计算机网络与应用

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1、第3章 计算机网络与应用,目 录,3.1 计算机网络概述,3.2 计算机网络的通信协议,3.3 数据传输与数据交换,3.4 计算机网络的组成,3.5 因特网基础,3.6 因特网的服务与应用,3.1 计算机网络概述,3.1.1 计算机网络的定义 计算机网络属于多机系统的范畴，是计算机与通信这两大现代技术相结合的产物，它代表着当前计算机体系结构发展的重要方向。,1计算机网络的定义 所谓计算机网络就是利用通信线路，用一定的连接方法，把分散的具有独立功能的多台计算机相互连接在一起，按照网络协议进行数据通信，实现资源共享的计算机的集合。 计算机网络由3部分组成：网络设备（包括计算机）、通信线路和网络软件

2、。网络可大可小，但都由这3部分组成，缺一不可。,2计算机网络的功能 资源共享 数据通信 分布式处理 提高计算机的可靠性和可用性 综合信息服务,3计算机网络的特点 它是计算机及相关外部设备组成的一个群体，计算机是网络中信息处理的主体。 这些计算机及相关外部设备通过通信媒体互连在一起，彼此之间交换信息。 网络系统中的每一台计算机都是独立的，任意两台计算机之间不存在主从关系。 在计算机网络系统中，有各种类型的计算机，不同类型的计算机之间进行通信必须有共同的约定，这些约定就是通信双方必须遵守的协议，因此说，计算机之间的通信是通过通信协议实现的。,3.1.2 计算机网络的发展 1.具有通信功能的单机系统

3、阶段 2.具有通信功能的多机系统阶段 3.以共享资源为主的计算机计算机网络阶段 4.以局域网络及其互联为主要支撑环境的分布式计算机阶段,3.1.3 计算机网络的组成与分类1计算机网络的组成 （1）从数据处理与数据通信的角度进行划分 在逻辑上可以将计算机网络分为进行数据处理的资源子网和完成数据通信的通信子网两部分。 （2）从系统组成的角度进行划分 从系统组成的角度，一个计算机网络由三部分内容组成：计算机及智能性外部设备（服务器、工作站等）；网络接口卡及通信介质（网卡、通信电缆等）；网络操作系统及网管系统。其中前两部分构成了计算机网络的硬件部分，第三部分构成了计算机网络的软件部分。,2计算机网络的

4、分类 （1）按网络的连接范围分类 根据计算机网络所覆盖的地理范围、信息的传递速率及其应用目的，计算机网络通常分为局域网（local area network，LAN）、广域网（wide area network，WAN）和城域网（metropolitan area network，MAN），城域网和广域网又可称为互联网。,（2）按网络的拓扑结构分类 所谓网络拓扑结构是地理位置上分散的各个网络结点互连的几何逻辑布局。网络的拓扑结构决定了网络的工作原理及信息的传输方式，拓扑结构一旦选定必定要选择一种适合于这种拓扑结构的工作方式与信息传输方式。网络的拓扑结构不同，网络的工作原理及信息的传输方式也不同

5、。按拓扑结构分类计算机网络系统主要有：总线型、星型、环型、树型和网状（混合）型拓扑结构。,（3）按网络的传输介质分类 根据通信介质的不同，网络可划分为有线网和无线网。 有线网：采用诸如同轴电缆、双绞线、光纤等物理介质来传输数据的网络。 无线网：采用卫星、微波等无线形式来传输数据的网络。,（4）按照交换方式分类 线路交换最早出现在电话系统中，数字信号需要变换成模拟信号才可以在线路上传输，早期的计算机网络就是通过此种方式传输数据的。 报文交换是一种数字化网络，当通信开始的时候，源主机发出的一个报文被存储在交换设备中，交换设备根据报文的目的地址选择合适的路径转发报文，这种方式也称做存储转发方式，报文

6、交换方式中报文的长度是不固定的。 分组交换也采用报文传输，它将一个长的报文划分为许多定长的报文分组，以分组作为基本的传输单位。目前，分组交换方式是计算机网络的主流。,（5）按服务方式分类 按网络系统的服务方式，可以分为集中式系统和分布式系统。 集中式系统：由一台计算机管理所有网络用户并向每个用户提供服务，多用于局域网。 分布式系统：由多台计算机共同提供服务，每台计算机既可以向别人提供服务也可以接受别人的服务，如Internet的服务器系统。,（6）按网络数据传输与交换系统的所有权分类 根据网络的数据传输与交换系统的所有权可以分为公用网与专用网。 公用网（public network）：是指由国

7、家电信部门组建、控制和管理，为全社会提供服务的公共数据网络，用户需要交纳规定的费用才可以使用。 专用网（private network）：专用网是指某一部门或企业因为特殊业务需要而组建、控制和管理的计算机网络，一般只能由特定用户使用。,（7）按传输方式和传输带宽方式分类 基带网：由计算机或者终端产生的一连串的数字脉冲信号，未经调制所占用的频率范围称为基本频带，简称基带，在信道中直接传输这类基带信号是最简单的一种传输方式，这种网络称为基带网。基带网通常适用于近距离的网络 宽带网：在远距离通信时，由发送端通过调制器（modulator）将数字信号调制成模拟信号在信道中传输，再在接收端通过解调器（d

8、emodulator）还原成数字信号，所使用的信道是普通的电话通信信道，这种传输方式叫做频带传输。使用这种技术的网络称为宽带网。,（8）按照使用的网络操作系统分类 计算机网络主要使用的操作系统有三类：Windows NT系列（Windows 2000 Server Family和Windows Server 2003）、UNIX（Linux）系列和早期的NetWare系列。,3.2 计算机网络的通信协议,3.2.1 网络协议1网络协议 人们为网络上的两个结点之间如何进行通信制定了规则和过程，它规定了网络通信功能的层次构成以及各层次的通信协议规范和相邻层的接口协议规范，称这些规范的集合模型为网络

