计算机导论 第6章 计算机网络

1第6章计算机网络6.1计算机网络的基本情况6.2网络互联设备6.3局域网6.4Internet逸轩智雨2学习目标•掌握计算机网络的概念•了解计算机网络发展情况•掌握计算机网络分类及拓扑结构•了解网络协议及体系结构•知道网络互联设备•掌握局域网的组成及参考模型•把握Internet的基本应用3计算机网络计算机网络是由不同通信媒体连接的、物理上独立的多台计算机组成的、将需传输的数据分成不同长度的分组进行传输和处理的系统多台自主计算机的互联系统用户必须指定网络中哪一台计算机来完成什么样的操作46.1.1计算机网络的发展计算机网络（ComputerNetwork)就是将地理上分散布置的具有独立功能的多台计算机（系统）或由计算机控制的外部设备，利用通信手段通过通信设备和线路连接起来，按照特定的通信协议进行信息交流，实现资源共享的系统。计算机网络的发展到现在为止大致经历了四个阶段：第一代：远程终端连接第二代：计算机网络阶段（局域网）第三代：计算机网络互联阶段（广域网、Internet）第四代：信息高速公路（高速，多业务，大数据量）56.1.2计算机网络的分类1.根据组成计算机网络的地理分类：(1)广域计算机网络（WAN）(2)城域网（MAN）(3)局域计算机网络（LAN）6局域网LAN（LocalAreaNetwork）地域：覆盖范围较小传输技术：总线型IEEE802.3（以太网）CSMA/CD10M总线型IEEE802.4（令牌总线）10M环型IEEE802.5（IBM令牌环）4M16M7城域网MAN（MetropolitanAreaNetwork）大型的LAN私有网络──一个连锁超市，有十几个或几十个分布在市内公用网络──网易8广域网WAN（WideAreaNetwork）跨越地域较大的网络主机（host）端点系统（endsystem）通信子网（communicationsubnet）简称子网资源子网（resourcesubnet）96.1.2计算机网络的分类2.按网络的使用范围划分：(1)公用网：由国家电信部门组建、控制和管理，为全社会提供服务的公共数据网络，凡是愿意按规定交纳费用的都可以使用。(2)专用网：由某部门或公司组建、控制和管理，为特殊业务需要而组建的，不允许其它部门或单位使用的网络。106.1.2计算机网络的分类3.按网络的管理方式分：(1)对等式网络结构对等网是最简单的网络，网络中不需要专门的服务器，网络维护容易；但较难实现数据的集中管理与监控，整个系统的安全性也较低(2)专用服务器结构需要一台专用的文件服务器，所有文件的读取、消息的传送等，都在服务器的控制下进行。是一种集中管理、分散处理的方式。(3)客户机／服务器结构客户机或服务器并没有一定的界限，必要时两者角色可以互换。客户机和服务器完全按其所扮演的角色而定。116.1.3计算机网络的拓扑结构网络的拓扑结构是用网中结点与通信线路之间的几何关系表示的网络结构，它反映了网络中各实体间的结构关系,将网络单元抽象成为“点”1星型结构2总线结构3环型结构4树型结构5网型结构126.1.3计算机网络的拓扑结构1星型结构星型结构的特点：星型拓扑结构简单，便于管理和维护；星型结构易扩充，易升级；对中心结点的要求比较高，一旦出现故障，全网瘫痪。136.1.3计算机网络的拓扑结构2总线结构总线型结构特点：组网比较简单，扩展网络的结点也比较简单。但对网络的连接较高，一个结点出问题，将影响整个网络146.1.3计算机网络的拓扑结构3环型结构在环型网络中，各工作站间无主从关系，结构简单；信息流在网络中沿环单向传递，延迟固定，实时性较好；可扩充性和可靠性都差。156.1.3计算机网络的拓扑结构4树型结构易于扩展，可靠性高；根结点的依赖性大，根结点出现故障，将导致全网不能工作。