《计算机网络基础》PPT课件.ppt

2020/8/14,1,第7章 计算机网络基础,2020/8/14,第2页 共78页,计算机网络概述 计算机网络体系结构 局域网技术,内容摘要,2020/8/14,第3页 共78页,计算机网络的定义 计算机网络利用通信设备和传输介质，将分布在不同地理位置上的具有独立功能的计算机相互连接，在网络协议控制下进行数据通信，实现资源共享。,7.1 计算机网络慨述,7.1.1 计算机网络的定义,2020/8/14,第4页 共78页,计算机网络是计算机技术和通信技术相结合的产物。 主要连接对象是计算机和数据终端等。 网络设备有：交换机、路由器、服务器主机等。 传输介质有：双绞线、光纤、微波等。,7.1 计算机网络慨述,7.1.1 计算机网络的定义,2020/8/14,第5页 共78页,常用通信标准和协议有： RFC（请求注解）文档 IEEE（国际电子电气工程师协会）标准 ITU-T（国际电信联盟）建议等。,7.1 计算机网络慨述,7.1.1 计算机网络的定义,2020/8/14,第6页 共78页,计算机网络软件有： 网络操作系统（如Windows Server） 网络服务器软件（如IIS） 客户端软件（如IE、QQ等） 计算机网络的目的是资源共享和信息交流。,7.1 计算机网络慨述,7.1.1 计算机网络的定义,2020/8/14,第7页 共78页,硬件资源有： 网络存储、网络打印机、网络计算等。 软件资源有： 网页、软件、数据等。 信息交互方式有： 网页、邮件、论坛、即时通信、IP电话、视频点播等。,7.1 计算机网络慨述,7.1.1 计算机网络的定义,2020/8/14,第8页 共78页,计算机网络发展的四个阶段。 1面向终端的计算机通信网络(50年代) 将一台计算机经通信线路与若干台终端直接相连，计算机处于主控地位，承担着数据处理和通信控制的工作，而终端一般只具备输入输出功能，处于从属地位。,7.1.2 计算机网络的产生与发展,图7-1 面向终端的计算机通信网,2020/8/14,第9页 共78页,2分组交换网（60年代） 分组交换网是以网络为中心，主机和终端都处在网络的外围，构成用户资源子网。用户通过分组交换网可共享资源子网的许多硬件和各种丰富的软件资源。为了和用户资源子网对比，将分组交换网称为通信子网。,7.1.2 计算机网络的产生与发展,2020/8/14,第10页 共78页,3体系结构标准化的计算机网络（70年代） IBM公司的系统网络体系结构SNA DEC的分布式网络体系结构DNA ISO的网络体系结构OSI/RM（开放式系统互联参考模型）国际标准化网络体系结构。,7.1 计算机网络慨述,7.1.2 计算机网络的产生与发展,2020/8/14,第11页 共78页,4Internet时代 计算机网络发展的特点：高效、互联、高速、智能化应用。 1984年，美国国家科学基金会将教育科研网NSFNET、ARPANET、MILNET合并（运行TCP/IP） ，并命名为Internet。,7.1 计算机网络慨述,7.1.2 计算机网络的产生与发展,2020/8/14,第12页 共78页,1计算机网络系统的组成 资源通过通信实现共享。 从网络逻辑功能角度，可以将计算机网络分为资源子网和通信子网。,7.1.3 计算机网络系统的组成和功能,2020/8/14,第13页 共78页,计算机网络的基本组成可分为如下四个部分。 （1）计算机系统 （2）通信线路及通信设备 （3）网络协议 （4）网络软件,7.1 计算机网络慨述,7.1.3 计算机网络系统的组成和功能,2020/8/14,第14页 共78页,2计算机网络的功能 （1）资源共享 （2）信息交换 （3）分布式处理 计算机网络正在向高速化、多媒体化、多服务化等方向发展。,7.1 计算机网络慨述,7.1.3 计算机网络系统的组成和功能,2020/8/14,第15页 共78页,未来通信和网络的目标： 任何人（Who）； 在任何时候（When）； 在任何地方（Where）； 都可以与任何其他人（Whomever）； 传送任何信息（Whatever )。