计算机网络应用基础.ppt

2023/3/8,-精品-,1,计算机网络应用基础,2023/3/8,-精品-,网络基础知识,2023/3/8,-精品-,1.1 计算机网络概述,定义,发展,计算机网络概述,2023/3/8,-精品-,计算机网络是计算机技术与通信技术发展的结晶，并在用户需求(应用)的促进下得到进一步地发展。,1.1.1 计算机网络的定义,计算机网络是将分散在不同地点且具有独立功能的多个计算机系统，利用通信设备和线路相互连接起来，在网络协议和软件的支持下进行数据通信，实现资源共享的计算机系统的集合。,2023/3/8,-精品-,1.1.1 计算机网络的定义,含义：网络要有两台以上的独立自制的计算机，地理位置不限，机型不限。需要有一条通道以及必要的通信设备。要有网络软件（通信协议软件、网络操作系统）。计算机网络的目的就是共享网络中的所有硬件、软件和数据资源。,2023/3/8,-精品-,网络实验室逻辑拓扑连接图,实验RACK区域，8组,连接到校园网,到学生机区域,RCMS01,RCMS08,2023/3/8,-精品-,1.1.2 计算机网络的发展,宽带化、综合化、数字化网络,第一代,第二代,第三代,第四代,Network History,计算机计算机网络,开 放 式 标 准 化 网 络,面向终端的计算机网络,2023/3/8,-精品-,第一代计算机网络面向终端的计算机网络,特点：以单台计算机为中心将地理上分散的多个终端通过通信线路连接到一台中心计算机上终端都不具备自主处理能力存在问题：中心计算机负担重，通信费用高,2023/3/8,-精品-,第二代计算机网络计算机计算机网络,多台计算机通过通信线路连接起来没有主从关系。典型是ARPAnet网。与第一代的区别：这里的多台计算机都具有自主 处理能力。缺点：没有统一的网络体系结构，无法实现更大 范围的信息交换和共享。,2023/3/8,-精品-,第三代计算机网络是开放式标准化网络，它具有统一的网络体系结构，遵循国际标准化协议，标准化使得不同的计算机网络能方便地互联在一起。,第三代计算机网络开放式标准化网络,特点:网络体系结构的形成和网络协议的标准化。典型代表：Internet。,2023/3/8,-精品-,第四代计算机网络宽带化、综合化、数字化网络,计算机的发展已进入以网络为中心的时代。发展前景：高速化多媒体网络技术宽带网络技术智能化（电话被叫寻呼）标准化,电话被叫寻呼的特征是：当使用该业务的电话（包括固定电话和小灵通）无人接听时，该呼叫信息（包括主叫、被叫、呼叫时间等）将被以短信的形式发送到用户指定的移动终端（手机或小灵通）上。,2023/3/8,-精品-,NGN,2023/3/8,-精品-,操作系统,地理覆盖范围,传输介质,拓扑结构,传输速率,1.1.3 计算机网络分类,2023/3/8,-精品-,按地理覆盖范围分类,LAN,城域网,MAN,广域网,WAN,Internet,1.1.3 计算机网络分类,2023/3/8,-精品-,局域网（LAN）,2023/3/8,-精品-,城域网（MAN）,2023/3/8,-精品-,广域网（WAN）,2023/3/8,-精品-,有线网：采用同轴电缆、双绞线、光纤等物理介质来传输数据的网络,按传输介质分类,无线网：采用卫星、微波、光波等无线形式传输数据的网络,1.1.3 计算机网络分类,2023/3/8,-精品-,有线传输介质,双绞线,2023/3/8,-精品-,微波通信示例,2023/3/8,-精品-,按网络的拓扑结构分类,拓扑结构,1.1.3 计算机网络分类,2023/3/8,-精品-,计算机网络的拓扑结构,拓扑（Topology）是从图论演变而来的，是一种研究与大小形状无关的点、线、面特点的方法。在计算机网络中抛开网络中的具体设备，把工作站、服务器等网络单元抽象为“点”，把网络中的电缆等通信介质抽象为“线”，这样计算机网络结构就抽象为点和线组成的几何图形，人们称之为网络的拓扑结构。,网络拓扑结构对整个网络的设计、功能、可靠性、费用等方面有着重要的影响。,2023/3/8,-精品-,常见的网络拓扑结构图,2023/3/8,-精品-,1、总线型网络,将网上的设备均连接在一条总线上，任何两台计算机之间不再单独连接。