(主编熊家付等 北理工版)课件：第一章 计算机网络技术基础知识.ppt

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1、,计算机网络技术基础知识,执教教师：XXX,第一章 计算机网络技术基础知识,学习目标1.掌握计算机网络的定义及分类，并了解其功能。2.掌握TCP/IP协议簇。3.了解网络中常见的几种拓扑结构。4.了解组网的基本过程。,下一页,第一章 计算机网络技术基础知识,任务1 计算机网络基础任务2 计算机网络的分类任务3 协议与体系结构任务4 TCP/IP任务5 计算机网络的拓扑结构任务6 如何组网,任务1 计算机网络基础,1.1.1 计算机网络概述1.计算机网络的概念20世纪中期，随着计算机应用的发展，出现了多台计算机互连的需求，用户希望通过联网的方式来实现计算机资源共享的目的，所以进行了各种研究和尝试

2、，这就是计算机网络的起源。 所谓计算机网络，就是利用通信设备和网络软件，把分布在不同地理位置的多台独立的计算机系统及其他智能设备互连起来，以便能够相互通信，共享资源。2.计算机网络的功能计算机网络自诞生以来，得到了广泛的应用和普及。计算机网络的功能主要包括以下几个方面。,返回,下一页,上一页,任务1 计算机网络基础,1)数据通信 数据通信是计算机网络最基本的功能。数据通信用来快速传送计算机与终端、计算机与计算机之间的各种信息，包括文字信件、新闻消息、咨询信息、图片资料、报纸版面等。计算机网络提供的通信服务包括传真、电子邮件、聊天工具、电子公告牌、远程登录和信息浏览等。2)资源共享 所谓资源是指

3、计算机系统的软件、硬件和数据资源。所谓资源共享是指网内用户均能享受网络中各个计算机系统的全部或部分资源。典型应用如铁路、民航的售票系统等。,返回,下一页,上一页,任务1 计算机网络基础,3)分布式处理和负载均衡 对于大型的任务或当网络中某台计算机的任务负荷太重时，可将任务分散到网络中的各台计算机上运行，这样处理能均衡各计算机的负载。在解决复杂问题时，多台计算机联合使用能构成高性能的计算机体系，这种协同工作、并行处理的多机系统要比单独购置高性能的大型计算机节约成本。 4)提高计算机的可靠性 网络中的各台计算机可以通过网络彼此互为后备机。一旦某台计算机出现故障，故障机的任务或资源就可由其他计算机代

4、为处理，或通过不同的路由从其他计算机来访问，避免了在单机无后备机使用的情况下，计算机出现故障而导致系统瘫痪和资源崩溃的现象，从而大大提高了系统的可靠性。,返回,下一页,上一页,任务1 计算机网络基础,1. 1. 2计算机网络的产生与发展计算机网络是计算机技术、现代信息处理技术和通信技术相互渗透、相互结合的产物。计算机网络出现在20世纪50年代，它的历史虽然不长，但发展很快，经历了一个从简单到复杂、从小到大的演变过程。计算机网络的发展历程大致可以归纳为四个阶段。 第一代计算机网络起源于20世纪50年代初，是以单个计算机为中心的远程联机系统，构成了面向终端的计算机通信网。当时美国出于自身安全的考虑

5、，在美国本土北部和加拿大境内建立了一个半自动地面防空系统(Semi -automatic around Environment, SAGE，简称赛其系统。,返回,下一页,上一页,任务1 计算机网络基础,进行将计算机技术和通信技术相结合的尝试，将多个地理位置上分散的终端计算机通过电活线连接到一台中心计算机上，由此出现了第一代面向终端的计算机网络的雏形。第二代计算机网络是多个具有自主功能的主机通过通信线路互连，形成了资源共享的计算机网络。1969年，美国国防部高级研究计划署研究建立了ARPA ( Advanced Research Projects Agency网，第一次实现了网络内的资源共享，由

6、此形成了第二代计算机网络，也就是现在意义上的计算机网络。它是由主机和多个用户计算机组成的，用户不仅可以共享主机的资源，还可以与其他用户实现资源共享。,返回,下一页,上一页,任务1 计算机网络基础,第三代计算机网络是具有统一的网络体系结构、遵循国际标准化协议的开放式的计算机网络，能方便地将计算机互连在一起。它起源于20世纪70年代后期，发展于80年代，成熟于90年代。目前存在两种占主导地位的网络体系结构:一种是国际标准化组织ISO提出的ISO RM(开放式系统互联参考模型);另一种是Internet所使用的事实上的工业标准TCP/IP RM ( TCP/IP参考模型)。典型的例子就是国际互联网I

