《计算机网络技》 课件 第1章 计算机网络概述

第1章计算机网络概述先看见整个网络，再理解每一层技术概念与组成→发展历史→分类与拓扑→OSI→TCP/IP本章目标：能看懂网络、会判断类型、会用分层方法解释通信第1章计算机网络概述02学习路线六个问题串起第1章每个问题都能落到一个真实网络场景01什么是网络定义与作用02网络怎样形成发展历史03网络有多大网络范围分类04设备怎样连接拓扑结构05通信怎样拆解OSI七层06互联网怎样运行TCP/IP四层学习结果能够用“组成—范围—拓扑—分层”四个维度描述一个网络，并初步定位常见故障。第1章学习路线031.1网络是什么设备连在一起只是起点，真正的网络还需要通信与协同。定义→作用→基本组成→场景识别11.1网络是什么041.1.1计算机网络的定义网络把分散且独立的设备连接起来，实现共享与交换定义中每个词都不可缺少分散设备位于不同位置独立各设备可自主工作互联依靠有线或无线介质协同遵守共同协议交换数据一句话理解：用通信技术把独立设备组织成能共同完成任务的系统。1.1计算机网络的定义与作用051.1.2计算机网络的作用资源共享解决“用什么”，数据通信解决“怎么送达”二者相互依赖资源共享共享硬件打印机、服务器、存储共享软件与数据应用程序、数据库、文件数据通信跨越距离传送信息邮件、即时通信、视频会议保证数据准确、高效、安全地到达互相支撑1.1计算机网络的定义与作用061.1.3计算机网络的基本组成终端、网络设备、传输介质和协议共同构成可用网络缺一项都会影响通信终端设备数据的发送方和接收方网络设备交换机和路由器负责转发传输介质网线、光纤或无线电波协议与软件规定通信语言和协作流程1.1计算机网络的定义与作用07场景应用从“上传作业”识别一次完整网络通信把抽象组成映射到真实操作学生电脑终端教室交换机局域网转发校园路由器跨网转发服务器资源提供方作业文件共享的数据判断网络是否完整：谁产生数据？谁负责转发？数据走什么介质？遵守什么协议？1.1计算机网络的定义与作用081.2网络怎样发展而来每一次演进都在解决上一阶段的瓶颈：共享、可靠、互联与普及。远程终端→ARPANET→TCP/IP→WWW与以太网→移动、物联与智能21.2网络怎样发展而来091.2.1初期发展阶段与远程终端大型主机集中计算，哑终端只负责输入和显示解决共享昂贵计算资源的问题计算集中程序和数据运行在大型主机终端简单主要承担键盘输入和屏幕显示多用户共享一台主机同时服务多个终端主要局限中心故障会影响全部用户1.2计算机网络的发展历史101.2.2ARPANET的诞生与分组交换把完整信息拆成分组，网络就能共享链路并绕开故障互联网“去中心化”思想的起点分组交换的三个关键拆分信息被分成带编号的数据包共享多个通信任务共同使用链路重组到达目的地后恢复原始信息容错某条路径故障时可选择其他路径1.2计算机网络的发展历史111.2.3—1.2.4统一协议与网络普及TCP/IP让不同网络互联，以太网与WWW让网络走向大众从“能连接”走向“都能使用”1969ARPANET分组交换验证1973以太网局域网高速共享1983TCP/IP异构网络统一互联1989WWWURL、HTML、HTTP1993Mosaic图形浏览器推动普及历史主线：共享计算资源→提高传输韧性→统一网络语言→降低使用门槛1.2计算机网络的发展历史121.2.5现代网络技术发展现代网络同时向高速、移动、物联和智能演进网络正从“传送数据”升级为“承载计算能力”现代网络高速全光网络、IPv64K/8K与低时延移动5G、Wi-Fi6/7随时随地接入物联IoT、工业互联网人机物全面互联智能云边协同、算力网络AI感知与调度1.2计算机网络的发展历史131.3网络有多大覆盖范围改变，速度、时延、管理方式和设备选择都会变化。