计算机科学导论第六章计算机网络.ppt

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1、 第六章第六章 计算机网络计算机网络6.1 引言引言6.2 TCP/IP协议协议族族6.3 层层6.4 因特网的因特网的应应用用 6.1 引言引言计算机网络：计算机网络：一些相互连接的、自治的计算机一些相互连接的、自治的计算机的组合。的组合。计算机之间通过某种媒体连接起来计算机之间通过某种媒体连接起来每台计算机都能独立工作每台计算机都能独立工作 一、计算机网络的组成一、计算机网络的组成由硬件系统硬件系统和软件系统软件系统两大部分组成。硬硬件件系系统统：主计算机、终端、通信控制处理机、通信设备和通信线路。软软件件系系统统：系统软件、应用软件、数据与信息资源。二、计算机网络的功能二、计算机网络的功

2、能1、共享硬件资源2、共享软件资源3、用户之间的信息交换三、网络标准三、网络标准1、性能：传输时间，响应时间等。2、可靠性：故障的频率，从故障中恢复的时间等。3、网络安全：保护数据，防止非法访问等。四、物理结构四、物理结构1、连接类型、连接类型链路：链路：数据从一个设备传输到另一个设备的通信数据从一个设备传输到另一个设备的通信信道。信道。连接类型有两种：连接类型有两种：点对点连接点对点连接和和多点连接多点连接。点对点连接（这是最简单的网络）多点连接（信道共享）6基于拓扑结构分类基于拓扑结构分类 在计算机网络中把工作站、服务器等网络在计算机网络中把工作站、服务器等网络单元抽象为点，把网络中的电缆

3、等通信介单元抽象为点，把网络中的电缆等通信介质抽象为线，这样从拓扑学观点看计算机质抽象为线，这样从拓扑学观点看计算机网络系统，就形成了点和线组成的几何图网络系统，就形成了点和线组成的几何图形，从而抽象出了网络系统的具体结构，形，从而抽象出了网络系统的具体结构，将这种网络结构称为将这种网络结构称为计算机的网络拓扑结计算机的网络拓扑结构。构。计算机网络系统的拓扑结构主要有计算机网络系统的拓扑结构主要有星型结星型结构构、环型结构环型结构、总线型结构总线型结构、树型结构树型结构、网状结构网状结构。7星形结构星形结构连接方式连接方式各工作站点都通过单独的通信线路与中心结点直接连接。各工作站点都通过单独的

4、通信线路与中心结点直接连接。工作站点之间的信息传输需要通过中心结点的转发才能实工作站点之间的信息传输需要通过中心结点的转发才能实现。现。处于中心结点的设备一般是集线器或交换机。处于中心结点的设备一般是集线器或交换机。星形结构的优点星形结构的优点结构简单结构简单/易于维护和扩充易于维护和扩充某个工作站点出现故障不会影响其他结点和全网的工作某个工作站点出现故障不会影响其他结点和全网的工作用双绞线连接的简单局域网多采用这种结构用双绞线连接的简单局域网多采用这种结构星形结构的缺点星形结构的缺点需要的连接线较多需要的连接线较多/连接成本较高。连接成本较高。一旦中心结点出现故障，将导致整个网络瘫痪。一旦中

5、心结点出现故障，将导致整个网络瘫痪。8总线结构总线结构连接方式连接方式所有站点共享同一条通信线路。所有站点共享同一条通信线路。任何一个结点发送的数据都会通过总线传送到每一个任何一个结点发送的数据都会通过总线传送到每一个结点上。结点上。每个站点接收到数据后，分析该数据是否为发给本站每个站点接收到数据后，分析该数据是否为发给本站点的，若是，接收此数据，否则拒绝接收。点的，若是，接收此数据，否则拒绝接收。总线结构的优点总线结构的优点结构简单结构简单/布线容易布线容易/可靠性高可靠性高/易于扩充。易于扩充。节省连接线节省连接线/连接成本较低。连接成本较低。早期的同轴电缆局域网多采用这种结构。早期的同轴

