第1章计算机网络基础知识ppt课件

第1章计算机网络基础知识第1章计算机网络基础知识本课程的主要内容了解计算机网络的基本原理。了解网络的一些访问和操作方法。组建和配置计算机网络。组建和配置网络服务器。本课程在原理的基础上侧重于应用技术的学习。本课程的主要内容了解计算机网络的基本原理。1.1 什么是计算机网络将分布在不同地理位置的多台具有独立自主功能的计算机系统通过通信设备和通信线路连接起来，在计算机网络软件的支持下实现资源共享和数据通信的系统。网络1.1 什么是计算机网络将分布在不同地理位置的多台具有独立自1.2 计算机网络的组成计算机网络由网络硬件和网络软件组成。1、网络硬件主要指网络通信设备和通信线路，用于数据的存储和传输。集线器交换机三层交换机路由器防火墙服务器无线接入点1.2 计算机网络的组成计算机网络由网络硬件和网络软件组成。2、网络软件主要指进行网络管理、调度的软件以及具有网络通讯功能的软件。所有网络设备和使用网络的计算机中都有网络软件。协议：由一系列规则和标准组成，是网络通讯的基础。网络通信软件：实施具体的通讯过程。网络操作系统：指网络设备中安装的操作系统。网络管理软件：指管理员使用的管理和维护的软件。网络应用软件：指一般用户使用的具有通讯功能的软件。2、网络软件1.3 计算机网络的功能1、资源共享用户可共享网络中的软件、硬件和数据。2、数据通信传输各种数据。3、分布处理把一些大型任务分散给不同计算机共同完成，提高处理问题的效率。1.3 计算机网络的功能1、资源共享1.4 计算机网络的分类从不同角度、按照不同属性有多种分类方法。按照计算机网络作用范围可以把网络分为局域网（LAN）、城域网（MAN）和广域网（WAN）1.4 计算机网络的分类从不同角度、按照不同属性有多种分类局域网(LAN)应用对象：个人、家庭、学校、企业、政府部门等。连接距离：几米到几千米。用途：它是将特定范围的计算机进行互联，实现资源共享、电子办公等功能。主流技术：以太网(Ethernet)。局域网由个人或企事业用户建设、维护和管理，并可以通过某种接入技术接入到广域网中，利用广域网实现大范围的通信。局域网(LAN)应用对象：个人、家庭、学校、企业、政府部门等服务器核心交换机防火墙路由器汇聚层交换机接入层交换机Internet光纤网络中心某局域网场景：AP服务器核心交换机防火墙路由器汇聚层交换机接入层交换机Inte城域网(MAN)城域网的覆盖范围一般是一个城区或一个城市。技术上多使用局域网技术以及一些广域网技术。城域网多为专用网络，主要提供一些城市服务功能，如地图查询、交费等，它们往往独立使用，不与互联网相连接。城域网(MAN)城域网的覆盖范围一般是一个城区或一个城市。技广域网(WAN)广域网一般由国家或大型网络运营商(ISP)建造。覆盖范围可达一个省、一个国家甚至几个国家。个人和企业可以把自己的计算机或局域网连入广域网来使用广域网的资源和服务。WAN学校个 人企业FTTBADSLWLANPPPoE广域网(WAN)广域网一般由国家或大型网络运营商(ISP)建广域网的结构与局域网有很大的不同，使用的协议也不同于局域网。局域网局域网广域网广域网的结构与局域网有很大的不同，使用的协议也不同于局域网。1.5 数据交换技术数据在网络中传输时，需经过多个结点的转接，这个过程称为数据交换。数据交换技术有两种类型：1、电路交换：用于早期的电话系统，不用于计算机网络。2、存储转发交换：数据被包装为报文进入网络，网络设备根据报文信息把它转发到下一结点，直到到达目的地。报头数据报文报头中包含源地址、目的地址等信息。如果传输的数据量很大，系统会把它分割为多个报文进行传输。1.5 数据交换技术数据在网络中传输时，需经过多个结点的转接存储转发交换又可以分为两类：报文交换和分组交换。存储转发交换又可以分为两类：报文交换和分组交换。报文交换：发送方把报文送入网络的交换结点，交换结点先将报文存储起来，当信道空闲时再将它发往下一个结点。