【精选】第四章 计算机网络

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1、第四章 计算机网络本章主要内容 计算机网络基础 计算机局域网 Internet 基础 Internet 应用教学目的：了解计算机网络的发展过程了解网络协议和体系结构的概念了解局域网的关键技术掌握 Internet 的 TCP/IP 协议、 IP 地址等概念熟练掌握 Internet 的应用课时分配：4 学时教学重点：网络协议和体系结构的概念Internet 的 TCP/IP 协议、 IP 地址等概念Internet 的应用4.1 计算机网络基础一、计算机网络的发展三个阶段（三代网络）：以主机为中心的联机终端系统 以通信子网为中心的主机互连 具有层次化体系结构的标准化网络 1. 主机-终端网络面

2、向终端的计算机网络有如下特征：(1) 特征共享主机的软硬件资源单台主机：执行计算和通信任务多台终端：执行用户交互(2) 连接方式本地或远程连接(3) 缺点主机负荷重 数据处理通信 线路利用率低 以主机为中心, 集中控制方式，可靠性低 2. 计算机-计算机网络以资源共享为主要目的的“计算机-计算机”网络 。(1) 特征多个终端联机系统的互联，形成了多主机为中心的网络 网络结构从“ 主机终端” 转变为“ 主机主机” 以资源共享为主要目的 (2) 主机主机网络的演变特征多个终端联机系统的互联，形成了多主机为中心的网络网络结构从“主机终端” 转变为“ 主机主机”主机主机网络的演变演变阶段 1通信任务从

3、主机中分离，由通信控制处理机（CCP ）完成CCP：处理主机之间通信任务的专用计算机两层网络概念的出现由 CCP 组成的传输网络 通信子网，为主机提供信息传输服务建立在通信子网基础上的主机集合资源子网，提供计算资源演变阶段 2通信子网规模逐渐扩大私有社会公用公用数据通信网PSTNX.25优点：降低用户系统建设成本、提高通信线路利用率、兼容性好3.层次化体系结构的标准化网络4.因特网时代(1) 全球性的网络(2) 标志着网络时代的到来(3) 发展动力:丰富的信息和便利的使用二.计算机网络的主要分类1. 按地域范围分类局域网(LAN) : 20KM城域网(MAN): 100KM广域 网(WAN):

4、 100KM局域网(LAN) : 20KM2.按拓扑结构分类(1)星状结构的主要特点:一个中心节点 其它节点与其构成点到点连接 中心结点控制全网的通信，任何两个结点间的通信都要通过中心结点。 优点：建网容易，控制和维护相对简单。 应用：集中式控制或集中式连接。 缺点是对中心结点依赖大。 (2) 树形多级层次结构:1)一个根结点 2)多个分支节点 3)多个叶节点 优点：构易于扩展。 缺点：一个非叶子结点发生故障很容易导致网络分割。 (3) 总线所有节点挂接到一条总线上 总线: 广播式信道 需要有介质访问控制协议以防止冲突 优点：总线结构简单灵活，可扩充性好，成本低，安装使用方便。 缺点：实时性较

5、差，不适宜大规模的网络。 (4) 环形所有节点连接成一个闭合的环结点之间为点到点连接环状网采用的访问协议以令牌传递协议为主。优点：有竞争现象。在负载较重时仍然能有效。缺点：网络上的响应时间会随着环上结点的增加而变慢，且当环上某一结点有故障时，整个网络都会受到影响。(5) 网状1) 全连接: 点到点全连接，随节点数的增长成本急剧增长适用于节点数很少的广域网2) 不规则: 点到点部分连接 多用于广域网 由于连接的不完全性，需要有交换节点 3. 按通信传播方式分类1）点对点网络广域网大多数都是点到点网络。2）广播式网络仅有一条通道，由网络上所有的计算机共享。一发多收，局域网大多数都是广播式网络。三.

