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大学计算机基础大学计算机基础-第第4章章第4章 计算机网络基础及其应用通过本章的学习，您将会掌握以下知识通过本章的学习，您将会掌握以下知识4.1 4.1 计算机网络的基本概念计算机网络的基本概念4.2 4.2 局域网局域网4.3 4.3 局域网互联局域网互联4.4 4.4 互联网技术及应用互联网技术及应用武汉科技大学城市学院武汉科技大学城市学院学习本章为具体解决的问题家庭如何组建网络家庭如何组建网络双机或多机互连双机或多机互连;家庭局域网连接家庭局域网连接;有线网络和无线网络的选择有线网络和无线网络的选择宽带有线网络宽带有线网络;宽带无线网络宽带无线网络;手机上网和手机上网和GPS网络安全等网络安全等武汉科技大学城市学院武汉科技大学城市学院4.1 计算机网络的基本概念4.1.1 4.1.1 计算机网络的发展和定义计算机网络的发展和定义4.1.2 4.1.2 计算机网络分类计算机网络分类4.1.3 4.1.3 计算机网络的拓扑结构计算机网络的拓扑结构4.1.1 4.1.1 计算机网络协议计算机网络协议4.1.5 4.1.5 计算机网络安全计算机网络安全武汉科技大学城市学院武汉科技大学城市学院4.1.1 4.1.1 计算机网络发展与定义计算机网络发展与定义 1具有通信功能的单具有通信功能的单机系统机系统2具有通信功能的多具有通信功能的多机系统机系统3计计算算机机计计算算机机网络网络1计算机网络发展史武汉科技大学城市学院武汉科技大学城市学院计算机网络的基本结构通信子网网络节点前置处理机通信线路信号变换器资源子网资源子网通信子网节点主机武汉科技大学城市学院武汉科技大学城市学院计算机网络的定义在网络协议控制下，通过通信设备在网络协议控制下，通过通信设备和线路来实现地理位置不同且具有独立和线路来实现地理位置不同且具有独立功能的多个计算机系统之间的连接，并功能的多个计算机系统之间的连接，并通过网络操作系统等网络软件来实现资通过网络操作系统等网络软件来实现资源共享的系统。源共享的系统。几个要点几个要点:分散在各地的多台独立的计算机分散在各地的多台独立的计算机通过网络软件、网络协议通过网络软件、网络协议在物理上相互连接在一起在物理上相互连接在一起实现网络资源共享的系统实现网络资源共享的系统武汉科技大学城市学院武汉科技大学城市学院资源共享进入网络的合法用户共享网络中硬件、软件和数进入网络的合法用户共享网络中硬件、软件和数据资源中的部分或者全部资源据资源中的部分或者全部资源。计算机网络中的资源是指构成系统的所有要素，计算机网络中的资源是指构成系统的所有要素，包括计算机的处理能力、数据、应用程序、存储包括计算机的处理能力、数据、应用程序、存储设备以及其它各类输入输出外部设备。设备以及其它各类输入输出外部设备。武汉科技大学城市学院武汉科技大学城市学院4.1.2 计算机网络的分类计算机网络的分类 可以从不同的角度进行分类对网可以从不同的角度进行分类对网络分类络分类按网络的拓扑结构分类按网络的拓扑结构分类按传输介质分类按传输介质分类按网络覆盖的地理范围分类按网络覆盖的地理范围分类按数据交换方式分类按数据交换方式分类按速率分类按速率分类武汉科技大学城市学院武汉科技大学城市学院按物理传输介质分类双绞线：价格便宜、小范围的局域网常用双绞线：价格便宜、小范围的局域网常用同轴电缆：抗干扰能力强、局域网中也比较常见同轴电缆：抗干扰能力强、局域网中也比较常见光光缆缆：重重量量轻轻、体体积积小小、传传输输速速度度可可达达每每秒秒几几千千兆兆、直直接接传传输输的的距距离离可可达达到到几几十十公公里里、不不会会受受电电磁磁干干扰扰及及噪噪声声的的影影响响，从从而而提提高高远远距距离离传传输输的的效效果果。