计算机基础 第六章 网络基础

1/92第六章网络基础6.1计算机网络概述6.2数据通信基础知识6.3计算机网络的硬件与软件组成6.4局域网6.5网络互连2/926.1计算机网络概述6.1.1计算机网络发展史1.什么是计算机网络一群具有独立功能的计算机组成的系统,通过通信设备及传输媒体互连起来，在通信软件支持下，实现资源共享、信息交换。其他外设打印机产生计算机网络的基本条件:通信技术与计算机技术的结合3/921954年第一代计算机网络1969年ARPA网，第二代计算机网络1983年OSI模型，第三代计算机网络Internet的建立，第四代计算机网络单个主机为中心、面向终端多处理中心体系结构标准化信息高速公路2.计算机网络的发展数据通信为主资源共享为主TTTTHTTTH分组交换网THT…TH…H第二代第一代5/926.1.2计算机网络系统的组成与功能计算机网络系统的组成通信子网:由通信控制处理机CCP组成的传输网络，位于网络内层，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，提供各种网络资源和网络服务通信子网资源子网CCP6/921．信息交换2．资源共享3．分布式处理计算机网络最基本的功能，完成网络中各个节点之间的通信。包括硬件、软件和数据资源的共享。网络系统中若干台计算机可以互相协作共同完成一个任务。计算机网络的功能8/92从网络的地理范围进行分类(1)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，一般为1-20Mb/s，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IEEE802系列标准。6.1.3计算机网络的分类LAN9/92(2)城域网是在一个城市范围内建立的计算机通信网。通常使用与局域网相似的技术，传输媒介主要采用光缆，传输速率在100Mb/s以上。城域网的一个重要用途是用作骨干网，通过它将位于同一城市内不同地点的主机、数据库，以及局域网等互相联接起来。MAN10/92在不同城市之间的LAN或者MAN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、卫星通信网和无线分组交换网。由于广域网常常借用传统的公共传输网进行通信，这就使广域网的数据传输率比局域网系统慢，传输误码率也较高。随着新的光纤标准和能够提供更宽带宽、更快传输率的全球光纤通信网络的引入，广域网的速度也将大大提高。(3)广域网WAN11/92在一个学校范围内的计算机网络通常称为校园网。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。校园网12/92(1)星形拓扑结构特点：通信协议简单对外围站点要求不高单个站点故障不会影响全网电路利用率低，连线费用大每个站点需要有一个专用链路网络性能依赖中央结点6.1.4网络的拓扑结构网络中各个节点机之间的连接方式（点和线组成的几何图形结构）网络的拓扑结构：集线器13/92(2)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结构对站点扩充和删除容易通信采用广播方式，总线任务重，易产生瓶颈问题T型头端接器14/92特点：传输速率高，传输距离远各节点的地位和作用相同,容易实现分布式控制各节点传输信息的时间固定,容易实现实时控制站点的故障会形起整个网络的崩溃（3）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，资源共享能力差，可靠性低（4）树形拓扑中继器16/926.1.5计算机网络的体系结构只要大家遵循相同的一套关于信息传输顺序、信息格式和信息内容等的约定就可以。不同媒介，不同硬件设备，不同网络操作系统物理网为实现计算机之间的数据通信、协同工作和资源共享等功能将各自独立的计算机在物理上互相连接起来,是实现网络通信的基础。问题:如何让不同环境中任意两台计算机之间进行通信?网络协议17/92网络协议的三要素语法：数据与控制信息的结构或格式语义：用来说明通信双方应当怎么做同步：详细说明事件如何实现18/92由于网络协议包含的内容相当多，近代计算机网络都采用分层的层次结构，把复杂的网络互联问题划分为若干个较小的、单一的问题，在不同层上予以解决，每层间有相应的协议。把计算机网络的各个层和在各层上使用的全部协议统称为网络的体系结构。网络体系结构每层都是建筑在它的前一层的基础上，相邻层之间的通信约束称为接口。每一层仅与其相邻上、下层通过接口通信，上、下层之间的关系是下层对上层服务，上层是下层的用户。19/92开放系统互连OSI参考模型为了实现全球范围内的网络互联，国际标准化组织ISO制定了开放系统互联参考模型OSI，这是一个计算机互联的国际标准。所谓开放，就是指任何不同的计算机系统，只要遵循OSI标准，就可以和同样遵循这一标准的任何计算机系统通信。系统指计算机、外部设备、终端、传输设备、操作人员以及相应软件的集合。20/92双向箭头线表示概念上的通信线路空心箭头线表示实际通信线路。开放系统互连OSI参考模型应用层表示层会话层传输层网络层链路层物理层应用层表示层会话层传输层网络层链路层物理层互连物理传输媒体通信子网资源子网各层的任务：处理网络应用数据如何表示主机间的通信端到端的连接路由寻址介质访问接入比特流的传输将数据从一个站点到达另一个站点的工作按层分割成七个不同的任务。七个不同的任务21/92在实际应用中,对OSI进行简化成TCP/IPTCP（TransmissionControlProtocol）传输控制协议,用于保证被传送信息的完整性。IP（InternetProtocol）网际互连协议,负责将消息从一个地方传送到另一个地方。TCP/IP协议OSI参考模型TCP/IP模型应用层表示层会话层传输层网络层数据链路层物理层网络接口层网际层IP协议传输层TCP、UDP协议应用层Telnet、SMTP、FTP、DNS25/921.