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第1章网络技术基础2023/2/92023/2/91 1第1页，本讲稿共38页本章内容与要求本章内容与要求掌握：计算机网络的定义与功能掌握：计算机网络的定义与功能了解：计算机网络的分类及特点了解：计算机网络的分类及特点了解：计算机网络的软硬件组成了解：计算机网络的软硬件组成了解：了解：OSI/RMOSI/RM网络七层参考模型网络七层参考模型掌握：掌握：TCP/IPTCP/IP网络四层参考模型网络四层参考模型第2页，本讲稿共38页1.11.1 计算机网络的定义计算机网络的定义第3页，本讲稿共38页1.1 计算机网络的定义计算机网络的定义定义是：为了实现计算机之间的通信交往、资源共定义是：为了实现计算机之间的通信交往、资源共享和协同工作。采用通信手段，将地理位置分散的、享和协同工作。采用通信手段，将地理位置分散的、各自具备自主功能的一组计算机有机地联系起来，并各自具备自主功能的一组计算机有机地联系起来，并且由网络操作系统进行管理的计算机复合系统就是计且由网络操作系统进行管理的计算机复合系统就是计算机网络。算机网络。1.1.计算机网络涉及的计算机网络涉及的3 3个要点个要点自主性：是指这些计算机离开计算机网络自主性：是指这些计算机离开计算机网络之后，也能独立地工作和运行。之后，也能独立地工作和运行。有机连接：是指连接时彼此必须遵循所规有机连接：是指连接时彼此必须遵循所规定的约定和规则定的约定和规则(通信协议通信协议)。资源共享为基本目的：是为了实现通信的资源共享为基本目的：是为了实现通信的交往、信息资源的交流、计算机分布资源的共享，或交往、信息资源的交流、计算机分布资源的共享，或者是协同工作。者是协同工作。第4页，本讲稿共38页1.1 计算机网络的定义计算机网络的定义2.2.计算机网络的功能计算机网络的功能实现资源共享实现资源共享，即实现计算机硬件资源、，即实现计算机硬件资源、软件资源和数据与信息资源的共享。软件资源和数据与信息资源的共享。实现计算机之间和计算机用户之间的实现计算机之间和计算机用户之间的通通信交往信交往。计算机之间或计算机用户之间的计算机之间或计算机用户之间的协同协同工作工作。第5页，本讲稿共38页第6页，本讲稿共38页1.2 计算机网络的分类1.1.按照网络的使用范围分按照网络的使用范围分类类（1 1）公用网）公用网指由国家电信和邮电部门构建的网络。是指任何单位、部门或个人均可租用的网络。（2 2）专用网）专用网是指单位、部门为了某种目的而构建的私有网络。这种网络不为本部门以外的人员服务。2.2.按照网络的作用范围分按照网络的作用范围分类类分为以下3类：参见表1-1第7页，本讲稿共38页1.2 计算机网络的分类（1 1）局域网（）局域网（LANLAN）局域网就是局部区域的计算机网络。其本质特征是作用范围短、数据传输速度快、延迟小、可靠性高，并具有成本低、应用广、组网方便和使用灵活等特点。（2 2）广域网（）广域网（WANWAN）一般广域网是指作用在不同国家、地域、甚至全球范围内的远程计算机通信网络，其骨干网络一般是公用网，速率较高，能够达到若干Gb/s；但用户构建的专用广域网的传输速率一般较低，例如，2100Mb/s。（3 3）城域网（）城域网（MANMAN）城域网原本指的是介于局域网与广域网之间的一种大范围的高速网络。第8页，本讲稿共38页第9页，本讲稿共38页1.3 计算机网络的组成1.1.局域网的硬件系统局域网的硬件系统局域网的硬件系统是网络中信息传输的物质基础。网络的硬件系统常指局域网的基础设施。现代局域网一般采用基于服务器的网络类型其硬件可以分为网络服务器、网络客户机或工作站、网卡、网络传输介质和网络共享设备等几个部分组成。2.2.