计算机网络技术基础103

什么是计算机网络1.1网络是什么？

1.网络游戏

1.1.1网络世界

2.网上冲浪

1.1.1网络世界

3.电子商务

1.1.1网络世界

4.网上炒股

1.1.1网络世界

1.1.2身边的计算机网络

1.1.3什么是计算机网络

1.1.3什么是计算机网络一般的计算机网络包含以下各项元素：一定数量的计算机（这些计算机能独立工作）电缆线和集线设备软件（包括操作系统以及各种应用软件）

1.1.3什么是计算机网络计算机网络：（1）一定数量的能独立工作的计算机（2）通过通信介质连接起来（3）共同遵守相应的标准（4）组建网络的目的

1.1.3什么是计算机网络计算机网络：

将地理位置不同但具有独立功能的多个计算机系统，通过通信设备和通信线路连接起来，在功能完善的网络软件（网络协议、网络操作系统、网络应用软件等）的协调下实现网络资源共享的计算机系统的集合。简单地说就是：以资源共享为目的自主互联的计算机系统的集合。

1.2网络的历史1.2.1计算机网络的形成与发展1.具有通信功能的单机系统

1.2网络的历史2.具有通信功能的多机系统

1.2网络的历史3.ARPANET与分组交换网络

1.2网络的历史4.ISO参考模型的诞生

1.2网络的历史5.TCP/IP协议的成功

1.2网络的历史6.互联网的兴起

1.2网络的历史1.2.2计算机网络在中国1.铁道部1980年开始试点我国的广域网。2.1989年2月我国的第一个公用分组交换网CHINAPAC通过试运行和验收。3.1994年2月中国公用计算机互联网1994年4月中科院科技网1994年10月国家教育和科研网1994年底中国金桥网开通1987年，钱天白教授发出了我国第一封电子邮件，1990年10月，钱天白教授代表中国注册了顶级域名CN,1994年完成了我国顶级域名服务器的设置。

1.3计算机网络的功能1.数据通信

1.3计算机网络的功能2.资源共享

1.3计算机网络的功能3.分布式处理

1.3计算机网络的功能4.均衡负载互相协作

1.3计算机网络的功能5.综合信息服务

1.4计算机网络的分类1.根据网络的作用范围进行分类局域网广域网城域网

1.4计算机网络的分类2.按网络的使用范围进行分类⑴

公共网

1.4计算机网络的分类2.按网络的使用范围进行分类⑵

专用网

1.4计算机网络的分类3.按照网络的管理方式分类⑴

对等网

1.4计算机网络的分类3.按照网络的管理方式分类⑵

客户机/服务器网络

1.4计算机网络的分类4.按照数据传输方式分类⑴

点对点网络⑵

广播网络

1.5网络的拓扑结构七桥问题在18世纪，东普鲁士哥尼斯堡（今属立陶宛共和国）内有一条大河，河中有两个小岛。全城被大河分割成四块陆地。河上架有七座桥，把四块陆地像图那样联系起来。当时许多市民都在思索如下的问题：一个散步者能否从某一陆地出发，不重复地经过每座桥一次，最后回到原来的出发地。

1.5网络的拓扑结构

1.5.1网络的物理拓扑1.总线型结构

1.5.1网络的物理拓扑

1.5.1网络的物理拓扑2.星型结构

1.5.1网络的物理拓扑3.环型结构

1.5.2网络的逻辑拓扑

网络的逻辑拓扑结构指信号在网络中的实际传输路径，它所描述的是信号在网络中的流动。

1.6计算机网络的组成网络主要由网络硬件和网络软件两部分组成1.网络硬件

网络硬件包括网络服务器、网络工作站、传输介质以及网络连接设备等。2.网络软件

网络软件包括网络操作系统、通信软件和通信协议等。第2章网络协议与IP地址引入三国时期，孙权送给曹操一只大象……。

2.1网络结构的分层设计

计算机网络系统的功能强、规模庞大，通常采用高度结构化的分层设计方法，将网络划分为一组功能分明、相对独立和宜于操作的层次，依靠各层之间的功能组合提供网络的通信服务，从而减少网络系统设计、修改和更新的复杂性。

