【教学课件】第8章计算机网络基础.ppt

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1、第8章 计算机网络基础 理解计算机网络的概念掌握计算机网络体系结构理解计算机网络拓扑结构了解计算机网络传输介质理解计算机网络的分类掌握IP地址与域名系统了解局域网分类与组成了解网络互联概念、类型【能力考查要求】【学习目标】掌握计算机网络体系结构、计算机网络拓扑结构、计算机网络的分类、IP地址与域名系统8.1 计算机网络概述8.2 计算机网络体系结构8.3 计算机网络拓扑结构8.4 计算机网络传输介质8.5 计算机网络的分类8.6 IP地址和域名系统DNS8.7 局域网8.8 网络互联第8章 计算机网络基础8.1计算机网络概述 计算机网络诞生于20世纪60年代，它是计算机技术和通信技术密切结合的

2、产物。经过50多年的迅速发展和广泛应用，计算机网络技术已经进入了一个崭新的时代，特别是在当今信息社会，计算机网络无处不在，已日益深入到国民经济各部门和社会生活的方方面面，成为人们日常生活工作中不可缺少的工具。计算机网络的发展计算机网络的发展计算机网络技术经过几十年的研究与应用，已经形成了自身比较完善的体系、成熟的技术与研究方法。纵观计算机网络形成与发展的历史，可以清晰地看出网络技术4个阶段。1.第一阶段 计算机网络技术与理论的准备阶段第一阶段可以追溯到20世纪50年代。这一阶段的特点与标志性成果主要表现在以下两个方面：数据通信技术研究与技术的日趋成熟，为计算机网络的形成奠定了技术基础。分组交换

3、概念的提出为计算机网络的研究奠定了理论基础，也标志着现代电信时代的到来。2.第二阶段 计算机网络的形成阶段第二阶段从20世纪60年代美国的ARPANET与分组交换技术开始。这一阶段出现了3个标志性的成果：ARPANET的成功运行证明了分组交换理论的正确性。TCP/IP协议的成功为网络互联打下了坚实的基础。DNS，E-mail、FTP、TELNET、BBS等应用展现了美好的网络发展前景。3.第三阶段 网络体系结构的研究阶段第三阶段大致从20世纪70年代中期开始。这一阶段研究成果的重要性主要表现在以下两个方面：OSI参考模型的研究对网络理论体系的形成与网络协议的标准化起到重要的推动作用。TCP/I

4、P协议完善了它的体系结构研究，经受了市场和用户的检验，吸引了大量的投资，推动了互联网产业的发展，成为业界事实上的标准。4.第四阶段 互联网技术、无线网络技术与网络安全技术研究的发展阶段第四阶段从20世纪90年代开始。这个阶段的特点主要表现在以下几点：互联网作为国际性的网际网与大型信息系统，正在当今政治、经济、文化、科研、教育与社会生活等方面发挥越来越重要的作用。宽带城域网已经成为一个现代化城市重要的基础设施之一，接入网技术的发展扩大了用户计算机接入范围，促进了互联网应用的发展。无线局域网（wireless LAN，WLAN）与无线城域网（wireless MAN，WMAN）技术日益成熟，已经进

5、入工程化应用阶段。无线自组网（Ad hoc）、无线传感器网络（wireless sensor network，WSN）的研究与应用受到了高度重视。P2P的研究使得新的网络应用不断涌现。网络安全的研究成果为互联网应用提供了重要的安全保障。计算机网络的定义计算机网络的定义 计算机网络是将分布在不同地理位置上，具有独立工作能力的多台计算机、终端及其附属设备，利用通信设备和通信线路相互连接起来，在通信软件的支持下，实现计算机间资源共享、信息交换或协同工作的系统。它具有以下特征：（1）计算机网络是一个互联的计算机系统的集合。这些计算机系统在地理位置上不均匀地分布。可能在一个房间，在一个单位的楼群里，在一

6、个或几个城市里，甚至在全国或全球范围；（2）这些计算机是自治的，即每台计算机是独立工作的，是在网络协议控制下协同工作；（3）系统互联要通过通信设施（通信子网）来实现。通信设施一般由通信线路、传输设备和交换设备等组成；（4）系统通过通信设施执行信息的交换、资源的共享和协作处理，实现各种应用要求。它需要有一种机制能支持互联网络环境下的异构计算机系统之间的通信、互操作、实现协同工作和应用集成。计算机网络系统的组成计算机网络系统的组成 计算机网络是由计算机系统、通信链路和网络节点组成的计算机群，它是计算机技术和通信技术紧密结合的产物，承担着数据处理和数据通信工作。从逻辑功能上可以将计算机网络划分为两部

