第1章计算机网络基础课件

第第1章章计算机网络基础计算机网络基础本章主要内容：本章主要内容：什么是计算机网络什么是计算机网络 网络的分类网络的分类 网络拓扑结构网络拓扑结构 OSIOSI七层协议模型七层协议模型 TCP/IPTCP/IP协议模型协议模型 数据通信技术数据通信技术 IPIP地址地址 7/12/20241第第1章章计算机网络基础计算机网络基础1.1什么是计算机网络什么是计算机网络1.1.1计算机网络的定义计算机网络的定义为了实现计算机之间的为了实现计算机之间的通信交往、资源共享和协通信交往、资源共享和协同工作同工作，利用，利用传输介质传输介质、网络通信设备网络通信设备，将地理位置，将地理位置分散的、在功能上独立的一组分散的、在功能上独立的一组计算机计算机，按照某种，按照某种结构结构联系起来，并通过联系起来，并通过网络操作系统网络操作系统和网络通信和网络通信协议协议对这对这组互联的计算机进行管理，这就是计算机网络。组互联的计算机进行管理，这就是计算机网络。7/12/20242第第1章章计算机网络基础计算机网络基础1.1.2计算机网络的功能计算机网络的功能资源共享；资源共享；交互通信；交互通信；协同工作。协同工作。1.1.3计算机网络的组成要素计算机网络的组成要素硬件组件硬件组件:节点类、传输介质类、中间设备节点类、传输介质类、中间设备软件组件：软件组件：网络操作系统、通信协议、应用软件网络操作系统、通信协议、应用软件计算机网络计算机网络7/12/20243第第1章章计算机网络基础计算机网络基础1.2网络的分类网络的分类按通信方式分：交换网和广播网按通信方式分：交换网和广播网从网络的使用者分：公众网和专用网从网络的使用者分：公众网和专用网按传输介质分：有线网和无线网按传输介质分：有线网和无线网按服务方式分：客户机按服务方式分：客户机/服务器网络和对等网络服务器网络和对等网络从网络的作用范围来分：接入网、局域网、城域网和广域网从网络的作用范围来分：接入网、局域网、城域网和广域网对分组交换网，又分为：通信子网、资源子网对分组交换网，又分为：通信子网、资源子网7/12/20244第第1章章计算机网络基础计算机网络基础1.3网络拓扑结构网络拓扑结构网络拓扑结构是指用传输媒体互连各种网络设备的网络拓扑结构是指用传输媒体互连各种网络设备的物理布局。网络拓扑图给出了网络中各节点相互间的连物理布局。网络拓扑图给出了网络中各节点相互间的连接图。接图。1.3.1总线型拓扑结构总线型拓扑结构总线型拓扑结构采用单根数据传输线作为通信介总线型拓扑结构采用单根数据传输线作为通信介质（称为总线），所有的节点都通过相应的硬件接口质（称为总线），所有的节点都通过相应的硬件接口直接连接到通信介质上，而且能被所有其他的节点接直接连接到通信介质上，而且能被所有其他的节点接受。如下图所示为总线型拓扑结构示意图受。如下图所示为总线型拓扑结构示意图7/12/20245第第1章章计算机网络基础计算机网络基础1.3.2星型拓扑结构星型拓扑结构星型拓扑结构有一个中心节点，各节点通过点星型拓扑结构有一个中心节点，各节点通过点到点链路连接到中心节点。到点链路连接到中心节点。7/12/20246第第1章章计算机网络基础计算机网络基础1.3.3环型拓扑结构环型拓扑结构环型结构一般使用电缆和光纤连接环路上的各节点，环型结构一般使用电缆和光纤连接环路上的各节点，它所有的节点上通过环路接口分别连接到它相邻的两它所有的节点上通过环路接口分别连接到它相邻的两个节点上，从而形成的一种首尾相接的闭环通信网络。个节点上，从而形成的一种首尾相接的闭环通信网络。7/12/20247第第1章章计算机网络基础计算机网络基础1.3.4树型拓扑结构树型拓扑结构树型拓扑结构实际上是星型拓扑结构的发展和树型拓扑结构实际上是星型拓扑结构的发展和扩充。