1、计算机网络技术,项目一：计算机网络基础第一章 认识计算机网络,教材与参考资料,所用教材： 胡远萍、陈雪蓉等编著：计算机网络技术与应用 高等教育出版社，2008.12 计算机网络技术实训指导书 陈颖 编 （校本教材2008年） 参考资料： 1 计算机网络技术 胡远萍主编 科学出版社 2005年 2 计算机网络技术实验实训指导陈敏主编 科学出版社 2005年 3 张国鸣 主编.：网络管理员教程： 清华大学出版社，2004.7 4 雷震甲 主编：网络工程师教程. 清华大学出版社，2004.7 5 教育部考试中心：全国计算机等级考试三级教程-网络技术 高教出版社2004.4,本课程内容简介,项目一：计
2、算机网络基础 第一章 认识计算机网络 项目二：局域网基础与组网技术 第二章 计算机与局域网连接 第三章 组建小型局域网络 第四章 组建小型企业网 第五章 无线局域网及其设备 项目三：网络操作系统及配置基础 第六章 网络操作系统基本配置,本课程内容简介（续）,项目四： Internet基础与接入方法 第七章 Internet接入与服务 第八章 应用服务器安装配置 项目五：网络安全 第九章 网络安全管理与防范,本课程教学目标,课程教学安排,项目一:计算机网络基础知识,教学内容 （1）计算机网络的定义 （2）计算机网络系统的组成 （3）计算机网络的分类 （4）计算机网络的拓扑结构 （5）计算机网络的
3、功能 （6）计算机网络的主要性能指标 （7）网络体系结构及协议的概念 （8）OSI参考模型的结构 （9）TCP/IP体系结构,教学要求 (1)掌握计算机网络的基本概念； (2)熟悉网络的分类和拓扑结构； (3)了解计算机网络系统的组成； (4)掌握计算机网络的主要功能； (5)了解计算机网络的产生与发展； (6)掌握网络体系结构及协议的概念； (7)熟悉ISO/OSI开放系统互连参考模型各层的功能 (8)掌握TCP/IP体系结构； (9)掌握OSI与TCP/IP的关系。,本模块的说明,本次课说明,本次课内容介绍,主要内容： 计算机网络的定义 计算机网络的功能 计算机网络的应用 计算机网络的发展
4、过程 重点内容： 计算机网络的概念 计算机网络的常见组网设备 计算机网络的功能,1. 计算机网络定义,将多个具有独立工作能力的计算机、终端及其附属设备，通过通信设备和线路连接起来，由功能完善的网络软件实现资源共享和数据通信的复合系统。,1.1 计算机网络概述,实践活动,认识实验室网络设备和结构 完成实验报告：上网查找实验室中使用的网卡、交换机、路由器等网络设备相关型号的性能参数。,至少有两个具有独立操作系统的计算机，且它们之间有相互共享某种资源的需求。两个独立的计算机之间必须用某种通信手段将其连接。网络中的各个独立的计算机之间要能相互通信，必须制定相互可确认的规范标准或协议。,一个计算机网络必
5、须具备以下3个基本要素,1.1 计算机网络概述,1.1 计算机网络概述,2 计算机网络的功能 （1）资源共享 软件、硬件、数据的共享 （2）信息传递 计算机间数据与程序的快速传递 （3）实时的集中处理 把已存在的许多联机系统有机地连接起来，提高系统的处理能力 （4）提高可靠性 实现两台或多台计算机间的互为备份 （5）均衡负荷和分布式处理 合理的分配需要处理的数据 （6）增加服务项目 图像、声音、动画等信息的处理和传输,1.1 计算机网络概述,1.1.2 计算机网络的应用和发展趋势 1计算机网络的应用 （1）文件和打印业务 文字处理程序或电子表格 （2）通信业务 远程登陆 （3）邮件业务 EMA