7、nternet，它将世界范围的计算机相互连接在一起，实现更广范围、更大规模的数据交换和信氨共享。,返回,下一页,上一页,任务1 计算机网络基础,第四代计算机网络是向互连、高速、智能化方向发展的计算机网络，开始于20世纪80年代末。到了90年代，Internet技术不断成熟，功能和应用得到不断拓展和完善，网络在跨地域、跨领域方面的应用口益广泛。随着美国信息化高速公路的提出与实施，以及网络规模的增大与网络服务功能的增多，现代计算机网络进入了一个高速化和智能化发展的阶段，数据传输速率得到了极大的提高，实现了从早期的字符信息传输到如今的图形、图像、声音和影像等多媒体信息的传输。在信息化技术高度发展的今

8、天，任何一台计算机几乎都以某种形式联网，以实现共享信息或协同工作，计算机网络已改变了人们传统的生活模式。,返回,下一页,上一页,任务1 计算机网络基础,目前，计算机网络正在向三网合一(电视网、电话网和计算机网络)的方向发展，同时，高速无线接入技术是计算机网络的另一个热门研究领域，将来的计算机网络在任何时间、任何地点都可以快速安全地运行。计算机网络有着广阔的发展前景。,返回,下一页,上一页,任务2 计算机网络的分类,计算机网络的品种很多，根据各种不同的联系原则，可以得到各种不同类型的计算机网络。因此，对计算机网络的分类方法也各不相同。例如，按照通信距离来划分、按照网络的拓扑结构来划分等。常见的分

9、类方法如下。1. 2. 1按照通信距离介类1.局域网(Local Area Network, LAN )如果网络的服务区域在一个局部范围(一般几十千米之内)，则称为局域网。在一个局域网中，可以有一台或多台主计算机以及多个工作站，还可以有一些共享设备，如网络打印机等。各计算机系统、工作站之间可通过局域网进行各类数据的通信，需要有网络适配器，也就是网卡。局域网的类型通常有以太网、交换式局域网及无线局域网几种不同类型。,返回,下一页,上一页,任务2 计算机网络的分类,2.广域网(Wide Area Network, WAN )当网络的服务地区不局限于某一个局部，而是相当广阔的地区，例如各省市之间、全

10、国、甚至全球范围，这样的网络称为广域网。广域网常常连接着多个小型的网络，如局域网(LAN)或城域网(MAN)等。建设广域网必须先解决远程数据传输的问题，为了节约成本，广域网大部分是依靠电信部门的公用数据通信线路来传输数据，只有特殊部门和特殊应用才建立专用的传输线路。,返回,下一页,上一页,任务2 计算机网络的分类,一台本地计算机要接入广域网，可以通过调制解调器(Modern)用电话拨号上网，也可以用综合业务数字网(IBDN)、电缆调制解调(Qable Modem)，光纤接入的方式。目前我国电信部门大力推广的宽带入网方式是一种卡对称数字用户环路技术ADSL.为实现远程通信，一般的计算机局域网也可

11、以连接到公共远程通信设备上，例如电报电话网、微波通信站或卫星通信站。在这种情况下，要求局域网是开放式的，并具有与这些公共通信设备的接口。,返回,下一页,上一页,任务2 计算机网络的分类,1.2.2按照拓扑结构介类拓扑是一种研究与大小、形状无关的由线和面构成图形的特性的方法。网络拓扑则是指各种网络构成图形的基本性质的研究，按照拓扑结构网络可以分为星形网、环形网、总线型网等。1.星型结构由中央结点的计算机充当整个网络控制的主控计算机，并与其他结点的设备相连，而在其他的各个结点之间相互没有电缆线相连，见图1-1(a).2.环型结构环型结构是一条封闭的呈环状的曲线，每个工作站通过中继器连接在环路上，信

12、息在环路中单向传送，见图1-1(b).,返回,下一页,上一页,图1-1网络的拓扑结构(a),返回,图1-1网络的拓扑结构(b),返回,任务2 计算机网络的分类,3.总线型结构这种结构是一种线性结构。所有的结点都连在主干线上，作为主干线的电缆称为总线，见图1-1(c).4.树型结构这种结构呈树状，由一个结点出发，分成若干个分支，每个分支连接一个结点，每个结点再继续形成分支，见图1-1(d).5.混合型结构结合不同拓扑结构的优点，用多种结构混合起来构成的。,返回,下一页,上一页,图1-1网络的拓扑结构(c),返回,图1-1网络的拓扑结构(d),返回,任务2 计算机网络的分类,1.2.3按照传输的介

