计算机导论第七章-计算机网络基础知识课件

,单击此处编辑母版标题样式,*,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,第七章 计算机网络基础知识,计算机,网络的基本概念,计算机,网络的产生与发展,计算机,网络的功能,计算机网络的分类和拓扑结构,本章学习要点：,计算机网络体系结构与协议,局域网基础知识,Internet,基础知识,第七章 计算机网络基础知识 计算机网络的基本概念,7.1,计算机网络的产生与发展,计算机网络的发展大体上可以分为四个时期。在这期间，计算机技术和通信技术紧密结合，相互促进，共同发展，最终产生了今天的,Internet。,1.面向终端的通信网络阶段,诞生于20世纪50年代。由一台中央主机通过通信线路连接大量的地理上分散的终端，构成面向终端的通信网络，也称为远程联机系统。这是计算机网络的雏形，如图,7-1,所示。,图,7-1,远程联机系统,7.1 计算机网络的产生与发展 计算机网络的发展大,2.计算机网络阶段,远程联机系统最突出的特点是：终端无独立的处理能力，单向共享主机的资源(硬件、软件)，所以称为面向终端的计算机网络。这种网络结构属集中控制方式，可靠性低。,随着计算机应用的发展以及计算机的普及和价格的降低，20世纪60年代中期，出现了多台计算机通过通信系统互连的系统，开创了“计算机计算机”通信时代，这样分布在不同地点且具有独立功能的计算机就可以通过通信线路，彼此之间交换数据、传递信息。如图,7-2,所示：,图,7-2,计算机网络系统,2.计算机网络阶段 远程联机系统最突出的特点是：终端,3.计算机网络互联阶段,1984年，国际标准化组织,ISO（International Standards Organization）,正式制订和颁布了“开放系统互联参考模型”，简称,OSI RM，,即著名的,OSI,七层模型。,ISO/OSI RM,已被国际社会所公认，成为研究和制订新一代计算机网络标准的基础。从此，网络产品有了统一标准，促进了企业的竞争，大大加速了计算机网络的发展。并使各种不同的网络互联、互相通信变为现实，实现了更大范围内的计算机资源共享。,第二代计算机网络的主要特点是：资源的多向共享、分散控制、分组交换、采用专门的通信控制处理机、分层的网络协议。这些特点往往被认为是现代计算机网络的典型特征。但是这个时期的网络产品彼此之间是相互独立的，没有统一标准。,3.计算机网络互联阶段 1984年，国际标准化组,4.,Internet,与高速网络阶段,这一阶段计算机网络发展的特点是：互连、高速、智能与更为广泛的应用。,Internet,是覆盖全球的信息基础设施之一，用户可以利用,Internet,实现全球范围的信息传输、信息查询、电子邮件、语音与图像通信服务等功能。,5.,云计算和物联网阶段,云计算的概念最早是由谷歌（,Google),提出的，它描述的是一种基于互联网的计算方式，通过这种方式，共享的软、硬件资源和信息可以按需提供给计算机和其他设备。其核心思想是：将大量用网络连接的计算资源统一管理和调度，构成一个计算资源池向用户按需服务。,（,1,）云计算,（,CloudComputing,）,云计算技术目前已经衍生出了,云存储,和,云安全,两大领域。,4.Internet与高速网络阶段 这一阶段计算机网络,返回本章首页,返回本节首页,（,2,）物联网（,Internet of Things,）,物联网的概念最早是由麻省理工学院专家于,1999,年提出的，它的产生和发展跟计算机网络的发展、互联网应用的扩展、传感技术的发展、社会需求的驱动以及政府的支持都是分不开的，其核心技术是,传感器技术,。,物联网的定义虽然目前还存在较大争议，各个国家和地区对于物联网的定义都不尽相同，但在过去的几年中，物联网技术已经悄然走进了我们的生活，并且已经应用到了很多领域，如：家庭生活、农业生产、医疗保健、建筑体监测、文物保护等。,返回本章首页返回本节首页（2）物联网（Internet of,7.2,计算机网络的基本概念,计算机网络是现代通信技术与计算机技术相结合的产物。所谓计算机网络，就是把分布在不同地理区域的计算机与专门的外部设备用通信线路互连成一个规模大、功能强的网络系统,从而使众多的计算机可以方便地互相传递信息，共享硬件、软件、数据信息等资源。,2.,计算机网络包含的四个方面,7.2.1,什么是计算机网络,1.,计算机网络的定义,7.2 计算机网络的基本概念 计算机网络是现代通信技,连接对象,（主要指各种类型的计算机或其他数据终端设备）,连接介质,（主要指双绞线、同轴电缆、光纤、微波等通信线和网,桥、网关、中继器、路由器等通信设备）,连接的控制机制,（主要指网络协议和各种网络软件）,连接方式,（指网络所采用的拓扑结构，如星型、环型、总线型和,网状型等）,7.2.2,通信子网和资源子网,计算机网络系统,在逻辑功能上可分成两个子网：通信子网和资源子网组成两级网络结构，如下图,7-3,所示,：,连接对象（主要指各种类型的计算机或其他数据终端设备）7.2,图,7-3,计算机网络系统结构示意图,图7-3 计算机网络系统结构示意图,通信子网由通信控制处理机（,CCP,）、,通信线路和其他网络通信设备组成，它主要承担全网的数据传输、转发、加工、转换等通信处理工作。,资源子网主要负责全网的数据处理业务，向全网用户提供所需的网络资源和网络服务。