6、IL （4）应用服务 ATM （5）数据库服务 网络游戏，QQ （6）网络管理服务,1.1 计算机网络概述,2计算机网络的发展趋势 世界上第一个计算机网络是1969年美国国防部的建立的分组交换网“ARPANET”。 （1）实验网络阶段 20世纪70年代 （2）学术应用阶段 20世纪80年代 （3）商业应用阶段 20世纪90年代至今,标准、开放的计算机网络,1.1 计算机网络概述,1.1.3 计算机网络的组成 计算机网络是由网络硬件系统和网络软件系统组成的。 从拓扑结构上看：计算机网络是由一些网络节点和连接这些网络节点的通信链路组成； 从逻辑功能上看：计算机网络则是由通信子网和用户资源子网组成的
7、。,1.1 计算机网络概述,计算机网络组成示意图,1.1 计算机网络概述,1网络节点和通信链路 计算机网络中的节点一般可分为访问节点、转接节点和混合节点。通信链路是指两个网络节点之间承载信息和数据的线路。通信链路又分为物理链路和逻辑链路两类。,按逻辑功能将计算机网络划分为:资源子网和通信子网,1.1.3 计算机网络的组成,通信子网,通信子网,通信控制处理机(CCP),通信线路,通信设备,负责完成数据的传输、交换以及通信控制，是负责数据通信的部分,1.1.3 计算机网络的组成,资源子网,资源子网,主机系统,终端及终端控制设备,连网外部设备,实现全网面向应用的数据处理和网络资源共享。,软件和信息资
8、源,1.1.3 计算机网络的组成,3网络硬件系统和软件系统 与计算机系统相似，计算机网络也是由硬件系统和软件系统两大部分构成。 （1）网络硬件系统计算机网络的硬件主要包括主计算机、终端、通信控制处理机、调制解调器、多路复用器、集线器和通信线路等。 （2）网络软件系统 计算机网络软件系统大致可分为5类：网络操作系统软件、网络协议软件、网络管理软件、网络通信软件、网络应用软件。,1.1.3 计算机网络的组成,1.1 计算机网络概述,1.1.4 计算机网络的分类 1按计算机网络覆盖的范围进行分类 （1）局域网 一般为几千米，通常在企业、学校内使用 （2）广域网 一般几十千米到几万千米，甚至国家或地区
9、 （3）城域网 介于局域网和广域网之间，约为几十千米 2按网络的使用范围进行分类 （1）公用网 公共电话网 （2）专用网 银行、公安、铁路 3按网络中计算机所处的地位进行分类 （1）对等网络 普通办公室、家庭内可以建立对等网 （2）基于服务器的网络 客户机/服务器,1.1.4 计算机网络的分类,1.1 计算机网络概述,4按计算机网络的拓扑结构进行分类总线型、星型、环型、树型和网状型 5按计算机网络的传输介质进行分类 （1）有线网络 （2）无线网络,1.2 计算机网络的拓扑结构,1.2.1 网络拓扑结构的概念 按照拓扑学的观点，将工作站、服务器、交换机等网络单元抽象为“点”，网络中的传输介质抽象
10、为“线”，那么计算机网络系统就变成了由点和线组成的几何图形，它表示了通信媒介与各节点的物理连接结构，这种结构为网络的拓扑结构。,1.2 计算机网络的拓扑结构,1.2.2 常见的网络拓扑结构 按照网络中各节点位置和布局的不同，计算机网络可分为总线型拓扑、星型拓扑、环型拓扑、树型拓扑和网状型拓扑等网络类型。 1总线型拓扑 优点：结构简单，使用的电缆少，易于网络扩展，可靠性较高 缺点：访问控制复杂、受总线长度限制而延伸范围小,1.2 计算机网络的拓扑结构,2星型拓扑,优点：结构简单、易于诊断与隔离故障、易于扩展网络、便于管理 缺点：需要使用大量的线缆，过分依赖中央节点 3环型拓扑优点：路径选择简单、
11、控制软件简单 缺点：不容易扩充、节点多时响应时间长,1.2 计算机网络的拓扑结构,4树型拓扑 优点：线路总长度短，成本较低，节点易于扩展， 缺点：结构较复杂，传输时延长5网状型拓扑优点：可靠性高、节点共享资源容易、可改善均衡负荷，可选择最佳路径，传输时延小 缺点：是控制和管理复杂、软件复杂、布线工程量大、建设成本高等,局域网常用的拓扑结构有总线型、星型、环型； 城域网和广域网的拓扑结构复杂，主要采用网状型和混合结构。,1.2 计算机网络的拓扑结构,常见的小型企业网络拓扑结构,监控主机 文件服务器 邮件服务器 办公系统服务器,防火墙,PSTN,路由器,WWW服务器,交换机 交换机,内网,本次课内
