第六章 计算机网络基础

上海交通大学网络学院1第六章计算机网络基础本章学习目标6.1计算机网络的形成和发展6.2计算机网络的基本分类6.3计算机网络的拓扑结构6.4计算机网络协议6.5局域网络基本概念6.6广域网基本概念6.7“共享资源”的设置6.8常用网络诊断命令6.9Internet网络的基础知识上海交通大学网络学院2本章学习目标本章主要学习：计算机网络的基本概念、Internet基本知识、Internet的常用接入方式。主要掌握以下内容：计算机网络发展、基本拓扑结构、网络协议及计算机局域网络的组成和特点；Internet的发展历史，IP地址、网关、子网掩码、域名的基本概念，Internet提供的常规服务；Internet的常用接入方式，网络检测的常用命令。上海交通大学网络学院36.1计算机网络的形成和发展为什么需要计算机网络？计算机网络的概念是什么？计算机网络发展的3个阶段上海交通大学网络学院4为什么需要计算机网络？众多用户能够共享信息资源各计算机之间能够相互传递信息进行通讯分布式数据处理上海交通大学网络学院5计算机网络的概念是什么？计算机网络比较确切的定义：一个互联的、自主的计算机集合。互联：指用一定的通信线路将地理位置不同的、分散的多台计算机连接起来。自主：指网络中的每一台计算机都是平等的、独立的，它们之间没有明显的主次之分。所以：计算机网络技术包含通讯技术和计算机技术两方面的技术！上海交通大学网络学院6计算机网络发展的3个阶段第一阶段：以主机为中心只有一台主机，其余终端都不具备自主处理功能。第二阶段：多台主机互联的通信系统利用网络将分散各地的主机经通信线路连接起来，形成一个以众多主机组成的资源子网，用户共享资源子网内的所有软硬件资源。典型代表是美国国防部高级研究计划局协助开发的ARPANET。第三阶段：国际标准化的计算机网络各个网络具有统一的网络体系结构并遵循国际开放式标准，以实现“网与网相连，异型网相连”。国际标准化组织ISO在1981年颁布了“开放式系统互连参考模型(OSI/RM)”TCP/IP协议支持的全球互联网(Internet)当前正在研究以下一代互联网络(NGN)为中心的新一代网络上海交通大学网络学院7计算机连接网络后的优点共享资源提高可靠性分担负荷实现实时管理上海交通大学网络学院8今后计算机网络发展方向向开放式的网络结构体系发展向高性能发展向智能化的计算机网络发展上海交通大学网络学院96.2计算机网络的基本分类按照通信距离（覆盖范围）来进行划分：局域网（LAN）指一个局部区域内的、近距离的计算机组成的网城域网（MAN）规模主要局限在一个城市范围内的计算机网络广域网（WAN）指远距离的计算机互联组成的网络，服务区域不局限于一个地区，可大到全球范围上海交通大学网络学院10计算机网络的传输介质计算机网络的传输介质指网络中发送方与接受方之间的物理通路，一般有：双绞线同轴电缆光纤无线通讯上海交通大学网络学院11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，应用广泛双绞线最大传输率为1Mbps传输距离小于几百米同轴电缆：1km的电缆可达1G-2Gbps基带同轴电缆：传输距离几公里宽带同轴电缆：传输距离几百公里上海交通大学网络学院12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。最大传输率为几Gbps，传输距离可达几百公里多模光纤：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。光纤和光端设备上海交通大学网络学院13无线介质用于广域网的通信，包括：微波通信和卫星通信，微波是指频率高于30OMHZ的电磁波。地面微波通信卫星微波通信卫星通信上海交通大学网络学院146.3计算机网络的拓扑结构网络的拓扑结构是指：网络连线及工作点的分布形式，一般有如下结构：星型结构总线结构环形结构树形结构网状结构上海交通大学网络学院15星形拓扑总线形拓扑结构特点：结构简单，布线容易，铺设电缆短，成本低。对站点扩充和删除容易安全性低，若传输介质发生故障会导致网络瘫痪总线任务重，易产生瓶颈问题特点：通信协议简单对外围站点要求不高，外围站点故障不会影响全网，新增站点容易。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网络的拓扑结构上海交通大学网络学院16特点：传输速率高，传输距离远各节点的地位和作用相同各节点传输信息的时间固定容易实现分布式控制站点的故障会形起整个网络的崩溃增加新站点困难，容量有限环形拓扑结构特点：信息交换在上、下节点之间进行通信线路连接简单，网络管理软件也不复杂，维护方便资源共享能力差，可靠性低树形拓扑上海交通大学网络学院17网状型拓扑结构结点之间的连接是任意的，没有规律。网状拓扑的主要特点是系统可靠性高，但是结构复杂。Internet网络就是采用网状拓扑结构。上海交通大学网络学院186.4计算机网络协议网络协议目前常用的几个具体的网络协议上海交通大学网络学院19网络协议在通信过程中，双方对通信的各种约定。例如：信息传输顺序，信息格式和信息内容等的约定。上海交通大学网络学院20目前常用的几个具体网络协议ISO/OSI参考模型IEEE802网络协议TCP/IP协议上海交通大学网络学院21ISO/OSI参考模型由国际标准化组织制定总计由7层组成是确保双方通信的规程上海交通大学网络学院22双向箭头线表示概念上的通信线路空心箭头表示实际通信线路。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底层为上层提供服务上海交通大学网络学院23OSI参考模型各层功能物理层(PhysicalLayer)负责信号的物理传输，定义物理链路的机械、电气、功能和过程特性。