第七章计算机网络.ppt

1、第七章 计算机网络,Nanjing University of Information Science & Technology, Dept. Computer Science,本章要求：,基本知识点 熟悉计算机网络的概念、功能、分类 了解常用的计算机网络传输介质理解局域网、城域网、广域网的含义,了解计算机局域网的特点 了解计算机网络常用网络设备及其作用 掌握网络体系结构（TCP/IP 和OSI模型) 理解IP地址的作用及其组成,主要内容,7.1 计算机网络的概述 7.2 数据传输介质 7.3 网络组成设备 7.4计算机网络体系结构 7.5 IP 地址,7.1 计算机网络的概述,什么是计算机网

2、络,7.1.1 计算机网络的定义,定义 组成 若干个主机（Host） 一个通信子网 一系列的通信协议,7.1.2 计算机网络的发展,从现代网络的发展出发，我们将计算机网络分为四个阶段。 以数据通信为主的第一代计算机网络 以资源共享为主的第二代计算机网络 体系标准化的第三代计算机网络 以Internet为核心的第四代计算机网络,以数据通信为主的第一代计算机网络（1）,以数据通信为主的第一代计算机网络（2）,以资源共享为主的第二代计算机网络（1）,以资源共享为主的第二代计算机网络（2）,体系标准化的第三代计算机网络,以Internet为核心的第四代计算机网络,7.1.3 计算机网络在我国的发展,我

3、国现有的公用及专用网如下：中国公用计算机互联网 CHINANET中国教育和科研计算机网 CERNET中国科学技术网 CSTNET中国联通互联网 UNINET中国网通公用互联网 CNCNET中国国际经济贸易互联网 CIETNET中国移动互联网 CMNET中国长城互联网 CGWNET中国卫星集团互联网 CSNET,近10年我国因特网的发展情况,7.1.4 计算机网络的功能,计算机网络具有的功能如下： 数据通信 资源共享 实现分布式的信息处理 提高计算机系统的可靠性和可用性,计算机网络功能图,7.1.5 计算机网络的分类,（1）按照网络的交换功能分成三类： 电路交换 报文交换 分组交换,电路交换,电

4、路交换是一种直接交换方式。在数据传送期间，发送点与接收点之间构成一条实际连接的专用物理线路。它分为线路建立、数据传送和线路释放三个阶段。,报文交换,在通信技术中，将需要传输的整块数据加上控制信息后称为报文。特点是：两个实体之间的通信不需要事先建立好一个连接，两个进行通信的实体也不需要同时处于激活状态。这样就将报文一站一站地从发送点传送到接收点（存储转发）。,分组交换,也称为包交换。当一个主机向另一个主机发送数据时，首先将需要发送的数据划分成一个个平均大小保持不变的小组作为传送的单位，在每个数据段前加上收发控制信息，就构成一个分组。分组交换也不需要建立一条专用的线路，在传输过程中逐段占有线路，每

5、个分组可以有自己独立的传送路径。,分组交换,三种交换方式的比较,7.1.5 计算机网络的分类,（2）按照网络的拓扑结构进行分类 星型结构 总线结构 环形结构 树型结构,网络的拓扑结构,7.1.5 计算机网络的分类,（3）按照网络的管理性质分类 公用网 专用网,7.1.5 计算机网络的分类,（4）按照网络的作用范围进行分类 局域网 广域网 城域网,局域网和广域网,7.2 数据传输介质,网络联网的通信介质是网卡与网络设备、网络设备与网络设备之间的物理连线。通信介质两端通过连接器连接到网络设备的网络接口，从而实现主机与设备、设备与设备的互联。,7.2.1 有线介质,双绞线 同轴电缆 光缆,双绞线,双

6、绞线(twisted pair)是网络布线系统中最常用的一种通信介质。双绞线一般由两根绝缘铜导线相互缠绕而成，双绞线的两根绝缘的导线按一定密度互相绞在一起，可降低信号干扰的程度，每一根导线在传输中辐射的电波会被另一根线上发出的电波抵消。 双绞线包括无屏蔽双绞线(Unshielded Twisted Pair，UTP。也称为非屏蔽双绞线)和屏蔽双绞线(Shielded Twisted Pair，STP)两类。STP包括3类和5类两种，UTP包括3类、4类、5类/超5类、6类和7类等。,双绞线,双绞线主要应用场合为星型局域网布线。双绞线的局域网标准包括10BASE-T、100BASE-TX/T4/

