计算机科学导论 课件 第9章 计算机网络

第九章

计算机网络目录9.2网络传输介质与设备9.3Internet基础知识9.4新兴网络技术9.1计算机网络概述9.5中国网络技术自主创新9.6小结9.7习题9

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计算机网络9.1.1定义与功能计算机网络的定义

计算机网络是指通过通信设备和线路连接不同地理位置的多个计算系统，按照网络协议进行数据交换，实现资源共享与信息传递的系统。计算机网络的功能1数据通信是计算机网络最基本的功能，它允许不同地理位置的设备通过网络进行信息交换，支持电子邮件、即时通讯、文件传输等多种应用。数据通信资源共享极大提升了资源利用率和便捷性，包括硬件资源如打印机、存储设备，以及软件资源和信息资源，用户可以通过网络访问远程资源，无需在本地重复配置。资源共享分布式处理能力使得任务可以在多个计算机上并行执行，优化了计算资源的分配，提高了处理效率，适用于大规模数据处理和复杂计算任务。分布式处理23计算机网络通过冗余设计和负载均衡等技术手段增强了系统的可靠性和容错能力，确保关键服务持续可用。网络还支持集中管理与维护，降低了运营成本，并通过加密和认证等安全措施保护数据的安全性和隐私性。提高系统可靠性4

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计算机网络9.1.2发展历程具备通信功能的单机系统阶段20世纪60年代初，计算机大都采用具有通信功能的单机系统飞机定票系统SABBRE-1具备通信功能的多机系统阶段20世纪60年代，计算机大都采用具有通信功能的多机系统美国国防部的ARPAnet网络标准化网络阶段20世纪70年代末，计算机网络兴起计算机网络体系结构开放系统互连参考模型OSI/RM网络互联与高速网络阶段20世纪90年代末，局域网的兴起和分布式计算的发展Internet国际互联网

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计算机网络9.1.3网络分类计算机网络种类繁多，性能各异，根据不同的分类标准，可以划分出多种类型的网络。按照网络的分布范围分类（1）局域网（LocalAreaNetwork,LAN）：在有限区域内（如学校、工厂或办公室）将各种计算设备及外设互联以实现资源共享和信息交换。其特点是分布距离近、传输速度快、连接成本低、数据传输可靠且误码率低。（2）城域网（MetropolitanAreaNetwork,MAN）：覆盖范围大约在10公里至100公里之间，能连接多个局域网。（3）广域网（WideAreaNetwork,WAN）：覆盖范围从几千米到数千千米不等，是远程网络的一种形式。只要两个以上的局域网实现互连，就形成了广域网。（4）接入网（AccessNetwork,AN）：近年来，随着用户对高速上网需求的增长而逐渐发展起来，提供了多种高速接入技术，缓解了用户接入互联网的瓶颈问题。

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计算机网络9.1.3网络分类几种网络之间的关系

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计算机网络9.1.3网络分类（1）总线型拓扑：所有节点通过硬件接口连接到一条无源公共总线上，任何节点发出的信息都能被其他节点接收。这是一种广播式结构，在局域网中采用带有冲突检测的载波侦听多路访问控制（CSMA/CD）方式。总线结构的优点是安装简单、易于扩展、可靠性高，单个节点损坏不会影响整个网络；缺点是一次只能有一个端用户发送数据，其他用户需等待获取发送权，介质访问机制较为复杂。按照网络的拓扑结构分类

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计算机网络9.1.3网络分类（2）星型拓扑：这种结构将一个中心节点与其他所有节点相连，形成辐射状网络。具有N个节点的星型网至少需要N-1条传输链路。中心节点作为转接交换中心，其余节点间相互通信都需经过中心节点。优点是便于提供服务和重新配置网络，单个连接点故障仅影响单一设备，容易检测和隔离故障，便于维护；缺点是每个站点直接与中心节点相连，需要大量电缆，费用较高，如果中心节点发生故障，则全网无法工作，因此对中心节点的可靠性和冗余度要求很高。按照网络的拓扑结构分类

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计算机网络9.1.3网络分类（3）环形拓扑：各节点通过有源接口连接在闭合的环形通信线路中，形成点对点结构。环形网中每个节点发送的数据流沿环路设计的方向流动。为了提高可靠性，可采用双环或多环冗余措施。目前的环形结构中，采用了一种多路访问部件（MAU），当某个节点发生故障时，可以自动旁路并隔离故障点，提高了可靠性。优点是实时性好，信息吞吐量大，但因环路封闭，扩展不便。按照网络的拓扑结构分类