6、电缆局域网多采用这种结构。总线结构的缺点总线结构的缺点故障诊断相对困难。故障诊断相对困难。总线故障会引起整个网络的瘫痪。总线故障会引起整个网络的瘫痪。同一时刻只能有一个结点发送数据，存在总线的使用同一时刻只能有一个结点发送数据，存在总线的使用权争用。权争用。9环形结构环形结构连接方式连接方式所有站点连接在一个封闭的环路中。所有站点连接在一个封闭的环路中。一个站点发出的数据要通过所有的站点，最后回到一个站点发出的数据要通过所有的站点，最后回到起始站点。起始站点。某个站点接收到数据，要把此数据的目标地址与本某个站点接收到数据，要把此数据的目标地址与本站点地址进行比较，相同时才接收该数据。站点地址进

7、行比较，相同时才接收该数据。环形结构的优点环形结构的优点结构简单结构简单/数据在网络中沿环单向传送。数据在网络中沿环单向传送。不存在对中心结点的依赖。不存在对中心结点的依赖。令牌环网采用的就是这种结构令牌环网采用的就是这种结构 。环形结构的缺点环形结构的缺点可靠性差可靠性差/故障检测困难。故障检测困难。需要一种控制方法来决定每个结点何时能够发出数需要一种控制方法来决定每个结点何时能够发出数据。据。10树形结构树形结构连接方式连接方式从星形结构演变而来。从星形结构演变而来。各结点按一定的层次连接起来。各结点按一定的层次连接起来。树形结构的优点树形结构的优点可靠性高可靠性高/易于扩充网络结点和分支

8、。易于扩充网络结点和分支。复杂一点的局域网多采用这种结构复杂一点的局域网多采用这种结构 。树形结构的缺点树形结构的缺点使用的连接线较多。使用的连接线较多。整个网络对根结点的依赖性大整个网络对根结点的依赖性大 11网状结构网状结构连接方式连接方式每个结点通过多条链路与其他结点相连。每个结点通过多条链路与其他结点相连。数据从一个结点传输到另一个结点有多条路径可数据从一个结点传输到另一个结点有多条路径可选。选。网状结构的优点网状结构的优点可靠性高。可靠性高。数据传输速度快。数据传输速度快。广域网多采用网状结构。广域网多采用网状结构。网状结构的缺点网状结构的缺点结构复杂结构复杂/连接成本比较高。连接成

9、本比较高。不易管理和维护。不易管理和维护。五、网络分类五、网络分类按网络的作用范围：局域网、城域网和广域网。1、局域网、局域网LAN（Local Area Network）地域：覆盖范围是一个小的区域，较小，几公里内。2、城城 域域 网网 MAN（Metropolitan Area Network）地域：覆盖范围是一个镇或一个城市，是大型的LAN。举例：一个连锁超市，有十几个或几十个分布在市内。举例：一个连锁超市，有十几个或几十个分布在市内。3、广域网、广域网MAN（Wide Area Network）地域：覆盖范围最大，提供长距离的数据传输六、互联网与因特网六、互联网与因特网互互联联网网：两

10、个或多个网络连接在一起，称为互联网（internet），是个普通名词。因因特特网网：最著名的互联网，称为Internet。是专有名词。146.2 TCP/IP协议协议族族 社会上存在的邮政系统社会上存在的邮政系统 16两个主机交换文件两个主机交换文件文件传送模块：协调好文件传输格式 17分层的好处分层的好处各层之间是独立的。各层之间是独立的。灵活性好。灵活性好。结构上可分割开。结构上可分割开。易于实现和维护。易于实现和维护。能促进标准化工作。能促进标准化工作。若层数太少，就会使每一层的协议太复若层数太少，就会使每一层的协议太复杂。杂。层数太多又会在描述和综合各层功能的层数太多又会在描述和综合各

11、层功能的系统工程任务时遇到较多的困难。系统工程任务时遇到较多的困难。主要的网络体系结构主要的网络体系结构国际标准化组织ISO提出的OSI(开放系统互连开放系统互连)参考模型的七层网络结构：物理层、数据链路层、网络层、传输层、会话层、表示层、应用层。每一层都定义了相应的协议.TCP/IP协议族被分为5层：物理层、数据链路层、网络层、传输层、应用层。接口接口：相邻两层之间交互的界面，定义相邻两：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。层之间的操作及下层对上层的服务。服务服务：某一层及其以下各层的一种能力，通过：某一层及其以下各层的一种能力，通过接口提供给其相邻上层。接口提

