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1、第五讲第五讲 计算机网络基础计算机网络基础浙江理工大学 计算机技术教研部 2010年10月31日 Sunday2Review?计算原理 ?二进制信息表示 ?计算机组成 ?操作系统3本讲主要论题?操作系统 ?以“中央集权制”构成的自治系统； ?计算机网络 ?在分布式环境下，各“自治系统”的互连和信息交 换问题。4Overview?通信原理概述（报文交换、电路交换）通信原理概述（报文交换、电路交换） ?分组交换网络分组交换网络 ?网络分类网络分类 ?网络协议和模型网络协议和模型 ?信道、介质和网络设备信道、介质和网络设备 ?局域网（局域网（ IEEE 802系列协议 ） ?网络服务器和软件网络服务
2、器和软件5参考条目?计算机网络 ?OSI模型 ?分组交换 ?Message Switching ?Circuit Switching ?Packet Switching ?Paul Baran and the Origins of the Internet ?互联网6习题?请将报文交换、电路交换和分组交换通信 过程作一比较，并说明使用分组交换作为 计算机网络数据通信的优势所在。 ?试将人际通信过程和OSI参考模型的各层协 议作一对比，论述在人际通信过程中的物 理媒体、差错和流量控制、会话控制、表 示是如何实现的。7报文交换（Message Switching） 邮政网络?邮政是人类最早使用的远
3、距离通信方式 ?信件：信息的载体（Message，报文） ?信封：报文头部（主要为地址） ?信箱、邮筒：通信系统的用户终端 ?邮局和分拣：通信系统的存储交换机构 ?邮车：信息的传输工具 ?服务：无连接（Connectionless）；有确认 （挂号）和无确认服务8报文交换：电报网络?1844年Samuel Morse发明了电报 ?电报网络与邮政网络的不同之处是：信息 的传输机制由物理实体运输变为电报码的 线路传输 ?只传输信息而不能传输实体 ?工作方式在逻辑上并无不同，统称为报文 交换传输网络9电路交换网络（电话网络）?1876年贝尔发明了电话 ?两大不同点 ?不但传输报文，而且可以实时传输语
4、音 ?面向连接的通信方式 ?信息传递网络由电路交换机构组成10电路交换(Circuit Switching)11面向连接的通信服务 （Connection-Oriented Service）?面向连接的通信过程 ?建立连接 ?通信 ?拆除连接12面向终端的网络也是电路交换网络的 一种主机通信装置通信装置通信线路终 端13报文交换和电路交换的缺点?报文长度不定，传输时延大，不支持面向 连接的即时通信； ?线路交换建立线路时间长，建立后线路独 占，带宽固定，不适宜于突发，多进程多 点连接的数据通信，可靠性低。14计算机网络?脱胎于美国国防部的ARPANet； ?采用分组交换为其通信机制； ?支持无
5、连接和面向连接（Connection- Oriented）的通信方式，提供有确认和无确 认服务。15信息分组分组头数据载荷 发送方过程源报文数据块切片时间轴形成分组并发送分组发送16分组交换过程采用“泛洪法”可以保证网络的高可靠性!17分组还原组装接收分组提取数据组装报文源报文到达18分组交换(Packet Switching)?分组交换的出现 ?Nuclear War,ARPANET?分组交换的规则 ?Hot Potato Principle “烫手山芋”规则19网络类型? 计算机网络并没有统一的定义，随着网络技术和 应用的发展，网络的概念也在不断的变化 ? 比较公认的定义：计算机网络是将地
6、理位置不同 的多个计算机系统，通过通信设备和线路连接起 来，使用网络软件实现网络中资源共享的系统 ? 网络中的计算机： ?具有独立的处理能力的系统 ?使用网络是借助于网络软件的 ?它的主要目的是实现“资源共享” ? 按跨越的地理范围，分局域网、城域网和广域网20局域网及其拓扑结构局域网及其拓扑结构? 局域网，Local Area Network ，LAN ? 是连接较小地理范围内的计算机组成的网络 ?一般在几公里内的区域 ?最早的网络雏形就是局域网：MIT的几个学生通过电话线 把计算机连接起来，互相交流编程的心得 ? LAN 的配置方式拓扑（Topology）结构 ?局域网主要有星型、总线型、
