计算机网络与英特网(2004级下)

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1、第 4 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 因特网及其应用4.5 网络信息安全4.1 计算机网络的基础知识4.1.1 计算机网络的组成与分类计算机网络是利用通信设备和网络软件，把地理位置分散而功能独立的多个计算机（及其他智能设备）以相互共享资源和进行信息传递为目的连接起来的一个系统。计算机网络的三个主要组成部分1. 若干个主机 2. 一个通信子网 3. 一系列的通信协议及相关的网络软件主机主机主机主机主机资源子网通信子网通信协议： 是通信双方事先约定好的必须遵守的规 则，用于主机与主机之间、主机与通信 子网之间、通信子网中各结点之间的通

2、信，是计算机网络必不可少的组成部分 。 例如 Internet 使用的通信协议是 TCP/IP计算机组网的目的1. 数据通信2. 资源共享3. 实现分布式的信息处理4. 提高计算机系统的可靠性和可用性1. 按拓扑结构分类： 星型、环型、总线型等计算机网络的分类 两种重要的分类方式：星型结构树型结构环型结构总线结构网状结构2. 按网络所覆盖的地域范围分类： 局域网 Local Area Network，简称 LAN 广域网 Wide Area Network，简称 WAN 城域网 Metropolitan Area Network，简称 MAN 作用范围介于局域网和广域网之间 南京教育城域网拓扑

3、图PC 机组成的局域网的两种工作模式： 对等（peer-to-peer）模式：网络中的每台 PC 机既可以作为工作站也可以作为服务器，即每一台计算机都能既充当服务的请求者，又充当服务的提供者； 客户/服务器模式(Client / Server)：网络中每一台计算机都扮演着固定的角色，要么是服务器，要么是客户机。扮演服务器角色的大多是一些专门设计的高性能的硬件，如文件服务器、打印服务 器、数据库服务器、应用服务器(巨型机)等。 4.1.2 网络服务与网络软件1. 网络工作模式1) 文件服务 （共享存储服务 ）：共享程序文件、共享数据文件 2) 打印服务：按“先来先服务”的顺序将其放入队列 3)

4、消息服务：一个一个地传送并通知接收消息的用户 如：使用 MSN 、QQ发送即时消息（聊天）。电子邮件。 4) 应用服务：采用“客户/服务器”工作模式应用服务器是一种处理速度快、存储容量大的计算机， 配置了优化的操作系统，因此处理能力强。 工作站将复杂的、耗时的任务交给服务器去做，自己仅 完成一些输入输出等简单任务。 如：数据库服务器2. 网络常用的四类服务3. 网络软件 网络操作系统 是在普通操作系统的基础上，扩充了按照网络 体系结构和协议所开发的软件模块而实现的。 这些模块的功能：网络管理、网络通信、网络 服务、网络安全、网络应用 分为：服务器软件、客户机软件 网络应用软件 通常为单机工作设

5、计的应用软件，大多数都可 以安装在网络服务器上，当工作站发出请求时 ，服务器就把它的一个拷贝发送到工作站的内 存中并启动运行。这需要购买该软件的网络使 用许可证。4.2 计算机局域网 LAN 4.2.1 局域网的特点与组成 地理范围有限，10公里范围内，一般是一幢建筑物或一个单位几幢建筑物内的计算机互连成网， 为一个单位所拥有; 使用专用的、多台计算机共享的传输介质，数据 传输速率高（10Mbps1Gbps); 通信延迟时间较低，可靠性较好。局域网的物理组成：工作站、服务器(含网络接口卡)、网络打印机、网络接口卡、传输介质、网络互连设备（例 如：集线器，交换机）等。网卡集线器网线接口4.2.2

6、 常用局域网 按传输介质分为： 有线网，无线网 按拓扑结构分为：星型，环型，总线型，树型，混合型 按访问控制方法分为：以太网、标记环网、 FDDI网、交换式局域网等1. 以太网（Ethernet）-最常用的局 域网以太网的工作原理 拓扑结构 -总线式 采用广播方式进行通信 数据传输以帧（frame）为单位，一次传输一帧 采用带冲突检测的载波侦听多路访问 (CSMA/CD)方法保证任何时候只有一个结点发 送消息。 为了实现总线上任意两个结点之间的通 信，局域网中的每个节点都有一个唯一 的地址，称为介质访问地址（Media Access Address，简称 MAC地址） MAC 地址和信息帧的格

7、式： 介质访问地址 MAC 对每一块网卡唯一。 信息帧中必须包含自己的 MAC 地址和接 收结点的 MAC 地址。 每次通信时，总线上的所有结点，都要检 测信息帧中的MAC地址，来决定是否应 该接收该信息帧，这个任务由每个结点的 网卡完成。 总线式以太网特点：维护方便。轻负载时 ，效率较高。重负载时，网络性能急剧下 降。所以以太网不适合实时性要求较高的 场合。物理结构：用集线器构建以太网，以集线器为中心 ，网络中的每个结点通过网卡和网线（一般是5类双 绞线）连接到集线器。传输速率：10Mbps， 100Mbps，1Gbps。集线器的作用：把一个端口接收到的信息向所有端 口分发出去。它还能放大信

8、号，以扩大网络的传输 距离，起着中继器的作用。 集线器集线器集线器集线器集线器以太网物理结构（中、大型）以太网物理结构(小型)2. 交换式以太 网 以交换式集线器(以太网交换器)为中心构建，网络 中的每个结点通过网卡和网线连接在交换器上。(1) 星型拓扑结构，通过交换器，点到点通信（非广播式通信 ）(2) 每一个结点都独享一定的带宽(10Mb/s或100Mb/s),多对节 点可同时通信。(而总线式局域网所有节点共享一定的带宽)(3) 可按层次方式互相连接起来，构成多层次的局域网与以太网的区别（拓扑、传输介质、帧格式）(1) 拓扑结构 - 双环（主环、副环（备份设备）(2) 传输介质：光纤； 传

