项目1 认识计算机网络

,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,*,计算机网络技术,于鹏丁喜纲主编,课程内容简介,项目,1,认识计算机网络,项目,2,组建双机互联网络,项目,3,组建小型办公网络,项目,4,组建家庭无线网络,项目,5,接入,Internet,项目,6,配置常用网络服务,项目,7,Internet,应用,项目,8,网络安全防护,项目,9,网络运行维护,项目,1,认识计算机网络,计算机网络技术是计算机技术与通信技术的相互融合的产物，是计算机应用中一个空前活跃的领域，人们可以借助计算机网络实现信息的交换和共享。如今，计算机网络技术已经深入到人们日常工作、生活的每个角落。本项目的主要目标是认识计算机网络，认识计算机网络中的基本组成和结构，能够利用相关软件绘制计算机网络拓扑结构图。,本项目主要内容,任务,1.1,初识计算机网络,任务,1.2,认识常用的网络设备,任务,1.3,认识常用的传输介质,任务,1.4,绘制网络拓扑结构图,任务,1.1,初识计算机网络,【,任务目的,】,（,1,）了解计算机网络的发展和应用；,（,2,）理解计算机网络的定义；,（,3,）理解计算机网络的常用分类方法。,【,工作环境与条件,】,（,1,）已经联网并能正常运行的机房和校园网；,（,2,）已经联网并能正常运行的其他网络。,1.1.1,计算机网络的产生和发展,1.,第一代计算机网络,第一代计算机网络是以中心计算机系统为核心的远程联机系统，是面向终端的计算机网络。这类系统除了一台中央计算机外，其余的终端都没有自主处理能力，因此也被称为联机系统。但它提供了计算机通信的许多基本技术，是现代计算机网络的雏形。,2.,第二代计算机网络,在该网络中每一台计算机都有自主处理能力，彼此之间不存在主从关系，用户通过终端不仅可以共享本主机上的软硬件资源，还可共享通信子网上其他主机的软硬件资源。我们将这种由多台主计算机互联构成的，以共享资源为目的网络系统称为第二代计算机网络。,1.1.1,计算机网络的产生和发展,3.,第三代计算机网络,20,世纪,70,年代，各种商业网络纷纷建立，并提出各自的网络体系结构。然而由于这些网络是由研究单位、大学或计算机公司各自研制开发利用的，如果要在更大的范围内，把这些网络互连起来，实现信息交换和资源共享，有着很大困难。为此，国际标准化组织（,ISO,）成立了一个专门机构研究和开发新一代的计算机网络。经过多年卓有成效的努力，于,1984,年正式颁布了“开放系统互联基本参考模型”（,OSI/RM,），该模型为不同厂商之间开发可互操作的网络部件提供了基本依据，从此，计算机网络进入了标准化时代。我们将体系结构标准化的计算机网络称为第三代计算机网络，也称为计算机互联网络。,1.1.1,计算机网络的产生和发展,4.,第四代计算机网络,第四代计算机网络又称高速互联网络。随着互联网的迅猛发展，人们对远程教学、远程医疗、视频会议等多媒体应用的需求大幅度增加。这样，基于传统电信网络为信息载体的计算机互联网络不能满足人们对网络速度的要求，促使网络由低速向高速、由共享到交换、由窄带向宽带迅速发展，即由传统的计算机互联网络向高速互联网络发展。目前对于互联网的主干网来说，各种宽带组网技术日益成熟和完善，以,IP,技术为核心的计算机网络已经成为网络（计算机网络和电信网络）的主体。,1.1.2,计算机网络的定义,关于计算机网络这一概念的描述，从不同的角度出发，可以给出不同的定义。