第4章 计算机网络与英特网

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1、1,第4章 计算机网络与因特网,2,学习目标与要求,1 了解数据通信的基本知识，如数据通信系统的组成，多路复用和交换技术，传输介质的种类与特性等。2 掌握局域网的特点与组成，了解几种常用的局域网，熟悉局域网提供的功能与服务，初步理解网络的两种工作模式。3 了解构成广域网的远程数字通信线路的性能及几种常用的接入技术，懂得广域网的构成和分组交换机的功能，理解广域网的通信过程与路由表的作用。4 初步了解TCP/IP协议的作用，熟悉IP地址的格式与分类，初步懂得路由器的功能与通信过程。,3,学习目标与要求,5 熟悉域名与IP地址的关系，理解域名系统的作用和工作过程。6 了解电子邮件系统和远程文件传输系

2、统（FTP）的大体原理与工作过程。7 了解WWW的功能、组成及其应用，掌握HTML、URL、http和Web浏览器等的作用与原理。8 初步理解网络信息安全措施如身份认证、访问控制、数据加密、数字签名、防火墙、病毒防范等的原理与作用。,4, 计算机网络与数据通信,计算机网络是利用通信手段，把地理上分散的、能够以相互共享资源的方式有机地连接起来的、而各自又具备独立功能的计算机系统。组成若干个主机（host） 一个通信子网(subnet) 一系列的通信协议,5,计算机网络组成,主机,主机,主机,主机,主机,资源子网,通信子网,6,数据通信资源共享 实现分布式的信息处理提高计算机系统的可靠性和可用性,

3、计算机组网的目的,7,按网络的交换功能: 电路交换网、报文交换网、分组交换网、帧中继网和ATM网按拓扑结构: 星形、环形、总线型等控制方式: 集中式、分散式按使用性质: 公用网、专用网按使用范围和对象:企业网、政府网、金融网、校园网覆盖的地域范围:局域网（LAN）、广域网（WAN）、 城域网（ MAN ）,计算机网络的分类,8,南京教育城域网拓朴图,9,南京师范大学随园校区校园网拓扑图,逸夫馆Catalyst1200,华 夏 图 书 馆,EP2115,网 络 中 心 计 算 中 心,SUN服 务 器,SSR8000,新 图 书 馆,总 务 处,中 文 系,体 育 系,电 教,物 理 系,600

4、 号 楼,物 理 实 验 理 化 中 心 科 研 处,金 女 院,生 地 楼,200 号 楼,迎 宾 楼,数 学 系,音 乐 系,美 术 系,计 算 机 系,经 法 系 历 史 系 师 培 中 心,逸夫馆,华 夏 采 编,财 务 处,办 公 室,外 语 系,幼 教 中 心,教 育 系 人 事 处,SUN 工 作 站,300 号 楼,化 学 系,SSR8000接城域网,10,广域网（Wide Area Network ）,广域网物理上由两部分组成：运行用户程序的主机（称为资源子网，resource subnet）进行数据通信的子网（称为通信子网，communication subnet）传输线也

5、称线路（circuit）、信道（channel）或干线（trunk），负责在交换单元之间传送数据交换单元是一种特殊的计算机，用于连接数据传输线。交换单元可以是分组交换节 点（packet switching node）或路由器（router）等设备。,11,广域网组成,交换节点,12,数据通信基础,数据通信模型及有关的基本概念：信道调制解调多路复用交换,13,数据通信基础,数据通信主要指标信道容量：信道允许的最大数据传输速率数据传输速率：指实际进行数据传输时单位时间内传送的二进制位数误码率：数据传输中出错数据被传输数据总数的比例端端延迟：数据从信源（源计算机）传送到信宿（目的计算机）所花费的时

6、间,14,调制解调,15,多路复用技术,同步时分多路复用器原理,时分多路复用频分多路复用波分多路复用(光纤通信中),16,交换技术,电路交换线路的利用率低，通信成本高分组交换线路利用率高，但延时长，不宜于实时通信或交互通信异步转移模式（ATM）吸取两者长处，比较适合于声音、视频等多媒体数据的通信,17,传输介质,有线信道双绞线同轴电缆光导纤维（光缆）,18,无线信道无线电波卫星微波红外线激光,传输介质,19,2 计算机局域网,物理组成：网卡、电缆、集线器、计算机工作站/服务器 （统称为“节点”）本地资源/网络资源,20,计算机局域网,网卡集线器,21,计算机局域网的主要特点,为一个单位所拥有，

7、地理范围有限使用专用的、多台计算机共享的传输介质，数据传输速率高通信延迟时间较低，可靠性较好。,22,以太网工作原理,共享的总线结构（总线拓扑结构）采用广播方式进行通信以数据帧（frame）为传输单位，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,23,以太网工作原理,信息帧的格式和MAC地址：发送的数据字节数目是不定长的介质访问地址MAC（Media Access Address）是每一块网卡唯一的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,24,