是是信信息息高高速速公公路路的的基基本本“路面路面”选择选择其他传输介质：长波、微波、卫星、激光等无线传输介质其他传输介质：长波、微波、卫星、激光等无线传输介质武汉科技大学城市学院武汉科技大学城市学院按网络覆盖的地理范围分类局域网(local area network LAN)：约0.1公里范围内如机房内、大楼中的的网络校园网(campus area network CAN)：约1公里范围，如学校、单位范围的网络城域网(metropolitan area network MAN)：在整个城市范围分布，约覆盖10公里范围广域网(wide area network WAN)：覆盖约1001 000公里，如整个国家范围内，或覆盖相邻几个国家的网络全球网(global area network GAN)：覆盖超过1 000公里以上，以至延伸全球的计算机网络，如国际互联网Internet就是一个典型的例子。武汉科技大学城市学院武汉科技大学城市学院4.1.3 按网络的拓扑结构分类按网络的拓扑结构分类星形结构星形结构总线结构总线结构树形结构树形结构环形结构环形结构网状结构网状结构武汉科技大学城市学院武汉科技大学城市学院计算机网络拓扑结构星形网星形网总线网总线网环形网环形网分布式网分布式网武汉科技大学城市学院武汉科技大学城市学院 星型拓扑结构图 计算机网络拓扑结构武汉科技大学城市学院武汉科技大学城市学院总线型拓扑结构计算机网络拓扑结构武汉科技大学城市学院武汉科技大学城市学院环型拓扑结构 计算机网络拓扑结构武汉科技大学城市学院武汉科技大学城市学院网状型拓扑 计算机网络拓扑结构武汉科技大学城市学院武汉科技大学城市学院武汉科技大学城市学院武汉科技大学城市学院4.1.4 网络的体系结构与协议概述 协协 议议两台计算机通信时对传送信息两台计算机通信时对传送信息内容的理解、信息表示形式以及各内容的理解、信息表示形式以及各种情况下的应答信号都必须遵循一种情况下的应答信号都必须遵循一个共同的约定，这个约定称为协议。个共同的约定，这个约定称为协议。难题：异种计算机的互联难题：异种计算机的互联武汉科技大学城市学院武汉科技大学城市学院网络协议（Protocol)翻译官语法 “如何讲”;语义 “讲什么”定时 “何时讲，何时收”武汉科技大学城市学院武汉科技大学城市学院协协 议议 概概 念念 举举 例例以两个人打电话为例来说明协议的概念：以两个人打电话为例来说明协议的概念：甲甲要要打打电电话话给给乙乙，首首先先甲甲拨拨通通乙乙的的电电话话号号码码，对对方方电电话话振振铃铃，乙乙拿拿起起电电话话，然然后后甲甲乙乙开开始始通通话话，通通话话完完毕毕后后，双双方方挂挂断断电电话话。在在在在这这这这个个个个过过过过程程程程中中中中，甲甲甲甲乙乙乙乙双双双双方方方方都都都都遵遵遵遵守守守守了了了了打电话的协议。打电话的协议。打电话的协议。打电话的协议。其其中中，电电话话号号码码就就是是“语语法法”的的一一个个例例子子，一一般般电电话话号号码码由由五五到到八八位位阿阿拉拉伯伯数数字字组组成成，如如果果是是长长途途要要加加拨拨区号，国际长途还有国家代码等等；区号，国际长途还有国家代码等等；武汉科技大学城市学院武汉科技大学城市学院协协 议议 概概 念念 举举 例例甲拨通乙的电话后，乙的电话会振铃，振铃是一个信号，甲拨通乙的电话后，乙的电话会振铃，振铃是一个信号，表示有电话打进，乙选择接电话，讲话；这一系列的动表示有电话打进，乙选择接电话，讲话；这一系列的动作包括了控制信号、响应动作等等，就是作包括了控制信号、响应动作等等，就是“语义语义”的例的例子；子；“时序时序”的概念更好理解，因为甲拨了电话，乙的电话的概念更好理解，因为甲拨了电话，乙的电话才会响，乙听到铃声后才会考虑要不要接，才会响，乙听到铃声后才会考虑要不要接，这一系列事这一系列事件的因果关系十分明确件的因果关系十分明确,也就是也就是“时序时序”，不可能没有，不可能没有人拨乙的电话而乙人拨乙的电话而乙的电话会响，也不可能在电话铃没响的电话会响，也不可能在电话铃没响的情况下，乙拿起电话却从话筒里传出甲的声音。的情况下，乙拿起电话却从话筒里传出甲的声音。武汉科技大学城市学院武汉科技大学城市学院协议的“层次”网络是复杂的网络是复杂的!