AB报文交换使用的通道不是专用的，两个用户每次通讯经过的通道可能是不同的，通道的选择由结点设备自动完成，不需人工干预。报文交换：AB报文交换使用的通道不是专用的，两个用户每次通讯报文交换的缺点：1、报文大小不一，对结点设备的存储压力大。2、传输大报文时会造成部分通道的拥堵。3、如果传输过程中出错需重发整个报文。报文交换的缺点：分组交换（包交换）：交换结点将收到的大报文再分割为多个大小相同的包，各个包可各自选择路径在网络中传输，到达网络出口时再重新装配成报文，传送给接收者。AB分组交换传输的是定长的分组，传输效率比不定长的报文高，信道利用率也高于报文交换，已成为主流的交换技术。分组交换（包交换）：AB分组交换传输的是定长的分组，传输效率1.6 网络体系结构计算机网络是一个庞大的工程体系，各部分相对独立却又紧密相关。为了简化各部分的关系，我们采用分层的方法建立网络的体系结构。每一层实现一些特定的功能，层与层之间用接口关联，同一层的相关方是通信方。用户软件硬件用户软件硬件逻辑通信实际通信1.6 网络体系结构计算机网络是一个庞大的工程体系，各部分相1.6.1 ISO/OSI参考模型OSI参考模型是国际标准化组织ISO提出的一个网络体系结构，该模型对于计算机网络的构建有着重要的指导意义。OSI参考模型把网络划分为7层：通讯时对等层间使用相同的协议进行逻辑上的通信。而数据则以垂直方式通过每一层，每通过一层都需要对数据进行封装/解封。应用层表示层会话层传输层网络层数据链路层物理层1.6.1 ISO/OSI参考模型OSI参考模型是国际标准化协议(Protocol)计算机网络中为进行数据交换而建立的规则、标准或约定的集合，称为网络协议。协议三要素：(1)语法(2)语义(3)同步在OSI参考模型中，对等层间通信时必须使用相同的协议。协议(Protocol)计算机网络中为进行数据交换而建立的规数据的封装和解封数据从上向下传递时，每经过一层都会为数据添加一组控制信息，称为封装。控制信息的格式由事先约定好的协议规定。数据数据控制信息当对等实体收到数据包时，会去掉控制信息取出其中包含的数据，这一过程称为解封。封装解封数据的封装和解封数据从上向下传递时，每经过一层都会为数据添加1.6.2 TCP/IP参考模型TCP/IP模型对OSI模型进行了简化，是计算机网络中使用最广泛的体系结构。TCP/IP模型：应用层传输层网际层网络接口层在这个模型下，每层都定义有具体的协议，所以这是一个与实际网络有对应关系的体系结构。1.6.2 TCP/IP参考模型TCP/IP模型对OSI模型TCP/IP协议族应用层传输层网际层网络接口层应用层传输层网际层网络接口层IPTCPUDPHTTPSMTPDNSRTP局域网协议广域网协议IP协议是这一族协议的核心，它起到统一数据封装格式以及隔离软件和硬件的作用。TCP/IP协议族应用层传输层网际层网络接口层应用层传输层网1.7 IP协议网络中的所有数据都必须按照IP协议规定的格式进行封装。报头数据报头中包含了数据的源地址、目的地址、数据长度等信息，是数据在网络中传输时必需的信息。当前使用的IP协议有IPv4和IPv6两个版本。IPv4是主流版本，但正在向IPv6过渡。IP数据报1.7 IP协议网络中的所有数据都必须按照IP协议规定的格式1.7.1 IP地址IP地址是分配给网络设备的标识符，在IPv4中可以用4个十进制数书写它们。如：I28.21.3.17每个数的范围是0255。在设备内部，IP地址是一个32位二进制数。我们可以把它分隔成4个部分，每部分转换成十进制值就是我们平时使用的IP地址：10000000 00010101 00000011 00010001 128 21 3 171.7.1 IP地址IP地址是分配给网络设备的标识符，在IPSwitchInternetRouter局域网外网200.1.1.1/255.255.255.0200.1.1.2/255.255.255.0200.1.1.26/255.255.255.0200.1.1.254/255.255.255.0网络中的计算机和一些网络设备需要配置合适的IP地址和子网掩码作为标识。