2.1.1网络的层次结构

2.1.1网络的层次结构⑴各层之间相互独立，高层不必关心低层的实现细节，只要知道低层所提供的服务，经及本层向上层所提供的服务即可，能真正做到各司其职。⑵有利于实现和维护，某个层次实现细节的变化不会对其他层次产生影响。⑶易于实现标准化。网络体系结构中采用层次化结构的优点：

2.1.1网络的层次结构

2.1.2网络协议

协议是用来描述进程之间信息交换过程的一组术语。在计算机网络中包含有多种计算机系统，它们的硬件和软件系统有着很大的差异，要使得它们之间能够相互通信，进行数据交换，就必须有一套通信管理机制使通信双方能正确地接收信息，并能理解对方的信息含义，它们必须事先约定一个规则，这种规则就称为协议。

2.1.2网络协议

网络协议主要由3个要素组成：语法、语义和交换规则。语法是以二进制形式表示的命令和相应的结构，确定协议元素的格式（规定数据与控制信息的结构和格式）；语义是由发出请求、完成的动作和返回的响应组成的集合，确定协议元素的类型，即规定通信双方要发出何种控制信息、完成何种动作以及做出何种应答；交换规则规定事件实现顺序的详细说明，即确定通信状态的变化和过程，如通信双方的应答关系。

2.2开放系统互联参考模型

2.2开放系统互联参考模型1946年10月14日至26日，中、英、美、法、苏共25个国家的64名代表集会于伦敦，正式表决通过建立国际标准化组织（ISO）。于1947年2月23日宣告正式成立。ISO负责除电工、电子领域和军工、石油、船舶制造之外的很多重要领域的标准化活动。ISO的最高权力机构是每年一次的“全体大会”，其日常办事机构是中央秘书处，设在瑞士日内瓦。中央秘书处现有170名职员，由秘书长领导。ISO的宗旨是“在世界上促进标准化及其相关活动的发展，以便于商品和服务的国际交换，在智力、科学、技术和经济领域开展合作。”ISO通过它的2856个技术结构开展技术活动，其中技术委员会（简称TC）共255个,分技术委员会（简称SC）共611个，工作组（WG）2022个，特别工作组38个。

2.2.1OSI参考模型OSI参考模型的特点每层的对应实体之间都通过各自的协议进行通信；各个计算机系统都有相同的层次结构；不同系统的相应层次具有相同的功能；同一系统的各层次之间通过接口联系；相邻的两层之间，下层为上层提供服务，上层使用下层提供的服务。

2.2.1OSI参考模型2.2.2各层的基本功能1.物理层

物理层处于OSI参考模型的最底层，直接面向网络传输介质；物理层负责将二进制数据位流（bit）通过传输介质，从一台计算机发送给另一台计算机。在常用的网络设备中，集线器工作在OSI参考模型的物理层。

数据链路层位于OSI参考模型的第二层，数据链路层就在物理层的基础上，通过将bit组织封装成帧，从而建立一条可靠的数据传输通道。在常用的网络设备中，网卡和交换机是工作在数据链路层重要的网络设备。2.数据链路层2.2.2各层的基本功能

网络层位于OSI参考模型的第三层，提供了数据的网络地址，也就是IP地址，同时提供了统一的寻址方案，因此它屏蔽了底层的技术细节，把各种网络统一到了一个逻辑平台上。网络层传输的数据单位称为分组。路由器是工作在OSI参考模型的网络层的重要设备，通过网络层的地址路由器可以为网络访问提供访问路径。路由器同时在数据传输过程中实现流量控制和差错管理。3.网络层

数据链路层位于OSI参考模型的第四层，传输层负责准确可靠的将数据从网络的一端传到另一端。4.传输层2.2.2各层的基本功能

会话层位于第五层，该层主要功能是负责不同机器上用户的会话关系。会话层主要解决的问题是，把要求建立会话的用户所提供对话的用户地址，转换成相应的传送开始地址，以实现正确的传送连接。5.会话层