网络软件系统的类型与分层网络软件系统的类型与分层（1 1）网络软件的类型）网络软件的类型通常包括：操作系统、网络管理软件和网络应用软件等3类主要软件。1)操作系统：通常被安装在服务器并对网络实施高效、安全的管理；安装在客户计算机时，它是客户与网络的接口，使得网络用户能够在网络工作站上去方便、高效、安全地访问网络上的各种资源。2)网络管理软件：用于监视和控制网络的运行。第10页，本讲稿共38页1.3 计算机网络的组成3)各种应用软件平台和客户端软件用户通常用各种应用软件的平台来开发属于自己业务范围内的网络应用软件。开发平台一般为：基于客户/服务器（C/S）或浏览器/服务器（B/S）模式。常见信息系统软件如下：数据库管理系统：Oracle、Sybase、SQL Server和Access等。办公及管理信息系统软件：Office、MIS、Notes/Domino等。客户端软件：在浏览器/服务器工作模式中，客户机上必须安装软件是浏览器，如，Internet Explorer、遨游、世界之窗等。（2 2）网络软件系统运行的层次）网络软件系统运行的层次计算机网络的软件系统是分层次运行的。在网络计算机工作时，只有将各层软件依次调入内存以后，才能进行正常的通信，共享网上的资源。第11页，本讲稿共38页第12页，本讲稿共38页1.4 计算机网络体系结构1.1.网络体系结构的研究意义与划分原则网络体系结构的研究意义与划分原则 各层之间相互独立：某一高层只需知道如何通过接口向下一层提出服务请求，并使用下层提供的服务，并不需要了解下层执行时的细节。结构上独立分割：每层都可以选择最合适的实现技术。灵活性好：如果某层变化，只要层的接口条件不变，则以上和以下各层的工作均不受影响。易于实现和维护：整个系统被分割为多个容易实现和维护的小部分。有益于标准化的实现：功能和所提供的服务都很确切。第13页，本讲稿共38页1.4 计算机网络体系结构2.2.层次化体系结构中的几个基本概念层次化体系结构中的几个基本概念（1 1）协议（）协议（protocolprotocol）协议是一种通信的约定。在计算机网络通信过程中，为了保证计算机之间能够准确地进行数据通信，必须制定的规则就是通信协议。（2 2）层次（）层次（layerlayer）层次是人们对复杂问题的一种基本处理方法。（3 3）接口（）接口（interfaceinterface）接口就是同一结点内，相邻层之间交换信息的连接之点。（4 4）网络体系结构（）网络体系结构（Network ArchitectureNetwork Architecture）计算机网络的各个层次以及各层次协议的集合定义为计算机“网络的体系结构”，又称“网络参考模型”；网络体系结构通常位于网络中的计算机中。第14页，本讲稿共38页1.4 计算机网络体系结构（5 5）实体（）实体（EntityEntity）实体就是通信时能发送和接收信息的具体的软硬件设施如，客户机访问WWW服务器时，使用的实体浏览器程序。（6 6）数据单元（）数据单元（Data UnitData Unit）在OSI参考模型的不同结点内的对等层传送的是相同名称的数据包。这种网络中传输的数据包被称为“数据单元”。每一个层次完成的功能不同，处理的数据单元的大小、名称和内容也就不相同，如，帧、分组、报文等。每一层的数据单元的“头部”都会有该层的地址、控制等传递过程需要的信息。数据单元不同，地址的类型也不相同，如，物理（MAC）地址、IP地址、进程地址、端口号等。第15页，本讲稿共38页第16页，本讲稿共38页1.5 OSI/RM七层参考模型1.OSI/RM-1.OSI/RM-开放系统互连参考模型开放系统互连参考模型-七层模型七层模型2.2.制定者制定者-ISO-ISO（国际标准化组织）（国际标准化组织）3.3.OSI/RMOSI/RM七层模型的各层功能七层模型的各层功能OSI/RM从上到下依次为应用层、表示层、会话层、传输层、网络层、数据链路层和物理层，参见图1-1。