第4章计算机网络基础.ppt

第4章 计算机网络与因特网,4.1 数字通信入门 4.2 计算机网络基础 4.3 因特网的组成 4.4 因特网提供的服务 4.5 网络信息安全,学习目标与要求,1 了解数据通信的基本知识，如数据通信系统的组成，多路复用和交换技术，传输介质的种类与特性等。 2 掌握局域网的特点与组成，了解几种常用的局域网，熟悉局域网提供的功能与服务，初步理解网络的两种工作模式。 3 了解构成广域网的远程数字通信线路的性能及几种常用的接入技术，懂得广域网的构成和分组交换机的功能，理解广域网的通信过程与路由表的作用。 4 初步了解TCP/IP协议的作用，熟悉IP地址的格式与分类，初步懂得路由器的功能与通信过程。,学习目标与要求,5 熟悉域名与IP地址的关系，理解域名系统的作用和工作过程。 6 了解电子邮件系统和远程文件传输系统（FTP）的大体原理与工作过程。 7 了解WWW的功能、组成及其应用，掌握HTML、URL、http和Web浏览器等的作用与原理。 8 初步理解网络信息安全措施如身份认证、访问控制、数据加密、数字签名、防火墙、病毒防范等的原理与作用。,4.1 数字通信入门,概述,通信： 各种信息的传递 现代通信：使用电波或光波双向传递信息的技术（电信）,概述,通信三要素： 信源（信息的发送者） 信宿（信息的接收者） 信道（信息的载体与传播媒介） 通信系统模型：,产生和发送信息的一端,信源,信宿,通信线路 信道,接收信息的一端,概述,通信系统（电信网）组成： 终端设备（例如：电话机） 传输设备（例如：电话线） 交换设备（例如：程控交换机） 通信系统中被传输的信息必须以某种电（或光）信号形式才能通过传输介质进行传输。 连续形式（模拟信号） 离散形式（数字信号） 通信系统的任务是实现远距离传输信息，并要快速、安全、可靠和低成本,通信系统（电信网）分类,按业务种类：电话网、电报网、数据通信网、传真通信网、图像通信网等 按服务区域范围：本地电信网、农村电信网、长途电信网、移动通信网、国际电信网等 按信息信号形式：模拟通信网、数字通信网、数字模拟混合网等,通信系统（电信网）分类,按传输媒体分类： 电缆通信网 光缆通信网 短波通信网 微波通信网 卫星通信网 低轨道卫星移动通信网,通信系统（电信网）分类,数据通信模型及有关的基本概念 信道 调制解调（编码器：调制，解码器：解调） 多路复用（主干信道）,信道的基本概念,信道的定义： 向某个方向传输信息的媒体。 一条通信线路通常包含一个发送信道和一个接收信道。,信道的基本概念,根据信号在信道上的传输方向 单工通信 半双工通信 全双工通信,信道的基本概念,单工通信（单向通信）,发送端,接收端,信道,数据,监视信号,信道的基本概念,半双工通信（双向交替通信）,信道的基本概念,全双工通信（双向同时通信）,信道的种类,按传输的信号类型可将信道分为： 模拟信道：传输连续的模拟信号的信道 特点：频带窄，信道利用率高；受噪声干扰大 例如：传输语音信号的架空明线、双绞线，传输广播电视信号的宽带同轴电缆 数字信道：传输离散的数字信号 特点：信号不失真，准确性高；数字设备可大规模集成，价格便宜；易于加密；要求频带宽，信道利用率低 例如：传输计算机通信所用的信号的基带 同轴电缆、光缆等,信道,两类数字信号： 基带信号：用两种不同的电压值表示数字1和0的信号，需在数字信道上传输。 宽带信号：将基带信号进行调制，将其频谱搬移到较高的频率处而形成的模拟信号，这种模拟信号可以采用频分复用技术在模拟信道上传输。 按信号的传输媒体分类： 有线信道：电缆、光缆 无线信道：自由空间,信道,信道的带宽：信道上所能通过的信号的频带宽度。 例如：标准电话线路的信号频带为 300(Hz) 3400(Hz) 其带宽为 ：3400 300 = 3100(Hz) 信道带宽的意义： 频率在频带范围内的谐波在信道传输的过程中是无衰减的，频率超出频带范围的所有谐波在传输过程中衰减极大。 信道带宽为何是有限的？ 既可能是传输介质的物理特性确定的，也可能是故意在线路中安装了滤波器，以限制用户所使用的带宽。