6、 传输介质1. 有线介质双绞线、同轴电缆、光纤1）双绞线非屏蔽双绞线（UTP）和屏蔽双绞线（STP）组网方便，价格最便宜，应用广泛 五类双绞线最大传输率为 100Mbps传输距离小于 100 米2）同轴电缆 基带同轴电缆：速率 10Mb/s，传输距离 1000m楒 杮 宽带同轴电缆：速率 20Mb/s，传输距离 100km 它是有线电视系统 CATV 中的标准传输电缆3）光纤依靠光波承载信息高传送速率，通信容量大传输损耗小，适合长距离传输抗干扰性能好，保密性好轻便2. 无线介质 目前可用于通信的电磁波频谱有无线电波、微波、红外、可见光。四.网络协议和体系结构1. 网络协议(1) 定义为在网络中

7、进行数据交换而建立的规则、标准或约定(2) 组成要素 1) 语法: 信息的结构和格式 2) 语义: 需要作出的动作及响应 3) 时序: 操作的执行顺序 2. 网络体系结构(1) 网络的异质性 1) 是指网络系统应用环境的复杂性: 如多种通信媒介、设备 、 操作系统等 2) 问题: 异质环境中任意两台计算机之间如何通信 3) 解决: 制定网络体系结构 (2) 分层 1) 分层 : 把复杂的网络互联问题划分为若干个较小的、单一的问题，在不同层上予以解决。 2) 对等层：两个不同系统的同名层次。 3) 实体：任何可以发送或接收信息的硬件或软件进程。 4) 对等实体：位于不同系统的同名层次中的两个实体

8、。 (3) 网络体系结构 1) 同层协议: 各层具有各自不同的协议 2) 层间协议( 接口) ：相邻两层之间交互的界面，定义相邻两层之间的操作及下层对上层的服务。 3) 网络体系结构: 同层协议和邻层协议的集合 3. OSI/RM1) 物理层：是最低层，唯一在同层之间直接进行数据交换的一层。2) 数据链路层：它的功能是在两个相邻的节点之间，实现数据间的无差错传送。3) 网络层：要解决的问题是数据包在源节点和目标节点之间的正确传送;为此它要处理好路由问题和流量控制问题。4) 传输层：它处理端到端之间的数据传送控制问题，实现网络资源的最佳利用。 5) 会话层：它不再参与数据传输，对数据传输进行管理

9、。6) 表示层：处理数据的表示和数据格式等问题7) 应用层：面向应用和管理的功能，对应于不同的应用由许多不同的协议。 4. TCP/IP 模型1) Internet 采用的标准2) 定义了五层协议3) TCP/IP 与 OSI 的对应关系OSI 参考模型 TCP/IP 模型应用层表示层会话层应用层 Telnet、SMTP、FTP、DNS传输层 传输层 TCP、UDP 协议网络层 网际网层 IP 协议数据链路层物理层 网络接口层5. 数据封装(1) 封装:就是进行 (打包)的过程；整个数据被分为 n 个数据包。每个数据包都要进行封装。是在发送数据之前在数据前面加上特定的协议头部 。整个数据被分为

10、 n 个数据包。每个数据包都要进行封装（装入信封）(2) 协议数据单元 PDU1) PDU (Protocol Data Unit )体系结构中每一层传给下一层的基本数据单元2) 每层对邻层所做的操作 （1）接收上一层的 PDU 作为本层的数据 （2）对本层的数据添加“ 头信息” 后生成本层的 PDU （3） 将本层 PDU 传递给它的下一层 (3) 数据封装1) 下层把上层的 PDU 作为本层的数据封装，然后加入本层的头部和(或)尾部。头部中含有完成数据传输所需的控制信息。2) 发送: 数据自上而下各层不断封装3) 接收: 自下而上逐层不断拆封4) 某一层只能识别由对等层封装的“信封” ，而

11、对被封装在“信封”内部的数据仅仅是拆封后提交给上层，本层不作任何处理。4.2 计算机局域网(LAN)应用层Application传输层transport网络层Network54321 物理层Physical数据链路层一、 局域网概述1. 特点 1) 覆盖范围 小: 房间、建筑物、园区范围, 距离 25km2) 高传输速率:10Mbps 1000Mbps3) 低误码率: 10 -8 10 -10 4) 为一个单位所拥有，自行建设，不对外提供服务 2. 局域网的关键技术(1) 拓扑结构（逻辑、物理）总线型、星型、环型(2) 传输介质 双绞线, 同轴电缆，光纤和无线。 (3) 介质访问控制 MAC主