8、使用集线器构建以太网,集线器的作用传输速率：10Mbps，100Mbps，1Gbps集线器分类：总线式 / 交换式,25,交换式以太网,使用交换式集线器(以太网交换器)构建每一个结点都独享一定的带宽（10Mb/s或100 Mb/s），多对节点可同时通信（星形拓扑）可按层次方式互相连接起来，构成多层次的局域网 与总线式以太网完全同构,26,光纤分布式数字接口网(FDDI),与以太网的区别（拓扑、传输介质、帧格式）采用环形拓扑结构传输速率为100Mb/s实用中常用于构造局域网的主干部分与其他局域网进行互连时，需要通过网桥或路由器才能实现,27,ATM局域网,交换式局域网（使用ATM交换机构建）数据

9、传输速率高（155Mbps/622Mbps）同样的技术可构建广域网(ATM广域网)短信元(cell)，固定长：53字节（有效载荷48字节），无CRC,28,无线局域网,无线局域网（Wireless Local Area Network，WLAN）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 2Mbps802.11a 25Mbps802.11b 11 Mbps蓝牙（IEEE 802.15）是一种近距离无线数字通信的技术标准，,29,局域网提供的4类服务,（1）文件服务 （共享存储服务 ）

10、共享程序文件共享数据文件（2）打印服务（3）消息服务 （4）应用服务“客户/服务器”（Client-Server，简称C/S） 数据库服务器,30,理解 Client / Server,网络中的计算机都是相互合作的，它们在合作中扮演着不同的角色：提供资源（如磁盘空间、打印机、处理器等）的计算机是服务器使用服务器资源的计算机是客户机（工作站）PC机组成的局域网有两种工作模式：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：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

11、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。,31,局域网软件,网络操作系统（广义）普通操作系统扩充了网络功能，包括：网络通信、网络服务、网络管理、网络安全和各种网络应用。（狭义）安装在“专职”服务器上使用的专门的网络操作系统版本 网络应用软件（支持多个用户协同完成一个任务）：群件（groupware）工作流软件（workflow）,32,局域网的扩展,使用中继器进行互连 中继器可以用于连接同类型的两个局域网或者延伸一个局域网的范围。中继器工作在网络的物理层，只起放大信号的作用。使用网桥进行互连 网桥（bridge）

12、也用来连接两个同类型的网段，但比中继器多一个“帧过滤”功能，即网桥会检查每一个信息帧的发送地址和目的地址。,33,计算机广域网,广域网的本质特征：可以将任意距离的任意多的计算机进行互连构建广域网的3个基础：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,34,远程数字通信线路,（初期、低速）数字电话线路 北美地区电话线路速率：T1-1.544Mbps,T26.312Mbps,T344.736Mbps我国和欧洲电话线路速率：E12.048Mbps,E28.448Mbps,E334.368Mbps（目前、高速）光纤高速传输干线 统一国际标准，称为同步光纤网（SDH/SONET ）,35,广

13、域网接入技术,电话拨号接入MODEMISDN综合业务数字网,36,ADSL（Asymmetric Digital subscriber Line）不对称数字用户线技术是一种为接收信息远多于发送信息的用户而优化的技术。仍然利用普通铜质电话线作为传输介质数据上传速度一般只有640Kbps1Mbps，而下行速度最大可以达到10Mbps,广域网接入技术,37,广域网接入技术,电缆调制解调技术（Cable MODEM）光纤接入网 FTTC、 FTTZ、 FTTB,38,广域网的结构,广域网由许多交换机组成，每一台计算机都连接到交换机上。交换机与交换机之间是远程数据通信干线交换机端口：低速端口/高速端口,

14、39,编址与分组交换,怎样进行通信？为每一台计算机编址：两段式层次地址，用一对整数来表示 【 交换机号，端口号 】怎样支持多台计算机同时进行通信？数据以包（packet，分组）为单位在网络中传输，交换机负责把包从一个站点传送到另一个站点存储转发,40,路由问题,包交换机每收到一个数据包，必须选择一条路径来转发这个包 ，路径选择就称为路由（routing）。交换机使用路由表解决路由问题路由表要穷尽网中所有的计算机，要为每一目的地计算机指出：交换机出口、下一站目标路由表可以而且必须简化每一交换机都使用各自的路由表,41,常用广域网,不同广域网的区别（数据包格式、地址格式、数据通信线路不同）电信部门

15、提供的几种以公共数据通信线路为基础的广域网:（1）X.25网(公共分组交换网)（2）帧中继网 （3）SMDS （4）ATM,42,4 因特网,网络互连的重要性网络互连要解决的问题：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,43,TCP/IP协议标准 概要,TCPIP是一个协议系列，它已经包含了100多个协议 将计算机网络中的通信问题划分为5个层次的模型主要特点：异构网互连可靠通信 与OS结合无连接服务 与面向连接服务IP网络,44,IP网络中的计算机地址IP地址,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IP地址的表示特殊的IP地址,45,IP数据报（IP datagram）,为什么？不同的物理网络，使用的数据包（或信息帧）格式互不兼容，为了克服这种异构性，IP协议定义了一种统一的数据包格式，称为IP数据报,46,异构网络互连的关键设备路由器,