166.1.3计算机网络的拓扑结构5网型结构每个结点都有冗余链路，可靠性高可以选择最佳路径；结构复杂，不易管理和维护；适用于大型广域网；线路成本高17网型结构186.1.4计算机网络协议和体系结构1网络协议与层次定义计算机网络协议是互连的计算机上对等实体间交换信息的规则和约定，也就是通信各方就如何通信达成的协定。概念分层实体（有限状态机），对等实体接口，服务，服务提供者，服务用户196.1.4计算机网络协议和体系结构2计算机网络的分层模型通过每一层实现一种相对独立的功能来简化问题每一层的设计都是独立的，它不必关心下一层是如何实现的，只需知道下一层为我提供的服务，和我必须为上一层提供哪些服务当由于技术的变化使某层的实现需要变化时，不影响其他的层次206.1.4计算机网络协议和体系结构3计算机网络体系结构计算机网络的各层以及其协议的结合，称为网络的体系结构。网络体系结构只是从功能上描述计算机网络的结构，而不涉及每层硬件和软件的组成，也不涉及这些硬件或软件的实现问题。世界上第一个网络体系结构是1974年由IBM公司提出的“系统网络体系结构SNA”。之后，许多公司纷纷提出了各自的网络体系结构。216.1.4计算机网络协议和体系结构4OSI/RM体系结构ISO将网络通信功能分成一组层次分明的分层结构，每一层各自执行自己承担的任务，层与层之间相互沟通。依靠各层次之间的功能组合，为用户提供与其它节点用户之间存取通路。每一层的目标都是为高一层提供一定的服务，数据在一个节点到另一个节点之间的通信过程，是每一层将数据和控制信息传递给紧接着它的下一层，一直到达最下一层，在最下一层通过传输介质实现与另一个节点的物理通信。226.1.4计算机网络协议和体系结构4OSI/RM体系结构23物理层（physicallayer）与传输媒体的接口，完成传输媒体上的信号与二进制数据间的转换物理接口上发送或接收的是一串以某种规则表示的二进制的数据物理层定义的是接口的机械特性、电气特性、功能和过程特性等例如：插头、插座的几何尺寸，每根引脚的功能定义，逻辑[0]和[1]的电平定义，信号宽带定义24数据链路层（datalinklayer）提供点到点的可靠传输，通常需把数据分成帧，并且保证帧的正确发送和接收识别帧的标志帧的发送和接收，需校验、确认发送方在超时或收到否定性确认后，要重发重复帧要丢弃在共享网络中，需解决信道共享问题等25网络层（networklayer）提供主机到主机的通路，其间可能存在多条通路，网络层将实现的功能包括：选择路由拥塞控制协议的转换分段和重组对用户的分组、字符等计数等等26传输层（transportlayer）提供端到端的通路，应用到应用的通路传输层将把高层要求传输的数据分成若干个报文报文与帧不一样，帧只有帧标志（起始标志、结束标志），而报文有信源和信宿的地址及端口、报文的顺序号、确认号等等低三层的通信对象通常是路由器，传输层是端到端的，必须考虑该报文怎样才能从源端正确地传输到目的端，而源端和目的端通常是主机27会话层（sessionlayer）建立有关会话的机制，或双向对话，或双向对话时要有切换等如：说的一方应说一段就听一下对方的反应，因为，可能线路已断28表示层（presentationlayer）表示层关心的是语法和语义对相关的数据的描述采用抽象的定义，如浮点数都用科学表示法相关数据的表示法转换抽象数据结构的转换29应用层（applicationlayer）包括所有应用方面的协议如：全屏幕功能，不同的终端其控制字符不尽相同，应作相应的转换，通常定义一个网络虚拟终端•不同系统之间的文件传输的方式不同，但表示的形式必须一致306.1.4计算机网络协议和体系结构5TCP/IP的体系结构TCP/IP模型是由美国国防部创建的,是发展至今最成功的通信协议.它被用于构筑目前最大的、开放的互联网络系统Internet。(1)TCP/IP协议的特点开放的协议标准，可以免费使用，并且独立于特定的计算机硬件与操作系统；独立于特定的网络硬件，可以运行在局域网、广域网，更适用于互连网中；统一的网络地址分配方案，使得整个TCP/IP设备在网中都具有唯一的地址；标准化的高层协议，可以提供多种可靠的用户服务。