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计算机网络9.1.3网络分类（4）树形拓扑：可以视为星型拓扑的扩展，节点按层次进行连接，信息交换主要在上下节点之间进行，相邻节点间数据交换量小。易于检测和隔离网络中的故障，但由于树型结构可靠性较差，网状结构较为复杂，因此在局域网中较少采用。按照网络的拓扑结构分类

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计算机网络9.1.3网络分类（5）网状拓扑：节点间的连接是任意的，没有规律，其主要优点是可靠性高，但结构复杂，必须采用路由选择算法和流量控制方法。当前实际使用的广域网大多采用网状拓扑结构。按照网络的拓扑结构分类

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计算机网络9.1.4网络体系结构 1974年，IBM发布了世界上首个计算机网络体系结构——系统网络架构（SNA），遵循SNA的设备能够方便地互连。如今，大多数主要的网络体系结构采用层次化设计，包括操作系统边界和协议边界两种网络界限。最著名的两种层次化网络体系结构是ISOOSI/RM模型和TCP/IP模型。1977年3月，国际标准化组织（ISO）的技术委员会TC97成立了一个新的技术分委会SC16专门研究“开放系统互连”，并于1983年提出了开放系统互连参考模型，即ISO7498国际标准（我国对应的国家标准为GB9387），称为OSI/RM。在OSI中采用了三级抽象：参考模型（即体系结构）、服务定义和协议规范（即协议规格说明），自上而下逐步细化。OSI/RM不仅是工业标准，更是一个用于制定标准的概念框架。TCP/IP是目前异种网络通信使用的唯一协议体系，广泛应用于局域网和广域网，并被众多厂商的操作系统和网络操作系统产品所采用或包含。TCP/IP已成为事实上的国际和工业标准。TCP/IP也是一个分层的网络协议，但它与OSI模型的分层有所不同。TCP/IP从底至顶分为网络接口层、互联网层、传输层、应用层共四个层次。

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计算机网络9.1.4网络体系结构层号层级名称主要功能简介7应用层（Application）提供用户接口和服务（如HTTP、FTP、SMTP），直接与应用程序交互，处理网络服务请求。6表示层（Presentation）数据格式转换、加密/解密、压缩/解压缩，确保不同系统间的数据兼容性（如JPEG、SSL/TLS、ASCII）。5会话层（Session）建立、管理、终止会话连接，控制对话同步（如TCP/IP中的RPC、NetBIOS）。4传输层（Transport）提供端到端可靠传输（TCP）或不可靠传输（UDP），负责流量控制、错误恢复和分段/重组（如端口号管理）。3网络层（Network）数据包路由选择与逻辑寻址，跨网络传输（如IP协议、路由器工作层级，处理IP地址和子网划分）。2数据链路层（DataLink）节点到节点的帧传输，物理地址（MAC）寻址，错误检测（如以太网、交换机、ARP协议）。1物理层（Physical）通过物理介质（电缆、光纤）传输比特流，定义电气、机械特性（如网卡、集线器、接口类型）。

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计算机网络9.1.4网络体系结构层号层级名称主要功能简介4应用层应用层包含了所有高层协议，最早引入的是虚拟终端协议（TELNET）、文件传输协议（FTP）和电子邮件协议（SMTP）。3传输层在源节点和目的节点之间提供可靠的端到端数据传输。2互联网层互联网层的主要职责是处理相邻节点之间的数据传输。1网络接口层负责接收来自IP层的IP数据报并通过底层物理网络发送出去，或者从底层物理网络接收物理帧并抽取IP数据报交给IP层。

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计算机网络9.1.4网络体系结构应用层运输层网络层表示层会话层数据链路层物理层应用层网络接口和硬件层网络互联层IP（各种应用层协议如HTTP,FTP,SMTP等）传输层(TCP

或

UDP)数据段比特数据帧数据包协议所属层级功能说明TELNET应用层远程终端协议，用于命令行远程控制FTP应用层文件传输协议（支持上传/下载）SMTP应用层简单邮件传输协议（发送电子邮件）WWW(HTTP)应用层万维网超文本传输协议TCP传输层提供可靠连接、流量控制（如网页加载、文件传输）UDP传输层无连接快速传输（如DNS查询、实时视频流）IP互联网层数据包路由和逻辑寻址（IPv4/IPv6）ETHERNET网络接口层局域网有线通信标准（基于MAC地址）FDDI网络接口层光纤分布式数据接口（高速光纤网络）X.25网络接口层分组交换广域网协议（早期电信网络）ATM网络接口层异步传输模式（高速信元交换技术）