12、容小结,计算机网络的定义以及计算机网络的三个要素（结合三个要素来理解计算机网络的概念） 计算机网络的功能 计算机网络的组成与分类 计算机网络的拓扑结构,本次课说明,本次课内容介绍,主要内容： 计算机网络的体系结构 OSI/RM参考模型 TCP/IP协议体系结构的模型 计算机网络的主要性能指标 重点内容： OSI的七层模型 TCP/IP模型,1.3 计算机网络体系结构,1.3.1 计算机网络是如何进行通信的 为了使分布在不同地方且功能相对独立的计算机之间组成网络进行通信，实现资源共享，计算机网络系统需要完成以下工作： （1）发起通信的计算机必须将数据通信的通路进行激活。激活就是要发出一些信令，保
13、证要传送的计算机数据能在这条通路上正确发送和接收。 （2）要告诉网络如何识别接收数据的计算机。 （3）发起通信的计算机必须查明对方计算机是否已准备好接收数据。 （4）发起通信的计算机必须弄清楚，在对方计算机中的文件管理程序是否已做好文件接收和存储文件的准备工作。 （5）若计算机的文件格式不兼容，则至少其中的一个计算机应完成格式转换功能。 （6）对出现的各种差错和意外事故，如数据传送错误、重复或丢失，网络中某个结点出故障等，应当有可靠的措施保证对方计算机最终能够收到正确的文件。,1.3 计算机网络体系结构,1.3.2 网络协议 计算机网络中的不同计算机之间要进行通信，必须遵循一些事先制定好的规则
14、标准，为进行网络中的数据交换而建立的规则标准或约定即称为网络协议。一般来说，网络协议主要由语法、语义和时序三大要素组成。 （1）语法，是指数据与控制信息的格式、数据编码等。 （2）语义，控制信息的内容，需要做出的动作及响应。 （3）时序，事件先后顺序和速度匹配。,1.3 计算机网络体系结构,1.3.3 网络体系结构 在计算机网络系统中，网络服务请求者与服务提供者之间的通信是非常复杂的，如传输介质是怎样物理地建立起来的；在介质上如何传输数据；网络如何知道什么时间要传输数据，有多少数据需要传输；网络中各种实体如何建立相互联系；使用不同语言的网络实体，怎样才能相互通信，网络实体怎样才能保证数据被正确
15、接收。计算机网络体系结构正是解决这些问题的钥匙。为了研究方便，人们把网络通信的复杂过程抽象成一种层次结构模型，层次结构的特点是每一层都建立在前一层基础之上，低层为高层提供服务。,1.3 计算机网络体系结构,1.3.4 OSI/RM参考模型 开放式系统互联模型（OSI）是1984年由国际标准化组织提出的一个参考模型，也称OSI/RM。OSI模型是一种严格的理论模型，并不是一种特定的硬件设备或一套软件方案。,1.3.4 OSI/RM参考模型,应用层Application,表示层Presentation,会话层session,传输层transport,物理层Physical,数据链路层Data Li
16、nk,网络层Network,7 6 5 4 3 2 1,处理网络应用 数据表示、格式转换 主机间通信 端到端的连接 寻址和路由选择 介质访问（接入） 二进制传输,1.3 计算机网络体系结构,1.3 计算机网络体系结构,1物理层 物理层（Physical Layer）在OSI模型的最底层，它建立在通信介质的基础上，作为系统和通信介质的接口，用来实现数据链路实体间比特（bit）流的透明传输。 具有物理层功能的设备：RJ-45、各种线缆及接线设备,集线器。2数据链路层 数据链路层（Data Link Layer）是将比特收集起来，即将物理层传来的0、1信号组成数据包（也称为帧，Frame）的格式，在