,7.1 计算机网络慨述,7.1.3 计算机网络系统的组成和功能,2020/8/14,第16页 共78页,1网络拓扑结构 把计算机、服务器、交换机、路由器等网络设备抽象为“点”，把网络中的传输电缆等通信介质抽象为“线”，这样就可以将一个复杂的计算机网络系统，抽象成为由点和线组成的几何图形，我们称这种图形为网络的拓扑结构。,7.1 计算机网络慨述,7.1.4 计算机网络的结构与分类,2020/8/14,第17页 共78页,7.1 计算机网络慨述,7.1.4 计算机网络的结构与分类,图7-4 网络拓扑结构图,2020/8/14,第18页 共78页,2网络的通信方式 （1）点对点通信方式 把各台计算机或网络设备以点对点方式连接起来，网络中的计算机或设备通过单独的链路进行数据传输，并且两个节点间可能会有多条单独的链路。 点对点通信方式主要用于城域网和广域网。,7.1 计算机网络慨述,7.1.4 计算机网络的结构与分类,2020/8/14,第19页 共78页,（2）广播式网络 网络上所有节点共享一个信道。数据按照网络协议规定进行分组发送，网络中所有节点都会接收到这些数据信号。各个节点一旦收到数据，就对这个数据进行检查，看是否发送给本节点，如果是则接收，否则就丢弃掉这个数据。 广播式网络主要用于局域网。,7.1 计算机网络慨述,7.1.4 计算机网络的结构与分类,2020/8/14,第20页 共78页,广播式网络有三种信号传输方式：单播、多播和组播。,7.1 计算机网络慨述,7.1.4 计算机网络的结构与分类,图7-5 广播通信方式中信号的三种传输方式,2020/8/14,第21页 共78页,广播式网络的优点： 在一个网段内，任何两个节点之间的通信，最多只需要“两跳”的距离。 广播式网络的缺点： 网络流量很大时，容易导致网络性能急剧下降。,7.1 计算机网络慨述,7.1.4 计算机网络的结构与分类,2020/8/14,第22页 共78页,3网络拓扑结构的类型 总线结构 星型结构 环型结构 树型结构 网状结构 蜂窝结构,7.1 计算机网络慨述,7.1.4 计算机网络的结构与分类,2020/8/14,第23页 共78页,7.1 计算机网络慨述,7.1.4 计算机网络的结构与分类,图7-6 网络基本拓扑结构图,2020/8/14,第24页 共78页,4计算机网络的分类 IEEE（国际电子电气工程师协会）根据算机网络地理范围的大小进行了网络划分，分为局域网、城域网和广域网。,7.1 计算机网络慨述,7.1.4 计算机网络的结构与分类,2020/8/14,第25页 共78页,7.1 计算机网络慨述,7.1.4 计算机网络的结构与分类,图7-8 IEEE定义的网络类型,2020/8/14,第26页 共78页,由路由器互联的大型网络,2020/8/14,第27页 共78页,1网络协议 计算机网络中用于规定信息的格式以及如何发送和接收信息的一套规则、标准或约定称为网络协议。 协议的三个要素：语法、语义和时序。 语法规定了进行网络通信时数据的传输和存储格式，以及通信中需要哪些控制信息，它解决“怎么讲”的问题。,7.2 计算机网络体系结构,7.2.1 计算机网络体系结构的基本概念,2020/8/14,第28页 共78页,语义规定了控制信息的具体内容，以及发送主机或接收主机所要完成的工作，它主要解决“讲什么”的问题。 时序规定计算机操作的执行顺序，以及通信过程中的速度匹配，主要解决“顺序和速度”问题。,7.2 计算机网络体系结构,7.2.1 计算机网络体系结构的基本概念,2020/8/14,第29页 共78页,2数据封装 数据打包的过程称为封装。 封装就是在用户数据前面加上网络协议规定头部和尾部。,7.2 计算机网络体系结构,7.2.1 计算机网络体系结构的基本概念,图7-10 数据的封装,2020/8/14,第30页 共78页,3网络协议的分层 协议分层是按照信息的流动过程，将网络的功能划分为多个不同的功能层。 