它主要由主机、终端、终端控制器、连网外设以及软件资源和信息资源等组成。,返回本章首页,返回本节首页,1.,通信子网,2.,资源子网,通信子网由通信控制处理机（CCP）、通信线路和其他网络通,7.3,计算机网络的功能,计算机网络与通信网的结合,可以使众多的个人计算机不仅能够同时处理文字、数据、图像、声音等信息,而且还可以使这些信息四通八达,及时地与全国乃至全世界的信息进行交换。计算机网络的主要功能归纳起来主要有以下几点,：,1.数据通信,数据通信是计算机网络最基本的功能，它为网络用户提供了强有力的通信手段。计算机网络的其他功能都是在数据通信功能基础之上实现的，例如发送电子邮件、远程登录、联机会议、,WWW,等。,2.资源共享,资源共享包括硬件、软件和信息资源的共享，它是计算机网络最有吸引力的功能。资源共享指的是网上用户能够部分或全部地使用计算机网络资源，使计算机网络中的资源互通，从而大大地提高各种硬件、软件和信息资源的利用率。,7.3 计算机网络的功能 计算机网络与通信网的结合,3.均衡负荷与分布式处理,4.提高计算机系统的可靠性,负载均衡同样是计算机网络的一大特长。例如一个大型的,ICP，,为了支持更多的用户访问它的网站，在全世界多个地方放置了相同内容的,WWW,服务器，通过一定技巧使不同地域的用户看到放置在离他最近的服务器上的页面，这样来实现各服务器的负荷均衡，实现分布处理的目的。此外，利用网络技术，还能将多台计算机连成具有高性能的计算机系统，以并行的方式共同来处理一个复杂的问题，这就是当今称之为协同式计算机的一种网络计算模式。,计算机系统可靠性的提高主要表现在计算机网络中每台计算机都可以依赖计算机网络相互为后备机，一旦某台计算机出现故障，其它的计算机可以马上承担起原先由该故障机所担负的任务，避免了系统的瘫痪，从而使得计算机的可靠性得到了大大的提高。,返回本章首页,返回本节首页,3.均衡负荷与分布式处理 4.提高计算机系统的可靠性,7.4,计算机网络的分类和拓扑结构,计算机网络分类的标准很多，如按拓扑结构、应用协议、传输介质、数据交换方式等等。但最能反映网络技术本质特征的分类标准是网络的覆盖范围，按网络的覆盖范围可以将网络分为局域网（,LAN）、,广域网（,WAN）、,城域网（,MAN）,和国际互联网（,Internet）。,1.局域网,LAN,（,Local Area Network,）,一般用微型计算机通过高速通信线路相连，数据传输速率较快，通常在10,Mbit/s,以上。但其覆盖范围有限，是一个小的地理区域（例如：办公室、大楼和方圆几公里远的地域）内的专用网络。局域网的目的是将个别的计算机、外围设备和计算机系统连接成一个数据共享集体，软件控制着网上用户之间的相互联系和信息传输。局域网结构如图,7-4,所示：,7.4.1,计算机网络的分类,7.4 计算机网络的分类和拓扑结构 计算机网络分类,图,7-4,局域网结构示意图,2.广域网,WAN（Wide Area Network）,广域网是远距离、大范围的计算机网络，覆盖范围一般是几百公里几千公里的广阔地理区域，其主要作用是实现远距离计算机之间的数据传输和信息共享，并且通信线路大多租用公用通信网络（如公用电话网,PSTN）。,广域网上的信息量非常大，共享的信息资源极为丰富，但数据的传输速率较低，比局域网更容易发生传输差错。广域网结构如图,7-5,所示。,图7-4 局域网结构示意图2.广域网WAN（Wide Ar,图,7-5,广域网结构示意图,图7-5 广域网结构示意图,3.城域网,MAN（Metropolitan Area Network）,城域网的覆盖范围介于局域网和广域网之间，,它可能是覆盖一组邻近的公司、办公室，也可能是覆盖一座城市，地理范围,一般为几公里几十公里。城域网,通常使用与,LAN,相似的技术。,4.国际互联网（,Internet）,Internet,并不是一种具体的网络技术，它是将同类和不同类的物理网络（局域网、广域网、城域网）通过某种协议互联起来的一种高层技术。,不同类型网络之间的比较如下表,7-1,所示,3.城域网MAN（Metropolitan Area Ne,表,7-1,不同类型网络之间的比较,表7-1,7.4.2,计算机网络的拓扑结构,网络拓扑结构,是指用传输介质互连各种设备的物理布局。它将工作站、服务器等网络单元抽象为“点”，网络中的通信介质抽象为“线”，从而抽象出网络系统的具体结构。,常见的计算机网络的拓扑结构有星型、环型、总线型、树型和网状型。,1,星型拓扑网络,各节点通过点到点的链路与中央节点连接，如图,7-6,所示。,图,7-6,星型拓扑结构,7.4.2 计算机网络的拓扑结构 网络拓扑结构是指用传,中央节点可以是转接中心，起到连通的作用；也可以是一台主机，此时具有数据处理和转接的功能。,优点：很容易在网络中增加和移动节点，容易实现数据的安全性和优先级控制；,缺点：属于集中控制，对中央节点的依赖性大，一旦中心节点有故障就会引起整个网络的瘫痪。,2,环型拓扑网络,节点通过点到点通信线路连接成闭合环路，如图,7-7,所示，环中数据将沿一个方向单向传送。,图,7-7,环型拓扑结构,中央节点可以是转接中心，起到连通的作用；也可以是一台主机，,网络结构简单，传输延时确定，但是环中某一个节点以及节点与节点之间的通信线路出现故障，都会造成网络瘫痪。,环型网络中，网络节点的增加和移动以及环路的维护和管理都比较复杂。