第8章计算机网络计算机网络的定义及功能 定义：所谓计算机网络，就是把地理上分散的、具有独立功具有独立功能能的多个计算机系统，用通讯设备和线路互相连接，并配以相应的网络软件相应的网络软件，以实现数据通信和资源共享的系统。 功能：数据传送和通信数据传送和通信 资源共享资源共享 硬件资源共享硬件资源共享 软件资源共享软件资源共享 提高计算机的可靠性与可用性-均衡各计算机的负担28.1.2 计算机网络的发展n1第一代计算机网络n以主机为中心的联机终端网络n联机终端网络与多处理机网络相比较有如下缺点。n 主机负荷较重，既要承担通信工作，又要承担数据处理，主机的效率低。n 通信线路的利用率低，尤其在远距离时，分散的终端都要单独占用一条通信线路，费用贵。解决的方法是在终端聚集的地方采用远程线路集中器，以降低通信费用。n 这种结构属集中控制方式，可靠性低。3第一代网络：4第二代计算机网络计算机-计算机网络这一阶段是在20世纪的6070年代之间，这一阶段是以通信子网为中心，通过公用通信子网实现计算机之间的通信。典型代表：ARPAnetp以通信子网为中心，实现了“计算机-计算机”的通信。p采用“存储转发”机制，大大提高了通信线路的利用率p将网络划分为通信子网和资源子网，设计与实现都相对容易p缺点：网络的标准不统一；同一网络中的计算机必须是相同类型的。 ARPA NET的出现，为网络标准化建设打下了坚实的基础。返回5第二代：计算机计算机网络6第三代计算机网络开放式标准化网络返回从20世纪80年代开始进入了计算机网络的标准化时代。 典型代表：Internet网络技术标准化的要求更为迫切。制定出计算机网络体系结构OSI参考模型随着Internet的发展，TCP/IP协议族的广泛应用。局域网的全面发展。所谓“开放”，即网络的体系结构是公开的，使用的、统一的。7现代计算机网络示意图8第四代计算机网络宽带化、综合化、数字化网络返回进入20世纪90年代后，计算机网络开始向宽带化、综合化、数字化方向发展。目前计算机网络正处于第4个发展阶段，这是一个智能化、全球化、高速化、个性化的网络时代。9 Internet示意图 108.1.3 计算机网络的功能1资源共享2.数据通信3.分布式处理4.提高计算机的可靠性和稳定性118.1.4 计算机网络组成计算机网络主要由通信子网和资源子网组成12资源子网n由主机、终端、连网外设各种软件资源和信息资源组成。n主机：提供接入服务、信息服务的计算机。早期主要由大型机、中型机、小型机承担，现在也用高档微机。n终端：是用户访问网络的计算机。n软件：n数据：13通信子网n由通信处理机、通信线路、通信设备组成。n通信处理机（IMP）：如路由器、交换机等。一方面作为与资源子网的主机、终端连接的接口，另一方面作为通信子网中的分组存储转发结点。n通信线路：连接主机、通信处理机，为它们之间传输数据提供通道。14计算机网络协议和体系结构1网络协议n定义：是为进行网络中数据交换而建立的规则、标准或约定。n一个网络协议主要由3个要素组成。n（1）语法：数据与控制信息的结构或格式（即“怎么讲”）。n（2）语义：控制信息的含义，需要做出的动作及响应（即“讲什么”）。n（3）时序：规定了操作的执行顺序（即“什么时候讲”）。153网络体系结构-OSI和TCP/IP参考模型n1OSI参考模型nOSI（Open System Interconnection，开放系统互连）参考模型分为七层， 202X年由ISO所公布，如图所示。各层功能简述如下。n（7）应用层：n（6）表示层：n（5）会话层：n（4）传输层：n（3）网络层：n（2）数据链路层：n（1）物理层：1617物理层(Physical)n实现在物理媒体上透明地传送原始比特流。n定义了激活、维护和关闭终端用户之间机械的、电气的、过程的和功能的特性n机械特性：物理连接器的尺寸、形状、规格n电气特性：信号电平，脉冲宽度，频率，数 据传送速率，最大传送距离等n功能特性：接口引脚的功能作用n过程特性：信号时序，应答关系，操作过程返回18数据链路层(Data Link)n把从物理层来的原始数据打包成帧。