17、相邻网络实体之间建立、维持和释放数据链路连接，并传输数据链路服务数据单元。 数据链路层的设备：交换机等,1.3 计算机网络体系结构,3网络层 网络层（Network Layer）主要规划数据在网络中最佳的传输路径。 具有网络层功能的设备：路由器和三层交换机等。4传输层传输层（Transport Layer）把数据分段并组装成数据流。由于应用层、表示层和会话层关心的是应用程序，而后面的4层则是处理与数据传输相关的问题。,传输层的任务,1.3 计算机网络体系结构,5会话层会话层（Session Layer），主要负责建立、管理和终止两节点应用程序之间的会话。例如，两节点在正式通信前，需先协商好双方
18、所使用的通信协议、通信方式、如何侦错及复原，以及如何结束通信等内容。 6表示层表示层（Presentation Layer）确保一个系统应用层发送的信息能够被另外一个系统的应用层所识别。 7应用层 ， 应用层（Application Layer）处于最高层，也是最靠近用户的一层，为用户的应用程序提供网络服务。,1.3 计算机网络体系结构,1.3.5 模型中的数据传输 每一层的协议交换的信息称为协议数据单元（PDU，Protocol Data Unit），通常在该层的PDU前面增加一个单字母的前缀，表示为哪一层数据。,1.3 计算机网络体系结构,1.3.6 TCP/IP参考模型 1TCPIP的层
19、次结构 TCP/IP是目前被广泛使用的网络协议，几乎所有的厂商和操作系统都支持它，TCP/IP协议也是Internet的基础协议，它是Internet事实上的标准协议。,1.3 计算机网络体系结构,TCP/IP模型各层的功能如下： （1）网络接口层，定义了Internet与各种物理网络之间的网络接口。 （2）网络层，负责相邻计算机之间（即点对点）通信，包括处理来自传输层的发送分组请求，检查并转发数据报，并处理与此相关的路径选择，流量控制及拥塞控制等问题。 （3）传输层，提供可靠的端到端的数据传输，确保源主机传送分组到达并正确到达目标主机。 （4）应用层，提供各种网络服务，如SMTP，DNS，H
20、TTP，SNMP等。,1.3 计算机网络体系结构,2OSI与TCP/IP参考模型的比较TCP/IP的网络接口层并不是真正的一层，在数据链路层和物理层的划分上基本是空白，而这两个层次的划分是十分必要的；OSI的缺点是层次过多，事实证明会话层和表示层的划分意义不大，反而增加了复杂性。,1.4 计算机网络的主要性能指标,计算机网络的主要性能指标主要有三个 1.带宽本来是指信号具有的频带宽度，即信号占据的频率范围 ，单位是赫（或千赫、兆赫、吉赫等），现在“带宽”是数字信道所能传送的“最高数据率”的同义语，单位是“比特每秒”，常用的带宽单位是千比每秒，即 kb/s ；兆比每秒，即 Mb/s；吉比每秒，即
21、 Gb/s；太比每秒，即 Tb/s。,1.4计算机网络的主要性能指标,2时延（latency/delay）一个报文或分组从一个网络（或一条链路）的一端传送到另一端所需要的时间，包括发送时延、传播时延及处理时延。发送时延（传输时延）发送数据时，数据块从结点进入到传输媒体所需要的时间。信道带宽为数据在信道上的发送速率，常称为数据在信道上的传输速率。 发送时延 = 数据块长度（比特）信道带宽（比特/秒） 传播时延：电磁波在信道中需要传播一定的距离而花费的时间。 传播时延= 信道长度（米） 信号在信道上的传播速率（米/秒） 处理时延:数据在交换结点为存储转发而进行一些必要的处理所花费的时间。,1.4
22、计算机网络的主要性能指标,3数据率数据率即数据传输速率，指每秒传送的二进制位数，又称比特率，单位为bit/s。,1.5 标准化组织,1.5.1 国际标准化组织 1ISO-国际标准化组织 国际标准化组织（International Organization for Standardization）简称ISO ,是一个全球性的非政府组织，是国际标准化领域中一个十分重要的组织。 2IEEE-国际电子电气工程师协会国际电子电气工程师协会是一个拥有377000名来自150个国家的独立会员的非盈利电子电气工程技术领域的专业组织，是世界上最大的专业组织。,1.5 传输介质,3EIA/TIA-电子工业协会/电