简单地说，计算机网络就是由通信线路互相连接的许多独立工作的计算机构成的集合体。这里强调构成网络的计算机是独立工作的，这是为了和多终端分时系统相区别。,我们可以将计算机网络这一概念系统地定义为：计算机网络就是将地理位置不同，并具有独立功能的多个计算机系统通过通信设备和通信线路连接起来，并且以功能完善的网络软件（网络协议、信息交换方式以及网络操作系统等）实现网络资源共享的系统。,1.1.3,计算机网络的功能,1.,数据通信,2.,资源共享,3.,提高系统的可靠性,4.,进行分布处理,5.,集中处理,1.1.4,计算机网络的分类,1.,按覆盖范围分类,按覆盖的地理范围，计算机网络可以分为局域网、城域网和广域网。,（,1,）局域网,局域网（,LAN,）的通信范围一般被限制在中等规模的地理区域内，主要特点有：,地理范围有限；,信道的带宽大，数据传输率高；,数据传输可靠，误码率低；,局域网大多采用星型、总线型或环型拓扑结构，结构简单，实现容易；,通常网络归一个单一组织所拥有和使用。,1.1.4,计算机网络的分类,（,2,）城域网,城域网（,MAN,）是介于局域网与广域网之间的一种高速网络。目前城域网的应用范围已大大拓宽，能用来传输不同类型的业务，包括实时数据、语音和视频等。主要特点有：,地理覆盖范围可达,100km,；,数据传输速率为,50kb/s2.5Gb/s,以上；,工作站数大于,500,个；,误码率小于,10-9,；,传输介质主要是光纤；,既可用于专用网，又可用于公用网。,1.1.4,计算机网络的分类,（,3,）广域网,广域网（,Wide Area Network,，简称,WAN,）所涉及的范围可以为市、省、国家，乃至世界范围，其中最著名的就是,Internet,。其主要特点有：,分布范围广，一般从几十到几千公里；,数据传输率差别较大，从,9.6kb/s22.5Gb/s,以上；,误码率较高，一般在,10-3,10-5,左右；,采用不规则的网状拓扑结构；,属于公用网络。,1.1.4,计算机网络的分类,2.,网络组建属性分类,（,1,）公用网,公用网是由国家电信部门组建并经营管理，面向公众提供服务。任何单位和个人的计算机和终端都可以接入公用网，利用其提供的数据通信服务设施来实现自己的业务。,（,2,）专用网,专用网往往由一个政府部门或一个公司组建经营，未经许可其他部门和单位不得使用。其组网方式可以由该单位自行架设通信线路，也可利用公用网提供的“虚拟网”功能。,1.1.4,计算机网络的分类,3.,按通信传播方式分类,（,1,）广播式网络,在广播式网络中，多个站点共享一条通信信道。发送端在发送消息时，首先在数据的头部加上地址字段，以指明此数据应被哪个站点接收，数据发送到信道上后，所有的站点都将接收到。一旦收到数据，各站点将检查其地址字段，如果是自己的地址，则处理该数据，否则将丢弃。,（,2,）点到点式网络,主要特点是一条线路连接一对节点。两台计算机之间常常经过几个节点相连接。点到点式网络的通信，一般采用存储转发方式，并需要通过多个中间节点进行中转。在中转过程中还可能存在着多条路径，传输成本也可能不同，因此在点到点式网络中路由算法显得特别重要。,【,任务实施,】,实施,1,参观计算机网络实验室或机房,参观所在学校的计算机网络实验室或机房，根据所学的知识，对该网络的基本功能和类型进行简单分析；了解不同岗位工作人员的岗位职责。,实施,2,参观校园网,参观所在学校的网络中心和校园网，根据所学的知识，对该网络的基本功能和类型进行简单分析；了解不同岗位工作人员的岗位职责。