计算机网络技术基础

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1、计算机网络技术 基础,2012.2.,2,课 程 目 标,1、掌握计算机网络的基础知识和理论 2、了解计算机网络的体系结构 3、熟悉常用网络设备的基本功能 4、熟悉局域网的工作原理，掌握其组建方法与规则 5、了解无线网络的基本原理 6、了解Internet的发展及体系结构，理解IP协议、掌握Internet的操作方法和常用技巧 7、熟悉企业网的安装和配置,3,课程特点,计算机网络技术是多学科交叉的产物 由计算机、通信技术相互渗透、结合而成； 是计算机应用和软件编程的基本环境； 很多课程建立在学生掌握网络知识的基础上； Internet蕴藏着丰富的信息资源，是经济活动、科学技术和社会生活中极其有

2、效的工具； 已成为一门重要课程，是从事计算机应用与信息技术的专业技术人员必备的重要知识。,4,第一章 认识计算机网络,本章内容 （1）计算机网络的定义 （2）计算机网络系统的组成 （3）计算机网络的分类 （4）计算机网络的拓扑结构 （5）网络体系结构及协议的概念 （6）OSI参考模型的结构 （7）TCP/IP体系结构 （8）计算机网络的主要性能指标 （9）数据通信概念,5,第一章 认识计算机网络,1.1 计算机网络概述 1.计算机网络定义和功能 将多个具有独立工作能力的计算机、终端及其附属设备，通过通信设备和线路连接起来，由功能完善的网络软件实现资源共享和数据通信的复合系统 一个计算机网络必须

3、具备3个基本要素： 至少有两个具有独立操作系统的计算机，且它们之间有相互共享某种资源的需求 两个独立的计算机之间必须用某种通信手段相连 各独立计算机之间必须制定相互确认的规范或协议,6,第一章 认识计算机网络,计算机网络的功能 资源共享 软件、硬件、数据的共享 信息传递 计算机间数据与程序的快速传递 实时的集中处理 把已存在的许多联机系统有机地连接起来，提高系统的处理能力 提高可靠性 实现两台或多台计算机间的互为备份 均衡负荷和分布式处理 合理的分配需要处理的数据 增加服务项目 图像、声音、动画等信息的处理和传输,7,第一章 认识计算机网络,2.计算机网络的应用和发展趋势 1）计算机网络的应用

4、 文件和打印业务 文字处理程序或电子表格 通信业务 远程登陆，QQ 邮件业务 EMAIL 应用服务 商业应用 数据库服务 实现数据和资源共享 网络管理服务 对网络资源监控和调度,8,第一章 认识计算机网络,2）计算机网络的发展趋势 世界上第一个实用的计算机网络是1969年美国国防部的建立的分组交换网“ARPANET” 第一阶段：20世纪50年代 数据通信技术的研究与发展：单机互连。面向终端，具有计算机网络雏形 第二阶段：20世纪60年代 多台计算机的互连：计算机计算机网络，各自独立。典型代表：ARPANET，分组交换技术的应用,9,第一章 认识计算机网络,第三阶段：20世纪70年代 网络体系结

5、构与协议标准化的研究，连接计算机更多、范围更大。出现了OSI体系标准、和TCP/IP协议等。这期间广域网、局域网与公用分组交换网的研究应用 第四阶段：20世纪90年代 Internet技术普及 以网络为中心的时代，三网融合是发展方向 宽带城域网与接入网技术的研究与发展 网络与信息安全技术的研究与发展,10,第一章 认识计算机网络,今后可能的发展方向 IPv6技术 全光网 无线宽带接入网（与光纤网结合） 网络安全与管理 物联网（与互联网相对应） 存在的问题：网络攻击、病毒、垃圾邮件与灰色软件,11,第一章 认识计算机网络,3.计算机网络的组成 计算机网络由网络硬件系统和网络软件系统组成 从拓扑结

6、构上看：计算机网络是由一些网络节点（访问节点、转接节点和混合节点）和连接这些网络节点的通信链路（两个网络节点之间承载信息和数据的线路）组成 从逻辑功能上看：计算机网络则是由通信子网和用户资源子网组成的,12,第一章 认识计算机网络,计算机网络组成示意图,13,第一章 认识计算机网络,通信子网：负责完成数据的传输、交换以及通信控制，是负责数据通信的部分。由 通信控制处理机(CCP)、通信线路、通信设备组成 资源子网：实现全网面向应用的数据处理和网络资源共享。由 主机系统、终端及终端控制设备、连网外部设备、软件和信息资源组成,14,第一章 认识计算机网络,网络硬件系统和软件系统 计算机网络也是由硬