13、质介类传输介质是网络中发送方与接受方之间的物理通道，对网络数据通信的质量有很大影响。按照传输的介质分可以分为双绞线网、同轴电缆网、光纤网和卫星网等。1.双绞线网双绞线是普通电活线，可以抑制电磁干扰，同时也有提高频率的相应能力。传送速度低于1 Mbps。2.同轴电缆网同轴电缆中，导线围绕同一个轴心内外相互嵌套，外导线保护内导线，对内导线起屏蔽作用。抗干扰能力较强。传送速度可达几百Mbps.,返回,下一页,上一页,任务2 计算机网络的分类,3.光纤网光纤又叫做光导纤维，用于传输光信号。光纤传输不受电磁干扰、频带宽、距离远，传送速度可达几十Mbps。但是价格很高。 4.无线通信网主要用于广域网的通信

14、，包括微波通信和卫星通信。1.2.4按交换方式线路交换最早出现在电话系统中，早期的计算机网络就是采用此方式来传输数据的，数字信号经过变换成为模拟信号后才能联机传输。,返回,下一页,上一页,任务2 计算机网络的分类,报文交换是一种数字化网络。当通信开始时，源机发出的一个报文被存储在交换机里，交换机根据报文的目的地址选择合适的路径发送报文，这种方式称作存储一转发方式。分组交换也采用报文传输，但它不是以不定长的报文作传输的基本单位，而是将一个长的报文划分为许多定长的报文分组，以分组作为传输的基本单位。这不仅大大简化了对计算机存储器的管理，而且也加速了信息在网络中的传播速度。由于分组交换优于线路交换和

15、报文交换，具有许多优点。因此，它已成为计算机网络中传输数据的主要方式。,返回,下一页,上一页,任务2 计算机网络的分类,1.2.5按逻辑(1)通信子网。面向通信控制和通信处理，主要包括通信控制处理机(aaP)、网络控制中心(Naa)、分组组装/拆卸设备(PAD)、网关等。(2)资源子网。负责全网的面向应用的数据处理，实现网络资源的共享。它由各种拥有资源的用户主机和软件(网络操作系统和网络数据库等)所组成，主要包括主机(HOST)、终端设备(T)、网络操作系统、网络数据库。,返回,下一页,上一页,任务2 计算机网络的分类,1.2.6按通信方式(1)点对点传输网络。数据以点到点的方式在计算机或通信

16、设备中传输。星型网、环型网采用这种传输方式。(2)广播式传输网络。数据在公用介质中传输。无线网和总线型网络属于这种类型。,返回,下一页,上一页,任务2 计算机网络的分类,1.2.7按服务方式 (1)客户机/服务器网络。服务器是指专门提供服务的高性能计算机或专用设备，客户机是指用户计算机。这是由客户机向服务器发出请求并获得服务的一种网络形式，多台客户机可以共享服务器提供的各种资源。这是最常用、最重要的一种网络类型，不仅适合于同类计算机联网，也适合于不同类型的计算机联网，如Pc机、Mac机的混合联网。这种网络安全性容易得到保证，计算机的权限、优先级易于控制，监控容易实现，网络管理能够规范化。网络性

17、能在很大程度上取决于服务器的性能和客户机的数量。目前，针对这类网络有很多优化性能的服务器称为专用服务器。银行、证券公司都采用这种类型的网络。,返回,下一页,上一页,任务2 计算机网络的分类,(2)对等网。对等网不要求专用服务器，每台客户机都可以与其他客户机对活，共享彼此的信息资源和硬件资源，组网的计算机一般类型相同。这种组网方式灵活方便，但是较难实现集中管理与监控，安全性也低，较适合作为部门内部协同工作的小型网络。,返回,下一页,上一页,任务3 协议与体系结构,1. 3. 1概述在计算机网络中要做到有条不紊地交换数据，就必须遵守一些事先约定好的规则。这些规则明确规定了交换数据的格式以及有关的同

18、步问题。为进行网络中的数据交换而建立的规则、标准或约定称为网络协议。一个网络协议主要由以下3个要素组成。(1)语法:数据和控制信息的格式。(2)语义:需要发出何种控制信息、完成何种协议以及做出何种回答。(3)同步:事件实现顺序的详细说明。,返回,下一页,上一页,任务3 协议与体系结构,由此可见，网络协议是计算机网络不可缺少的部分。很多经验和实践表明，对于非常复杂的计算机网络协议，如果将所有的内容都实现在一个体系中，既考虑物理电信号的变化，又要考虑复杂的数据转发，网络将变得十分复杂，从而不可取。因为相信没有谁会有时间来看成千上万本书，掌握从硬件到软件的所有内容，然后设计出网络。即使这种网络诞生了