将多级星型网络按层次方式进行排列即形成扩充。将多级星型网络按层次方式进行排列即形成树型网络。下图为树型拓扑结构网络示意图。树型网络。下图为树型拓扑结构网络示意图。7/12/20248第第1章章计算机网络基础计算机网络基础1.3.5复合型拓扑结构复合型拓扑结构复合型拓扑结构是指以上介绍的拓扑结构复复合型拓扑结构是指以上介绍的拓扑结构复合后形成的一种拓扑结构。建立复合型网络有利于合后形成的一种拓扑结构。建立复合型网络有利于发挥各种网络拓扑结构的优点，克服某一种拓扑结发挥各种网络拓扑结构的优点，克服某一种拓扑结构的局限性。构的局限性。总线与星型相结合的复总线与星型相结合的复(混混)合型拓扑结构合型拓扑结构环型与星型相结合环型与星型相结合7/12/20249第第1章章计算机网络基础计算机网络基础1.4OSI参考模型参考模型1.4.1什么是什么是OSIOSI是一个协议，将网络通信按功能分为是一个协议，将网络通信按功能分为7个层次，共分为两个组。上面个层次，共分为两个组。上面3层定义了中断系统层定义了中断系统中的应用程序间彼此通信，以及如何与用户通信等中的应用程序间彼此通信，以及如何与用户通信等相关的数据处理，下面相关的数据处理，下面4层定义了怎样进行端到端层定义了怎样进行端到端的数据传输。的数据传输。OSI还定义了各层的功能以及层与层还定义了各层的功能以及层与层之间的关系，相同层次的两端如何通信等。之间的关系，相同层次的两端如何通信等。OSI七七层协议模型如下图所示。层协议模型如下图所示。7/12/202410第第1章章计算机网络基础计算机网络基础OSI七层协议模型七层协议模型应应用用组组传传输输组组7/12/202411第第1章章计算机网络基础计算机网络基础应用层应用层(7)是是OSI模型的最高层，是应用进模型的最高层，是应用进程访问网络服务的窗口。这一层直接为网络用户程访问网络服务的窗口。这一层直接为网络用户或应用程序提供各种各样的网络服务，它是计算或应用程序提供各种各样的网络服务，它是计算机网络与最终用户间的界面。机网络与最终用户间的界面。表示层表示层(6)提供的服务包括数据语法的转换、提供的服务包括数据语法的转换、数据的传送、翻译数据格式、数据压缩、数据加数据的传送、翻译数据格式、数据压缩、数据加密等，为高层用户提供统一的数据和信息的语法密等，为高层用户提供统一的数据和信息的语法表示形式。表示形式。会话层会话层(5)是网络对话控制器，在应用程序是网络对话控制器，在应用程序间建立、管理、终止会话。它建立、维护、同间建立、管理、终止会话。它建立、维护、同步通信设备之间的交互操作，保证每次会话都步通信设备之间的交互操作，保证每次会话都正常关闭而不会突然断开。正常关闭而不会突然断开。7/12/202412第第1章章计算机网络基础计算机网络基础传输层传输层(4)为高层用户提供端到端的可靠传输；进为高层用户提供端到端的可靠传输；进行端到端的差错控制，负责错误的检查与修复以确保行端到端的差错控制，负责错误的检查与修复以确保传送的质量；进行流量控制和拥塞控制；在发送端将传送的质量；进行流量控制和拥塞控制；在发送端将较长的数据分割成较小的单位（信息分段）后再传送，较长的数据分割成较小的单位（信息分段）后再传送，在接收端排序组装后恢复原信息。在接收端排序组装后恢复原信息。网络层网络层(3)主要用于解释网络层地址，并把数据主要用于解释网络层地址，并把数据引导给目标网络引导给目标网络上，即根据网络地址在源和目标之上，即根据网络地址在源和目标之间建立网络连接、路由切换、交通堵塞的疏导与控间建立网络连接、路由切换、交通堵塞的疏导与控制等。