每一层都向上一层提供一定的服务。 不同功能层之间的通信规范称为接口。,7.2 计算机网络体系结构,7.2.1 计算机网络体系结构的基本概念,2020/8/14,第31页 共78页,4分层原则 层次的数量不能过多或过少。 类似的功能放在同一层。 技术经常变化的地方可以适当增加层次。 用于信号控制的信息流量要尽量少。,7.2 计算机网络体系结构,7.2.1 计算机网络体系结构的基本概念,2020/8/14,第32页 共78页,5网络体系结构 计算机网络协议的分层分方法及其协议层与层之间接口的集合称为网络体系结构。 常见的计算机网络体系结构有： OSI/RM（开放系统互连参考模型） TCP/IP（传输控制协议/网际协议）,7.2 计算机网络体系结构,7.2.1 计算机网络体系结构的基本概念,2020/8/14,第33页 共78页,OSI/RM参考模型定义的网络通信七个功能层分别为物理层、数据链路层、网络层、传输层、会话层、表示层和应用层；并规定了每层功能以及不同层如何协调。,7.2 计算机网络体系结构,7.2.2 OSI/RM开放系统互连参考模型,2020/8/14,第34页 共78页,7.2 计算机网络体系结构,7.2.1 计算机网络体系结构的基本概念,图7-12 OSI/RM网络体系结构模型,2020/8/14,第35页 共78页,1物理层 物理层的任务是为数据链路层提供物理连接。 物理层包括了网络、传输介质、网络设备的物理接口，以及信号从一个设备传输到另一个设备的规则。 网络设备接口具有四个重要特性，即机械、电气、功能和过程特性。,7.2 计算机网络体系结构,7.2.2 OSI/RM开放系统互连参考模型,2020/8/14,第36页 共78页,2数据链路层 主要功能：保证两个相邻节点间数据以“帧”为单位的无差错传输。 帧是一组字符组成的信息块，它包括一定数量的数据和一些必要的控制信息。,7.2 计算机网络体系结构,7.2.2 OSI/RM开放系统互连参考模型,2020/8/14,第37页 共78页,3网络层 主要功能：为网络内任意两个设备间数据的交换提供服务，并进行路径选择和拥塞控制。 网络层传输的信息以报文分组或包为单位。,7.2 计算机网络体系结构,7.2.2 OSI/RM开放系统互连参考模型,2020/8/14,第38页 共78页,4传输层 传输层信息传送单位是报文。 具体工作是接收会话层送来的数据（报文），报文太长时，先把它分割成多个分组，再交给网络层，实现传输层数据的无差错传送。,7.2 计算机网络体系结构,7.2.2 OSI/RM开放系统互连参考模型,2020/8/14,第39页 共78页,5会话层 为不同系统中两个用户进程建立会话连接，并管理它们在该连接上的对话，使它们之间按顺序正确地完成数据交换。 6.表示层 主要提供交换数据的语法，目的是解决用户数据格式和数据表示的问题。,7.2 计算机网络体系结构,7.2.2 OSI/RM开放系统互连参考模型,2020/8/14,第40页 共78页,7应用层 负责两个应用进程之间的通信。 为网络用户之间的通信提供专用的应用程序，如电子邮件、文件传输、数据库存取等。,7.2 计算机网络体系结构,7.2.2 OSI/RM开放系统互连参考模型,2020/8/14,第41页 共78页,TCP/IP（传输控制协议和网际协议）是一个性能卓越、获得用户认可的协议。 TCP/IP由一系列协议组成，它是因特网协议的代名词。 TCP/IP协议的层次与OSI/RM/的对应层在功能上并不完全对应，但在概念上是相似的。,7.2 计算机网络体系结构,7.2.3 TCP/IP网络协议,2020/8/14,第42页 共78页,7.2 计算机网络体系结构,图7-14 TCP/IP协议层次模型,2020/8/14,第43页 共78页,1网络接口层 TCP/IP协议并没有定义网络接口层的具体内容，它直接采用IEEE 802定义的协议系列。 常用协议有：IEEE 802.3系列以太网（Ethernet）协议、PSTN（公用电话网）的相关协议等。