,信道,信道带宽与信道的最高信息传输速率的关系： 理想信道的最高码元传输速率 (单位： Baud 波特) = 2 * 信道带宽（Hz） （奈氏准则） 理想信道的最高信息传输速率（单位：b/s，比特） = 最高码元传输速率 * 一个码元携带的信息量 1 Mb/s = 1000 b /s , 1 Gb/s = 1000 Mb/s 例如： 信道带宽：3 KHz ( 3000Hz ) 最高码元传输速率：6000 Baud 一个码元携带 2 bit 的数据量 最高信息传输速率：12000 b/s = 12 Mb/s,信道,标准电话线路的频带为：300(Hz)3400(Hz) 其带宽为 ：3100(Hz) 接近理想信道的是中间的一段，带宽约：2400 (Hz) 如使码元速率为 ：2400 Baud，每个码元携带 4 bit 信息 数据传输速率可达：9600 b/s,调制解调基本概念,调制（Modulation） 将基带数字信号的波形变换为适合于模拟信道传输的模拟信号波形。（将数字信号转换成模拟信号） 解调（Demodulation） 将由调制器变换过的模拟信号波形恢复成原来的基带数字信号波形。（将模拟信号转换成数字信号） 基本调制方法： 调幅，调频，调相,幅移键控法ASK调幅 频移键控法FSK调频 相移键控法PSK调相,数据 0 1 0 0 1 0 （1）AM调幅 （2）FM调频 （3）phM调相,F1 F2 F1 F2 F1,0相起始 相起始 0相起始 相起始 0相起始,各种调制方法的调制波形,多路复用基本概念,多路复用 为了提高线路利用率，总是设法在一条传输线路上，传输多个模拟信号（例如，话路信息）或数字信号，这就是多路复用。 多路复用技术通常有： 频分复用，时分复用，码分复用，波分复用,多路复用基本概念,频分多路复用 将传输线路的频带分成N部分，每一个部分均可作为一个独立的传输信道使用。这样在一对传输线路上可有N对话路信息传送，而每一对话路所占用的只是其中的一个频段。 频分制通信又称载波通信，它是模拟通信的主要手段。,多路复用基本概念,传输多路模拟信号 将各路模拟信号按不同数值升频，使每个通道占用的频带都不相同，它们便可以合并在一个信道上被传输 传输多路数字信号 每一路基带数字信号的频谱可以搬移到不同频段，合在一起时互相不会干扰，可以在同一传输媒体上同时传输多路这样的信号,多路复用基本概念,时分多路复用 把一个传输通道进行时间分割以传送若干话路的信息。把N个话路设备接到一条公共的通道上，按一定的次序轮流的给各个设备分配一段使用通道的时间。当轮到某个设备时，这个设备与通道接通，执行操作。与此同时，其它设备与通道的联系均被切断。待指定的使用时间间隔一到，则通过时分多路转换开关把通道联接到下一个要连接的设备上去。时分制通信也称时间分割通信，它是数字电话多路通信的主要方法，因而PCM通信常称为时分多路通信。,多路复用基本概念,码分多路复用 用于无线移动通信。所有移动站点（例如手机）在整个频段上进行传输，多路信号同时传输时采用不同的编码原理加以区分。 例如，每个站点有一个唯一的m位代码（芯片序列），当需要发送比特1时，站点发送其芯片序列；当需要发送比特0时，站点发送其芯片序列的补码。,多路复用基本概念,信道使用的鸡尾酒会原理 在一个大房间里（一个信道），有许多对人在交谈（多路信号传输）： 时分复用 不同对的人轮流交谈，一对交谈结束后 另一对再接上。 频分复用 不同对的人分成不同的组，每组独立占 用房间内的一小块区域，各组人同时进 行自己的交谈，互不干扰。 码分复用不同对的人分别用不同语言进行交谈， 其它语言只当作噪音不予理会。,多路复用基本概念,波分多路复用 在单一光纤内同步传输多个不同波长的光波，使得数据传输速度和容量获得倍增,几种通信系统,有线载波通信 光纤通信 微波通信 卫星通信 移动通信,有线传输,无线传输,有线载波通信,有线载波通信：主要传输电话，电报、传真、数据 也可传输广播、可视电话、电视节目 依据所用的传输介质，有线载波通信可分为： 明线载波系统 对称电缆载波系统 同轴电缆载波系统,有线载波通信,采用的传输介质：架空明线，对称电缆，同轴电缆 传输的信号：电信号（模拟信号，数字信号）,特点 传输信号种类：模拟信号(例如，话音) 频带窄(300Hz 3400Hz)，传输容量有限 （312路电话） 易受气候变化的影响，通信质量不稳定，因而多用于业务量较小的次要传输线路。 