160.15.2.50/255.255.0.0SwitchInternetRouter局域网外网200.1一个IP地址可分为网络地址和主机地址两部分，通过子网掩码可区分这两部分。网络地址主机地址111.11000.00IP地址子网掩码在一个网络内部，所有主机使用的IP地址必须满足：网络地址相同，主机地址不同，子网掩码相同。如：地址 200.1.1.1/255.255.255.0 中，网络地址是200.1.1.0，主机地址是0.0.0.1一个IP地址可分为网络地址和主机地址两部分，通过子网掩码可区IP地址的分配方法IP地址是由ICANN（因特网名字与号码指派公司）统一分配的。用户从那里可以申请到一个网络地址，主机地址由用户自行分配。实际上，只有一些大型网络公司和机构才能申请到IP地址，普通用户上网时所用的IP地址是从入网的网络公司那里获取的。原则上，Internet中的IP地址是不能重复的，用户只能使用合法的IP地址才能访问Internet。IP地址的分配方法IP地址是由ICANN（因特网名字与号码指分类的IP地址IP地址可分为A、B、C、D、E五类，其中可以在主机上使用的是A类、B类和C类。A类地址：第1个数取值为1127，子网掩码为255.0.0.0，第1个数为网络地址，后3个数为主机地址。如：7.151.20.9，60.24.2.231，120.1.15.8B类地址：第1个数取值为128191，子网掩码为255.255.0.0，前2个数为网络地址，后2个数为主机地址。如：130.7.1.16，171.45.6.123C类地址：第1个数取值为192223，子网掩码为255.255.255.0，前3个数为网络地址，最后1个数为主机地址。如：192.10.5.1，210.23.4.180分类的IP地址IP地址可分为A、B、C、D、E五类，其中可以IP地址的拆分通过修改子网掩码，可以把一个大地址块分割成多个小地址块使用。如：A类地址 60.0.0.0/255.0.0.0，如果把子网掩码改成255.255.0.0，则它就被分割为很多个B类网络，而B类网络也可以再分割成多个C类网络。注意：不能把一个小网络扩展为大网络。如200.1.1.0/255.255.255.0是C类网络，它不能扩展为B类或A类网络。IP地址的拆分通过修改子网掩码，可以把一个大地址块分割成多个IP地址的查看在计算机上可以使用命令：ipconfig查看本机的IP地址和子网掩码。查看详细信息可以带上参数：ipconfig/all一般用户的IP地址都是从网络服务商那里自动获取的。IP地址的查看在计算机上可以使用命令：有些IP地址已经被赋予的特定的含义，这种地址不能作为主机的IP地址使用。主机地址全为0的IP地址：用来表示该网络的网络地址。如：7.0.0.0，130.7.0.0，192.10.5.0主机地址全为1的IP地址：用来表示该网络中的广播。如：7.255.255.255，130.7.255.255，192.10.5.255所以，在每个网络中，第1个地址和最后1个地址都是不能使用的。此外，0.0.0.0，255.255.255.255，127.0.0.1等地址也是保留的IP地址。保留地址有些IP地址已经被赋予的特定的含义，这种地址不能作为主机的IInternet特别划分出来了3块地址，它们不会注册给任何组织。任何人不需要申请就可以使用它们组建网络。IP地址范围网络类型 网络个数10.0.0.010.255.255.255A1172.16.0.0172.31.255.255B16192.168.0.0192.168.255.255C256私有IP地址只能在局域网内部使用，当用它们访问外网时必须把它们翻译成公有地址。私有地址Internet特别划分出来了3块地址，它们不会注册给任何组个人用户可以从网络运营商那里自动获取IP地址，这种地址是一个公有地址，子网掩码通常是255.255.255.255。