9、输速率：100Mb/s(3) 覆盖范围较大，传输速率高，用于构造局域网的主干部分(图 )(4) FDDI 有特有帧格式，与其他局域网互连时，要通过网桥或路由器才能实现3. 光纤分布式数字接口网 (FDDI)以太网以太网FDDI 网FDDI 网络可以覆盖较大的范围，能支持较高的数据 传输速率，实用中常用于构造局域网的主干部分。4. 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。 采用红外线或无线电波进行数据通信。 还不能完全脱离有线网络，它只是有线网络的补 充。 无线局域网采用的协议： IEEE 802.11 2Mbps 802.11a 25Mbps 802.11b 11 Mbps

10、 蓝牙（IEEE 802.15）是一种近距离无线数字通 信的技术标准。 4.3 计算机广域网 广域网特征：可将任意距离的任意多的计算机互连 构建广域网的3个技术基础： 高速数字通信干线 分组交换与路由技术 本地网/用户接入技术 广域网物理上由两部分组成：(1) 资源子网-运行用户程序的主机(2) 通信子网-进行数据通信的子网广域网4.3.1 远程数字通信线路 初期 数字电话线路 低速 北美系列： 欧洲(中国）系列：T1-1.544MbpsT26.312MbpsT344.736MbpsE12.048Mbps E28.448Mbps E334.368Mbps互不兼容，国际互通比较困难目前 光纤高速

11、传输干线 高速统一国际标准，称为同步光纤网（ SDH/SONET ）4.3.2 广域网接入技术1. 电话拨号接入家庭用户利用本地电话网通过调制解调器拨号接入广域网 。调制解调器MODEM 调制器（MOdulator）：数字信号模拟信号 解调器（DEModulator）：模拟信号数字信号计算机计算机MODEMMODEM本地环路本地环路电话局电话局计算机网络计算机网络模拟信号模拟信号数字信号数字信号数字信号数字信号MODEMMODEM传输速率： 目前主流产品速率 56Kbps MODEM的类型： 外置式、内置式、PCMCIA插卡式2. ISDN 综合业务数字网(1) 通过普通电话的本地环路向用户提

12、供数字语音和数据传 输服务（电话和网络通信可同时进行）。(2) 使用普通铜质电话线提供端到端的数字通信线路(3) ISDN通过标准的“用户-网络接口”（UNI），将各类不同的 终端设备（PC机、电话机、传真机等）接入到ISDN网络中。(4) 现在，与其他方式比较，ISDN速度不高价格不便宜，属于 淘汰产品。3. 不对称数字用户线技术ADSL通过本地电话环路提供数字服务的新技术中最有 效 的类型之一（电话和网络通信可同时进行）。(1) 是一种为接收信息远多于发送信息的用户而优化的技术。(2) 仍然利用普通铜质电话线作为传输介质（三个信息通道）。(3) 数据上传速度一般只有640Kbps1Mbps

13、，下行速度最大可以达到10Mbps。4. 电缆调制解调技术（Cable MODEM）利用有线电视网的高容量，高抗电子干扰能力及频分 多路复用技术实现高速传送数字信息。5. 光纤接入网使用光纤作为主要传输介质的远程网接入系统。 交换局交换局光光网络单元网络单元用户终端用户终端ONU按ONU（功能是：将光信号转换成电信号，它是主干系统和 配线系统的交界点）的位置可划分为：光纤到路边（FTTC）、光纤到小区（FTTZ）、光纤到大楼（FTTB）、光纤到家庭（FTTH ）。我国采用的是：“光纤到楼、以太网入户”的做法。4 .4 因特网及其应用 4.4.1 网络互连与TCP/IP协 议 网络互连要解决的问

14、题： 计算机统一编址 数据包格式转换 其它 网络互连的解决方案： 必须认同一套统一的通信规则（称为网络协议 ） ISO OSI 标准（7层协议） TCP/IP 协议 1. TCP/IP协议标准 TCPIP是一个协议系列，包含100多个协议其中最重要、最基本的两个：TCP: 传输控制协议 IP: 网际协议 将网络通信问题划分为 4 个层次的模型见下页图 P150目前在网络互联中使用得最为广泛的协议。主要特点： 适用于多种异构网的互连 确保可靠的端-端通信 与操作系统紧密结合 同时支持面向连接服务（如TCP）与无连接（如UDP ）服务（本质上是稳定连接和不稳定连接）（校验、 不校验）。应用层（SM

15、TP,Telnet,FTP等）传输层（TCP或UDP） 网络互连层（IP） 网络接口和硬件层 （以太网，FDDI，X.25，ATM 等） 4321如电子邮件、HTML文档 等应用数据TCP数据报或UDP数据IP数据报IP数据报封装成以太网 信息帧或ATM信息元TCP/IP 分层结构2. 网络中的计算机地址IP地址 主机概念： host computer任何连接到网络并运行应用程序的计算机。 IP地址的构成：IP地址 类型号 + 网络号(net-id) + 主机号(host-id) IP地址的类型 A B C D E 共 5 种类型（如 A 类地址）主机号网络号00 1 2 3 8 16 24 31主机号网络号01主机号网络号011组播地址0111备用1111A类B类C类D类E类IP地址的表示二进制表示：00000000 . 00000000 . 00000000 . 00000000分组十进制表示：XXX . XXX . XXX . XXX XXX 取值范围：0 - 255 例： 26.10.35.48 A类地址，首字节 01