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计算机网络基础电子与信息工程学院§1.1计算机网络定义和功能计算机网络定义：1广义的观点，是以传输信息为主要目的，用通信线路将多个计算机连接起来的计算机系统的集合。特点，以相互交换信息为主要目的，资源共享能力弱，是计算机网络发展的初级阶段，又叫计算机通信网。2用户透明观点，存在一个能为用户自动管理资源的网络操作系统，又它调度完成用户任务所需要的资源，而整个网络像一个大计算机系统一样对用户是透明的。第一章计算机网络基础§1.1计算机网络定义和功能特点，一个分布式的管理系统，用户不必关心网络环境中的资源分布情况，以及互联网的差异，用户的作业管理和文件管理对用户透明。3资源共享的观点，以能够相互共享资源的方式连接起来，并且各自具备独立功能的计算机系统的集合。特点，建网目的是实现计算机资源共享；可以为本地和远端用户提供服务；联网计算机必须遵循全网统一的网络协议。第一章计算机网络基础§1.1计算机网络定义和功能计算机网络功能：1资源共享；2对分散对象的实时集中控制；3均衡负载和分布式管理；4综合信息服务。第一章计算机网络基础§1.2计算机网络的组成硬件设备：计算机网络的物质基础。常见的硬件包括：计算机、网卡、调制解调器、路由器、交换机、集线器以及起连接作用的计算机。软件设备：网络协议、网络操作系统。第一章计算机网络基础§1.2计算机网络的分类按覆盖范围分类：第一章计算机网络基础计算机网络局域网城域网广域网§1.2计算机网络的分类按覆盖范围分类：1局域网：在一个有限的范围内（通常是几十米到几公里的范围内）将计算机、外设和通信设备互联在一起的网络系统。2城域网：用来覆盖整个城市的网络。3广域网：提供长距离语音、数据、视频等应用服务的传输技术。范围从几十公里到几千公里，可以跨越一个地区、一个国家甚至几个洲，形成国际性的网络。第一章计算机网络基础§1.2计算机网络的分类按网络拓扑分类：在给定计算机和终端位置及保证一定的响应时间、吞吐量和可靠性的条件下，通过选择适当的线路连接、线路容量与流量分配，使整个网络的结构合理，成本最低。1总线结构：将所有的入网计算机均连接到一条通信线路上，为防止信号反射，在总线两端装有终结器匹配线路阻抗。第一章计算机网络基础§1.2计算机网络的分类优点：信道利用率高，结构简单，价格相对便宜；缺点：同一时刻只能有两个网络节点相互通信，网络延伸距离有限，网络容纳节点数有限，在总线上，只要一个节点出现问题，就会影响网路的正常运行。第一章计算机网络基础总线工作站工作站工作站工作站服务器§1.2计算机网络的分类2星型结构网络：以一个节点为中心的处理系统，各种类型的入网机器均与该中心处理机有物理链路直接相连，其他节点间不能直接通信，需要通过中心处理机转发，因此中心节点必须有较强的功能和较高的可靠性。第一章计算机网络基础集线器服务器工作站工作站工作站§1.2计算机网络的分类优点：结构简单，建网容易，控制相对简单。缺点：采用集中控制，主机负载过重，可靠性低，通信线路利用率低。3环型结构网络：将各个入网的计算机由通信线路连接成一个闭合的环，在环型结构的网络中，信息按固定的方向流动，或顺时针方向或逆时针方向。第一章计算机网络基础§1.2计算机网络的分类优点：一次通信信息在网中传输的最大延迟是固定的；每个网络节点只与其他两个节点又物理链路直接连接，因此传输控制机制较为简单，实用性强。缺点：一个节点故障会终止全网运行，可靠性较差第一章计算机网络基础服务器工作站工作站工作站工作站§1.2计算机网络的分类4树型结构网络：星型拓扑结构的一种变形，将节点通过多极处理主机进行连接。优点：降低了通信线路的成本；缺点：增加了网络复杂性，任何一个节点的故障都会影响到其所在支路网络的正常工作。