计算机导论教学第8章局域网和无线局域网课件.ppt

网络构建基础网络构建基础8.1有线网络有线网络8.2无线网络无线网络8.3使用局域网使用局域网8.4Ad hocAd hoc网络网络8.58.1 8.1 网络构建基础网络构建基础8.1.1 网络的分类网络的分类 8.1.2 局域网标准局域网标准 8.1.3 网络设备网络设备 8.1.4 客户端、服务器和对等网络客户端、服务器和对等网络 8.1.5 物理拓扑结构物理拓扑结构 8.1.6 网络链路网络链路 8.1.7 通信协议通信协议 8.1.1 8.1.1 网络的分类网络的分类计算机网络可以按其大小和地理范围来进行分类。计算机网络可以按其大小和地理范围来进行分类。局域网（局域网（Local Area Network，LAN）是指连接有限地理区域）是指连接有限地理区域（通常是单一建筑）内个人计算机的数据通信网络。局域网可以使（通常是单一建筑）内个人计算机的数据通信网络。局域网可以使用多种有线和无线技术。例如，学校的计算机实验室、家庭或宿舍用多种有线和无线技术。例如，学校的计算机实验室、家庭或宿舍网络都是局域网。网络都是局域网。城域网（城域网（Metropolitan Area Network，MAN）是指能在约）是指能在约80公里的距离内进行声音和数据传输的高速公共网络。例如，本地因公里的距离内进行声音和数据传输的高速公共网络。例如，本地因特网服务提供商、有线电视公司和本地电话公司使用的都是城域网。特网服务提供商、有线电视公司和本地电话公司使用的都是城域网。广域网（广域网（Wide Area Network，WAN）能覆盖大面积的地理区）能覆盖大面积的地理区域，通常由多个可能使用不同计算机平台和网络技术的较小网络构域，通常由多个可能使用不同计算机平台和网络技术的较小网络构成。因特网是世界上最大的广域网，全国性的银行网络、大型有线成。因特网是世界上最大的广域网，全国性的银行网络、大型有线电视公司网络或分布在各地的连锁超市网络也属于广域网。电视公司网络或分布在各地的连锁超市网络也属于广域网。8.1.3 8.1.3 网络设备网络设备可以将网络想象成有很多连接点的蜘蛛网。网络中的每个连接点被视为一个可以将网络想象成有很多连接点的蜘蛛网。网络中的每个连接点被视为一个节点，网络节点通常包括计算机、网络化外部设备或网络设备，连接到网络节点，网络节点通常包括计算机、网络化外部设备或网络设备，连接到网络上的个人计算机有时称为工作站。其他种类的计算机（如大型机、超级计算上的个人计算机有时称为工作站。其他种类的计算机（如大型机、超级计算机、服务器和掌上电脑等）也能连接到局域网。机、服务器和掌上电脑等）也能连接到局域网。要将计算机连接到局域网，需要有网络电路，即网卡（要将计算机连接到局域网，需要有网络电路，即网卡（Network Interface Card，NIC，也称为网络接口卡、网络适配器）。网卡通常集成在个人计，也称为网络接口卡、网络适配器）。网卡通常集成在个人计算机中。算机中。网络化外设（或可连网的外设）是指可以直接连网的设备，如某些网络打印网络化外设（或可连网的外设）是指可以直接连网的设备，如某些网络打印机和存储设备等，都可以配备成直接连接到网络而不用通过工作站。可连网机和存储设备等，都可以配备成直接连接到网络而不用通过工作站。可连网的设备有时被描述为拥有的设备有时被描述为拥有“固定网络连接固定网络连接”，某些设备可将网络功能作为其可，某些设备可将网络功能作为其可选附件。可以直接连接到网络的存储设备也称为网络附加存储（选附件。可以直接连接到网络的存储设备也称为网络附加存储（Network Attached Slorage，NAS）。）。网络设备（或网络装置）是指可传播网络数据、放大信号或发送数据到目的网络设备（或网络装置）是指可传播网络数据、放大信号或发送数据到目的地的某一电子设备，通常包括集线器、交换机、路由器、网关、网桥和中继地的某一电子设备，通常包括集线器、交换机、路由器、网关、网桥和中继器等。