,7.2 计算机网络体系结构,7.2.3 TCP/IP网络协议,2020/8/14,第44页 共78页,2网络层 网络层的IP协议提供的是一种不可靠的报文传送服务。 网络层中的ICMP协议保证不丢失数据段，并确保它们的顺序正确。,7.2 计算机网络体系结构,7.2.3 TCP/IP网络协议,2020/8/14,第45页 共78页,3传输层 TCP协议提供可靠传输服务，但传输性能较低。 UDP提供不可靠传输服务，但传输性能较高。 TCP协议负责报文的顺序重组，以及失败报文的重发。,7.2 计算机网络体系结构,7.2.3 TCP/IP网络协议,2020/8/14,第46页 共78页,UDP服务不用确认，不对报文排序，UDP报文可能会出现丢失、重复、失序等现象。,7.2 计算机网络体系结构,7.2.3 TCP/IP网络协议,2020/8/14,第47页 共78页,4应用层 应用层规定应用进程在通信时所遵循的协议。 常用的应用层协议有： DNS协议； HTTP协议主要用于网页传输； SMTP协议主要用于邮件传输； FTP协议主要用于网络文件下载等。,7.2 计算机网络体系结构,7.2.3 TCP/IP网络协议,2020/8/14,第48页 共78页,5下一代的因特网协议IP v6 IP v6的优点： IP v6将IP地址增大到了128位，地址空间是IP v4的296倍。 IP v6对IP数据报头部进行了简化，提高了数据传输效率。 IP v6的其他改进有安全性、优先级、支持移动通信等。,7.2 计算机网络体系结构,7.2.3 TCP/IP网络协议,2020/8/14,第49页 共78页,1局域网的组成 网络硬件用于实现局域网的物理连接。 网络软件用于控制并实现信息的传送和网络资源的分配与共享。 局域网硬件包括：网络服务器、网络工作站、网卡、交换机、路由器、防火墙、传输介质及介质连接部件、以及各种适配器等。,7.3局域网技术,7.3.1 局域网概述,2020/8/14,第50页 共78页,7.3局域网技术,7.3.1 局域网概述,图7-15 局域网组成,2020/8/14,第51页 共78页,网络软件包括网络系统软件和网络应用软件。 局域网软件有网络操作系统、服务器软件、网络应用软件、网络协议驱动程序等。 网络协议驱动程序一般都集成在操作系统内部，不需要单独安装。,7.3局域网技术,7.3.1 局域网概述,2020/8/14,第52页 共78页,2局域网的类型 早期局域网类型：Ethernet网、Token Ring网、FDDI网、ATM网等。 目前世界上90%以上的局域网都采用以太网技术，而其他局域网技术已经被市场淘汰。 局域网侧重于为企业内部提供信息共享服务。,7.3局域网技术,7.3.1 局域网概述,2020/8/14,第53页 共78页,3CSMA/CD协议的基本思想 CSMA/CD工作原理： 主机在发送数据前，先监听信道是否空闲； 若是，则发送数据，并继续监听； 一旦监听到冲突，立即停止发送，并在短时间内连续向信道发出一串阻塞信号强化冲突； 如果信道忙，则暂不发送，退避一个随机时间后再尝试。,7.3局域网技术,7.3.1 局域网概述,2020/8/14,第54页 共78页,7.3局域网技术,5.3.1 局域网概述,图7-16 CSMA/CD工作流程,2020/8/14,第55页 共78页,CSMA/CD协议可归结为四句话：发前先侦听，空闲即发送，边发边检测，冲突时退避。 IEEE根据CSMA/CD协议制定了IEEE 802.3系列以太网标准。,7.3局域网技术,7.3.1 局域网概述,2020/8/14,第56页 共78页,4IEEE 802系列网络标准 IEEE 802系列以太网标准主要内容如表5-1所示。,7.3局域网技术,7.3.1 局域网概述,2020/8/14,第57页 共78页,表7-1 常用IEEE 802系列标准,2020/8/14,第58页 共78页,1IEEE 802.3系列标准 以太网最大的优点在于它对已有的以太网兼容，使用户能在保留现有应用程序、操作系统、TCP/IP等协议及网络管理平台与工具的同时，可以对现有以太网进行平滑、无中断的升级。