,3,总线型拓扑网络,所有节点共享一条数据通道，如图,7-8,所示，一个节点发出的信息可以被网络上的每个节点接收。,图,7-8,总线型拓扑结构,网络结构简单，传输延时确定，但是环中某一个节点以及节点与节,由于多个节点连接到一条公用信道上，所以必须采取某种方法分配信道，以决定哪个节点可以优先发送数据。,优点是：网络结构简单，安装方便，成本低，并且某个站点自身的故障一般不会影响整个网络。,缺点是：实时性较差，总线上的故障会导致全网瘫痪。,4,树型拓扑网络,在树型拓扑结构中，网络的各节点形成了一个层次化的结构，如图,7-9,所示，树中的各个节点通常都为主机。,图,7-9,树型拓扑结构,由于多个节点连接到一条公用信道上，所以必须采取某种方法分配,树中低层主机的功能和应用有关，一般都具有明确定义功能，如数据采集、变换等；高层主机具备通用的功能，以便协调系统的工作，如数据处理、命令执行等。,若树型拓扑结构只有两层，就变成了星型结构，因此，树型拓扑结构可以看作是星型拓扑结构的扩展结构。,5,网状型拓扑网络,节点之间的连接是任意的，没有规律，如图,7-10,所示。,其主要优点是可靠性高，但结构复杂，必须采用路由选择算法和流量控制方法。广域网基本上都是采用网状型拓扑结构。,图,7-10,网状型拓扑结构,返回本章首页,返回本节首页,树中低层主机的功能和应用有关，一般都具有明确定义功能，如数,7.5,网络体系结构与协议概述,7.5.1,网络体系结构的概念,网络体系结构,是指整个网络系统的逻辑组成和功能分配，定义和描述了一组用于计算机及其通信设施之间互连的标准和规范的集合。,研究网络体系结构的,目的,：定义计算机网络各个组成部分的功能，以便在统一的原则指导下进行网络的设计、建造、使用和发展。,7.5.2,网络协议的概念,网络协议,就是为进行网络中的数据通信或数据交换而建立的规则、标准或约定。,1.,什么是网络协议,7.5 网络体系结构与协议概述7.5.1 网络体系结构的概念,连网的计算机以及网络设备之间要进行,数据,与,控制信息,的成功传递就必须共同遵守网络协议。,2.,网络协议的三要素,语法（,Syntax,）,语法规定了通信双方“,如何讲,”，即确定用户数据与控制信息的结构与格式。,语义（,Semantics,）,语义规定通信的双方准备“,讲什么,”，即需要发出何种控制信息，完成何种动作以及做出何种应答,时序（,Timing,）,时序又可称为“同步”，规定了双方“,何时进行通信,”，即事件实现顺序的详细说明,连网的计算机以及网络设备之间要进行数据与控制信息的成功传递,7.5.3,网络协议的分层,计算机网络是一个非常复杂的系统，不仅涉及网络硬件设备，还涉及各种各样的软件，所以通信协议必然十分复杂。实践证明，结构化设计方法是解决复杂问题的一种有效手段，其核心思想是：将系统模块化，并按层次组织各模块。,1.,分层的好处,各层之间可相互独立,灵活性好，易于实现和维护,有利于促进标准化,7.5.3 网络协议的分层 计算机网络是一个非常复杂,7.5.4 OSI,参考模型,1.OSI,参考模型的概念,1984,年，国际标准化组织（,ISO,）发表了著名的,ISO/IEC 7498,标准，定义了网络互连的,7,层框架，这就是,开放系统互连参考模型,，即,OSI,参考模型,，如图,7-11,所示。,图,7-11 OSI,参考模型的结构,7.5.4 OSI参考模型 1.OSI参考模型的概念,“,开放,”是指只要遵循,OSI,标准，一个系统就可以与位于世界上任何地方、同样遵循,OSI,标准的其他任何系统进行通信。,OSI,参考模型的最高层为应用层，面向用户提供网络应用服务；最低层为物理层，与通信介质相连实现真正的数据通信。两个用户 计算机通过网络进行通信时，除物理层之外，其余各对等层之间均 不存在直接的通信关系。,2.OSI,参考模型各层的功能,（,1,）物理层,物理层的主要任务就是透明地传送二进制比特流，但物理层并不关心比特流的实际意义和结构，只是负责接收和传送比特流。,物理层的另一个任务就是定义网络硬件的特性，包括使用什么样的传输介质以及与传输介质连接的接头等物理特性，所典型规范代表有：,EIA/TIA RS-232,、,EIA/TIA RS-449,、,V.35,、,RJ-45,等。,“开放”是指只要遵循OSI标准，一个系统就可以与位于世界上,传送信息所利用的物理传输介质，如双绞线、同轴电缆、光纤等，并不在物理层之内而是在物理层之下。,（,2,）数据链路层,数据链路层,的主要任务是：在两个相邻节点间的线路上无差错地传送以帧（,Frame,）为单位的数据，并要产生和识别帧边界,。,数据链路层还提供了差错控制与流量控制的方法，保证在物理线路上传送的数据无差错。,（,3,）网络层,网络层,的主要任务是：进行路由选择，以确保数据分组从发送端到达接收端，并在数据分组发生阻塞时进行拥塞控制。,传送信息所利用的物理传输介质，如双绞线、同轴电缆、光纤等，,网络层还要解决异构网络的互连问题，以实现数据分组在不同类型的网络中传输。,（,4,）传输层,传输层从会话层接收数据，形成,报文,（,Message,），并且在必要时将其分成若干个分组，然后交给网络层进行传输。,传输层的主要任务是：为上一层进行通信的两个进程之间提供一个可靠的端到端服务，使传输层以上的各层不再关心信息传输的问题。,端到端是指：进行相互通信的两个节点不是直接通过传输介质连接起来的，相互之间有很多交换设备（如路由器）。