,实施,3,参观其他计算机网络,根据具体条件，找出一项计算机网络应用的具体实例，对该网络的基本功能和类型进行简单分析；了解不同岗位工作人员的岗位职责。,任务,1.2,认识常用的网络设备,【,任务目的,】,（,1,）理解,OSI,参考模型；,（,2,）了解计算机网络的软硬件组成；,（,3,）认识计算机网络中常用的网络设备。,【,工作环境与条件,】,（,1,）已经联网并能正常运行的机房和校园网；,（,2,）已经联网并能正常运行的其他网络。,1.2.1,网络体系结构,计算机网络是一个非常复杂的系统，需要解决的问题很多并且性质各不相同，所以人们在设计网络时，提出了“分层次”的思想。在计算机网络设计中，可以将网络总体要实现的功能分配到不同的模块中，并对每个模块要完成的服务及服务实现过程进行明确的规定，每个模块就叫做一个层次。这种划分可以使不同的网络系统分成相同的层次，不同系统的同等层具有相同的功能，高层使用低层提供的服务时不需知道低层服务的具体实现方法，从而大大降低了网络的设计难度。因此，层次是计算机网络体系结构中的基本概念。,1.2.1,网络体系结构,在计算机网络层次结构中，各层有各层的协议。网络协议对计算机网络是不可缺少的，一个功能完备的计算机网络需要制定一整套复杂的协议集。计算机网络是由多个互连的节点组成，要做到各节点之间有条不紊地交换数据，每个节点都必须遵守一些事先约定好的规则。这些规则明确地规定了所交换数据的格式和时序。这些为网络数据交换而制定的规则、约定与标准被称为网络协议。对于结构复杂的网络协议来说，最好的组织方式是层次结构模型。,1.2.2,OSI,参考模型,1. OSI,参考模型的层次结构,1.2.2,OSI,参考模型,（,1,）物理层,物理层主要提供相邻设备间的二进制（,bits,）传输，即利用物理传输介质为上一层（数据链路层）提供一个物理连接，通过物理连接透明地传输比特流。,（,2,）数据链路层,数据链路层主要负责在两个相邻节点间的线路上无差错的传送以帧（,Frame,）为单位的数据，每一帧包括一定的数据和必要的控制信息，接收节点接收到的数据出错时要通知发送方重发，直到这一帧无误的到达接收节点。,1.2.2,OSI,参考模型,（,3,）网络层,网络层的主要功能是将网络地址翻译成对应的物理地址，并决定如何将数据从发送方路由到接收方。该层将数据转换成一种称为分组（,Packet,）的数据单元，每一个数据包中都含有目的地址和源地址，以满足路由的需要。,（,4,）传输层,传输层的任务是根据通信子网的特性最佳的利用网络资源，并以可靠和经济的方式为两个端系统的会话层之间建立一条传输连接，以透明的传输报文（,Message,）。传输层把从会话层接收的数据划分成网络层所要求的数据包，进行传输，并在接收端，再把经网络层传来的数据包运行重新装配，提供给会话层。,1.2.2,OSI,参考模型,（,5,）会话层,会话层虽然不参与具体的数据传输，但它负责对数据进行管理，负责为各网络节点应用程序或者进程之间提供一套会话设施，组织和同步它们的会话活动，并管理其数据交换过程。,（,6,）表示层,表示层主要提供端到端的信息传输。,（,7,）应用层,应用层是计算机网络与最终用户的界面，提供完成特定网络服务功能所需的各种应用程序协议。,1.2.2,OSI,参考模型,2. OSI,参考模型中信息的流动过程,在,OSI,参考模型中，通信是在系统进程之间进行的。在实际传输过程中，除物理层外，在各对等层之间只有逻辑上的通信，并无直接的通信，较高层间的通信要使用较低层提供的服务。