7、环型和树型 ? 拓扑结构与传输介质和介质访问控制技术密切相 关，它影响着整个网络的设计、功能以及费用等 各方面 ? 局域网络的特性就是媒体共享访问控制21星型网、总线型网拓扑结构星型总线型22环网、树型网拓扑结构环型树型23城域网?MAN，Metropolitan Area Network ?在一个城市及周边地区建设数据通信设 施，构建覆盖整个城市区域的网络，以满 足城市建设和居民对信息服务的需求 ?光缆为MAN主干，带宽高，城市中设施使 用专用的光缆线路管理和服务需要 ?我国的城市信息化建设在近年间发展迅 速，中、大城市都建有城域网24城 市 公 共 网MAN示意图25广域网?WAN ，Wi
8、de Area Network ?从地域上看，WAN的范围没有限制 ?如Internet就是最大的广域网 ?理论上，只要两个以上的局域网实现互 连，所形成的网络就是广域网 ?城域网也属于广域网的范畴 ?广域网实现在不同网络间的通信26WAN 示意图路 由路 由公 共 网27“礼”：网络协议和模型?协议：行为规范，礼，约定，规程 ?网络及设备是基于“协议”(Protocol)的，也 就是按协议工作 ?协议模型：标准和通信规程体系 ?网络协议大多数是在网络技术发展过程中 由网络设备或网络软件公司定义开发的 ?网络模型由标准化组织制定的用于网络结 构设计28“礼”的等级制度：OSI参考模型? OSI
9、模型Open System Interconnect Reference Model也被书写为OSI/RM ? 也叫七层模型 ?物理层（Physical Layer） ?数据链路层（Data Link Layer） ?网络层（Network Layer） ?传输层（Transport Layer） ?会话层（Session Layer） ?表示层（Presentation Layer） ?应用层（Application Layer）29应 用 层网 络数 据 链 路 层网 络 层传 输 层会 话 层表 示 层物 理 层应 用 层网 络 层传 输 层会 话 层表 示 层物 理 层数 据 链 路
10、层物 理 介 质30物理层? 使用物理信号对0，1进行编码，并通过介质发送 接收。 ?媒体的物理性状（光、电、量子） ?电气和机械标准（电压、插头插座） ?0，1的物理编码（跳变、电平、调制）?信号控制规程（发送、接收） ? 基本传输单位：比特（bit）比特流 100011010调制接口驱动介质接口驱动解调比特流 10001101031物理信道的重要指标? 数据传输速率:：单位时间内传输的二进制位数 ?bps（bit per second）比特率 ?baud rate，波特率每秒钟传送的脉冲数 ? 带宽 （Bandwidth）：信道每秒钟传输的数据量 ?语音带宽（Voice Band） ?中等
11、带宽（Medium Band） ?宽带（Broadband） ? 带宽意味着“能够达到的”，但不一定需要和传输 速率一致32调制解调器? 通过公用电话网通信线路，语音信号模拟量 ? 计算机数字信号“调制”为适合电话线上传播的 “载波”信号通过电话线的 模拟信号MODEMMODEM011010001011010001数据信号数据信号Modem进行数字和模拟信号的转换.33网络接口卡NIC? NIC插在计算机主板的扩展槽中，通过网线与网 络相连 ? 主要功能：串、并数据转换、数据包的装配和拆 装、网络的存取控制即网络信号的产生等 ? 接入LAN的计算机，网卡是必须的 ? NIC有一个唯一的48位物
12、理地址MAC（介质 访问控制）地址，形如“00-00-E8-51-0E-7C”?前六位代表生产厂商 ?后六位为该厂商自行分配给网卡的唯一号码 ? 网络管理，MAC地址流量计量和故障定位的34常见的物理层通信介质?双绞线 ?同轴电缆 ?光纤 ?微波 ?卫星35双绞线?双绞线（Twisted Pair Cable，TP）是网络 中最常用的传输介质36同轴电缆?同轴电缆（Coaxial Cable） ?屏蔽性好，抗干扰电视传输所用 ?同轴电缆又分粗缆和细缆BNC接口与T形头连接37光纤光纤? Optical Fiber，光纤，光缆 ? 电磁绝缘性能好，频带宽， 速度快，距离长，抗干扰保 密性能好 ?