第一章计算机网络基础§1.2计算机网络的分类第一章计算机网络基础服务器服务器交换机集线器工作站工作站工作站集线器工作站工作站工作站§1.2计算机网络的分类5网状结构网络：分为全互连网状和不完全互连网状两种形式；全互连网状中每一个节点和网中其他节点均与链路连接；不完全网状中两节点之间不一定有直接链路连接，他们之间的通信需要通过其他节点转接。优点：节点间路径较多，碰撞和阻塞可大大减少，局部的故障不会影响到整个网络的正常工作，可靠性较高；网络扩充和主机入网比较灵活、简单。缺点：建网不易，网络控制机制复杂。第一章计算机网络基础§1.2计算机网络的分类第一章计算机网络基础服务器工作站工作站工作站§1.3Internet与Intranet计算机要完成数据处理和数据通信两大基本功能。从计算机网络组成来讲可分为：资源子网和通信子网。资源子网：负责全网的数据处理业务，向网络用户提供各种网络资源与网络服务。通信子网：完成全网的数据传输和转发等通信处理工作。第一章计算机网络基础§1.3Internet与IntranetInternet域名系统：TCP/IP为了人们记忆方便而设计的一种字符型的计算机命名机制。域名系统是层次结构的，如cn代表中国的计算机网络，Cn就是一个域，域下面有可分为子域，子域下面又有子域，自右向左越来越小。tric.cs.tsinghua.edu.cn第一章计算机网络基础§1.3Internet与IntranetIntranet：企业内部网，是Internet技术在企业LAN或WAN上的应用，基本思想是，在内部网络上采用TCP/IP作为通信协议，利用Internet的Web模型作为标准平台，同时建立防火墙把内部网和Internet隔开。也可自成一体。第一章计算机网络基础§2.1TCP/IP网络协议Internet采用的标准协议，也是全世界应用最为广泛的工业标准，用来将各种计算机和数据通信设备组成计算机网络。分为IP协议、TCP协议、UDP协议。IP(InternetProtocol)协议：网际协议，提供基本数据单元传输，规定网络传输数据的确切格式；提供执行路由的功能，选择传递数据的路径；确定和路由器如何处理分组，以及差错报文产生的处理。第二章计算机网络体系结构§2.1TCP/IP网络协议TCP(TransportControlProtocol)协议：传输控制协议，为了取得可靠的传输而进行的分组丢失检测、对接收不到确认的信息的自动重传，以及处理延迟的重复数据，能够进行流量控制和差错控制。第二章计算机网络体系结构§2.2ISO/OSI网络系统结构OSI开放系统互连：可在多个厂家的环境中支持互连。该模型定义个一个7层的的功能层次。第二章计算机网络体系结构应用层表示层会话层传输层网络层数据链路层物理层§2.2ISO/OSI网络系统结构1物理层：直接与物理传输介质相连接，负责传输比特流，实现两个网络物理设备之间的二进制比特流的透明传输。2数据链路层：将一条原始的，有差错的物理线路变为一条面向网络层无差错的数据链路，必须执行链路管理、帧传输、流量控制、差错控制等功能。负责将指令数据等封装到帧中。需做到：在每个帧完整无缺地被目标节点收到时，源节点必须收到一个相应。第二章计算机网络体系结构§2.2ISO/OSI网络系统结构在目标节点发出受到帧的相应之前，必须验证帧内容的完整性。3网络层（可选）为了报文分组以最佳路径通过通信子网到达目的主机提供服务。4传输层：在源主机和目的主机进程之间提供可靠的端到端通信。保证数据完整传输、恢复发送时的顺序。5会话层：决定通信是单工还是双工，保证接受一个新请求一定在另一个请求完成之后。第二章计算机网络体系结构§2.2ISO/OSI网络系统结构6表示层：负责管理数据编码方式，在可能不兼容的数据编码方式间提供翻译功能，浮点格式转换，提供加密、解密服务。7应用层：为用户应用进程访问OSI环境提供服务。