制等。7/12/202413第第1章章计算机网络基础计算机网络基础数据链路层数据链路层(2)从网络层接收数据，并加上有意从网络层接收数据，并加上有意义的比特位形成头和尾部（用来携带地址和其他控制义的比特位形成头和尾部（用来携带地址和其他控制信息）。这些附加信息的数据单元称为帧。数据链路信息）。这些附加信息的数据单元称为帧。数据链路层负责将数据帧无差错地从一个站点送达下一个相邻层负责将数据帧无差错地从一个站点送达下一个相邻站点，即通过一些数据链路层协议完成在不太可靠的站点，即通过一些数据链路层协议完成在不太可靠的物理链路上实现可靠的数据传输。物理链路上实现可靠的数据传输。物理层物理层是是OSI的最低层，是整个开放系统的基的最低层，是整个开放系统的基础。它建立在物理通信介质的基础上，作为系统和通础。它建立在物理通信介质的基础上，作为系统和通信介质的接口，为设备之间的数据通信提供传输媒体信介质的接口，为设备之间的数据通信提供传输媒体及互连装置，为实现数据链路实体间透明的比特及互连装置，为实现数据链路实体间透明的比特（bit）流传输提供可靠的环境。）流传输提供可靠的环境。7/12/202414第第1章章计算机网络基础计算机网络基础1.4.2OSI的数据传输过程的数据传输过程(1)当应用进程当应用进程A的数据传送到应用层时，应用层为数据加上本层控制报的数据传送到应用层时，应用层为数据加上本层控制报头后，组织成应用层的数据服务单元，然后再传输到表示层。头后，组织成应用层的数据服务单元，然后再传输到表示层。(2)表示层接收到这个数据单元后，加上本层的控制报头，组成表示层的表示层接收到这个数据单元后，加上本层的控制报头，组成表示层的数据服务单元，再传送到会话层。依此类推，数据传送到传输层。数据服务单元，再传送到会话层。依此类推，数据传送到传输层。(3)传输层接收到这个数据单元后，加上本层的控制报头，就构成了传输传输层接收到这个数据单元后，加上本层的控制报头，就构成了传输层的数据服务单元，它被称为报文（层的数据服务单元，它被称为报文（message）。）。(4)传输层的报文传送到网络层时，由于网络层数据单元的长度有限制，传输层的报文传送到网络层时，由于网络层数据单元的长度有限制，传输层报文将被分成多个较短的数据字段，加上网络层的控制报头，就传输层报文将被分成多个较短的数据字段，加上网络层的控制报头，就构成网络层的数据服务单元，它被称为分组（构成网络层的数据服务单元，它被称为分组（packet）。）。(5)网络层的分组传送到数据链路层时，加上数据链路层的控制信息，网络层的分组传送到数据链路层时，加上数据链路层的控制信息，就构成了网络层的数据服务单元，它被称为帧（就构成了网络层的数据服务单元，它被称为帧（frame）。）。(6)数据链路层的帧传送到物理层后，物理层将以比特流的方式通过传输数据链路层的帧传送到物理层后，物理层将以比特流的方式通过传输介质传输出去。当比特流到达目的结点计算机介质传输出去。当比特流到达目的结点计算机B时，再从物理层依层上传，时，再从物理层依层上传，每层对各层的控制报表进行处理，将用户数据上交高层，最终将进程每层对各层的控制报表进行处理，将用户数据上交高层，最终将进程A的的数据送给计算机数据送给计算机B的进程的进程B。7/12/202415第第1章章计算机网络基础计算机网络基础1.4.3对对OSI参考模型的评价参考模型的评价OSI参考模型与协议的设计者从工作的开始，就试图建立一个参考模型与协议的设计者从工作的开始，就试图建立一个完美的理想状态。在完美的理想状态。在20世纪世纪80年代几乎所有专家都认为年代几乎所有专家都认为OSI参考模参考模型与协议将风靡世界，但事实却与人们预想的相反型与协议将风靡世界，但事实却与人们预想的相反。