TCP/IP模型各层使用的协议

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计算机网络9.2.1网络传输介质网络传输介质有线传输介质双绞线:由两根具有绝缘保护层的铜导线相互缠绕而成。分为非屏蔽双绞线（UTP），和屏蔽双绞线（STP）。UTP价格便宜，安装方便，但抗干扰能力较弱；STP有金属屏蔽层，抗干扰能力强，但成本较高。同轴电缆:由内导体、绝缘层、外导体和护套组成。同轴电缆具有良好的抗干扰能力，传输带宽较宽。分为基带同轴电缆和宽带同轴电缆，基带同轴电缆主要用于数字信号传输，宽带同轴电缆可用于模拟信号传输。光纤：光纤由玻璃或塑料制成的纤维，利用光在其中的全反射来传输光信号。具有传输速度快、传输距离远、抗干扰能力强、保密性好等优点，但成本高，安装和维护要求较高。常用于长距离传输。无线传输介质无线电波：是一种电磁波，频率范围在3kHz-300GHz之间。可用于多种无线通信技术，如Wi-Fi、蓝牙、ZigBee等。微波：频率范围在300MHz-300GHz之间的电磁波。微波通信具有较高的数据传输速率和较大的传输容量，通常用于远距离通信，如长途电话通信、电视信号传输等。红外线：波长在0.75μm-1mm之间的电磁波。具有方向性强、不易被干扰、安全性高的特点，但传输距离较短，且不能穿透障碍物。如家电遥控器、红外线接口的设备之间的数据传输。激光：激光通信是利用激光束作为载波来传输信息。具有方向性好、亮度高、单色性好、相干性强等优点，可实现高速率、大容量的数据传输。如建筑物之间的短距离高速数据传输。非屏蔽双绞线（UTP）屏蔽双绞线（STP）

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计算机网络9.2.2物理层设备物理层设备集线器（Hub）:主要用于在局域网内连接多个设备，并将收到的数据广播到所有端口。中继器（Repeater）：对信号进行放大和整形，以延长信号的传输距离。它不具备检查和纠正错误信号的能力，只是简单地将接收到的信号复制、放大后再发送出去。光纤收发器（FiberOpticTransceiver）：光纤收发器用于实现电信号和光信号之间的转换。它可以将以太网的电信号转换为光信号，通过光纤进行传输，在接收端再将光信号转换回电信号，以便连接到其他以太网设备。物理层是计算机网络体系结构的最底层，它负责数据的物理传输，即将比特流在发送端转换为信号并通过传输介质传输到接收端，然后在接收端将信号恢复为比特流。

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计算机网络9.2.3数据链路层设备交换机的特点基于MAC地址转发数据：不同于物理层的集线器（Hub）采用广播方式，交换机能够识别目的MAC地址，并仅将数据帧发送到相应的端口，减少不必要的流量。全双工通信：交换机支持全双工模式，使数据可以同时在两个方向上传输，提高了网络效率。支持VLAN（虚拟局域网）：交换机能够划分多个VLAN，使不同网络分段隔离，提高网络安全性和管理灵活性。交换机的分类二层交换机：工作在数据链路层，负责基于MAC地址的帧转发。三层交换机：在二层交换机的基础上增加了网络层（IP层）功能，支持路由功能，可以在不同子网之间转发数据，提高网络性能。

交换机是数据链路层最常见的网络设备，它基于MAC地址（介质访问控制地址）进行数据转发，并在网络中起到关键的交换作用。交换机通过维护MAC地址表（也称为CAM表）来记录设备的MAC地址与其对应的端口，从而实现高效的数据帧转发。

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计算机网络9.2.3数据链路层设备网桥（Bridge）的特点减少冲突域：网桥能够划分冲突域，使网络更加稳定，减少数据碰撞。协议独立：网桥不关心上层协议，只负责数据链路层的数据帧转发。学习MAC地址：网桥可以学习并存储设备的MAC地址，并构建转发表，以决定数据帧的转发路径。

网桥是一种用于连接两个或多个局域网（LAN）的设备，它同样基于MAC地址进行数据转发，但相比交换机，其主要作用是扩展网络，而不是提供多个端口的直接连接。

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计算机网络9.2.3数据链路层设备网卡的主要功能：数据封装与解封装：网卡将来自上层的IP数据包封装成数据帧，并在接收时解封装为IP数据包。MAC地址管理：每张网卡都有唯一的MAC地址，作为设备在局域网中的标识。支持不同的网络标准：现代网卡通常支持多种网络标准，如以太网（Ethernet）、Wi-Fi（无线局域网）等。

