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《网管第一课——计算机网络原理》教学课件致谢词非常感谢贵校选择本书作为教材！本书是OSI/RM的精华缩影。全书内容短小而精悍,全部是OSI/RM技术的最基础、最重要部分理论知识和技术原理的完美再现。在此以本书作者身份，祝各位学员通过对本书的学习能取得实实在在的进步，学到实实在在、最全面、最实用的网络基础理论。目录第一章计算机网络概述第二章局域网基础第三章物理层第四章数据链路层第五章网络层第六章传输层第七章会话层与表示层第八章应用层教学目的与课时安排通过本书的学习学员要达到以下基本目的：掌握计算机网络的各主要基础知识熟悉局域网中主要的标准与协议掌握OSI/RM各层主要功能及其工作原理整部书的课时安排如下:全书共安排14个课时，除第七、第八两章只安排一个课时外，其余各章均为2个课时。但这不包括课后练习时间。建议每章至少安排1个课时来做练习，以巩固课中所学的知识。教师也可以自己根据书中内容，或者拓展内容编制练习题。基本教学思路本书理论性较强，建议老师教学和学生自学时时遵循以下基本思路。建议学员至少先通看本书一遍，从全局角度把握OSI/RM各层的主要功能和工作原理。可以列表来进行对比，这样更能横向分析OSI/RM划分的依据和在实际网络通信中的应用。在这一遍中，不要强求理解所有的工作原理和记住所有的知识点。然后再精看每一章，对于不明白的地方可以借助于其他资料来帮助理解。结合本课件，列出各章的主要知识点。结合实际网络应用，从应用角度来分析相应理论知识的作用和工作原理。本课件仅是起到大纲引导的作用，所涉及的主要内容仍在书本之中，一定要结合书本学习。第一章计算机网络基础本章从宏观角度介绍了“计算机网络”各方面的基础知识，包括：计算机网络的发展历史、计算机网络的基本组成、计算机网络的作用、计算机网络的主要分类、计算机网络的拓扑结构，以及计算机网络的主要网络设备等。本章重点如下：计算机网络的发展历史及各段时期的特点计算机网络的基本组成及各部分主要作用计算机网络的主要分类及各自主要特点计算机网络的主要拓扑结构类型及各自特点TCP/IP、UDP、PPP和HTTP通信协议主要作用和特点计算机网络体系结构及通信原理计算机网络的主要网络设备及各自主要用途第1课时主讲内容计算机网络概述计算机网络的四个主要发展阶段及各自主要特点计算机网络主要作用计算机网络主要分类及各自主要特点和优缺点主要计算机网络通信协议及各自主要作用有线与WLAN无线网络主要拓扑结构及各自特点1.1计算机网络概述1.1.1计算机网络的定义计算机网络是一个将分散在各地的计算机、工作站、终端和外部设备等，通过通信线路（或称通信媒体）互相连接在一起，并按照有关协议实现相互通信、资源共享和进行分布处理的综合系统。1.1.2计算机网络发展历史到目前为止，已经历了4个主要阶段：以批处理为运行特征的主机与终端之间通信；以分时系统为平台的主机与主机、主机与终端之间多系统通信；以共享资源为主的计算机局域网高速发展阶段；以局域网互联和因特网应用为主的网络高速普及阶段。各阶段的具体特点参见书中介绍。1.1.3计算机网络的组成计算机网络系统是由网络操作系统和组成计算机网络的多台计算机，以及各种通信设备构成的，分为“网络硬件”和“网络软件”两大部分。网络硬件包括：服务器、用户计算机、网卡、交换机、路由器、防火墙、网络存储设备、入侵检测和入侵防御设备等，网络软件包括：网络服务器操作系统、网络通信协议两大部分。网络操作系统如Windows2000Server、WindowsServer2003、UNIX、RedHatEnterpriseLinux等。网络通信协议如TCP、IP、PPP、HTTP、UDP等1.1.4计算机网络的主要作用计算机网络的主要作用体现在：数据通信、资源共享、集中管理、远程传输、分布式处理和负载均衡六个方面。详细功能参见书中介绍。