,（,5,）会话层,网络层还要解决异构网络的互连问题，以实现数据分组在不同类型,会话层的主要任务是：针对远程访问进行管理（比如断点续传），包括会话管理、传输同步以及数据交换管理等。,（,6,）表示层,表示层的主要任务是：用处理在多个通信系统之间交换信息的表示方式，包括数据格式的转换、数据加密与解密、数据压缩与恢复等。,（,7,）应用层,应用层的主要任务是：为网络用户或应用程序提供各种服务，如文件传输、电子邮件、网络管理和远程登录等,7.5.5 TCP/IP,参考模型,1.,TCP/IP,概述,会话层的主要任务是：针对远程访问进行管理（比如断点续传），,ARPANET,的运行经验表明，,TCP/IP,是一个非常可靠且实用的网络协议。,20,世纪,80,年代末，美国国家科学会借鉴了,ARPANET,的,TCP/IP,技术建立了,NSFNET,。,NSFNET,使越来越多的网络互连在一起，最终形成了今天的,Internet,。,TCP/IP,也因此成为了,Internet,上广泛使用的标准网络通信协议。,TCP/IP,标准由一系列的,文档定义,组成，这些文档定义描述了,Internet,的内部实现机制，以及各种网络服务或服务的定义。,TCP/IP,标准并不是由某个特定组织开发的，实际上是一些团体所共同开发的，任何人都可以把自己的意见作为文档发布，但只有被认可的文档才能最终成为,Internet,标准。,TCP/IP,实际上是一个,协议簇,。所有协议都包含在,TCP/IP,簇的,4,个层次中，形成了,TCP/IP,协议栈，如图,7-12,所示：,ARPANET的运行经验表明，TCP/IP是一个非常可靠且,图,7-12 TCP/IP,协议栈,图7-12 TCP/IP协议栈,2.OSI,参考模型和,TCP/IP,参考模型的对应关系,图,7-13 OSI,参考模型与,TCP/IP,参考模型的层次对应关系,返回本章首页,返回本节首页,2.OSI参考模型和TCP/IP参考模型的对应关系图7-1,7.6,局域网基础知识,1.什么是局域网？,2.局域网的发展历程,局域网,（,LAN）,是计算机网络的一种，它是在一个较小的范围（一个办公室、一幢楼、一个学校等），利用通信线路将众多的计算机及外设连接起来，以达到资源共享、信息传递和远程数据通信的系统。,60年代末至70年代初是局域网发展的萌芽阶段。,70年代中期是局域网发展的一个重要阶段，美国,Xerox,公司推出的实验性以太网（,Ethernet）,和英国剑桥大学研制的剑桥环网（,Cambridge Ring）,成为最初局域网的典型代表。,7.6.1,局域网的基本概念,7.6 局域网基础知识1.什么是局域网？2.局域网的发展,80年代初期是局域网走向大发展的时期，一些标准化组织开始致力于局域网的有关协议和标准的制定。到了后期，局域网的产品进入专业化生产和商品化的成熟阶段，获得了大范围的推广和普及。,90,年代以后，局域网步入了更高速的发展阶段，使用已相当普遍。利用光导纤维作为通信介质构成的高速主干网，是目前许多局域网系统普遍采用的一种结构形式。,7.6.2,局域网的特点及其基本组成,1.,局域网的特点,概括地讲，局域网主要具有以下一些特点：,80年代初期是局域网走向大发展的时期，一些标准化组织开始致,覆盖的地理范围较小,局域网主要用于单位内部联网，范围在一座办公大楼或集中的建筑群内，一般在几公里范围内。,传输速率高、时延小且误码率低,局域网的传输速率一般为10100,Mbit/s，,时延在几,ms,几十,ms,之间。并且局域网两个站点间具有专用通信线路传输数据，因此误码率很低，仅为10,-8,10,-12,。,便于安装、维护和扩充,局域网一般为一个单位或部门内部控制、管理、使用和维护，因此，无论从硬件系统还是软件系统来讲，网络的安装成本都较低，周期短，维护和扩充都十分方便。,侧重于共享信息的处理，通常没有中央主机系统,覆盖的地理范围较小 局域网主要用于单位内部联网，范围,工作站,工作站是网络各用户的工作场所，,用户通过它可以与网络交换信息，共享网络资源。工作站通过网卡、传输介质以及通信设备连接到网络服务器，且仅对操作该工作站的用户提供服务。,服务器,服务器是整个网络系统的核心，它为网络用户提供服务并管理整个网络。根据服务器在网络中所承担的任务和所提供的功能不同，服务器可分为文件服务器、打印服务器和通信服务器。通常我们要求服务器具有较高的性能，包括较快的数据处理速度、较大的内存和较大容量的磁盘等。,2.,局域网的基本组成,（,1,）局域网的硬件组成,局域网硬件包括以下一些主要设备：,工作站 工作站是网络各用户的工作场所，用户通过它可以与网,网卡,网卡是局域网中最基本、最重要的连接设备，如图,7-14,所示，计算机通过网卡接入局域网络。网卡一方面要和主机交换数据；另一方面还要保证数据交换以网络物理数据的路径和格式来传送或接收。另外，为防止数据的丢失，网卡上还需要缓存，以实现不同设备间的数据缓冲。网卡上的,ROM,芯片固化有控制通信软件，用来实现上述功能。,图,7-14 Realtek 10/100M,自适应网卡,网卡 网卡是局域网中最基本、最重要的连接设备，如图,集线器,集线器（,HUB）,是一种特殊的中继器，如图,7-15,所示，其主要作用是对接收到的信号进行再生放大，以扩大网络的传输距离。集线器负责对多个网络电缆进行中间转接，以便对网络进行集中管理。另外，集线器还有利于故障的检测和提高网络的可靠性，能自动指示有故障的工作站，并切除其与网络的通信。