常见应用 电话系统,架空明线（2线制标准电话线路）,有屏蔽双绞线（STP） 无屏蔽双绞线（UTP） 种类与传输速率 三类线：10 Mb/s 五类线：100 Mb/s 六类线：200 Mb/s,对称电缆（4对双绞线 ）,对称电缆（4对双绞线 ）,特点： 数字信号、模拟信号均可传输 各线对采用双扭线，减少了线对之间的串扰 频带较电话线宽，每对线可传输60路电话信号，多线对能提供上千个话路，适用于干线通信 缺点： 容易受到外部高频电磁波干扰，且线路本身会产生一定噪声，误码率较高 如用作数据通信网络的传输介质，每隔一定距离需要使用中继器或放大器 常见应用 电话系统（模拟信号） 局域网（数字信号）,同轴电缆,具有良好的传输特性和屏蔽特性 可以构成大容量的载波通信系统 一对小同轴管可提供数千个话路 一对中同轴管可提供上万个话路 多管同轴电缆电路则能提供相当大的传输容量 用于主要传输干线 同轴电缆种类： 基带同轴电缆（50）：传输数字信号 宽带同轴电缆（75）：传输模拟信号,同轴电缆,传输速率： 取决于电缆长度 例如：1km 的同轴电缆其数据传输速率可达到：1 Gb/s 2 Gb/s 常见应用 有线电视系统（模拟信号） 局域网（数字信号）,同轴电缆,利用频率分割原理，实现在有线信道上的多路复用 过程：发信端的各路信号对不同载波频率进行调制，分别搬移到不同频带后，同时在同一线路上传输。收信端对线路信号放大后，按上述相反顺序用滤波器分开各路信号，经过解调恢复原来的信息。 例如：有线电视信号，它通过同轴电缆入户，这个电缆同时承载有多个电视台的信号，家里的多个电视机可以接受相同的或者不相同电视台信号，每台电视机接受什么信号由该台电视机的选台器决定。在同轴电缆中，不同的电视信号占用不同的频率，互不干扰。,光纤通信,光波在纤芯中的传输原理 当光线的入射角足够大时，就 会出现全反射，重复此过程， 光就沿着光纤传播下去 光纤种类 多模：纤芯直径为 50 或 62.5m ，可以存在许多条入射角不同的光线，各自以不同的反射角全反射传播下去（即：每一个光线有一个不同的模式）。一般在局域网中使用。 单模：纤芯直径为 810 m（一个光波波长），光线不出现反射，直接向前传输 。 衰耗小，在 2.5 Gb/s 的高速率下传输数十公里而不必采用中继器。,光纤通信,光纤通信系统,电光变换器,光电变换器,光纤通信,光纤通信优点 传输频带非常宽，通信容量大 抗雷电和电磁干扰、抗辐射能力强 无串音干扰，保密性强，不易被窃听或截取数据 传输损耗小，通讯距离长 数据速率为420Mbps、距离为119km、无中继器时，误码率为10-8 重量轻，便于运输和铺设 光纤通信缺点 精确连接两根光纤比较困难,微波通信,微波：一种具有较高频率(300MHz300GHz)的电磁波。 波长很短，通常为1米至1毫米。 微波通信是众多无线通信形式中的一种。 有人认为未来只有两种通信手段： 光纤：用于所有固定设备（电话、传真机、计算机）通信 无线通信：用于所有移动通信。,无线通信,无线通信原理 利用电磁波可以在空间自由传播的特性，通过调节电磁波的振幅、频率或相位实现远距离传输信息。,电磁波的种类与频率范围： 无线电波：104 108 (Hz) 微波：108 1011 (Hz) 红外线：1011 1014 (Hz) 可见光：1014 (Hz) 紫外线：1014 1016 (Hz) X射线：1016 1022 (Hz) 伽玛射线：1022 1024 (Hz),微波通信,微波通信方式 ： 地面微波接力通信 卫星通信 对流层散射通信,微波通信,地面微波接力通信 如终端站 A，通过地面中继站C，D，E, F，.，与另一终端站 B 进行通信。中继站之间的距离大致与塔高平方成正比。一般为50公里左右。 卫星通信 地球站 G 经通信卫星（空中微波中继站）与另一地球站 H 进行通信。是微波接力通信向太空的延伸。 对流层散射通信 终端站X发出的微波信号经对流层散射传到另一终端站Y进行通信。,微波通信,微波通信优点 ： 容量大 可靠性高 建设费用低 抗灾能力强,移动通信,移动通信 处于移动状态的对象之间的通信，包括寻呼系统，蜂窝移动电话（俗称手机），集群调度，无绳电话和卫星系统。,移动通信,蜂窝移动通信系统组成 移动台、基站、移动电话交换中心,移动通信,移动台：是移动的通信终端，它是接收无线信号的接收机，包括手机，呼机，无绳电话等。 基站：是与移动台联系的一个固定收发机，它接收移动台的无线信号，每个基站负责与一个特定区域（10km 20km的区域）的所有的移动台进行通信。 