诸多诸多“成分成分”:主机主机路由器路由器各种介质的链路各种介质的链路应用程序应用程序协议协议硬件硬件,软件软件问题问题:如何将复杂的网络问题如何将复杂的网络问题依据一定的规则组织依据一定的规则组织成一定的结构成一定的结构?武汉科技大学城市学院武汉科技大学城市学院网络的层次结构政府间的会谈政府间的会谈官员级官员级翻译级翻译级制订规划制订规划最高领导最高领导参谋参谋文书文书打字打字各层独立，便于维护各层独立，便于维护便于各层单独修改和更新便于各层单独修改和更新分工明确，便于组合分工明确，便于组合层次分明，便于扩充层次分明，便于扩充层次结构，便于开发层次结构，便于开发分层的做法有没有坏处分层的做法有没有坏处?武汉科技大学城市学院武汉科技大学城市学院网络层次结构示意图网络层次结构示意图武汉科技大学城市学院武汉科技大学城市学院网络体系结构是指层次结构与协议的集合计算机网络是一个相当复杂的系统，网络的设计通常分为多个层次，相应的协议也被分为多个层次。如何分层，以及各层中具体采用的协议总和，称为网络的体系结构。根据协议设计每一层的软件程序或是硬件设备。武汉科技大学城市学院武汉科技大学城市学院ISO 和 OSI体系结构不统一，无法互联International Standard Organization国际标准化组织Open System Interconnection开放系统互连参考模型开放的思想TCP/IP的现实武汉科技大学城市学院武汉科技大学城市学院OSI参考模型简介参考模型简介 OSI参考模型七层框架参考模型七层框架 物理层物理层：对传输介质的描述：对传输介质的描述链路层链路层：相邻结点间的传送链路，并传送数据帧：相邻结点间的传送链路，并传送数据帧网络层网络层：控制信息中间转发和路径选择、阻塞控制：控制信息中间转发和路径选择、阻塞控制传输层传输层：建立点对点通信通道，并传输数据：建立点对点通信通道，并传输数据会话层会话层：实体间建立、管理和拆除对话连接方法：实体间建立、管理和拆除对话连接方法表示层表示层：实体间数据交换的标准接口：实体间数据交换的标准接口应用层应用层：负责应用管理和执行应用程序：负责应用管理和执行应用程序武汉科技大学城市学院武汉科技大学城市学院数据的实际传送过程武汉科技大学城市学院武汉科技大学城市学院物理层解决原始位信号在通信信道上正确传输的问题机械接口：尺寸、脚数、排列等功能规范：每根引脚的作用和操作要求电气规范：电信号的电平约定、定时约定过程规范：时序上的要求、出错处理等武汉科技大学城市学院武汉科技大学城市学院数据链路层主要功能：解决点对点之间的无差错数据传送数据从网络层来，加上差错校验信息和有关控制信息以数据帧的形式发送和接收：帧头、数据、帧尾流量控制的问题：收发双方的速度匹配的问题武汉科技大学城市学院武汉科技大学城市学院网络层传输层来的信息被分成组分组（信息包）在网上决定路由选择后继节点的问题路由器解决的是网络层的问题解决网络中的堵塞问题拥挤控制武汉科技大学城市学院武汉科技大学城市学院传输层为会话层提供可靠的端对端的数据传送管理跨网连接的建立和拆除高速主机和低速主机之间的匹配武汉科技大学城市学院武汉科技大学城市学院会话层、表示层和应用层应用程序的通信要求以“会话”形式进行通信进程的逻辑名称和物理名称转换为上层建立、维护、结束会话连接表示层解决不同用户间数据格式的转换和表示问题以及加密和解密应用层直接为应用程序提供服务武汉科技大学城市学院武汉科技大学城市学院O S I 七层模型工作方式对等层之间有相应的协议上层向下层提服务请求下层为上层提供服务下层服务过程对上层透明实际的数据传输只在物理层上进行具体来说数据包在各层加HEAD信息武汉科技大学城市学院武汉科技大学城市学院练习1.网络协议主要要素为_。A、数据格式、编码、信号电平B、数据格式、控制信息、速度匹配C、语法、语义、时序D、编码、控制信息、时序2.在OSI七层结构模型中，处于数据链路层与运输层之间的是_。A、物理层B、网络层C、会话层D、表示层3.