程序设计第2章计算机网络.ppt

网络基础知识网络硬件和设备Internet的接入及设置网络协议和体系结构Internet的应用计算机网络:计算机网络是将分散在不同地理位置的具有独立功能的计算机系统，通过通信设备和线路相互连接起来，在网络协议和软件的支持下，实现数据通信和资源共享的系统。资源的共享、信息的交流什么是计算机网络给你发E-mail打印文件mail共享资源数据传输分布式数据处理我的东西丢失了！提高可靠性没关系！计算机网络的功能50 年代计算机-终端多机系统终端中央主机终端通信控制处理机终端中央主机集中器终端计算机网络基础计算机网络的发展60 年代末计算机-计算机典型代表ARPA网通信控制处理机中央主机中央主机中央主机通信控制处理机 通信控制处理机计算机网络基础计算机网络的发展开放式标准化网络为什么需要标准化？不同网络设备之间的兼容性和互操作性是推动网络体系结构的标准化的原动力标准化的时机？各厂商、研究机构、大学在网络技术、方法、理论等方面的研究日趋成熟是其基础计算机网络的发展70 年代中期局域网80年代局域网迅速发展90年代网络互连，Internet崛起计算机网络基础计算机网络的发展 两台或两台以上的计算机互相连接起来才能形成网络。网络中的计算机具有独立的功能。计算机之间的通信必须遵守约定和规则，即必须遵循网络协议。必须拥有通信线路和设备。网络的主要目的是资源共享。计算机网络的特征计算机网络的组成通信子网资源子网CCPCCPCCPCCPCCPCCP主机 主机主机终端终端 终端负责全网的数据传输,转发及通信处理等工作，提供用户入网接口。负责数据处理、提供网络资源和网络服务，实现资源共享。局域网（LANLAN:LLocal AArea NNetwork）采用局域网，传输速率较高，误码率较低。组网方便，技术简单。覆盖范围10KM计算机网络的类型按覆盖范围分类按覆盖范围分类城域网（MANMAN：MMetropolitanetropolitan A Arearea N Networketwork）在一个特定的范围内（例如校园、社区或城市）将不同的局域网连接起来，构成一个覆盖该区域的网络，其传输速率比局域网高。覆盖范围100KM计算机网络的类型按覆盖范围分类广域网（WANWAN:WWide AArea N Network）传输距离远，传输速率较低，误码率较高。机制复杂。覆盖范围100KM计算机网络的类型按覆盖范围分类广域网、城域网、接入网以及局域网的关系 城域网城域网接入网 接入网 接入网 接入网 接入网 接入网广域网局域网 局域网 校园网 企业网 中心处理机拓扑是研究点和线组成的几何图形的特性的方法计算机网络的类型按网络拓扑结构分类树型星型总线型环型网状计算机网络的类型按通信介质分类：有线网、无线网按管理性质分：专用网、公用网按交换方式分：电路交换网、报文交换网、分组交换网按通信信道分：广播通信、点到点通信按信道带宽分：宽带网、窄带网计算机网络传输介质双绞线非屏蔽双绞线（UTP）：以箔屏蔽以减少 干扰和串音和屏蔽双绞线（STP）：双绞线外没有任何附加屏蔽组网方便，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米计算机网络传输介质同轴电缆同轴电缆 基带同轴电缆：速率10Mb/s，传输距离1000m宽带同轴电缆：速率20Mb/s，传输距离100km 它是有线电视系统CATV中的标准传输电缆计算机网络传输介质 光纤多模光纤：由发光二极管产生用于传输的光脉冲单模光纤：使用激光产生用于传输的光脉冲计算机网络传输介质无线传输介质两个地面站之间传送距离：50-100 km地球 地球地面站之间的直视线路 微波传送塔22,300 22,300公里 公里地球 地球计算机网络传输介质无线传输介质网络协议(1)定义为在网络中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:操作的执行顺序网络协议和体系结构网络协议和体系结构社会上存在的邮政系统网络体系结构 就是对构成计算机网络的各组成部分之间的关系及所要实现功能的一组精确定义。OSI模型应用层表示层会话层传输层网络层数据链路层物理层网络协议和体系结构层间的关系：下一层为上一层服务；上一层依托下一层完成任务。通信子网应用层表示层会话层传输层网络层物理层数据链路层表示层负责处理不同的数据在表示上的差异及其相互转换。提供可靠的端到端的通信。数据链路层实现数据的可靠传送。功能包括帧定界、差错控制、流量控制、链路管理和寻址。物理层负责传送二进制比特流，规定了物理连接的机械特性、电气特性、功能特性和规程特性。提供连接和路由选择，为数据包的传送选择一条最佳路径功能包括路由选择、拥塞控制和透明传输等。负责建立、管理、拆除进程之间的通信连接。应用层直接为用户提供各种网络服务，例如访问数据库、电子邮件、文件传输等。网络协议和体系结构各层的功能物理层传送的数据单位：比特（bit）数据链路层传送的数据 单位：帧（frame）网络层传送的数据单位：分组（packet）也叫数据包或包传输层传送的数据单位：数据段（segment）。