7、件系统和软件系统两大部分构成 （1）网络硬件系统 主要包括主计算机、终端、通信控制处理机、调制解调器、多路复用器、集线器和通信线路等 （2）网络软件系统 计算机网络软件系统大致可分为5类：网络操作系统软件、网络协议软件、网络管理软件、网络通信软件、网络应用软件,15,第一章 认识计算机网络,4.计算机网络的分类 1）按计算机网络覆盖的范围进行分类 局域网 一般为几千米，通常在企业、学校内使用 广域网 一般几十千米到几万千米，甚至国家或地区 城域网 介于局域网和广域网之间，约为几十千米,16,第一章 认识计算机网络,计算机网络的层次,17,第一章 认识计算机网络,2）按网络的使用范围进行分类 公

8、用网 公共电话网 专用网 银行、公安、铁路 3）按网络中计算机所处的地位进行分类 对等网络 普通办公室、家庭内可以建立对等网 基于服务器的网络 客户机/服务器 4）按计算机网络的拓扑结构进行分类 总线型、星型、环型、树型和网状型 5）按计算机网络的传输介质进行分类 有线网络和无线网络,18,第一章 认识计算机网络,1.2 计算机网络的拓扑结构 1. 网络拓扑结构的概念 按照拓扑学的观点，将工作站、服务器、交换机等网络单元抽象为“点” 网络中的传输介质抽象为“线” 计算机网络系统就变成了由点和线组成的几何图形，它表示了通信媒介与各节点的物理连接结构，这种结构为网络的拓扑结构,19,第一章 认识计

9、算机网络,2. 常见的网络拓扑结构 按照网络中各节点位置和布局的不同，计算机网络可分为总线型、星型、环型、树型和网状型拓扑等类型 总线型拓扑 优点：结构简单，成本低，易于网络扩展，可靠性较高 缺点：访问控制复杂、受总线长度限制而延伸范围小,20,第一章 认识计算机网络,星型拓扑 优点：结构简单、易于诊断与隔离故障、易于扩展网络、便于管理 缺点：需要使用大量的线缆，过分依赖中央节点,21,第一章 认识计算机网络,环型拓扑 优点：路径选择简单、控制软件简单 缺点：不容易扩充、节点多时响应时间长,22,第一章 认识计算机网络,树型拓扑 优点：线路总长度短，成本较低，节点易于扩展 缺点：结构较复杂，传

10、输时延长,23,第一章 认识计算机网络,网状型拓扑 优点：可靠性高、节点共享资源容易、可改善均衡负荷，可选择最佳路径，传输时延小 缺点：控制和管理复杂、软件复杂、布线工程量大、建设成本高等,24,第一章 认识计算机网络,局域网常用的拓扑结构有总线型、星型、环型； 城域网和广域网的拓扑结构复杂，主要采用网状型和混合结构。,常见的小型企业网络拓扑结构,防火墙,路由器,PSTN,内网,25,第一章 认识计算机网络,1.3 计算机网络体系结构与协议 1. 计算机网络如何通信 为了使分布在不同地点且功能相对独立的计算机之间能够通信、资源共享，需要完成以下工作： 发起通信的计算机要激活数据通信的通路 告诉

11、网络如何识别接收数据的计算机 发起通信的计算机必须知道接收设备就绪 若双方的文件格式不兼容，则至少其中的一个计算机应完成格式转换 对各种差错和意外事故，应有可靠的补救措施,26,第一章 认识计算机网络,2. 网络协议 计算机网络中的不同计算机之间要进行通信，必须遵循一些事先制定好的规则标准，为进行网络中的数据交换而建立的规则、标准或约定称为网络协议 一般来说，网络协议主要由语法、语义和时序三大要素组成 （1）语法 是指数据与控制信息的格式、数据编码等 （2）语义 控制信息的内容，需要做出的动作及响应 （3）时序 事件先后顺序和速度匹配,27,第一章 认识计算机网络,3. 网络体系结构 在计算机