（1 1）应用层（）应用层（ApplicationApplication）功能：确定进程之间的通信性质，完成用户程序或服务需要完成的工作。处理的数据单元：应用层报文。处理的地址：进程接口，套接字，如，目的主机为192.168.0.1，标识为21的服务器进程。第17页，本讲稿共38页1.5 OSI/RM七层参考模型第18页，本讲稿共38页1.5 OSI/RM七层参考模型（2 2）表示层（）表示层（PresentationPresentation）功能：处理节点间或通信系统间信息表示方式方面的问题”，如数据格式的转换、压缩与恢复及加密与解密等。（3 3）会话层（）会话层（SessionSession）功能：组织并协商两个应用进程之间的会话，并管理它们之间的数据交换。会话的含义：实现不同主机中应用进程间的建立、维持和断开联系。（4 4）运输层（）运输层（TransportTransport）功能：在两个端系统（源站和目的站）的会话层之间，建立一条可靠或不可靠的运输连接，透明地传送报文段。第19页，本讲稿共38页1.5 OSI/RM七层参考模型 处理的数据单元（segment）：报文段。处理的地址：进程选择的连接标识，TCP和UDP端口号。（5 5）网络层（）网络层（NetworkNetwork）功能：使用逻辑地址（IP地址）进行寻址，通过路由选择算法为数据分组通过通信子网选择最适当的路径，并提供网络互联及拥塞控制功能。处理的数据单元：分组、IP数据报或数据包。处理的地址：逻辑地址，如192.168.137.1，IP地址。（6 6）数据链路层（）数据链路层（Data LinkData Link）功能：负责在两个相邻结点间的线路上，无差错地传送以“帧”为单位的数据。第20页，本讲稿共38页1.5 OSI/RM七层参考模型 处理的数据单元：数据帧。处理的地址：物理地址,如20-C2-FF-01-0A-0B。（7 7）物理层（）物理层（PhysicalPhysical）功能：为“数据链路层”提供一个物理连接，以便其透明地传送二进制的比特流。定义的4个规章特性:机械性能：接口的形状，几何尺寸的大小，引脚的数目和排列方式等；电气性能：接口规定信号的电压、电流、阻抗、波形等；工程规范：接口引脚的意义、特性、标准；工作方式：确定二进制数据位流的传输方式，如：单工、半双工或全双工。物理层协议:RS232、RS422、X.25和X.21等.第21页，本讲稿共38页1.5 OSI/RM七层参考模型处理的数据：二进制比特信号。处理的地址：直接面向物理端口的各个管脚。4.OSI4.OSI参考模型节点间通信的数据流参考模型节点间通信的数据流不同节点通信时，同等层次通过附加该层的信息头来进行相互的通信，数据通信中的数据流动参见图1-1。（1 1）发送节点）发送节点每层都对数据附加一个信息头部，即“封装”。（2 2）接收节点）接收节点各层依次“拆封”，同时完成各层相应的功能。5.OSI5.OSI参考模型的各部分的作用及关系：参考模型的各部分的作用及关系：P12P12第22页，本讲稿共38页第23页，本讲稿共38页1.6 TCP/IP网络的四层参考模型1.1.模型与制定者模型与制定者（1 1）TCP/IP TCP/IP（传输控制协议互连网络协议）（传输控制协议互连网络协议）TCP/IP是Internet上使用的主要协议；它是一个协议栈，从上至下包括很多协议；应用最多的是“TCP和IP”协议。（2 2）ARPAARPA（美国国防部高级研究计划局）（美国国防部高级研究计划局）ARPA成功地开发出著名的TCP/IP参考模型。2.RFCs2.RFCs文档文档(文档描述文档描述)分为五种不同类别来表示其当前发展的状态。当某项技术发展的较为完善时，就会被标记为标准状态的RFC。