,图,7-15,集线器,HUB,传输介质,局域网中常用的传输介质主要有同轴电缆、双绞线和光纤，如图,7-16,所示。,集线器 集线器（HUB）是一种特殊的中继器，如图7,外设,外设主要是指网络上可供网络用户共享的外部设备，包括打印机、绘图仪、扫描器、,MODEM,等。,（,2,）局域网的软件组成,图,7-16,局域网中常用的传输介质,外设 外设主要是指网络上可供网络用户共享的外部设备,网络软件也是局域网系统中不可缺少的重要资源，根据它们所起作用的不同，可以将其分为以下五类：,协议软件,协议软件主要用以实现网络协议功能，其种类较多，不同体系结构的网络系统都有自身的协议软件，不同层次上的协议软件也不尽相同。,通信软件,通信软件就是使用户能方便地对自己的应用程序进行控制，同时又能与多个工作站进行网络通信，并对通信数据进行加工和管理。,管理软件,管理软件的作用是帮助网络管理者便捷地解决网络中一些棘手的技术难题，保证整个网络系统的正常运转。,网络软件也是局域网系统中不可缺少的重要资源，根据它们,网络操作系统,网络操作系统,(NOS),是用户和网络之间的接口，它具有处理机管理、存储管理、设备管理、文件管理以及网络管理等功能。目前较流行的局域网操作系统,Windows 2000 Server,、,Windows Server 2003,，,Novell,公司的,Netware,等,。,网络应用软件,网络应用软件是专门为某一个应用领域而开发的软件，能为用户提供一些实际的网络应用服务。它既可以用于管理和维护网络本身，也可用于一个业务领域。,网络操作系统 网络操作系统(NOS)是用户和网络之间,7.6.3,局域网的主要技术,局域网所涉及的技术很多，但决定局域网性能的主要技术有,传输介质,、,拓扑结构,和,介质访问控制方法,。,1.,局域网的传输介质,局域网常用的传输介质有,同轴电缆,、,双绞线,、,光缆,和,无线电波,。早期的传统以太网（10,Base-5，10Base-2,等）使用最多的是同轴电缆。,随着技术的发展和价格的不断降低，双绞线和光纤的应用日益普及。双绞线依靠其低成本和高可靠性，在快速局域网中赢得了广泛地使用。,光纤主要应用在远距离、高速传输数据的网络环境中。光纤的可靠性很高，具有许多双绞线和同轴电缆无法比拟的优点，随着光纤成本的不断降低，今后还将越来越广泛地应用于局域网。,7.6.3 局域网的主要技术 局域网所涉及的技术很多，,网络,拓扑结构,是指用传输媒体互连各种设备的物理布局，它对整个网络的设计、功能、可靠性和成本等方面有着重要的影响。目前局域网使用的拓扑结构主要有以下,3,种：,（,1,）星型（,Star）,星型拓扑结构中存在一个中央结点（如集线器或交换机），其余每个工作站结点通过点到点线路与中央节点相连。如图,7-17,所示：,图,7-17,星型网络结构示意图,2.,局域网的拓扑结构,网络拓扑结构是指用传输媒体互连各种设备的物理布局，它,星型网络中,结点的扩展和移动都很方便，当加入新的结点时只需要从集线器或交换机等集中设备中拉一条线即可，而,一个结点出现故障不会影响其它结点的连接，可,直接将,故障结点,拆走，维护起来很容易。,星型网络对中央结点的可靠性要求很高，若中央结点发生故障，全网则趋于瘫痪。所以，通常都采用双机热备份，以提高系统的可靠性。,星型网络中，,信息一般采用,广播式,传送方式，任何一个结点发送的信息，整个网络中的其它结点都可以收到。,（2）环型（,Ring）,环型网络是用一条传输链路（同轴电缆）将一系列结点连成一个封 闭的环路，如图,7-18,所示。网络中的信息流只能,单方向,进行传输，每个收到信息包的结点都向它的下游结点转发该信息包。,星型网络中结点的扩展和移动都很方便，当加入新的结点时只需要,图,7-18,环型网络结构示意图,环网的传输速度较快，例如在令牌环网中允许有16,Mbit/s,的传输速度，这比传统的10,Mbit/s,以太网要快。,环网中各结点间是直接串联，这样任何一个结点出了故障都会造成整个网络的中断、瘫痪，而且故障查找起来也非常困难。另外，如果要添加或移动结点，就必须中断整个网络，在环的两端作好连接器后才能连接，比较麻烦。,图7-18 环型网络结构示意图 环网的传输速度较快，例如,（3）总线型（,Bus）,所有的结点都通过网络适配器直接连接到一条作为公共传输介质的总线上，总线可以是同轴电缆、双绞线，也可以是光纤。如图,7-19,所示：,图,7-19,总线型网络结构示意图,总线型网络采用,广播通信,方式，即任何一个结点发送的信号都可以沿着介质传播，而且能被网络上其他所有结点所接收，但在同一时间内，只允许一个结点发送数据。,（3）总线型（Bus）所有的结点都通过网络适配器直接连接,总线作为公共传输介质为多个结点共享，因而就有可能出现两个或两个以上的结点在同一时刻利用总线发送数据的“冲突”。总线型网络,必须要解决多个结点访问总线的,介质访问控制,问题。,由于网络各结点共享总线带宽，因此，数据传输速率会随着接入网络用户数的增多而下降。另外在总线型网络中，虽然单个结点的故障不影响整个网络的正常通信，但如果总线一旦发生故障，则整个网络就断了。,3.,介质访问控制方法,（,1,）什么是介质访问控制,介质访问控制,，是指控制网上各工作站在适当的情况下发送数据，并在发送数据的过程中，及时发现问题以及出现问题后妥善处理问题的一整套管理方法。