,2023/3/8,-精品-,总线型结构工作方式 采用单根传输线作为传输介质，网上计算机共享总线，任意时刻只有一台计算机发送信息（广播式），其他计算机处于接收状态,总线结构是局域网最常用的结构。,总线型结构特点 优点:结构简单、易于安装、易于扩充使用电缆少，设备相对简单 缺点：总线故障全网瘫痪,故障诊断困难站点增加网络效率降低,2023/3/8,-精品-,2、星型网络,将多台计算机连在一个中心节点（集线器或交换机）上，各计算机之间通信必须通过中心节点。,2023/3/8,-精品-,星型结构特点优点：便于管理扩展容易容易检查、隔离故障缺点：中心结点是全网的瓶颈，出现故障全网瘫痪每个站点直接与中央节点相连，需要大量电缆，费用较高,2023/3/8,-精品-,3、环型网络,将网上计算机连接成一个封闭的环，网上计算机共享通信介质，任意时刻只有一个计算机发送信息，信号沿环单向传递经过每一台计算机，每台计算机都接收信号，经再生放大后传给下一台计算机。,2023/3/8,-精品-,环型结构的特点：优点：结构简单，能很好的避免冲突，电缆长度短 缺点：结点较多时，性能下降，但没有总线网那样严重不便于扩充一台计算机故障会影响全网。故障诊断困难,2023/3/8,-精品-,4、树型网络,树型网络是从总线拓扑演变过来的，形状象一棵倒置的树，顶端有一个带有分支的根，每个分支还可延伸出子分支。,2023/3/8,-精品-,形状象一棵倒置的树，顶端有一个带有分支的根，每个分 支还可延伸出子分支。树型拓扑是一种分层的结构，适用于分级管理和控制系统。这种拓扑与其它拓扑的主要区别在于其根的存在。当下面的分支节点发送数据时，根接收该信号，然后再重新广播发送到全网。这种结构不需要中继器。与星型拓扑相比，由于通信线路总长度较短，故它的成本低，易推广，但结构较星型复杂。,树型结构特点：,2023/3/8,-精品-,网状型网络是一种不规则的连接，通常一台计算机与其他计算机有两条以上的通路。,5、网型网络,2023/3/8,-精品-,容错能力强，一条通路故障，可以经其它通路连接目的计算机。费用高、布线困难。,网型结构的特点,2023/3/8,-精品-,6、混合型网络拓扑结构,2023/3/8,-精品-,按网络的传输速率分类,传输速率,10M网,100M网,1000M网,2023/3/8,-精品-,按网络的操作系统分类,操作系统,Windows NT网,UNIX网,LINUX网,2023/3/8,-精品-,1.1.4 计算机网络的功能,1数据通信（1）传输文件（2）使用电子邮件（E-mail）2资源共享（1）共享硬件资源（2）共享软件资源（3）共享数据资源。3分布与协同处理 4提高计算机系统的可靠性和可用性,2023/3/8,-精品-,1.1.5 计算机网络的应用,-健康保健：远程医疗、紧急医疗响应支持-教育：远程教育、数字图书馆-科学研究：能源、地理系统、气象、生物-国家安全：高性能全球通信、先进的信息传播-环境：监测、预测、警告、响应-政府：传递政府服务和信息给公民和企业-突发事件：灾难响应、危机管理-设计和制造：制造工程-经济活动：电子商务,2023/3/8,-精品-,1.2 计算机网络的组成与结构,计算机网络的基本组成,资源子网和通信子网,2023/3/8,-精品-,提供各种连接技术和信息交换技术，包括网卡、传输介质、网络互连设备,为网络内的其他计算机提供共享资源,如：服务器、工作站,为网络用户提供数据通讯与资源共享服务，包括网络协议、网络操作系统、网络通信软件、网络管理软件等,1.2.1 计算机网络的基本组成,计算机系统,数据通信系统,网络软件及协议,一个典型的计算机网络主要是由计算机系统、数据通信系统、网络软件及协议三大部分组成。,2023/3/8,-精品-,按照计算机网络的系统功能分类,1.2.2 资源子网和通信子网,2023/3/8,-精品-,2023/3/8,-精品-,包括主机、终端、连网外设、外部设备及各种软件资源等。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。终端：用户访问网络的一些设备，可以是哑终端或智能终端。,资源子网,2023/3/8,-精品-,通信子网,由通信处理机、通信线路和其它通信设备组成。通信处理机：一方面作为与资源子网的主机、终端连接的接口，将主机和终端连入网内；另一方面作为通信子网中的分组存储转发结点。