第五章计算机网络基础.

大学计算机基础第五章计算机网络基础第五章计算机网络及应用主要内容：5.1计算机网络概述5.2计算机网络的组成5.3局域网5.4网络应用5.1.1计算机网络的定义与功能计算机网络是利用通信线路和网络设备，将位于不同地理位置的且具有独立功能的计算机连接起来，在网络软件的支持下，实现计算机的分布与协同工作，进行信息交换和软、硬件资源共享。通信线路和网络设备计算机通信协议和网络软件网络可以构造地区性的网络、企事业内部网络、局域网网络，甚至家庭网络和个人网络。网络的根本特征并不一定是它的规模，而是资源共享。其中计算机、通信线路和网络设备以及通信协议和网络软件是组成网络的三大要素。计算机网络的要点：--分布的地理位置不同--互联的计算机具有独立功能--通过通信线路和网络设备连接--通过通信协议和网络软件控制和管理--以资源共享为核心计算机网络的功能1.信息交换计算机网络的最基本功能，实现计算机之间快速、可靠传送各种信息。2.资源共享计算机网络的最主要功能，共享网络上的硬件设备和软件及数据资源。资源包括高性能计算机、存储资源、数据资源、信息资源、知识资源、专家资源、大型数据库、网络、传感器等。3.分布式处理利用网络环境实现分布处理和建立性能优良、可靠性高的分布式功能数据库系统。将多台计算机整合起来共同承担计算和存储任务。同学门可以思考一下，平时你利用网络都做些什么？5.1.2计算机网络的产生与发展一台计算机（主机）是网络的中心和控制者，终端（键盘和显示器）分布在各处并与主机相连。第一阶段：以单机为中心的远程联机系统系统中除了这台中心计算机外，其余终端不具备存储和数据处理能力，用户通过本地的终端使用远程的主机。实际上不是一个网络，只是一个分布在不同地方的远程联机系统。5.1.3计算机网络的发展用户通过终端不仅可以共享本主机上的软硬件资源，还可以共享通信子网中其他主机上的软硬件资源。第二阶段：多台主机互联的通信系统但是由于没有成熟的网络操作系统软件来管理网络上的资源，只能称为网络的初级阶段。典型代表是ARPANET。第三阶段：国际标准化的计算机网络5.1.3计算机网络的发展国际标准化组织（ISO）在1981年颁布了世界范围内的网络互联标准，称为开放式系统互连参考模型（OSI/RM）。80到90年代初，是互联网飞速发展的阶段，Internet的快速发展和广泛应用使计算机网络进入了崭新的阶段。20世纪70年代，局域网诞生并以以太网为主进行推广使用，为了使不同体系结构的网络能够相互交换信息，国际标准化组织（ISO）在1981年颁布了世界范围内的网络互联标准，称为开放式系统互连参考模型（OSI/RM），极大地促进了计算机网络技术的发展。将分散的网络互联，在更大范围内实现资源共享，即形成互联网。第四阶段:以互联网为中心的新一代网络5.1.3计算机网络的发展H1H5H2H4H3H6路由器网络分组交换网主机5.1.3计算机网络分类可从不同的角度对计算机网络进行分类按覆盖范围与规模分类–局域网、城域网、广域网按网络拓扑结构分类–星形、树形、环形、网状、总线按通信介质分类–有线网是采用同轴电缆、双绞线、光纤等物理介质传输数据的网络。–无线网是采用卫星、微波等无线形式来传输数据的网络。按使用范围分类–公用网、专用网公用网是对全社会开放提供服务的网络，例如国家电信部门经营的公用数据网，只要按规定缴费便可以使用。专用网是某个部门因某种需建立的网络，如军队、铁路、公安、银行等都设有专用网络。按覆盖范围与规模分类局域网(LocalAreaNetwork,LAN）•小于10km的覆盖范围•有线与无线连接兼有•结构简单容易实现•网内传输速率较高，误码率低•技术成熟，易于扩充管理•是广域网的组成部分•主要有两种：以太网（Ethernet)和无线局域网(WLAN)局域网城域网广域网互联网按覆盖范围与规模分类局域网城域网广域网互联网城域网(MetropolitanAreaNetwork,MAN）•几十到几百公里范围•在一个城市或地区，连接多个不同应用的局域网，城域网是为整个城市而不是为某一个特定部门服务的•城域网建设更集中于通信子网上•是本地用户通向国内或国际广域网的桥梁。