12、供给其相邻上层。协议协议：通信双方在通信中必须遵守的规则。：通信双方在通信中必须遵守的规则。6.3 层层应用表示会话传输网络数据链路物理1234567应用传输网络层数据链路层物理层OSITCP/IP此模型中此模型中不存在不存在 6.3.1 OSI的的层层 物理层 数据链路层 网络层 传输层 会话层 表示层 应用层 层层号号层的名层的名称称主要功能主要功能7 7应用层应用层 与用户应用进程的接口，即相当于：做什么？与用户应用进程的接口，即相当于：做什么？6 6表示层表示层数据格式的转换，即相当于：对方看起来像什么？数据格式的转换，即相当于：对方看起来像什么？5 5 会话层会话层会话的管理和数据传

13、输的同步，即相当于：轮到谁讲话会话的管理和数据传输的同步，即相当于：轮到谁讲话和从何处讲？和从何处讲？4 4传输层传输层从端到端经网络透明地传输报文，即相当于：对方在何从端到端经网络透明地传输报文，即相当于：对方在何处？处？3 3 网络层网络层分组传输和路由选择，即相当于：走哪条路可以到达该分组传输和路由选择，即相当于：走哪条路可以到达该处？处？2 2数据链数据链路层路层在链路上无差错地传送一帧一帧信息，即相当于：每一在链路上无差错地传送一帧一帧信息，即相当于：每一步应怎么走？步应怎么走？1 1物理层物理层 将比特流送到物理介质上传送，即相当于：对于一层将比特流送到物理介质上传送，即相当于：对

14、于一层 的每一步该怎样利用物理介质？的每一步该怎样利用物理介质？应用层应用层表示层表示层会话层会话层传输层传输层网络层网络层数据链路层数据链路层物理层物理层主机主机B B应用层应用层表示层表示层会话层会话层传输层传输层网络层网络层数据链路层数据链路层物理层物理层主机主机A A互连物理传输媒体互连物理传输媒体通通信信子子网网资资源源子子网网InternetHello应用层应用层表示层表示层会话层会话层传输层传输层网络层网络层数据链路层数据链路层物理层物理层高层数据高层数据Hello选择某种应用程序进行通信选择某种应用程序进行通信对数据进行编码对数据进行编码建立会话连接建立会话连接HelloTCP

15、HelloTCPIPHelloTCPIP帧头帧头帧尾帧尾应用层应用层表示层表示层会话层会话层传输层传输层网络层网络层数据链路层数据链路层物理层物理层接收方收到接收方收到Hello用应用程序进行通信用应用程序进行通信对数据进行解码对数据进行解码确认已建立会话连接确认已建立会话连接HelloTCPIP帧头帧头帧尾帧尾HelloTCPIPTCP 6.3.1 TCP/IP的的层层应用传输网络层数据链路层物理层TCP/IP 应用层应用层直接面向用户功能：负责向用户提供服务包含了OSI模型中的会话层，表示层和应用层的功能。在TCP/IP协议的应用层采用的是客户服务器方式。客户客户/服务器服务器(C/S)(

16、C/S)体系结构体系结构在网络环境下，许多问题的解决往往是通过位于不同主机中的多个进程之间的通信和协同工作来完成的。这些为了解决具体的应用问题而彼此通信的进程就称为“应用进程应用进程”。进程就是运行中的程序。客客户户(client)和服和服务务器器(server)都是指通信中所涉都是指通信中所涉及的两个及的两个应应用用进进程。程。客户服务器方式所描述的是进程之间服务和被服务的关系。当A进程需要B进程的服务时就主动呼叫B进程，在这种情况下，A是客户而B是服务器。可能在下一次通信中，B需要A的服务，此时，B是客户，而A是服务器。客户是服务请求方，服务器是服务提供方。应当注意应当注意使用计算机的人是

17、“用户”(user)而不是“客户”(client)。客户和服务器都指的是进程，即计算机软件。由于运行服务器进程的机器往往有许多特殊的要求，因此人们经常将主要运行服务器进程的机器（硬件）不严格地称为服务器。例如，“这台机器是服务器。”意思是：“这台机器（硬件）主要是用来运行服务器进程（软件）。”因此，服务器(server)一词有时指的是软件，但也有时指的是硬件。传输层传输层网络层提供主机（点）到主机（点）的连接功能：负责客户端和服务器进程之间的消息的逻辑传输，是端（端口）到端（端口）的连接serverclient用户如何通过客户机上的不同应用程序来实现对服务器不同资源的访问，如迅雷下载服务器资源