1.2计算机网络的分类计算机网络的分类标准多种多样，目前主要有：按网络的范围分[分为局域网（LAN），城域网（MAN），广域网（WAN）三种]，按网络配置分（分为同类网、单服务器网和混合网三种），按网络服务方式分[分为对等网（PTP）和客户/服务器网（C/S）两种]，按网络通信传输介质分（分为有线网和无线网两种），按网络通信传播方式分（分为点对点传播方式网和广播式传播结构网两种），按网络通信中数据的组织方式分（分为分布式网络系统和集中式网络系统两种）。各种分类中的子类型及特点参见书中介绍。1.3计算机网络通信协议网络通信协议就是网络之间沟通、交流的桥梁，只有相同网络通信协议的计算机才能进行信息的沟通与交流。网络通信协议是一种特殊的软件，是计算机网络实现其功能的最基本机制。网络通信协议的本质是规则，即各种硬件和软件必须遵循的共同守则。但网络通信协议又不是一套单独的软件，它通常融合在其他软件系统中。网络通信协议遍及OSI通信模型的各个层次。常见的通信协议有：TCP/IP、IPX/SPX、NetBEUI、UDP、HTTP、PPP等。有关这些通信协议的基本功能和特点参见书中介绍。1.4计算机网络拓扑结构网络拓扑结构是从逻辑上表示出网络服务器、工作站的网络配置和互相之间的连接方式，在一定程度上可以说是指网络电缆构成的几何形状。1.4.1有线局域网常见拓扑结构常见的计算机局域网拓扑结构按形状可分为：星型（如下左图）、环型（如下右图）、总线型（如下页上图）、树型（如下页左下图）和网状（如下页右下图）5种。1．星型拓扑结构（StarTopology）星型拓扑结构具有：网络结构简单；便于管理、集中控制；网络成本低，组网容易；网络带宽宽，传输速率高；延迟时间短，误码率低等优点。其缺点是：网络共享能力较差，通信线路利用率不高，中央节点负担过重，容易成为网络的瓶颈，一旦出现故障则全网瘫痪。2．环型拓扑结构（RingTopology）环型结构网络的主要优点体现在：网络路径选择和网络组建简单和投资成本低两个方面，但缺点是主要的，主要体现在：连接用户数非常少，传输速度慢，传输效率低，维护困难和扩展性能差这几个方面。3．总线型拓扑结构（BusTopology）总线型结构的主要优点表现为：易于使用和掌握，通信费用少，扩展较方便，较高的可靠性，较小的时延。但其缺点仍是主要的，主要表现在：故障诊断困难，故障隔离比较困难，网络效率和传输性能不高，不易扩展，网络覆盖范围受到限制等方面。4．树型拓扑结构（TreeTopology）树型结构其实是星型结构和总线型结构的混合，也可以称之为混合型。所以这种拓扑结构类型也就是同时具备了星型结构网络和总线型结构网络的双重优点和缺点了。目前采用同轴电缆型的总线网络比较少见了，基本上都是光纤类型的。5．网状拓扑结构（NetTopology）在网状拓扑结构中，网络的每台关键节点设备之间均有点到点的链路连接。采用网状结构的计算机网络中，任一个节点至少有两条线路与其他节点相连。这种网络传输效率高，冗余性能好，但布线非常复杂，在实际网络中并不多见，只是在一些需要冗余的关键节点才使用。详细内容参见书中介绍。1.4.2无线局域网主要拓扑结构在无线局域网中有Ad-Hoc（如左下图所示）和Infrastructure（如右下图所示）两种拓扑结构，前者属于点对点连接，连接性能较差，连接用户较少（通常为5个以内），主要用于小型家庭、SOHO网络中；后者属于集中连接，连接性能较好，主要用于较多用户的企业网络中，应用更为广泛。两种拓扑结构的特点和应用参见书中介绍。第2课时主讲内容OSI/RM的七层结构，层次划分原则和优势OSI/RM各层的主要功能OSI通信原理OSI各层典型网络设备网卡的主要功能及分类集线器和交换机的主要功能及交换机的主要分类路由器主要功能及路由技术防火墙主要功能和特性无线AP主要功能1.5计算机网络体系结构OSI/RM（开放系统连接参考模型）是ISO（国际标准化组织）提出的用于设计和描述网络通信的基本框架。