大学计算机课件--第4章计算机网络基础(0)

1第四章计算机网络基础吉林大学公共计算机教学与研究中心24.1计算机网络的发展历史与作用4.1.1计算机网络发展史1．计算机网络系统定义1.将分布在不同地理位置且具有独立功能的计算机及辅助设备，通过通信设备和传输线路连接起来；2.由功能完善的网络软件（网络协议、信息交换方式、控制程序和网络操作系统）实现网络资源共享的系统称为计算机网络系统。3吉林大学校园网拓扑结构图通信设备(路由器)通信设备(交换机)传输线路(光缆)4早期的计算机应用模式——单机大、中、小型机——庞大昂贵，资源无法共享计算机网络产生始于1950’s，发展的动因：资源共享的需求（CPU、外设、软件、数据）大型项目的合作（进行工程项目协作）人与人之间的沟通（电子邮件、）2．计算机网络发展5从体系结构来观察，其发展可分为三个阶段（三代网络）：1.以主机为中心的联机终端系统2.以通信子网为中心的主机互连3.具有层次化体系结构的标准化网络1.以主机为中心的联机终端网络系统特征——共享主机软硬件资源单台主机：执行计算和通信任务多台终端：执行用户交互连接方式——本地或远程连接终端中央主机终端50年代计算机-终端缺点主机负荷重数据处理＋通信线路利用率低集中控制方式，可靠性低改进前端处理机（FrontEndProcessor,FEP），通信任务分离终端集中器(近/远距)前置处理机终端中央主机集中器终端2.以通信子网为中心的主机互连特征多个终端联机系统的互联，形成了多主机为中心的网络网络结构从“主机－终端”转变为“主机－主机”HOSTHOSTHOSTTTTTTTTTTT通信线路9以共享资源为目标的计算机网络特点：不再采用集中式管理模式计算机之间没有主从关系典型代表：ARPANET—美国国防部高级研究计划局主机－主机网络的演变演变阶段1通信任务从主机中分离，由通信控制处理机（CCP）完成CCP：处理主机之间通信任务的专用计算机CCPCCPHOSTHOSTTTTTTTCCPHOSTTT通信子网——由CCP组成的传输网络，为主机提供信息传输服务。资源子网——建立在通信子网基础上的主机集合，提供计算资源。CCPCCPHOSTHOSTTTTTTTCCPHOSTTTT通信子网两层网络概念的出现通信子网规模逐渐扩大私有→社会公用公用数据通信网PSTNX.25优点降低用户系统建设成本提高通信线路利用率兼容性好公用数据通信网HOSTHOSTTTTTTTHOSTTTTT演变阶段2133.具有层次化体系结构的标准化网络为什么需要标准化？不同网络设备之间的兼容性和互操作性是推动网络体系结构的标准化的原动力标准化各厂商、研究机构、大学在网络技术、方法、理论等方面的研究日趋成熟是其基础厂商标准：IBM-SNA，DEC-DNA缺点：适用范围：兼容性？技术垄断：竞争？标准不统一：用户利益？国际标准OpenSystemInterconnection/RecommendedModel(开放系统互联参考模型，简称OSI参考模型)OSI参考模型规定了网络体系结构的框架是一种概念上的网络模型只说明了做什么（WHATTODO）而未规定怎样做（HOWTODO）事实上的标准：TCP/IP(因特网的骨干协议)标准化过程的演变1580年代局域网迅速发展90年代网络互连，Internet崛起70年代中期局域网164.1.2计算机网络作用1．计算机系统资源共享2．信息快速交换3．分布处理4．均衡负载互相协作174.2计算机网络传输介质与互连设备4.2.1网络传输介质金属导体双绞线、同轴电缆光纤单模、多模无线介质无线电、短波、微波、光波CCPCCPCCP通信子网同轴电缆基带一条电缆只用于一个信道，50，用于数字传输铜芯绝缘层外导体屏蔽层保护套类型粗同轴电缆（直径10mm）细同轴电缆（直径5mm）宽带一条电缆同时传输不同频率的几路模拟信号，75，用于模拟传输，300—450MHz，100km，需要放大器192.