数据仅作为原始的位流或电气电压处理，单位是比特。数据链路层(DataLinkLayer)：负责无差错的传送以帧为单位的数据。每一帧包括一定数量的数据和一些必要的控制信息。在传送数据时，如果接收点检测到所传数据中有差错，就要通知发方重发这一帧。网络层(NetworkLayer)选择合适的网间路由和交换结点，确保数据送到正确的目的地。网络层将数据链路层提供的帧组成数据包，包中封装有网络层包头，其中含有逻辑地址信息--源站点和目的站点的网络地址。上海交通大学网络学院24OSI参考模型各层功能传输层(TransportLayer)为两个端系统（源站和目的站）的会话层之间，提供建立、维护和取消传输连接的功能，负责可靠地传输数据。信息的传送单位是报文。会话层(SessionLayer)提供两个会话进程的通信，例如服务器验证用户登录就是由会话层完成的。表示层(PresentationLayer)解决用户信息的语法表示问题，提供格式化的表示和转换数据服务。例数据的压缩和解压缩，加密和解密等工作都由表示层负责。应用层(ApplicationLayer)提供应用进程之间的通信，以满足用户需要.上海交通大学网络学院25IEEE802网络协议局部网络的一种协议覆盖OSI模型的最低两层存在问题：传输介质多点访问控制问题多点同时访问引起的碰撞问题总线形以太网(Ethernet）采用IEEE802.3标准上海交通大学网络学院26TCP/IP协议Internet上所采用的协议采用TCP/IP协议，其中TCP和IP是两个重要的协议TCP/IP有四个层次结构具有五个方面的特点在其“应用层”有3个重要的服务软件上海交通大学网络学院27TCP和IP的介绍IP（网际互联协议）负责将消息从一个地方传送到另一个地方。不考虑传送的可靠性和数据的流量控制等安全因素。功能：管理Internet地址、路由选择功能、数据的分片和重组：TCP（传输控制协议）TCP协议：面向连接的、可靠的协议。提供了可靠的传输机制用于保证被传送信息的完整性。是信息在网上正确传输的重要保证。UDP协议(用户数据报协议)是不可靠的。在TCP/IP协议的传输层没有对发送端进行检测。上海交通大学网络学院28TCP/IP的四个层次结构OSI参考模型TCP/IP模型应用层应用层Telnet、SMTP、FTP、HTTP、DNS表示层会话层传输层传输层TCP、UDP协议网络层网际层IP协议数据链路层网络接口层（物理链路层）物理层上海交通大学网络学院29TCP/IP协议在其“应用层”的主要协议-提供基本服务HTTP(HypertextTransferProtocol，超文本传输协议)协议，用于传送方式数据。简单远程终端协议TELNET网际文件传送协议FTP简单的邮件传送协议SMTP：是Internet上传输E-mail的标准上海交通大学网络学院30TCP/IP协议的特点支持不同操作系统的网上工作站和主机支持异种机互联适用于各种类型的网络用很强的支持异种网互联能力能够支持网上运行的多种数据库管理系统，如ORACLE等上海交通大学网络学院316.5局域网基本概念局域网络的分类局域网络的特点局域网络的功能局域网络的基本组成上海交通大学网络学院32局域网络的分类局部区域网最常用的、最普通的网络，有总线、环形、星形结构上海交通大学网络学院33局域网络的特点分布距离短（0.1---25公里）传输速度快（0.1---100Mbps）低误码率（10-8---10-11）连接费用低上海交通大学网络学院34局域网络的功能个人计算机连成局域网可以共享资源和相互协同工作大型计算机连成局域网可以共享计算机机房中的贵重资源用于办公室自动化的局域网可以提高办公效率综合多媒体技术等……上海交通大学网络学院35局域网络的基本组成网络硬件网络软件上海交通大学网络学院36局域网络的硬件组成传输介质网络工作站网络服务器网卡网间连接器上海交通大学网络学院37局域网的传输介质双绞线同轴电缆（粗、细）光纤微波无线电波以上介质的不同在于支持不同的网络类型，在传输速率和距离方面也各不相同上海交通大学网络学院38局域网的网络工作站连接在网络上的、为用户操作提供工作平台的各种计算机。上海交通大学网络学院39局域网的网络服务器网络服务器的四个作用：运行网络操作系统，控制和协调各工作站之间的工作存储和管理网络中的共享资源为各工作站的应用程序服务对网络活动进行监督和控制，并进行相关的调整上海交通大学网络学院40局域网的网卡（网络适配器）将计算机连接进入局域网络，需要的一块网络接口板。网卡的作用用于计算机与各种网络设备的连接利用电路提供通讯协议的产生和检测网卡使用中注意：要与网络软件（协议）兼容插入主机扩展槽中有线介质上海交通大学网络学院41网络间的互连设备上海交通大学网络学院42中继器在物理层上实现信号放大和再生用于延长网络线路超过电缆所规定的长度上海交通大学网络学院43星型网络传输媒介的中间节点，集线器的基本功能是信息分发，它把一个端口接收的所有信号向所有端口分发出去，具有信号再生转发功能。以集线器为核心的网络无法限制冲突和广播集线器类型无源：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。有源：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。智能：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）上海交通大学网络学院44网桥在数据链路层上实现互连的设备,用于连接两个同类型（但不同网段）的局域网络.网桥能够读取目标地址信息，并决定是否向网络的其他段转发同一网段不转发不同网段网桥转发不同网段网桥转发上海交通大学网络学院45交换机交换机取代集线器和网桥(交换机是使用硬件来完成以往网桥