造成造成OSI协议不能流行的原因之一是模型与协议自身的缺陷，协议不能流行的原因之一是模型与协议自身的缺陷，会话层在大多数应用中很少用到，表示层几乎是空的。会话层在大多数应用中很少用到，表示层几乎是空的。OSI参考参考模型对模型对“服务服务”与与“协议协议”的定义结合起来，使得参考模型变得格的定义结合起来，使得参考模型变得格外复杂，将它实现起来是困难的。同时，寻址、流控与差错控制外复杂，将它实现起来是困难的。同时，寻址、流控与差错控制在每一层里都重复出现，必然要降低系统效率。在每一层里都重复出现，必然要降低系统效率。总之，总之，OSI参考模型与协议缺乏市场与商业动力，结构复杂，参考模型与协议缺乏市场与商业动力，结构复杂，实现周期长，运行效率低，这是它没有能够达到预想的重要原实现周期长，运行效率低，这是它没有能够达到预想的重要原因。因。人们普遍希望网络标准化，但人们普遍希望网络标准化，但OSI迟迟没有成熟的产品推出，迟迟没有成熟的产品推出，妨碍了第三方厂家开发相应的硬件和软件，从而影响了妨碍了第三方厂家开发相应的硬件和软件，从而影响了OSI研研究成果的影响力与它的发展。究成果的影响力与它的发展。7/12/202416第第1章章计算机网络基础计算机网络基础1.5TCP/IP参考模型参考模型1.5.1什么是什么是TCP/IP协议协议TCP/IP协议，是一个协议族，是一组不同层次上协议，是一个协议族，是一组不同层次上的多个协议的集合，它能实现不同机器、不同网络之的多个协议的集合，它能实现不同机器、不同网络之间的互联。间的互联。7/12/202417第第1章章计算机网络基础计算机网络基础1.5.2TCP/IP协议的参考模型协议的参考模型 通常通常TCP/IP是一个分为四层的协议系统，图下图是一个分为四层的协议系统，图下图显示了显示了TCP/IP分层模型中的四个层次、与分层模型中的四个层次、与OSI七个层七个层次之间的对应关系、以及每一层中主要的协议。次之间的对应关系、以及每一层中主要的协议。7/12/202418第第1章章计算机网络基础计算机网络基础每一层的功能：每一层的功能：主机到网络层，负责接收从网际层送来的主机到网络层，负责接收从网际层送来的IP数据报，数据报，并将并将IP数据报通过底层物理网络中传输介质上发送出数据报通过底层物理网络中传输介质上发送出去，或者从底层物理网络上接收物理信号转换成数据去，或者从底层物理网络上接收物理信号转换成数据帧，并抽出其帧，并抽出其IP数据报，交给网际层。数据报，交给网际层。网际层，处理分组（数据包）在网络中的活动，例如网际层，处理分组（数据包）在网络中的活动，例如分组的选路等。分组的选路等。传输层主要为两台主机上的应用程序提供端到端的通传输层主要为两台主机上的应用程序提供端到端的通信。信。应用层负责处理相关的应用程序细节。应用层负责处理相关的应用程序细节。7/12/202419第第1章章计算机网络基础计算机网络基础1.5.3评价评价自从自从TCP/IP协议在协议在20世纪世纪70年代诞生以来已经经历了年代诞生以来已经经历了20多年的多年的实践检验，其成功已经赢得了大量的用户和投资。实践检验，其成功已经赢得了大量的用户和投资。TCP/IP协议协议的成功促进了的成功促进了Internet的发展，的发展，Internet的发展又进一步扩大了的发展又进一步扩大了TCP/IP协议的影响。协议的影响。TCP/IP首先在学术界争取了一大批用户，首先在学术界争取了一大批用户，同时也越来越受到计同时也越来越受到计算机产业界的青睐。算机产业界的青睐。