移动交换中心：与基站之间通过无线微波、电缆或光缆交换信息，移动交换中心再与公共电话网进行连接。 每个基站的有效区域既相互分割，又彼此有所交叠，整个移动通信网就像是蜂窝，所以也称为“蜂窝式移动通信”。,移动通信,地理上每10km 20km的区域（单元,形似蜂窝）内的中央有一个基站，该单元内所有移动电话都向其基站发送信号。所有基站都通过微波或电缆、光缆与一个移动交换中心通信。每个移动电话每一时刻处于一个特定单元，即在该单元的基站控制之下。 每个单元使用一套信号传送频率，每个通话使用两个频率（双向传输），不同的通话使用不同的频率。,移动通信,蜂窝移动通信的发展 第一代：传输模拟信号，使用频段800/900MHz 第二代：传输数字信号，使用频段900MHz1800MHz 标准如下： GSM（欧洲全数字移动通信系统，全球可移动通信系统,全球通） IS-54（美国移动通信系统，数字系统并兼容模拟系统） JDC（日本移动通信系统，数字系统并兼容模拟系统） 第三代：使用频段3GHz,4.1 计算机网络基础,计算机网络的组成 计算机网络的分类 网络的工作模式 网络提供的服务 网络操作系统,4.1.1 计算机网络的 组成与分类,计算机网络的发展,联机终端阶段。远程终端利用通信线路与计算机主机连接，多个终端共享主机的资源。以主机为中心；多个终端，终端之间不能进行通信。 计算机网络阶段。 60年代末期，随着计算机应用的推广，把分散在不同地点的计算机互联起来，使各计算机之间可以共享资源，传输数据。采用分组交换技术，把传输的报文分成分组，以适应计算机数据传输突发性的特点。这一阶段也称为分组交换网时代。 计算机网络体系结构阶段。 1983年，国际标准化组织ISO给出了“开放系统互联参考模型”OSI/RM，凡是按照这一框架生产的网络硬件和软件都可以互联起来。遵循OSI设计的计算机网络系统为“开放系统”。 Internet阶段。从20世纪90年代起，计算机网络的设计和应用得到迅速的发展。人们通过计算机网络传输信息、检索需要的信息已经成为日常工作和生活不可缺少的组成部分。,什么是计算机网络？,性质： 它是一种通信系统（与电话、电视系统不同，它是一种数据通信系统） 它是计算机系统的延伸与扩展（“网络就是计算机”SUN公司） 需要使用多种复杂的技术,利用通信设备和网络软件，把位置分散的多台计算机连接起来的一个系统,计算机网络的组成,计算机等“智能” 设备 数据传输介质：如双绞线、光缆、无线电波等，用于传输数据 通信控制设备：如网卡、集线器、交换器、调制解调器、路由器等，确保通信正确、可靠、有效地进行 通信协议共同遵循的一组的规则和约定 通信如何开始、如何结束？数据如何表示？命令如何表示？通信对象如何区分？其身份如何鉴别？发生错误如何处理？等等。例如： TCP/IP, HTTP, FTP，POP3等 网络操作系统：实现通信协议、管理网络资源等 网络应用软件：实现各种网络应用，如浏览器、电子邮件程序、QQ、搜索引擎等,计算机组网的目的,（1）数据通信 使计算机之间可以相互传送数据，方便地交换信息 （2）资源共享 用户可以共享网络中其他计算机的软件、硬件和数据资源 （3）实现分布式信息处理 大型问题可以借助于分散在网络中的多台计算机协同完成 分散在各地各部门的用户通过网络合作完成一项共同的任务 （4）提高计算机系统的可靠性和可用性 计算机出现故障时，网络中的计算机可以互为后备 计算机负荷过重时，可将部分任务分配给空闲的计算机,计算机网络的分类,按使用的传输介质可分为： 有线网 无线网 按网络的使用性质可分为： 公用网 专用网 虚拟专网(VPN) 按网络的使用对象可以分为： 企业网 政府网 金融网 校园网 ··· 按网络所覆盖的地域范围可以分为： 局域网(LAN)：使用专用通信线路把较小地域范围（一幢楼房、一个楼群、一个单位或一个小区）中的计算机连接而成的网络 广域网(WAN) ：把相距遥远的许多局域网和计算机用户互相连接在一起的网络。