大连理工大学-计算机基础教学-完整-第-5-1章ppt课件

1、大学计算机基础,第五章计算机网络基础,第五章计算机网络及应用,主要内容：5.1计算机网络概述5.2计算机网络的组成5.3局域网5.4网络应用,5.1.1计算机网络的定义与功能,计算机网络是利用通信线路和网络设备，将位于不同地理位置的且具有独立功能的计算机连接起来，在网络软件的支持下，实现计算机的分布与协同工作，进行信息交换和软、硬件资源共享。,计算机,通信协议和网络软件,网络可以构造地区性的网络、企事业内部网络、局域网网络，甚至家庭网络和个人网络。网络的根本特征并不一定是它的规模，而是资源共享。,其中计算机、通信线路和网络设备以及通信协议和网络软件是组成网络的三大要素。,计算机网络的要点：-分

2、布的地理位置不同-互联的计算机具有独立功能-通过通信线路和网络设备连接-通过通信协议和网络软件控制和管理-以资源共享为核心,计算机网络的功能,信息交换计算机网络的最基本功能，实现计算机之间快速、可靠传送各种信息。资源共享计算机网络的最主要功能，共享网络上的硬件设备和软件及数据资源。资源包括高性能计算机、存储资源、数据资源、信息资源、知识资源、专家资源、大型数据库、网络、传感器等。3.分布式处理利用网络环境实现分布处理和建立性能优良、可靠性高的分布式功能数据库系统。将多台计算机整合起来共同承担计算和存储任务。,同学门可以思考一下，平时你利用网络都做些什么？,5.1.2计算机网络的产生与发展,一台

3、计算机（主机）是网络的中心和控制者，终端（键盘和显示器）分布在各处并与主机相连。,第一阶段：以单机为中心的远程联机系统,系统中除了这台中心计算机外，其余终端不具备存储和数据处理能力，用户通过本地的终端使用远程的主机。实际上不是一个网络，只是一个分布在不同地方的远程联机系统。,5.1.3计算机网络的发展,用户通过终端不仅可以共享本主机上的软硬件资源，还可以共享通信子网中其他主机上的软硬件资源。,第二阶段：多台主机互联的通信系统,但是由于没有成熟的网络操作系统软件来管理网络上的资源，只能称为网络的初级阶段。典型代表是ARPANET。,第三阶段：国际标准化的计算机网络,5.1.3计算机网络的发展,国

4、际标准化组织（ISO）在1981年颁布了世界范围内的网络互联标准，称为开放式系统互连参考模型（OSI/RM）。80到90年代初，是互联网飞速发展的阶段，Internet的快速发展和广泛应用使计算机网络进入了崭新的阶段。,20世纪70年代，局域网诞生并以以太网为主进行推广使用，为了使不同体系结构的网络能够相互交换信息，国际标准化组织（ISO）在1981年颁布了世界范围内的网络互联标准，称为开放式系统互连参考模型（OSI/RM），极大地促进了计算机网络技术的发展。,将分散的网络互联，在更大范围内实现资源共享，即形成互联网。,第四阶段:以互联网为中心的新一代网络,5.1.3计算机网络的发展,5.1.

5、3计算机网络分类,可从不同的角度对计算机网络进行分类,按覆盖范围与规模分类局域网、城域网、广域网按网络拓扑结构分类星形、树形、环形、网状、总线按通信介质分类有线网是采用同轴电缆、双绞线、光纤等物理介质传输数据的网络。无线网是采用卫星、微波等无线形式来传输数据的网络。按使用范围分类公用网、专用网,公用网是对全社会开放提供服务的网络，例如国家电信部门经营的公用数据网，只要按规定缴费便可以使用。专用网是某个部门因某种需建立的网络，如军队、铁路、公安、银行等都设有专用网络。,按覆盖范围与规模分类,局域网(LocalAreaNetwork,LAN）小于10km的覆盖范围有线与无线连接兼有结构简单容易实现

6、网内传输速率较高，误码率低技术成熟，易于扩充管理是广域网的组成部分主要有两种：以太网（Ethernet)和无线局域网(WLAN),局域网城域网广域网互联网,按覆盖范围与规模分类,局域网城域网广域网互联网,城域网(MetropolitanAreaNetwork,MAN）几十到几百公里范围在一个城市或地区，连接多个不同应用的局域网，城域网是为整个城市而不是为某一个特定部门服务的城域网建设更集中于通信子网上是本地用户通向国内或国际广域网的桥梁。,按覆盖范围与规模分类,广域网(WideAreaNetwork,WAN）覆盖范围更广，从几百公里到几千公里由通信子网和资源子网组成数据传输率比局域网低，而信号