7、T2和1000BASE-T。 双绞线的优点是组网方便，价格便宜，应用广泛，缺点是传输距离小于100米。,双绞线,RJ-45插头和制作工具,双绞线的色谱标准,双绞线中电线的功能分配,同轴电缆,同轴电缆(coaxial cable)是由一根空心的外圆柱体及其所包围的单根导线组成，柱体和导线之间用绝缘材料填充。 同轴电缆的频率特性比双绞线好，能进行较高速率的传输。又由于它的屏蔽性能好，抗干扰能力强，因此通常用于基带传输。,同轴电缆产品示意图和结构,同轴电缆分类,按照带宽的不同，可以把同轴电缆可分为2种基本类型，即基带同轴电缆和宽带同轴电缆。 目前常用的是基带电缆，其屏蔽层是用铜丝做成的网状套，特征阻

8、抗为50欧姆(如RG-8型和RG-58型)。 宽带同轴电缆的屏蔽层通常是用铝冲压成的，特征阻抗为75欧姆(如RG-59型)。 按照电缆直径的大小，基带同轴电缆可以分成粗同轴电缆和细同轴电缆两种。粗同轴电缆的直径是10mm，特性阻抗是50。,光缆,光缆是光导纤维电缆的简称。光导纤维是一种传输光束的纤细而柔韧的介质。 光缆由一束纤维组成。光缆是数据传输中最有效的一种通信介质，它的频带较宽、电磁绝缘性能好、衰减较小，适合在较长距离内传输信号。,缆芯的结构,常用的光缆,常用的光缆有以下几种： 芯径8.3m、外层125m、单模。 芯径62.5m、外层125m、多模。 芯径50m、外层125m、多模。 芯

9、径100m芯、外层140m、多模,光学连接器,通信介质在局域网中的分布,光缆主要用于网络设备的互联 同轴电缆和双绞线主要用于网络设备到桌面主机的连接。 同轴电缆用于总线型局域网布线，双绞线用于星型局域网布线,典型的布线方式,7.2.2无线介质,无线电 微波 红外线,微波,微波的频率范围是300MHz300GHz，但主要使用的范围是240GHz。目前，无线网络（WLAN）实际利用的范围是2.4GHz5GHz。由于微波会穿透地球电离层，因而不能被反射到地面上很远的地方。这样，微波通信就需要中继。微波中继方式包括两种，即地面微波站中继和通信卫星中继。在第一种方式中微波站起到中继器的作用，在第二种方式

10、中卫星起到中继器的作用。,WLAN设备(无线网卡、AP)使用微波通信时要外接天线。根据网络结构和传输距离的要求，用户应该选择不同的天线。使用红外线通信的WLAN设备上有一个红外端口。,AP设备具有与主机无线网卡通信、桥接以及介质转换功能。目前，AP设备主要包括以下两种，即AP接入点和LAN-LAN无线网桥。以3Com公司产品为例，3Com AP接入点设备主要用于办公室内和楼内的无线连接。,7.3 网络组成设备,网络服务器 网络工作站 网络适配器 (网卡) 中继器 集线器 网桥 交换机 路由器,7.3.1网络服务器,在网络中，计算机网络主机是网络资源的主要载体，是网络服务的主要提供者和使用者。网

11、络中的计算机往往被称为主机（host）。 按用途和功能的不同，主机系统可以分为工作站和服务器。,网络服务器的作用： 文件服务：网络用户可以从服务器上下载文件。提供文件服务的主机称为文件服务器。 打印服务：网络用户可以使用连接在服务器上的打印机设备打印自己的文件。提供打印服务的主机称为打印服务器。 通信服务：网络用户可以通过服务器与其他网络用户通信。提供通信服务的主机称为通信服务器。 电子邮件服务：网络用户可以和服务器之间交换电子邮件(E-mail)。提供电子邮件服务的主机称为邮件服务器。 WWW服务：当网络用户使用浏览器软件打开服务器上的多媒体文件时，我们说该用户正在使用WWW(World W

