第8章网络,本课件制作修改自陆汉权主编计算机科学基础（第2版）： 教材计算机科学基础（第2版），陆汉权 主编，电子工业出版社，2015年8月，ISBN 978-7-121-26609-6,内容,通信基础 网络的类型 组建网络：设备、模型和协议 网络的网络：因特网 因特网的资源 发展中的因特网,8.1 概述,计算机通信和网络已经成为信息时代最重要的标志 计算机网络 计算机网络是地理上分散的多台自主计算机互连的集合。互连的计算机遵循约定的通信协议，实现信息交换、资源共享、协同工作和在线处理等。,在通信系统和计算机网络中，数据传输速率和带宽经常用于表示其通信能力。 数据传输速率 比特率：单位时间内传输的二进制位数，单位为bps，也称为网速。 波特率：每秒传输的脉冲数，一般指的是信号传输。通常，波特率要大于比特率。 带宽 带宽（Bandwidth）描述的是信道的传输能力，指一个信道在单位时间内传输的数据量。 分为三类： 语音带宽 中等带宽 宽带,网线 双绞线 同轴电缆 光纤,无线传输 无线电波 红外线传输 微波通信 卫星通信,8.2网络的类型,按地域覆盖的规模可以把网络： 局域网（LAN） 连接较小地理范围内的计算机组成的网络，可以是在一个部门或单位内，或在一幢办公楼内，也可以延伸到近距离的楼群之间。 城域网 在一个较大的城市及其周边地区中建设数据通信设施，构建覆盖整个城市的网络。 广域网 两个以上的局域网实现互连，所形成的网络,拓扑结构：管理和构成局域网的各种配置方式 星型结构 以中央节点（交换机）为中心，用单独的线路如双绞线与其他节点（工作站）相连，节点间的通信通过中心节点进行。 结构简单、配置灵活、维护方便。但中心节点的“瓶颈”会导致整个网络性能下降。 总线型结构 采用单传输线（总线），所有节点都通过T形的接口直接连接到总线上，节点的信息沿总线向两个方向传播，且被其他节点接收， 总线结构对信道故障敏感，任何节点发生故障都会导致全网瘫痪。 环型结构 所有节点连接成一个封闭的环。获得令牌的节点才能发送信息 环网有较高的传输确定性，但扩充和关闭节点比较复杂。 树型结构 由多个星型网络按层次方式排列构成。 组网灵活、成本低、扩充方便。,无线网 移动通信：GPRS、CDMA Wi-Fi：使用和LAN兼容的无线网络技术 蓝牙：一种小范围的无线网技术,8.3组建网络：设备、模型和协议,网络的组建从技术的角度看，它并不复杂： 使用网络设备进行连接，使用网络软件进行数据通信，而数据通信是建立在网络模型和协议基础上的。 网络设备 网络接口卡 集线器和交换机 网桥和路由器 网关 调制解调器,网络接口卡 实现连网通信所需要的并行数据与串行数据的转换、数据打包和拆装、存取控制、产生网络信号等。 有唯一的标识码，称为MAC（Media Access Control，介质访问控制）地址。,集线器和交换机 网络的关键设备，充当网络的中心节点，其主要作用是信号的接收、再生和转发，并提供网络的稳定性和可靠性。 两者用途大致相同，其差异在于，交换机的每个端口都享有一个专属的带宽并具备数据交换能力，而集线器则共享一个带宽，交换机还有通信过滤及网络管理的功能。 大型网络使用交换机，而小型网络可使用价格低廉的集线器。,网桥和路由器 网桥连接相同结构的网络，路由器连接不同的网络，现在基本上都采用带有路由功能的交换机实现网间互连。 路由器是因特网的关键连接设备，通过路由器把全世界的不同网络组成了唯一的一个全球交互的信息网。,网关 安装了通信协议软件的计算机 主要有三类网关： 协议网关：负责协议转换，使得使用不同协议的网络可以相连。 应用网关：在使用不同数据格式的网络设备之间翻译数据。 安全网关：它是各种安全技术的融合，典型的应用就是防火墙。,调制解调器 调制解调（Modem）技术将数字信号调制为可以在电话线上传播的模拟信号，在接收端解调出数字信号。 是一种慢速网络连接设备。,网络协议 计算机网络协议（Protocol）： 有网络必有通信，有通信必有协议。 