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1、网络和局域网基础知识吴云芳 北京大学信息科学技术学院 上次课主要内容计算机网络的 n 形成和发展 n 定义与功能 n 资源子网与通信子网 n 分类 n 网络协议 n OSI参考模型 n TCP/IP协议/39主要内容计算机网络的 n工作模式 n拓扑结构 n传输介质 n网络互连局域网技术的 n硬件组成 n以太网技术 n介质访问方式/39计算机网络的工作模式q根据连网的主机所处的地位是否相同，可以区 分为“客户/服务器模式”和“对等服务模式”两种 工作模式。 q客户/服务器模式中，存在一台功能强大的服务 器，其上装有网络操作系统，所有其他客户机 的管理工作都以此服务器为中心。 q对等服务模式中，所
2、有连网计算机地位平等， 数据和资源散布在整个网络中，每台计算机既 可以作为服务器，又可以作为客户机使用。/39客户/服务器模式（Client/Server,C/S）客户机客户机服务器服务器呼叫：请求服务应答：响应请求通信通过两个进程分工合作完成： 一个主动请求、启动通信（客户机）； 一个被动响应、等待通信（服务器）。/39客户/服务器模式:服务器q服务器中装有网络操作系统的核心软件，服务 器可以将其内存、磁盘、打印机、数据等资源 提供给客户机共享，并负责对这些资源进行管 理，协调网络用户对这些资源的使用。 q一般而言，服务器由厂商生产的专用机器或高 档微机充任。 q DELL PowerEdg
3、e R710. 报价：1.7万 处理器: Intel Xeon E5504 2.13G. 主频: 2130M. 最大内存: 144G. 最大硬盘: 6T. /39客户/服务器模式 PK. 对等服务模式q对等服务模式的优点是易于架设、成本低廉，主 机之间共享资源方便。但缺点是资源分散，不宜 管理。连网计算机一般不超过10台。一般适用于 小型办公室、实验室、家庭等小型网络。 q客户/服务器模式的优点是共享资源集中在服务 器上，可专为这些服务器配置较好的可靠的硬件 ，网络资源易于管理。但缺点是客户机之间数据 交换不方便，且服务器价格昂贵。一般适用于企 事业单位的中大型网络。/39什么是拓扑结构？q拓
4、扑学是几何学的 一个分支。首先把 实体抽象成与其大 小、形状无关的点 ，将连接实体的线 路抽象成线，进而 研究点、线、面之 间的关系。/39什么是网络拓扑结构？q计算机网络拓扑反映出网络中各实体间的 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， 对网络的性能、系统可靠性与通信费用都 有很大的影响。 q计算机网络拓扑主要是指通信子网的拓扑 结构。/39常用网络拓扑结构星型环型网状总线型树型/39总线型拓扑q通过一条公共线 路(称为总线)把 所有的结点连接 起来。在某一时 刻，只有一个结 点可以发送信息 ，所有结点都可 以检测到总线上 的信息，但只有 符合接收地址的
5、结点才能接收信 息。q优点：结构简单、易于扩充。 q缺点：总线的长度不能太长， 网络的地理范围有限；故障定位 困难，总线上任何一段电缆故障 将会导致整个网络瘫痪。/39星型拓扑q每个结点都以一条单独线路 与中央结点相连接。中央结 点控制任两个结点之间的通 信。q优点：结构简单、易于扩充， 某个结点出现故障易于隔离。 q缺点：中心结点通信负担很重 ，中心结点的故障可能导致全网 络瘫痪。/39环型拓扑q所有结点经由通信线路连接 成闭合环路。数据沿一个方 向逐点传送。q优点：数据信息每经过一个站 点都要转发一次，衰减小，因此 传输速率高，传输距离远。 q缺点：扩展比较困难，故障诊 断困难，环中任何一
