第四章 计算机网络与因特网.ppt

1、第四章 计算机网络与因特网,第四章 计算机网络与因特网,4.1 计算机网络基础 4.2 计算机局域网 4.3 计算机广域网 4.4 因特网的组成 4.5 因特网提供的服务 4.6 网络信息安全,4.1 计算机网络基础,4.1.1 计算机网络的组成4.1.2 计算机网络的分类4.1.3 网络的工作模式4.1.4 网络提供的服务4.1.5 网络操作系统,什么是计算机网络,计算机网络：以共享资源和信息传递为目的，把地理位置分散且功能独立的多台计算机（或其他智能设备），利用通信设备和网络软件，连接起来组成的系统。,计算机组网的目的,数据通信 资源共享 实现分布式信息处理 提高计算机系统的可靠性和可用性

2、,计算机网络的分类,按使用的传输介质可分为： 有线网 无线网 按网络的使用性质可分为： 公用网 专用网 按网络的使用范围和对象可以分为： 企业网 政府网 金融网 校园网 按网络所覆盖的地域范围可以分为： 局域网(LAN)特例PAN(家中多台计算机连接) 广域网(WAN) 城域网(MAN),4.1.3 计算机网络的组成,计算机 数据传输介质：如双绞线、光缆、无线电波等，用于传输数据 通信控制设备：如网卡、集线器、交换器、调制解调器、路由器等，确保通信正确、可靠、有效地进行 通信协议共同遵循的一组的规则和约定 网络操作系统：实现通信协议、管理网络资源等 网络应用软件：实现各种网络应用，如浏览器、电

3、子邮件程序、QQ等,网络操作系统,网络操作系统(Network operating system, NOS)是指运行在服务器上的操作系统，有时也称之为“服务器操作系统” 网络操作系统的责任是： 管理并协调资源的分配与共享 管理、监测与记录客户机的操作(记录用户每一次登录和退出的时间，以及每一次使用服务器资源的情况) 数据保护和错误处理等,当前使用的主流网络操作系统,主流网络操作系统： UNIX系统， 稳定性和安全性好，可用于大型网络 微软公司的Windows系统服务器版 （如Windows NT Server、Windows Server 2003、 Windows Server 2008等，

4、一般用于中低档服务器） Linux， 源代码开放，可免费得到许多应用软件 网络管理员(超级用户) 的职责： 为用户建立账号(开户)、分配资源使用权限、撤销账号(销户)、维护网络正常工作和保证信息安全,4.1.2 网络的工作模式,网络中的计算机可以扮演2种不同的角色： 客户机：需要使用其它计算机资源的计算机 服务器：提供资源（如数据文件、磁盘空间、打印机、处理器等）给其它计算机使用的计算机 计算机网络有两种基本的工作模式： 对等（peer-to-peer，简称P2P）模式 客户/服务器（Client/Server，简称C/S）模式,对等模式,网络中每台计算机既可以作为客户机也可以作为服务器 例：

5、Windows操作系统中的“网上邻居”,特点： 可共享资源主要是文件和打印机，由资源所在计算机自己管理，使用比较简单 不需要专门的硬件服务器，也不需要网络管理员 效率不高，可靠性、安全性较差,客户/服务器模式,特点：网络中的计算机有专门分工，有的是客户机，有的是服务器,服务器大多是一些专门设计的性能较高的计算机，并发处理能力强，存储容量大，网络数据传输速率高 服务器按用途分为：Web服务器、打印服务器、邮件服务器、文件服务器、数据库服务器等,客户/服务器模式的工作过程,客户机用户必须预先在服务器上注册，由网络管理员为该用户分配访问网络资源的权限。每个注册用户都有自己的账号和口令，并获得使用某些

6、服务的授权 需要获得服务时，用户应先登录(login，输入用户名和口令)，登录成功后才能访问服务器上的资源 客户机向服务器提出请求(例如访问某个文件)，服务器响应请求， 找到该文件，然后将文件传送给客户机,4.1.4 网络提供的服务,文件服务 打印服务 消息服务 应用服务,文件服务,也称为共享存储服务 用户可以使用服务器中可共享的数据文件，使用方法如同使用本地磁盘一样 必须在获得服务器授权的情况下进行,打印服务,打印服务：共享打印机,打印服务器 （管理程序）,共享的打印机,客户机,客户机,打印管理程序的一般原则是先来先服务(排队处理) 可以更改打印任务的顺序，也可取消某个正在排队的打印任务,消