IBM、DEC等大公司等大公司纷纷宣布支持纷纷宣布支持TCP/IP协议局域网操作系统协议局域网操作系统NetWare、LANManager争相将争相将TCP/IP纳入自纳入自己的体系结构，数据库己的体系结构，数据库Oracle支持支持TCP/IP协议，协议，UNIX、POSIX操作系统也一如既往操作系统也一如既往地支持地支持TCP/IP协议。协议。7/12/202420第第1章章计算机网络基础计算机网络基础1.6数据通信中的基本概念数据通信中的基本概念数据传输速率数据传输速率:比特率是每秒种传输二进制信息的位数，单位为比特率是每秒种传输二进制信息的位数，单位为“位位/秒秒”，通常记，通常记作作bit/s。主要单位：。主要单位：Kbit/s，Mbit/s，Gbit/s是指单位时间内传输的信息量，可用是指单位时间内传输的信息量，可用“比特率比特率”来表示。来表示。数据传输带宽数据传输带宽:是指每秒传输的最大字节数，也就是一个信道的最大数是指每秒传输的最大字节数，也就是一个信道的最大数据传输速率，单位也为据传输速率，单位也为“位位/秒秒”（bit/s）。）。区别区别带宽表示信道的最大数据传输速率，是信道传输数带宽表示信道的最大数据传输速率，是信道传输数据能力的极限，而前者是实际的数据传输速率。像据能力的极限，而前者是实际的数据传输速率。像公路上的最大限速与汽车实际速度的关系一样。公路上的最大限速与汽车实际速度的关系一样。宽带宽带是针对窄带而言的，目前一般将是针对窄带而言的，目前一般将带宽带宽大于大于1Mbit/s的称为宽带，小的称为宽带，小于于1Mbit/s的称为窄带。通常我们普通电话拨号的速率最高为的称为窄带。通常我们普通电话拨号的速率最高为56kbit/s，ISDN的速率最高为的速率最高为128kbit/s，宽带的速率数十倍乃至，宽带的速率数十倍乃至数百倍于窄带的速率。数百倍于窄带的速率。(综合服务数字网综合服务数字网)7/12/202421第第1章章计算机网络基础计算机网络基础7/12/202422第第1章章计算机网络基础计算机网络基础1.7IP地址地址1.7.1IP地址的概念地址的概念在在TCP/IP网络上，每个主机都有唯一的地网络上，每个主机都有唯一的地址，它是通过址，它是通过IP来实现的。来实现的。IP要求主机每次与要求主机每次与IP网络连接时，必须为这次连接分配一个唯一的地网络连接时，必须为这次连接分配一个唯一的地址，此地址就是所谓的址，此地址就是所谓的IP地址。地址。IP地址有地址有32位二进制数组成，在实际应用位二进制数组成，在实际应用中，将这中，将这32位二进制数分成位二进制数分成4段，每段包含段，每段包含8位二位二进制数。进制数。为了便于应用，将每段都转换为十进制数，为了便于应用，将每段都转换为十进制数，段与段之间用段与段之间用“.”号隔开，如号隔开，如192.168.0.1等。这种等。这种表示表示IP地址的方法称为地址的方法称为“点分十进制点分十进制”表示法。表示法。7/12/202423第第1章章计算机网络基础计算机网络基础1.7.2IP地址的组成形式地址的组成形式IP地址地址=网络地址网络地址(网络号网络号)+主机地址主机地址(主机号主机号)用来区分用来区分Internet上互联的上互联的各个网络各个网络用来区分同一网络上的不同用来区分同一网络上的不同计算机计算机(即主机即主机)举例：举例：7/12/202424第第1章章计算机网络基础计算机网络基础街道地址：北大街街道地址：北大街住户的门牌号：如住户的门牌号：如1号、号、2号等号等住户的地址：街道地址住户的地址：街道地址+XX号，号，如北大街如北大街1号、北大街号、北大街2号等号等网络地址网络地址主机地址主机地址 IP地址地址 192.168.100.00.0.0.1网络地址网络地址+主机地址主机地址=192.168.100.17/12/202425第第1章章计算机网络基础计算机网络基础1.7.3IP地址的分类地址的分类7/12/202426第第1章章计算机网络基础计算机网络基础A类：类：由于每个网络支持的主机数量非常大，因此只由于每个网络支持的主机数量非常大，因此只有大型网络才需要有大型网络才需要A类地址。