按覆盖范围与规模分类广域网(WideAreaNetwork,WAN）•覆盖范围更广，从几百公里到几千公里•由通信子网和资源子网组成•数据传输率比局域网低，而信号的传输延迟比局域网要大得多•采用存储转发方式进行数据交换局域网城域网广域网互联网按覆盖范围与规模分类广域网(WideAreaNetwork,WAN）•覆盖范围更广，从几百公里到几千公里•由通信子网和资源子网组成•数据传输率比局域网低，而信号的传输延迟比局域网要大得多•采用存储转发方式进行数据交换•可以链接任意远的任意两台计算机局域网城域网广域网互联网常见广域网：公用电话网（PublicSwitchedTelephonenetworkPSTN)DDN专线;综合业务数字网ISDN按覆盖范围与规模分类互联网：Internet•多个网络相互连接构成的集合•通过网关进行转换连接•Internet是目前覆盖范围最大，应用最广的计算机网络，是由许多局域网和广域网通过相同的通信协议连接组成互联网络。局域网城域网广域网互联网总线型结构网络特点：结构简单，可靠性高布线容易，连线总长度小于星型结构对站点扩充和删除容易总线任务重，易产生瓶颈问题总线本身的故障对系统是毁灭性的总线主干两端必须做终结处理所有主机都通过相应的硬件接口链接到一根中心传输线上（总线，bus）按网络结构分类环型结构网络特点：传输速率高，传输距离远各结点的地位和作用相同各结点传输信息的时间固定容易实现分布式控制站点故障会引起整个网络的崩溃所有主机都通过相应的硬件接口链接到一个封闭的环上，实际上是首尾相连的总线结构。按网络结构分类星型结构网络特点：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网络性能依赖中央结点每个站点需要有一个专用链路所有的结点都通过独立的线路链接到一个中心的交汇点，中心节点外的任何两个节点之间没有直接联通的线路。按网络结构分类树型结构网络按网络结构分类特点：任意两个节点之间不产生回路每个链路都支持双向传输网络中节点扩充方便灵活除叶节点外，任何一个节点及其链路发生故障都会影响网络主机按级分层连接，是星型结构的扩展，它采用分层结构，具有一个节点和多层分支节点。网状结构网络按网络结构分类特点：节点间路径多，碰撞和阻塞减少局部的故障不会影响整个网络网络扩充和主机入网比较灵活、简单。缺点：网络机制复杂，建网不易一种无规则的连接方式，任一个结点至少有两条线路与其他结点相连。其它分类方式按通信传播方式分类可以将网络划分为点对点传播方式和广播式传播方式。按通信介质分类可将网络分为有线网和无线网。有线网是采用同轴电缆、双绞线、光纤等物理介质传输数据的网络。无线网是采用卫星、微波等无线形式来传输数据的网络。按带宽和速率分类根据带宽可以将网络分成窄带网和宽带网（赫兹Hz）。根据传输速率可将网络分为低速网、中速网和高速网（比特数（bit/s））。按使用范围分类根据使用的范围不同，可以将网络划分成公用网和专用网计算机网络体系结构–通信系统的架构–连通规则–信息的传递方式研究重点是计算机之间的互联和信息传输网络模型–OSI参考模型:为解不同系统的互连而提出的模型。–TCP/IP体系结构例如通过邮政服务寄送信件的过程。5.1.4计算机网络的体系结构网络协议•协议（Protocol）协议是通信双方为了交流而设计的规则，即关于信息传输顺序、信息格式和信息内容等的约定。由以下三部分组成：语法：数据与控制信息的结构或格式。哪部分表示数据，哪部分表示接收方的地址，解决通信双方之间如何讲的问题。语义：每部分控制信息和数据的所代表的含义。用来说明通信双方应当怎么做。时序：详细说明事件如何实现。确定通信双方之间“讲”的步骤。