用户只需把IP地址设置为“自动获取”就行了。局域网用户通常使用私有地址，主机上的地址有时需要手工配置。连接外网时用NAT技术把私有地址转换为公有地址。IP地址的获取与使用个人用户可以从网络运营商那里自动获取IP地址，这种地址是一个SwitchInternetRouterPC1:.1PC2:.2PC3:.26.254192.168.1.0/24PC1：IP地址：192.168.1.1子网掩码：255.255.255.0默认网关：192.168.1.25460.85.112.18/28局域网内部使用私有IP地址，网络地址为192.168.1.0，子网掩码为255.255.255.0。外部地址为60.85.112.18，子网掩码为255.255.255.240。SwitchInternetRouterPC1:.1PC2配置IP地址：在“网上邻居”上单击右键，选择“属性”；在“本地连接”上单击右键，选择“属性”；选择“Internet协议(TCP/IP)”，单击“属性”。有时候，一台主机需要配置多个IP地址，这时可点击“高级”按钮进行配置。配置IP地址：1.8 扩展知识1.8.1 计算机网络的发展过程1、单计算机联机系统出现于20世纪50年代中后期。该系统由一台主机和若干终端组成。终端只是外部设备，它们共享主机的软硬件资源。1.8 扩展知识1.8.1 计算机网络的发展过程2、计算机-计算机联机系统出现于20世纪60年代后期。该系统把主机的通信任务分离出来，由通信控制处理机(CCP)完成，这样就产生了专用的通信设备(包括现在的交换机、路由器等)。最早投入运行的计算机网络是美国的ARPANET，是计算机网络发展的里程碑。2、计算机-计算机联机系统3、计算机网络体系结构的建立1984年国际标准化组织ISO颁布了计算机网络参考模型，用以解决不同设备生产厂家统一标准的问题。而ARPANET使用的TCP/IP协议得到了业界的广泛认同，成为事实上的业界标准。4、高速计算机网络技术的发展Internet深刻的改变了现代人的生活，使用网络已经成了现在人们生活习惯，网络和网络技术也以极快速度发展着。3、计算机网络体系结构的建立4、高速计算机网络技术的发展1.8.2 计算机网络技术的发展趋势1、3G与4G3G指第三代移动通信。1G：第一代模拟制式手机，只能进行语音通信。2G：第二代数字制式手机，增加了接收数据的功能，可以接收电子邮件或网页。3G：第三代移动通信技术，能同时传送语音及数据信息，可提供移动宽带多媒体业务。可以说，3G使手机成为真正的上网工具。4G：第四代移动通信技术，它使得无线网络迈入高速网络时代。1.8.2 计算机网络技术的发展趋势1、3G与4G2、云计算和虚拟机技术“云”是互联网的一种比喻性说法，它是一种通过网络构建的计算资源池，是分布式计算、并行计算、网络存储、虚拟化等计算机技术和网络技术相融合的产物。“云”由计算机群构成，它可为用户提供一个虚拟化平台，成为用户的大型数据中心。主要应用：1、云计算：解决个人计算机无法完成的计算任务。2、云存储：让云成为用户的网络磁盘，解决用户计算机存储容量不足的问题。3、云游戏2、云计算和虚拟机技术3、物联网物联网是指利用传感技术把物品互联起来，使人和物能够进行交互。物联网有着广泛的应用和发展前景，包括数字家庭、智能交通、政府服务、公共安全、物品监测、个人健康等方面。物联网与计算机网络、云计算技术的发展密切相关，它可以把物智能化，增加可控性，极大地改变我们的生活方式。3、物联网1.8.3 数据通信基本概念网络的基础是通信，任何数据包括声音、图像、视频等都需要转化为信号进行传输。1、信号有模拟信号和数字信号两种。计算机内部使用的都是数字信号，传统的电话、广播、电视使用的是模拟信号。在一定条件下模拟信号和数字信号可以互相转化。1.8.3 数据通信基本概念网络的基础是通信，任何数据包括声2、信号的传输和转换有的信道可直接传输数字信号，有的则需要进行转换。