由于类地址。由于Internet网络的历网络的历史原因，史原因，A类地址早已被分配完了。类地址早已被分配完了。B类：类：由于每个网络支持的主机数量较大，所以适用由于每个网络支持的主机数量较大，所以适用于小型网络，通常将此类地址分配给规模较大的单位。于小型网络，通常将此类地址分配给规模较大的单位。由于剩余的由于剩余的B类地址数量已经很少，因此，类地址数量已经很少，因此，B类地址类地址的申请变得越来越困难。的申请变得越来越困难。C类：类：由于每个网络支持的主机数量较小，所以适用由于每个网络支持的主机数量较小，所以适用于小型网络。于小型网络。7/12/202427第第1章章计算机网络基础计算机网络基础1.7.3一些特殊类型的一些特殊类型的IP地址和私有地址和私有IP地址地址特殊类型的特殊类型的IP地址地址1、网络网络寻址规则寻址规则：网络地址必须唯一网络地址必须唯一；网络标识不能以数字网络标识不能以数字127开头。开头。127.0.0.1到到127.255.255.254为本地环回，也称测试地址，用于网络软件测试以及本地主机为本地环回，也称测试地址，用于网络软件测试以及本地主机进程间的通信，无论什么程序，一旦使用回送地址发送数据，进程间的通信，无论什么程序，一旦使用回送地址发送数据，协议软件立即返回，不进行任何网络传输；协议软件立即返回，不进行任何网络传输；网络标识的第一个字节不能为网络标识的第一个字节不能为255。第一个字节为。第一个字节为255作为广作为广播地址，如播地址，如255.1.1.1；网络标识的第一个字节不能为网络标识的第一个字节不能为“0”，“0”表示该地址是本地网表示该地址是本地网络，不能作为网络号进行传送，如络，不能作为网络号进行传送，如0.12.16.1非法。非法。7/12/202428第第1章章计算机网络基础计算机网络基础2、主机主机寻址规则寻址规则：主机标识在同一网络内必须是唯一的主机标识在同一网络内必须是唯一的；255.255.255.255为广播地址，是当前子网的广播地址，叫做为广播地址，是当前子网的广播地址，叫做有限广播地址；有限广播地址；主机号全为主机号全为1：代表向本网络的所有主机进行广播，是直接广：代表向本网络的所有主机进行广播，是直接广播地址；播地址；(主机号不能全为主机号不能全为1)主机号全为主机号全为0：代表本地网络，而不对应本地网络中的任一主：代表本地网络，而不对应本地网络中的任一主机，如：机，如：202.12.16.0。(主机号不能全为主机号不能全为0)7/12/202429第第1章章计算机网络基础计算机网络基础私有私有IP地址地址7/12/202430第第1章章计算机网络基础计算机网络基础7/12/202431第第1章章计算机网络基础计算机网络基础7/12/202432第第1章章计算机网络基础计算机网络基础7/12/202433p经常不断地学习,你就什么都知道。你知道得越多,你就越有力量pStudyConstantly,AndYouWillKnowEverything.TheMoreYouKnow,TheMorePowerfulYouWillBe写在最后感谢聆听不足之处请大家批评指导Please Criticize And Guide The Shortcomings结束语讲师：XXXXXX XX年XX月XX日