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1、第8章 计算机网络技术及应用,教学目的：掌握计算机网络的定义、功能与分类，了解计算机网络协议与体系结构。重点掌握局域网的技术要素和TCP/IP协议及Internet所提供的服务与应用。网络安全不仅涉及面广而且技术复杂，在教学和学习时可参考其它相关书籍。,武汉科技学院,教学内容,8.1 计算机网络概述 8.2 局域网 8.3 Internet 8.4 网络软件应用 8.5 网络安全,8.1 计算机网络概述,计算机网络（Computer network）是计算机技术与通信技术紧密结合的产物，它从最初的单机系统、多机系统到如今的计算机网络系统，经历了从简单到复杂、从功能单一到功能较齐全的演变和发展过
2、程。计算机网络已经渗透到人类生产和生活的各个方面，其技术的发展与应用已成为衡量一个国家与地区政治、经济、科学与文化发展的重要因素之一。,8.1.1计算机网络的定义与功能,1.计算机网络的定义 计算机网络是将分布在不同地理位置上的具有独立功能的计算机或计算机系统通过通信设备和通信线路互相连接起来，在网络操作系统的控制下，按照约定的通信协议进行信息交换，实现资源共享的系统。简言之，计算机网络就是“以能够相互共享资源的方式互联起来的自治计算机系统的集合” 。,2.计算机网络的功能 计算机网络提供的主要功能有：数据通信、资源共享、负载均衡、提高可靠性和综合信息服务。 数据通信 资源共享 负载均衡 提高
3、可靠性 综合信息服务,8.1.2 计算机网络的分类与拓扑结构,1.计算机网络的分类 计算机网络的种类繁多，从不同的角度有多种不同的分法，很难做到用某种单一的标准统一分类。本节所介绍的的是目前比较公认的其中的两种分类方法。 按网络通信子网信道类型分类 广播式网络：所有联网计算机都共享一个公共通信信道，一个节点广播信息，其它节点必须接受信息。 点对点式网络：每条物理线路连接一对计算机，若两个节点之间没有直接连接线路，则须通过中间节点转接。,按网络的覆盖范围分类 局域网（LAN， Local Area Network ） 在有限范围内构建的网络，其覆盖范围一般在几公里以内，通常不超过10公里。局域网
4、通常不涉及远程通信问题，归单一组织或部门所拥有和使用，所以组网简单、成本较低、使用灵活，不受任何公共网络管理机构的规定约束，容易进行设备的更新和新技术的引用。 城域网（MAN，Metropolitan Area Network ） 城域网的规模介于局域网与广域网之间的一种大范围的高速网络，其范围可覆盖一个城市或地区，一般为几公里至几十公里。,广域网（WAN，Wide Area Network ） 广域网也称远程网。其覆盖范围通常为几十乃至几千公里，因此网络所涉及的范围可为市、地区、省、国家乃至世界，是以数据通信为主要目的数据通信网。,2.计算机网络的拓补结构 计算机网络拓扑结构是指对计算机物理
5、网络进行几何抽象后得到的网络结构，它把网上各种设备看作一个个单一节点，把通信线路看作一根连线，以此反映出网络中各实体间的结构关系。常见的网络拓补结构有5种：总线形、星形、环形、树形和网状形，如图8-1所示。在局域网中只有前3种结构。,总线形 总线形所有节点都连接在一条被称为总线（Bus）的主干电缆上，电缆连接简单、易于安装，增加和撤销网络设备灵活方便、成本低；在总线形结构中没有关键性节点，单一的工作站故障并不影响网上其它站点的正常工作，但由于网中各节点共享一条公用线路，且采用“广播”方式收发信息，所以通信效率较低；网上的信息延迟时间不确定，故障隔离和检测困难，尤其是总线故障会引起整个网络瘫痪。