网络接口卡（也称为网卡）是计算机或其他设备连接到网络的关键硬件组件，它负责在计算机与网络之间传输数据，并执行数据链路层的帧封装、寻址和错误检测功能。有线网卡：用于连接以太网，通常通过RJ-45接口连接网线。无线网卡：支持Wi-Fi通信，广泛用于笔记本电脑、智能手机等无线设备。网卡的分类：

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计算机网络9.2.3数据链路层设备现代数据链路层设备的演进

随着网络技术的发展，数据链路层设备也在不断升级，以适应高速、低延迟、高安全性的网络需求。例如：智能交换机（SmartSwitch）：集成了QoS（服务质量）、网络监控、深度数据分析等高级功能，能够优化网络流量，提高性能。SDN（软件定义网络）交换机：通过分离控制平面和数据平面，提供灵活的网络管理和优化能力。Wi-Fi6接入点：支持MU-MIMO、多用户OFDMA等技术，大幅提升无线网络的吞吐量和稳定性。

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计算机网络9.2.4网络层设备路由器的关键功能：（1）路径选择（Routing）：基于目标IP地址和路由表选择最佳路径。（2）数据包转发（PacketForwarding）：将接收到的数据包转发至正确的下一跳设备。（3）子网划分：通过网络地址划分子网，提高网络管理的灵活性。

路由器是网络层最重要的设备，负责在不同网络之间转发数据包。它通过路由表和路由协议，确定数据包的最佳传输路径。（4）NAT（网络地址转换）：允许多个内网设备通过一个公网IP访问互联网，提高IP地址利用率。（5）防火墙功能：部分路由器具有基本的安全策略，能够过滤特定的数据包。

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计算机网络9.2.4网络层设备路由器的分类：静态路由器：使用固定的路由表，适用于小型网络，维护成本低，但不具备动态适应能力。动态路由器：使用动态路由协议（如RIP、OSPF、BGP）自动学习和更新路由，提高网络的灵活性和可靠性。企业级路由器：支持更高级的安全和管理功能，如VPN、QoS、带宽管理等，适用于大型企业或数据中心。边缘路由器：连接企业网络与互联网，提供安全访问控制和负载均衡功能。

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计算机网络9.2.4网络层设备

三层交换机集成了路由功能，兼具二层交换机的高速数据转发能力和路由器的IP数据包转发能力。它常用于大型局域网（LAN）中，以减少传统路由器带来的网络瓶颈。

特性路由器三层交换机工作层次网络层数据链路层+网络层主要用途连接不同网络内部网络高速通信路由处理采用软件方式采用硬件方式（ASIC）适用场景广域网（WAN）、跨网通信局域网（LAN）、子网间通信速度相对较慢处理速度快

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计算机网络9.2.4网络层设备三层交换机的关键特性（1）高速IP转发：基于硬件ASIC芯片，提供高速数据包转发能力。（2）支持VLAN间通信：解决二层交换机VLAN之间无法直接通信的问题。（3）简化网络拓扑：减少对独立路由器的依赖，提高网络整体性能。

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计算机网络9.2.4网络层设备网关的功能（1）协议转换：支持不同通信协议之间的数据转换，如IPv4与IPv6之间的互通。（2）应用层网关（ALG）：用于特定应用（如FTP、VoIP）的数据流优化。（3）安全功能：部分网关集成防火墙和访问控制策略，提高网络安全性。网关的分类网络层网关：用于不同IP协议之间的转换，如IPv4/IPv6网关。传输层网关：处理传输层协议（如TCP/UDP）的转换。

网关是一种用于连接不同网络协议的设备，它可以在不同协议栈（如IPV4与IPV6、TCP/IP与非TCP/IP协议）之间进行转换。网关是比路由器更高级的设备，除了执行基本的路径选择外，还能进行数据格式转换。应用层网关（ALG）：用于处理特定应用协议的转换，如邮件网关、语音网关等。

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计算机网络9.2.4网络层设备现代网络层设备的发展趋势随着5G、物联网、云计算、4K/8K视频等业务普及，数据流量急剧增长，对网络设备处理能力要求飙升。人工智能技术广泛融入网络层设备。智能路由器能借助机器学习算法，依据实时网络流量、用户应用类型及设备性能，智能调整网络资源分配。网络功能虚拟化（NFV）技术将传统网络设备功能以软件形式实现，部署在通用服务器上。不同类型网络层设备功能逐渐融合。如现在的一些高端家庭网关，不仅具备传统的网络接入功能，还集成了无线路由、防火墙、智能家居控制中心等功能。网络安全威胁日益复杂，网络层设备安全功能不断强化。防火墙设备除具备传统包过滤、入侵检测功能外，还融入人工智能技术，实现对未知威胁的智能识别和防御。高速率与大容量趋势智能化趋势虚拟化趋势融合化趋势安全增强趋势