广域网有时也称为远程网 城域网或市域网(MAN) ：作用范围在广域网和局域网之间，其作用距离约为5km50 km，例如一个城市范围的计算机网络,几种网络之间的相互关系,将分散的用户计算机(网)接入特定城(广)域网的各种网络通信设施,4.1.2 计算机网络的 工作模式与网络服务,计算机网络的2种工作模式,资源：硬件、软件、数据都是计算机的资源 网络中的计算机可以扮演2种不同的角色： 客户机：需要使用其它计算机资源的计算机 服务器：提供资源（如数据文件、磁盘空间、打印机、处理器等）给其它计算机使用的计算机 每一台联网的计算机，其“身份”或者是客户机，或者是服务器，或者两种身份兼而有之 计算机网络有两种基本的工作模式： 对等（peer-to-peer，简称P2P）模式 客户/服务器（Client/Server，简称C/S）模式,对等工作模式（P2P）,网络中每台计算机既可以作为客户机也可以作为服务器 例：Windows操作系统中的“网上邻居”,特点： 可共享的资源主要是文件和打印机，由资源所在计算机自己管理，使用比较简单 不需要专门的硬件服务器，也不需要网络管理员 保证可靠性、安全性是关键,互联网应用中的P2P工作模式,P2P是通过网络中计算机与计算机之间直接交换来共享计算机资源的一种应用模式 以前P2P模式以局域网使用居多，近些年它已在因特网上广泛使用，例如： 文件共享：BitTorrent(BT下载)，eMule(电驴)，迅雷 即时通信：QQ、MSN Messenger 流媒体服务： Skype（网络IP电话） 对等协同计算 P2P业务已占互联网业务流量的60%以上,客户/服务器工作模式（C/S）,特点：网络中的计算机有专门分工，有的是客户机，有的是服务器,服务器大多是一些专门设计的性能较高的计算机，并发处理能力强，存储容量大，网络数据传输速率高 服务器按用途分为：Web服务器、打印服务器、邮件服务器、文件服务器、数据库服务器等,客户机提出服务请求，使用服务器所提供的资源,服务器用于提供资源，为客户机服务,Client/Server的工作过程,客户机用户必须预先在服务器上注册，由网络管理员为该用户分配访问网络资源的权限。每个注册用户都有自己的账号和口令，并获得使用某些服务的授权 需要获得服务时，用户应先登录(login，输入用户名和口令)，登录成功后才能访问服务器上的资源 客户机向服务器提出请求(例如访问某个文件)，服务器响应请求， 找到该文件，然后将文件传送给客户机,网络服务之1：文件服务,文件服务(又叫做“共享存储服务”) 用户可以使用服务器中可共享的数据文件，使用方法如同使用本地磁盘一样 必须在获得服务器授权的情况下进行,( 如果是共享服务器中的程序，则一般是将该程序下载到客户机中然后再在客户机中运行，需购买软件的多用户版本和软件许可证),网络服务之2：打印服务,打印服务：共享打印机,打印服务器 （管理程序）,共享的打印机,客户机,客户机,打印管理程序的一般原则是先来先服务(排队处理) 可以更改打印任务的顺序，也可取消某个正在排队的打印任务,网络服务之3：消息传递服务,1.登录到 即时通信 服务器,3. 给在线的 伙伴发消息,4. 消息由服务器立即转发给您的伙伴,5. 您的伙伴立即就能看到 您发的消息,消息传递服务：实现用户间的相互通信，如电子邮件、QQ、短信息、IP电话、视频会议等。,例：QQ的工作过程,网络服务之4：应用服务,例：银行ATM自动柜员机的工作过程: ATM机是金融计算机网络上的客户机，它是一台嵌入式计算机，供存款、取款、查询等使用 服务器在银行的计算中心，它是一台大(巨)型计算机，具有一个非常庞大的账目数据库 取款操作时的工作过程： ATM将用户身份信息送到服务器 服务器检查是否为合法用户，给出提示 用户输入取款数 服务器检查是否在允许范围，若可，记帐，发命令给ATM输出现款 ···,应用服务(application service)： 为网络用户执行信息处理任务的一种服务,Client/Server的管理 网络操作系统,网络操作系统(Network operating system, NOS)是指运行在服务器上的操作系统，有时也称之为“服务器操作系统” 网络操作系统的责任是： 支持大量客户机同时发出服务请求并快速作出响应 管理并协调资源的分配与共享 管理、监测与记录客户机的操作 (记录用户每一次登录和退出的时间，以及每一次使用服务器资源的情况) 数据保护和错误处理 等,当前使用的主流网络操作系统,主流网络操作系统： UNIX系统， 稳定性和安全性好，可用于大型网络 微软公司的Windows系统服务器版 （如Windows NT Server、Windows 2000 Server，Windows Server 2003 R2等，一般用于中低档服务器） Linux， 