源目的调制解调器调制解调器模拟信道源目的电光转换器光电转换器光纤2、信号的传输和转换源目的调制解调器调制解调器模拟信道源目的3、数据通信的主要技术指标1、码元和比特是通信时使用的常用单位。2、数据传输率描述网络数据传输的速度，单位是位/秒（b/s或bps）3、带宽原指物理信道的频带宽度，单位为赫兹（Hz）现在通常理解为网络的速度，即数据传输率，单位为bps。4、信道容量指信道传输能力的极限，即信道上的最大数据传输率。3、数据通信的主要技术指标1.8.5 数据通信方式1、并行通信和串行通信并行通信是在两个设备间同时传输多位数据。并行通信传输速度快，但需要多条数据线，主要用于设备内部和距离很近的设备之间。串行通信仅使用一条数据线，数据逐位传送。串行通信传输速度不如并行通信，但适合远距离传输，是网络中应用最多的通信方式。1.8.5 数据通信方式1、并行通信和串行通信2、异步传输和同步传输异步传输时发送方和接收方不需事先进行约定，数据以字节为单位发送，每个字节均需要添加标识。异步传输实现简单，但传输效率低，现已很少使用。同步传输时通信双方用时钟进行同步，数据以帧为单位传输，大大提高了数据传输效率，是网络中主要的传输方式。2、异步传输和同步传输3、单工通信和双工通信(1)单工通信：通信时只能发送或只能接收。如广播、电视等。(2)半双工通信：通信时可以发送也可以接收，但发送和接收不能同时进行。(3)全双工通信：发送和接收可同时进行。当前网络中半双工通信使用最多，有些设备也支持全双工通信。3、单工通信和双工通信4、基带传输、频带传输和宽带传输(1)基带传输：通信时直接传输数字信号，传输速度快但传输距离受限制。主要用于局域网。(2)频带传输：通信时传输的是模拟信号，传输距离远，传输数字信号时需进行调制解调。主要见于早期的窄带网络。(3)宽带传输：信道被分割为多个子信道，这样可以用一个信道传输多路信号。主要用于广域网接入技术。4、基带传输、频带传输和宽带传输1.8.6 信道复用技术多路复用是指在一条信道上传输多路数据，且互不干扰。它可以提高信道的利用率。1、频分多路复用技术把不同源的信号调制在不同的频道上，这样用一条线路就可以同时传输多个用户的信号。到达接收端时，再根据频率把信号分离出来。2、波分多路复用技术是指在一条光纤上传输多个波长的光信号，这样就可以让光纤同时传输多路信号。1.8.6 信道复用技术多路复用是指在一条信道上传输多路数据3、时分多路复用技术在一条信道上分时传输不同用户的信号，这样从感觉上好像是在一条信道上同时传输了多个用户的信号。时分多路复用又称为时间片轮转法。4、码分多路复用技术是一种用不同的编码来区分信号的方法，用户接收到混合信号后，根据编码检出需要的信号。码分多路复用主要用于无线通信网络。3、时分多路复用技术1.8.7 差错控制技术信号在传输过程中可能会由于噪声干扰造成数据出错。差错控制技术包括差错的检测和差错的处理。1、差错控制编码在传输的数据中需附加差错控制编码，数据每到一个转发结点都会进行差错检测，没有错误才会发往下一个结点，否则需进行差错处理。帧头数据校验码校验码就是差错控制编码。1.8.7 差错控制技术信号在传输过程中可能会由于噪声干扰造差错控制编码有检错码和纠错码两种。(1)检错码能发现传输的数据是否发生了错误，但不能改正错误。常用的检错码是奇偶校验码，它能发现大部分传输中产生的错误，而且附加的信息短，检测速度快。(2)纠错码能发现传输中发生的错误并能纠正错误。常用的纠错码是循环冗余校验码，它的检错能力强，缺点是附加的信息较长，加重了传输的负担。差错控制编码有检错码和纠错码两种。2、差错控制方法当转发结点收到数据后，如果测试正确就转发数据，并向源发送一个确认信号；如果发现数据出错，并且不能纠错就会丢弃该数据，并向源发送一个重发请求。(1)停-等式源每发送一帧就停下来等待，如果收到确认信号就发送下一帧，如果收到重发信号，就重发前一帧。(2)连续式源边发送帧边等待确认信号，如果收到重发信号就重发出错的帧，或者回退若干帧重新发送。2、差错控制方法