1.5.1OSI/RM的七层结构OSI/RM的七层结构中，由低到高分别是：物理层（PhysicalLayer）、数据链路层（DataLinkLayer）、网络层（NetworkLayer）、传输层（TransportLayer）、会话层（SessionLayer）、表示层（PresentationLayer）和应用层（ApplicationLayer），共七层。它们是遵循下列原则划分的：同一层中的各网络节点都有相同的层次结构，具有同样的功能；同一节点内相邻层之间通过接口（可以是逻辑接口）进行通信；七层结构中的每一层使用下一层提供的服务，并向其上层提供服务；不同节点的同等层按照协议实现对等层之间的通信。网络结构分层的好处主要体现在以下几个方面：使网络变得更简单；将网络部件标准化；有利于模块化设计；保证不同类型部件的互操作性；加快了技术发展的速度；简化了教育和学习。1.5.2OSI/RM层次结构简介1.物理层物理层是为建立、维护和释放数据链路实体之间的二进制比特流传输的物理连接提供机械的、电气的、功能的和规程的特性。2.数据链路层数据链路层把从物理层传来的原始数据打包成帧（帧是放置数据的、逻辑的、结构化的包），在有差错的计算机物理线路上进行无差错传递。数据链路层还支持各节点的网络接口卡所用的软件驱动程序。数据链路层和最终目的是确保正确地将这些数据帧通过物理层从一台计算机传递到另外一台计算机。3.网络层网络层定义网络操作系统通信用的协议，为信息确定地址，把逻辑地址和名字翻译成物理的地址。4.传输层传输层是用来确保数据包是无错误、按顺序、既没有丢失又没有重复地进行发送。5.会话层会话层通过在数据流中放置检查点来与用户任务同步，检查点把数据分割为更小一些的组以供错误检测。会话层还负责通信进程之间的对话控制，比如控制哪一方进行传送、什么时候进行传送、传送多少时间等。6.表示层表示层包含处理网络应用程序数据格式的协议，从应用层获得数据，并把它们格式化，以供网络通信使用。表示层最终目的是要保证所传输的数据经传送后其意义不改变。7.应用层应用层的主要作用是定义用于在网络中进行通信和数据传输的接口——用户程序；提供标准服务，比如虚拟终端、文件及任务的传输和处理。1.5.3OSI通信原理计算机网络上所有通信都是从源端传送到目的端的，在网络上传输的信息被称为“数据”或者“数据分组”。发送端的数据是从上向下传输的，而接收端的数据则是从下向上传输的，最终的通信必须在双方对等层次进行，这就是OSI的基本通信流程，如下图所示。详细的通信原理描述参见书中介绍。1.6计算机网络设备概述网络连接设备通常分为“网内连接设备”和“网间连接设备”两类。工作在OSI参考模型中各个层次设备如下：物理层设备：各种物理接口设备、传输介质和中继器类设备等。数据链路层设备：如网卡、二层交换机和网桥等。网络层设备：如路由器、三层交换机和防火墙等。传输层设备：四层交换机和交换式路由器等。会话层和表示层：网关和防火墙等。应用层设备：七层交换机和应用网关型防火墙等。以下各节介绍的只是相应设备的基本说明，详细内容参见书中介绍。1.6.1网卡计算机网卡是最基础的网络连接设备，同时工作于OSI/RM的物理层和数据链路层。网卡有许多种划分方式，如可以按网络接口划分（如RJ-45、BNC、AUI、SC等），可以按主机接口划分（32位PCI、64位PCI，PCI-X等），可以按传输介质划分（有线与无线），还可以按所支持的通信协议划分（10Mbps、10/100Mbps、1000Mbps、10Gbps等）等。1.6.2集线器集线器是早期的以太网集中连接设备，现在基本上不用了，因为它是共享信道方式，性能较差。最好的集线器也仅为100Mbps。1.6.3交换机交换机是目前主要的集中连接设备。由于它采用非共享信道的交换方式，所以性能较集线器优越，得到了飞速发展。目前普通桌面交换机都是10/100Mbps自适应类型的。主流交换机都已达到了1000Mbps，