表示层位于第六层，该层主要功能是负责对用户进行各种转换服务，处理通过网络传输的信息的表示形式，而不改变它们的内容。6.表示层7.应用层

应用层位于第七层，是OSI的最高层，该层主要功能是负责各用户访问网络的接口，为用户提供在OSI环境下的服务2.2.2各层的基本功能2.3TCP/IP模型2.3TCP/IP模型IEEE,美国电气和电子工程师协会，是世界上最大的专业技术组织。1963年由美国无线电工程师协会和电气工程师协会合并而成。该协会制定了大师的技术标准，IEEE802系列标准主要针对计算机网络的。2.3.1TCP/IP的层次结构各层功能1.网络接口层TCP/IP模型中的网络接口层又称为“网络接入层”或者“网络访问层”，具体负责选择一条物理链路，并通过该物理链路将数据从发送端送到接收端。网络接口层的功能包括IP地址与物理硬件地址的映射，基于不同硬件类型的网络接口，定义了和物理介质的连接等等。2.网络层TCP/IP的网络层对应于OSI参考模型的第三层（网络层），它主要进行最佳路径的选择和数据包的转发。该层负责相同或不同网络中计算机的通信，主要处理来自传输层的分组发送请求和路由选择。使用的主要协议有IP、ICMP、ARP、RARP协议。2.3.1TCP/IP的层次结构2.3.1TCP/IP的层次结构3.传输层

传输层也称为主机到主机层，对应于OSI参考模型的第四层（传输层）。在TCP/IP模型中，传输层提供端到端，即应用程序之间的通信，主要功能是数据格式化、数据确认、可靠性、流量控制和丢失重传等典型的问题。位于该层的TCP协议（传输控制协议）是TCP/IP模型中最主要的协议之一，它提供了面向连接的可靠的传输服务。传输层还提供了一种不可靠的UDP传输协议，即用户报文协议。4.应用层TCP/IP应用层对应于OSI参考模型的上三层（会话层、表示层和应用层），它包括了一些服务。这些服务是与终端用户直接相关。应用层还要告诉传输层哪个数据流是由哪个应用程序发出的。使用的主要协议有HTTP、SMTP、SNMP、DNS、Telnet等协议。2.3.2TCP/IP协议簇层次主要协议应用层HTTP、FTP、Telnet、SMTP、DNS、DSP、Gopher、WAIS……传输层TCP、UDP、DVP……网络层IP、ICMP、ARP、RARP、UUCP……接口层Enternet、Arpanet、PDN……2.3.2TCP/IP协议簇

1.IP协议IP协议基本任务是通过互联网传输数据报，提供关于数据应如何传输以及传输到何处的信息，各个数据报之间是互相独立的。

IP是一种使TCP/IP可用于网络连接的子协议，可以跨越多个局域网段或通过路由器跨越多种类型的网络。

2.TCP协议

传输控制协议TCP是一种面向连接的协议，在该协议上准备发送数据时，通信节点之间必须建立起一个连接，才能提供可靠的数据传输服务。2.3.2TCP/IP协议簇

三次握手2.3.2TCP/IP协议簇3.其他协议⑴用户数据报协议(UDP)用户数据报协议是一种无连接的传输服务，不保证数据报以正确的序列被接收，不提供错误校验和序列编号。

⑵网际控制报文协议(ICMP)ICMP位于TCP/IP模型网络互联层的IP协议和TCP协议之间，它不提供差错控制服务，而是仅仅报告哪一个网络是不可到达的，哪一个数据报因分配的生存时间过期而被抛弃。⑶地址解析协议(ARP)

地址解析协议是一个网络互联层协议，用于实现IP地址到MAC地址(物理地址)的转换。⑷反向地址解析协议(RARP)反向地址解析协议，用于实现物理地址到IP地址的转换2.3.3OSI与TCP/IP模型的比较2.4IP地址

1.什么是IP地址

IP地址由网络位和主机位组成

网络位——所在网络地址（网络ID）在哪个网络上？所在网络上计算机的地址——主机位（主机ID）该网络的哪台主机？网络地址主机地址2.4.1IP地址

2.IP地址的分类IP地址共分为5类：A、B、C、D、E2.4.1IP地址2.4.1IP地址

3.特殊的IP地址

（1）网络地址网络地址是由一个有效的网络号和一个全“0”的主机号构成。如：在A类网络中，地址就表示该网络的网络地址。（2）广播地址当一个设备向网络上所有的设备发送数据时，就产生了广播。这样的IP地址以全“1”结尾。IP广播地址有两种形式：直接广播和有限广播。①直接广播如果广播地址包含一个有效的网络号和一个全“1”的主机号，技术上称之为直接广播地址。②有限广播