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计算机网络9.3Internet基础知识

“Internet”是一个全球性的“互联网”中文名字称为“因特网”。它并非一个具有独立形态的网络，而是将分布在世界各地的、类型各异的、规模大小不一的、数量众多的计算机网络互联在一起而形成的网络集合体，成为当今最大的和最流行的国际性网络。

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计算机网络9.3Internet基础知识(1)什么是“Internet”？

Internet是一个全球性的“互联网”，中文名称为“因特网”。它将分布在世界各地的、类型各异的、规模大小不一的、数量众多的计算机网络互连在一起而形成的网络集合体，成为当今最大的和最流行的国际性网络。

Internet采用TCP/IP作为共同的通信协议，将世界范围内，许许多多计算机网络连接在一起。用户只要与Internet相连，就能主动地利用这些网络资源，还能以各种方式和其他Internet用户交流信息。

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计算机网络9.3Internet基础知识起源阶段（20世纪60年代末至70年代初）：冷战时期，美国ARPA启动阿帕网项目，1969年成功连接四所机构计算机，实现首次网络通信，标志因特网诞生。TCP/IP协议的诞生（20世纪70年代末）：1973年瑟夫与卡恩研发新协议，1974年提出TCP/IP协议；1983年阿帕网切换至此协议，标志因特网正式诞生，为全球扩展奠定基础。商业化与全球化（20世纪80年代末至90年代初）：随个人计算机普及，因特网转向商业化。1989年蒂姆发明万维网简化使用，1991年向公众开放，开启因特网新时代。12354移动互联网的兴起（21世纪初至今）：2007年iPhone开启移动时代，安卓推动智能手机普及；社交、支付等应用改变生活，新兴技术带来机遇与挑战。​互联网的爆发式增长（20世纪90年代中期至21世纪初）：1993年解除商业限制，1995年浏览器竞争加速普及，电子商务等应用兴起，因特网融入生活。

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计算机网络9.3Internet基础知识IP协议IP协议是TCP/IP协议栈网络层核心，为网络设备分配唯一IP地址（IPv4/IPv6标识主机位置

），提供无连接、尽力而为的数据包传输服务，以统一IP地址标识主机，通过首部信息完成跨网路由，将可靠性等控制交上层协议。为优化地址分配，有CIDR等方案，还采取“动态分配+NAT”应对IPv4枯竭，最终要靠IPv6解决。数据通信时，需经传输层→网络层→数据链路层向下交付，对方再反向解包，契合TCP/IP协议栈分层传输逻辑，各层依IP等协议协作保障网络通信

。

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计算机网络9.3Internet基础知识网络IP地址的划分IP地址是IP协议提供的一种地址格式，它为Internet上的每一个网络和每一台主机分配一个网络地址，以此来屏蔽物理地址（网卡地址）的差异。是运行TCP/IP协议的唯一标识。IP地址由4部分数字组成，每部分都不大于256，各部分之间用小数点分开。例如，某IP地址的二进制表示为：

11001010110001000000010000000111

表示为十进制为：。XXX.XXX.XXX.XXX0~255

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计算机网络9.3Internet基础知识网络IP地址的划分IP地址分为网络标识（netid）和主机标识（hostid）两部分组成;1.网络标识用来区分Internet上互联的各个网络;2.主机标识用来区分同一网络上的不同计算机（即主机）

IP地址结构：网络部分+主机部分B类A类18162432网络号网络号机器号主机号C类主机号网络号011010A类B类C类1261638420971152167721465534254A类：~55B类：~55C类：~55

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计算机网络9.3Internet基础知识网络IP地址的划分IP地址通常分为三类：（1）A类：IP地址的前8位为网络号，其中第1位为“0”，后24位为主机号，其有效范围为：~54。此类地址的网络全世界仅可有126个，每个网络可接28×28×28-2=16777214个主机节点，所以通常供大型网络使用。（2）B类：IP地址的前16位为网络号，其中第1位为“1”，第2位为“0”，后16位为主机号，其有效范围为：~54。该类地址全球共有26×28=16384个每个可联接的主机数为：28×28-2

=65534个所以通常供中型网络使用。（3）C类：IP地址的前24位为网络号，其中第1位为“1”，第2位为“1”，第3位为“0”，后8位为主机号，其有效范围为：~54。该类地址全球共有25×28×28=2097152个,每个可联接的主机数为254台，所以通常供小型网络使用。