器等。8.1.4 8.1.4 客户端、服务器和对等网络客户端、服务器和对等网络在网络环境中，服务器用来向客户端计算机提供服务。例如，应用程序在网络环境中，服务器用来向客户端计算机提供服务。例如，应用程序服务器为网络工作站运行应用软件（如浏览器或电子邮件包），而文件服务器为网络工作站运行应用软件（如浏览器或电子邮件包），而文件服务器用来存储文件并向发出请求的工作站提供文件，打印服务器则负服务器用来存储文件并向发出请求的工作站提供文件，打印服务器则负责处理发送到网络打印机的作业。责处理发送到网络打印机的作业。虽然计算机也可以配置成同时扮演服务器和客户端两个角色，但服务器虽然计算机也可以配置成同时扮演服务器和客户端两个角色，但服务器通常专门用来完成特定的任务，一般不再作为工作站指派给用户，以保通常专门用来完成特定的任务，一般不再作为工作站指派给用户，以保证获得其最佳的工作表现。证获得其最佳的工作表现。在网络的客户端在网络的客户端/服务器（服务器（C/S）模式中，服务器是最重要的资源，网络）模式中，服务器是最重要的资源，网络中可以包含一台或多台服务器，如图中可以包含一台或多台服务器，如图8-2所示。可以将所示。可以将C/S模式想象成层模式想象成层次结构，服务器处于最上层。但少数情况下服务器对于网络来说也并非次结构，服务器处于最上层。但少数情况下服务器对于网络来说也并非必需，文件和应用程序可以在使用对等网络模式的工作站间共享，在这必需，文件和应用程序可以在使用对等网络模式的工作站间共享，在这种模式下，工作站可以共享处理、存储、打印和联系任务的职责。种模式下，工作站可以共享处理、存储、打印和联系任务的职责。8.1.5 8.1.5 物理拓扑结构物理拓扑结构网络中设备的排列称为物理拓扑结构（也称为网络拓扑结构）。网络中设备的排列称为物理拓扑结构（也称为网络拓扑结构）。星形拓扑结构网络是由一个中心连接点通过电缆或无线广播连接所有的星形拓扑结构网络是由一个中心连接点通过电缆或无线广播连接所有的工作站和外围设备。工作站和外围设备。总线型拓扑结构使用公用主干链路连接所有的网络设备。主干链路是传总线型拓扑结构使用公用主干链路连接所有的网络设备。主干链路是传送网络数据的共享通信链路，它可以终止于每一个带有送网络数据的共享通信链路，它可以终止于每一个带有“终端连接器终端连接器”的的网络端点。总线型网络一般只能用于有限的设备，而且如果主干链路电网络端点。总线型网络一般只能用于有限的设备，而且如果主干链路电缆坏掉，则整个网络就无法使用。缆坏掉，则整个网络就无法使用。网状拓扑结构能够将每个网络设备都和其他多个网络设备相连接，所传网状拓扑结构能够将每个网络设备都和其他多个网络设备相连接，所传输的数据可以选择从出发地到目的地的多条可能路径中的任意一条。输的数据可以选择从出发地到目的地的多条可能路径中的任意一条。树形拓扑结构本质上是星形与总线型网络的混合体，由一个主干链路将树形拓扑结构本质上是星形与总线型网络的混合体，由一个主干链路将多个星形网络连接成一个总线型结构。多个星形网络连接成一个总线型结构。两种相似的网络可以通过一种叫做网桥的设备相连接，使用不同拓扑结两种相似的网络可以通过一种叫做网桥的设备相连接，使用不同拓扑结构和技术的网络可以通过网关互连。网关是指将两个网络连接起来的设构和技术的网络可以通过网关互连。网关是指将两个网络连接起来的设备或软件，可以是纯软件或者纯硬件的，也可以是软硬结合的。用来将备或软件，可以是纯软件或者纯硬件的，也可以是软硬结合的。用来将家庭局域网连到因特网的设备就是一种网关。家庭局域网连到因特网的设备就是一种网关。8.1.7 8.1.7 通信协议通信协议在网络中，通信协议是指从网络的一个节点向另一个节点有效地传输数在网络中，通信协议是指从网络的一个节点向另一个节点有效地传输数据的一套规则。