7、分，一部分是对数据信息的收集和处理，另一部分则专门负责信息的传输。ARPANET的研究者们把前者称为资源子网，后者称为通信子网。通信子网通信子网:网络内层网络内层，负责网络数据传输、转发等通信处理任务负责网络数据传输、转发等通信处理任务 资源子网：网络的外围资源子网：网络的外围，提供各种网络资源和网络服务提供各种网络资源和网络服务 计算机网络的功能计算机网络的功能1.资源共享2.数据传输3.集中管理4.分布处理5.负载平衡6.提高安全与可靠性硬件共享软件共享8.2 计算机网络体系结构 概述概述计算机网络的主要问题是解决异地独立工作的计算机之间如何实现正确、可靠的通信，计算机网络分层体系结构模型

8、正是为解决计算机网络的这一关键问题而设计的。我们把为进行网络中的数据交换而建立的规则、标准约定称为网络协议。一个网络协议由语法、语义和同步（定时）组成：（1）语法：规定了数据与控制信息格式。（2）语义：规定了发送者及接收者所要完成的操作。（3）同步：包括速度匹配和排序等。8.2.2 OSI七层参考模型七层参考模型国际标准化组织（ISO）制定的开放系统互联参考模型，简称为OSI。这是一个计算机互联的国际标准。所谓开放是指任何计算机系统，只要遵循OSI标准，就可以与同样遵循这一标准的任何计算机系统通信。OSI从逻辑上，把一个网络系统分为功能上相对独立的七个有序的子系统，这样OSI 体系结构就由功能

9、上相对独立的七个层次组成，如图8-2所示。它们由低到高分别是物理层、数据链路层、网络层、传输层、会话层、表示层和应用层。8.2.3 TCP/IP参考模型参考模型TCP/IP（transmission control protocol/internet protocol，传输控制协议/网际协议）由它的两个主要协议即TCP协议和IP协议而得名。通常所说的TCP/IP协议实际上包含了大量的协议和应用，且由多个独立定义的协议组合在一起，因此，更确切地说，应该称其为TCP/IP协议集。1.TCP/IP层次结构TCP/IP共有4个层次，它们分别是网络接口层、网际层、传输层和应用层。TCP/IP层次结构与O

10、SI层次结构的对照关系如图8-3所示。OSI参考模型TCP/IP参考模型应用层应用层会话层表示层传输层传输层网络层网际层数据链路层网络接口层物理层图8-3 TCP/IP层次结构与OSI层次结构的对照关系 2.TCP/IP协议集在TCP/IP的四层次结构中只有三个层次包含了实际的协议。TCP/IP中各层的协议如图8-4所示。l传输层协议传输控制协议TCP：是一个面向连接、端对端的全双工通信协议，通信双方需要建立由软件实现的虚连接，为数据报提供可靠的数据传送服务。用户数据报协议UDP：是一个面向无连接协议，主要用于不要求确认或者通常只传少量数据的应用程序中，或者是多个主机之间的一对多或多对多的数据

11、传输，如广播、多播。8.3 计算机网络拓扑结构计算机网络拓扑结构计算机网络拓扑是通过网终结点与通信线路之间的几何关系表示网络结构，以反映出网络中实体之间的结构关系。拓扑设计是建设计算机网络的第一步，也是实现各种网络协议的基础，它对网络性能、系统可靠性与通信费用都有重大影响。计算机网络拓扑主要是指通信子网的拓扑构型。计算机网络拓扑的定义计算机网络拓扑的定义星形星形拓扑拓扑总线形拓扑结构总线形拓扑结构 特点：结构简单，可靠性高布线容易，连线总长度小于星形形结构对站点扩充和删除容易总线任务重，易产生瓶颈问题特点：特点：通信协议简单通信协议简单对外围站点要求不高对外围站点要求不高单个站点故障不会影响全