PAN（个人）→LAN（建筑/园区）→MAN（城市）→WAN（跨地区/全球）31.3网络有多大14分类总览从个人到全球，网络覆盖范围逐级扩大范围越大，跨组织协调和路由复杂度通常越高PAN10m以内LAN建筑/园区，通常<10kmMAN城市，约10—100kmWAN跨城市、国家乃至全球判断方法先看覆盖范围，再结合所有权、速率、时延和核心技术交叉验证。1.3网络分类与结构151.3.1局域网（LAN）局域网覆盖范围小、速度高、时延低，通常由一个组织管理校园和企业内部网络的主体覆盖建筑、楼群或校园性能常见1—10Gbps，时延通常低设备交换机、无线AP、路由器管理通常归企业或学校所有1.3网络分类与结构161.3.2城域网（MAN）城域网把城市中的多个局域网连接成更大的网络处在局域网与广域网之间典型场景城市教育专网连接多所学校和数据中心政务网络连接区县、委办局与云平台运营商城域网提供光纤接入和骨干汇聚覆盖特征约10—100km1.3网络分类与结构171.3.3—1.3.4两个尺度的极端WAN跨越全球，PAN围绕个人；目标不同，技术选择也不同同一终端可以同时接入多个尺度的网络广域网WAN跨城市、国家和全球；依赖运营商骨干、路由与多种接入链路。个人区域网PAN围绕个人、短距离、低功耗；常用蓝牙、ZigBee。1.3网络分类与结构181.3.5四种网络对比不要只看距离：速率、时延、所有权和技术同样重要用多维证据判断网络类型维度PANLANMANWAN覆盖范围个人周围约10m建筑/园区通常<10km城市约10—100km跨城市/国家100km以上典型时延10—100ms通常<1ms数毫秒至数十毫秒数十至数百毫秒所有权个人学校/企业政府/运营商运营商/公共网络核心技术蓝牙、ZigBee以太网、Wi-Fi城域以太网、光纤MPLS、SD-WAN、路由典型场景耳机与手机校园网城市教育网互联网、跨省专网口诀只是起点：覆盖范围定大类，性能与管理方式做验证。1.3网络分类与结构191.4设备怎样连接拓扑不是“画得好看”，而是对成本、可靠性和故障范围的工程选择。物理拓扑与逻辑拓扑→五种典型结构→选型与故障分析41.4设备怎样连接201.4.1—1.4.2物理拓扑与逻辑拓扑同一网络可以“看起来是星型”，数据却按不同规则流动看得见的连接与看不见的路径物理拓扑设备、端口、线缆的实际安装关系交换机终端1终端2终端3终端4逻辑拓扑帧或数据包的实际传输路径与控制规则ABC1.4计算机网络拓扑结构21五种典型拓扑拓扑选择是在成本、扩展性和可靠性之间取平衡先识别结构，再分析故障影响总线型成本低，但主干故障影响全网星型易管理，中心设备是关键点树型便于分层扩展，依赖上层节点环型路径有序，扩展和维护较复杂网状冗余高、可靠性强，成本也高1.4计算机网络拓扑结构22拓扑选型可靠性越高，通常意味着更多链路和更高成本工程选择没有绝对最好，只有场景最合适低成本高成本高可靠可靠性总线型小型或历史系统星型办公室、校园接入树型分层园区网络环型特定骨干与工业网网状核心骨干、高可用场景1.4计算机网络拓扑结构23故障影响分析星型网络容易定位边缘故障，但中心设备必须重点保护拓扑决定故障会扩散到哪里场景A：一条终端链路断开交换机终端1终端2终端3终端4仅终端1受影响场景B：中心交换机故障故障终端1终端2终端3终端4全部终端通信中断1.4计算机网络拓扑结构241.5通信为什么要分层把复杂通信拆成七个职责清晰的层次，才能标准化、协作和定位故障。