1、1,第8章 计算机网络,8.1 计算机网络概述8.2 计算机局域网络8.3 Internet8.4 Internet应用,2,计算机网络的定义及功能,定义：所谓计算机网络，就是把地理上分散的、具有独立功能的多个计算机系统，用通讯设备和线路互相连接，并配以相应的网络软件，以实现数据通信和资源共享的系统。,功能：,数据传送和通信,提高计算机的可靠性与可用性-均衡各计算机的负担,3,8.1.2 计算机网络的发展,1第一代计算机网络 以主机为中心的联机终端网络 联机终端网络与多处理机网络相比较有如下缺点。 主机负荷较重，既要承担通信工作，又要承担数据处理，主机的效率低。 通信线路的利用率低，尤其在远距
2、离时，分散的终端都要单独占用一条通信线路，费用贵。解决的方法是在终端聚集的地方采用远程线路集中器，以降低通信费用。 这种结构属集中控制方式，可靠性低。,4,第一代网络：,5,第二代计算机网络计算机-计算机网络,这一阶段是在20世纪的6070年代之间，这一阶段是以通信子网为中心，通过公用通信子网实现计算机之间的通信。 典型代表：ARPAnet 以通信子网为中心，实现了“计算机-计算机”的通信。 采用“存储转发”机制，大大提高了通信线路的利用率 将网络划分为通信子网和资源子网，设计与实现都相对容易 缺点：网络的标准不统一；同一网络中的计算机必须是相同类型的。ARPA NET的出现，为网络标准化建设
3、打下了坚实的基础。,返回,6,第二代：计算机计算机网络,7,第三代计算机网络开放式标准化网络,返回,从20世纪80年代开始进入了计算机网络的标准化时代。典型代表：Internet 网络技术标准化的要求更为迫切。 制定出计算机网络体系结构OSI参考模型 随着Internet的发展，TCP/IP协议族的广泛应用。 局域网的全面发展。 所谓“开放”，即网络的体系结构是公开的，免费使用的、统一的。,8,现代计算机网络示意图,9,第四代计算机网络宽带化、综合化、数字化网络,返回,进入20世纪90年代后，计算机网络开始向宽带化、综合化、数字化方向发展。目前计算机网络正处于第4个发展阶段，这是一个智能化、全
4、球化、高速化、个性化的网络时代。,10,Internet示意图,11,8.1.3 计算机网络的功能,1资源共享 数据通信 分布式处理 提高计算机的可靠性和稳定性,12,8.1.4 计算机网络组成,计算机网络主要由通信子网和资源子网组成,13,资源子网,由主机、终端、连网外设各种软件资源和信息资源组成。 主机：提供接入服务、信息服务的计算机。早期主要由大型机、中型机、小型机承担，现在也用高档微机。 终端：是用户访问网络的计算机。 软件： 数据：,14,通信子网,由通信处理机、通信线路、通信设备组成。 通信处理机（IMP）：如路由器、交换机等。一方面作为与资源子网的主机、终端连接的接口，另一方面作
5、为通信子网中的分组存储转发结点。 通信线路：连接主机、通信处理机，为它们之间传输数据提供通道。,15,计算机网络协议和体系结构,1网络协议 定义：是为进行网络中数据交换而建立的规则、标准或约定。 一个网络协议主要由3个要素组成。 （1）语法：数据与控制信息的结构或格式（即“怎么讲”）。 （2）语义：控制信息的含义，需要做出的动作及响应（即“讲什么”）。 （3）时序：规定了操作的执行顺序（即“什么时候讲”）。,16,3网络体系结构-OSI和TCP/IP参考模型,1OSI参考模型 OSI（Open System Interconnection，开放系统互连）参考模型分为七层， 1984年由ISO所
6、公布，如图所示。各层功能简述如下。 （7）应用层： （6）表示层： （5）会话层： （4）传输层： （3）网络层： （2）数据链路层： （1）物理层：,17,18,物理层(Physical),实现在物理媒体上透明地传送原始比特流。 定义了激活、维护和关闭终端用户之间机械的、电气的、过程的和功能的特性 机械特性：物理连接器的尺寸、形状、规格 电气特性：信号电平，脉冲宽度，频率，数 据传送速率，最大传送距离等 功能特性：接口引脚的功能作用 过程特性：信号时序，应答关系，操作过程,返回,19,数据链路层(Data Link),把从物理层来的原始数据打包成帧。负责帧在计算机之间的无差错传递，使相邻结点