18、，浏览公司网站或读取公司数据。网网络层络层只是找到网只是找到网络络上的主机，而上的主机，而传输层则传输层则是是找到要找到要访问访问的的进进程（程序）。程（程序）。网络层网络层定义了基于IP协议的逻辑地址功能：负责数据包从源主机到目的主机的发送，并选择最佳路径连接外网使用的路由器属于网络层网网络层络层通通过过IP地址地址对对不同主机不同主机进进行行寻寻址。址。IP地址地址 Internet是由不同物理网络互连而成，不同网络之间实现计算机的相互通信必须有相应的地址标识，这个地址标识称为IP地址。IP地地址址提提供供统统一的地址格式即由一的地址格式即由32Bit位位组组成成。由于二进制使用起来不方便

19、，用户使用“点分十进制”方式表示。IP地址唯一地标识出主机所在的网络和网络中位置的编号。Internet的IP地址分为五种类型：A类、B类、C类、D类和E类 IP地址地址规规定：定：网网络络号不能以号不能以127开开头头，第一字，第一字节节不能全不能全为为0，也不能全，也不能全为为l。主机号不能全主机号不能全为为0，也不能全，也不能全为为l。分类分类第一字节数范围第一字节数范围适用对象或范围适用对象或范围A1126大型网络大型网络B128191中等规模网络中等规模网络C192223校园网校园网D224239备用备用E240254试验用试验用 数据链路层数据链路层位于物理层和网络层中间功能：提供

20、点到点的可靠传输，通常把数据分帧，并且保证帧的正确接收网卡，交换机，网桥属于数据链路层数据数据链链路路层层的地址：的地址：MAC地址地址数据数据链链路路层层通通过过MAC地址地址对对物理物理层进层进行行访问访问 物理层物理层TCP/IP协议的最底层，为数据传输提供可靠环境功能：1、为数据端设备提供传输数据的通路 2、传输数据（比特流）物理层为网络的基础好比公路是汽车通行的基础网线及其接口，中继器，集线器属于物理层网线及其接口，中继器，集线器属于物理层 域名系域名系统统（DNS）IP 地址既难记忆，又很难从键盘输入。一个事实：人不擅长于记忆长串数字，但记忆名字却比较容易。因此想到把 IP 地址变

21、成名字。因特网设立专门的机构管理名字：采用分级管理名字的方法。每一级的名字都是各不相同的。域名系域名系统统用具有直观意义的字符串来表示地址。域名实际就是名字，采用层次结构，按地理域或机构域进行分层。格式：主机名.三级域名.二级域名.顶级域名顶级域名一般为机构性域名和地理性域名域名系域名系统统 因特网的域名举例：因特网的域名举例：中央电视台向因特网提供万维网服务的计算机的域名是：商业机构中央电视台提供万维网服务的计算机名意思是：意思是：顶级域名顶级域名二级域名二级域名三级域名三级域名 组织性顶级域名组织性顶级域名 地域性顶级域名地域性顶级域名 部分域名与部分域名与IP地址对照实例地址对照实例 域

22、名服域名服务务器（器（DNS）因特网中设有很多的域名服务器 DNS，用来把域名转换为 IP 地址。例如，DNS 收到 后，经过查询过程，就把这个域名转换为 IP 地址：用点分十进制表示就是：6.4 因特网的因特网的应应用用电电子子邮邮件件文件文件传输协议传输协议远远程登程登录录万万维维网网 511 1电子邮件电子邮件(E-mail)(E-mail)1 1）电子邮件系统组成）电子邮件系统组成 电子邮件系统主要由电子邮件系统主要由3 3部分组成：用户代理、部分组成：用户代理、邮件服务器和电子邮件使用的协议。邮件服务器和电子邮件使用的协议。52用户代理（用户代理（User AgentUser Age

23、nt）是用户和电子邮件系统的接口，它使用户通是用户和电子邮件系统的接口，它使用户通过一个友好的接口（如图形窗口界面）来发过一个友好的接口（如图形窗口界面）来发送和接收邮件。送和接收邮件。邮件服务器邮件服务器是电子邮件系统的核心构件，其功能是发送是电子邮件系统的核心构件，其功能是发送和接收邮件，同时还要向发信人报告邮件传和接收邮件，同时还要向发信人报告邮件传送的情况。送的情况。邮件服务器使用的协议邮件服务器使用的协议SMTPSMTP用于发送邮件；用于发送邮件；POP3 POP3（Post Office Post Office ProtocolProtocol）用于接收邮件）用于接收邮件。发送方邮