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。,在局域网中，资源子网主要是由网络的服务器和工作站组成，通信子网主要是由传输介质、集线器、网卡等组成。,2023/3/8,-精品-,1.3 计算机网络的体系结构,2023/3/8,-精品-,1.3.1 计算机体系结构的基本概念,生活中常遇到的几种现象：打电话时，接电话的一方先说：“喂”，然后打电话的 一方说：“我找。”，如此反复地来回交谈。当你开车的时候，必须注意红绿灯，必须遵守交通规则。在超市，人们在结帐时都是依次排好队。,2023/3/8,-精品-,在20世纪80年代末和九十年代初，网络的规模和数量都得到了迅猛的增长。但是许多网络都是基于不同的硬件和软件而实现的，这使得它们之间互不兼容，而且很难在使用标准的网络之间进行通信。,1、网络的发展过程中遇到的问题,例如，把一台IBM公司生产的计算机接入该公司的SNA网是可以的，但把一台HP公司生产的计算机接入SNA网就不是一件容易的事。,这种情况限制了网络及信息社会的日益发展。,2023/3/8,-精品-,网络之间采用统一的“语言”进行交流。,2、如何来确保不同类型的网络之间具有更好的兼 容性和互操作性呢?,从前面的例子我们可以得出这样的结论：,网络上的“语言”就是协议。协议确保了网络通信更加有效地进行信息交流。,2023/3/8,-精品-,3、网络协议的定义,计算机网络是各类计算机通过通信线路连接起来的一个复杂的系统，在这个系统中，由于计算机型号不一、类型各异，并且连接方式、同步方式、通信方式、线路类型等都有可能不一样，这就给网络通信带来了一定的困难。要做到各设备之间有条不紊地交换数据，所有设备必须遵守共同的规则，这些规则明确地规定了数据交换时的格式和时序。这些为进行网络中数据交换而建立的规则、标准或约定称为网络协议（Protocol）。,2023/3/8,-精品-,4、网络协议的组成,网络协议由语法、语意、时序三个部分组成。语法：数据与控制信息的格式。语意：需要发出何种控制信息，完成何种动作及 做出何种应答。时序：事件出现顺序的详细说明。,2023/3/8,-精品-,生活中常遇到这样一种现象：假定A是X公司的经理，B是Y公司的经理，A，B想通过寄信的方式对某件事情进行协商。具体的做法是：A把信写好后交给他的秘书 秘书将信盖章，封入信封并投入信箱 这封信就作为信件按邮局的发送顺序被发送到Y公司 在Y公司的秘书检查、核对、标上接收的日期送交B经理 进行处理。,2023/3/8,-精品-,这件事至少分成三个层次:最高(三)层是经理层，A，B了解他们所商谈的事情；第二层是秘书层，这一层不必了解商谈的内容，只负责封装信封、编号，如果A，B用的语言不同还负责翻译；最低(一)层是邮政层，邮局的人负责将信件从发送地送到目的地，这一层完全不管信件的性质、所用语言，更不管信笺的内容。,2023/3/8,-精品-,5、网络体系结构的提出,为什么要划分层次模型？网络中两个实体之间的通信是一个相当复杂的过程，如果不划分层次模型，协议的制定、调试将相当麻烦。,网络体系结构（network architecture)网络层次结构模型与各层协议的集合。,2023/3/8,-精品-,一个完整的网络需要一系列网络协议构成一套完整的网络协议集，大多数网络在设计时，是将网络划分为若干个相互联系而又各自独立的层次模型，然后针对每个层次及每个层次间的关系制定相应的协议。这样可以减少协议设计的复杂性。像这样的计算机网络层次结构模型及各层协议的集合称为计算机网络体系结构（Network Architecture）。,6、计算机网络体系结构的概念,2023/3/8,-精品-,分层后层内简单层间清晰,不分层通信协议复杂,2023/3/8,-精品-,1.3.2 ISO的OSI参考模型,ISO的OSI参考模型-开放系统互连参考模型,为了使不同体系结构的计算机网络都能互连，国际标准化组织（ISO）于1977年成立了一个专门的机构来研究该问题。不久，他们就提出一个试图使各种计算机在世界范围内互连成网的标准框架，即著名的开放系统互连参考模型OSI/RM（Open Systems Interconnection Reference Model），简称为ISO/OSI。