7、的传输延迟比局域网要大得多采用存储转发方式进行数据交换可以链接任意远的任意两台计算机,局域网城域网广域网互联网,常见广域网：公用电话网（PublicSwitchedTelephonenetworkPSTN)DDN专线;综合业务数字网ISDN,按覆盖范围与规模分类,互联网：Internet多个网络相互连接构成的集合通过网关进行转换连接Internet是目前覆盖范围最大，应用最广的计算机网络，是由许多局域网和广域网通过相同的通信协议连接组成互联网络。,局域网城域网广域网互联网,总线型结构网络,特点：结构简单，可靠性高布线容易，连线总长度小于星型结构对站点扩充和删除容易总线任务重，易产生瓶颈问题总线

8、本身的故障对系统是毁灭性的总线主干两端必须做终结处理,所有主机都通过相应的硬件接口链接到一根中心传输线上（总线，bus）,按网络结构分类,环型结构网络,特点：传输速率高，传输距离远各结点的地位和作用相同各结点传输信息的时间固定容易实现分布式控制站点故障会引起整个网络的崩溃,所有主机都通过相应的硬件接口链接到一个封闭的环上，实际上是首尾相连的总线结构。,按网络结构分类,星型结构网络,特点：通信协议简单对外围站点要求不高单个站点故障不会影响全网电路利用率低，连线费用大网络性能依赖中央结点每个站点需要有一个专用链路,所有的结点都通过独立的线路链接到一个中心的交汇点，中心节点外的任何两个节点之间没有直

9、接联通的线路。,按网络结构分类,树型结构网络,按网络结构分类,特点：任意两个节点之间不产生回路每个链路都支持双向传输网络中节点扩充方便灵活除叶节点外，任何一个节点及其链路发生故障都会影响网络,主机按级分层连接，是星型结构的扩展，它采用分层结构，具有一个节点和多层分支节点。,网状结构网络,按网络结构分类,特点：节点间路径多，碰撞和阻塞减少局部的故障不会影响整个网络网络扩充和主机入网比较灵活、简单。缺点：网络机制复杂，建网不易,一种无规则的连接方式，任一个结点至少有两条线路与其他结点相连。,其它分类方式,按通信传播方式分类可以将网络划分为点对点传播方式和广播式传播方式。按通信介质分类可将网络分为有

10、线网和无线网。有线网是采用同轴电缆、双绞线、光纤等物理介质传输数据的网络。无线网是采用卫星、微波等无线形式来传输数据的网络。按带宽和速率分类根据带宽可以将网络分成窄带网和宽带网（赫兹Hz）。根据传输速率可将网络分为低速网、中速网和高速网（比特数（bit/s）。按使用范围分类根据使用的范围不同，可以将网络划分成公用网和专用网,计算机网络体系结构通信系统的架构连通规则信息的传递方式研究重点是计算机之间的互联和信息传输网络模型OSI参考模型:为解不同系统的互连而提出的模型。TCP/IP体系结构例如通过邮政服务寄送信件的过程。,5.1.4计算机网络的体系结构,网络协议,协议（Protocol）协议是通

11、信双方为了交流而设计的规则，即关于信息传输顺序、信息格式和信息内容等的约定。由以下三部分组成：语法：数据与控制信息的结构或格式。哪部分表示数据，哪部分表示接收方的地址，解决通信双方之间如何讲的问题。语义：每部分控制信息和数据的所代表的含义。用来说明通信双方应当怎么做。时序：详细说明事件如何实现。确定通信双方之间“讲”的步骤。在计算机网络中，只有配置相同协议的计算机才能够进行通信。人类社会中到处都有这样的协议。,B主机,开放系统互连OSI参考模型,如果主机A上的进程P1向主机B上的进程P2传送数据,P1先将数据交给应用层,应用层在数据上加上必要的控制信息变成下一层的数据.表示层收到数据后加上本层