负责帧在计算机之间的无差错传递，使相邻结点间的链路对网络层呈现为一条无差错的链路n帧是放置数据的、逻辑的、结构化的包。n所关心的问题包括：n物理地址、链路维护；n组帧：把数据封装在帧中, 按顺序传送；n定界与同步：产生/识别帧边界；n差错恢复：采用重传（ARQ）的方法；n流量控制：收发双方传输速率的匹配。n n典型协议：多路访问控制协议典型协议：多路访问控制协议(MAC(MAC，Multiple Access Control protocol)Multiple Access Control protocol)返回19网络层 n负责网络中两主机间的数据交换。由于通信的两台计算机间可能要经过许多个节点,也可能经过多个通信子网,故网络层的任务是：n选择合适的路径将信息送到目的站,这就是所谓的路由选择。n进行流量控制,以防止网络拥塞引起的网络功能下降。n网络层传输的信息以报文分组为单位。n网络层协议最著名的协议是国际电报 咨询委员会CCITT的X.25协议,对应OSI的下三层，相当于ISO8473/8348标准，提供数据报和虚电路两种类型的接口。 20传输层(Transport)n传输层是资源子网和通信子网的接口层。n进行数据分段并组装成报文流；传输单位为：报文n提供端到端的服务n提供“面向连接”（虚电路）和“无连接”（数据报）两种服务；n传输差错校验与恢复；21n n会话层（会话层（SessionSession）n对不同开放系统中两个进程间通信的过程进行管理和协调n不参与数据传输，主要进行对话的管理n n表示层（表示层（PresentationPresentation）n向应用进程提供资料表示，如信息编码、数据转换、数据压缩与恢复等。返回22应用层(Application)n为用户的应用进程提供网络通信服务 n识别并证实目的通信方的可用性n使协同工作的应用程序之间实现同步n判断是否为通信过程申请了足够的资源n处理被传送数据的表示问题，即信息的语义。应用层协议的例子： 远程登录协议Telnet、文件传输协议FTP、 超文本传输协议HTTP、域名服务DNS、 简单邮件传输协议SMTP、邮局协议POP3等23n2TCP/IP参考模型图4-5 OSI参考模型和TCP/IP参考模型的对比24nTCP/IP参考模型所定义的5个层次如下n（1）应用层：n（2）传输层：n（3）网络层：n（4）数据链路层和物理层1：25数据的封装和拆封的过程3数据封装268.1.5 计算机网络分类n1按网络覆盖范围分类n按照连网的计算机之间的距离和网络覆盖地域范围的不同，网络可分为以下几种类型。n（1）局域网（Local Area Network，LAN）：n（2）广域网（Wide Area Network，WAN）：n（3）城域网（Metropolitan Area Network，MAN）：27n传输距离有限，一般在10公里以内n传输速率高，可达10Mbps以上n误码率低n一般用专线连接局域网（LAN，Local Area Network）28v用于连接几十公里内的企业、机关的局域网v介于局域网与广域网之间。城域网(MAN, Metropolitan Area Network)29广域网(WAN, Wide Area Network)传输距离广，一般在几十公里以上，覆盖一个地区、国家、甚至是整个世界。Internet是其典型代表 传输速率相对较低 一般租用公共通信线路 广域网主要采用分组交换技术返回30因特网（Internet）n也称为互联网，分布在世界各地，是一个规模空前的超级计算机网络31n（1）星型网n（2）总线型网n（3）环型网n（4）网状型网n（5）树型网2按拓扑结构分类32网络的分类按拓扑结构分计算机网络的几种拓扑结构 33总线型网络拓扑结构工作站终接器终接器工作站工作站工作站n总线型拓扑：采用一条公共总线作为通信线路，所有工作站都共用这条通信线路。