最著名的通信协议也许要算据的一套规则。最著名的通信协议也许要算TCP/IP协议，它是管理因特协议，它是管理因特网数据传输的协议，并且也已成为局域网的标准。网数据传输的协议，并且也已成为局域网的标准。通信协议为数据的编码和解码、引导数据到达其目的地以及减少干扰的通信协议为数据的编码和解码、引导数据到达其目的地以及减少干扰的影响设定了标准。尤其是，协议能完成下列的网络通信功能：影响设定了标准。尤其是，协议能完成下列的网络通信功能：将消息分成包。将消息分成包。在包上粘贴地址。在包上粘贴地址。初始化传输。初始化传输。控制数据流。控制数据流。校验传输错误。校验传输错误。对已传输数据进行收到确认。对已传输数据进行收到确认。网络地址是潜在的混乱源头。网络设备出于不同的使用目的会有多个地址，其中网络地址是潜在的混乱源头。网络设备出于不同的使用目的会有多个地址，其中最常用的两种地址是最常用的两种地址是MAC地址和地址和IP地址。在网络领域中，地址。在网络领域中，MAC（Media Access Control，介质存取控制）地址是指生产网络接口卡时指定给该接口卡的一串唯，介质存取控制）地址是指生产网络接口卡时指定给该接口卡的一串唯一的数字。一的数字。MAC地址被用来实现一些低层的网络功能，并且能用来确保网络安地址被用来实现一些低层的网络功能，并且能用来确保网络安全。全。IP地址是指用来识别网络设备的一串数字，现在各种计算机网络都在使用这地址是指用来识别网络设备的一串数字，现在各种计算机网络都在使用这个标准来给设备指定地址。个标准来给设备指定地址。IP地址可以被指定给网络计算机、服务器、外部设备等。地址可以被指定给网络计算机、服务器、外部设备等。IP地址（如地址（如204.127.129.1）在书写时会用小数点分成四段，以便于使用者识别。一段就是一）在书写时会用小数点分成四段，以便于使用者识别。一段就是一个八位组，因为其在二进制状态下是由个八位组，因为其在二进制状态下是由8位表示的。位表示的。IP地址是由地址是由ISP（Internet Service Provider，因特网服务提供商）或系统管理员，因特网服务提供商）或系统管理员指定的。指定的指定的。指定的IP地址一般是半永久的，在每次启动计算机时都保持一致。为使地址一般是半永久的，在每次启动计算机时都保持一致。为使用指定的用指定的IP地址，就需要在配置网络接入时输入这个地址。地址，就需要在配置网络接入时输入这个地址。IP地址也可以通过动态主机配置协议（地址也可以通过动态主机配置协议（Dynamic Host Configuration Protocol，DHCP）来获得，这个协议用来自动分配）来获得，这个协议用来自动分配IP地址。多数计算机会预配置成这种模地址。多数计算机会预配置成这种模式：通过向作为式：通过向作为DHCP服务器的网络设备发送询问来获得服务器的网络设备发送询问来获得IP地址。由地址。由DHCP来分来分配配IP地址，则在下一次启动该计算机时，被分配到的可能是不同的地址。地址，则在下一次启动该计算机时，被分配到的可能是不同的地址。8.2.1 8.2.1 有线网络基础有线网络基础有线网络通过电缆连接网络设备，因特网的很多基础结构都是有线的。虽然有线网络通过电缆连接网络设备，因特网的很多基础结构都是有线的。虽然如今无线网络应用日渐频繁，但对于需要快速安全连接的局域网而言，有线如今无线网络应用日渐频繁，但对于需要快速安全连接的局域网而言，有线网络还是值得选用的网络技术。网络还是值得选用的网络技术。有线网络快速、安全并且容易配置。有线网络通过电缆传输数据，电缆通常有线网络快速、安全并且容易配置。有线网络通过电缆传输数据，电缆通常会有更高的带宽和更好的抗干扰性。在读取本地服务器上的大文件时，有线会有更高的带宽和更好的抗干扰性。