7、间的链路对网络层呈现为一条无差错的链路 帧是放置数据的、逻辑的、结构化的包。 所关心的问题包括： 物理地址、链路维护； 组帧：把数据封装在帧中, 按顺序传送； 定界与同步：产生/识别帧边界； 差错恢复：采用重传（ARQ）的方法； 流量控制：收发双方传输速率的匹配。 典型协议：多路访问控制协议(MAC，Multiple Access Control protocol),返回,20,网络层,负责网络中两主机间的数据交换。由于通信的两台计算机间可能要经过许多个节点,也可能经过多个通信子网,故网络层的任务是： 选择合适的路径将信息送到目的站,这就是所谓的路由选择。 进行流量控制,以防止网络拥塞引起的网
8、络功能下降。 网络层传输的信息以报文分组为单位。 网络层协议最著名的协议是国际电报电话咨询委员会CCITT的X.25协议,对应OSI的下三层，相当于ISO8473/8348标准，提供数据报和虚电路两种类型的接口。,21,传输层(Transport),传输层是资源子网和通信子网的接口层。 进行数据分段并组装成报文流；传输单位为：报文 提供端到端的服务 提供“面向连接”（虚电路）和“无连接”（数据报）两种服务； 传输差错校验与恢复；,22,会话层（Session） 对不同开放系统中两个进程间通信的过程进行管理和协调 不参与数据传输，主要进行对话的管理 表示层（Presentation） 向应用进程
9、提供资料表示，如信息编码、数据转换、数据压缩与恢复等。,返回,23,应用层(Application),为用户的应用进程提供网络通信服务 识别并证实目的通信方的可用性 使协同工作的应用程序之间实现同步 判断是否为通信过程申请了足够的资源 处理被传送数据的表示问题，即信息的语义。 应用层协议的例子：远程登录协议Telnet、文件传输协议FTP、超文本传输协议HTTP、域名服务DNS、简单邮件传输协议SMTP、邮局协议POP3等,24,2TCP/IP参考模型,图4-5 OSI参考模型和TCP/IP参考模型的对比,25,TCP/IP参考模型所定义的5个层次如下（1）应用层： （2）传输层： （3）网络
10、层： （4）数据链路层和物理层1：,26,数据的封装和拆封的过程,3数据封装,27,8.1.5 计算机网络分类,1按网络覆盖范围分类 按照连网的计算机之间的距离和网络覆盖地域范围的不同，网络可分为以下几种类型。 （1）局域网（Local Area Network，LAN）： （2）广域网（Wide Area Network，WAN）： （3）城域网（Metropolitan Area Network，MAN）：,28,传输距离有限，一般在10公里以内 传输速率高，可达10Mbps以上 误码率低 一般用专线连接,局域网（LAN，Local Area Network）,29,用于连接几十公里内的企
11、业、机关的局域网 介于局域网与广域网之间。,城域网(MAN, Metropolitan Area Network),30,广域网(WAN, Wide Area Network),传输距离广，一般在几十公里以上，覆盖一个地区、国家、甚至是整个世界。Internet是其典型代表传输速率相对较低一般租用公共通信线路广域网主要采用分组交换技术,返回,31,因特网（Internet）,也称为互联网，分布在世界各地，是一个规模空前的超级计算机网络,32,（1）星型网 （2）总线型网 （3）环型网 （4）网状型网 （5）树型网,2按拓扑结构分类,33,网络的分类按拓扑结构分,计算机网络的几种拓扑结构,34,
12、总线型网络拓扑结构,总线型拓扑：采用一条公共总线作为通信线路，所有工作站都共用这条通信线路。 优点：1）不需中间的连接设备，成本低； 2）节约电缆； 缺点：1）网络稳定性较差，当某一接头接触不良时会影响网络的通信；2）排除故障比较困难；3）仅适合连接较少的计算机 ；,35,星型网络拓扑结构,缺点： 1）过分依赖中央节点，一旦中央节点出现故障即会造成全网瘫痪； 2）线路总长过长，成本高。,36,环型网络拓扑结构,工作站,工作站,工作站,工作站,工作站,工作站,37,树型网络拓扑结构,工作站,工作站,工作站,工作站,38,网型网络拓扑结构,工作站,工作站,工作站,工作站,工作站,工作站,39,混合