第二章计算机网络体系结构§2.3数据传输协议FTP文件传输服务：在接入互联网的两台计算机之间进行文件传输，这种文件传输是由一台计算机完成的，将文件从本地传送到远程计算机的过程叫“上传”，从远程计算机所取回文件的过程叫“下载”。进行FTP文件传输时，客户都必须拥有对远程计算机文件的操作权限，需要远程计算机的用户名和登陆密码。如果没有用户名和密码，可以匿名登录，用户名为Annoymous，以自己的邮件地址为口令。第二章计算机网络体系结构§2.3数据传输协议UDP协议：UDP提供了无连接、不可靠的数据报服务，它是面向数据报的传输协议，把应用程序传给的数据发送出去，但并不保证它们能准确到达目的地。第二章计算机网络体系结构§3.1IP地址Interner上的每一台主机都分配有一个惟一的32位地址。IP地址是一个32位的二进制无符号数字。为了方便，用将其分成4段，高字节在前，每个字节用十进制数表示。IP地址第一部分为网络地址；第二部分是子网地址；第三部分为主机地址。IP地址并不是一台计算机的号码，而是代表了连接到某个计算机网络上的的某台计算机。第三章IP地址与子网划分§3.2IP地址的分类为了便于IP管理，考虑到有的网络有很多主机，有的网络主机很少，将IP地址分为5类：A类地址，大型网络设计，由第一组二进制位表示，最高位为0，其格式为：1.XXX.XXX.XXX~127.XXX.XXX.XXX其中127.0.0.1表示主机本身，用于本地机器上的测试和进程间通信。有27-2=126个网段，有28*3-2=16,777,216台主机。第三章IP地址与子网划分§3.2IP地址的分类B类地址，中型网络设计，由前两组二进制位标示，前二位为10，其格式为：128.001.XXX.XXX~191.254.XXX.XXX其中127.0.0.1表示主机本身，用于本地机器上的测试和进程间通信。有214=16384个网段，有28*2-2=65533台主机。第三章IP地址与子网划分§3.2IP地址的分类C类地址，小型网络设计，由前三组二进制位标示，前三位为110，其格式为：192.000.001.XXX~223.255.254.XXX有221=2,097,152个网段，有28*1-2=254台主机。D类地址，主要为IP组播设计，最高4位为1110。E类地址，保留将来用，最高4位为1111。第三章IP地址与子网划分§3.2IP地址的分类IP地址特殊情况，1全0网络号码：表示本网络或不知道号码的网络；2全1网络号码：该子网的广播地址；3全0主机号码：表示该IP地址就是网络的地址；4全1主机号码：表示广播地址，即对该网络上的所有主机进行广播；5全0的ip地址：0.0.0.0；6网络号码为127.X.X.X的地址，用于本地软件回送测试用。第三章IP地址与子网划分§3.2IP地址的分类7全1地址255.255.255.255：表示“向我的网络上的所有主机广播”。8私有地址：A类10.0.0.0~10.255.255.255B类172.16.0.0~172.31.255.255C类192.168.0.0~192.168.0.255第三章IP地址与子网划分§3.2IP地址的分类IP地址到物理地址(MAC)的转换：需要在网络中的几个地方来设置域名系统DNS(DomainNameSystem)的名称服务器NameServer，上面分层放有许多主机名称到IP地址转换的映射表。ARP地址转换协议。第三章IP地址与子网划分§3.3子网子网：子网掩码：判断任意两个IP地址是否属于同一个子网。网络地址默认的子网掩码A类255.0.0.0B类255.255.0.0C类255.255.255.0第三章IP地址与子网划分§3.4IPv6扩展了地址能力：IP地址增加到128位，支持更多的可用地址。验证和保密性：内置了如身份验证、数据完整性和数据机密性等。第三章IP地址与子网划分