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1、第8章 计算机网络基础,理解计算机网络的概念掌握计算机网络体系结构理解计算机网络拓扑结构了解计算机网络传输介质理解计算机网络的分类掌握IP地址与域名系统了解局域网分类与组成了解网络互联概念、类型,【能力考查要求】,【学习目标】,掌握计算机网络体系结构、计算机网络拓扑结构、计算机网络的分类、IP地址与域名系统,8.1 计算机网络概述8.2 计算机网络体系结构8.3 计算机网络拓扑结构8.4 计算机网络传输介质8.5 计算机网络的分类8.6 IP地址和域名系统DNS8.7 局域网8.8 网络互联,第8章 计算机网络基础,8.1计算机网络概述,计算机网络诞生于20世纪60年代，它是计算机技术和通信技
2、术密切结合的产物。经过50多年的迅速发展和广泛应用，计算机网络技术已经进入了一个崭新的时代，特别是在当今信息社会，计算机网络无处不在，已日益深入到国民经济各部门和社会生活的方方面面，成为人们日常生活工作中不可缺少的工具。,计算机网络的发展,计算机网络技术经过几十年的研究与应用，已经形成了自身比较完善的体系、成熟的技术与研究方法。纵观计算机网络形成与发展的历史，可以清晰地看出网络技术4个阶段。第一阶段 计算机网络技术与理论的准备阶段第一阶段可以追溯到20世纪50年代。这一阶段的特点与标志性成果主要表现在以下两个方面：数据通信技术研究与技术的日趋成熟，为计算机网络的形成奠定了技术基础。分组交换概念
3、的提出为计算机网络的研究奠定了理论基础，也标志着现代电信时代的到来。第二阶段 计算机网络的形成阶段第二阶段从20世纪60年代美国的ARPANET与分组交换技术开始。这一阶段出现了3个标志性的成果：ARPANET的成功运行证明了分组交换理论的正确性。TCP/IP协议的成功为网络互联打下了坚实的基础。DNS，E-mail、FTP、TELNET、BBS等应用展现了美好的网络发展前景。,第三阶段 网络体系结构的研究阶段第三阶段大致从20世纪70年代中期开始。这一阶段研究成果的重要性主要表现在以下两个方面：OSI参考模型的研究对网络理论体系的形成与网络协议的标准化起到重要的推动作用。TCP/IP协议完善
4、了它的体系结构研究，经受了市场和用户的检验，吸引了大量的投资，推动了互联网产业的发展，成为业界事实上的标准。,第四阶段 互联网技术、无线网络技术与网络安全技术研究的发展阶段第四阶段从20世纪90年代开始。这个阶段的特点主要表现在以下几点：互联网作为国际性的网际网与大型信息系统，正在当今政治、经济、文化、科研、教育与社会生活等方面发挥越来越重要的作用。宽带城域网已经成为一个现代化城市重要的基础设施之一，接入网技术的发展扩大了用户计算机接入范围，促进了互联网应用的发展。无线局域网（wireless LAN，WLAN）与无线城域网（wireless MAN，WMAN）技术日益成熟，已经进入工程化应用
5、阶段。无线自组网（Ad hoc）、无线传感器网络（wireless sensor network，WSN）的研究与应用受到了高度重视。P2P的研究使得新的网络应用不断涌现。网络安全的研究成果为互联网应用提供了重要的安全保障。,计算机网络的定义,计算机网络是将分布在不同地理位置上，具有独立工作能力的多台计算机、终端及其附属设备，利用通信设备和通信线路相互连接起来，在通信软件的支持下，实现计算机间资源共享、信息交换或协同工作的系统。它具有以下特征：（1）计算机网络是一个互联的计算机系统的集合。这些计算机系统在地理位置上不均匀地分布。可能在一个房间，在一个单位的楼群里，在一个或几个城市里，甚至在全国