在计算机网络中，只有配置相同协议的计算机才能够进行通信。人类社会中到处都有这样的协议。B主机开放系统互连OSI参考模型传输层应用层表示层会话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传输层应用层表示层会话层网络层链路层物理层如果主机A上的进程P1向主机B上的进程P2传送数据,P1先将数据交给应用层,应用层在数据上加上必要的控制信息变成下一层的数据.表示层收到数据后加上本层的控制信息,再交给会话层,依次类推.到达物理层后,由于是比特流的传送,不必加控制信息.当传送到对方站点时,就从物理层开始依次上升到应用层.每一层根据对应的控制信息进行必要的操作,剥去控制信息后,将剩余的数据提交给上一层.A主机例：主机A上的进程P1向主机B上的进程P2传送数据的过程。TCP/IP体系结构传输层应用层表示层会话层链路层网络层应用层物理层传输层网际层（IP层）网络接口层OSI参考模型TCP/IP模型接收以太网数据报并通过特定的网络进行传输负责相同或不同网络中计算机之间的通信,主要处理数据报和路由.提供TCP协议和用户数据报协议.向用户提供常用的应用协议:Telenet,SMTP,DNS等有100多个协议，最主要的是TCP/IP相似之处：都是分层结构，层的定义相似。但仍是两个不同的网络体系结构。一组工业标准协议，简称为TCP/IP协议。它具体包括了100多个不同功能的协议，是互联网络上的“交通规则”。其中最主要的是TCP和IP协议。TCP用于保证被传送的信息的完整性，IP负责将消息从一个地方传送到另一个地方。TCP/IP协议的主要特点：标准化，几乎任何网络软件或设备都能在该协议下运行；可路由性，这使得用户可以将多个局域网连成一个大型互联网络。TCP/IPIP的工作：将数据报发送到指定的地址（这个地址称为IP地址），在传送时它在主机与主机之间选择路由器。TCP的工作：将要传送的信息分割成几部分，每部分标有序列号和接收地址。然后将这些分割的报文通过网络发送。在另一端，TCP接收这些包并检查错误，发生错误，TCP就请求重发。一旦所有包都已正确地收到，TCP就根据序列号重新构造原来的信息。5.2计算机网络的组成5.2.1网络中的主机5.2.2网络传输介质5.2.3网络连接设备5.2.4网络协议5.2.5网络操作系统计算机网络由网络硬件和网络软件组成计算机在网络中的工作模式–对等网络（PtoP）模式–客户机/服务器（C/S）模式•服务器•客户机•客户端要求预先安装应用软件•C/S结构的关键在于功能的分布，一些功能放在前端机（即客户机）上执行，另一些功能放在后端机（即服务器）上执行。5.2.1网络中的主机浏览器/服务器（B/S）模式·对C/S模式的一种改进·网络结构完全相同·用户表现完全在服务器上实现·通常称为”瘦客户端”浏览器端：带有浏览器软件的计算机服务器端是在客户端-服务器网络体系中的一个基本无需应用程序的计算机终端。它通过一些协议和服务器通信,进而接入局域网。客户机连接到网络上的用户使用的个人计算机，既可以单机使用，也可以联网工作，从网上获取资源。在对等网模式中，没有客户机这个概念。服务器(一种高档计算机)提供网络资源和网络管理,根据网络工作站提出的请求,对网络用户提供服务。5.2.2网络传输介质有线传输介质–双绞线•双绞线是按类划分的，目前最常用的是超五类双绞线。•传输距离小于100米,组网方便,价格便宜。–同轴电缆·传输速率与双绞线类似，价格是其两倍。–光纤•多模光纤，芯线粗、传输距离短、成本低。•单模光纤，成本高、可远距离传输，应用广泛。无线传输介质采用无线介质连接的网络称为无线网–微波通信•通信不受雨、雾等天气的影响。•通过微波中继站来延长微波通信的距离。–卫星通信•频带宽、容量大、•通信距离远、可靠性高。人造卫星(a)点对点通信线路地球表面地球表面(b)广播式通信线路人造卫星发送站接收站发送站接收站接收站接收站–红外线通信•控制简单、实施