分层思想→OSI七层职责→端到端通信→封装与解封装51.5通信为什么要分层251.5.1为什么需要分层分层让每个团队只解决一类问题，并通过标准接口协作复杂系统的通用组织方法写内容应用需求装信封格式与会话分批寄送可靠传输选择路线跨网寻址本地派送链路交付车辆与道路比特传输降低复杂度｜便于标准化｜支持互操作｜方便分层排障1.5OSI参考模型261.5.2OSI七层参考模型上层面向用户与应用，下层面向网络与介质每层解决一种核心通信问题7应用层为用户应用提供网络服务6表示层编码、加密、压缩和格式转换5会话层建立、管理和终止会话4传输层端到端传输、可靠性与端口3网络层IP寻址与跨网络路由2数据链路层帧、MAC地址与本地交付1物理层比特、信号与传输介质资源子网应用层、表示层、会话层、传输层更接近用户、数据和应用进程通信子网网络层、数据链路层、物理层更接近转发设备、链路和介质1.5OSI参考模型27端系统与中间设备端系统处理完整七层，中间设备只处理转发所需层次每一跳完成本地交付，端到端完成应用通信主机从应用层一直处理到物理层路由器通常重点处理物理、链路和网络层交换/链路设备主要关注物理层和数据链路层核心规律越接近用户，处理层次越高1.5OSI参考模型28封装与解封装发送端逐层加控制信息，接收端按相反顺序解析数据名称随层次变化应用数据用户内容段Segment端口、序号包Packet源/目的IP帧Frame源/目的MAC比特Bits0和1的信号发送端：封装→←接收端：解封装每层只读取并处理属于自己的控制信息，然后把剩余数据交给相邻层。1.5OSI参考模型29OSI七层速查用“职责—对象—典型例子”理解层次，不死记名称排障时从现象对应到层次层次核心职责数据对象/标识典型协议、设备或技术7应用层直接提供网络服务应用数据HTTP、FTP、DNS6表示层格式、编码、加密、压缩数据格式TLS、JPEG、ASCII5会话层建立与管理会话会话状态Cookie、SessionID4传输层端到端传输段、端口号TCP、UDP3网络层寻址与路由包、IP地址IP、ICMP、路由器2数据链路层相邻节点交付帧、MAC地址以太网、Wi-Fi、交换机1物理层传送比特信号比特网线、光纤、无线电波记忆方法：用户看应用，进程看端口，主机看IP，网卡看MAC，介质传比特。1.5OSI参考模型301.6互联网实际怎样分层TCP/IP不是纸面蓝图，而是在互联网运行中形成并验证的协议体系。模型由来→四层结构→与OSI映射→网页访问全过程61.6互联网实际怎样分层311.6.1—1.6.2TCP/IP四层模型TCP/IP把OSI七层合并为四层，职责更贴近互联网实现层数不同，通信任务并没有消失应用层整合OSI应用、表示、会话层传输层TCP可靠传输，UDP快速传输互联网层IP寻址与跨网络路由网络接口层帧、信号和具体接入技术1.6TCP/IP模型32用TCP/IP解释一次网页访问一个点击背后，四层协议按顺序协同从浏览器请求到屏幕显示应用层DNS解析域名HTTP/HTTPS组织请求传输层TCP建立连接端口区分服务互联网层IP确定源和目的地址路由器逐跳转发网络接口层以太网/Wi-Fi成帧转为信号发送服务器响应时，数据沿相反方向返回，并在客户端逐层解封装。1.6TCP/IP模型331.6.3OSI与TCP/IP模型对比OSI帮助理解，TCP/IP支撑运行；两者视角不同但职责可映射理论框架与工程标准结论：学习OSI建立分层思维，使用TCP/IP解释真实互联网。1.6TCP/IP模型34分层排障：网页打不开时从哪里查按层检查能快速缩小问题范围从最基础的链路逐步走向应用1物理/接口网线、Wi-Fi、端口灯是否正常？2数据链路是否接入正确VLAN？MAC学习是否正常？3互联网层IP、网关、路由、ping是否正常？4传输层TCP端口是否可达？防火墙是否放行？5应用层DNS、HTTP服务和浏览器配置是否正常？原则：先确认底层是否可用，再检查上层服务；避免一开始就重装软件。第1章综合应用35课堂检验把概念用于判断、解释与排障答案不只要选对，还要说明依据1.仅有物理连接，没有统