计算机导论 第6章 计算机网络

1、1,第6章 计算机网络,6.1 计算机网络的基本情况 6.2 网络互联设备 6.3 局域网 6.4 Internet,逸轩智雨,2,学习目标,掌握计算机网络的概念 了解计算机网络发展情况 掌握计算机网络分类及拓扑结构 了解网络协议及体系结构 知道网络互联设备 掌握局域网的组成及参考模型 把握Internet的基本应用,3,计算机网络,计算机网络是由不同通信媒体连接的、物理上独立的多台计算机组成的、将需传输的数据分成不同长度的分组进行传输和处理的系统 多台自主计算机的互联系统 用户必须指定网络中哪一台计算机来完成什么样的操作,4,6.1.1计算机网络的发展,计算机网络（Computer Netw

2、ork) 就是将地理上分散布置的具有独立功能的多台计算机（系统）或由计算机控制的外部设备，利用通信手段通过通信设备和线路连接起来，按照特定的通信协议进行信息交流，实现资源共享的系统。 计算机网络的发展到现在为止大致经历了四个阶段： 第一代：远程终端连接 第二代：计算机网络阶段（局域网） 第三代：计算机网络互联阶段（广域网、Internet） 第四代：信息高速公路（高速，多业务，大数据量）,5,6.1.2计算机网络的分类,1. 根据组成计算机网络的地理分类： (1)广域计算机网络（WAN） (2)城域网（MAN） (3)局域计算机网络（LAN）,6,局域网 LAN （Local Area Net

3、work ）,地域：覆盖范围较小 传输技术：,总线型 IEEE 802.3（以太网）CSMA/CD 10M 总线型 IEEE 802.4（令牌总线）10M 环 型 IEEE 802.5（IBM令牌环）4M 16M,7,城域网 MAN （Metropolitan Area Network）,大型的LAN,私有网络 一个连锁超市，有十几个或几十个分布在市内 公用网络 网易,8,广域网 WAN （Wide Area Network）,跨越地域较大的网络,主机（host） 端点系统（end system） 通信子网（communication subnet） 简称子网 资源子网（ resource s

4、ubnet）,9,6.1.2计算机网络的分类,2. 按网络的使用范围划分： (1)公用网：由国家电信部门组建、控制和管理，为全社会提供服务的公共数据网络，凡是愿意按规定交纳费用的都可以使用。 (2)专用网：由某部门或公司组建、控制和管理，为特殊业务需要而组建的，不允许其它部门或单位使用的网络。,10,6.1.2计算机网络的分类,3.按网络的管理方式分： (1)对等式网络结构 对等网是最简单的网络，网络中不需要专门的服务器，网络维护容易；但较难实现数据的集中管理与监控，整个系统的安全性也较低 (2)专用服务器结构 需要一台专用的文件服务器，所有文件的读取、消息的传送等，都在服务器的控制下进行。是

5、一种集中管理、分散处理的方式。 (3)客户机服务器结构 客户机或服务器并没有一定的界限，必要时两者角色可以互换。客户机和服务器完全按其所扮演的角色而定。,11,6.1.3计算机网络的拓扑结构,网络的拓扑结构是用网中结点与通信线路之间的几何关系表示的网络结构，它反映了网络中各实体间的结构关系,将网络单元抽象成为“点” 1星型结构 2总线结构 3环型结构 4树型结构 5网型结构,12,6.1.3计算机网络的拓扑结构,1星型结构 星型结构的特点：星型拓扑结构简单，便于管理和维护；星型结构易扩充，易升级；对中心结点的要求比较高，一旦出现故障，全网瘫痪。,13,6.1.3计算机网络的拓扑结构,2总线结构

6、 总线型结构特点：组网比较简单，扩展网络的结点也比较简单。但对网络的连接较高，一个结点出问题，将影响整个网络,14,6.1.3计算机网络的拓扑结构,3环型结构 在环型网络中，各工作站间无主从关系，结构简单；信息流在网络中沿环单向传递，延迟固定，实时性较好；可扩充性和可靠性都差。,15,6.1.3计算机网络的拓扑结构,4树型结构 易于扩展，可靠性高；根结点的依赖性大，根结点出现故障，将导致全网不能工作。,16,6.1.3计算机网络的拓扑结构,5网型结构 每个结点都有冗余链路 ，可靠性高 可以选择最佳路径； 结构复杂，不易管理和维护； 适用于大型广域网； 线路成本高,17,网型结构,18,6.1.