13、型网络拓扑结构,40,网络中的硬件设备,1、网卡 计算机主要通过网卡接入局域网络。 网卡除了起到物理接口作用外，还有控制数据传送（数据打包、解包）的功能。,41,USB接口的无线网卡,42,网络中的硬件设备,2、传输介质：用于连接网络中的各节点 同轴电缆： 双绞线： 光纤： 无线：,43,44,网络中的硬件设备,3、中继设备： 包括集线器、交换机、路由器等,交换机示意图,45,8.1.7 网络操作系统,网络操作系统：是网络系统软件的主体，其功能为处理网络请求、分配网络资源、提供用户服务等。常用的网络操作系统有Unix, Windows NT、Windows 2000 Server，Window
14、s 2003 Server ，Netware（NOVELL公司），Linux（开源软件）等。 网络协议：是为进行网络中数据交换而建立的规则、标准或约定。,46,XP的网络功能,网卡的禁用与启动 局域网的连接与设置 配置TCP/IP协议 设置共享资源 打印机的共享与使用,47,8.2 Internet基础,Internet是由美国国防部所资助的ARPANET网络发展而来，它也被称为国际互联网或因特网。Internet使用的通信协议是TCP/IP。,48,8.2.1 Internet概述,Internet是由成千上万的不同类型、不同规模的计算机网络和成千上万个共同工作、共享信息的计算设备组成的世界
15、范围的巨大的计算机网络。 Internet的拓扑结构是一种松散的层次结构。 从信息服务的角度看，Internet又是一个世界规模的巨大的信息和服务资源网络，因为它能够为每一个入网的用户提供有价值的信息和其他相关的服务。,49,Internet数据传输,将Internet中大大小小、各种各样网络连接在一起的“粘结剂”是称为TCP/IP的网络通信协议。这个协议使得各种各样不同类型的网络和计算机都能连入Internet，互通信息。 TCP/IP是一个协议簇，它本身是一组通信协议的代名词，常用的协议如图所示。TCP/IP这个名字就是来自于这组通信协议中最重要的两个协议：TCP和IP。TCP/IP组成了
16、Internet世界的通用语言，连入Internet的每一台计算机都能理解这个协议，并且依据它来与Internet中的其他计算机进行通信。,50,图 TCP/IP协议簇常用协议,51,8.2.3 IP地址,IP地址就是给每个连接在Internet上的主机分配的一个在全世界范围内惟一的标识符，相当于通信时每个计算机的名字。 目前在Internet上使用的IP地址主要采用的是IPv4，即第4代版本。 IP地址又是一种层次性的地址，分为网络地址和主机地址两个部分。,52,IP地址分为5类：A类、B类、C类、D类和E类。其中A、B、C类地址是主类地址，D类地址为组播（Multicast）地址，E类地址
17、保留给将来使用，如图所示。,2IP地址的分类,net-id 24 bit,host-id 24 bit,net-id 16 bit,net-id 8 bit,IP 地址中的网络号字段和主机号字段,0,A 类地址,host-id 16 bit,B 类地址,C 类地址,0,1,1,D 类地址,1 1 1 0,多 播 地 址,E 类地址,保 留 为 今 后 使 用,1 1 1 1,0,1,net-id 24 bit,host-id 24 bit,net-id 16 bit,net-id 8 bit,IP 地址中的网络号字段和主机号字段,0,A 类地址,host-id 16 bit,B 类地址,C 类
18、地址,0,1,1,D 类地址,1 1 1 0,多 播 地 址,E 类地址,保 留 为 今 后 使 用,1 1 1 1,0,1,A 类地址的网络号字段 net-id 为 1 字节，而主机号为3个字节,net-id 24 bit,host-id 24 bit,net-id 16 bit,net-id 8 bit,IP 地址中的网络号字段和主机号字段,0,A 类地址,host-id 16 bit,B 类地址,C 类地址,0,1,1,D 类地址,1 1 1 0,多 播 地 址,E 类地址,保 留 为 今 后 使 用,1 1 1 1,0,1,B 类地址的网络号字段 net-id 为 2 字节，而主机号为
19、2个字节,net-id 24 bit,host-id 24 bit,net-id 16 bit,net-id 8 bit,IP 地址中的网络号字段和主机号字段,0,A 类地址,host-id 16 bit,B 类地址,C 类地址,0,1,1,D 类地址,1 1 1 0,多 播 地 址,E 类地址,保 留 为 今 后 使 用,1 1 1 1,0,1,C 类地址的网络号字段 net-id 为 3 字节，而主机号为1个字节,net-id 24 bit,host-id 24 bit,net-id 16 bit,net-id 8 bit,IP 地址中的网络号字段和主机号字段,0,A 类地址,host-i