,“开放”的含义：表示可使任何两个遵守参考模型和有关标准的系统进行连接。,2023/3/8,-精品-,应用层（较高层）,通信子网层（较低层）,也称之为“资源子网层”，属于资源子网的功能范畴。,主要负责数据通信功能。,传输层起着衔接上下三层的作用。,ISO的OSI参考模型,2023/3/8,-精品-,OSI参考模型中需要注意的问题,两个开放系统之间的通信对等层通信对等层通信:每一层使用自己层的协议与其他系统的对等层相互通信。,网络体系结构禁止不同主机的对等层之间的直接通信。实际上，每一层必须依靠相邻层提供的服务来与另一台主机的对应层通信。上层使用下层提供的服务Service user下层向上层提供服务Service provider,2023/3/8,-精品-,以两个人使用信件进行信息交流为例(见下页图),2023/3/8,-精品-,问题：1、收信人与发信人之间、邮政局之间，他们是在直接 通信吗？2、邮政局、运输系统各向谁提供什么样的服务？3、邮政局、收发信人各使用谁提供的什么服务？,2023/3/8,-精品-,目标设备A,目标设备B,OSI体系结构定义了网络互联的7层框架，即开放系统互连（OSI,Open System Interconnection）参考模型。如图所示。,2023/3/8,-精品-,OSI参考模型的特性：它是一种将异构系统互连的分层结构。提供了控制互连系统交互规则的标准框架。定义了一种抽象结构，而并非具体实现的描述。不同系统的相同层的实体称为同等层实体。同等层实体之间的通信由该层的协议管理。相邻层间的接口定义了原语操作和底层向高层提供的服务。所提供的公共服务是面向连接的或无连接的数据服务。直接的数据传送仅在最低层实现。每层完成所定义的功能，修改本层的功能并不影响其它层。,2023/3/8,-精品-,各层的主要功能,2023/3/8,-精品-,网络中的数据在每一层的表示,数据,数据,数据,报文,报文分组,数据帧,比特,电信号、光信号、无线波等（在传输介质中）,2023/3/8,-精品-,网络中的数据在每一层的表示（或传输）实际上是经过了一个数据封装的过程。,数据封装及信息的流向,011101000011000010100101111010110,解封装,数据数据数据报文数据包帧比特电脉冲,封装,2023/3/8,-精品-,1.3.3 TCP/IP模型,TCP/IP起源于美国国防部高级研究规划署(ARPA)的一项研究计划实现若干台主机之间的相互通信。现在TCP/IP已成为Internet上通信的标准。TCP/IP模型包括4个概念层次：应用层（application）传输层（transport）网络层（internet）网络接口层（network interface）,2023/3/8,-精品-,TCP/IP参考模型,TCP/IP协议具有以下几个特点：开放的协议标准，可以免费使用，并且独立于特定的计算机硬件与操作系统独立于特定的网络硬件，可以运行在局域网、广域网、更可用于互联网；统一的网络地址分配方案，使得整个TCP/IP设备在网中都具有唯一的地址标准化的高层协议，可以提供多种可靠的用户服务。,2023/3/8,-精品-,TCP/IP与OSI参考模型的对应关系,7654321,OSI参考模型,应用层,传输层,网络接口(数据链路层+物理层),网际层,TCP/IP概念层次,Ethernet,802.3,802.5,FDDI等等,2023/3/8,-精品-,OSI模型与TCP/IP的比较,OSI参考模型与TCP/IP参考模型都采用了层次结构思想，但二者在层次划分及协议使用上有很大区别。OSI参考模型的会话层在大多数应用中很少被用到，而表示层几乎是全空的。在数据链路层与网络层之间有很多的子层插入，每个子层都有不同的功能。OSI参考模型把“服务”与“协议”的定义结合起来，使参考模型变得格外复杂。实现起来很困难。同时，寻址、流控与差错控制在每一层里都重复出现，降低了整个系统的效率。关于数据安全性、加密与网络管理等方面的问题也在设计初期被忽略了。,2023/3/8,-精品-,TCP/IP参考模型也有自身的缺陷，没有将功能与实现方法区别开，在服务、接口、协议的区别上不清楚。OSI参考模型由于要照顾各方面的因素，使它变得大而全，所以效率很低，但它的很多研究成果、方法以及提出的概念对网络发展有很高的指导意义，是计算机网络体系结构的基础。