12、的控制信息,再交给会话层,依次类推.到达物理层后,由于是比特流的传送,不必加控制信息.,当传送到对方站点时,就从物理层开始依次上升到应用层.每一层根据对应的控制信息进行必要的操作,剥去控制信息后,将剩余的数据提交给上一层.,A主机,例：主机A上的进程P1向主机B上的进程P2传送数据的过程。,TCP/IP体系结构,传输层,应用层,表示层,会话层,链路层,网络层,应用层,物理层,传输层,网际层（IP层）,网络接口层,OSI参考模型TCP/IP模型,接收以太网数据报并通过特定的网络进行传输,负责相同或不同网络中计算机之间的通信,主要处理数据报和路由.,提供TCP协议和用户数据报协议.,向用户提供常用

13、的应用协议:Telenet,SMTP,DNS等,有100多个协议，最主要的是TCP/IP,相似之处：都是分层结构，层的定义相似。但仍是两个不同的网络体系结构。,一组工业标准协议，简称为TCP/IP协议。它具体包括了100多个不同功能的协议，是互联网络上的“交通规则”。其中最主要的是TCP和IP协议。TCP用于保证被传送的信息的完整性，IP负责将消息从一个地方传送到另一个地方。TCP/IP协议的主要特点：标准化，几乎任何网络软件或设备都能在该协议下运行；可路由性，这使得用户可以将多个局域网连成一个大型互联网络。,TCP/IP,IP的工作：将数据报发送到指定的地址（这个地址称为IP地址），在传送时

14、它在主机与主机之间选择路由器。TCP的工作：将要传送的信息分割成几部分，每部分标有序列号和接收地址。然后将这些分割的报文通过网络发送。在另一端，TCP接收这些包并检查错误，发生错误，TCP就请求重发。一旦所有包都已正确地收到，TCP就根据序列号重新构造原来的信息。,5.2计算机网络的组成,5.2.1网络中的主机5.2.2网络传输介质5.2.3网络连接设备5.2.4网络协议5.2.5网络操作系统,计算机网络由网络硬件和网络软件组成,5.2.1网络中的主机,工作站连接到网络上的用户使用的个人计算机，都可以称为工作站。用户通过工作站使用服务器提供的服务和网络资源。,服务器提供网络资源和网络管理,根据

15、网络工作站提出的请求,对网络用户提供服务。,对等网络（PeertoPeer）模式网络中的所有计算机都具有同等地位，没有主次之分，任何一台计算机所拥有的资源都能作为网络资源，可被其他计算机上的用户共享。客户机/服务器（Client/Server）模式网络中至少由一台计算机作为服务器，为整个网络提供资源和服务。客户机提出服务请求，由服务器提供服务并将结果返回给用户。客户端要求预先安装应用软件,计算机在网络中的工作模式,C/S模式的应用系统最大的好处是不依赖企业外网环境，即无论企业是否能够上网，都不影响应用。C/S结构的优点是能充分发挥客户端的处理能力，很多工作可以在客户端处理后再提交给服务器。对应

16、的优点就是客户端响应速度快。缺点主要有以下几个：只适用于局域网。而随着互联网的飞速发展，移动办公和分布式办公越来越普及，这需要系统具有扩展性。这种方式远程访问需要专门的技术，同时要对系统进行专门的设计来处理分布式的数据。客户端需要安装专用的客户端软件。,-浏览器/服务器（B/S）模式对C/S模式的一种改进网络结构完全相同用户表现完全在服务器上实现,浏览器端：带有浏览器软件的计算机,服务器端,5.2.2网络传输介质,有线传输介质双绞线一类至六类，目前最常用的是超五类双绞线。传输距离小于100米,组网方便,价格便宜。同轴电缆传输速率与双绞线类似，价格是其两倍。光纤多模光纤，芯线粗、传输距离短、成本

17、低。单模光纤，成本高、可远距离传输，应用广泛。,无线传输介质,采用无线介质连接的网络称为无线网微波通信通信不受雨、雾等天气的影响。通过微波中继站来延长微波通信的距离。卫星通信频带宽、容量大、通信距离远、可靠性高。,红外线通信控制简单、实施方便、保密性强、信息容量大。通信距离短，易受尘埃等物质影响，遇障碍物通讯将中断。激光通信使用方便、安全保密、实施成本相对低廉、建网快速、信息容量大等。只能在视线范围内建立链路，通信距离受限。,无线传输介质,5.2.3网络连接设备,网卡（NIC-NetworkInterfaceCard）用于实现计算机和网络线缆之间的物理连接每块网卡都有唯一的MAC地址以太网卡（