6、个结点出现 故障都会使网络瘫痪。/39网状拓扑q各结点之间存在多条通 路。网络中的各个结点 可以根据实际情况动态 地选择通信路径。q优点：系统可靠性高。 q缺点：结构复杂，必须 采用路由选择算法与流量 控制方法。/39常用网络拓扑结构q局域网通信距离短，主要采用总线型、 星型、环型拓扑结构，便于网络的控制 和管理。 q广域网大多采用无规则的网状拓扑结构 ，通信时数据要通过多个中间结点、在 每个结点选择路径才能到达接收端。/39局域网常用拓扑结构实际组网中，常是多种拓扑结构的混合。/39传输介质q网络传输络传输 介质质分为为有线线介质质和无线线介 质质两类类。有线线介质质主要有双绞线绞线 、同
7、轴电缆轴电缆 和光缆三种，无线线介质质又分为为 微波、卫卫星和红红外等多种。/39双绞线q双绞线是两根铜导线按照一定的扭距绞合在一起的传输 媒体，每根线外有绝缘层。一对或多对双绞线放在一个 绝缘套管中便成了双绞线电缆。成对导线扭绞旨在使电 磁辐射和外部电磁干扰减到最小。q抗电磁干扰能力不强，但价格便宜，易于安装。/39同轴电缆q 同轴电缆的金 属屏蔽层可防止 中心导体向外辐 射电磁场，也可 以用来防止外界 电磁场干扰中心 导体的信号。q同轴电缆抗干扰能力较 强，但价格较贵。q同轴电缆又分为粗缆和 细缆两种。粗缆用于主干 网，细缆用于中小网络。/39光缆q 光缆是以光脉冲的形式传送数字信号的。光
8、缆的中 心是光导玻璃，被一层称作包层的玻璃包住，最外 层是坚硬的外壳。q 优点：传送速率高，通信容量大；传输损耗小，适 合长距离传；抗雷电和电磁干扰性能好，保密性好 。 q 缺点：价格昂贵，安装困难光纤包层护套/39不同传输介质的性能比较类别类别双绞线绞线细缆细缆粗缆缆光缆缆费费用最便宜比双绞线贵绞线贵比细缆贵细缆贵最贵贵传输传输 速率10Mbps10Mbps10Mbps100Mbps安装难难易非常容易容易一般困难难信号衰减大较较小小极低适用范围围中小网络络中小网络络主干主干/39什么是网络互联？q 网络互联是把分布在不同 地理位置的网络用互联设 备连接起来，形成一个规 模更大的网络。例如局域
9、 网与局域网互连，局域网 与广域网互连等。 q 网络互联必须解决的问题 是如何使体系结构完全不 同的网络能够连接起来， 屏蔽网络之间的差异，向 用户提供透明的通信功能 。网络互联： q中继器 q网桥 q路由器 q网关/39局域网互联成广域网/39中继器q 中继器用于延伸局域网的覆盖范围。由于信号在传 输介质中有衰减和噪音，当一个网段的结点数和长 度超过所允许的限度时，传送的信号的质量开始下 降。利用中继器可以把衰减的信号重新增强和放大 ，从而使信号传输得更远。中继器/39网桥q网桥用于连接两个或多个局域网，形成覆 盖范围更广的逻辑上的单一局域网。网桥网桥/39路由器q 路由器是用于将局域网与局
10、域网、局域网与广域网 、广域网与广域网互联的设备。各个子网可采用不 同的拓扑结构和网络协议。路由器可根据网络上的 信息拥挤程度，自动地选择适当的路径，还可以对 所连接的网络进行协议转换。分组交换路由器路由器路由器/39网关q网关就是一个网络连接到另一个网络的关口 。网关地址是一个网络通向其他网络的IP地 址。/39不同互连设备的性能比较互连设连设 备备互连层连层 次应应用场场合功能中继继器物理层层相同局域网的几个网段放大信号，延长传长传 送距离网桥桥链链路层层各种局域网的互连连连连接局域网，改善 其性能路由器网络层络层局域网与局域网、广域网路由选择选择网关传输层传输层 应应用层层互连连高层协议