IP地址的32位全为“1”(55)用于本地广播，该地址叫做有限广播地址。（3）回送地址

A类网络地址是一个保留地址，用于网络软件测试以及本地计算机进程间通信。这个IP地址叫回送地址。2.4.1IP地址

4.IP地址的分配原则⑴只有A、B、C三类地址可以分配给计算机和网络设备；⑵IP地址的第一个段不能为127，保留留作测试使用；⑶网络地址不能全为0，也不能全为1。全为0没有网络，全为1用作网络掩码；⑷主机地址不能全为0，也不能全为1。全为0代表网络，全为1代表主机；⑸IP地址在网络中必须惟一。

5.私有IP地址⑴1个A类地址：～55⑵16个B类地址：~⑶256个C类地址：~552.4.1IP地址2.4.2子网与子网掩码1.子网2.子网掩码

子网掩码是一个32位的数字，其主要作用是将网络地址从IP地址中剥离出来，求出IP地址的网络号。即告诉TCP/IP主机，IP地址的哪些位对应于网络地址，哪些位对应于主机地址。TCP/IP协议使用子网掩码判断目标主机地址是位于本地子网还是远程子网。子网中的所有主机必须配置相同的子网掩码。3.可变长的子网掩码2.4.2子网与子网掩码4.子网掩码的计算⑴利用子网数来计算

在求子网掩码之前必须先搞清楚要划分的子网数目，以及每个子网内的所需主机数目。将子网数目转化为二进制来表示取得该二进制的位数，为N

取得该IP地址的类子网掩码，将其主机地址部分的的前N位置1即得出该IP地址划分子网的子网掩码。如欲将B类IP地址划分成27个子网：①27=11011②该二进制为五位数，N=5③将B类地址的子网掩码的主机地址前5位置1，得到

即为划分成27个子网的B类IP地址的子网掩码。2.4.2子网与子网掩码⑵利用主机数来计算

如欲将B类IP地址划分成若干子网，每个子网内有主机700台：①700=1010111100②该二进制为十位数，N=10③将该B类地址的子网掩码的主机地址全部置1，得到55

然后再从后向前将后10位置0,即为：11111111.11111111.11111100.00000000

即。这就是该欲划分成主机为700台的B类IP地址的子网掩码。2.4.2子网与子网掩码5.示例例：一个C类地址/26，请问该网络可以划分为几个子网？每个子网可容纳多少台主机？

分析：这是一个C类网络，正常情况下，主机是有8位，网络位是24位，子网掩码全1位是24位。而本例的子网掩码全1位为26位，说明网络位从主机位借了2位地址用于子网的编址，子多掩码的点分二进制表示法为：11111111.11111111.11111111.11000000，即为：92

解答：C类地址，主机标志位原为8位，现从中借出了2位，即n=2。那么，m=8-2=6。依据上面的分析，可得出可用子网数为：22-2=2个子网；每个子网的主机数为：26-2=62台主机。2.4.2子网与子网掩码第3章网络互连技术引入

3.1网络互连

3.1.1网络互连的概念

将不同的网络使用网络互连设备连接起来，使不同网络上的主机能相互通信，能资源共享，在用户看来，这些互连网络的整体好像本来就是一个网络一样，这就称为网络互连。

3.1.2网络互连的类型1.局域网与局域网之间的互联（1）同种局域网互联（2）异种局域网互联2.局域网与广域网之间的互联

3.1.2网络互连的类型

3.1.2网络互连的类型3.两个或两个以上局域网通过一个广域网的互联4.广域网与广域网的互联

3.1.2网络互连的类型

3.2网络传输介质3.2.1双绞线

双绞线是由相互绝缘并缠绕在一起的细芯铜导线对组成，通常由两对或更多对这样缠绕在一起的导线组成，依靠相互缠绕（双绞）作用，来消除或减少电磁干扰（EMI）和射频干扰（RFI）。根据是否有屏蔽层，双绞线可分为屏蔽型双绞线(STP)和非屏蔽型双绞线(UTP)。1.屏蔽双绞线3.2.1双绞线