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计算机网络9.3Internet基础知识IP地址的申请组织及获取方法IP地址必须由国际组织统一分配。IP组织分A、B、C、D、E五类，A类为最高级IP地址。分配最高级IP地址的国际组织———NICNetworkInformationCenter国际网络信息中心负责：分配A类IP地址、授权分配B类IP地址的组织——自治区系统、有权重新刷新IP地址。分配B类IP地址的国际组织InterNIC、APNIC和ENIC目前全世界有三个自治区系统组织：ENIC负责欧洲地区的分配工作，InterNIC负责北美地区，APNIC负责亚太地区，设在日本东京大学。我国属APNI，被分配B类地址。分配C类地址：由各国和地区的网管中心负责分配。

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计算机网络9.3Internet基础知识IPv6IP是Internet的核心协议。现在使用的IP（即IPv4）是在20世纪70年代末期设计的。无论从计算机本身发展还是从Internet规模和网络传输速率来看，现在IPv4已很不适用了。这里最主要的问题就是32bit的IP地址不够用。要解决IP地址耗尽的问题，可以采用以下3个措施：（1）采用无分类编址CIDR，使IP地址的分配更加合理；（2）采用网络地址转换NAT方法，可节省许多全球IP地址；（3）采用具有更大地址空间的新版本的IP，即IPv6，128bit。

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计算机网络9.3Internet基础知识IPv6两种从IPv4向IPv6过渡的策略：使用双协议栈和使用隧道技术。双协议栈（dualstack）采用隧道技术（Tunneling）

第九章计算机网络9.3Internet基础知识传输层协议传输层协议是网络体系关键环节，承上启下，为应用提供端到端数据传送控制服务，屏蔽底层差异。职责聚焦“可靠、可控、安全”，借多种机制保障数据，主流分“可靠字节流（如TCP，适高可靠场景

）”与“轻量报文（如UDP，满足时延敏感业务

）”两极，还有SCTP等新权衡协议。随5G、物联网发展，传输层持续演进，QUIC等融合创新，未来协议将兼顾多需求，为云边端协同筑基

。

第九章计算机网络9.3Internet基础知识传输层协议TCP（传输控制协议）是一种面向连接的传输层协议，它提供了可靠的数据传输服务，以确保数据从发送端准确无误地传送到接收端。TCP通过一系列复杂的机制，包括连接建立、数据分段、确认应答、重传控制等，来实现可靠的数据传输。TCP连接是TCP协议的基本概念，它表示两个端点（socket）之间的虚拟电路。TCP连接的建立和释放过程分别称为“三次握手”和“四次挥手”。三次握手四次挥手

第九章计算机网络9.3Internet基础知识UDPUDP（UserDatagramProtocol，用户数据报协议）是在一组互连的计算机网络环境中提供分组交换计算机通信的数据报模式。该协议假定使用IP作为底层协议，按照OSI模型工作在传输层。UDP为应用程序提供了一种以最少的协议机制向其他程序发送消息的过程

。该协议是面向事务的，不保证传递和重复保护。需要有序、可靠地传输数据流的应用程序应使用传输控制协议(TCP)。

第九章计算机网络9.3Internet基础知识应用层概述应用层协议是支撑网络应用（如Web浏览、邮件、远程登录、文件传输等

）通信的关键，它屏蔽下层数据传输细节，让应用程序无需关心数据送达方式即可跨网通信。主流协议按功能分远程管理（Telnet/SSH）、文件交换（FTP/TFTP）、电子邮件（SMTP/POP3）、万维网（URI/HTML/HTTP）四类，分别提供对应服务。开发人员可利用现有协议或自定义新协议，因应用协议能直接享用传输层以下基础，开发时只需关注协议选用与开发，无需操心数据发送，助力不同用户和供应商开发网络应用，其协议模型涵盖DNS、URL等多种协议，依托传输层及以下部分实现跨网通信功能

。

第九章计算机网络9.3Internet基础知识应用层协议网络设备的管理方式包括本地管理和远程管理，其中远程管理是从本地主机登录到网络对端设备并发送管理数据以实现设备管理的方式，能直接使用主机应用并进行参数设置，主要通过Telnet和SSH两种协议实现。实际工作中，除个别无法远程管理的设备外，大多采用远程管理来处理设备的配置文件和系统文件；与本地管理相比，远程管理不受物理位置限制，只要联网就能操控远端设备，省去了插拔线缆、终端设置等过程，还可通过一个远程应用同时管理大量网络设备。

第九章计算机网络9.3Internet基础知识远程登录Telnet协议是应用层典型的服务器-客户端模型协议，它定义设备借IP网络发起明文管理连接的通信标准，可让一台设备（Telnet客户端