源代码开放，可免费得到许多应用软件 网络管理员(超级用户) 的职责： 为用户建立账号(开户)、分配资源使用权限、撤销账号(销户)、维护网络正常工作和保证信息安全,4.2 计算机局域网,4.2.1 局域网的特点与组成 4.2.2 常用局域网介绍,4.2.1 局域网的特点与组成,计算机局域网(LAN)的特点,为一个单位所拥有，地理范围有限 使用专门铺设的传输介质进行连网 数据传输速率高(10Mbps10Gbps)、延迟时间短 可靠性高、误码率低(10-810-11),局域网的组成,网络上的每个节点都装有网络接口卡(NIC,简称网卡)，网卡通过传输介质把节点相互连接起来,双绞线、同轴电缆、光纤或者无线电波,网络上的每台设备(如工作站、服务器、打印机等) 都称为是网络中的 一个“节点”,局域网的拓扑结构,网络上的 节点,局域网的数据传输方法,网络上的每个节点（如工作站、服务器、打印机等），都是数据传输的“源”或者“目的地” 介质访问地址(MAC地址)：为了相互区别，局域网中的每个节点都有一个惟一的地址，称为MAC地址 数据传输方法： 采用时分多路复用技术，多个节点共享传输介质 不允许任何节点连续长时间传输数据，所以必须预先把要传输的数据分成小块（称为“帧”，frame），每个节点每次只传输一个帧，确保任何节点都有传输数据的机会,局域网数据帧的格式,发给哪一台计算机？,校验信息随同数据一起进行传输，供接收节点在收到数据之后验证数据传输是否正确,哪一台计算机发送的数据帧,需要传输的数据，如程序、邮件、MP3音乐等,不同类型的局域网，数据帧的格式各不相同： MAC地址的长度不同 有效载荷的最大长度限制不同 使用的校验方法不同 其它组成部分,什么是网卡（网络接口卡）？,网卡就是计算机的网络通信控制器 主要功能：实现节点之间的数据通信,网络中每个节点(工作站或服务器)都必须安装网卡，不同类型的网络，需安装使用不同类型的网卡 由于芯片组集成度的提高，现在网卡的功能大多已集成在芯片组中，即所谓的“集成网卡”,4.2.2 常用局域网介绍,近几年局域网技术的变化与发展方向是： 技术单一化（交换式以太网） 传输高速化（千兆网、万兆网） 主干采用树形结构 无线网开始普及,常用局域网之1：总线式以太网,以集线器(hub)为中心，每个节点通过以太网卡和双绞线连接到集线器的一个端口，通过集线器与其他节点相互通信,集线器,A,B,C,D,把一个端口接收到的帧向所有端口分发出去，并对信号进行放大，以扩大网络的传输距离，起着中继器的作用,常见局域网之2：交换式以太网,以以太网交换机(Ethernet switch)为中心构成 以太网交换机是一种高速电子交换器，连接在交换机上的所有节点均可同时相互通信,常见局域网之3：千(万)兆位以太网,不同速率的以太网交换机可以按层次方式互相连接起来，构成“校院系室、组”的多层次的局域网,传输介质(光纤)的长度可达几公里,小结：以太网的优缺点,优点： 增删节点容易 成本低 维护方便 轻负载时效率高（节点少，或者信息发送不频繁） 缺点： 重负载情况下网络性能将急剧下降，不适合实时性要求较高的环境，特别是总线式以太网,常见局域网之4: 无线局域网,组成：通过无线网卡、无线接入点等设备进行组网,无线网卡,使用扩频方式通信，具有抗干扰、抗噪声能力。室外覆盖距离通常可达100300米，室内一般为30米左右,每个无线节点都需要有1块无线网卡,无线局域网还不能完全脱离有线网络，它只是有线网络的补充,无线接入点（Wireless Access Point，简称WAP或AP）提供从无线节点对有线局域网和从有线局域网对无线节点的访问，实际上就是一个无线交换机。,无线局域网通信协议,802.11标准(Wi-Fi), 其中： 802.11a : 25Mbps 802.11g : 54Mbps 802.11b(传输速率能根据环境变化)，最大可达11 Mbps 蓝牙（bluetooth） 近距离无线数字通信的标准，是802.11的补充 最高数据传输速率可达1Mbps(有效传输速率为721kbps) 传输距离为10cm10m 适合于办公室或家庭环境的无线网络,无线局域网的特点,优点 具有很好的灵活性 最大通信范围可达几米几公里 组网、配置和维护较容易 缺点 还不能完全脱离有线网络，只是有线网络的补充 传输速度较慢 产品相对较贵,4.3 计算机广域网,4.3.1 专用广域网 4.3.2 公用数据网,什么是计算机广域网？