12、网络系统中，服务请求者与服务提供者之间的通信非常复杂，如建立传输介质连接、在介质上传输数据、何时传输、传输多少、使用不同语言的网络实体怎样才能相互通信，并保证数据被正确接收 计算机网络体系结构正是解决这些问题的钥匙。为了研究方便，人们把网络通信的复杂过程抽象成一种层次结构模型，层次结构的特点是每一层都建立在前一层基础之上，低层为高层提供服务,28,第一章 认识计算机网络,4. OSI/RM参考模型 OSI 是1984年由国际标准化组织提出，是一个建议参考模型，并不是一种特定的硬件设备或一套软件方案,接收信息的进程,发送信息的进程,数据流的物理传输,29,第一章 认识计算机网络,OSI 体系各层

13、名称,30,第一章 认识计算机网络,5. TCP/IP参考模型 在TCP/IP协议研究时，并没有提出参考模型 1974年Kahn定义了最早的TCP/IP参考模型 80年代Leiner、Clark等人对TCP/IP参考模型进一步的研究 TCP/IP协议一共出现了6个版本，后3个版本是版本4、版本5与版本6 目前我们使用的是版本4，一般被称为IPv4 IPv6被称为下一代的IP协议,31,第一章 认识计算机网络,TCP/IP协议的特点 开放的协议标准； 独立于特定的计算机硬件与操作系统； 独立于特定的网络硬件，可以运行在局域网、广域网，更适用于互连网中； 统一的网络地址分配方案，使得整个TCP/I

14、P设备在网中都具有唯一的地址； 高层协议标准化，可提供多种可靠的用户服务,32,第一章 认识计算机网络,TCP/IP参考模型各层的功能 应用层 传输层 互连层 主机-网络层 （host-to-network） 注：TCP/IP协议只定义 了上三层，下一层为了 与物理网络连接,端到端传输 TCP UDP,点到点尽力 传递 IP,33,第一章 认识计算机网络,TCP/IP参考模型与 OSI 参考模型的对应关系,34,第一章 认识计算机网络,主机-网络层 负责通过网络发送和接收IP数据报； 允许主机连入网络时使用多种现成的与流行的协议，例如局域网的Ethernet、令牌网、分组交换网的X.25、帧中

15、继、ATM协议等； 哪种物理网被用作传送IP数据包的通道，该物理网就被认为是这一层的内容； TCP/IP协议的兼容性与适应性，为TCP/IP的成功奠定了基础,35,第一章 认识计算机网络,互连层 处理互连的路由选择（寻址，地址格式、地址转换）、流控与拥塞问题，采用IP地址 IP协议是一种无连接的、提供“尽力而为”服务的网络层协议 传输层 主要功能是在互连网中源主机与目的主机的对等实体间建立用于会话的端-端连接 传输控制协议TCP是一种可靠的面向连接协议 用户数据报协议UDP是一种不可靠的无连接协议,36,第一章 认识计算机网络,应用层 网络终端协议Telnet 文件传输协议FTP 简单邮件传输

16、协议SMTP 域名系统DNS 简单网络管理协议SNMP 超文本传输协议HTTP,37,TCP/IP及其配套协议,38,TCP/IP协议栈,沙漏计时器形状的 TCP/IP协议族,HTTP,SMTP,DNS,RTP,TCP,UDP,IP,网际层,网络接口层,运输层,应用层,网络接口 1,网络接口 2,网络接口 3,Everything over IP IP 可为各式各样的应用程序提供服务,IP over Everything IP 可应用到各式各样的网络上,39,第一章 认识计算机网络,对OSI参考模型的评价 层次数量与内容选择不是很好，会话层很少用到，表示层几乎是空的，数链层与网络层又分很多子层； 寻址、流控与差错控制每一层都出现，降低系统效率； 数据安全、加密与网管在参考模型的设计初期被忽略； 主要被通信思想所支配，不适合计算机与软件的工作方式； 严格按照层次模型编程的软件效率很低,40,第一章 认识计算机网络,对TCP/IP参考模型的评价 在服务、接口与协议的区别上不很清楚，一个好的软件工程应该将功能与实现方法区分开，参考模型不适合于其它非TCP/IP协议族； TCP/IP参考模型的主机-网络层本身并不是实际的一层； 物理层与数据链路层的划分是必要和合理的， 但是TCP/IP参考模型却没有做到这点。,