24、件缓存邮件服务器因特网使用 SMTP 协议用户邮箱接收方发送邮件使用的协议简单邮件传送协议 SMTP(Simple Mail Transfer Protocol)邮件服务器接收邮件使用的协议邮局协议版本3POP3(Post Office Protocol version 3)发送端 ISP接收端 ISP使用 SMTP 协议使用 POP3 协议发信人地址：收信人地址：邮件服务器的域名读作“at”用户名（用户邮箱）邮邮件的件的传传送仍然要使用送仍然要使用 IP IP 和和 TCP TCP 协议协议 542 2文件传输文件传输(FTP)(FTP)文件传输文件传输(FTP)(FTP)所谓文件传输，就是

25、指通过网络将文件从所谓文件传输，就是指通过网络将文件从一台计算机上传送到另一台计算机上一台计算机上传送到另一台计算机上File Transfer ProtocolFile Transfer Protocol：文件传输协议：文件传输协议是是TCPTCPIPIP协议集的一个应用层协议协议集的一个应用层协议主要功能是完成文件拷贝主要功能是完成文件拷贝FTPFTP工作在客户服务器工作在客户服务器(Client(ClientServer)Server)模式下模式下 55 563 3远程登录远程登录(Telnet)(Telnet)远程登录(Telnet)指本地计算机通过网络连接到另一台远程计算机上进行访问

26、，可以使用该远程计算机的硬件、软件数据甚至全部资源。或者说用户可以使用远程计算机的可用服务，并把结果传回本地计算机上。远程登录，必须输入用户名(User ID)和口令(Password)。使用远程登录所联的那台主机称为远程系统(Remote Site,Remote Machine)或服务器端，而用户自己的计算机称为本地系统(Local Machine)或客户端。57万维网万维网(WWW)(WWW)1.1.概述概述 WWWWWW是是World Wide WebWorld Wide Web的缩写，俗称的缩写，俗称“万万维网维网”，是一个基于超文本方式的，是一个基于超文本方式的信息查询信息查询工具工

27、具。WWWWWW实际上是一个由实际上是一个由文件、图片和声音文件、图片和声音构成的巨大的信息集合构成的巨大的信息集合，这些信息存储在遍，这些信息存储在遍布全球的各种各样的计算机中。布全球的各种各样的计算机中。WWWWWW的最大特的最大特点拥有非常友善的图形界面、非常简单的操点拥有非常友善的图形界面、非常简单的操作方法以及图文并茂的显示方式。作方法以及图文并茂的显示方式。58WWWWWW由由3 3部分组成：浏览器（部分组成：浏览器（BrowserBrowser）、）、WebWeb服务器（服务器（Web ServerWeb Server）和超文本传送）和超文本传送协议（协议（HTTPHTTP）。）

28、。浏览器向浏览器向WebWeb服务器发出请求，服务器发出请求，WebWeb服务器向服务器向浏览器返回其所要的万维网文档，然后浏览浏览器返回其所要的万维网文档，然后浏览器解释该文档，并按照一定的格式将其显示器解释该文档，并按照一定的格式将其显示在屏幕上。在屏幕上。59WWWWWW工作原理：工作原理：WWWWWW采用客户机采用客户机/服务器服务器（C/SC/S）模式，客户端软件称为）模式，客户端软件称为WWWWWW浏览器浏览器（BrowserBrowser），简称浏览器。），简称浏览器。浏览器软件种类繁多，目前常见的有浏览器软件种类繁多，目前常见的有IEIE（Internet ExplorerIn

29、ternet Explorer）、）、Netscape Netscape NavigatorNavigator、世界之窗浏览器等，浏览器和服务、世界之窗浏览器等，浏览器和服务器之间通过超文本传输协议（器之间通过超文本传输协议（HTTPHTTP，HyperText HyperText Transfer ProtocolTransfer Protocol）进行通信和对话，该协议）进行通信和对话，该协议建立在建立在TCPTCP连接之上，默认端口为连接之上，默认端口为8080。用户通过。用户通过浏览器建立与浏览器建立与WWWWWW服务器的连接，交互地浏览和服务器的连接，交互地浏览和查询信息。查询信息。