协议数据单元(PDU)数据在各层的封装和拆封的过程 网络协议和体系结构定义了四层协议Internet采用的协议应用层Application传输层transport网络接口层网际层Network1Internet 的体系结构和协议 传输层会话层表示层应用层网络层数据链路层物理层432Internet 的体系结构和协议应用层传输层网际层网络接口层网络接口层：负责接收IP数据报，并把数据报发送到指定网络上 网际层：IP ICMP ARP RARP应用层传输层网际层网络接口层网际层的主要协议IP提供无连接的传输服务（不保证送达，不保证顺序）解决两个不同IP地址的计算机之间的通信问题 Internet 的体系结构和协议 传输层：TCP UDP提供了两种传输协议Internet 的体系结构和协议 使源端和目标端主机上的对等实体可以进行会话。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 应用层传输层网际层网络接口层文件传输 FTP、TFTP、NFS电子邮件 SMTP、POP3WWW应用 HTTP远程登录 Telnet、rlogin网络管理 SNMP域名系统 DNS 应用层传输层网际层网络接口层应用层：应用层协议支持文件传输、电子邮件、远程登录、网络管理、Web浏览等。Internet 的体系结构和协议 局域网协议和体系结构提供建立和释放数据链路层逻辑连接、提供与高层的接口、差错控制规定了各种类型局域网的介质接入控制方案体系结构1)覆盖范围小:房间、建筑物、园区范围；2）数据通信设备是广义的；3)高传输速率:10Mbps1000Mbps，低误码率:10-8 10-10；4)为一个单位所拥有5)局域网特性的主要技术要素是：网络拓扑结构、传输介质与介质访问控制方法。局域网协议和体系结构局域网特点 局域网协议和体系结构（1）网络服务器（2）客户机（3）网络适配器(网卡)（4）集线器（5）传输介质局域网组成(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(3)介质访问控制MAC局域网协议和体系结构局域网的关键技术 介质访问控制 介质访问控制MAC MAC 1)1)局域网使用广播信道，多个站点共享同一信道 局域网使用广播信道，多个站点共享同一信道 2)MAC 2)MAC 协议：协议：解决广播信道站点对信道争用的协议。解决广播信道站点对信道争用的协议。3)3)两种 两种MAC MAC 载波侦听多路访问 载波侦听多路访问/冲突检测 冲突检测(CSMA/CD)(CSMA/CD)令牌传递 令牌传递(Token Passing)(Token Passing)：Token Ring Token Ring、Token Bus Token Bus、FDDI FDDI局域网协议和体系结构局域网的关键技术 CSMA/CD介质访问控制协议 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。局域网协议和体系结构CSMA/CD流程图局域网协议和体系结构计算机网络硬件和设备网卡 功能：网卡完成OSI物理层和数据链路层的功能。分类：有线网卡：按带宽分、按传输介质分、按总线分无线网卡：无线局域网卡无线广域网卡：GPRS、CDMA、.计算机网络硬件和设备网卡网卡与主机的连接 计算机网络硬件和设备网卡MAC地址MAC：Media Access Control长度：48位二进制数高24位：厂商编号低24位：网卡的唯一编号。保存位置：网卡的ROM中。查看MAC地址：ipconfig/all计算机网络硬件和设备1）中继器 工作在物理层，对信号整形、放大和双向复制转发。2）集线器多口中继器，工作在物理层。3）网桥工作在物理层和数据链路层，用于相同网络或仅在OSI参考模型中物理层和数据链路层实现上有差别的网络之间的互联。4）交换机工作在物理层和数据链路层，对数据进行同步、放大、整形，并能有效地过滤短帧、碎片，具有过滤数据的作用 5）路由器工作在物理层、数据链路层和网络层，为两个网络间物理层、数据链路层与网络层提供协议间转换 6）网关网间协议转换器或高层协议转换器，工作于OSI/RM的所有层。协议转换、地址格式的转换、控制流量、包的分隔与重组。7）调制解调器实现数模、模数转换。计算机网络硬件和设备ARPA网Internet60年代末90年代初主要协议：TCP/IP40多万个网络近2000万台计算机1亿多个用户计算机网络基础Internet概述 支持资源共享。采用分布式控制技术。采用分组交换技术。使用通信控制处理机。采用分层的网络通信协议。1974:出现TCP/IP协议1982:ARPAnet使用TCP/IP协议1983:分为两部分1986:NSFnet形成1988:NSFnet替代ARPAnet1989:ARPAnet解散,军用转向民用1992:IBM、MCI、MERIT ANSnet 走向商业化 1995:NSFnet停止运作 网络互联是在各种不同的网络技术之上，再增加一个特殊的“互联网络协议层，来互联不同的网络。IPTCP应用程序IPTCP应用程序IPTCP应用程序问题：在局域网中也得采用TCP/IP 协议集吗？因特网的体系结构网际层传输层应用层网络访问层IP ICMP ARP RARPTCP UDPTelnet FTP HTTPSMTP因特网的体系结构体系结构TCP/IP协议因特网的体系结构TCP/IP协议族1.TCP/IP协议族 是ARP，IP，ICMP，IGMP，UDP，TCP等多个协议的集合。