12、网单个站点故障不会影响全网电路利用率低，连线费用大电路利用率低，连线费用大网络性能依赖中央结点网络性能依赖中央结点每个站点需要有一个专用链路每个站点需要有一个专用链路计算机网络拓扑的分类计算机网络拓扑的分类特点：特点：传输速率高，传输距离远传输速率高，传输距离远各节点的地位和作用相同各节点的地位和作用相同各节点传输信息的时间固定各节点传输信息的时间固定容易实现分布式控制容易实现分布式控制站点的故障会形起整个网络的崩溃站点的故障会形起整个网络的崩溃环形拓扑结构特点：信息交换在上、下节点之间进行通信线路连接简单，网络管理软件也不复杂，维护方便资源共享能力差，可靠性低树形树形拓扑拓扑8.4 计算机网

13、络传输介质计算机网络传输介质双绞线双绞线非屏蔽双绞线（非屏蔽双绞线（UTPUTP）和屏蔽双绞线（）和屏蔽双绞线（STPSTP）组网方便，价格最便宜，应用广泛组网方便，价格最便宜，应用广泛 五类双绞线最大传输率为五类双绞线最大传输率为100Mbps100Mbps传输距离小于传输距离小于100100米米同轴电缆同轴电缆 基带同轴电缆：速率基带同轴电缆：速率10Mb/s10Mb/s，传输距离，传输距离1000m1000m宽带同轴电缆：速率宽带同轴电缆：速率20Mb/s20Mb/s，传输距离，传输距离100km 100km 它是有线电视系统它是有线电视系统CATVCATV中的标准传输电缆中的标准传输电

14、缆目前常见的有线传输介质有双绞线、同轴电缆、光缆(纤)等。光缆光缆的芯线是由光导纤维做成，它传输光脉冲数字信号。光缆的芯线是由光导纤维做成，它传输光脉冲数字信号。多多模模光光纤纤：由由发发光光二二极极管管产产生生用用于于传传输输的的光光脉脉冲冲，通通过过内内部部的的多多次次反反射射沿沿芯芯线线传传输输。可可以以存存在在多多条条不不同同入入射射角角的的光光线线在在一一条条光纤中传输。光纤中传输。单单模模光光纤纤：使使用用激激光光，光光线线与与芯芯轴轴平平行行，损损耗耗小小，传传输输距距离离远远，具具有有很很高高的的带带宽宽，但但价价格格更更高高。在在2.5Gb/s2.5Gb/s的的高高速速率率下

15、下，单单模模光光纤不必采用中继器可传输数十公里。纤不必采用中继器可传输数十公里。光纤和光光纤和光端设备端设备无线介质 包括无线频段、红外线、激光等。包括无线频段、红外线、激光等。目前可用于通信的电磁波频谱有无线电波、微波、红外、可见光。目前可用于通信的电磁波频谱有无线电波、微波、红外、可见光。地面微波通信地面微波通信卫星微波通信卫星微波通信从网络的地理范围进行分类从网络的地理范围进行分类局域网局域网覆盖范围为几百米到几公里，局域网内传输速率较高，覆盖范围为几百米到几公里，局域网内传输速率较高，误码率低，结构简单容易实现。误码率低，结构简单容易实现。具体标准是美国电气工程师协会制订的具体标准是美

16、国电气工程师协会制订的IEEE802系列标系列标准。准。8.5 计算机网络的分类计算机网络的分类通常是使用高速光纤的网络，在一个特定的范围内（例如通常是使用高速光纤的网络，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。覆盖该区域的网络，其传输速率比局域网高。城域网在一个学校范围内的计算机网络通常我们称为校园网。实质上它是由若干在一个学校范围内的计算机网络通常我们称为校园网。实质上它是由若干个局域网连接构成的一个规模较大的局域网，也可视校园网为一种介于普个局域网连接构成的一个规模

17、较大的局域网，也可视校园网为一种介于普通局域网和城域网之间规模较大的、结构较复杂的局域网络。通局域网和城域网之间规模较大的、结构较复杂的局域网络。一般是在不同城市之间的一般是在不同城市之间的LAN或者或者MAN网络互联，地理范网络互联，地理范围通常为几十公里到几千公里，它的通信传输装置和媒体围通常为几十公里到几千公里，它的通信传输装置和媒体一般由电信部门提供。广域网的通信子网主要使用分组交一般由电信部门提供。广域网的通信子网主要使用分组交换技术，它可以使用公用分组交换网、卫星通信网和无线换技术，它可以使用公用分组交换网、卫星通信网和无线分组交换网。分组交换网。广域网8.6 IP地址和域名系统地