,1.2.3,计算机网络的组成,1.,网络硬件,网络服务器是网络的核心，是网络的资源所在，它为使用者提供了主要的网络资源。,网络工作站实际上就是一台入网的计算机，它是用户使用网络的窗口。,传输介质是网络通信时，信号的载体，包括双绞线、光缆、无线电波等。,网络设备是在网络通信过程中完成特定功能的通信部件，常见的网络设备有集线器、交换机、路由器等。,1.2.3,计算机网络的组成,2.,网络软件,网络软件是一种在网络环境下使用和运行或者控制和管理网络工作的计算机软件。根据软件的功能，计算机网络软件可分为网络系统软件和网络应用软件两大类型。网络系统软件是控制和管理网络运行、提供网络通信、分配和管理共享资源的网络软件，它包括网络操作系统、网络协议软件、通信控制软件和管理软件等。网络应用软件是指为某一个应用目的而开发的网络软件。,1.2.4,常用的网络设备,1.,集线器,集线器（,Hub,）的主要功能是对接收到的信号进行再生整形放大，以扩大网络的传输距离，同时可以把所有节点集中在以它为中心的节点上，构建物理星型拓扑结构的网络。集线器工作于,OSI,参考模型的物理层，不具备信号的定向传送能力，是标准的共享式设备。,2.,交换机,交换机（,Switch,）是一种用于信号转发的网络设备，工作于,OSI,参考模型的数据链路层。网络中的各个节点可以直接连接到交换机的端口上，它可以为接入交换机的任意两个网络节点提供独享的信号通路。,1.2.4,常用的网络设备,3.,路由器,路由器（,Router,）是,Internet,的主要节点设备，具有判断网络地址和选择路径的功能，工作于,OSI,参考模型的网络层。路由器能在多网络互联环境中，建立灵活的连接，可用完全不同的数据分组和介质访问方法连接各种子网。路由器系统构成了基于,TCP/IP,的,Internet,的主体脉络，因此，在局域网、城域网乃至整个,Internet,研究领域中，路由器技术始终处于核心地位。,【,任务实施,】,实施,1,认识计算机网络实验室或机房网络中的网络设备,参观所在学校的计算机网络实验室或机房，根据所学的知识，了解并熟悉该网络使用的网络设备，列出该网络所使用网络设备的品牌、型号和主要性能指标。,实施,2,认识校园网中的网络设备,参观所在学校的网络中心和校园网，根据所学的知识，了解并熟悉该网络使用的网络设备，列出该网络所使用网络设备的品牌、型号和主要性能指标。,实施,3,认识其他计算机网络中的网络设备,根据具体的条件，找出一项计算机网络应用的具体实例，根据所学的知识，了解并熟悉该网络使用的网络设备，列出该网络所使用网络设备的品牌、型号和主要性能指标。,任务,1.3,认识常用的传输介质,【,任务目的,】,（,1,）了解计算机网络中常用的传输介质,（,2,）熟悉双绞线的结构、分类与性能特点；,（,3,）熟悉光缆的结构、分类与性能特点。,【,工作环境与条件,】,（,1,）已经联网并能正常运行的机房和校园网；,（,2,）已经联网并能正常运行的其他网络。,1.3.1,双绞线,双绞线一般由两根遵循,AWG,标准的绝缘铜导线相互缠绕而成。把两根绝缘的铜导线按一定密度绞在一起，可以降低信号干扰的程度。实际使用时，通常会把多对双绞线包在一个绝缘套管里，用于网络传输的典型双绞线是,4,对的，也可将更多对双绞线放在一个电缆套管里的，称之为双绞线电缆。,双绞线电缆分为非屏蔽双绞线电缆（,UTP,）和屏蔽双绞线电缆（,STP,）两大类，按照传输带宽又可以分为,3,类、,4,类、,5,类、超,5,类、,6,类、超,6,类以及,7,类线，目前，局域网中常用的双绞线是非屏蔽的超,5,类和,6,类线 。