通信双方必须共同遵守的规则及约定，如通信过程的同步方式、数据格式、编码等。,常见协议,DHCP协议：动态主机配置协议，给进入网络的机器分配地址。 DNS协议：规定使用层次式的名字空间组织方案。 Echo协议：用于通信调试和检测。 FTP协议：文件传输协议。 ICMP协议：网间控制报文协议，用于网络管理。 TCP/IP协议：传输控制协议和网际协议，是因特网的基础。 IPv6协议：新一代的IP协议。 POP协议：邮局协议，接收电子邮件。 SMPT协议：简单邮件传输协议，发送电子邮件。 PPP协议：点对点协议。 Telnet协议：远程登录协议。 UDP协议：用户数据报文协议，用来支持那些需要在计算机之间传输数据的网络应用。,OSI模型 OSI/RM （Open System Interconnect Reference Model）,是国际标准化组织于1983年公布的。它为网络设计人员提供了一种层的概念，整个框架共分七层，每个层之间既相对独立又相互联系： 物理层（Physical Layer） 数据链路层（Data Link Layer） 网络层（Network Layer） 传输层（Transport Layer） 会话层（Session Layer） 表示层（Presentation Layer） 应用层（Application Layer）,局域网协议和组网技术 IEEE 802标准 局域网系列标准统称为IEEE 802标准。 局域网协议大部分由网卡完成。 只定义了OSI模型中的数据链路层和物理层，数据链路层又细分为逻辑链路控制LLC和MAC子层。 MAC子层定义了不同介质的网卡（如双绞线、光缆等）所要求的不同协议； LLC子层在网络层与MAC子层之间提供统一的接口；,局域网组网技术: 决定局域网的主要技术包括传输介质、拓扑结构和介质访问控制方法。 根据数据传输方式，主要分为： 以太网 1975年，美国施乐公司和Stanford大学联合研究，是目前局域网的主流 拓扑结构主要为星型。 传输介质主要为双绞线，万兆位以太网使用光缆。 数据传输速率为10Mbps，100Mbps，1000Mbps和10Gbps。 采用分组交换技术。 ARCNET和IBM令牌网 目前，ARCNET和IBM令牌网还有一定的应用，但主要是传统用户。 ATM网 ATM信元是固定长度的，而且长度很小，与以太网相比，实时性好。 ATM的实现技术要比以太网复杂，因此价格较高。 一般大型网用ATM作为交换核心，用以太网作为接入网，这样在核心交换上实现实时处理和高速率、高效率，能够支持大量的接入服务。,局域网软件的协议 IPX/SPX： 原为Novell公司的网络操作系统NetWare采用的协议，主要由IPX和SPX两部分组成，IPX是网络层协议，全称为互联网报文交换协议，传输的基本单位是分组，负责机器之间的互相通信。SPX是IPX的扩展，提供保证传输成功的服务。 NetBEUI： 是微软公司开发的传输协议，使微软网络的基本输入/输出系统的扩充，具有比较小 、易于实现，传输快的特点。 注：新系统如Windows高版本，使用TCP/IP取代NetBEUI协议。,虚拟专网 VPN借用公网物理线路，只为指定用户提供网络连接。 为确保网络安全连接，它必须具备几个关键功能：认证、访问控制、加密和数据完整。 VPN从用户的角度看就是一个专用的网络，通过广域网进行连接而起到局域网的作用。 另一种VPN是，在一个单位或者机构内部网中，指定不同位置的机器组成一个“逻辑”网，虽然实际物理分布不是在同一个区域内，但“看上去”和“使用起来”与局域网并无差异。,网络服务器 网络中，承担网络管理和服务的指定主机。 分为文件服务器、打印服务器和应用服务器。 网络操作系统 网络需要支持多用户访问，因此在服务器上安装的操作系统是功能更强的网络操作系统（Network OS，NOS），例如Windows的Server版。 