通信系统基本要素6.2数据通信基础知识6.2.1基本概念信源信宿传输媒体26/922.信道在传输介质电路中，用信道表示向某一个方向传送信息的媒体。按照传输信号的种类，可分为模拟信道和数字信道。模拟信道传输的是连续变化的、具有周期性的正弦波信号；数字信道传输的是离散的二进制脉冲信号（对称的方波波形）。模拟信号数字信号数字信道可提供更高的通信服务质量，现在计算机通信所使用的通信信道在主干线路上已基本是数字信道。27/923.带宽指信道能传送信号的频率宽度。即：可传送信号的最高频率与最低频率之差。通常用来描述传输介质的传输容量，介质容量越大，带宽就越宽，传输率越高，通信能力越强。传输介质的传输能力用比特率或波特率来描述。比特率：单位时间内传输二进制代码有效位数，单位为bps波特率：线路中每秒传送的波形的个数，其单位为baud数字信号模拟信号资料：宽带28/924.数据传输方式并行传输以比特为单位串行传输数据通信发送装置数据通信接收装置传输ASSCII码字符T0101001传输ASSCII码字符T数据通信发送装置1011000数据通信接收装置以字符为单位慢、适合长距离传输快、适合近距离传输计算机内部的数据通信29/92电路交换是一种直接交换方式。发送点与接收点之间构成一条实际连接的专用物理线路。分组交换报文交换电路交换报文以报文为交换单位，临时选择通信网络中的一条线路传送数据。分组交换将报文划分成一个个平均大小保持不变的小组作为交换单位，其他与报文交换相同。6.2.2信息交换技术报文控制信息报文正文信息结束信息30/926.2.3数据传输介质双绞线非屏蔽双绞线（UTP）和屏蔽双绞线（STP）组网方便，价格最便宜，应用广泛五类双绞线最大传输率为100Mbps传输距离小于100米同轴电缆基带同轴电缆：一条电缆只用于一个信道,速率10Mb/s，传输距离1000m宽带同轴电缆：同时传输不同频率的几路模拟信号,速率20Mb/s，传输距离100km，它是有线电视系统CATV中的标准传输电缆31/92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。多模光纤：由发光二极管产生用于传输的光脉冲，通过内部的多次反射沿芯线传输。可以存在多条不同入射角的光线在一条光纤中传输。单模光纤：使用激光，光线与芯轴平行，损耗小，传输距离远，具有很高的带宽，但价格更高。在2.5Gb/s的高速率下，单模光纤不必采用中继器可传输数十公里。光纤和光端设备32/92无线介质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。(1)地面微波通信两个地面站之间传送距离：50-100km使用转发器接收和转发33/92(2)卫星微波通信资料：微波通信34/926.3计算机网络的基本硬件和软件组成6.3.1网络的主体设备主体设备（HOST）中心站（服务器）提供共享资源工作站（客户机）用户入网操作的节点386以上档次的电脑都可作为组网的工作站。大多数时候服务器是网络的核心35/92网卡通过总线与计算机设备接口相连，另一方面又通过电缆接口与网络传输媒介相连。插入主机扩展槽中有线介质在PC机中主要使用PCI总线结构的网卡和USB接口的网卡。安装网卡后，还要进行协议的配置。例如，TCP/IP协议。6.3.2网络的连接设备BNC接口RJ-45接口资料：网卡网络适配器(网卡)36/92网络传输媒介的中间节点，具有信号再生转发功能。集线器类型无源有源智能不对信号做任何处理，工作站到集线器之间的距离在30米以内。对信号可再生和放大，工作站到集线器之间的距离可达600米。具有有源集线器的全部功能外，还提供网络管理、智能选择网络传输通路等功能。集线器（HUB）37/926.3.3网络软件系统局域网上流行的传输协议有：NetBEUINetBEUI（NetBIOSExtendUserInterface）网络基本输入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。对等网，不存在跨网段的通信TCP/IP协议包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。适合客户机/服务器模式的局域网39/92对等式网络操作系统客户机/服务器（Client/Server）模式分类对等网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，可被其他节点机上的用户共享。客户机/服务器模式网络中有几台计算机专门充当服务器，为整个网络提供共享资源和服务。6.3.4网络操作系统40/92常用网络操作系统UnixLinuxNovellNetware资料：Linux41/92IP地址是IP协议提供的一种地址格式，它为Internet上的每一个网络和每一台主机分配一个网络地址，是运行TCP/IP协议的唯一标识。XXX.XXX.XXX.XXX0~255202.112.0.36（中国教育科研网）6.3.5网络地址漳州师范学院计算机科学与工程系许晴媛软件与理论教研室42(1)网络ID（又称为网络主机、网络号），用来在TCP/IP网络中，标识某个网段。该网络中的所有设备的IP地址具有相同的网络ID。(2)主机ID（又称为主机地址、主机号）标识网段内的一个TCP/IP节点网络ID主机IDIP地址结构IP地址由网络部分和主机部分组成，如图所示。43/92IP地址类型B类A类18162432网络号网络号主机号主机号C类主机号网络号011010网络地址必须唯一网络标识的第一个字节不能是全1或全0主机标识在同一网络中必须唯一主机标识的各个位不能全是1或全0IP地址的规则44/921.0.0.1~126.255.255.254128.0.0.1~191.255.254192.0.0.1~223.255.255.254A类B类C类1261677214163846553420971152254B类A类18162432网络号网络号主机号主机号C类主机号网络号0110