双绞线内导体芯线绝缘箔屏蔽铜屏蔽外套屏蔽双绞线(STP)非屏蔽双绞线(UTP)以箔屏蔽以减少干扰和串音3类、5类、6类双绞线外没有任何附加屏蔽213.光纤依靠光波承载信息高传送速率，通信容量大传输损耗小，适合长距离传输抗干扰性能好，保密性好轻便光纤即光导纤维，采用非常细的、透明度较高的石英玻璃纤维作为纤芯，外涂一层低折射率的包层和保护层。22类型多模光纤——LED发光二极管单模光纤——激光源多根光纤组成光缆23典型的光缆玻璃封套塑料外套玻璃内芯单芯光缆多芯光缆玻璃内芯塑料外套玻璃封套外壳无线电固定终端点（基站）和终端之间是无线链路基站覆盖的无线电区域4.无线介质使用电磁波，无需物理连接BS基站25根据信号频谱和传输技术不同，分为：微波卫星微波红外线等地面微波接力两个地面站之间传送距离：50-100km速率：45Mb/s地球27卫星使用微波使用转发器接收和转发地球地面站地面站28地球同步卫星与地面站相对固定位置使用3个卫星覆盖全球22,300公里地球29红外线和毫米波用于短距离通信，如电视、录象机等的遥控也可用于无线LAN缺点：不能穿透固体光波传输应用：在屋顶用激光连接两个建筑物的LAN缺点：不能穿透雨和浓雾，易受天气影响30网络接口卡调制解调器信号格式的转换数字信号与模拟信号转换4.2.2网络互联设备311．网络接口卡网卡上有一个非常重要器件——站地址存储器。是网卡物理地址寄存器，通常称它为MAC地址。MAC地址用于识别源网络站点地址，它惟一标识网络设备地址。在局域网中依靠这个地址查找目的站点，完成源站点到目的站点之间的通信。因此任意一台网络设备，包括网卡、网桥、路由器、交换机和HUB等都有一个全球惟一的MAC地址32MAC地址长度为48位:1至24位表示网卡制造厂家标识，由IEEE统一分配；25至48位是网卡系列号，由网卡生产厂家分配。各种类型的网卡普通以太网网卡PCMCIA网卡USB接口网卡无线网卡2．调制解调器主要功能：数/模、模/数转换。外置MODEM内置MODEM外置MODEM连接示意内置MODEM连接示意调制解调器PCMCIAMODEMUSB接口MODEMADSLMODEM373．中继器和集线器中继器是网络物理层的一种连接设备，起放大电信号、延伸传输介质、扩大局域网覆盖范围等作用。38网络集线器(HUB)功能：将一个端口的输入帧向其他所有端口转发可改变网络物理拓扑形式：总线连接—星形连接端口数：常见的有8，12，16，24口39NICHUBUTPPC机用集线器搭建简单的网络服务器一台HUB4块UTP接口的网卡4台PC机8个RJ45接头（水晶头）若干米UTP双绞线以1台服务器，3台PC机为例：使用HUB构建网络的缺点使用Hub的LAN的缺点：多个站点同时发送会造成冲突；网络中站点越多，冲突现象越严重；每个站点的平均拥有带宽为W/n；解决的方法：使用网桥或者交换机进行网段分割(微网段化)——减少每个网段中站点的数量网段分割后网络总体带宽增加LAN的扩展（LAN互连）LAN互连的实现途径：中继器/HUB－在物理层上实现互联网桥/交换机－在数据链路层上实现互联路由器－在网络层上实现互联424．交换机从网络体系结构OSI模型角度划分，交换机主要有三类：①普通交换机：工作在MAC层，有时将它称为做第二层交换机。集线器：在任一端口收到数据，原样向所有端口发出交换机：不断收集数据，建立地址表，表中标明在哪个端口发现某个MAC地址。43当交换机收到一个数据包时，它会查看一下地址，以确定数据包应该从哪个端口转发出去。这个过程基本上都由相应硬件实现。如果交换机收到一个不认识的数据包，也就是说在地址表中找不到相应的MAC地址，它会将这个数据包从所有的端口上转发出去。缺点：无法进行流量、安全控制。44②IP交换机：带有路由选择的交换机，也称为第三层交换机由交换机处理网络内部数据包，由路由器处理路由信息。