6、,星形 星形结构以一台设备作为中央节点，其它外围节点都单独连接在中央节点上。各外围节点之间不能直接通信，必须经过中央节点进行通信。中央节点可以是文件服务器或专门的接线设备，负责接收某个外围节点的信息，再转发给另一个外围节点。这种结构的优点是结构简单、建网容易、网络延迟时间短、故障诊断与隔离比较简单、便于管理。但需要的电缆长、成本高；网络运行依赖于中央节点，因而可靠性低，中央单元负荷重。,环形 环形各节点形成闭合的环，信息可在环中作单向或双向流动，实现任意两点间的通信，在实际中以单向环居多。环形拓补的优点是结构简单，传输延迟确定，通信设备和线路较为节省，传输速率高，抗干扰性较强。但环中任一处故障
7、都可能会造成整个网络的崩溃，因而可靠性低，环的维护复杂；且环路封闭，扩充较难。目前由于采用了多路访问部件，能有效隔离故障，从而大大提高了可靠性。,8.1.3计算机网络协议与体系结构,1.网络协议和层次 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（protocol）。 把计算机网络系统要实现的复杂功能划分为若干个相对独立的层次（Layer），相应地协议也分为若干层，每层实现一个子功能。分层是计算机网络系统的一个重要概念。,2.网络的体系结构 计算机网络的分层以其协议的集合称为计算机网络的体系结构。 网络体系结构对计算机网络应该实现的功能进行了精确的定义，而这些功能是用什么样的硬件
8、与软件去完成的，则是具体的实现问题。体系结构是抽象的，而实现是具体的，它是指能够运行的一些硬件和软件。 常见的网络体系结构有：针对广域网的OSI/RM和TCP/IP及针对局域网的IEEE 802。,3.OSI/RM参考模型 OSI/RM的结构 为了实现不同厂家生产的计算机系统之间以及不同网络之间的数据通信，国际标准化组织（ISO，International Organization for Standardization）对当时的各类计算机网络体系结构进行了研究，并于1974年正式公布了一个网络体系结构模型作为国际标准，称为开放系统互连参考模型(OSI/RM，Open System Inter
9、connection/Reference Model）。其分层模型如图8-2所示。,OSI/RM中的数据传输过程 如图8-3所示，在OSI参考模型中，不同系统对等层之间按相应协议进行通信，同一系统不同层之间通过接口进行通信。除了最低层的物理层是通过传输介质进行物理数据传输外，其他对等层之间的通信均为逻辑通信。在这个模型中，每一层将上层传递过来的通信数据加上若干控制位后再传递给下一层，最终由物理层传递到对方物理层，再逐级上传，从而实现对等层之间的逻辑通信。,OSI/RM各层功能简介 物理层：为上层提供一个物理连接，以便在相邻节点之间无差错地传输非结构的比特（Bit）流。需要注意的是，用来传输比特
10、流的传输介质（如双绞线、同轴电缆等）并不属于物理层。 数据链路层：负责在两个相邻节点之间，传输和重发以“帧”（Frame）为单位的数据包；为网络层提供一条点到点的无差错帧传输的理想链路，并进行流量控制。 网络层：负责网络之间的两点间的数据传输，为传输层提供端到端的交换网络数据传送功能，诸如路由选择、交换方式、网络互联、拥挤控制等。网络层的数据传输单位称为分组（Packet）。,传输层(Transport Layer)：为会话层提供透明、可靠的数据传输服务，保证端到端的数据完整性。传输层的数据传送单位是称为数据段（Segment），当上层的报文较长时，先要把它分割成适于在通信子网传输的分组。传输
11、层是计算机网络体系结构中最重要的一层，其协议也是最复杂的。 会话层：为表示层提供建立、维护和结束会话连接的功能；提供远程会话地址，并将其转换为相应的传输地址；提供会话的管理和同步；具有把报文分组重新组成报文的功能。,表示层：为应用层进程提供能解释所交换信息含义的一组服务，如对数据格式的表达和转换、对正文进行压缩与解压、加密与解密等功能。 应用层：是用户与网络的接口，实现具体的应用功能。该层通过应用程序来完成网络用户的应用需求，如文件传输、收发电子邮件等。,4.TCP/IP 参考模型 TCP/IP简介 1972年第一届国际计算机通信会议就不同计算机和网络间的通信协议达成一致，并在1974年诞生了