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/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处理因特网的体系结构TCP/IP协议族因特网的体系结构TCP协议位置：工作在运输层运输层功能：复用和分用 端口及端口编号：FTP用21，Telnet用23，SMTP用25，DNS用53，HTTP用80。“三次握手”连接过程：（TCP采用面向连接的服务）连接请求连接确认对连接确认的确认 正确传输的控制：缓存、确认流量控制策略：由接收端控制发送端的数据发送 因特网的体系结构TCP协议SYN SYNSYN-ACK SYN-ACKACK ACK客户机 服务器三次握手因特网的体系结构IP协议作用：通过提供统一的地址格式与数据包格式来消除各网络的差异，使得通信双方可以进行透明的数据传输。IP地址：IP协议采用一种全局通用的地址格式，为全网的每一网络和每一台主机都分配一个唯一的外网络地址 IP地址格式：IP地址组成：32bit的二进制标识符 网络地址（Net-ID）主机地址（Host-ID）连接到Internet上的每台计算机拥有的唯一的地址。4段，取值0255IP地址因特网的地址网络号 机器号A类1 8 16 24 32网络号 机器号B类网络号 机器号C类01101 01.X.Y.Z126.X.Y.Z128.X.Y.Z191.X.Y.Z192.X.Y.Z223.X.Y.ZA类C类1677214254B类 65534问题：32位的IP 地址够用吗？IP 地址的种类交换机 交换机子网 子网1 1 子网 子网2 2 子网 子网3 3子网出现的原因：更有效地使用地址空间易于管理网络8划分管理职责8减少网络拥塞8提供额外的安全性子网与子网掩码TCP/IP协议使用子网掩码子网掩码判断目标主机地址是位于本地子网，还是位于远程子网。子网掩码格式：子网掩码格式：32 32位二进制数位二进制数 子网与子网掩码连续若干位1 连续若干位011111111111111111111111100000000确定子网掩码 例如：将一个B 类网络划分为8 个子网，子网掩码是什么？B 类网络：网络号位数 主机号位数 子网编号的确定：子网掩码：1 的位数：0 的位数：子网掩码：高16位低16位3位二进制数，使用主机号高3位16位网络号+3位子网号16位主机号-3位子网号11111111111111111110000000000000子网与子网掩码子网掩码的使用 例如：两台主机的 例如：两台主机的IP IP地址分别是：地址分别是：子网掩码 子网掩码:判断两台主机是否在同一子网内。判断两台主机是否在同一子网内。方法：方法：1 1）将）将IP IP地址及子网掩码转换成二进制形式 地址及子网掩码转换成二进制形式 2 2）子网掩码与）子网掩码与IP IP地址进行 地址进行“按位与 按位与”运算 运算 3 3）运算结果相同，在同一子网）运算结果相同，在同一子网 运算结果不同，不在同一子网 运算结果不同，不在同一子网子网与子网掩码IP 地址A:10111001 01100000 01000101 10010001IP 地址B:10111001 01100000 01011111 10010001子网掩码：1111111111111111111000000000000010111001 01100000 01000101 1001000110111001 01100000 01000101 1001000111111111 11111111 11111111 11111111 11100000 11100000 000000000000000010111001 01100000 01010111001 01100000 01000000 0000000000000 0000000010111001 01100000 01011111 1001000110111001 01100000 01011111 1001000111111111 11111111 11111111 11111111 11100000 11100000 000000000000000010111001 01100000 01010111001 01100000 01000000 0000000000000 00000000运算结果：相同 运算结果：相同结论：在同一个子网内 结论：在同一个子网内思考：思考：若子网掩码是：若子网掩码是：255.255.240.0 255.255.240.0 两个主机是否在同一子网 两个主机是否在同一子网子网与子网掩码 某校X系位于A楼，有100台主机，Y系位于B楼，有100台主机。现申请了一个C类的网络地址。设计子网划分方案，为每个系分配IP范围，并求出对应的子网掩码。若分为四个子网，子网掩码是什么？各子网IP范围是什么？子网与子网掩码相关问题相关问题某网络的子网掩码为，每个网段最多可容纳多少台主机。子网掩码为，判断IP地址与是否在同一网段？如果将一个C类网络分为4个子网，写出四个子网的IP地址范围。如果将一个C类网络分为8个子网，写该网络子网掩码的点分十进制形式。子网与子网掩码DNS采用层次结构，入网的每台主机都可以有一个类似下面的域名：主机名.机构名.二级域名.顶层域名从左到右，域的范围变大具有实际含义，比IP地址好记E域名系统DNS国家顶级域名国际顶级域名国际性组织类别域名行政区域名域名服务器：通过DNS域名服务协议，将登记注册的域名转换为对应的IP地址。