③标记交换机：标记交换是CISCO公司提出的一种多层交换技术。标记交换将第2层交换与第3层路由结合，一方面利用第2层交换的高性能与业务量管理功能，另一方面利用第3层路由的灵活性和扩展性。4546组网示意图SwitchSwitchMAC广播域独立的冲突域独立的冲突域网桥或网络交换机交换机只能分隔冲突域，但不能分隔广播域47使用交换机后，由于不是向所有端口转发，因此可建立多个并发的通信。例如：8个端口可建立4个并发通信，总带宽=(8/2)*10Mbps=40Mbps10、100、1000Mbps网络交换机485．网桥网桥和交换机属同一类设备，工作在数据链路层。但交换机的端口数多、速度快。在这个意义上，交换机又称为多端口的高速网桥网桥是一种“存储转发”设备。它除具有网络延伸功能以外，还具有网络隔离功能。496．路由器路由器工作在OSI的网络层，路由器主要用于把局域网和广域网互联。路由器主要功能为路径选择、数据转发（又称为交换）和数据过滤。路由器从众多路径中寻找出一条发送数据的最佳传输路径。路由器功能可以由硬件或软件单独实现，也可以由软硬件共同实现。507．网关网关又称协议转换器，作用于OSI传输层到应用层。是两个不同类型网络互连的硬件或软件。用TCP/IP通信协议的网络通过路由器即可接入Internet；对于没使用TCP/IP通信协议的网络，必须通过网关进行转换。514.3计算机网络基本组成与分类4.3.1计算机网络基本组成——按层次结构分类工作站4服务器工作站1工作站2工作站3工作站5ccpccpccpccpccp通信子网区资源子网区524.3.2计算机网络分类1．按网络拓扑结构分类①星型结构中心结点有一个中心节点，其它节点与其构成点到点连接，由中心结点负责通信控制星型结构所有节点挂接到一条总线上，广播式信道需要有介质访问控制协议以防止冲突总线结构②总线型结构所有节点连接成一个闭合的环，结点之间为点到点连接环型结构③环型结构由一个根结点、多个中间分支节点和叶子节点构成树型结构④树状结构：树状拓扑结构是从总线和星状演变而来。全连接点到点全连接，随节点数的增长（Nx(N-1)/2），建造成本急剧增长，只适用于节点数很少的广域网中终端终端终端终端终端终端终端终端节点节点节点节点节点终端网状结构57不规则点到点部分连接，多用于广域网。由于连接的不完全性，需要有交换节点。不规则拓扑582．按网络覆盖范围分类①局域网（LAN—LocalAreaNetwork）②广域网（WAN—WideAreaNetwork）③城域网（MAN—MetropolitanAreaNetwork）采用局域网，传输速率较高，误码率较低。组网方便，技术简单局域网指几公里的地理范围内将计算机、外设和通信设备互连在一起的网络系统。局域网范围：小，＜20KM传输技术：基带传输速度：10-1000Mbps延迟低出错率低（10-11）拓扑结构：总线，环城域网(MetropolitanAreaNetwork，MAN)范围：中等，＜100KM传输技术：宽带/基带拓扑结构：总线城域网指十几公里的地理范围内将计算机、外设和通信设备互连在一起的网络系统。采用城域网，传输速率适中，误码率较低。组网稍复杂。技术要求较高传输距离远，传输速率较低，误码率较高。机制复杂。广域网涉及的范围较大，通常可以达到几十公里、几百公里，甚至更远。广域网(WideAreaNetwork，WAN)范围：大，＞100KM传输技术：宽带，延迟大，出错率高拓扑结构：不规则，点到点62点对点传播方式的网络：由一对对机器间的多条链路构成。这种网络上的报文分组在信源和信宿之间可能需通过一台或多台中间设备进行传播。广播方式网络：仅有一条通道，由网络上所有的计算机共享。一般来说：局域性网络使用广播方式广域性网络使用点对点方式3.按通信传播方式分类协