网络应用程序 包含网络功能的软件 专门开发的软件,8.4网络的网络：因特网,因特网的历史 前身是1969年美国国防部的ARPANET。 1985年， 美国国家科学基金会接管ARPANET，建立了NSFNET。 随着越来越多的计算机接入NSFNET，一个基于美国、连接世界各地网络的广域网逐步发展，最终形成了互联网。,因特网的核心：TCP/IP协议 TCP/IP即传输控制协议/互连协议，是因特网上使用的标准协议。整个因特网协议集简称为TCP/IP协议。 采用了分组交换技术。 TCP将发送的数据分为若干个数据包，数据包头标有编号，在接收端将数据按原来格式组合。TCP负责数据的发送和接收，如果传输中发生数据丢失、乱码和延时等情况，TCP将重传这些数据包； IP协议为每个数据包加上接收主机的地址后，在网络线路中传输数据包，确定传输路径。 两者相辅相成，缺一不可。 TCP/IP体系是一个4层结构，比OSI模型简单，由于因特网的特殊地位，它已成为既成事实的网络工业标准。,内网和外网：Intranet Intranet使用因特网技术构建内部网，即以TCP/IP协议作为内网的核心。 员工以与因特网相同的方法和软件使用内网的资源，如收发电子邮件，浏览内部新闻，阅读内部的通知、文件等。 这些信息只在内部使用，而不是对整个因特网。,IP地址 为使接入因特网的计算机在通信时能够互相识别，IP协议规定每台入网的计算机都必须有一个唯一的网络地址，即IP地址。 IP地址为32位二进制数，即4个字节。每个字节的取值范围为0255。字节之间用小圆点隔开。 拥有IP地址的计算机都叫主机（Host），路由器根据IP地址传送数据包。 IP地址有A、B、C、D和E五类。 IP地址由类型、网络地址和主机地址三部分组成。,IPv4和IPv6 IPv4（IP Version 4）是目前主要在使用的IP方案，但IP地址已经面临资源危机。 下一 代IP协议的版本为IPv6，使用128位二进制数的IP地址。 在很长的一段时间内，IPv4和IPv6将并存，其后逐步淘汰IPv4。,域名 IP地址是一串数字，显然，人们记忆有意义的字符串比记忆数字更容易。为此，因特网采用了域名系统（Domain Name System，DNS）。 域名由25段字符串组成。 网络中有负责解析域名的服务器，完成域名到IP地址的转换。 域名组成为： 主机名. 子域名. 所属机构名. 顶级域名 IP协议的唯一性要求因特网中的一台主机只能有一个IP地址（实际上取决于机器上安装的网卡，如果有多个网卡，当然也可以有多个IP地址），而一个IP地址可以对应多个域名。,子网、代理服务器和NAT 为了解决IP地址不够分配的问题可以采用： 子网和子网掩码 把一个较大的网络分成若干个较小的网络，并通过路由器连接起来，这些具有相同网络标识的小网络就称为子网（Subnet）。 划分子网后要告诉网络子网是如何划分的，这就是子网掩码。 代理服务器（Proxy Server） 简单地说，用一台计算机作为代理服务器，代理网内其他计算机和因特网之间的通信。 网络地址翻译 一个网络内的计算机使用本地IP地址进行网内通信，如果需要访问外部因特网，由NAT服务器（或路由器）负责将内部地址转换为合法的外部因特网IP地址。,网络命令 TCP/IP是因特网协议，它也包含了许多实用工具程序，用于因特网的检测、维护和查看有关网络信息，使用较多的是 ： Ping 用于确定本地主机是否能与另一台主机交换数据包。 Ipconfig 显示当前的TCP/IP配置参数，一般用来检验人工配置的TCP/IP设置是否正确。,接入因特网 局域网上网 局域网通过路由器与因特网连接。这种方式一般为机构、企业、学校等单位用户使用。 宽带 DSL,即数字用户专线，利用分频技术划分电话线低频信号和高频信号，低频供电话使用，高频部分供上网使用，使用DSL Modem作为连接设备。 专用电缆和CATV 无线宽带 手机上网 卫星上网,8