在OSI七层结构模型中，数据链路层属于_。A、第7层B、第4层C、第2层D、第6层4.下列功能中，属于表示层提供的是_。A、交互管理B、透明传输C、死锁处理D、文本压缩武汉科技大学城市学院武汉科技大学城市学院4.1.5 网络的安全性网络的安全性网络安全是指网络系统的硬件、软件及其系统中的数据受到保护，不受偶然的或者恶意的原因而遭到破坏、更改、泄露，系统连续可靠正常地运行和网络服务不中断。从其本质上讲网络安全就是要保证网络信息的安全。从使用的角度出发，安全技术大体包括以下方面：实时硬件安全技术、软件系统安全技术、数据信息安全技术、网络站点安全技术、病毒防治技术、防火墙技术。其核心的技术是数据加密技术、病毒防治技术和防火墙技术。武汉科技大学城市学院武汉科技大学城市学院1数据加密技术加密是指将数据进行编码，使它成为一种不可理解的形加密是指将数据进行编码，使它成为一种不可理解的形式，称为式，称为“密文密文”。解密是加密的逆过程，即将密文还原成原来可理解的形解密是加密的逆过程，即将密文还原成原来可理解的形式，即原始的式，即原始的“明文明文”。加密和解密过程依靠两个元素，缺一不可，这就是加密和解密过程依靠两个元素，缺一不可，这就是算法算法和密钥和密钥。武汉科技大学城市学院武汉科技大学城市学院2计算机病毒及其防治技术（1）计算机病毒及其特征）计算机病毒及其特征计算机病毒，是指一种入侵计算机病毒，是指一种入侵程序程序，它可以通过插，它可以通过插入自我复制的代码的副本感染计算机，并删除重要文入自我复制的代码的副本感染计算机，并删除重要文件、修改系统或执行某些其他操作，从而造成对计算件、修改系统或执行某些其他操作，从而造成对计算机上的数据或计算机本身的损害。计算机病毒一般具机上的数据或计算机本身的损害。计算机病毒一般具有以下特征：有以下特征：隐蔽性；隐蔽性；欺骗性；欺骗性；执行性；执行性；感染性和传播性；感染性和传播性；条件触发性；条件触发性；破坏性。破坏性。武汉科技大学城市学院武汉科技大学城市学院2计算机病毒及其防治技术（2）计算机病毒的预防）计算机病毒的预防主要是从主要是从源头源头上预防上预防不要随便使用未检查过的移动存储设备不要随便使用未检查过的移动存储设备;不要在没有打开不要在没有打开“防火墙防火墙”的情况下随便上网；的情况下随便上网；不要在不保证无病毒的计算机上使用移动存储设备不要在不保证无病毒的计算机上使用移动存储设备;注意不断更新病毒特征码库；注意不断更新病毒特征码库；重要的数据文件必须要有备份；重要的数据文件必须要有备份；武汉科技大学城市学院武汉科技大学城市学院2计算机病毒及其防治技术（3）计算机病毒的杀除选用查病毒、杀病毒的软件；例如：金山毒霸；瑞星杀毒；Norton(赛门铁克)针对某些病毒的专用杀毒软件；例如：清除Doom病毒的工具：doomclr.exe;mydoom专杀工具.exe武汉科技大学城市学院武汉科技大学城市学院防防 火火 墙墙 示示 意意 图图 武汉科技大学城市学院武汉科技大学城市学院自自带带的的防防火火墙墙 Windows武汉科技大学城市学院武汉科技大学城市学院4.2 局域网局域网4.2.1 4.2.1 局域网特点及分类局域网特点及分类4.2.2 Ethernet4.2.2 Ethernet网络网络4.2.3 4.2.3 网络互连网络互连武汉科技大学城市学院武汉科技大学城市学院1.局域网的基本特点（1）连网范围较小一般距离在几百米到十几公里。如：公司、校园、厂区或一个建筑物等。（2）传输速率高它的传输速率范围为0.1Mbps155Mbps。目前，数据传输速率高达1000Mbps的高速局域网正在发展之中。（3）误码率低误码率低至10-810-11。（4）保密性好可靠性高，便于安装和维护。武汉科技大学城市学院武汉科技大学城市学院2常用传输介质常用传输介质（1）双绞线（2）光纤（3）无线介质1）微波通信2）卫星通信3）蜂窝无线通信（4）同轴电缆武汉科技大学城市学院武汉科技大学城市学院4.2.2 Ethernet网络 1.