12、ide Web)服务。提供WWW服务的主机称为WWW服务器。我们上网使用的就是WWW服务。,7.3.2 网络工作站,网络工作站是指从事上网操作的主机系统。网络用户通过操作网络工作站使用网络，完成自己的网络工作。网络工作站常常简称为工作站(Work Station)。 按照配置的不同，工作站可以分成四类 第一类，商用台式个人计算机(含笔记本)； 第二类，无盘工作站(diskless workstation)； 第三类，网络计算机(Network Computer，NC)； 第四类，移动网络终端(mobile network terminal)。,7.3.3 网络适配器,网络适配器(Network

13、 Adapter)是主机系统与局域网之间的硬件接口，因此，网络适配器又称网络接口卡(Network Interface Card，NIC)，简称网卡。网卡可以看作是主机系统的组成部件，也可以看作是局域网在主机系统中的延伸。它的基本作用是把主机系统总线与通信介质连接起来，在主机和通信介质之间发送和接收数据。,主机、网卡和通信介质之间的联系,具有不同类型接口的网卡,7.3.4 中继器,由于局域网通信介质的长度都有一定限制，例如，以太网中粗同轴电缆的最大长度是500m，细同轴电缆的最大长度是185m，双绞线的最大长度是100m。因此，当主机之间的距离大于一定数值时，就需要中继器延长通信介质的距离。,

14、中继器典型用途,7.3.5 集线器,集线器具有两个功能，第一，实现中继功能(它实质上是一个多端口的中继器)；第二，汇接多台主机，因此，它被形象地称为Hub。 集线器的类型： 按照端口数目的多少，可以把Hub分为8口Hub、16口Hub、24口Hub和48口Hub四种。 按照总线带宽的大小，可以把Hub分为10Mbit/s、100Mbit/s和10M100M自适应Hub三种。,3Com公司的Hub,7.3.6网桥,网桥的作用是互联两个局域网。,网桥的工作原理,网桥从端口接受来自与端口相连的局域网主机发送的信号，进行解码和拆装得到局域网数据，然后把它们存放在数据存储器的缓冲区内。 网络协议实体对帧

15、进行合法检查。如果帧有差错就将起丢弃。对于有效的数据，如果数据的目的地位于源主机所在的局域网上，则将它丢弃；如果目的地不在该端口连接的网络上，则查阅站表，以确定目的地址所对应的网桥端口。如果找到对应的端口，则把帧从缓冲中读出，转发给该端口；如果找不到，则向所有端口（除源端口）广播该数据 。,网桥的基本功能结构,7.3.7 交换机,交换机是由网桥发展而来的，它相当于一个多端口的网桥。交换机的最初用途是连接局域网，使局域网的网络规模得以扩展。交换机还具有提高局域网性能的作用。,交换机的基本用途,交换机的基本作用,3Com局域网交换机,7.3.8 路由器,路由器是比局域网交换机功能更丰富的互联设备。

16、当要互联的局域网之间需要对信息交换施加比较严格的控制时，或者把局域网通过广域网（Wide Area Network，WAN）与远程的局域网互联时，一般采用路由器作为互联设备。 路由器之所以功能更强，原因在于路由器的互连功能工作在OSI参考模型的第三层（网络层），而局域网交换机工作在OSI参考模型的第二层（数据链路层）。,路由器在网络中的分布关系,7.4计算机网络体系结构,计算机网络体系结构是解决计算机网络问题的理论方法，也是研究和开发计算机网络的思想方法。因此，理解和掌握计算机网络体系结构也是学习计算机网络的有效方法。掌握了体系结构的相关概念后，才能具备交流计算机网络的语言基础。,7.4.1计

17、算机网络体系结构的内容,协议参考模型 协议栈,协议参考模型,协议参考模型由若干个功能模块组成，这些功能模块彼此独立又相互关联，协同完成计算机之间的数据通信任务。根据每个模块完成任务的逻辑顺序，这些模块被按照一种层次结构进行描述。 一般来讲，在发送数据时，高层结构模块的功能被先执行；在接收数据时，低层结构模块的功能被先执行。每一层的模块执行一组相关的功能，这些功能为计算机网络协议的制定提供了参考规范。,两类重要的协议参考模型,在具体的计算机网络系统开发过程中提出的协议参考模型 IBM公司计算机网络遵循的SNA（Switched Network Architecture）体系结构 原DEC公司计算