介质访问控制技术的优劣将对局域网的总体性能产生决定性的影响。,总线作为公共传输介质为多个结点共享，因而就有可能出现两个或,（,2,）常用的媒体访问控制方法,CSMA/CD（,带有碰撞检测的载波侦听多路访问）,Token Ring（,令牌环）,Token Bus（,令牌总线）,7.6.4,局域网体系结构与,IEEE 802,标准,1.,局域网参考模型,IEEE 802,标准遵循,ISO/OSI,参考模型的原则，主要解决最低两层（即物理层和数据链路层）的功能以及与网络层的接口服务。,IEEE802,参考模型中不再设立网络层，它与,ISO/OSI,参考模型的对应关系如图,7,-20,所示：,（2）常用的媒体访问控制方法 CSMA/CD（带有碰撞检测,图,7-20 IEEE802,与,ISO/OSI,参考模型的对应关系,图7-20 IEEE802与ISO/OSI参考模型的对应关,IEEE 802,局域网参考模型中的物理层的功能是：在物理介质上实现比特流的传输和接收、同步前序的产生与删除，规定了所使用的信号、编码、传输介质以及有关的拓扑结构和传输速率等。,数据链路层又分为,逻辑链路控制（,LLC）,和,介质访问控制（,MAC）,两个功能子层。这种功能划分主要是为了将数据链路功能中与硬件相关和无关的部分分开。,MAC,子层,的主要功能是控制对传输媒体的访问。,IEEE 802,标准制定了多种介质访问控制方法，同一个,LLC,子层能与其中任一种访问方法（如,CSMA/CD,，,Token Ring,，,Token Bus,）,接口。,LLC,子层,的主要功能是向高层提供一个或多个逻辑接口，具有帧的发送和接收功能。另外，它还有差错控制和流量控制等功能，同时还 具备网络层的某些功能。,IEEE 802局域网参考模型中的物理层的功能是：在物理介,2.IEEE 802,局域网标准,（,1,）,IEEE 802,标准的内容,IEEE 802.1,局域网概述、体系结构、网络管理和网络互联；,IEEE 802.2,逻辑链路控制,LLC；,IEEE 802.3,CSMA/CD,介质访问控制标准和物理层技术规范；,IEEE 802.4,令牌总线介质访问控制标准和物理层技术规范；,IEEE 802.5,令牌环网介质访问控制方法和物理层技术规范；,IEEE 802.6,城域网介质访问控制方法和物理层技术规范；,2.IEEE 802局域网标准（1）IEEE 802标准,IEEE 802.7,宽带技术；,IEEE 802.8,光纤技术（光纤分布数据接口,FDDI）,；,IEEE 802.9,综合业务数字网（,ISDN,）,技术,；,IEEE 802.10,局域网安全技术,；,IEEE 802.11,无线局域网媒体访问控制方法和物理层技术规范,（,2,）,IEEE 802,各标准间的关系,各标准间的关系如下图,7-21,所示：,IEEE 802.7 宽带技术；IEEE 802,图,7-21 IEEE 802,各标准之间的关系,返回本节首页,返回本章首页,图7-21 IEEE 802各标准之间的关系 返回本节首页,1.ARPANET,的诞生,Internet,起源于美国国防部高级研究计划局（,ARPA）,于1968年主持研制的用于支持军事研究的计算机实验网,ARPANET,。,建网的初衷旨在帮助为美国军方工作的研究人员利用计算机进行信息交换。,随着,IP,协议的产生，异种网络互连的一系列理论与技术问题得到了解决，并由此产生了网络共享、网络通信协议分层等重要思想。这些都为当今计算机网络奠定了理论基础。,随着,TCP/IP,协议的标准化，,ARPANET,的规模不断扩大。不仅在美国国内，世界上的很多其它国家也将本地的计算机和网络接入,ARPANET，,并采用相同的,TCP/IP,协议。,7.7 Internet,基础知识,7.7.1 Internet,的产生和发展,1.ARPANET的诞生 Internet起源于美国国防部,2.NSFNET,的建立,1985,年美国国家科学基金会（,NSF,）利用,ARPANET,发展起来的,TCP/IP,将全国的,5,大超级计算机中心用通信线路连接起来，建立了一个名为,美国国家科学基础网（,NSFNET,）,的广域网。,由于美国国家科学资金的鼓励和资助，许多机构纷纷把自己的局域网并入,NSFNET,，连接的范围包括所有的大学及国家经费资助的研究机构。,1986,年,NSFNET,建设完成，正式取代了,ARPANET,而成为,Internet,的主干网。它是一个三级计算机网络，分为主干网、地区网和校园网，覆盖了全美主要的大学和研究所。,2.NSFNET的建立 1985年美国国家科学基金会,3.,全球范围,Internet,的形成与发展,20,世纪,90,年代以后，网络商业用户数量日益增加，于是美国政府决定将,Internet,主干网转交给私人公司来经营，并开始对接入,Internet,单位收费。,近几年来,Internet,规模迅速发展，已经覆盖了包括我国在内的,160,多个国家，连接的网络数万个，主机达,600,多万台，终端用户上亿，并且以每年,15%,20%,的速度增长。,除了,ARPANET,和,NSFNET,外，美国宇航局（,NASA,）和能源部的,NSINET,、,ESNET,也相继建成，欧洲、日本等国也积极发展本地网络，于是在此基础上互连形成了现在的,Internet,。,3.