,1.3.1,双绞线,1.,屏蔽双绞线和非屏蔽双绞线,屏蔽双绞线电缆最大的特点在于封装在其中的双绞线与外层绝缘套管之间有一层金属材料。该结构能减小辐射，防止信息被窃听，同时还具有较高的数据传输率。但也使屏蔽双绞线电缆的价格相对较高，安装时要比非屏蔽双绞线困难，必须使用特殊的连接器，技术要求也比非屏蔽双绞线电缆高。与屏蔽双绞线相比，非屏蔽双绞线电缆外面只有一层绝缘胶皮，因而重量轻、易弯曲、易安装，组网灵活，非常适用于结构化布线。,1.3.1,双绞线,2.,双绞线的电缆等级,类是用来区分双绞线电缆等级的术语，不同的等级对双绞线电缆中的导线数目、导线扭绞数量以及能够达到的数据传输速率等具有不同的要求。,（,1,）,3,类双绞线,（,2,）,4,类双绞线,（,3,）,5,类双绞线,（,4,）超,5,类双绞线,（,5,）,6,类双绞线,（,6,）超,6,类双绞线,（,7,）,7,类双绞线,1.3.2,同轴电缆,同轴电缆是根据其构造命名的，铜导体位于核心，外面被一层绝缘体环绕，然后是一层屏蔽层，最外面是外护套，所有这些层都是围绕中心轴（铜导体）构造。,同轴电缆主要有以下类型：,50,同轴电缆：也称作基带同轴电缆，特性阻抗为,50,，主要用于无线电和计算机局域网络。曾经广泛应用于传统以太网的粗缆和细缆就属于基带同轴电缆。,75,同轴电缆：也称作宽带同轴电缆，特性阻抗为,75,，主要用于视频传输，其屏蔽层通常是用铝冲压而成的。,1.3.3,光纤,1.,光纤的结构,计算机网络中的光纤主要是采用石英玻璃制成的，横截面积较小的双层同心圆柱体。裸光纤由光纤芯、包层和涂覆层组成。折射率高的中心部分叫做光纤芯，折射率低的外围部分叫包层。光以不同的角度进入光纤芯，在包层和光纤芯的界面发生反射，进行远距离传输。,2.,光纤通信系统,光纤通信系统是以光波为载体、以光纤为传输介质的通信方式。在光纤发送端，主要采用两种光源：发光二极管,LED,与注入型激光二极管,ILD,。在接收端将光信号转换成电信号时，要使用光电二极管,PIN,检波器。,1.3.3,光纤,3.,单模光纤和多模光纤,光纤有两种形式：单模光纤和多模光纤。单模光纤使用光的单一模式传送信号，而多模光纤使用光的多种模式传送信号。,单模光纤只允许一束光传播，没有模分散的特性，光信号损耗很低，离散也很小，传播距离远，单模导入波长为,1310nm,和,1550 nm,。多模光纤是在给定的工作波长上，以多个模式同时传输的光纤，从而形成模分散，限制了带宽和距离，因此，多模光纤的芯径大，传输速度低、距离短，成本低，多模导入波长为,850nm,和,1300nm,。,1.3.3,光纤,4.,光纤通信系统的特点,与铜缆相比，光纤通信系统的主要优点有：传输频带宽，通信容量大；线路损耗低，传输距离远；抗干扰能力强，应用范围广；线径细，重量轻；抗化学腐蚀能力强；光纤制造资源丰富。,与铜缆相比，光纤通信系统的主要缺点有：初始投入成本比铜缆高；更难接受错误的使用；光纤连接器比铜连接器脆弱；端接光纤需要更高级别的训练和技能；相关的安装和测试工具价格高。,1.3.3,光纤,5.,光缆的种类,（,1,）室内光缆,室内光缆的抗拉强度较小，保护层较差，但也更轻便、更经济。室内光缆主要适用于建筑物内的计算机网络布线。,（,2,）室外光缆,室外光缆的抗拉强度比较大，保护层厚重，在计算机网络中主要用于建筑物外网络布线，根据敷设方式的不同，室外光缆可以分为架空光缆、管道管缆、直埋光缆、隧道光缆和水底光缆等。