12、两个Internet基本协议，即传输控制协议（TCP，Transmission Control Protocol）和互联网协议（IP，Internet Protocol）。事实上，TCP/IP是个协议族，它包含了100多个协议，是由一系列支持网络通信的协议组成的集合。虽然TCP/IP协议不是OSI标准，但被公认是当前的工业标准或事实上的标准。 TCP/IP协议从发展到现在，一共出现了6个版本。目前使用的是版本4，记为IPv4。,TCP/IP模型的结构 TCP/IP与OSI有很大的区别。TCP/IP将整个网络的功能划分成四个层次：应用层、传输层、互联网络层、网络接口层。它与OSI/RM的大致对应
13、关系如图8-4所示：,8.1.4 网络互联设备,1.网络互联的概念 网络互联是指将不同地理位置的子网通过网络互联设备连接起来，形成一个更大范围和规模的网络系统，从而达到资源共享和数据通信的目的。 针对不同的层次，使用的互联设备也不相同，相应的互联设备有中继器（Repeater）、集线器（Hub）、网桥（Bridge）、交换机（Switch）、路由器（Router）和网关（Gateway），如图8-5所示。,2.网络互联设备简介 中继器、集线器 网桥、交换机 路由器、三层交换机 网关 调制解调器,8.2 局域网,局域网是一种地理范围有限、互连设备有限的计算机网络。局域网有较高的数据传输速率，误码
14、率也很低，但是对传输距离有一定的限制。而且同一个局域网中能够连接的节点数量也有一定的要求。局域网有很多种类，不同的局域网有不同的特点和应用领域。目前，流行的局域网有以太网（Ethernet），令牌环网（Token Ring）、光纤分布式数据接口（FDDI）、异步传输模式（ATM）和无线局域网。本节主要介绍以太网。 局域网的主要技术要素有3点：传输介质、网络拓扑结构和介质访问控制方法。,8.2.1 局域网的组成,1.服务器（Server） 指位于网络主节点上的计算机，可以是大型机、中型机、小型机、工作站或微机。服务器也被称为主机（Host），是为网络提供共享资源并对这些资源进行管理的计算机。 工
15、作站（Workstation） 工作站也称为客户机（Client），可以是一般的PC机，也可以是专用的计算机。工作站可以有自己的操作系统，独立工作；通过运行工作站的网络软件可以访问服务器的共享资源，用户通过工作站向服务器发出服务请求，并从服务器中获取程序和数据进行处理。,网络适配器（Network Adapter） 网络适配器又称为网络接口卡，简称网卡（NIC），它插在PC机扩展槽上。 目前使用最多的是以太网卡，每块网卡在出厂时都被分配了一个全球惟一的48位编码，称为网卡的物理地址或MAC地址，用来标识联网的计算机或其它设备。MAC地址通常固化在网卡的EPROM中，前24位由IEEE注册委员会
16、统一分配，后24位由厂家自行分配。,传输介质 局域网所使用的传输介质分为有线介质和无线介质，有线介质主要有双绞线、同轴电缆和光纤。双绞线价格便宜，便于安装；同轴电缆和光纤则能提供更高的数据速率，连接更多的设备，传输更远的距离。无线介质主要有无线电波、微波、红外线等。,网络软件 网络软件主要有网络操作系统、网络协议软件、网络通信软件和网络应用软件等。 网络操作系统是整个局域网的核心，目标就是对所有联网的计算机以及各种软、硬件资源进行统一的调度和管理，为网络中每一个用户提供一致、透明的使用网络资源的服务（如文件服务、打印服务、数据库服务、通信服务、信息服务、分布式服务、名字服务、网络管理服务、Internet与Intranet服务等）。常见的网络操作系统主要有Netware、Unix、Linux和Windows NT/2K等几种。,8.2.2 局域网参考模型,1980年2月，美国电气与电子工程师协会（IEEE，Institute of Electrical and Electronic Engineers）成立802课题组，研究并制
