信按照信号是否调制划分基带传输将原始的、未经调制的信号直接进行传输，一般用在距离较短的数据通信中1．家庭电话：电话线传输声音信号2．计算机数据传输：局域网传输数字信号频带传输一种通过调制技术将基带信号从低频转换为高频信号，再将高频信号发送出去的方式，利用模拟信道实现数字信号传输1．无线通信：通过调制技术将基带信号调制到载频上进行传输2．电视广播：通过调制技术将基带信号调制到特定频段进行广播【知识准备】--数据通信方式表1-5

数据通信方式划分方式通信方式通信特点应用场景按照数据的传输单位划分同步传输数据通过块或帧的形式以全双工模式流动。发送方和接收方之间的同步是必要的聊天室、视频会议、电话对话以及面对面的交互异步传输以字符为单位传输，传输字符之间的时间间隔可以是随机的、不同步的，但在传输一个字符的时段内，收发双方仍需依据比特流保持同步信件、电子邮件、论坛、电视和收音机续表【知识准备】--数据编码技术

数据编码是将数据表示成某种特殊的信号形式，以实现数据的可靠传输。根据数据通信方式，用于数据通信的数据编码技术可以分为模拟信号编码与数字信号编码两类，如图1-38所示。

图1-38

数据编码技术【知识准备】--数据编码技术（1）不归零编码：用两个电平表示两个二进制数字，用高电平（正电压）表示1，用低电平（负电压）表示0。（2）曼彻斯特编码：有两种表示方式，一种是在一个码元时间内，1表示高电平变低电平，0表示低电平变高电平；另一种是在一个码元时间内，0表示高电平变低电平，1表示低电平变高电平。每个码元时间中间时刻一定有电平的跳变。曼彻斯特编码是一种自同步编码方式，包括数据信息和时钟信息。（3）差分曼彻斯特编码：两个码元的时间间隔内有电平跳变表示0，无电平跳变表示1，每个码元时间中间时刻一定有电平的跳变。曼彻斯特编码和差分曼彻斯特编码自带时钟【知识准备】--信道多路复用技术表1-6

多路复用技术的特点和应用场景多路复用技术名称特点应用场景频分多路复用用不同频率传送不同信号，以实现多路通信无线电广播、电视广播时分多路复用按照一定的时间次序循环地传输各路消息信号以实现多路通信数字电话网络波分多路复用把不同波长的光信号复用到一根光纤中进行传输光纤通信系统码分多路访问每个信号分配一个唯一的编码，所有信号在相同的频率上同时传输，接收端通过解码分离出各个信号3G移动通信正交频分复用正交频分复用是一种特殊的频分多路复用技术，其将一个高速数据信号分成多个较低速度的子信号，这些子信号在正