20、d 16 bit,B 类地址,C 类地址,0,1,1,D 类地址,1 1 1 0,多 播 地 址,E 类地址,保 留 为 今 后 使 用,1 1 1 1,0,1,D 类地址是多播地址,net-id 24 bit,host-id 24 bit,net-id 16 bit,net-id 8 bit,IP 地址中的网络号字段和主机号字段,0,A 类地址,host-id 16 bit,B 类地址,C 类地址,0,1,1,D 类地址,1 1 1 0,多 播 地 址,E 类地址,保 留 为 今 后 使 用,1 1 1 1,0,1,E 类地址保留为今后使用,59,点分十进制记法,采用点分十进制记法 则进一步
21、提高可读性,128.11.3.31,128 11 3 31,将每 8 bit 的二进制数 转换为十进制数,60,常用的三种类别的 IP 地址,IP 地址的使用范围,网络 最大 第一个 最后一个 每个网络 类别 网络数 可用的 可用的 中最大的网络号 网络号 主机数A 126 (27 2) 1 126 16,777,214B 16,384 (214) 128.0 191.255 65,534C 2,097,152 (221) 192.0.0 223.255.255 254,注：网络号和主机号不能全为0或全为1（转化为二进制）,61,3.特殊的IP地址,网络地址：主机地址部分为0，表示其为一个网络
22、地址，如202.115.176.0 广播地址：主机地址部分为255（二进制全为1），表示其为广播地址，即该网络中的所有的计算机。如202.115.176.255,62,在TCP/IP中是通过子网掩码来表明本网是如何划分子网的。子网掩码也是一个32位二进制数，用圆点分隔成4段。其标识方法是，将IP地址中网络和子网部分用二进制数1表示；主机部分用二进制数0表示。A、B、C三类IP地址的缺省子网掩码如下。 A类：255.0.0.0 B类：255. 255.0.0 C类：255.255.255.0,4子网掩码,63,缺省网关地址,缺省网关地址指定了本地子网中路由器的IP地址。 当一个路由器用于连接两个
23、不同的网络时，它有两个网络接口和两个IP地址。如图4-16所示，子网X上的计算机的缺省网关地址配置必须和路由器上连接到子网X的接口的IP地址（192.75.6.1）匹配，子网Y的计算机的缺省网关地址配置也必须和路由器上连接到子网Y的接口的IP地址（192.75.8.1）匹配。,64,图 缺省网关地址的配置,65,IPv6,IPv6是下一版本的Internet协议，它的提出最初是因为随着Internet的迅速发展，IPv4定义的有限地址空间将被耗尽，地址空间的不足必将影响Internet的进一步发展。为了扩大地址空间，通过IPv6重新定义地址空间（16个字节）。 IPv6相对于现在的IP（即IP
24、v4）有如下特点。 扩展的寻址能力 简化的报头格式 对扩展报头和选项支持的改进 标识流的能力 认证和加密能力,66,主机名 子域名 子域名 最高层域名 如：,一般来讲，域名的最左端是主机名，从左到右层次越来越高。最高层域名一般为该主机所在国名或所属性质，如：cn（中国）、uk（英国）、gov（政府）、com（商业）、edu（教育）、net（网络）、ORG（非赢利机构组织）等。,8.2.4 域名系统,虽然计算机的地址在网络中是以IP地址的形式存在的，但一般人要记住世界上为数众多的IP地址，却是一件不可能的事情。因此，Internet的设计者们又发明了一种用符号来表示各个主机的方法，称为域名系统（
25、Domain Name System，简称DNS）。域名的组成如下：,67,68,以机构区分的顶级域名,另一种是通用的国际域名，这类域名原来有com、edu、gov、int、mil、net和org七个，1997年又新增了7个。一般来说，大型的或有国际业务的公司或机构的顶级域名不使用国家或地区代码，而使用表示机构性质的国际域名。,69,8.2.5 Internet接入技术,接入Internet是指用户采用什么设备、采用什么通信网络或者线路接入Internet的服务提供者（ISP ，Internet Service Provider）。下面介绍几种常用的接入方式。 1使用调制解调器入网（早期）,I