全球范围Internet的形成与发展 20世纪,7.7.2 Internet,的基本概念,Internet,是由成千上万个不同类型、不同规模的计算机网络互连在一起所组成的覆盖世界范围的、开放的全球性网络。它拥有数千万台计算机和上亿个用户，是全球信息资源的超大型集合体，所有采用,TCP/IP,协议的计算机都可加入,Internet,，,实现信息共享和相互通信。,2.Internet,的特点,Internet,是由全世界众多的网络互连组成的国际互连网,Internet,是世界范围的信息和服务资源宝库,组成,Internet,的众多网络共同遵守,TCP/IP,1.,什么是,Internet,？,7.7.2 Internet的基本概念 Inter,7.7.3 Internet,的主要功能与服务,1.Internet,的主要功能,Internet,的主要功能可以归为以下三类：,资源共享,信息交流,信息的获取与发布,2.Internet,的主要服务,Internet,在拥有丰富资源的同时，也提供了各种各样的服务方式，总的来说，主要有以下一些：,7.7.3 Internet的主要功能与服务1.Inter,电子邮件服务,E-mail,远程登录服务,Telnet,文件传输服务,FTP,WWW,服务,网络新闻服务,Gopher,分类目录查询服务,WAIS,广域信息查询服务,电子商务,EC/EB,文件检索服务,Archie,电子邮件服务E-mail 远程登录服务Telnet,7.7.4 IP,地址概述,Internet,上的不同主机之间要进行通信，除使用,TCP/IP,外，每台主机都必须有一个不与其它主机重复的地址，这个地址就是,Internet,地址，它相当于每台主机的名字。,Internet,地址包括,IP,地址,和,域名地址,两种不同的表示方式。,IP,地址,是指：给,Internet,上的主机分配的一个在全世界范围内唯一的32位二进制比特串，它通常采用更直观的、以圆点“”分隔的4个十进制数字表示，如“192.168.10.58”。,2 IP,地址的组成和表示方法,（1）,IP,地址的组成,每个,IP,地址由,网络号,和,主机号,两部分组成，如图,7-22,所示：,1.什么是,IP,地址？,7.7.4 IP地址概述 Internet上的不同主机之间,主机号,网络号,IP,地址由32个二进制比特组成,图,7,-22,IP,地址的结构,网络号,在,Internet,中是唯一的。同一物理子网的所有主机和网络设备（如服务器、工作站等）的网络号是相同的。而对于不同物理网络上的主机和网络设备而言，其网络号是不同的。,主机号,是用来区别同一物理子网内不同的主机和网络设备的。在同一物理子网中，每一台主机和网络设备的主机号也是唯一的。,在,Internet,中根据,IP,地址寻找主机时，首先根据网络号找到主机所在的物理网络，在同一物理网络中，再根据每个结点设备的物理地址（,Physical Address）,来完成主机间的数据交换。,主机号网络号IP地址由32个二进制比特组成图7-22 IP,（2）,IP,地址的表示方法,IP,地址以32个二进制数字形式表示，不适合阅读和记忆。为了便于用户阅读和理解,IP,地址，,Internet,管理委员会采用了一种“点分十进制”表示方法表示,IP,地址。,将,IP,地址分为4个字节（每个字节8个比特），每个字节用十进制表示，每个十进制数的取值范围是0255，且相邻两个十进制数间用“”分隔。如下图,7-23,所示：,1,1,0,0,0,0,0,0,1,0,1,0,1,0,0,0,0,0,0,0,1,0,1,0,0,0,1,1,1,0,1,0,1,9,2,.,1,6,8,.,1,0,.,5,8,二,-,十,进,制,转,换,图,7-23 IP,地址的点分十进制表示方法,（2）IP地址的表示方法 IP地址以32个二进制数字形式表,3.,IP,地址的分类,IP,地址一共分为,5,类：,A,类、,B,类、,C,类、,D,类和,E,类。其中,A,、,B,和,C,类地址是基本的,Internet,地址，是用户使用的地址，为主类地址。,D,类和,E,类为次类地址。,5,类,IP,地址的表示如图,7,-24,所示：,多,播,地,址,预,留,0,1,0,1,1,0,1,1,1,0,1,1,1,1,A,类,B,类,C,类,D,类,E,类,字节1,字节2,字节3,字节4,网络号,网络号,网络号,主机号,主机号,主机号,图,7-24 IP,地址的,分类,3.IP地址的分类 IP地址一共分为5类：A类、B,A,类地址,的前一个字节表示网络号，且最前端1个二进制位固定是“,0,”。表示的地址范围是从,1.0.0.0,126.255.255.255,。,A,类地址允许有,2,7,2=126,个网络（网络号的,0,和,127,保留用于特殊目的），每个网络有,2,24,2=16777214,个主机。,B,类地址,的前两个字节表示网络号，且最前端的2个二进制位固定是“10”。表示的地址范围是从128.0.0.0191.255.255.255。,B,类地址允许有2,14,=16384个网络，每个网络有2,16,2=65534个主机。,C,类地址,的前三个字节表示网络号，且最前端的3个二进制位是“110”。表示的地址范围是从192.0.0.0223.255.255.255。,C,类地址允许有2,21,=2097152个网络，每个网络有2,8,2=254个主机。