计算机网络基础知识及基础维护.ppt

1、计算机网络基础知识及基础维护,2013年6月,网络的形成与发展,第一阶段 50年代，开始将计算机技术与通讯技术结合 为计算机网络技术做好了技术准备 第二阶段 60年代，美国国防部ARPANET的出现，成为真正实用的计算机网络 采用了分组交换技术，这是计算机网络的基础 第三阶段 70年代，国际上各种局域网、广域网、分组交换网发展十分迅速 ISO在制定OSI模型和推广标准方面做了大量工作，成效显著,第四阶段 90年代，ATM的出现让人欢喜让人忧。从技术上讲，ATM是目前最好的技术，但无法与千兆以太网相竞争 Internet广为普及，甚至出现网络产业、网络经济、直至网络泡沫 世界各国纷纷兴建信息高速

2、公路， 利用Internet技术构建企业内网(Intranet)和外联网(Extranet)，成为目前主流的建网方案。 各国正在兴建Internet II，即高速宽带互联网，为多媒体应用和电子商务打下坚实基础。,网络的定义,网络： 互联起来的、能够相互共享资源的、自治的计算机系统集合 联网的目的 主要是实现资源共享。资源包括硬件、软件和数据 计算机的自主性： 非自主的计算机连在一起不构成网络，如上下位机、多终端或远程设备等,统一的协议： 判断计算机是否联网，不能只看是否有物理线路的连接，还要看是否使用相同的协议。 协议是相互交流的规则和语法，犹如人类的语言。不同语言间不能直接交流 物理上连接在

3、一起的计算机，如果使用了几种不同的协议，则使用相同协议的计算机连成一个网，整个物理网络实际上包含了几个计算机网 物理上连接在一起的计算机全部使用不同的协议，则没有计算机联网,网络分类,根据网络使用的传输技术分类： 广播式网络 所有设备共用一个传输通道 一个设备发送信息、其余设备只能接收信息 结构和信道都非常简单 效率较低 点-点式网络 一个信道的两端各连接一台计算机 进行点对点（面对面）的交流 第三台以上的计算机只能通过这两个点来扩充和转发，需要引入路由的概念，结构比较复杂,根据网络的地理范围分类： 局域网 广域网 城域网 局域网（LAN） 范围在几百米几公里内，一般以园区或大楼为限 局域网的

4、使用对象主要是单位内部，因此性价比指标非常重要 局域网有广大的用户群，因而推动局域网技术快速发展，使技术不断成熟、性能大幅提高、成本却大大降低,广域网（WAN） 广域网的范围从几公里几万公里不等，甚至覆盖全球 由于距离遥远，不可能将局域网技术直接拓展到广域网上，而主要依靠电信通讯技术来构建广域网，成本较高 广域网一般是将多个局域网或广域网互联（而局域网一般是将多台计算机互联），网络与网络之间靠电信通讯链路连接，网络与网络间需要路由器转换协议或地址,城域网（MAN） 城域网是根据城市数据业务的需要发展起来的 城域网的基础是光纤网络技术，包括 SDH（Synchronous Digital Hie

5、rarchy ）同步数字体系：主要用于电信通信主干，如语音业务，后转入数字业务 WDM（Wavelength Division Multiplexing）波分复用：现代光纤网络技术，极大地扩充了光纤传输容量，提高光纤（尤其是长距离光纤）的使用率 1000M光纤以太网：1000M以太网光纤驱动模块已经能驱动75Km的单模光纤，也就是说，直径为150Km的城市内，可以完全用千兆光纤以太网来构建城域网，这是纯局域网技术，其建设成本非常低廉，而性能却非常高 城域网是用高速光纤主干将各个局域网互联起来，实质是用局域网技术来实现广域网功能,国际互联网（Internet） 网络基础结构基于广义的广域网（即含

6、城域网和局域网） 与一般广域网不同的是： 采用全球统一的TCP/IP协议，并统一分配IP地址 网络对公众完全开放 采用统一的超文本、超媒体格式；统一的浏览器标准；统一的电子邮件格式等，使其全网资源能够为大家共享,网络拓扑结构,定义 用几何拓扑学的手法，将实体抽象成与大小、形状无关的点，将连接实体的线路抽象为线，从而研究点、线、面的关系。 计算机网络拓扑是通过网络中结点与通讯线路之间的几何关系，用拓扑学的手法来表示网络结构 网络拓扑的好处是只注重结构和关系，而不问具体的设备型号和功能,网络传输介质,传输介质的物理及电气参数 几何参数： 包括线径、截面形状、线芯数量、排列形状、线距等 物理参数：