在读取本地服务器上的大文件时，有线网络的文件传输速度明显快于无线网络。有线网络也能为局域网的多人计算网络的文件传输速度明显快于无线网络。有线网络也能为局域网的多人计算机游戏提供更快的基础结构。但对于基于因特网的多人游戏来说，通常因特机游戏提供更快的基础结构。但对于基于因特网的多人游戏来说，通常因特网（而不是局域网）的连接速度才是其受限制的因素。网（而不是局域网）的连接速度才是其受限制的因素。有线网络比无线网络更安全，因为计算机只能通过电缆连接到有线网络，用有线网络比无线网络更安全，因为计算机只能通过电缆连接到有线网络，用户不必担心盗用或非法访问网络。户不必担心盗用或非法访问网络。为有线网络带来速度和安全的电缆也是它的主要弱点，电缆的安装不够美观，为有线网络带来速度和安全的电缆也是它的主要弱点，电缆的安装不够美观，连着电缆的设备其移动性受限。通常，桌面计算机往往更适合使用有线网络，连着电缆的设备其移动性受限。通常，桌面计算机往往更适合使用有线网络，而笔记本电脑需要便于移动。而笔记本电脑需要便于移动。8.3 8.3 无线网络无线网络 8.3.1 8.3.1 无线网无线网无线网无线网络基础络基础络基础络基础8.3.2 8.3.2 蓝牙技术蓝牙技术蓝牙技术蓝牙技术8.3.3 8.3.3 Wi-FiWi-Fi技术技术技术技术8.3.4 3G8.3.4 3G技术技术技术技术8.3.1 8.3.1 无线网络基础无线网络基础无线网络无须电缆或电线，例如通过无线电信号、微波或红外线等，就可无线网络无须电缆或电线，例如通过无线电信号、微波或红外线等，就可以将数据从一个设备传输到另一个设备。无线网络的规模各异，从个人区以将数据从一个设备传输到另一个设备。无线网络的规模各异，从个人区域网到广域网，都能使用无线技术，。域网到广域网，都能使用无线技术，。多数无线网络可以通过射频信号（即多数无线网络可以通过射频信号（即RF Signal，通常叫做无线电波）传输，通常叫做无线电波）传输数据。射频信号是由带有天线的无线电收发器（发射机和接收器的结合体）数据。射频信号是由带有天线的无线电收发器（发射机和接收器的结合体）发送和接收的。工作站、外设和网络设备等都能装上无线电收发器，从而发送和接收的。工作站、外设和网络设备等都能装上无线电收发器，从而发送和接收无线网络上的数据。发送和接收无线网络上的数据。微波是通过无线网络进行数据传输的另一种选择。像无线电波那样，微波微波是通过无线网络进行数据传输的另一种选择。像无线电波那样，微波也是电磁信号，但它们的表现不同。微波可以精确地指向一个方向，并且也是电磁信号，但它们的表现不同。微波可以精确地指向一个方向，并且与无线电波相比有更大的传输容量。但是，微波不能穿透金属物体，在发与无线电波相比有更大的传输容量。但是，微波不能穿透金属物体，在发射机和接收器之间没有障碍时，微波传输效果最好。微波装置通常用于大射机和接收器之间没有障碍时，微波传输效果最好。微波装置通常用于大公司内部网络的数据传输。公司内部网络的数据传输。无线网络最显著的优点是可移动性，由于不受网络电缆的束缚，因此，由无线网络最显著的优点是可移动性，由于不受网络电缆的束缚，因此，由电池提供电源的无线设备可以很方便地从一个房间移动到另一个房间，甚电池提供电源的无线设备可以很方便地从一个房间移动到另一个房间，甚至是室外。使用无线网络后，由电缆的电流尖峰损坏工作站的现象也会大至是室外。使用无线网络后，由电缆的电流尖峰损坏工作站的现象也会大大减少。与有线网络相比，无线网络的主要缺点表现在速度、覆盖范围、大减少。与有线网络相比，无线网络的主要缺点表现在速度、覆盖范围、授权以及安全等方面。授权以及安全等方面。8.3.3 Wi-Fi8.3.3 Wi-Fi技术技术Wi-Fi是指一组在是指一组在IEEE 802.11标准中定义的无线网络技术，这些标准与标准中定义的无线网络技术，这些标准与以太网兼容。以太网兼容。