3.TCP/IP3.TCP/IP模型的分层模型的分层第24页，本讲稿共38页1.6 TCP/IP网络的四层参考模型TCP/IP将各个通信协议分配到四层，参见表1-2和表1-3。第25页，本讲稿共38页1.6 TCP/IP网络的四层参考模型4.TCP/IP4.TCP/IP各层协议及功能各层协议及功能（1 1）网络接口层）网络接口层TCP/IP的最低层是网络接口层，接口层协议直接支持局域网和广域网的各种协议：Ethernet 802.3（以太网）等。（2 2）网际层（网际层（InternetInternet）负责相邻计算机间数据分组的逻辑（IP）地址寻址与路由。IP（网际协议）：为IP数据包进行寻址和路由，它使用IP地址确定收发端，并将数据包从一个网络转发到另一个网络。ICMP（网际控制报文协议）：用于处理路由、协助IP层实现报文传送的控制机制，并为IP协议提供差错报告。ARP（地址解析协议）：用于完成主机的IP地址向物理地址的转换。RARP（逆向地址解析协议）：用来完成主机的物理地址到IP地址的转换或映射功能。第26页，本讲稿共38页1.6 TCP/IP网络的四层参考模型（3 3）传输层（）传输层（TransportTransport）提供端到端的可靠或不可靠的通信服务。端到端的通信服务通常是指网络节点间应用程序的服务。传输层包含两个主要协议TCPTCP传输控制协议传输控制协议：是一种面向连接的、高可靠性的、提供流量与拥塞控制的传输层协议。UDPUDP用户数据报协议用户数据报协议：是一种面向无连接的、不可靠的、没有流量控制的传输层层协议。TCP或UDP端口号（port，即进程地址进程地址）：在一台计算机中，不同进程用进程号（进程标识）惟一地标识出来。端口号的表示端口号的表示：长度定义为16位二进制，其值可以是065535的十进制整数，如，80。第27页，本讲稿共38页1.6 TCP/IP网络的四层参考模型 全局端口号：全局端口号：TCP/IP为每一种服务器应用程序都分配了确定的、全局有效的端口号：每个客户进程都知道相应服务器的全局端口号。为了避免与其他应用程序混淆，默认端口号定义在01023范围内。端口号与传输层协议的关联：端口号与使用的TCP或UDP协议直接相关，TCP和UDP有各自独立的端口号，其对应的常用全局端口号如表1-4和表1-5所示。套接字（Socket）：应用程序通过指定计算机的IP地址、服务类型（TCP或UDP）及应用程序的端口来创建套接字。套接字中的IP地址组件可以协助标识和定位目标计算机，而其中的端口则决定数据所要送达的具体应用程序。组成：由IP地址（32 位）和端口号（16 位）共48 位二进制组成。应用：有了编程套接字的信息，网络通信的编程才能实现。第28页，本讲稿共38页1.6 TCP/IP网络的四层参考模型（4 4）应用层（）应用层（ApplicationApplication）1）依赖于TCP协议的应用层协议：Telnet、HTTP、FTP等。2）依赖于无连接的UDP协议的应用层协议：SNMP、DNS等。3）非标准化协议：是属于用户自己开发的专用应用程序。第29页，本讲稿共38页第30页，本讲稿共38页1.7.1 IPV4编址技术在TCP/IP网络中，每个节点都有一个惟一的IP地址。1.IP1.IP地址的表示地址的表示每个IP地址由32位二进制位组成；分为4个部分，每字段的取值范围为0255。点分十进制表示，如128.64.32.8。2.IP2.IP地址的结构地址的结构IP地址由“网络地址”和“主机地址”参见图1-2。（1）网络地址网络地址：用于辨认网络，同一网络中的所有TCP/IP主机的网络编号都相同。（2）主机地址主机地址：用于辨认同一网络中的主机，同一网络中，各主机应当分配不同的主机编号。