,D,类地址,不标识网络，一般用于其它一些特殊用途，如供特殊协议向选定的节点发送信息时使用，它又被称作广播地址。它的地址范 围 是从,224.0.0.0,239.255.255.255,。,E,类地址,尚未使用，暂时保留将来使用。它的地址范围是从,240.0.0.0,247.255.255.255,。,A类地址的前一个字节表示网络号，且最前端1个二进制位固定是,7.7.5,域名系统（,DNS）,1.,什么是域名,?,IP,地址是一个具有32位比特长度的二进制数，对于计算机网络来讲数字型,IP,地址自然是最有效的，但对于一般用户来说，要记住,IP,地址比较困难。,为了向一般用户提供一种直观明了的主机识别符（主机名），,TCP/IP,专门设计了一种字符型的主机命名机制，给每一台主机一个由字符串组成的名字，这种主机名相对于,IP,地址来说是一种更为高级的地址形式，我们将它称为域名。,2.,域名系统的层次命名机构,层次域名机制,，是指按层次结构依次为主机命名。名字空间被分成若干级域名，并授权相应的机构进行管理，该管理机构又有权对其所管辖的这一级域名进一步划分，并再授权其它相应的机构进行管理。,7.7.5 域名系统（DNS）1.什么是域名?IP地,首先由中央管理机构（,NIC,）,将第一级域名划分为若干部分，包括一些国家代码和美国的各种组织机构的域名。,第一级域名将其各部分的管理权授予相应的机构，再由它们负责分配第二级域名。第二级域名往往表示主机所属的网络性质，比如是属于教育界（,EDU）,还是政府部门（,GOV）,等。,第二级域名又将其各部分的管理权授予若干机构。比如,EDU,的域名管理权授予国家教育部，,NET,的域名管理权授予国家邮电部等，如此下去，域名空间的组织管理便形成一种树状的层次结构，如图,7-25,所示。,根域,CN,EDU,NET,COM,GOV,ORG,INT,EDU,NET,AC,IBM,DEC,ATT,图,7-25,域名系统的层次结构示意图,首先由中央管理机构（NIC）将第一级域名划分为若干部分，包,一些国家或地区一级域名的代码如下图,7-26,所示：,图,7-26,一级域名的国家或地区代码,一些国家或地区一级域名的代码如下图7-26所示：图7-26,第一级域名的机构组织代码及意义如下图,7-27,所示：,图,7-27,一级域名的组织机构代码,3.,域名的表示方式,第一级域名的机构组织代码及意义如下图7-27所示：图7-27,域名结构和,IP,地址一样，都采用典型的层次结构，其通用的格式如图,7-28,所示：,第四级域名,第三级域名,第二级域名,第一级域名,.,.,.,图,7,-28,域名地址的格式,在,名字中，,www,为主机名，由服务器管理员命名；,为域名，由服务器管理员合法申请后可以使用。其中,scu,表示四川大学，,edu,表示国家教育机构部门，,cn,表示中国。,就表示中国教育机构四川大学的,www,主机。,域名地址是比,IP,地址更高级，更直观的一种地址表示形式，它们都是,Internet,地址的两种不同的表示方法。在叫法上应严格区分，不能搞混淆。,域名结构和IP地址一样，都采用典型的层次结构，其通用的格式,4.,域名服务器和域名的解析过程,（,1,）域名服务器,为了用户使用和记忆方便，我们通常习惯使用域名来表示一台主机。但主机域名不能直接用于,TCP/IP,的路由选择之中。当用户使用主机域名进行通信时，必须首先将其映射成,IP,地址，实现这种转换的主机我们称为,域名服务器,（,DNS Server）。,域名服务器是一个基于,客户机/服务器,的数据库，在这个数据库中，每个主机的域名和,IP,地址是一一对应的。,域名服务器,的主要功能是：回答有关域名、地址、域名到地址或地址到域名的映射的询问以及维护关于询问类型、分类或域名的所有资源记录的列表。,4.域名服务器和域名的解析过程（1）域名服务器 为了用,（2）域名的解析过程,将主机域名映射为,IP,地址的过程叫做,域名解析,。域名解析包括,正向解析,（从域名到,IP,地址）以及,反向解析,（从,IP,地址到域名）。,Internet,的域名系统,DNS,能够透明地完成此项工作。,域名到,IP,地址之间的转换具体可分为两种情况：一种是目标主机（要访问的主机）在本地网络，另一种当目标主机不在本地网络。,对于第一种情况，解析过程比较简单：,首先,，客户机向本地域名服务器发出域名解析的请求；,然后,，本地域名服务器检查其管理范围内主机的域名，查出目标,主机的域名所对应的,IP,地址；,最后,，将解析出的,IP,地址返回给客户机。,（2）域名的解析过程 将主机域名映射为IP地址的过程叫做域,对于第二种情况，解析过程就相对,稍微复杂一些,，我们以解析,的,IP,地址为例：,首先,，客户机向自身指定的本地,DNS,服务器发出域名解析的请求，请求得到,的,IP,地址；,接着,，收到查询请求的本地,DNS,服务器若未能找到其对应的,IP,地址，则立即从根域层的域名服务器开始自上而下地逐层查询，直到找到对应该域名的,IP,地址为止；,然后,，,域名服务器给本地,DNS,服务器返回,所对应的,IP,地址；,最后,，本地,DNS,服务器向客户机发送一个包含有,IP,地址回复。,对于第二种情况，解析过程就相对稍微复杂一些，我们以解析ww,返回本节首页,返回本章首页,整个域名的解析过程如图,7-29,所示：,图,7-29,域名解析过程,返回本节首页返回本章首页整个域名的解析过程如图7-29所示：,