Wi-Fi设备可以像无线电波（频率是设备可以像无线电波（频率是2.4GHz或或5.8GHz）一）一样传输数据。目前人们提到的无线网络通常就是指样传输数据。目前人们提到的无线网络通常就是指Wi-Fi。Wi-Fi包括很多标准，以包括很多标准，以b、a、g、n和和y标识。其中一些标准是交叉兼容标识。其中一些标准是交叉兼容的，这就是说，在同一个无线网络中可以使用不同的标准。表的，这就是说，在同一个无线网络中可以使用不同的标准。表8-2列出了列出了每种每种Wi-Fi标准的规范。标准的规范。Wi-Fi是指一组在是指一组在IEEE 802.11标准中定义的无线网络技术，这些标准与标准中定义的无线网络技术，这些标准与以太网兼容。以太网兼容。Wi-Fi设备可以像无线电波（频率是设备可以像无线电波（频率是2.4GHz或或5.8GHz）一）一样传输数据。目前人们提到的无线网络通常就是指样传输数据。目前人们提到的无线网络通常就是指Wi-Fi。Wi-Fi包括很多标准，以包括很多标准，以b、a、g、n和和y标识。其中一些标准是交叉兼容标识。其中一些标准是交叉兼容的，这就是说，在同一个无线网络中可以使用不同的标准。的，这就是说，在同一个无线网络中可以使用不同的标准。8.3.4 3G8.3.4 3G技术技术第三代移动通信技术（第三代移动通信技术（3rd-generation，3G），是指支持高速数），是指支持高速数据传输的蜂窝移动通讯技术。据传输的蜂窝移动通讯技术。3G服务能够同时传送声音及数据信服务能够同时传送声音及数据信息，速率一般在几百息，速率一般在几百kbps以上。目前以上。目前3G存在四种标准，即：存在四种标准，即：CDMA2000，WCDMA，TD-SCDMA和和WiMAX。相对于第一代模拟制式手机（相对于第一代模拟制式手机（1G）和第二代）和第二代GSM、TDMA等数等数字手机（字手机（2G），第三代手机一般是指将无线通信与国际因特网等），第三代手机一般是指将无线通信与国际因特网等多媒体通信结合的新一代移动通信系统，它能够处理图像、音乐、多媒体通信结合的新一代移动通信系统，它能够处理图像、音乐、视频流等多种媒体形式，提供包括网页浏览、电话会议、电子商视频流等多种媒体形式，提供包括网页浏览、电话会议、电子商务等多种信息服务。为此，无线网络必须能够支持不同的数据传务等多种信息服务。为此，无线网络必须能够支持不同的数据传输速度，也就是说在室内、室外和行车的环境中能够分别支持至输速度，也就是说在室内、室外和行车的环境中能够分别支持至少少2Mbps（兆字节每秒）、（兆字节每秒）、84kbps（千字节每秒）以及（千字节每秒）以及144kbps的传输速度。的传输速度。13G的技术标准的技术标准22.5G技术技术8.4 8.4 使用局域网使用局域网局域网和其他类型的网络已非常普及，通过提供共享资源（如授权网络局域网和其他类型的网络已非常普及，通过提供共享资源（如授权网络用户可以访问的硬件、软件和数据）已经显著地改变了计算环境。局域用户可以访问的硬件、软件和数据）已经显著地改变了计算环境。局域网具有以下优点：网具有以下优点：局域网能让人们协同工作。局域网能让人们协同工作。共享网络化软件可以减少开支。共享网络化软件可以减少开支。在局域网上共享数据可以提高生产率。在局域网上共享数据可以提高生产率。共享网络化硬件可以节省开支。共享网络化硬件可以节省开支。局域网的缺点之一在于，当网络发生故障时，所有资源都将不可使用，局域网的缺点之一在于，当网络发生故障时，所有资源都将不可使用，直到网络修复为止。局域网的另一个缺点是容易受到未经授权接入的攻直到网络修复为止。局域网的另一个缺点是容易受到未经授权接入的攻击。与独立计算机易受内部盗窃或访问的攻击不同的是，网络计算机会击。与独立计算机易受内部盗窃或访问的攻击不同的是，网络计算机会受到来自很多来源和地区的未经授权接入的攻击。