3.IP3.IP地址的划分地址的划分第31页，本讲稿共38页1.7.1 IPV4编址技术3.IP3.IP地址的划分地址的划分根据网络的大小，Internet委员会定义了5种标准的IP地址类型，各类地址的格式示意图，参见图1-3。（1）A类地址：分配给拥有大量主机的网络。（2）B类地址：分配给中等规模的网络。（3）C类地址：分配给小规模的网络。（4）D类地址：用于多播，就是把数据同时发送给一组主机。（5）E类地址：是为将来预留的，也可以作为实验地址，不分配给主机（互联设备）使用。表1-6、表1-7表明了A、B、C类IP地址的定义、网络地址和主机编号字段的取值范围。第32页，本讲稿共38页第33页，本讲稿共38页1.7.1 IPV4编址技术4.4.特殊特殊IPIP地址及其使用地址及其使用（1）网络网络IPIP地址地址：主机地址位的各位全为“0”的IP地址叫做“本网地址”，即0地址。（2）直接广播地址直接广播地址：主机号各位全为“1”的IP地址称为直接广播地址。（3）有限广播地址有限广播地址（255.255.255.255）：主要用来进行本网广播。（4）回送地址回送地址：127开始的IP地址作为保留地址，被称为“回送地址”。回送地址用于网络软件的测试，以及本地进程的通信。第34页，本讲稿共38页1.7.2 IP地址的使用1.IP1.IP地址中网络地址的使用规则地址中网络地址的使用规则分配和使用网络地址时，其取值范围如表1-6所示；分配IP地址时还应遵循以下规则：网络地址必须惟一。网络地址的各位不能全为“0”。网络地址字段的各位不能全为“1”。网络地址不能以127开头。127.0.0.1被称为“环回地址”，该地址代表本地主机的IP地址，用于测试。IP地址的32位不等全为“1”。2.2.IPIP地址中主机地址的使用规则地址中主机地址的使用规则在网络地址相同时，主机地址（编号）必须惟一。主机编号的各位不能全为0。主机编号的各位不能全为“1”。第35页，本讲稿共38页1.7.2 IP地址的使用3.3.私有地址和公有地址私有地址和公有地址允许在Internet中使用的IP地址为公有地址，仅在局域网中使用的IP地址为私有地址。（1 1）公有地址）公有地址在Internet（公网）中使用IP地址前，必须先到指定的机构（即InterNIC）去申请。（2 2）私有地址：）私有地址：InterNICInterNIC保留的私有地址区域：保留的私有地址区域：10.0.0.0/8：10.0.0.010.255.255.255。172.16.0.0/12：172.16.0.0172.31.255.255。192.168.0.0/16：192.168.0.0192.168.255.255，16表示32位中的前16位是网络地址。4.IP4.IP地址的分配和使用的基本原则：地址的分配和使用的基本原则：P21P21第36页，本讲稿共38页1.7.3 TCP/IP协议的基本参数在配置TCP/IP协议时共有3个重要参数，即IP地址、子网掩码和默认网关。1.1.子网掩码（子网掩码（subnet maskssubnet masks）（1 1）什么是子网掩码：）什么是子网掩码：P22P22（2 2）默认子网掩码的类型（）默认子网掩码的类型（表表1-81-8）第37页，本讲稿共38页1.7.3 TCP/IP协议的基本参数（3 3）子网掩码的两个功能）子网掩码的两个功能 区分IP地址的网络编号与主机编号：P22P22，例例1-11-1；用于划分子网：另一个重要功能是划分子网。2.2.默认网关或默认网关或IPIP路由（路由（default gatewaydefault gateway）默认网关就是通向远程网络的接口。在局域网的子网之间进行通信时，各子网的主机也是通过默认网关将数据发送到目的主机的，默认网关的设备通常是路由器、第三层交换机或代理服务器。配置TCP/IP时若没有指明默认网关，则通信仅局限于本地网络。参见P23P23，例例1-21-2。第38页，本讲稿共38页