7、息传递服务,实现用户间的相互通信，如电子邮件、QQ、短信息、IP电话、视频会议等。,应用服务,为网络用户提供信息处理任务的一种服务 例：ATM自动柜员机,4.2 计算机局域网,4.2 计算机局域网,4.2.1 局域网的特点与组成 4.2.2 常用局域网,4.2.1 局域网的特点与组成,局域网的特点： 为一个单位所拥有，地理范围有限 使用专门铺设的传输介质进行连网 数据传输速率高(10Mbps1Gbps)、延迟时间短 可靠性高、误码率低(10-810-11),局域网的拓扑结构,网络上的 节点,局域网的组成,网络上的每个节点都装有网络接口卡(NIC,简称网卡)，网卡通过传输介质把节点相互连接起来,

8、双绞线、同轴电缆、光纤或者无线电波,网络上的每台设备(如工作站、服务器、打印机等) 都称为是网络中的 一个“节点”,局域网的数据传输方法,网络上的每个节点（如工作站、服务器、打印机等），都是数据传输的“源”或者“目的地” 介质访问地址(MAC地址)：为了相互区别，局域网中的每个节点都有一个惟一的地址，称为MAC地址 数据传输方法： 采用时分多路复用技术，多个节点共享传输介质 不允许任何节点连续传输任意长的数据，必须把要传输的数据分成小块（称为“帧”，frame），每个节点每次只传输一个帧，确保任何节点都有传输数据的机会,局域网数据帧的格式,发给哪一台计算机？,校验信息随同数据一起进行传输，供接

9、收节点在收到数据之后验证数据传输是否正确,哪一台计算机发送的数据帧,需要传输的数据，如程序、邮件、MP3音乐等,不同类型的局域网，数据帧的格式各不相同：MAC地址的长度不同有效载荷的最大长度限制不同使用的校验方法不同其它组成部分,什么是网卡（网络接口卡）？,网卡就是计算机的网络通信控制器 主要功能：实现节点之间的数据通信,网络中每个节点(工作站或服务器)都必须安装网卡，不同类型的网络，需安装使用不同类型的网卡,笔记本电脑使用的网卡,网卡的具体功能,1 在计算机与网络之间建立一个通信链路(link)，通过传输介质发送信息和接收信息 2 将数据分成帧(frame)、以帧为单位发送和接收信息 3 将

10、计算机的输出转换为适合网络传输的信号(并串转换、电平转换),每块网卡均由生产厂家分配一个全球惟一的MAC地址，该地址就是使用这块网卡的节点MAC地址,4.2.2 常用局域网,共享式以太网 交换式以太网 千（万）兆以太网 无线局域网,常用局域网之1：共享式以太网,以总线式集线器(hub)为中心，每个节点通过以太网卡和双绞线连接到集线器的一个端口，通过集线器与其他节点相互通信,集线器,A,B,C,D,把一个端口接收到的帧向所有端口分发出去，并对信号进行放大，以扩大网络的传输距离，起着中继器的作用,常见局域网之2：交换式以太网,以交换式集线器(Ethernet switcher)为中心构成 交换式集

11、线器是一种高速电子交换器，连接在交换器上的所有节点均可同时相互通信,常见局域网之3：千兆位以太网,其中，底层(工作组、部门)的交换器以10Mbps或100Mbps的速度与高层的中央交换器连接，中央交换器以每秒千兆位的速率与网络服务器连接，传输介质(光纤)的长度可达几公里,交换式集线器可以按层次方式互相连接起来，构成工作组部门公司(单位)的多层次的局域网,1000Mbps,以太网使用的传输介质,同轴电缆（早期使用）速率为10Mbps 的以太网，价格高 双绞线（5类线）大量用于速率为10Mbps和100Mbps的以太网 光纤用于速率为千兆(1Gbps)以太网和万兆(10Gbps)以太网,双绞线和R

12、J45插头(水晶头)是目前以太网使用最多的传输介质,无线局域网,无线局域网是局域网与无线通信技术相结合的产物 采用的协议：802.11 蓝牙 优点 具有很好的灵活性 最大通信范围可达几公里甚至几十公里 组网、配置和维护较容易 缺点 还不能完全脱离有线网络，只是有线网络的补充 产品比较贵 传输速度较慢,4.3 计算机广域网,什么是计算机广域网？,广域网（WAN）是跨越很大地域范围（从几十公里到几千公里）并包含大量计算机的一种计算机网络 特点： 远距离：需要使用远程数字通信线路进行通信 大规模：网络中包含大量的网络（子网）和计算机，数量几乎不受限制 异构性：进行互连的局域网有多种不同类型 从功能来