受到来自很多来源和地区的未经授权接入的攻击。8.5 Ad hoc8.5 Ad hoc网络网络Ad hoc网络是一种具有特殊用途，没有有线基础设施支持的移动网络，网络是一种具有特殊用途，没有有线基础设施支持的移动网络，IEEE802.11标准委员会采用标准委员会采用“Ad hoc网络网络”一词来描述这种特殊的自组织一词来描述这种特殊的自组织对等式多跳移动通信网络。对等式多跳移动通信网络。Ad hoc网络中的节点均由移动主机构成。它最初应用于军事领域，研究网络中的节点均由移动主机构成。它最初应用于军事领域，研究起源于战场环境下分组无线网数据通信项目，该项目由起源于战场环境下分组无线网数据通信项目，该项目由DARPA（美国国（美国国防部高级研究计划署）资助，其后，又在防部高级研究计划署）资助，其后，又在1983年和年和1994年进行了抗毁可年进行了抗毁可适应网络（适应网络（SURAN）和全球移动信息系统（）和全球移动信息系统（GloMo）项目的研究。由于）项目的研究。由于无线通信和终端技术的不断发展，无线通信和终端技术的不断发展，Ad hoc网络在民用环境下也得到了发网络在民用环境下也得到了发展，如需要在没有有线基础设施的地区进行临时通信时，可以很方便地展，如需要在没有有线基础设施的地区进行临时通信时，可以很方便地通过搭建通过搭建Ad hoc网络实现。网络实现。在在Ad hoc网络中，当两个移动主机在彼此的通信覆盖范围内时，它们可以直接网络中，当两个移动主机在彼此的通信覆盖范围内时，它们可以直接通信。但由于移动主机的通信覆盖范围有限，如果要进行通信的两个主机相距通信。但由于移动主机的通信覆盖范围有限，如果要进行通信的两个主机相距较远，则需要通过它们之间的其他移动主机的转发才能实现。因此，在较远，则需要通过它们之间的其他移动主机的转发才能实现。因此，在Ad hoc网络中，主机同时还是路由器，担负着寻找路由和转发报文的工作。网络中，主机同时还是路由器，担负着寻找路由和转发报文的工作。Ad hoc网网络中每个主机的通信范围有限，因此路由一般都由多跳组成，数据通过多个主络中每个主机的通信范围有限，因此路由一般都由多跳组成，数据通过多个主机的转发才能到达目的地，故机的转发才能到达目的地，故Ad hoc网络也被称为多跳无线网络。网络也被称为多跳无线网络。Ad hoc网络可以看作是移动通信和计算机网络的交叉。在网络可以看作是移动通信和计算机网络的交叉。在Ad hoc网络中，使用网络中，使用计算机网络的分组交换机制，而不是电路交换机制，通信的主机一般是笔记本计算机网络的分组交换机制，而不是电路交换机制，通信的主机一般是笔记本电脑、电脑、PDA等移动终端设备。等移动终端设备。Ad hoc网络不同于因特网环境中的移动网络不同于因特网环境中的移动IP网络。在移动网络。在移动IP网络中，移动主机可网络中，移动主机可以通过固定有线网络、无线链路和拨号线路等方式接入网络，而在以通过固定有线网络、无线链路和拨号线路等方式接入网络，而在Ad hoc网络网络中只存在无线链路一种连接方式。在移动中只存在无线链路一种连接方式。在移动IP网络中，移动主机通过相邻的基站网络中，移动主机通过相邻的基站等有线设施的支持才能通信，在基站和基站（代理和代理）之间均为有线网络，等有线设施的支持才能通信，在基站和基站（代理和代理）之间均为有线网络，仍然使用因特网的传统路由协议。而仍然使用因特网的传统路由协议。而Ad hoc网络没有这些设施的支持。网络没有这些设施的支持。此外，在移动此外，在移动IP网络中移动主机不具备路由功能，只是一个普通的通信终端。网络中移动主机不具备路由功能，只是一个普通的通信终端。当移动主机从一个区移动到另一个区时并不改变网络拓扑结构，而当移动主机从一个区移动到另一个区时并不改变网络拓扑结构，而Ad hoc网络网络中移动主机的移动将会导致拓扑结构的改变。中移动主机的移动将会导致拓扑结构的改变。