12、要包括随机访问和令牌传递两类。局域网大多为广播型网络，因而介质访问控制协议是局域网所特有的。3. 介质访问控制 MAC1) 局域网使用广播信道，多个站点共享同一信道2) MAC 协议：解决广播信道站点对信道争用的协议。3) 两种 MAC4. CSMA/CD 载波侦听多路访问/冲突检测工作原理可能产生冲突的协议，工作原理： （1）发送前先监听信道是否空闲 （2）若空闲则立即发送数据 （3）发送时，边发边继续监听。 （4）若监听到冲突，则立即停止发送。等待一段随机时间（称为退避）以后，再重新尝试。 5. 令牌传递无冲突协议:(1) 环中有一个令牌 (2) 得到令牌的站可以发送数据 (3) 令牌在环

13、中传递二. 以太网1. 采用 CSMA/CD 技术的 LAN 2. 由 IEEE 802.3 工作组制定标准3. 传统类型: 10Base5, 10Base2, 10Base-T802.3 类型与介质10Base5 粗同轴10Base2 细同轴10BaseT 双绞线 10BaseF MMF(多模光纤)100BaseT 双绞线100BaseF MMF/SMF(单模)瑅 敨 湲 瑥 图 6-6以太网1000BaseX 屏蔽短双绞线/MMF/SMF1000BaseT 双绞线三. 局域网互联设备1. 集线器(HUB)(1) 多端口的中继器(2) 端口数：常见的有 8,12,16,24 口(3) 端口功

14、能：连接主机或服务器(4) 可级联使用实例：用集线器搭建简单的网络以 1 台服务器，3 台 PC 机为例：一台 HUB， 4 块 UTP 接口的网卡，4 台 PC 机 ， 8 个 RJ45 接头（水晶头） 若干米 UTP 双绞线 2. 网桥(1) 存储-转发装置, 在数据链路层上实现互联 (2) 两种类型的网桥 1) 透明网桥： 由网桥实现路由选择，网桥对站点完全透明。 2) 源选径网桥：由源站点进行路由选择 (3) 网桥联接的优点1) 不同类型 LAN 互连, 如连接以太网和令牌环网 2) 实现大范围 LAN 互连 3) 隔离冲突域 3. 交换机(Switch)(1) 网桥的变种,又称为多端

15、口的高速网桥。(2) 存储转发设备典型的交换机组网结构 4.3 Internet 概述PC机服务器UTPHUB一、 因特网概述(1) 建立在 TCP/IP 协议基础上的国际互联网。(2) 计算机网络的网络全世界不同国家、不同地区、不同部门和机构的不同类型的计算机网络互联 在一起，形成一个世界范围的信息网络。因特网又是世界规模的巨大的信息和服务资源网络。 二. Internet 工作方式1. TCP/IP 协议族是 ARP，IP，ICMP，IGMP，UDP，TCP 等多个协议的集合，是网络的“ 粘合剂” 。 2. TCP 协议和 IP 协议是最具有代表性，是网络体系结构的关键之一。 3. TCP

16、/IP 建立了分组交换( 或包交换) 的网络.4. 数据传送过程1) TCP 将数据分组, 每个分组分别封装 2) IP 将各封装分别选不同路径( 路由) 传递到目的地 路由: 连接各子网的一系列路由器 3) 到达目的后,IP 检查是否完整 4) 收到所有分组后,IP 组装, 交 TCP 处理 三. 因特网的接入1. 家庭用户的接入(1) 使用 modem 拨号：通过 modem 经过电话线与 ISP 连接，理论上最高传输速率56Kbit/s（40Kbit/s ）(2) ISDN(综合业务数字网：上网不影响打电话)：对电话网进行数字化改造,将电话、传真、数字通信等业务全部通过数字化的方式传输（一根电话线）速率可达 128 kbit/s(3) ADSL(非对称数字用户线：上网不影