18、机网络遵循的DECNet模型 美国国防部在ARPA网络中遵循的模型。 行业或专业标准化组织提出的局部的协议参考模型 IEEE提出的局域网标准 国际电联ITU提出的通信协议标准 国际标准化组织（International Standard Organization，ISO）制定的开放系统互联参考模型(Open System Interconnection Reference Model，OSIRM)。,协议栈,协议是通信双方遵守的约定。协议具备以下两方面的基本内容： 语法：协议的语法方面的规则定义了通信双方所交换的信息的格式。通信双方交换的数据称为协议数据单元(Protocol Data Uni

19、t，PDU)。PDU由若干字段组成，一个字段又包括若干比特。 语义：协议的语义定义了通信双方要完成的操作。例如，在什么条件下数据必须重发或丢弃。按照相同的语义，通信双方才能实现有意义的数据交换。,协议栈,协议栈是指具有一定层次关系的若干个协议组成的栈。在协议栈中，实现高层结构模块功能的协议位于栈的高层，相应地，实现低层结构模块功能的协议位于栈的低层。 具有代表性的协议栈是因特网（Internet）使用的TCP/IP协议栈。当前，由于Internet的广泛影响和TCP/IP协议的众多优点，局域网组网基本都使用TCP/IP协议栈。,7.4.2 OSI模型和TCP/IP协议栈,OSI模型层次结构 物

20、理层 数据链路层(Datalink layer) 网络层(Network layer) 传输层( Transport layer) 会话层(Session layer) 表示层(Presentation layer) 应用层,OSI模型层次结构功能层,OSI模型中各层数据单元的形成及流动,TCP/IP协议族,TCP（Transmission Control Protocol）称为传输控制协议，IP(Internet Protocol)称为互联网协议。 按照OSI的层次结构，TCP/IP协议栈可以划分为五个功能层 。,7.4.3 OSI的术语,（1）简单网络管理协议(Simple Network

21、 Management Protocol，SNMP) （2）邮件传输协议(Simple Mail Transfer Protocol，SMTP) （3）邮局协议(Protocol Of Post office，POP) （4）超文本传送协议(HyperText Transfer Protocol，HTTP) （5）域名解析 (Domain Name System，DNS)。,DNS的功能,DNS的功能是进行域名解析(domain name resolution)。域名解析的作用是由计算机的名字求解该计算机的网络层协议地址，例如IP协议的IP地址,域名,最具有代表性的名字是域名。域是划分网络主机

22、的一种逻辑单元，域的引入是为了便于网络主机的命名以及对名字的管理。从域的观点来看，网络主机被划分到各个不重叠的集合中，域对其中主机的物理位置没有要求。,域的逻辑概念,WWW计算机的域名,通用域标号,部分国家域标号,7.5 IP 地址,IP地址是IP协议规定的地址，它用于标识参与IP数据报通信的协议实体，例如主机和网络设备的网络接口。,7.5.1 IP地址的结构和类型,IP地址是一个32比特无符号二进制数。IP地址是具有层次结构的地址，它由二级结构组成：第一级结构是网络号（net-id），它是网络在互联网中的编号。第二级结构是主机号（host-id），它是主机在网络中的编号。 另外，网络号的左边

23、若干比特是特征位，它们标识了IP地址的类型。,7.5.2 IP地址的记法-点分十进制记法,7.5.3 IP子网和子网掩码(subnet mask),7.5.4 IP地址的分配,IP地址要统一进行管理 物理位置相近并且性质相同的主机要具有相同的net-id和subnet-id IP地址的管理和分配分级实施，上级管理机构负责分配网络号，下级管理机构负责分配主机号。,IP地址的配置,在Windows XP中指定IP地址 路由器要配置多个IP地址,在Windows XP中指定IP地址,路由器要配置多个IP地址,习题,简述计算机网络的定义。 简述计算机网络的功能。 简述网络的拓扑结构。 简述局域网和广域网。 OSI将网络划分为哪七个层次？ 试将OSI参考模型与TCP/IP参考模型进行比较。,