n优点：1）不需中间的连接设备，成本低； 2）节约电缆；n缺点：1）网络稳定性较差，当某一接头接触不良时会影响网络的通信；2）排除故障比较困难；3）仅适合连接较少的计算机 ；34星型网络拓扑结构工作站工作站工作站工作站工作站工作站集线器n n缺点：缺点：n n1 1）过分依赖中央）过分依赖中央节点，一旦中央节点，一旦中央节点出现故障即节点出现故障即会造成全网瘫痪会造成全网瘫痪；n n2 2）线路总长过长）线路总长过长，成本高。，成本高。35环型网络拓扑结构工作站工作站工作站工作站工作站工作站36树型网络拓扑结构工作站工作站工作站工作站37网型网络拓扑结构工作站工作站工作站工作站工作站工作站38混合型网络拓扑结构39网络中的硬件设备n1、网卡n计算机主要通过网卡接入局域网络。n网卡除了起到物理接口作用外，还有控制数据传送（数据打包、解包）的功能。40USB接口的无线网卡41网络中的硬件设备n2、传输介质：用于连接网络中的各节点n同轴电缆：n双绞线：n光纤：n无线：绝缘层保护外层绝缘层外导体4243网络中的硬件设备n3、中继设备：n包括集线器、交换机、路由器等交换机示意图448.1.7 网络操作系统n网络操作系统：是网络系统软件的主体，其功能为处理网络请求、分配网络资源、提供用户服务等。常用的网络操作系统有Unix, Windows NT、Windows 202X Server，Windows 202X Server ，Netware（NOVELL公司），Linux（开源软件）等。n网络协议：是为进行网络中数据交换而建立的规则、标准或约定。45XP的网络功能n网卡的禁用与启动n局域网的连接与设置n配置TCP/IP协议n设置共享资源n打印机的共享与使用468.2 Internet基础nInternet是由美国国防部所资助的ARPANET网络发展而来，它也被称为国际互联网或因特网。Internet使用的通信协议是TCP/IP。478.2.1 Internet概述nInternet是由成千上万的不同类型、不同规模的计算机网络和成千上万个共同工作、共享信息的计算设备组成的世界范围的巨大的计算机网络。nInternet的拓扑结构是一种松散的层次结构。n从信息服务的角度看，Internet又是一个世界规模的巨大的信息和服务资源网络，因为它能够为每一个入网的用户提供有价值的信息和其他相关的服务。48Internet数据传输n将Internet中大大小小、各种各样网络连接在一起的“粘结剂”是称为TCP/IP的网络通信协议。这个协议使得各种各样不同类型的网络和计算机都能连入Internet，互通信息。nTCP/IP是一个协议簇，它本身是一组通信协议的代名词，常用的协议如图所示。TCP/IP这个名字就是来自于这组通信协议中最重要的两个协议：TCP和IP。TCP/IP组成了Internet世界的通用语言，连入Internet的每一台计算机都能理解这个协议，并且依据它来与Internet中的其他计算机进行通信。49图 TCP/IP协议簇常用协议508.2.3 IP地址nIP地址就是给每个连接在Internet上的主机分配的一个在全世界范围内惟一的标识符，相当于通信时每个计算机的名字。n目前在Internet上使用的IP地址主要采用的是IPv4，即第4代版本。nIP地址又是一种层次性的地址，分为网络地址和主机地址两个部分。网络地址主机地址51nIP地址分为5类：A类、B类、C类、D类和E类。其中A、B、C类地址是主类地址，D类地址为组播（Multicast）地址，E类地址保留给将来使用，如图所示。2IP地址的分类52net-id24 bithost-id24 bitnet-id16 bitnet-id8 bitIP 地址中的网络号字段和主机号字段 0A 类地址host-id16 bitB 类地址C 类地址011h