19、，也不会有人理解。为了减少网络结构设计的复杂性，通常采用分层的方式，也就是将它们分为若干层次。分层的好处在于每一层都实现相对独立的功能，因而可以将一个难以处理的复杂问题分解为若干个较容易处理的更小一些的问题;每一层的目的都是向它的上一层提供一定的服务，而把如何实现这一服务的细节对上一层进行屏蔽。,返回,下一页,上一页,任务3 协议与体系结构,我们将计算机网络的各层以及协议的结合，称为网络体系结构。计算机网络的体系结构就是对网络以及部件应该完成的功能的精确定义。需要强调的是，这些功能究竟采用了什么硬件或者软件来完成，是体系结构的实现问题。因此，体系结构是抽象的，是存在于纸上的;而实现是具体的，是

20、运行在计算机软件和硬件之上的。一个计算机网络的体系结构是对网络所具有的全部功能的描述，不同的网络体系结构，包含的层的数量、各层的名称以及内容和功能都不尽相同。,返回,下一页,上一页,任务3 协议与体系结构,世界上第1个网络体系结构是美国IBM公司于1974年提出的，它取名为SNA(系统网络体系结构)。凡是遵循SNA的设备就称为SNA设备。这些SNA设备可以很方便地进行互联。在此之后，很多公司都纷纷建立了自己的网络体系结构，这些体系结构大同小异，都采用了分层技术，但各有特点。这些体系结构也有自己特殊的名称，如Digital公司的DNA(Digital Network Architecture)，

21、宝来机器公司的BNA ，Honey well公司的DSA(Distribute Systems Architecture)等体系结构。这些体系结构的出现大大加快了计算机网络的发展。,返回,下一页,上一页,任务3 协议与体系结构,1.3.2 OSI参考模型为了实现不同厂家生产的计算机系统之间以及不同网络之间的数据通信，国际标准化组织ISO对各类计算机网络体系结构进行了研究，并于1981年正式公布了一个网络体系结构模型作为国际标准，称为开放式系统互联(OSI)参考模型。OSI参考模型如图1 -2所示，它从逻辑上把网络的功能分为七层，最底层为物理层，最高层为应用层。1.应用层应用层提供与用户应用有关

22、的功能。包括网络浏览、收发电子邮件、文件传输、虚拟终端软件、过程作业输入、目录查询和其他各种通用和专用的功能等。,返回,下一页,上一页,图1-2 OSI参考模型,返回,任务3 协议与体系结构,2.表示层表示层用于完成某些特定功能，例如，数据格式的变换、文本压缩、加密技术等。表示层关心的是所传输信息的语法和语义，而表示层以下各层只关心可靠地传输比特流。3.会话层会话层进行高层通信控制，允许不同机器上的用户建立会话(session)关系。会话层允许进行类似传输层的普通数据传输，并提供对某些应用有用的增强服务会话，也可用于远程登录到分时系统或在两台机器之间进行文件传递。会话层服务之一是管理对话，会话

23、层允许信息同时双向传输，也可单向传输。若属于后者，则类似于“单线铁路”，会活层会记录传输方向。一种与会活有关的服务是令牌管理(token management).,返回,下一页,上一页,任务3 协议与体系结构,4.传输层传输层的基本功能是从会话层接收数据，必要时把它分成较小的单元传递，并确保到达对方的各段信息正确无误。这些任务都必须高效率地完成。从某种意义上讲，传输层使会话层不受硬件技术变化的影响。5.网络层网络层用于确定分组从源端到目的端的“路由选择”。路由既可以选用网络中几乎保持不变的静态路由表，也可以在每一次会话开始时由条件决定(例如通过终端对话决定)，还可以根据当前网络的负载状况，动态地为每一个分组决定路由。,返回,下一页,上一页,任务3 协议与体系结构,6.数据链路层数据链路层的主要任务是加强物理层传输原始比特流的能力。发送方把输入数据组成数据帧(典型的帧为几百或几千字节)，按顺序传送各帧并处理接收方送回的确认帧。7.物理层物理层负责提供和维护物理线路并检测处理争用冲突，提供端到端的错误恢复和流控制。提供为建立维护和拆除物理链路所需的机械的、电气的、功能的和规程的特性。物理层涉及通信在信道上传输的原始比特流。,返回,下一页,上一页,谢谢观看,请指导,