,（,3,）室内,/,室外通用光缆,室内,/,室外通用光缆既可在室内也可在室外使用，不需要在室外向室内的过渡点进行熔接。,【,任务实施,】,实施,1,认识计算机网络实验室或机房网络中的传输介质,参观所在学校的计算机网络实验室或机房，根据所学的知识，了解并熟悉该网络使用的传输介质，列出该网络所使用传输介质的品牌、型号和主要性能指标。,实施,2,认识校园网中的传输介质,参观所在学校的网络中心和校园网，根据所学的知识，了解并熟悉该网络使用的传输介质，列出该网络所使用传输介质的品牌、型号和主要性能指标。,实施,3,认识其他计算机网络中的传输介质,根据具体的条件，找出一项计算机网络应用的具体实例，根据所学的知识，了解并熟悉该网络使用的传输介质，列出该网络所使用传输介质的品牌、型号和主要性能指标。,任务,1.4,绘制网络拓扑结构图,【,任务目的,】,（,1,）熟悉常见的网络拓扑结构；,（,2,）能够正确阅读网络拓扑结构图；,（,3,）能够利用常用绘图软件绘制网络拓扑结构图。,【,工作环境与条件,】,（,1,）已经联网并能正常运行的机房和校园网；,（,2,）安装,Windows XP,或,Windows Server 2003,操作系统的,PC,；,（,3,）,Microsoft Office Visio Professional 2003,应用软件。,1.4.1,总线型结构,总线型结构是用一条电缆作为公共总线，入网的节点通过相应接口连接到总线上。在这种结构中，网络中的所有节点处于平等的通信地位，都可以把自己要发送的信息送入总线，使信息在总线上传播，属于分布式传输控制关系。,优点：节点的插入或拆卸比较方便，易于网络的扩充。,缺点：可靠性不高，如果总线出了问题，整个网络都不能工作，并且查找故障点比较困难。,1.4.2,环型结构,在环型结构中，节点通过点到点通信线路连接成闭合环路。环中数据将沿一个方向逐站传送。,优点：拓扑结构简单，控制简便，结构对称性好。,缺点：环中每个节点与连接节点之间的通信线路都会转为网络可靠性的瓶颈，环中任何一个节点出现线路故障，都可能造成网络瘫痪，环中节点的加入和撤出过程都比较复杂。,1.4.3,星型结构,在星型结构中，节点通过点到点通信线路与中心节点连接。目前在局域网中主要使用交换机充当星型结构的中心节点，控制全网的通信，任何两节点之间的通信都要通过中心节点。,优点：结构简单，易于实现，便于管理，是目前局域网中最基本的拓扑结构。,缺点：网络的中心节点是全网可靠性的瓶颈，中心节点的故障将造成全网瘫痪。,1.4.4,树型结构,在树型结构中，节点按层次进行连接，信息交换主要在上下节点之间进行。树型结构有多个中心节点（通常使用交换机），各个中心节点均能处理业务，但最上面的主节点有统管整个网络的能力。目前的大中型局域网几乎全部采用树型结构。,优点：通信线路连接简单，网络管理软件也不复杂，维护方便。,缺点：可靠性不高，如中心节点出现故障，则和该中心节点连接的节点均不能工作。,1.4.5,网状结构,在网状结构中，各节点通过冗余复杂的通信线路进行连接，并且每个节点至少与其他两个,节点,相连，如果有导线或节点发生故障，还有许多其他的通道可供进行两个节点间的通信。网状结构是广域网中的基本拓扑结构，不常用于局域网，其网络节点主要使用路由器。,优点：两个节点间存在多条传输通道，具有较高的可靠性。,缺点：结构复杂，实现起来费用较高，不易管理和维护。,【,任务实施,】,实施,1,分析局域网拓扑结构,实施,2,利用,Visio,软件绘制网络拓扑结构图,实施,3,绘制校园网拓扑结构图,