6、或全球范围；（2）这些计算机是自治的，即每台计算机是独立工作的，是在网络协议控制下协同工作；（3）系统互联要通过通信设施（通信子网）来实现。通信设施一般由通信线路、传输设备和交换设备等组成；（4）系统通过通信设施执行信息的交换、资源的共享和协作处理，实现各种应用要求。它需要有一种机制能支持互联网络环境下的异构计算机系统之间的通信、互操作、实现协同工作和应用集成。,计算机网络系统的组成,计算机网络是由计算机系统、通信链路和网络节点组成的计算机群，它是计算机技术和通信技术紧密结合的产物，承担着数据处理和数据通信工作。从逻辑功能上可以将计算机网络划分为两部分，一部分是对数据信息的收集和处理，另一部分
7、则专门负责信息的传输。ARPANET的研究者们把前者称为资源子网，后者称为通信子网。,通信子网:网络内层，负责网络数据传输、转发等通信处理任务 资源子网：网络的外围，提供各种网络资源和网络服务,计算机网络的功能,资源共享数据传输集中管理分布处理负载平衡提高安全与可靠性,硬件共享,软件共享,8.2 计算机网络体系结构,概述,计算机网络的主要问题是解决异地独立工作的计算机之间如何实现正确、可靠的通信，计算机网络分层体系结构模型正是为解决计算机网络的这一关键问题而设计的。我们把为进行网络中的数据交换而建立的规则、标准约定称为网络协议。一个网络协议由语法、语义和同步（定时）组成：（1）语法：规定了数据
8、与控制信息格式。（2）语义：规定了发送者及接收者所要完成的操作。（3）同步：包括速度匹配和排序等。,8.2.2 OSI七层参考模型,国际标准化组织（ISO）制定的开放系统互联参考模型，简称为OSI。这是一个计算机互联的国际标准。所谓开放是指任何计算机系统，只要遵循OSI标准，就可以与同样遵循这一标准的任何计算机系统通信。OSI从逻辑上，把一个网络系统分为功能上相对独立的七个有序的子系统，这样OSI 体系结构就由功能上相对独立的七个层次组成，如图8-2所示。它们由低到高分别是物理层、数据链路层、网络层、传输层、会话层、表示层和应用层。,8.2.3 TCP/IP参考模型,TCP/IP（transm
9、ission control protocol/internet protocol，传输控制协议/网际协议）由它的两个主要协议即TCP协议和IP协议而得名。通常所说的TCP/IP协议实际上包含了大量的协议和应用，且由多个独立定义的协议组合在一起，因此，更确切地说，应该称其为TCP/IP协议集。,TCP/IP层次结构TCP/IP共有4个层次，它们分别是网络接口层、网际层、传输层和应用层。TCP/IP层次结构与OSI层次结构的对照关系如图8-3所示。,图8-3 TCP/IP层次结构与OSI层次结构的对照关系,TCP/IP协议集在TCP/IP的四层次结构中只有三个层次包含了实际的协议。TCP/IP中
10、各层的协议如图8-4所示。,传输层协议传输控制协议TCP：是一个面向连接、端对端的全双工通信协议，通信双方需要建立由软件实现的虚连接，为数据报提供可靠的数据传送服务。用户数据报协议UDP：是一个面向无连接协议，主要用于不要求确认或者通常只传少量数据的应用程序中，或者是多个主机之间的一对多或多对多的数据传输，如广播、多播。,8.3 计算机网络拓扑结构,计算机网络拓扑是通过网终结点与通信线路之间的几何关系表示网络结构，以反映出网络中实体之间的结构关系。拓扑设计是建设计算机网络的第一步，也是实现各种网络协议的基础，它对网络性能、系统可靠性与通信费用都有重大影响。计算机网络拓扑主要是指通信子网的拓扑构