7、4 计算机网络协议和体系结构,1 网络协议与层次 定义 计算机网络协议是互连的计算机上对等实体间交换信息的规则和约定，也就是通信各方就如何通信达成的协定。 概念 分层 实体（有限状态机），对等实体 接口，服务，服务提供者，服务用户,19,6.1.4 计算机网络协议和体系结构,2 计算机网络的分层模型 通过每一层实现一种相对独立的功能来简化问题 每一层的设计都是独立的，它不必关心下一层是如何实现的，只需知道下一层为我提供的服务，和我必须为上一层提供哪些服务 当由于技术的变化使某层的实现需要变化时，不影响其他的层次,20,6.1.4 计算机网络协议和体系结构,3 计算机网络体系结构 计算机网络的各

8、层以及其协议的结合，称为网络的体系结构。 网络体系结构只是从功能上描述计算机网络的结构，而不涉及每层硬件和软件的组成，也不涉及这些硬件或软件的实现问题。 世界上第一个网络体系结构是1974年由IBM公司提出的“系统网络体系结构SNA”。之后，许多公司纷纷提出了各自的网络体系结构。,21,6.1.4 计算机网络协议和体系结构,4 OSI/RM体系结构 ISO将网络通信功能分成一组层次分明的分层结构，每一层各自执行自己承担的任务，层与层之间相互沟通。依靠各层次之间的功能组合，为用户提供与其它节点用户之间存取通路。每一层的目标都是为高一层提供一定的服务，数据在一个节点到另一个节点之间的通信过程，是每

9、一层将数据和控制信息传递给紧接着它的下一层，一直到达最下一层，在最下一层通过传输介质实现与另一个节点的物理通信。,22,6.1.4 计算机网络协议和体系结构,4 OSI/RM体系结构,23,物理层（physical layer）,与传输媒体的接口，完成传输媒体上的信号与二进制数据间的转换,物理接口上发送或接收的是一串以某种规则表示的二进制的数据 物理层定义的是接口的机械特性、电气特性、功能和过程特性等 例如：插头、插座的几何尺寸，每根引脚的功能定义，逻辑0和1的电平定义，信号宽带定义,24,数据链路层（data link layer）,提供点到点的可靠传输，通常需把数据分成帧，并且保证帧的正确

10、发送和接收 识别帧的标志 帧的发送和接收，需校验、确认 发送方在超时或收到否定性确认后，要重发 重复帧要丢弃 在共享网络中，需解决信道共享问题等,25,网络层（network layer）,提供主机到主机的通路，其间可能存在多条通路，网络层将实现的功能包括： 选择路由 拥塞控制 协议的转换 分段和重组 对用户的分组、字符等计数 等等,26,传输层（transport layer）,提供端到端的通路，应用到应用的通路 传输层将把高层要求传输的数据分成若干个报文 报文与帧不一样，帧只有帧标志（起始标志、结束标志），而报文有信源和信宿的地址及端口、报文的顺序号、确认号等等 低三层的通信对象通常是路由

11、器，传输层是端到端的，必须考虑该报文怎样才能从源端正确地传输到目的端，而源端和目的端通常是主机,27,会话层（session layer）,建立有关会话的机制，或双向对话，或双向对话时要有切换等,如：说的一方应说一段就听一下对方的反应，因为，可能线路已断,28,表示层（presentation layer）,表示层关心的是语法和语义 对相关的数据的描述采用抽象的定义，如浮点数都用科学表示法 相关数据的表示法转换 抽象数据结构的转换,29,应用层（application layer）,包括所有应用方面的协议 如：全屏幕功能，不同的终端其控制字符不尽相同，应作相应的转换，通常定义一个网络虚拟终端

12、不同系统之间的文件传输的方式不同，但表示的形式必须一致,30,6.1.4 计算机网络协议和体系结构,5 TCP/IP的体系结构 TCP/IP模型是由美国国防部创建的,是发展至今最成功的通信协议.它被用于构筑目前最大的、开放的互联网络系统Internet。 (1)TCP/IP协议的特点 开放的协议标准，可以免费使用，并且独立于特定的计算机硬件与操作系统； 独立于特定的网络硬件，可以运行在局域网、广域网，更适用于互连网中； 统一的网络地址分配方案，使得整个TCP/IP设备在网中都具有唯一的地址； 标准化的高层协议，可以提供多种可靠的用户服务。,31,6.1.4 计算机网络协议和体系结构,5 TCP

13、/IP的体系结构 (2)TCP/IP的层次结构 TCP/IP分为四个层次，分别是网络接口层、网际层、传输层和应用层。,TCP/IP和OSI层次结构的对照关系,32,6.1.4 计算机网络协议和体系结构,5 TCP/IP的体系结构 (2)TCP/IP的层次结构 TCP/IP分为四个层次，分别是网络接口层、网际层、传输层和应用层。,TCP/IP和OSI层次结构的对照关系,33,6.2 网络互联设备,网络互联：指通过采用合适的技术和设备，将不同地理位置的计算机网络连接起来，形成一个范围、规模更大的网络系统 网络互连常用的网络设备有集线器，交换机，、网桥、路由器和网关等。,34,集线器 集线器（HUB