,广域网（WAN）是跨越很大地域范围（从几十公里到几千公里）并包含大量计算机的一种计算机网络 特点： 远距离：需要使用远程数字通信线路进行通信 大规模：网络中包含大量的网络（子网）和计算机，数量几乎不受限制 异构性：进行互连的局域网有多种不同类型 从功能来说，广域网与局域网并无本质区别，只是由于数据传输速率相差很大，一些在局域网上能够实现的功能在广域网上可能效果欠佳,广域网的分类,按用途分： 专用广域网：由机构或组织自行构建，用于处理特定事务（如政府网、金融网、教育网、军事网等） 公用数据网：由网络服务提供商（如电信局、有线电视台）构建，用于为社会公众提供数据通信服务 按技术分： X.25网（低速） 帧中继网（中速） ATM网（中高速） ······· 不同局域网、广域网互联而成的广域网,4.3.1 专用广域网,政府网、金融网、科技网、教育网等一些系统和行业性的专用广域网，其主干部分和接入部分一般都使用电信部门提供的传输线路和网络设备构建而成，很少有单位全部自行建设。,使用电话网连接远程计算机,适合家庭用户、外出公干人员和企事业单位的外地分支机构联网 可用技术： 电话拨号 ADSL ISDN,必须使用调制解调器把数字信号调制成模拟音频信号进行传输,优点：交换方式简单，建立一次可传大量数据 缺点：线路利用率低，数据传输速度慢，通信质量不稳定，费用较高（特别是长途通信）,使用(远程数字通信)专线连接,应用：用作政府网、金融网、科技网等广域网中的主干线路 优点： 实现每周7天、每天24小时的不间断通信 可根据需要租用不同的远程数字通信线路（PDH或SDH） 缺点：租用专线的费用较高,虚拟专网（VPN）,构建在帧中继网、ATM网等公用数据网的基础上，也可以构建在因特网平台之上，是一种逻辑上的专用网络，不必租用专线，但效果如同租用专线一样 采用隧道技术以及加密、身份鉴别等方法，信息安全可以得到保证 优点：节省费用、运行灵活、易于扩展、易于管理 虚拟专网应用前景广阔，具体实施也不困难,4.3.2 公用数据网,什么是公用数据网？,电信部门的传统业务：电话、电报和传真 20世纪80年代以来开展的新业务： 组建公用数据网，向公众提供数据通信服务，如公用电子信箱、电子数据交换（EDI）和因特网业务等 公用数据网是国家的公用通信基础设施之一，由国家统一建设、管理和运营。 数据通信网的主要特点： 传输的是数字信息 采用数字传输技术而非模拟传输技术 主要采用分组交换技术而很少用电路交换技术,什么是分组交换(Packet Switching)?,分组交换的要点： 被传输的数据必须划分为若干“分组”(packet, 简称“包”)进行传输 每个分组中必须包含收发双方的地址 每个分组由分组交换机进行处理、存储和转发才能送达目的地 每个分组的格式如下：,分组交换示意：,分组交换的优点和技术基础,优点： 可同时处理许多不同的传输任务，线路利用率较高 收发双方不必同步工作，当接收方忙时，数据可留在分组交换机中缓冲 可以给数据建立优先级，使得重要的数据能优先传送 实现分组交换的条件“分组交换机” 分组交换机的任务是：负责包的转发 实现分组交换的原理是：存储转发 + 路由选择 分组交换机有许多端口，用来连接计算机和远程数字通信线路 分组交换机可以互连，以扩大网络的规模和任意延伸网络的连接距离,使用分组交换机构建广域网,计算机的编址方案 使用两个整数表示：第1个数表示分组交换机号，第2个数表示计算机连接到该交换机上的端口号,分组交换机有许多端口，低速端口用来连接计算机，高速端口则通过远程数字通信线路连接另一交换机, 每个端口既可输入也可输出,分组交换与存储转发的过程,发送数据的计算机将包发给它所连接的分组交换机 交换机每收到一个包，就检查该包的目的地地址： 若数据包目的地是直接与之相连的计算机，交换机就将包发往该计算机 若目的地不是本分组交换机上的计算机，则选择一个输出端口，通过连接该端口的高速数字线路转发给另一台交换机（如果线路忙，则可放在对应的缓冲器中排队等候） 下一台交换机收到数据包之后，重复过程2直到数据包到达目的计算机为止,例1：计算机C发送数据包给计算机H 例2：计算机A发送数据包给计算机G,关于路由表的说明,每台分组交换机均有路由表,实际网络中包含了大量的网络和交换机，因此交换机中的路由表非常庞大和复杂 