13、说，广域网与局域网并无本质区别，只是由于数据传输速率相差很大，一些在局域网上能够实现的功能在广域网上可能很难完成,广域网的分类,按用途分： 专用广域网：由机构或组织自行构建，用于处理特定事务（如政府网、金融网、教育网、军事网等） 公用数据网：由网络服务提供商（如电信局、有线电视台）构建，用于为社会公众提供数据通信服务 按技术分： X.25网（低速） 帧中继网（中速） SMDS网（中高速） ATM网（中高速）,分组交换原理,电路交换技术 电话交换机虽然经过了几次变革，但本质始终未变，都是采用“电路交换”技术。即通话前经过拨号接通双方的线路，通话后在释放 特点：在通话的全部时间内用户始终占用端对端

14、的传输信道分组交换技术1.解决了计算机网络在电路交换技术下使用率低的问题2.解决了不同设备，不同类型，不同速率在电路交换技术下无法通信的问题。,什么是分组交换(Packet Switching)?,分组交换的要点： 被传输的数据必须划分为若干“分组”(packet, 简称“包”)进行传输 每个分组中必须包含收发双方的地址 每个分组由分组交换机进行处理、存储和转发才能送达目的地 每个分组的格式如下：,分组交换示意：,分组交换的优点和技术基础,优点： 可同时处理许多不同的传输任务，线路利用率较高 数据通信可靠，数据包小，又有效验信息，出错可以重发，拥塞可以重新选择路由 收发双方不必同步工作，当接收

15、方忙时，数据可留在分组交换机中缓冲 可以给数据建立优先级，使得重要的数据能优先传送 实现分组交换的条件“分组交换机” 分组交换机的任务是：负责包的转发 实现分组交换的原理是：存储转发 + 路由选择 分组交换机有许多端口，用来连接计算机和远程数字通信线路 分组交换机可以互连，以扩大网络的规模和任意延伸网络的连接距离,使用分组交换机构建广域网,计算机的编址方案 使用两个整数表示：第1个数表示分组交换机号，第2个数表示计算机连接到该交换机上的端口号,分组交换机有许多端口，低速端口用来连接计算机，高速端口则通过远程数字通信线路连接另一交换机, 每个端口既可输入也可输出,分组交换与存储转发的过程,发送数

16、据的计算机将包发给它所连接的分组交换机 交换机每收到一个包，就检查该包的目的地地址： 若数据包目的地是直接与之相连的计算机，交换机就将包发往该计算机 若目的地不是本分组交换机上的计算机，则选择一个输出端口，通过连接该端口的高速数字线路转发给另一台交换机（如果线路忙，则可放在对应的缓冲器中排队等候） 下一台交换机收到数据包之后，重复过程2直到数据包到达目的计算机为止,例1：计算机C发送数据包给计算机H 例2：计算机A发送数据包给计算机G,存储转发技术,分组交换机的路由表,网络中所有交换机都必须有一张路由表，用来指出发送给哪台目的计算机的包应该从哪个端口转发出去 例：当交换机3收到目的地地址为2,

17、3的包时，就把此包发往端口3的队列中，等待从端口3发送至交换机2。如果包的目的地地址是3,2，那么交换机就把该包直接发给计算机C 交换机3的路由表,路由表的简化： 下一站（出口）既不依赖于包的源地址，也不依赖于包所走过的路径，它仅依赖于包的目的地址 下一站相同时，即目的地地址中的第1部分(交换机地址)相同时，都会从同一个出口转发,关于路由表的说明,每台分组交换机均有路由表,实际网络中包含了大量的网络和交换机，因此交换机中的路由表非常庞大和复杂 由于交换机之间的连接以及计算机的接入情况经常发生变化，因此路由表需要不断进行更新，路由器经常向其它路由器广播自己的路由信息，并获取其他路由器的路由信息 路由表是通过软件自动计算得到的，算法比较复杂,分组交换的应用（公用数据网）,为适应不同应用的需要，常用的公用数据网有： 低速：利用公共电话网以分组交换方式进行数据传输 X.25公共分组交换网（传输速率仅64kbps） 中速：使用光纤作为传输介质 帧中继交换网 （传输速率可达2Mbps） 中高速：使用光纤作为传输介质 SMDS（交换多兆位数据服务网） ATM 广域网 (155Mbps或者更高),