23、信工业联盟 4ITU-国际电信联盟 5IAB-INTERNET行动委员会,1.6 知识拓展 数据通信基础,1.6.1 基本概念数据通信是指通过通信系统将数据以某种信号的方式从一处安全、可靠地传输到另一处，包括数据的传输及数据传输前后的处理。 数据是传递信息的实体，它可以分为模拟数据和数字数据两种.信号是数据在传输过程中 以电编码或电磁编码的一 种表示形式。信号也可分为 模拟信号与数字信号两种。,数据通信是计算机与计算机或计算机与终端设备之间的通信，它传输信息的目的不仅是为了交换数据信息，更主要是为了利用计算机来处理数据信息。数据通信系统的一般模型如下图所示。,1.6 知识拓展 数据通信基础,1
24、.6.2 数据传输模式 1数据通信方式概述 数据通信方式是指通信双方之间的工作形式和信号传输方式，它是通信各方在数据传输实施之前必须首先确定的问题。 从信号传输方向来分，基本通信方式有单工通信（Simplex）、半双工通信（Half Duplex）和全双工通信（Full Duplex）。 从数字信号传输的顺序来分，基本通信方式有串行通信和并行通信。 从串行通信方式又分为异步通信和同步通信。,1.6 知识拓展 数据通信基础,2模拟传输技术 数字信号不能直接在电话网络上传输. 所谓调制就是进行波形变换。或者更严格些，是进行频谱变换，将基带数字信号的频谱变换成为适合于在模拟信道中传输的频谱。最基本的
25、调制技术有以下几种，下图所示显示了采用3种基本调制方法产生的信号波形图。,1.6 知识拓展 数据通信基础,3数字传输技术 采用数字信号传输是现代网络通信的发展方向。模拟信号不能直接在数字信道中传输，必须先转变成数字信号。 （1）PCM脉码调制方法,1.6 知识拓展 数据通信基础,（2）数字信号编码 曼彻斯特编码 差分曼彻斯特编码,1.6 知识拓展 数据通信基础,4信道复用技术 为了提高信道传输效率，出现了多路复用技术。多路复用就是在单一的传输信道上，同时传输多个用户的信息。信道复用技术包括复合、传输和分离3个过程。常用的信道复用技术有3种：频分多路复用、时分多路复用及统计时分多路复用。,1.6
26、 知识拓展 数据通信基础,1.6.3 数据交换技术 数据交换是多节点网络中实现数据传输的有效手段。常用的数据交换方式有两大类：电路交换和存储转发交换，存储转发交换又可分为报文交换和报文分组交换方式。 1电路交换 电路交换也叫线路交换，是数据通信领域最早使用的交换方式。电路交换方式与电话交换方式基本相同，即在两台计算机通过通信子网进行数据交换之前，必须在通信子网中建立一个实际的物理线路连接。,1.6 知识拓展 数据通信基础,2报文交换 报文交换采用“存储一转发”技术，将要发送的信息分成若干个报文正文，报文交换方式是以报文为单位来交换信息的。存储转发的原理是输入的信息在交换设备控制下，先在存储区暂
27、存，并对存储的信息进行处理，待指定输出线空闲时，再分别将信息转发出去。 3分组交换 分组交换采用的也是“存储一转发”技术，但它把报文分割成若干较短的按一定格式组成的报文分组（也叫包）来进行交换和传输。由于报文分组长度较短，传输差错检错容易，出错重发花费的时间较少，这样有利于提高存储一转发节点存储空间的利用率和传输效率，因此分组交换（包交换）成为计算机网络中使用最广泛的一种交换技术。,本次课内容小结,计算机网络的体系结构 OSI/RM参考模型 TCP/IP协议体系结构的模型 计算机网络的主要性能指标,本章小结,计算机网络的定义和功能 计算机网络的组成和分类 计算机网络体系结构的基本概念 ISO/OSI开放系统参考模型各层的功能 TCP/IP体系结构及各层协议,