由于交换机之间的连接以及计算机的接入情况经常发生变化，因此路由表需要不断进行更新，路由器经常向其它路由器广播自己的路由信息，并获取其他路由器的路由信息 路由表是通过软件自动计算得到的，算法比较复杂,常用的几种公用数据网,为适应不同应用的需要，常用的公用数据网有： 低速：X.25公共分组交换网（传输速率仅64kbps） 利用公共电话网以分组交换方式进行数据传输 中速：使用光纤作为传输介质 帧中继交换网 （传输速率可达2Mbps） 中高速：使用光纤作为传输介质 SMDS（交换多兆位数据服务网） ATM 广域网 (155Mbps或者更高),4.4 因特网的组成,4.4.1 网络互连与TCP/IP协议 4.4.2 因特网的主机及域名 4.4.3 因特网的接入,4.4.1 网络互连与TCP/IP协议,（1）TCP/IP协议(栈) （2）IP协议（IP地址和IP数据报） （3）路由器和IP数据报的传输,(1) TCP/IP协议,网络互连问题,为了把不同类型的网络互连成为一个巨大而统一的网络，允许网络中的所有计算机均可相互通信，必须解决： 所有计算机应统一编址 传输的数据包格式应该统一 ···,统一的计算机网络,解决方案：统一采用TCP/IP协议进行网络互连！,异构网络的互连技术,网络互连的基本构件： 各种不同类型的局域网和广域网 必须解决的问题： 1)所有计算机应统一编址 2)传输的数据包格式应该统一 解决方案： 采用统一的网络通信协议TCP/IP 使用的网络互连设备： 路由器,什么是TCP/IP协议？,TCP/IP是网络互连的工业标准，它包含了100多个协议，其中：TCP（传输控制协议)和IP(网际协议)是两个最基本、最重要的协议,负责把数据封装为TCP或UDP数据报，在两个应用程序之间传送数据,负责把数据封装为IP数据报，并负责把IP数据报从发送方计算机通过物理网络传送到接受方计算机,负责将IP数据报封装成能在物理网络（局域网、广域网）中传输的帧，并进行传输,应用程序与应用程序之间通信时使用的协议,TCP/IP协议特点,1.适用于多种异构网络的互联 2.确保可靠的端-端通信 3.与操作系统紧密结合 4.支持面向连接服务也支持无连接服务,例: 浏览网页时使用的TCP/IP协议,浏览器使用HTTP协议向Web服务器请求网页,网页所对应的HTML文档拆分并封装为若干个TCP数据报，由Web服务器一个一个地进行发送,负责把每个TCP报封装为IP数据报，在路由器之间进行传送，直到目的计算机所在局域网连接的路由器为止,路由器负责将IP数据报封装成以太网帧，在局域网中传输给浏览器,（2）IP地址和IP数据报,（IP协议第4版）,因特网上的计算机如何统一编址？,因特网上的每台计算机使用“IP地址”作为其标识 IP地址的特点： 惟一性：网络上的每台计算机都有一个与众不同的惟一的IP地址 简明性：所有地址的长度都是32个二进位 IP地址的格式：包含类型号、网络号和主机号 3个部分,指明计算机所属网络的编号,指明计算机在该网络中的编号,指明该IP地址的类型：分为A, B, C, D, E五类IP地址,5类IP地址的具体格式,两个特殊的IP地址： 主机号为“全0”的IP地址，称为网络地址，用来表示整个一个网络 主机号为“全1”的IP地址，称为直接广播地址，指整个网络中的所有主机,IP地址的“点分十进制”表示,IP地址是一个32位的地址码，书写和记忆很不方便 “点分十进制”表示：用4个十进制数来表示一个IP地址，每个十进制数对应 IP地址中的8位(1个字节)，相互间用小数点 “ ” 隔开。 例如：,点分十进制表示 二进制表示 IP地址类型,网络类型、网络号和IP地址举例,IP数据报的格式,相互连接的异构网络，它们使用的数据包（或帧）格式互不兼容，因此不能直接将一个网络送来的包传送给另一个网络 解决方法：IP协议定义了一种独立于各种物理网的统一的数据包格式，称为IP数据报（IP datagram） IPv4数据报格式：,（3）路由器如何工作？,路由器的作用与连接,路由器是一种能够连接异构网络的分组交换机，其作用是： 按照路由表在网络之间转发数据包 根据需要对数据包的格式进行转换 路由器的IP地址设置： 当路由器某端口连接一个物理网络时，该端口应分配IP地址 该端口的IP地址，其网络号必须与所连接物理网络的网络号相同 例：,路由器的工作过程,工作过程： 发送端计算机将