18、址和域名系统DNS8.6.1 IP地址地址IP 地址是地址是IP协议提供的一种地址格式，它为协议提供的一种地址格式，它为Internet上的上的每一个网络和每一台主机分配一个网络地址，以此来屏蔽每一个网络和每一台主机分配一个网络地址，以此来屏蔽物理地址的差异。是运行物理地址的差异。是运行TCP/IP协议的唯一标识。协议的唯一标识。0255（中国教育科研网）（中国教育科研网）IPIP地址结构：地址结构：网络部分网络部分+机器部分机器部分分类：分类：A、B、CIP地址的分类1.0.0.1126.255.255.254128.0.0.1191.255.254192.0.0.1223.255.255.

19、254A类类B类类C类类1261638420971152167721465534254B类类A类类18162432网络号网络号网络号网络号机器号机器号机器号机器号C类类机器号机器号网络号网络号01101 0允许数量在寻址时通过子网掩码对在寻址时通过子网掩码对IPIP地址进行屏蔽运算，先找出网络部地址进行屏蔽运算，先找出网络部分，再确定子网中的主机地址。分，再确定子网中的主机地址。子网掩码子网掩码某位为某位为1 1，表示该位所对应，表示该位所对应IP地址中的一位是网络地址地址中的一位是网络地址部分中的一位，若某位为部分中的一位，若某位为0，表示它对应，表示它对应IP地址中的一位是主机地址中的一位

20、是主机地址部分中的一位。地址部分中的一位。A类地址的掩码:255255B类地址的掩码:255.255255.255.0.0C类地址的掩码:.0IP地址与掩码进行“与”运算，可得到网络地址，屏蔽IP地址中的网络部分，可得到中国教育科研网中国教育科研网主机地址36。子网掩码DNS采用采用分分层次结构，入网的每台主机都可以有一个类层次结构，入网的每台主机都可以有一个类似下面的域名：似下面的域名：主机名主机名.机构名机构名.顶层域名顶层域名从左到右，域的范围变大。具有实际含义，比从左到右，域的范围变大。具有实际含义，比IPIP地址好记。地址好记。Internet上几乎在每一子域都设有域名服务器，服务器

21、中包含上几乎在每一子域都设有域名服务器，服务器中包含有该子域的全体域名和地址信息。有该子域的全体域名和地址信息。Internet每台主机上都有地每台主机上都有地址转换请求程序，负责域名与址转换请求程序，负责域名与IP地址转换。地址转换。 中国教育部域名系统域名系统DNS域名域名意义意义域名域名意义意义域名域名意义意义com商业类商业类edu教育类教育类gov政府部门政府部门int国际机构国际机构mil军事类军事类Net网络机构网络机构org非盈利组织非盈利组织arts文化娱乐文化娱乐arc康乐活动康乐活动firm公司企业公司企业info信息服务信息服务nom个人个人stor销售单位销售单位we

22、b与与WWWWWW有关单位有关单位分为类型名类型名和区域名区域名两类。类型名共14个，区域名用两个字母表示世界各国和地区。顶级域名cn中国jp日本se瑞典de德国kr韩国sg新加坡可以直接使用中文命名域名。中国互联网络信息中心网站：http:/http:/中国互联网络的域名体系域名意义域名意义域名意义ac科研机构edu教育机构Net网络机构com工商金融gov政府部门org非盈利组织顶级域名二级域名cn34个行政区域名个行政区域名6个类别域名个类别域名用两个字符的汉语拼音：bj北京、sh上海8.7 局域网局域网局域网定义局域网定义功能功能:由一组台式计算机和其他设备在物理地址上彼此相隔不远由一

23、组台式计算机和其他设备在物理地址上彼此相隔不远，允许用户相互通信和共享资源的方式互连在一起的系统。，允许用户相互通信和共享资源的方式互连在一起的系统。技术技术:局域网是由特定类型的传输媒体和网络适配器互连在一起局域网是由特定类型的传输媒体和网络适配器互连在一起的计算机，并受网络操作系统监控的网络系统。的计算机，并受网络操作系统监控的网络系统。局域网特点局域网特点覆盖范围比较小覆盖范围比较小 数据传输速率高数据传输速率高传输延时小传输延时小 出错率低等出错率低等 局域网的关键要素局域网的关键要素 拓扑结构拓扑结构传输介质：双绞线、同轴电缆、光纤传输介质：双绞线、同轴电缆、光纤布局设计：线性或星型