13、 室内、室外 ? 单模光纤（Single Mode Fiber，SMF，210KM） ? 和多模光纤（Multi Mode Fiber，MMF，2KM以内）38无线传输? 无线传输 ?无线电短波通信 ?微波和卫星通信 ?红外线传输 ? 1945，英国作家克拉克 （Arthur Clarke）预言在地球 35860KM的高空部署3颗同步 卫星可组成全球通信网 ? 1964年有了第一颗同步电视 卫星。克拉克被尊称为“卫星 通信之父”返回首页39通信卫星40相关的物理层设备? 中继器：信号放大，实现介质的延伸。? 集线器：实现介质的并联，形成共享总线。中 继 器41数据链路层? 在端到端两点之间的物
14、理信道上实现数据 传输的差错和流量控制差错和流量控制。 ? 基本的传输单位：帧（frame） ? 帧是若干比特的集合，它是一个信息的片 段，帧与帧之间是无关联的。帧中承载的 是网络层的分组。 ? 帧的长度由各标准制定。以太网帧的长度 范围是64-1518 比特。帧头部载荷校验42重要的链路层设备? 交换机：实现帧在不同MAC地址间的存 储转发。 ? 端口间物理信号不冲突，由MAC地址决 定通信双方的独立逻辑信道。43网络层?实现互联网络内主机到主机的分组传输 ?核心问题：路由和拥塞控制 ?网络层基本传输单位：分组 ?分组递交给数据链路层，成为“帧”的载荷。44IP地址?IP地址用来标识因特网中
15、每一台主机地址用来标识因特网中每一台主机 ?IPv4地址长度为地址长度为32位二进制数，分成位二进制数，分成4个个8 位二进制组，由位二进制组，由“.“分隔分隔 ?用点分十进制数来表示用点分十进制数来表示,每八位表示为每八位表示为0-255 ?IP地址由两部分构成：网络号、主机号地址由两部分构成：网络号、主机号 ?Internet的网络地址主要分为三类，的网络地址主要分为三类，A、B、 C45IP地址1101001 0100000000001100000010100子网掩码：表示网络号的长度2552552550C类地址网络号主机号210322420域名:46路由器?Router广域网（Inte
16、rnet）互连设备 ?为经过路由器的数据寻找一条最佳传输路 径，并将该数据传送到目的地点 ?在路由器中保存着各种传输路径的相关数 据路径表（Routing Table），供路由 时选择使用 ?路由表中含有所连接网络的信息、网上路 由器的个数、下一个路由器的名字等内容47Router 连接网络的示意图路 由 器广 域 网 路 由 器HubLANHubLAN48网关和路由器网关Internet49域名系统（DNS）?网络上主机标识可表示成：网络上主机标识可表示成：IP地址和域名地 址地址和域名地 址 ?格式：格式：?主机名.三级域名.二级域名.顶级域名如：如：(210.108.8.124)?顶级域名一般为机构性域名和地理性域名顶级域名一般为机构性域名和地理性域名P.284表表4.1?Internet上一般每个子域都有域名服务器， 包含该子域的全体域名和地址信息，负责域 名与上一般每个子域都有域名服务器， 包含该子域的全体域名和地址信息，负责域 名与IP地址之间的转换地