9、协议。概括地说，网络协议就是计算机网络中任意两结点间的通信规则。,2国际标准化组织国际标准化组织（International Standards Organization，ISO）。联合国的国际电信联盟（International Telecommunication Union，ITU）。美国国家标准化协会（American National Standards Institute，ANSI）。电气电子工程师协会（Institute of Electrical Electronics Engineers，IEEE）。电子工业协会（Electonic Industries Association

10、/Telecomm Indusutes Association，EIA/TIA）。,3.2.2 计算机网络体系结构 在分层的网络结构中，网络的每一层都具有其相应的层间协议。将计算机网络的各层定义和层间协议的集合称为计算机网络体系结构，它是关于计算机网络系统应设置多少层，每个层能提供哪些功能，以及层之间的关系和如何联系在一起的一个精确定义。 现代计算机网络都采用了层次化体系结构，最典型的代表就是OSI和TCP/IP网络体系结构。,1OSI/RM参考模型 国际标准化组织于1981年推出了“开放系统互连参考模型”即OSI/RM（Open System Interconnection Referenc

11、e Model）标准。该标准的目的是希望所有的网络系统都向此标准靠拢，消除系统之间因协议不同而造成的通信障碍，使得在互联网范围内，不同的网络系统可以不需要专门的转换装置就能进行通信。,图3-2 OSI参考模型, 物理层：它的作用是通过物理介质进行比特数据流的传输。 数据链路层：它提供网络相邻结点间的可靠通信，用来传输以帧为单位的数据包，向网络层提供正确无误的信息包的发送和接收服务。 网络层：它的功能包括提供分组传输服务，进行路由选择以及进行拥塞控制。 传输层：它的功能是在通信用户进程之间提供端到端的可靠的通信。 会话层：它的功能是在传输层服务的基础上增加控制、协调会话的机制，建立、组织和协调应

12、用进程之间的交互。 表示层：它要保证所传输的信息传输到目的计算机后其意义不发生改变。 应用层：它是直接面向用户的，为用户提供应用服务。,2TCP/IP模型 TCP/IP是一种网际互连通信协议，其目的在于通过它实现网际间各种异构网络和异种计算机的互连通信。TCP/IP同样适用于在一个局域网内实现异种机的互连通信。在任何一台计算机或者其他类型的终端上，无论运行的是何种操作系统，只要安装了TCP/IP，就能够相互连接、通信并接入Internet。 TCP/IP也采用层次结构，但与国际标准化组织公布的OSI/RM 7层参考模型不同，它分为4个层次，从上往下依次是应用层、传输层、网络层和网络接口层。,图

13、3-3 TCP/ IP层次结构, 网络接口层：对应于OSI的数据链路层和物理层，负责将网际层的IP数据报通过物理网络发送，或从物理网络接收数据帧，抽出IP数据报上交网际层。 网络层：对应于OSI的网络层，提供无链接的数据报传输服务，该层最主要的协议就是无链接的互联网协议IP。 传输层：对应于OSI的传输层，提供一个应用程序到另一个应用程序的通信，由面向链接的传输控制协议TCP和和无链接的用户数据报协议UDP实现。TCP提供了一种可靠的数据传输服务，具有流量控制、拥塞控制、按序递交等特点。而UDP是不可靠的，但其协议开销小，在流媒体系统中使用较多。 应用层：对应于OSI的最高三层，包括了很多面向

14、应用的协议，如文件传输协议FTP、远程登陆协议Telnet、域名系统DNS、超文本传输协议HTTP和简单邮件传输协议SMTP等。,3.3 数据传输与数据交换,3.3.1 数据传输1数据通信概念 在数据通信技术中，数据信号分为两种，一种是模拟数据（信号），另一种是数字数据（信号），是一种离散的脉冲序列，通常用一个脉冲表示一位二进制，计算机中用二进制的0和1表示数据。网络中，通过高低两种电平来表示数据0和1，这种高低电平就是传输信号。传输信号需要通过某种介质才能进行传输，连接通信双方的传输线路被称为信道。,2数据传输的方式 （1）单工通信 使用单工通信，数据信号仅可以从一个站点传输到另一个站点，即

15、信息流仅沿着单方向流动，发送站和接收站是固定的。无线电广播是单工通信的例子。（2）全双工传输 全双工传输是指在两设备之间存在这两条不同方向的信息传输通道，他们可以同时在两个方向上传输数据，因此提高总的数据流量，它相当于把两个相反方向的单工通信信道组合在一起，因此全双工一般采用四线制。（3）半双工传输 半双工传输是指两个设备之间虽然有两个通信通道，但在任意时间内，只能有一个设备发送数据，另一个设备接收数据。,3数据传输速率与带宽 数据传输速率指每秒能传送的二进制代码位数，是表示传输速度的单位。二进制的一位（0或1）是一个比特（bit），故数据传输速率也称为比特率，单位记为bps（bit per second）或b/s，即每秒钟比特数。 实际中常用网络带宽来衡量网络的传输速度。顾名思义，带宽即传输线路（信道）的宽度，其度量单位与传输速率一样为b/s。,4误码率 误码率是衡量数据传输质量的单位，即计算机网络在正常工作情况下，传输数据的错误率。其计算公式为： 误码率=接收数据出错的比特数/接收数据的总比特数 误码率可以用专用仪器测量。一般要求计算机网络的误码率低于106。,