11、型。,计算机网络拓扑的定义,星形拓扑,总线形拓扑结构,特点：结构简单，可靠性高布线容易，连线总长度小于星形结构对站点扩充和删除容易总线任务重，易产生瓶颈问题,特点：通信协议简单对外围站点要求不高单个站点故障不会影响全网电路利用率低，连线费用大网络性能依赖中央结点每个站点需要有一个专用链路,计算机网络拓扑的分类,特点：传输速率高，传输距离远各节点的地位和作用相同各节点传输信息的时间固定容易实现分布式控制站点的故障会形起整个网络的崩溃,环形拓扑结构,特点：信息交换在上、下节点之间进行通信线路连接简单，网络管理软件也不复杂，维护方便资源共享能力差，可靠性低,树形拓扑,8.4 计算机网络传输介质,双绞
12、线非屏蔽双绞线（UTP）和屏蔽双绞线（STP）组网方便，价格最便宜，应用广泛 五类双绞线最大传输率为100Mbps传输距离小于100米,同轴电缆 基带同轴电缆：速率10Mb/s，传输距离1000m宽带同轴电缆：速率20Mb/s，传输距离100km 它是有线电视系统CATV中的标准传输电缆,目前常见的有线传输介质有双绞线、同轴电缆、光缆(纤)等。,光缆,光缆的芯线是由光导纤维做成，它传输光脉冲数字信号。多模光纤：由发光二极管产生用于传输的光脉冲，通过内部的多次反射沿芯线传输。可以存在多条不同入射角的光线在一条光纤中传输。单模光纤：使用激光，光线与芯轴平行，损耗小，传输距离远，具有很高的带宽，但价
13、格更高。在2.5Gb/s的高速率下，单模光纤不必采用中继器可传输数十公里。,光纤和光端设备,无线介质,包括无线频段、红外线、激光等。目前可用于通信的电磁波频谱有无线电波、微波、红外、可见光。,地面微波通信,卫星微波通信,从网络的地理范围进行分类,局域网,覆盖范围为几百米到几公里，局域网内传输速率较高，误码率低，结构简单容易实现。具体标准是美国电气工程师协会制订的IEEE802系列标准。,8.5 计算机网络的分类,通常是使用高速光纤的网络，在一个特定的范围内（例如校园、社区或城市）将不同的局域网连接起来，构成一个覆盖该区域的网络，其传输速率比局域网高。,城域网,在一个学校范围内的计算机网络通常我
14、们称为校园网。实质上它是由若干个局域网连接构成的一个规模较大的局域网，也可视校园网为一种介于普通局域网和城域网之间规模较大的、结构较复杂的局域网络。,一般是在不同城市之间的LAN或者MAN网络互联，地理范围通常为几十公里到几千公里，它的通信传输装置和媒体一般由电信部门提供。广域网的通信子网主要使用分组交换技术，它可以使用公用分组交换网、卫星通信网和无线分组交换网。,广域网,8.6 IP地址和域名系统DNS,8.6.1 IP地址,IP 地址是IP协议提供的一种地址格式，它为Internet上的每一个网络和每一台主机分配一个网络地址，以此来屏蔽物理地址的差异。是运行TCP/IP协议的唯一标识。,（
15、中国教育科研网）,IP地址的分类,允许数量,在寻址时通过子网掩码对IP地址进行屏蔽运算，先找出网络部分，再确定子网中的主机地址。子网掩码某位为1，表示该位所对应IP地址中的一位是网络地址部分中的一位，若某位为0，表示它对应IP地址中的一位是主机地址部分中的一位。,A类地址的掩码:255B类地址的掩码:255.255.0.0C类地址的掩码:.0,IP地址与掩码进行“与”运算，可得到网络地址，屏蔽IP地址中的网络部分，可得到中国教育科研网主机地址36。,子网掩码,DNS采用分层次结构，入网的每台主机都可以有一个类似下面的域名：,主机名.机构名.顶层域名,从左到右，域的范围变大。具有实际含义，比IP
16、地址好记。Internet上几乎在每一子域都设有域名服务器，服务器中包含有该子域的全体域名和地址信息。Internet每台主机上都有地址转换请求程序，负责域名与IP地址转换。,中国教育部,域名系统DNS,分为类型名和区域名两类。类型名共14个，区域名用两个字母表示世界各国和地区。,顶级域名,可以直接使用中文命名域名。中国互联网络信息中心网站：http:/,中国互联网络的域名体系,8.7 局域网,局域网定义功能:由一组台式计算机和其他设备在物理地址上彼此相隔不远，允许用户相互通信和共享资源的方式互连在一起的系统。技术:局域网是由特定类型的传输媒体和网络适配器互连在一起的计算机，并受网络操作系统监