26、nternet服务商,70,综合业务数字网（Integrated Service Digital Network，ISDN）是通过对电话网进行数字化改造，可将电话、传真和数字通信等业务全部通过数字化的方式传输的网络。ISDN具有连接速率高、通信费用低（与电话通信类似）、上网和打电话可以同时进行等优点，国外采用这种方式接入Internet非常广泛。通过ISDN接入Internet的速率可达128kbit/s。 非对称数字用户线（Asymmetric Digital Subscriber Line，ADSL）是20世纪末开始出现的宽带接入技术，目前已经获得广泛应用。ADSL在概念上类似于拨号接入，
27、也是运行在现存的双绞线电话线上，但是采用了一种新的调制解调技术，使得下行速率可以达到8Mbit/s（从ISP到用户），上行速率接近1Mbit/s。,2通过ISDN、ADSL专线入网,71,以局域网方式入网即用路由器将本地计算机局域网作为一个子网连接到Internet上，使得局域网中的所有计算机都能够访问Internet。这种连接的本地传输速率可达10Mbit/s100Mbit/s，但访问Internet的速率要受到局域网出口（路由器）的速率和同时访问Internet的用户数量的影响。这种入网方式适用于用户数较多并且较为集中的情况。,3以局域网方式入网,72,4.以DDN（Digital Dat
28、a Network,数字数据网）、X.25和帧中继等专线方式入网5以无线方式入网,73,图 无线入网示意图,74,8.2.6 网络中的常用术语,浏览器：如IE，NetScape等 主页：即首页。其实是HTML（超文本标记语言）编写的文本 服务器：为网络提供共享资源或专门服务的计算机系统 客户机：联入网络的计算机，能够使用网络上的由服务器提供的各种资源 网络协议：是为进行网络中数据交换而建立的规则、标准或约定。如TCP/IP协议 HTTP协议：超文本传输协议，主要用于客户机向服务器传送请求及服务器回传网页 HTML：超文本标记语言 统一资源定位器URL： （Uniform Resource Lo
29、cator，URL）是WWW中用来寻找资源地址的办法。,75,8.2.7 Internet上的信息服务,WWW 电子邮件（E-mail）是Internet上最基本、使用最多的服务。据统计，Internet上30%以上的业务量是电子邮件。 搜索引擎 即时通信 文件传输FTP 电子公告板BBS（论坛） 远程终端Telnet 多媒体流、视频会议 虚拟现实（VR） 电子商务,76,8.4 电子邮件,电子邮件（E-mail）是Internet上最基本、使用最多的服务。据统计，Internet上30%以上的业务量是电子邮件。 一个电子邮件系统主要由3个部分组成：用户代理、邮件服务器和电子邮件使用的协议，如
30、图所示,图 电子邮件系统的组成,78,1用户代理用户代理（User Agent）是用户和电子邮件系统的接口，它使用户通过一个友好的接口（如图形窗口界面）来发送和接收邮件。 用户代理应具有至少以下3个功能。 撰写： 显示： 处理：,79,2邮件服务器 邮件服务器是电子邮件系统的核心构件，其功能是发送和接收邮件，同时还要向发信人报告邮件传送的情况。3邮件发送和接收协议 邮件服务器需要使用两个不同的协议：SMTP（简单邮件发送协议）用于发送邮件；邮局协议（Post Office Protocol，POP3）用于接收邮件。,80,4电子邮件地址电子邮件的地址格式为： 用户名用户邮箱所在主机的域名,81
31、,8.7 文件传输,文件传输协议（File Transfer Protocol，FTP）是一个用于简化IP网络上主机之间文件传送的协议，采用FTP可使Internet用户高效地从网上的FTP服务器下载（Download）大信息量的数据文件，将远程主机上的文件复制到自己的计算机上，也可以将本机上的文件上传（Upload）到远程主机上，达到资源共享的目的。FTP是Internet上使用非常广泛的一种通信协议。 P2P文件下载：Bitcomet,82,FTP服务器包括匿名FTP服务器和非匿名FTP服务器两类。 匿名FTP服务器允许匿名用户（Anonymous）登录下载。 下载时常用的软件： FlashGet:网际快车 BitComet:BT（变态）下载,83,图 FTP客户和FTP服务器的连接,