屏蔽双绞线是由成对的绝缘实心电缆组成，在实心电缆上包围着一层用金属丝编织的屏蔽层。屏蔽层减少了由RFI和EMI引起的对通信信号的干扰。2、非屏蔽双绞线

非屏蔽双绞线(UTP)，就是平时所用的网线，由于其价格相对便宜且易于安装，是局域网组网布线中使用最多的网络电缆。UTP由位于绝缘保护层内的成对的电缆线组成，在缠绕在一起的绝缘电线和电缆外部的套之间并没有屏蔽。3.2.1双绞线3、双绞线的制作⑴线缆AMPNETCONNECT为线缆生产厂商表识；CATEGORY5eCABLE表示该双绞线属于CATE5类，即超5类线材；E138041300为电缆产品型号；24AWG说明双绞线是由24AWG直径的线芯构成，铜电缆的直径通常用AWG单位来衡量，通常AWG数值越小，电线直径越大，常见的有22/24/26等；CM(UL)CMG/MPG（UL）说明线材属于通信通用电缆，3.2.1双绞线3.2.1双绞线⑵RJ-45接口RJ45接口采用透明塑料材料制作，由于其外观晶莹透亮，常被称为“水晶头”。RJ45接口具有8个铜制引脚，在没有完成压制前，引脚凸出于接口，引脚的下方是悬空的，有两到三个尖锐的突起。在压制线材时，引脚向下移动，尖锐部分直接穿透双绞线铜芯外的绝缘塑料层与线芯接触，很方便的实现接口与线材的连通。⑶压线钳

压线钳规格型号很多，分别适用于不同类型接口与电缆的连接，通常用XPYC的方式来表示（其中X、Y为数字），P表示接口的槽位（Position）数量，常见的有8P、4P和6P，分别表示接口有8个、4个和6个引脚凹槽；C表示接口引脚连接铜片（Contact）的数量。如我们常用的标准网线接口为8P8C，表示有8个凹槽和8个引脚。3.2.1双绞线3.2.1双绞线⑷网络连接电缆适用环境类别标准接口线序适用环境直通缆T568B-T568BT568A-T568A计算机－集线器、计算机－交换机、路由器－集线器、路由器－交换机、集线器/交换机（Uplink级联口）－集线器/交换机交叉缆T568A-T568B计算机－计算机、路由器－路由器、集线器－集线器、交换机－交换机、集线器－交换机全反缆－Cisco等网络设备Console（控制口）专用⑸双绞线的制作过程①利用压线钳的剪线刀口剪下所需要的双绞线长度，接着利用压线钳的剥线刀口将双绞线的外护套除去2.5厘米左右；②小心的拆开每一对线芯，按照规定的线序将拆开的线芯排列起来；③将排好线序的线芯拉直，排列整齐；④将整理好的线芯用压线钳剪线口修剪剩约14mm的长度，保证在插拔线材时纤细的内芯不会受力而损坏；⑤将线芯插入RJ45接口，注意此时RJ45接口正面朝上，并确定线芯每一根都插入接口最顶端；⑥确定双绞线的每根线信都已正确放置之后，用压线钳压接。⑦重复以上步骤，制作另一端的RJ45接头，要注意选择的线型对应的线序。3.2.1双绞线3.2.2无线传输介质

常见的无线传输介质有红外线、无线电波、微波与光波1.红外线传输技术2.无线电波传输技术3.微波传输技术BS地球3.2.3光缆1.光缆的结构

光纤，全称为光导纤维，是一种利用光在玻璃或塑料制成的纤维中的全反射原理而达成的光传导工具。大多数光纤在使用前必须由几层保护结构包覆，包覆后的缆线也被称为“光缆”。

按光在光纤中的传输模式可将光纤分为：单模光纤和多模光纤。

多模光纤：纤芯较粗（直径约为50或62.5μm）可传多种模式的光源。但其模间色散较大，这就限制了传输数字信号的频率，而且随距离的增加会更加严重，因此，多模光纤传输的距离比较近，一般只有几公里。

单模光纤：中心纤芯很细（纤芯直径一般为8～10μm），采用激光器做光源，只能允许一束光传播，所以单模光纤没有模分散特性，传