316.1.4计算机网络协议和体系结构5TCP/IP的体系结构(2)TCP/IP的层次结构TCP/IP分为四个层次，分别是网络接口层、网际层、传输层和应用层。TCP/IP和OSI层次结构的对照关系326.1.4计算机网络协议和体系结构5TCP/IP的体系结构(2)TCP/IP的层次结构TCP/IP分为四个层次，分别是网络接口层、网际层、传输层和应用层。TCP/IP和OSI层次结构的对照关系336.2网络互联设备网络互联：指通过采用合适的技术和设备，将不同地理位置的计算机网络连接起来，形成一个范围、规模更大的网络系统网络互连常用的网络设备有集线器，交换机，、网桥、路由器和网关等。34集线器集线器（HUB）是局域网的一种重要设备，双绞线通过集线器将网络中的计算机连接在一起，完成网络的通信功能。35特点：在星型结构中，它是连接的中间结点，它起放大信号的作用。所有设备共享Hub的带宽，也就是说，如果hub的带宽是10OM，连结了10了设备，每个设备就是10M。Hub所有端口共享一个MAC地址。按端口分类：集线器有4端口、8端口、16端口和32端口等不同规格。按总线结构分类：可分为ISA卡和PCI卡。按其传输速率可分为10M、100M、10/100M自适应、1000M。362交换机交换机原来是公用电话网中的关键设备，用来实现主叫和被叫之间的接续。将这种交换技术的基本原理应用于计算机网络，就形成了网络交换机。①交换机分类：从传输介质和传输速度上看，交换机可以分为以太网交换机、快速以太网交换机、千兆以太网交换机、FDDI交换机、ATM交换机和令牌环交换机等多种。37从所应用的网络规模上可分为，局域网交换机可以分为企业级交换机、部门级交换机和工作组级交换机三类。分别支持500、300和100信息点。一般支持100以内的小型企业所应用的交换机一般作为工作组级交换机。按应用范围可分为桌面型交换机（DesktopSwitch）、组型交换机（WorkgroupSwitch）和校园网交换机（CampusSwitch）三类。38以太网交换机产品全千兆系列S5000S5600S8505S8512S8508万兆核心85系列高端65系列S6503S6506S6506R千兆系列S3500S3000S3900百兆系列S2108S2116S2126S650239路由器的分类：路由器分本地路由器和远程路由器，本地路由器是用来连接网络传输介质的，如光纤、同轴电缆、双绞线。远程路由器是用来连接远程传输介质，并要求相应的设备，如电话线要配调制解调器，无线要通过无线接收机、发射机。40②路由器的功能：在网络间截获发送到远地网段的报文，起转发的作用。选择最合理的路由，引导通信。把通信引导到目的地网络，然后到达特定的节点站地址。能过滤出广播信息以避免网络拥塞；通过设定隔离和安全参数，禁止某种数据传输到网络，并具有网络流量控制功能。41路由器42网桥网桥(Bridge)又称桥接器,网桥工作在数据链路层,它能将一个较大的LAN分割为多个网段，或将两个以上相同或不相同的LAN互连组成一个扩展的逻辑局域网络，LAN上的所有用户都可访问服务器。网桥特点:连接同构型LAN;扩展工作站的平均占有频带;扩展LAN的地址范围;提高网络性能及可靠性;灵活地适应各种不同应用的需要。43网关网关(Gateway)又称网间连接器或协议转换器。网关既可以用于广域网互连，也可以用于局域网互连。其功能如下：（1）用于连接网络层之上执行不同协议的子网，组成异构的互连网。（2）网关能实现异构设备之间的通信，对不同的传输层、会话层、表示层、应用层协议进行翻译和变换。（3）网关具有对不兼容的高层协议进行转换的功能，44防火墙防火墙(firewall)是指一个由软件或硬件设备组合而成，处于网络与外界通道(Internet)之间，限制外界用户对内部网络访问及管理内部用户访问外界网络的权限。防火墙的作用：它能增强机构内部网络的