7、包括抗拉、抗压、抗弯、抗变形、抗虫蛀鼠咬等,化学参数： 耐高温、耐低温、抗腐蚀、防潮性等 电气参数： 传输信号：模拟、脉冲、基带、调制、电、光 带宽 衰减系数 温度系数,工程参数 易施工性 抗拉 抗弯折 柔软性 端接 接插件,易维护性 抗腐蚀 抗雷击 抗撞击 易连接 价格 本身价格 接插件价格 保护材料价格 施工价格,几种常用的传输介质,同轴电缆 如图所示，由芯线、屏蔽层和保护材料构成 电气传输通道由芯线和屏蔽层构成 传输电磁信号 衰减小 抗干扰能力强 带宽宽 成本高 室外防雷难度大 施工难度中等,双绞线 如图，由8芯铜线每两根紧密绞合成4对线 传输电磁信号 衰减大 带宽窄 成本特别低 施工容

8、易 抗干扰能力差 不宜室外使用,光纤 由纤芯和保护材料构成 传输激光信号，每个信道使用一对纤芯 带宽非常宽 性能特别稳定 抗干扰能力强 抗雷击 施工难度大 端结配件和设备成本较高 最具前途的传输介质,无线电 传输介质为空气，省去传输介质的施工环节 传输电磁波信号 带宽较宽（取决于使用的无线电频段） 具移动性，使用特别方便 抗干扰能力弱 稳定性差、易受气候变化和环境变化的影响 适于平原 建设成本较高，尤其是山区，对基站和功率有较高要求 使用同步卫星效果较好，但成本太高 无线局域网是发展方向,网络协议及标准,网络体系结构基本概念 计算机与计算机之间进行通讯，需要为它们设计一套交流的“语言”，使它们

9、相互能够理解对方的意思，这就是网络通讯协议； 一个网络协议由三大要素组成： 语法：数据信息与控制信息的结构和格式 语义：需要发出何种控制信息以及完成的动作和响应 时序：对事件实现顺序的说明 除协议外，还需制定一些“交流规则”，比如一台计算机“发言”，其它计算机就不能发言，否则大家都不知道该听谁的；以及如何避免两台计算机同时发言等等。这就是介质控制方法。,计算机网络体系结构： 大多数计算机网络都采用层次结构，各个层次是相互独立的，层次间提供接口标准。这种层次结构的好处是 各层之间相互独立，上层不需知道下层的实现方法，只需知道层间接口所提供的服务 灵活性好，任何一层都可随技术进步而发生变化，只要接

10、口保持不变。当某层提供的服务不再需要时，可将这层取消 易于实现和维护，因为将网络结构分为多层后，每层结构得到简化，技术上易于实现 有利于促进标准化，因为分得越细、越简单、越容易标准化 计算机网络体系结构是计算机网络层次结构模型与各层协议的集合,ISO/OSI参考模型,OSI参考模型基本概念 OSI是ISO发布的标准，即ISO/IEC 7498，称为“开放体系结构” OSI采用三级抽象，即体系结构、服务定义和协议规格说明 OSI定义了开放系统的层次结构、层次之间的相互关系以及各层所包括的可能的服务 OSI服务定义详细地说明了各层所提供的服务 OSI中的各种协议精确地定义了应当发送什么样的控制信息

11、、以及用什么来解释这个控制信息 OSI并没有提供具体的实现方法，只描述一些概念，用来协调进程间通信标准的制定,物理层主要处理机械、电气等接口及物理层下的物理传输介质： 涉及通讯在信道上传输的Bit流，保证发送的“1”，收到的也为“1” 确定用多少伏电压表示“1”，多少伏电压表示“0” 一个比特持续多少微秒 传输是否在两个方向上同时进行 最初的连接如何建立，完成通讯后如何中止 网络接插件有多少针，各针的用途,数据链路层： 在通信的实体间建立数据链路连接，传送以帧为单位的数据包。 数据链路层把从物理层来的原始数据打包成帧。帧是存放数据的、结构化的包。 数据链路：在物理线路的基础上，增加差错控制、流

12、量控制等传输和控制规则，使其成为无差错的数据传输通道。 数据链路层向上一层提供如下服务： 数据链路的建立、维护和释放 数据帧的传输 差错检测与控制 数据流量控制 帧接受顺序控制,具体的主要任务是加强物理层传输原始比特的能力，使之对网络呈现为一条无错的通路，包括： 发送方将数据封装在数据帧里，按顺序传送各帧，并处理接收方回送的确认帧 产生和识别各帧的边界（通过在帧的前后附加特殊的二进制编码实现） 解决由于帧在传输过程中被破坏、丢失和重复出现的问题 数据链路层可向网络层提供几类不同的服务，每一类都有不同的服务质量和价格 防止高速的放送方的数据把低速的接收方“淹没”,需要流量调节机制。通常流量调节和

13、出错处理同时完成 解决双向传输时数据帧竞争线路的使用权问题 广播式网络在如何控制对共享信道的访问方面，数据链路层的一个特殊子层介质访问子层，专门处理这一问题,网络层： 主要任务是通过路由算法，为数据包通过子网选择适当的路径。网络层要实现路由选择、拥塞控制和网络互连等功能。 本层定义网络操作系统的通信协议，为信息确定地址，并将逻辑地址和名字翻译成物理地址。 主要处理子网的运行控制，关键问题是确定数据包从源端到目的端的路由选择： 路由分为静态和动态，动态路由有容错、平衡流量的功能 如果在子网中同时出现过多数据包，将阻塞网络，需增加拥塞控制功能 网络层常设有记账功能，能统计每一顾客发送了多少数据包、