18、使用最多的）与计算机大多采用PCI接口与网络接口大多为RJ-45接口（双绞线连接）按传输速率可分为：10M、100M、1000M网卡无线网卡按接口可分为PCI网卡与USB网卡专用于笔记本电脑的PCMCIA网卡,MAC地址,MAC地址也叫物理地址、硬件地址或链路地址，由网络设备制造商生产时写在网卡中。每块网卡都有自己唯一的MAC地址。MAC地址在计算机里都是以二进制表示的。MAC地址的长度为48位（6个字节），通常表示为12个16进制数，每2个16进制数之间用冒号隔开，如：08:00:20:0A:8C:6D就是一个MAC地址，其中前6位16进制数08:00:20代表网络硬件制造商的编号，而后3位

19、16进制数0A:8C:6D代表该制造商所制造的网卡的系列号。,集线器（Hub）网络传输媒介的中间节点，具有信号再生转发功能应用简单、价格便宜共享设备，传输效率低，将被交换机取代有4端口、8端口、16端口和32端口等规格,5.2.3网络连接设备,用HUB联网实例,用中继器扩展网络有效长度,中继器延长网络传输距离的设备OSI模型的物理层上实现信号放大和再生,网桥,在有些情况下，一个单一的局域网往往不能胜任工作，如地理履盖范围超过了网络规定的总长度(以太网只有2.5km)，两个不同的局域网为了共享资源需要互相连接起来，这时就需要用网桥。网桥还具有隔离网段的功能，所以它可以调整网络的负载，屏蔽某些节点

20、故障，提高网络的可靠性，并由于其隔离能力可以提高网络安全性、保密性。由于网桥是工作在数据链路层，这样用网桥所连接的网络覆盖范围可以不受以太网的最大长度限制。,网桥,LAN1,LAN2,用网桥连接两个相同或不同的局域网,交换机（Switch）也称交换式集线器，是局域网中最主要的连接设备，连接的是同一个网络。交换机设计目的是解决通信网络带宽不足的问题。主要特点是提高了每个工作站的平均占有带宽并提供了网络整体的集合带宽，具有高通信流量、低延时和低价格。,路由器（Router)用于连接多个逻辑分开的网络在信息包传递时实现“路由选择”功能处于ISO模型的网络层（第3层）的互联设备是Internet中骨干

21、网间互联必不可少的设备主要功能：网络互联、数据处理、网络管理。,路由器是一种连接多个网络或网段的网络设备，它能将不同网络或网段之间的数据信息进行“翻译”，以使它们能够相互“读懂”对方的数据，从而构成一个更大的网络。是广域网的主要设备。路由器主要有以下几种功能：-网络互连：路由器支持各种局域网和广域网接口，主要用于互连局域网和广域网，实现不同网络互相通信；-数据处理：提供包括分组过滤、分组转发、优先级、复用、加密、压缩和防火墙等功能；-网络管理：路由器提供包括配置管理、性能管理、容错管理和流量控制等功能。,网络连接设备,用路由器连接网络,网关,网关(Gateway)是一种更复杂的网络连接设备，用

22、于连接网络层之上执行不同协议的子网，组成异构的互连网，能实现异构设备之间的通信，对不同的传输层、会话层、表示层、应用层协议进行翻译和变换,网关实现网络互连,调制解调器实现数字信号与模拟信号之间的转换传统调制解调器ISDN调制解调器可为用户同时提供语音和数据传输服务电缆调制解调器使用有线电视线路与计算机网络的之间信号的转换DSL调制解调器实现现有铜质电话线与计算机网络的宽带连接ADSL调制解调器，标准速率为1M8MbpsVDSL调制解调器，标准速率为1M10Mbps,5.2.3网络连接设备,网络互联利用中继器、网桥、路由器、网关等互联设备将两个及两个以上的网络相互联接起来构成的系统。网络互联的类