TCP/IP参考模型应用广泛，支持大多数网络产品，在计算机网络体系结构中占有重要地位，是事实上的工业标准。,OSI模型与TCP/IP的比较,2023/3/8,-精品-,五层协议的体系结构,TCP/IP 是四层的体系结构：应用层、传输层、网络层和网络接口层。最下面的网络接口层并没有具体内容。因此往往采取折中的办法，即综合 OSI 和 TCP/IP 的优点，采用一种只有五层协议的体系结构。,2023/3/8,-精品-,五层协议的体系结构,应用层(application layer)运输层(transport layer)网络层(network layer)数据链路层(data link layer)物理层(physical layer),数据链路层,5 应用层,4 运输层,3 网络层,2 数据链路层,1 物理层,2023/3/8,-精品-,计算机 A 向计算机 B 发送数据,5,4,3,2,1,5,4,3,2,1,计算机 A,计算机 B,数 据,10100110100101 比 特 流 110101110101,注意观察加入或剥去首部（尾部）的层次,数 据,电子邮件,2023/3/8,-精品-,计算机 A 向计算机B 发送数据,5,4,3,2,1,5,4,3,2,1,计算机A,计算机 B,10100110100101 比 特 流 110101110101,数 据,我收到了计算机A发来的电子邮件了！,2023/3/8,-精品-,局域网,广域网,主机 H1,主机 H2,路由器 R1,路由器 R2,路由器 R3,电话网,局域网,主机 H1 向 H2 发送数据,从层次上来看数据的流动,从层次上看数据流动,2023/3/8,-精品-,局域网,广域网,主机 H1,主机 H2,路由器 R1,路由器 R2,路由器 R3,电话网,局域网,主机 H1 向 H2 发送数据,链路层,应用层,运输层,网络层,物理层,链路层,应用层,运输层,网络层,物理层,链路层,网络层,物理层,链路层,网络层,物理层,链路层,网络层,物理层,R1,R2,R3,H1,H2,仅从数据链路层观察帧的流动,从层次上看数据流动,2023/3/8,-精品-,1.3.4 常用的网络通信协议,TCP/IP协议,NetBEUI协议,IPX/SPX协议,2023/3/8,-精品-,TCP/IP协议,TCP/IP具有很强的灵活性，支持任意规模的网络，几乎可连接所有类型的服务器和工作站。但其灵活性也为它的使用带来了许多不便，在使用NetBEUI和IPX/SPX及其兼容协议时都不需要进行配置，而TCP/IP协议在使用前需要进行复杂的设置。,2023/3/8,-精品-,NetBEUI协议,NetBEUI协议是一个小巧而高效的协议，由NetBIOS（网络基本输入输出系统）、SMB（服务器消息块）、和NetBIOS帧传输协议三部分组成。NetBEUI协议适合于不超过200台个人计算机所组成的单网段部门级小型LAN，它不具有跨网段工作的能力。,2023/3/8,-精品-,IPX/SPX协议,IPX/SPX协议具有很强的路由功能，适合于大型网络的使用。Windows NT为能与NetWare服务器相连，它提供了一个叫“NWLink IPX/SPX”兼容协议。NWLink协议是Novell公司IPX/SPX协议在微软网络产品中的实现，它除了继承IPX/SPX协议的优点之外，更适应了微软的操作系统和网络环境。,2023/3/8,-精品-,1.3.6 如何选择网络通信协议,为局域网选择通信协议时，应在网络规模、网络间的兼容性和网络管理等几个方面进行综合考虑。对于不与外部连接的、小型的、单网段的网络，最好使用NetBEUI通信协议;对于从NetWare迁移到Windows NT的网络，或NetWare与Windows NT共存的网络，选择IPX/SPX及其兼容协议，无疑可提供一个比较理想的传输环境;如果正在规划一个高效率、可互联、可扩展性的网络，TCP/IP将是理想的选择。,2023/3/8,-精品-,此外，在选择通信协议时，还应遵循以下的原则:(1)要选择适合于网络特点的协议(2)应尽量少选用网络协议(3)应注意协议的版本(4)要注意协议的一致性,1.3.6 如何选择网络通信协议,