）与远端设备（Telnet服务器

）建立管理连接并实施配置、监控，体验近似本地登录；借其能对远端设备进行配置和监控，助力网络设备管理，在实际场景中，常作为远程管理网络设备的方式之一

。

第九章计算机网络9.3Internet基础知识远程登录SSH协议全称是安全外壳协议（SecureShell），目的就是为了取代Telnet，SSH是加密的远程登录协议，提供更加安全的远程登录服务。使用SSH后会加密通信内容。即使信息被截获，由于无法解密，也无法了解数据的真正内容，

第九章计算机网络9.3Internet基础知识文件传输文件传输需借助特定协议，FTP作为网络文件传输标准协议，采用客户端-服务器模式、TCP协议保障可靠传输，支持用户登录认证、权限控制及文件传输类型与权限设置，用于服务器和客户端间文件传输；TFTP是简单文件传输协议，同样为客户端-服务器模式，采用UDP协议，借超时重传机制保障传输，无复杂交互与认证，适用于简单场景，仅能实现文件上传下载，不支持文件目录及用户身份验证授权

。

第九章计算机网络9.3Internet基础知识电子邮件文件传输需借助特定协议，FTP作为网络文件传输标准协议，采用客户端-服务器模式、TCP协议保障可靠传输，支持用户登录认证、权限控制及文件传输类型与权限设置，用于服务器和客户端间文件传输；TFTP是简单文件传输协议，同样为客户端-服务器模式，采用UDP协议，借超时重传机制保障传输，无复杂交互与认证，适用于简单场景，仅能实现文件上传下载，不支持文件目录及用户身份验证授权

。

第九章计算机网络9.3Internet基础知识WWW

万维网（WWW）是将互联网的信息以超文本形式展现的系统，也叫做Web。可以显示WWW信息的客户端软件叫做Web浏览器，有时简称为浏览器。

目前常用的Web浏览器包括微软的InternetExplorer、谷歌公司的GoogleChrome、腾讯公司的QQ浏览器以及Apple公司的Safari等。使用浏览器，我们不需要关心信息保存在哪个服务器，只需轻轻点击鼠标，就可以访问页面上的链接并打开相关信息。

第九章计算机网络9.3Internet基础知识WWW工作原理

在浏览器上输入访问网页的统一资源定位符（UniformResourceLocator，URL），如，或者通过超级链接的方式链接到那个网页或网络资源。这之后的工作首先是URL的服务器名部分，被名为域名系统的分布于全球的Internet数据库解析，并根据解析结果决定进入哪一个IP地址（IP

address）。

接下来的步骤是为所要访问的网页向在那个IP地址工作的服务器发送一个HTTP请求。网络浏览器接下来的工作是把HTML、CSS和其他接收到的文件所描述的内容，加上图像、链接和其他必需的资源，显示给用户。这些就构成了所看到的网页。

第九章计算机网络9.3Internet基础知识WWW工作原理WWW有3个重要的概念，它们分别是访问信息的方式和位置（URI）、信息的表现形式（HTML）以及信息传输（HTTP）。

其中当进行网页浏览时，除了指定提供网页的计算机的域名外，还需要指定网页的文件名。我们称之为统一资源定位符URL。URL就像域名一样，也是因特网上的地址。但URL是计算机上网页文件的地址，通常格式为：

WWW.域名

例如：WWW.

使用统一资源定位符URL进行浏览时，由于所有的网页是用HTTP(超文本传输协议HyperTextTransferProtocol）格式，所以完整的网页浏览地址还需以http://开头。例如这郑州轻工业大学的网址为：

http：//www.zzuli.edu.cn

协议Web服务郑州轻工业大学

教育网中国

当然在使用IE浏览时，http：//可以省略。

第九章计算机网络9.3Internet基础知识WWW工作原理

HTMLHTML是描述Web页的语言，作为WWW的数据表现协议，它能指定浏览器中文字的显示（包括文字大小、颜色），以及对图像、动画、音频进行设置；还可给页面中的文字或图片附加链接，点击链接能呈现对应内容，使互联网中任何WWW服务器的信息都能以链接方式展现。且用HTML展现的数据，在不同计算机上的显示效果基本一致。

HTTPHTTP是万维网中用于客户端（如浏览器）与服务器之间传输超文本（如HTML文档）的应用层协议，它规定了请求与响应的格式和交互方式，支撑着网页浏览等Web服务的实现，让用户能便捷获取网络上的各类信息。