23、型局域网-局域网、局域网-广域网广域网-广域网、局域网-广域网-局域网网络互联的设备物理层：中继器(repeater)。数据链路层：网桥或桥接器(bridge)。网络层：路由器(router)。网络层以上：网关(gateway)。,总结,5.2.4网络协议与软件,网络操作系统支持网络协议、进行网络管理和控制网络协议实现网络之间的通信和连接,5.2.5网络地址与域名系统,与Internet相连的任何一台计算机,不管最大型还是最小型,都被称为主机。根据连网的方式不同，每台连入网络的计算机都要有一个网络中的地址，标识自己的身份。在Internet中不允许有两个设备具有同样的IP地址。如某台主机的主机

24、号码是：11001010.01100011.01100000.10001100这个由32位二进制数组成的主机号码就是这台主机的IP地址。IPv4代表IP地址的第4版本.v6代表是第6版本.IP地址是在Internet网络中为每一台主机分配的唯一标志。为了便于记忆，把IP地址按8位为一组分成四组，组与组之间用圆点分隔，每组的数用十进制表示。例如上面的IP地址通常被记为：202.99.96.140,IP地址,IPv4地址结构：网络部分+机器部分分为A、B、C、D、E五类：,第1字节值介于192223之间的地址就是一个C类地址,每个C类网络仅可有254台主机。,几个特别的专用地址不能分配：主机地址全

25、为“1”为广播地址，全为“0”为网络地址。不能用127作为网络地址。32位全为“1”为在本网内广播的地址,由网络权利机构分配，保证地址全球唯一,由各网络管理员分配，保证该网络中的唯一性,IP地址类型（IPv4版本）,允许数量,子网掩码,子网掩码也是一个32位二进制数，在寻址时通过子网掩码对IP地址进行屏蔽运算，先找出网络部分，再确定子网中的主机地址。相同子网的计算机通信时不需要经过路由。子网掩码某位为1，表示该位所对应IP地址中的一位是网络地址部分中的一位，若某位为0，表示它对应IP地址中的一位是主机地址部分中的一位。,A类地址的掩码:255.0.0.0B类地址的掩码:255.255.0.0C

26、类地址的掩码:255.255.255.0,IP地址202.112.0.36与掩码255.255.255.0进行“与”运算，可得到网络地址202.112.0，屏蔽IP地址中的网络部分，可得到中国教育科研网主机地址36。,域名系统,为了便于记忆，Internet上采用域名服务系统将网络主机用域名来进行标识域名采用层次结构，如：表示：大连理工大学.教育机构.中国网络访问时，由网络上的域名解析服务系统DNS（DomainNameSystem）进行域名和IP地址之间的转换域名注册由各级专门的域名注册机构承担,Internet上使用的机构性最高域名,中国的域名,中国行政区域域名,中国的类别域名,大学计算机

27、基础,5-3局域网,5.3.1局域网的特点,功能:由一组计算机和其他设备在物理地址上彼此相隔不远，允许用户相互通信和共享资源的方式互连在一起的系统。技术:局域网是由特定类型的传输媒体和网络适配器互连在一起的计算机，并受网络操作系统监控的网络系统。,局域网特点覆盖范围比较小数据传输速率高传输延时小出错率低等局域网的关键要素拓扑结构：总线型和环状传输介质：双绞线、同轴电缆、光纤布局设计：总线性或星型介质访问控制：载波监听多路访问/冲突检测或令牌,5.3.2局域网标准,常用的局域网标准有两个：IEEE802.3(以太网）和IEEE802.11（无线局域网）为实现局域网中任何两台计算机之间通信，网络中

28、的每台计算机都要有一个地址。IEEE802标准为局域网的每一个设备规定了一个物理地址（MAC地址），固化在网卡的ROM中。发送数据时，数据中必须包含自己的物理地址和接收方的物理地址；在传输数据时，其他计算机的网卡都要检测该数据中的目的物理地址，已决定是否该接收该数据。,5.3.3以太网,采用IEEE802.3标准组建的局域网就是以太网（Ethernet),是有线局域网。四代产品：标准以太网：1975年推出，数据传输率10Mb/s快速以太网：1995年推出,数据传输率100Mb/s千兆以太网：1998年推出,数据传输率1000Mb/s万兆以太网：2002年推出,数据传输率10000Mb/s连网方式:最初：同轴电缆连接成总线形现在：双绞线连接成星形/树形/网状形,5.3.4无线局域网WLAN,采用无线介质传输的局域网（IEE