什么是以太网什么是以太网Ethernet（以太）网是一种局域网络适用于作办公自动化、分布式数据处理、终端访问等；以太网的拓朴结构为总线型；以太网的数据传输速率为10Mbps；高速以太网速率可达1000Mbps；以太网采用CSMA/CD介质访问控制；用历史上表示传播电磁波的以太（Ether）命名 武汉科技大学城市学院武汉科技大学城市学院2CSMA/CD协议协议局域网要解决介质访问控制问题总线局域网采用CSMA/CD载波侦听多路访问冲突检测的介质访问控制方案是用来解决多站点如何共享公用总线传输介质的问题；可以将以上工作过程简单地概括为四点：先听后发，边听边发，冲突停止，随机重发。武汉科技大学城市学院武汉科技大学城市学院3.以太网的发展从10Mbps100Mbps1000Mbps1998年制定了第一个千兆以太网协议目前，千兆以太网已经发展成为主流网络技术。大到成千上万人的大型企业，小到几十人的中小型企业，在建设企业局域网时都会把千兆以太网技术作为首选的高速网络技术。千兆以太网技术甚至正在取代ATM技术，成为城域网建设的主力军。武汉科技大学城市学院武汉科技大学城市学院4.2.3 网 络 互 连把网络与网络连接起来，在用户之间实现跨网络的通信与操作的技术目的：扩大网络服务的范围和内容 武汉科技大学城市学院武汉科技大学城市学院互 连 的 类 型1.局域网（LAN）局域网（LAN）。2.局域网（LAN）广域网（WAN）。3.局域网（LAN）广域网（WAN）局域网（LAN）。4.广域网（WAN）广域网（WAN）5.不同类型的互联采用不同的互联设备 武汉科技大学城市学院武汉科技大学城市学院互连设备互连设备中继器中继器中继器（repeater）是物理层的互连设备用于连接两个相同的局域网，其作用是把局域网中传输的电信号增强后送到另一个局域网上。它要求网络是同类型的，而且具有相同的协议和速率，它起到了维持通过局域网的信号电平，从而扩展了局域网段的长度。武汉科技大学城市学院武汉科技大学城市学院互连设备互连设备集线器集线器 集线器（HUB）也工作在OSI模型的第一层，即物理层作用与中继器类似，是网络的中心连接点。它的多个端口可用来连接多台计算机和服务器形式上看是星型的连接，内部实际是总线结构，采用CSMA/CD协议 武汉科技大学城市学院武汉科技大学城市学院互连设备互连设备交换式集线器交换式集线器 交换机和交换式集线器均被称为交换机（switch HUB）；能动态分配总线上的带宽到结点对；交换机和集线器只是在工作方式上不同，而在其他方面则完全一致，例如，在连线方式、物理拓扑结构、故障指示、组网功能，以及网卡、传输介质和速度选择等方面完全一致；武汉科技大学城市学院武汉科技大学城市学院互连设备互连设备路由器路由器 路由器(Router)是网络层的互连设备，工作在OSI协议的下三层；路由器是在80年代后期流行起来的，由于当时互连网络的规模越来越大，更多的异种网需要互连，而网桥已无法适应这种环境路由器实现了具有相同类型和不同类型的网络互连，包括局域网局域网、局域网广域网、广域网广域网的互连；具有简单的安全管理、减少广播通信量以及处理特殊地址限制等功能Linksys 无线路由器无线路由器武汉科技大学城市学院武汉科技大学城市学院互连设备互连设备网关网关 网关(Gateway)是传送层及其以上层次的互连设备；网关实现不同网络协议之间的转换是通过使用适当的硬件与软件；硬件提供不同网络的接口，软件实现不同的互连网协议之间的转换。朗威华朗威华环环V.35V.35转以太网设备转以太网设备 武汉科技大学城市学院武汉科技大学城市学院计算机网络小结1.了解了计算机网络的发展过程和计算机网络的分类，对计算机网络的拓扑结构有了基本的认识。2.了解了计算机网络协议，掌握计算机病毒的分类和防范,初步掌握防火墙的概念、主要功能及其实施办法。3.认识局域网的特点及分类，了解CSMA/CD，认识了网络互连及各种网络互连设备。武汉科技大学城市学院武汉科技大学城市学院谢谢！武汉科技大学城市学院武汉科技大学城市学院