14、）是局域网的一种重要设备，双绞线通过集线器将网络中的计算机连接在一起，完成网络的通信功能。,35,特点： 在星型结构中，它是连接的中间结点，它起放大信号的作用。 所有设备共享Hub的带宽，也就是说，如果hub的带宽是10OM，连结了10了设备，每个设备就是10M。 Hub所有端口共享一个MAC地址。 按端口分类：集线器有4端口、8端口、16端口和32端口等不同规格。 按总线结构分类：可分为ISA卡和PCI卡。 按其传输速率可分为10M、100M、10/100M自适应、1000M。,36,2交换机 交换机原来是公用电话网中的关键设备，用来实现主叫和被叫之间的接续。将这种交换技术的基本原理应用于计

15、算机网络，就形成了网络交换机。 交换机分类： 从传输介质和传输速度上看，交换机可以分为以太网交换机、快速以太网交换机、千兆以太网交换机、FDDI交换机、ATM交换机和令牌环交换机等多种。,37,从所应用的网络规模上可分为，局域网交换机可以分为企业级交换机、部门级交换机和工作组级交换机三类 。分别支持500、300和100信息点。一般支持100 以内的小型企业所应用的交换机一般作为工作组级交换机。 按应用范围可分为桌面型交换机（Desktop Switch）、组型交换机（Workgroup Switch）和校园网交换机（Campus Switch）三类。,38,以太网交换机产品,全千兆系列,S5

16、000,S5600,S8505,S8512,S8508,万兆核心85系列,高端65系列,S6503,S6506,S6506R,千兆系列,S3500,S3000,S3900,百兆系列,S2108,S2116,S2126,S6502,39,路由器的分类：,路由器分本地路由器和远程路由器，本地路由器是用来连接网络传输介质的，如光纤、同轴电缆、双绞线。 远程路由器是用来连接远程传输介质，并要求相应的设备，如电话线要配调制解调器，无线要通过无线接收机、发射机。,40,路由器的功能： 在网络间截获发送到远地网段的报文，起转发的作用。 选择最合理的路由，引导通信。 把通信引导到目的地网络，然后到达特定的节点

17、站地址。 能过滤出广播信息以避免网络拥塞；通过设定隔离和安全参数，禁止某种数据传输到网络，并具有网络流量控制功能。,41,路由器,42,网桥,网桥(Bridge)又称桥接器,网桥工作在数据链路层,它能将一个较大的LAN 分割为多个网段，或将两个以上相同或不相同的 LAN互连组成一个扩展的逻辑局域网络，LAN上的所有用户都可访问服务器。 网桥特点: 连接同构型LAN; 扩展工作站的平均占有频带; 扩展LAN的地址范围; 提高网络性能及可靠性; 灵活地适应各种不同应用的需要。,43,网关,网关(Gateway)又称网间连接器或协议转换器。网关既可以用于广域网互连，也可以用于局域网互连。其功能如下：

18、 （1）用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。 （2）网关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。 （3）网关具有对不兼容的高层协议进行转换的功能，,44,防火墙,防火墙 (firewall)是指一个由软件或硬件设备组合而成，处于网络与外界通道(Internet)之间，限制外界用户对内部网络访问及管理内部用户访问外界网络的权限。 防火墙的作用：它能增强机构内部网络的安全性。,45,小结,计算机网络的概念 计算机网络的发展 计算机网络的分类 网络的拓扑结构 网络协议及体系结构 网络互联设备,46,练习与思考,看书： 计算机网络主要有什

19、么作用？ 计算机网络怎样进行分类？ 网络互联设备主要有哪些？,47,6.3 局域网,局域网由网络硬件和网络软件两部分组成。 1局域网硬件系统：硬件设备通常包括：网络服务器、工作站、网络适配器、网络传输介质和网络连接部件等。 (1)网络服务器（Server） 服务器用于向用户提供各种网络服务： 文件服务、Web服务、FTP服务、E-mail服务、数据库服务、打印服务、流媒体服务等等。,48,6.3 局域网,(2)工作站(Workstation) 工作站也成为客户机（Client），可以是一般的PC，也可以是专用的计算机。它通过网卡和通信电缆连接到网络服务器上，可以有自己的操作系统，独立工作。 工