14、多少字符、多少比特等 解决异种网络的互连问题，当路由跨越两个不同的网络时，由于数据包长度定义不同，协议不同等问题，由网络层解决,传输层： 主要任务是向用户提供可靠的端-端服务，透明地传送报文，并负责错误的确认和恢复，以确保数据的可靠传输。 本层向高层屏蔽了下层数据通信的细节，对上层来说，只知道数据是从一个结点可靠地发送到了另一个结点或反之。这对上层应用来说是非常重要的 例如机器间拷贝数据，你只需关心要拷贝什么数据，拷贝到哪里，而不必关心数据拷贝是否可靠、通过什么协议过去、走什么线路、该怎样去控制网卡或线路等。,基本功能是从会话层接收数据，在必要时将其分为较小的单元，保证送达对方的各段信息正确无

15、误 使会话层不受硬件技术变化的影响 会话层请求一个传输连接，传输层为其创建一个网络连接 可为一个传输创建多个连接，提高信息吞吐量 可为多个传输创建一个连接，以降低费用 传输层也要决定向网络用户提供何种服务。流行的有： 提供一条无错的、点到点的信道 不保证传输次序的独立报文和多目标报文广播 传输层是真正的从源到目标“端到端”的层，1-3层是连接起来的，4-7层是端到端的，对中间过程透明 在多任务环境中，同时会有多条连接。报文头中包含有识别本报文属于那条连接的信息 提供主机间的流量控制功能,会话层： 主要功能是向会话的应用进程之间提供会话组织和同步服务，对数据的传输提供控制和管理。 允许不同机器上

16、的用户建立会话关系 管理会话，允许信息双向传输，或任一时刻只能单向传输，这时，会话层将纪录此刻该轮到哪一方发言 令牌管理：只有持有令牌的一方可以发言 另一种会话服务是同步，在数据流中插入检查点，每次传输失败后，仅需重传最后一个检查点以后的数据,表示层： 确定计算机之间交换数据的格式： 在此之前的各层只关心传输比特流的可靠性，本层关心的是所传输的信息的语法和语义 完成一些特定的常用的功能，避免让每个用户自己开发 在应用层和传输层的交换数据中建立一个可辨认的中间格式，负责为上下两层做数据转换 负责协议转换、翻译数据、加密解密数据、改变或转换字符集 负责管理数据压缩以便减少网上数据传输量,应用层：

17、确定进程之间通信的性质，以满足用户的需要 一些应用程序如电子邮件、数据库等都利用应用层传送信息 充当应用程序访问网络的窗口： 本层服务直接支持用户的应用程序，如：文件传输、数据库访问、电子邮件等 处理一般的网络访问、流量控制和错误恢复,常见的几种协议,应用协议 X.400：CCITT国际电子邮件传输协议 X.500：CCITT跨系统文件和目录服务协议 SMTP：Internet传输电子邮件的协议 FTP：Internet文件传输协议 Telnet：用于登录远程主机的协议 SNMP：简单网络管理协议,传输层协议 TCP：传输控制协议，保证数据按序发送，检错纠错 SPX：Novell公司的传输控制

18、协议 NWlink：微软的IPX/SPX兼容协议 NetBUEI：微软的NetBIOS扩展用户接口协议，用于小型网络系统中,网络协议 IP：Internet协议，TCP/IP的一部分，用于包转发路由 IPX：互联网包交换协议，IPX/SPX的一部分，用于包转发路由 NWLink：微软的IPX/SPX兼容协议 NetBUEI：微软的简易网络协议，不可路由,物理层协议 IEEE 802.3：以太网协议，包括许多扩展协议。 IEEE 802.4：令牌总线协议 IEEE 802.5：令牌环网协议 IEEE 802.6：城域网协议，速率为1.5M 155Mbps IEEE 802.9：数据和语音LAN协

19、议，用两对双绞线同时传输语音和数据 IEEE802.11：无线网协议,TCP/IP参考模型,74年提出，80年代进一步改进。现在，TCP/IP协议成为全世界使用率最高的协议，最直接的原因是Internet的普及 TCP/IP不是OSI标准协议，但却是事实上的工业标准，其基本思想仍然满足OSI网络体系结构 TCP/IP是由IP和TCP两个协议构成，IP对应于OSI的网络层，TCP对应于OSI的传输层,OSI模型,TCP/IP模型,应用,表示,会话,传输,网络,数据链路,物理,应用,传输,互联,主机/ 网络层,TCP/IP模型分为4层 主机-网络层： 对应于OSI的物理层和数据链路层，所起的作用也相当。 允许主机连入网络时使用多种现成的协议，如局域网协议或其他协议 本层包括各种物理协议，如以太网、令牌环、X.25分组交换等。,互联层： 本层的主要功能如下： 处理来自传输层的分组发送请求 处理接收的数据报 处理互联的路径、流量和拥塞问题 本层包含的协议为IP协议，