11、层协议 不同的网 络络在高层转换协议层转换协议/39计算机网络的分类q局域网(LAN)一般指覆盖范围在10公里以内的网络。如：一个宿 舍、一个研究所、一栋楼房内部的网络。 n城域网(MAN) 将位于一个城市内、有共同需求的多个局域网互联 形成的网络。 n广域网(WAN) 是指远距离的、大范围的计算机网络。跨地区、跨 城市、跨国家的网络都是广域网。Internet：全世界范围内的 LAN+MAN+WAN温故而知新/39局域网的硬件组成n计算机（服务器、客户机） n共享设备（如打印机、扫描仪等） n传输介质（双绞线、同轴电缆） n网卡 n集线器与交换机/39网卡q网络适配器，简称网 卡。用于实现计
12、算机 和网络电缆之间的物 理连接。网卡接收来 自计算机的数据后， 将数据添加包含校验 码及网卡地址的数据 报头，然后将数据转 换为可通过传输介质 发送的信号。网卡的一个重要指标是数据传 输率。可分为： 10Mbps、 100Mbps、 10/100Mbps自适应、 1000Mbps。/39网卡的MAC地址q每一块网卡都有一个惟一的编号，称为MAC (Media Access Control)地址，用48位二进制来表示 。MAC地址由生产厂家记录在网卡的ROM中。 F运行/cmd/ipconfig/all q在局域网中，计算机借助MAC地址完成通信和信 息的交换。网卡能够对信道中的信息进行侦听，
13、并 根据MAC地址判别是否是自己应该接收的信息。 q在Internet中，如何实现IP地址到MAC地址的转换 ？/39集线器q集线器(Hub)是星型网的组网中心设备，集线器 上有许多端口，每个端口可以接一台计算机，常见 的集线器通常有4到32个端口。已不能适应局域网 应用的需求。 q缺点：集线器所有端口共享带宽，数据流向为广 播式，任何时刻只能有一个端口发送数据，大量用 户处于监测等待状态。仅具有物理层的功能。/39交换机q交换机(Switch)通常也是作为星型网的组网 中心设备。用交换机组成的网络称为交换 式网络。交换机已逐步取代集线器，广泛 应用于多种局域网中。 q交换机提供给每个用户专用
14、的信息通道， 交换机并不把数据发送给所有连网主机， 而仅仅发送给目的主机，实现了多对结点 之间的并发通信，充分利用带宽。具有数 据链路层和网络层的功能。/39以太网技术q以太网是Ethernet的中译名，以IEEE 802为 标准，20世纪70年代开发，到80年代形成局 域网规范，是目前应用最广泛的局域网技术 。 q以太网具有性能高、价格低、使用方便等特 点，是最早的局域网，也是当前最为流行的 局域网。 q美国电气与电子工程师协会IEEE802委员会 于20世纪80年代研究制定了局域网系列标准 。 /39以太网技术按传输速率以太网分为： q10兆位以太网 10Mbps 例如连接一个办公室 q百
15、兆位以太网 100Mbps 例如连接不同办公室、不同楼层 q千兆位以太网 1000Mbps 例如园区主干网 q万兆位以太网 10Gbps 例如大型企业的主干网络/39介质访问方式q传统以太网采用总线型拓扑。连接在总 线上的所有结点共用同一条总线，在同 一时刻，只能有一对结点进行通信。哪个结点使用传输介质？如何解决信号冲突？/39以太网的介质访问方式q以太网采用带冲突检测的载波监听多路访问 协议（CSMA/CD）。n “先听再说”：当某个站点希望发送数据时，首先检查目 前介质上是否有其它站点在传送数据，若有就等待，这 就是载波监听。 n “边说边听”：若站点检测到没有其它站点发送数据，就 开始发送数据，同时检测是否发生冲突，这就是冲突检 测。 n “谦然礼让”：若站点检测到发生冲突时，则立即停止传 送，接收方接收到的数据也会放弃，等待一个随机时间 后再尝试进行发送，这就是多路访问。/39思考题n计算机网络常用的拓扑结构有哪几种， 各有什么优缺点？ n计算机网络常用的传输介质有哪些，各 有什么优缺点？ n简述局域网网中网卡和交换机的功能。/39