20、作站通过网络对网络服务器进行访问，从网络服务器中取得程序和数据后，在工作站上执行；对数据进行加工处理后，又将处理结果存回到网络服务器中。 工作站面向用户，供用户直接使用。,49,6.3 局域网,(3)网络适配器（Network Adapter） 网络适配器又称网络接口卡（NIC），简称网卡，是将网络各个节点上的设备连接到网络上的接口部件。 网络服务器和每个工作站上都至少安装有一块网络适配卡，通过网卡与公共的通信电缆相连接。 网卡的工作原理为：整理计算机上要发往网线上的数据，并将数据分解为适当大小的数据包之后向网络上发送出去。,50,每块网卡在出厂时被分配了一个全球唯一的48位编码，称为网卡的物

21、理地址或MAC地址，用来标识联网的计算机或其他设备。MAC地址通常由网卡生产厂家在生产时烧入（固化）ROM中的，前24位有IEEE注册委员会统一分配，后24位由厂家自行分配。 要根据局域网的传输介质、计算机总线类型和总线宽度来选择网卡。不同的传输介质、不同的总线类型、不同的总线宽度，应选用不同的网卡。,51,(4)网络传输介质 网络传输介质是决定网络传输速率、网络段最大长度、传输可靠性（抗电磁场干扰）以及网卡复杂性的重要因素。网络传输介质是网络中传输数据、连接各网络节点的实体，在局域网中常见的网络传输介质有双绞线、同轴电缆、光缆3种。其中，双绞线是经常使用的传输介质，它一般用于星形网络中，同轴

22、电缆一般用于总线型网络，光缆一般用于主干网的连接。,52,6.3.2局域网的参考模型,局域网是一种通信子网。 局域网的参考模型就只是相当于OSI最低的两层-数据链路层和物理层。 为了使局域网中的数据链路层不致于过于复杂，将局域网的数据链路层划分两个子层： 媒体接入控制子层-MAC（Medium Access Control） 逻辑链路控制子层-LLC（Logical Link Control）,53,54,以太网和IEEE802.3标准,以太网（Ethernet)是一个局域网组网规范，后变成IEEE802.3，ISO802.3。 以太网分类： 标准以太网，快速以太网，千兆以太网，万兆以太网。,

23、55,6.4 Internet,(1)它是一个互联网络，即将世界范围内的各种不同的网络，各种不同的计算机互相连接在一起，实现互相通信和资源共享。 (2)因特网是以TCP/IP协议为基础的，即各个不同网络中的计算机，都使用TCP/IP协议来互相通信，实现了所谓的“开放系统互联”。,56,因特网的成型：,1986年，美国国家科学基金会( NSF)开始将美国各地科研结构的计算中心连接到分布不同地区的五个超级计算中心 。90年7月 ，NSFNET完全取代ARPANET，迅速地将Internet推广到全球范围。 1990年，阿帕网退役，国家科学基金网正式成为美国的Internet主干网。 1991年，N

24、SFNet主干升级到44.73Mbps。为因特网在90年代的发展作好了准备。,57,我国20世纪80年代末开始与Internet连接，1994年建立以cn为最高域名的服务器。 现在主要有CERNET，CHINANET等提供上网服务。,58,中国互联网络发展状况统计报告,截至2011年6月，中国网民规模达到4.85亿；互联网普及率攀升至36.2%。我国手机网民规模为3.18亿。手机网民在总体网民中的比例达65.5%，成为中国网民的重要组成部分。 当前，微博作为新兴的自媒体平台，受到网民的强烈推崇，用户数呈现出“爆发”式增长。2011年上半年，我国微博用户数量从6311万快速增长到1.95亿，半年

25、增幅高达208.9%，在网民中的使用率从13.8%提升到40.2%。,59,6.4.3 IP地址,IPV4与IPV6的基本情况 IP地址分有IPV4和IPV6两种方式。 IPV4 用32位比特表示地址；总地址数：232个 IPV6 用128位比特表示地址： 2128个,60,6.4.3 IP地址,IP地址包括部分内容，一部分为网络标识，称为网络地址。另部分为主机标识，称为主机地址。 根据网络规模和应用的不同， IPV4 的IP地址又分为五类：A类、B类、C类、D类和E类。其中常用的是A，B，C三类。A类地址中第一字节表示网络地址，后三个字节表示网内计算机地址；B类地址中前两个字节表示网络地址，后两个字节表示网内计算机地址；C类地址中前三个字节表示网络地址，后一个字节表示网内计算机地址。 另外，根据上网用户的地址，IP地址可以分为动态地址和静态地址两类。,61,6.4.3 IP地址,为确保IP地址在Internet网上的唯一性，IP地址统一由美国的国防数据网络信息中心DDN NIC分配。对于美国以外的国家和地区，DDN NIC又授权给世界各大区的网络信息中心