第九章计算机网络9.5新兴网络技术

云计算

云计算是一种基于互联网的计算方式，通过这种方式，共享的软硬件资源和信息可以按需求提供给计算机和其他设备。这里可以给出一个参考性定义：“云计算是以虚拟化技术为基础，以网络为载体提供基础架构、平台、软件等服务为形式，整合大规模可扩展的计算、存储、数据、应用等分布式计算资源进行协同工作的超级计算模式。”

第九章计算机网络9.4新兴网络技术基础设施即服务（IaaS）IaaS提供服务器、存储、网络等虚拟化计算资源，用户可直接配置和管理这些未经封装的资源，具有高度灵活性与可扩展性。它依托虚拟化技术形成虚拟资源池，为上层服务提供硬件支持，支持按需分配资源（如硬件服务器租用）。平台即服务（PaaS）PaaS基于IaaS，提供封装后的软件开发与运行环境，包括开发工具、运行时环境、数据库等，用户无需关注底层基础设施，仅通过接口和协议调用资源。它为SaaS提供编程框架，为IaaS提供资源调度与数据管理，同时开放自身研发平台作为服务，关键技术涉及分布式并行计算等。软件即服务（SaaS）SaaS将资源封装为完整软件应用，通过网络供最终用户直接使用，用户无需负责安装维护，也无需了解云计算内部结构或具备开发能力。其部署于PaaS和IaaS之上，可在PaaS平台开发部署，典型应用如GoogleApps、Salesforce，近年随网络技术发展迅速。

第九章计算机网络9.4新兴网络技术

物联网

物联网（IoT）起源于传媒领域，是信息科技产业的第三次革命，指通过信息传感设备按约定协议将任何物体与网络连接，使物体借助信息传播媒介进行信息交换和通信，以实现智能化识别、定位、跟踪、监管等功能。它是由传感器、软件和通信设备组成的系统，连接物理设备和对象，通过数据交换与分析提供更智能、高效、自动化的功能，核心目标是让真实世界物体具备感知、交互和通信能力。

第九章计算机网络9.4新兴网络技术

物联网的工作原理

物联网工作原理依托设备、云服务物联网（IoT）平台、APPS协同，形成闭环链路：设备层作为“感知末梢”，借传感器等采集物理世界信息，经网络通信技术传至平台，搭建物理与数字世界桥梁；平台层作为核心枢纽，处理异构数据、存储管理数据并中转指令，保障系统安全与交互；应用层通过APPS将数据转化为价值，实现数据可视化辅助决策与指令发起控制设备，三者环环相扣，完成“采集-处理-反哺控制”流程，达成物体智能管理、场景自动运行目标

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第九章计算机网络9.4新兴网络技术

空天一体化网络

空天地一体化网络（SAGIN）是一种融合卫星通信、无人机通信及地面通信等多种网络资源的架构。它以卫星通信网络作为地面通信网络的重要补充与延伸，通过深度融合空基、天基和地基网络资源，构建覆盖全球、无处不在、高速智能且安全可靠的通信网络。其具备覆盖范围广、部署灵活、超低功耗、超高精度以及不易受地面灾害影响等特点，能为用户提供优质、高效、智能的通信服务。

第九章计算机网络9.4新兴网络技术网络架构组成部分：

（1）天基网络

（2）空基网络

（3）地基网络空天地一体化网络优势：

覆盖广

性能优

高可靠

易部署

第九章

计算机网络9.5我国的自主创新之路多年来，国产网络设备已成为主流，但其中的国产核心芯片却发展缓慢，国产核心芯片得不到大发展的直接原因是国产核心芯片性能较国外产品差距大，下游网络设备商更愿意选择国外产品（研发惰性），进而导致国产核心芯片没有建立起自己的生态系统，没有生态反哺，国产核心芯片就难有大突破，形成了恶性循环。网络设备是网络的基本单元，只有网络设备先国产化了，网络系统建立起来，应用随之发展起来，整个国产化的生态体系才能建立起来，目前网络设备已安全可控，下一步就是核心芯片。国产化设备从党政系统领域切入更合理。实际上，当前国产化芯片，也都是先在党政系统中应用。目前，国内研发制造基于国产化核心芯片的网络设备的主要厂商包括华为、中兴通讯、紫光股份（新华三）、浪潮信息、中科曙光、迈普、中国长城、恒为科技等。中国网络技术自主创新经历了从引进消化到自主创新突破的发展历程。在国家政策支持下，企业加大研发投入，取得多项创新成果。新兴技术推动下，国产网络控制器芯片、网络技术核心协议、关键设备、网络安全等方面取得突破，如6G技术、量子通信等，推动网络强国建设。网络基础设施不断完善，5G网络、数据中心建设规模和水平大幅提升，为经济社会发展提供有力支撑。

第九章

计算机网络9