,7.3局域网技术,7.3.2 IEEE 802.3以太网,2020/8/14,第59页 共78页,7.3局域网技术,表7-2 常用的IEEE 802.3以太网标准,2020/8/14,第60页 共78页,1IEEE 802.3以太网参考模型,7.3局域网技术,7.3.2 IEEE 802.3以太网,2020/8/14,第61页 共78页,3MAC地址 以太网使用MAC地址进行主机定位。 IEEE 802.3规定了48位的MAC地址。 每个网卡上都有一个全球唯一的MAC地址，用以标识局域网内不同的计算机。 MAC地址固化在网卡或计算机中。,7.3局域网技术,7.3.2 IEEE 802.3以太网,2020/8/14,第62页 共78页,4以太网的特性 以太网命名方式,7.3局域网技术,7.3.2 IEEE 802.3以太网,2020/8/14,第63页 共78页,以太网有下列技术特性： 以太网采用基带传输技术。 以太网遵循IEEE 802.3系列标准。 以太网是一种共享型网络。 以太网拓扑结构主要是总线状和星状。 以太网支持不同的传输速率。 以太网帧长度为641514字节。,7.3局域网技术,7.3.2 IEEE 802.3以太网,2020/8/14,第64页 共78页,1网络适配器（NIC） 用于将用户计算机与网络相连，属于数据链路层（第2层）设备。 目前计算机主板上都集成了标准的以太网卡，不需要另外安装网卡。,7.3局域网技术,7.3.3 网络设备,2020/8/14,第65页 共78页,7.3局域网技术,图7-20 网络适配器（网卡）,7.3.3 网络设备,2020/8/14,第66页 共78页,2集线器 属于物理层（第1层）网络互联设备。 是一种多端口的中继器。 采用共享工作模式，性能低于交换机。 集线器正面临着淘汰。,7.3局域网技术,7.3.3 网络设备,2020/8/14,第67页 共78页,3交换机 属于数据链路层（第2层）互联设备。 一种多端口的网桥设备。,7.3局域网技术,7.3.3 网络设备,图7-21 交换机,2020/8/14,第68页 共78页,（1）交换机的定义 以太网交换机的每一个端口相当于一个网桥 每个交换机端口提供一个唯一的网段，一个独立的冲突域。 计算机网络主要采用以太网交换机。,7.3局域网技术,7.3.3 网络设备,2020/8/14,第69页 共78页,（2）交换机工作原理 交换机对数据包的转发建立在MAC物理地址基础之上。 （3）交换机主要技术参数 背板带宽：几Gbit/s到上百Gbit/s不等。 端口速率：10Mbit/s10Gbit/s。 包转发速率：数据包转发速率。,7.3局域网技术,7.3.3 网络设备,2020/8/14,第70页 共78页,4路由器 路由器一般是一台专用网络设备 也可以由“通用计算机+路由软件”构成。 路由器有CPU、内存、主板、操作系统等。,7.3局域网技术,7.3.3 网络设备,2020/8/14,第71页 共78页,7.3局域网技术,7.3.3 网络设备,图7-22 路由器,2020/8/14,第72页 共78页,（1）路由器定义 路由器工作第3层。 路由器通过转发数据包实现网络互连。 （2）路由器的功能 第一个主要功能是对不同网络之间的协议进行转换。 第二大功能是通过最佳路径选择，将数据包传输到目的主机。,7.3局域网技术,7.3.3 网络设备,2020/8/14,第73页 共78页,路由器的其他功能： 网络连接功能。 路由信息维护功能。 管理控制功能。 安全功能。,7.3局域网技术,7.3.3 网络设备,2020/8/14,第74页 共78页,（3）路由器性能指标 路由器吞吐量。 路由器丢包率。 路由器时延。 路由表容量。,7.3局域网技术,7.3.3 网络设备,2020/8/14,第75页 共78页,【本章结束】,