24、布局设计：线性或星型介质访问控制：载波监听多路访问介质访问控制：载波监听多路访问/冲突检测冲突检测 或或 令牌令牌 局域网的分类局域网的分类按拓扑结构分类按传输的信号分类按网络使用的传输介质分类按介质访问控制方式分类局域网的组成局域网的组成局域网由网络硬件和网络软件两部分组成。网络硬件用于实现局域网的物理连接，为连接在局域网上的计算机之间的通信提供一条物理信道和实现局域网间的资源共享。网络软件则主要用于控制并具体实现信息的传送和网络资源的分配与共享。这两部分互相依赖、共同完成局域网的通信功能。NetBEUINetBEUI（NetBIOS Extend User Interface）网络基本输入

25、输出系统扩展用户接口。适合单网段小型局域网，无路由功能。IPX（Internet Packet Exchange Protocol）运行在网络层的包交换协议。使应用程序能在网络上发送包和接收包。SPX（Sequenced Packet Protocol）运行在传输层上的顺序包交换协议，在通信用户之间建立并使用应答进行差错检测。IPX/SPX包括了100多个不同功能的协议，最主要的是TCP和IP协议。TCP/IP协议的主要特点：标准化，任何网络软件或设备都能在该协议下运行；可路由性，用户可以将多个局域网连成一个大型互联网络。TCP/IP协议包协议包局域网上流行的传输协议有：局域网上流行的传输协议

26、有：网络操作系统 Unix LinuxNovell Netware专用服务器结构专用服务器结构对等式网络操作系统对等式网络操作系统客客户机户机/服务器（服务器（Client/Server）模式）模式分类分类v 对等网对等网 网络中的所有计算机都具有同等地位，没有主网络中的所有计算机都具有同等地位，没有主次之分。任何一个节点机所拥有的资源都作为网络资源，次之分。任何一个节点机所拥有的资源都作为网络资源，可被其他节点机上的用户共享。可被其他节点机上的用户共享。v 客客户户机机/服服务务器器模模式式 网网络络中中有有几几台台计计算算机机专专门门充充当当服服务务器，为整个网络提供共享资源和服务。器，为

27、整个网络提供共享资源和服务。局域网的几种工作模式局域网的几种工作模式8.8 网络互联网络互联网络互连形式网络互连形式:局域网与局域网局域网与广域网广域网与广域网TCP/IP网络互连:实现网络之间的通信实现网络之间的通信网络间用户实现较高级的应用服务网络间用户实现较高级的应用服务在OSI模型的物理层上实现信号放大和再生。在OSI模型的数据链路层上实现互连。在OSI模型的网络层上实现互连。交换发生在OSI参考模型的数据链路层在OSI模型的传输层上实现互连。通过公用电话网（PSTN）连接计算机的设备。中继器网桥路由器交换机网关调制解调器网络间的互连设备网络间的互连设备中继器网桥同一网段不转发同一网段

28、不转发不同网段不同网段网桥转发网桥转发不同网段不同网段网桥转发网桥转发路由器不同网络之间数据格式转换和转发不同网络之间数据格式转换和转发维护和更新路由表寻找一条最佳传输路径维护和更新路由表寻找一条最佳传输路径网络控制和管理网络控制和管理路路由器由器功能功能交换机虚拟局域网只是给用户提供的一种服务。它通过设置用户群将分布在不同实际局域网内的计算机组合成一个工作群体，而不需要改变布线。设置工设置工作组作组1 1A1B1C1LAN1A2B2C2虚拟局域网 1虚拟局域网 2交换机LAN2交换式集线器 设置工设置工作组作组2 2网关思考题1.什么是计算机网络？它的主要功能是什么？2.简述计算机网络的发展过程。3.简述计算机网络系统的组成。4.按照网络覆盖的地理范围分类，计算机网络分为哪几种？5.什么是网络的拓扑结构？常用的拓扑结构有哪些？6.网络协议的功能是什么？什么是OSI参考模型？7.常用的网络传输介质有哪些？网络的主要连接设备有哪些？8.简述TCP/IP模型结构。9.“点分十进制”地址的格式是什么？10.简述IP地址与域名系统DNS的关系。11.局域网有哪些工作模式？12.网络互联主要有哪几种形式？目前常用的网络之间的互联设备有哪些？