17、控的网络系统。,局域网特点覆盖范围比较小 数据传输速率高传输延时小 出错率低等 局域网的关键要素 拓扑结构传输介质：双绞线、同轴电缆、光纤布局设计：线性或星型介质访问控制：载波监听多路访问/冲突检测 或 令牌,局域网的分类,按拓扑结构分类按传输的信号分类按网络使用的传输介质分类按介质访问控制方式分类,局域网的组成,局域网由网络硬件和网络软件两部分组成。网络硬件用于实现局域网的物理连接，为连接在局域网上的计算机之间的通信提供一条物理信道和实现局域网间的资源共享。网络软件则主要用于控制并具体实现信息的传送和网络资源的分配与共享。这两部分互相依赖、共同完成局域网的通信功能。,NetBEUI,NetB
18、EUI（NetBIOS Extend User Interface）网络基本输入输出系统扩展用户接口。适合单网段小型局域网，无路由功能。,IPX（Internet Packet Exchange Protocol）运行在网络层的包交换协议。使应用程序能在网络上发送包和接收包。SPX（Sequenced Packet Protocol）运行在传输层上的顺序包交换协议，在通信用户之间建立并使用应答进行差错检测。,IPX/SPX,包括了100多个不同功能的协议，最主要的是TCP和IP协议。TCP/IP协议的主要特点：标准化，任何网络软件或设备都能在该协议下运行；可路由性，用户可以将多个局域网连成一个
19、大型互联网络。,TCP/IP协议包,局域网上流行的传输协议有：,网络操作系统,Novell Netware,对等网 网络中的所有计算机都具有同等地位，没有主次之分。任何一个节点机所拥有的资源都作为网络资源，可被其他节点机上的用户共享。客户机/服务器模式 网络中有几台计算机专门充当服务器，为整个网络提供共享资源和服务。,局域网的几种工作模式,8.8 网络互联,TCP/IP协议来互联不同的网络,网络互连形式:,局域网与局域网局域网与广域网广域网与广域网,TCP/IP,网络互连:实现网络之间的通信网络间用户实现较高级的应用服务,网络间的互连设备,中继器,在OSI模型的物理层上实现信号放大和再生,网桥
20、,在OSI模型的数据链路层上实现互连的设备 网桥能够读取目标地址信息，并决定是否向网络的其他段转发,连接多个网络或网段的网络设备，在OSI模型的网络层上实现互连,路由器,不同网络之间数据格式转换和转发维护和更新路由表寻找一条最佳传输路径网络控制和管理,路由器功能,交换机,交换机取代集线器和网桥，增强路由选择功能。交换和路由之间的主要区别就是交换发生在OSI参考模型的数据链路层，而路由发生在网络层。,虚拟局域网只是给用户提供的一种服务。它通过设置用户群将分布在不同实际局域网内的计算机组合成一个工作群体，而不需要改变布线。,设置工作组1,设置工作组2,网关,网关的连接操作是在OSI模型的七层协议的传输层以上，用于连接使用不同通信协议或结构的网络。,思考题,什么是计算机网络？它的主要功能是什么？简述计算机网络的发展过程。简述计算机网络系统的组成。按照网络覆盖的地理范围分类，计算机网络分为哪几种？什么是网络的拓扑结构？常用的拓扑结构有哪些？网络协议的功能是什么？什么是OSI参考模型？常用的网络传输介质有哪些？网络的主要连接设备有哪些？简述TCP/IP模型结构。“点分十进制”地址的格式是什么？简述IP地址与域名系统DNS的关系。局域网有哪些工作模式？网络互联主要有哪几种形式？目前常用的网络之间的互联设备有哪些？,
