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1、计算机网络技术与应用刘枝盛张敏杨勇刘枝盛张敏杨勇 编著编著把世界带给您！把您带给世界！Computer Network计算机网络课程主要内容：K计算机网络概论计算机网络概论K计算机网络基础知识计算机网络基础知识K局域网（常用的局域网技术）局域网（常用的局域网技术）K网络互连（网络互连技术，互连设备）网络互连（网络互连技术，互连设备）KInternet Internet （InternetInternet技术，技术，TCP/IPTCP/IP的原的原理与应用）理与应用）K网络管理网络管理K网络安全网络安全计算机系参考书：参考书：p“Computer Network”(Third Edition),
2、Andrew S.Andrew S.TanenbaumTanenbaum,清华大学出版社清华大学出版社p“计算机网络”，谢希仁等，电子工业出版社谢希仁等，电子工业出版社p“TCP/IP网络原理与技术”，周明天等，清华大学出版社周明天等，清华大学出版社p“计算机网络”，顾冠群等，江苏科学技术出版社顾冠群等，江苏科学技术出版社p“计算机网络工程指南”，胡道元，胡道元，电子工业出版社电子工业出版社计算机系第第1章章 计算机网络基础知识计算机网络基础知识 本章主要内容本章主要内容o计算机网络的产生与发展计算机网络的产生与发展 o计算机网络的定义和功能计算机网络的定义和功能o计算机网络的体系结构的概念计
3、算机网络的体系结构的概念o数据通信的基本原理数据通信的基本原理1.1 计算机网络的产生和发展 1.1.1 1.1.1 计算机网络的产生计算机网络的产生 o 1.1 计算机网络的产生和发展 1.1.2 1.1.2 计算机网络的计算机网络的发展发展 计算机网络的发展计算机网络的发展大致可划分为大致可划分为4 4个个阶段阶段 1.1.第一阶段：诞生阶第一阶段：诞生阶段段图1.1 第一代网络 1.1 计算机网络的产生和发展 2.2.第二阶段：形成阶段第二阶段：形成阶段图1.2 第二代网络 1.1 计算机网络的产生和发展 3.3.第三阶段：互联互通阶段第三阶段：互联互通阶段图1.3 第三代网络 1.1
4、计算机网络的产生和发展 4.4.第四阶段：高速网络技术阶段第四阶段：高速网络技术阶段图1.4 第四代网络 1.2 计算机网络的基本概念 1.2.1 1.2.1 计算机网络的定义和功能计算机网络的定义和功能 1 1计算机网络的定义计算机网络的定义 简而言之，计算机网络是指互连起来的能独简而言之，计算机网络是指互连起来的能独立自主的计算机集合。从这个简单定义可以立自主的计算机集合。从这个简单定义可以看出，计算机网络涉及到三个方面的问题看出，计算机网络涉及到三个方面的问题o两台或两台以上的计算机相互连接起来才能两台或两台以上的计算机相互连接起来才能构成网络，达到资源共享的目的构成网络，达到资源共享的
5、目的 1.2 计算机网络的基本概念 o两台或两台以上的计算机连接，互相通信交两台或两台以上的计算机连接，互相通信交换信息，需要有一条通道换信息，需要有一条通道 o计算机之间要通信交换信息，彼此就需要有计算机之间要通信交换信息，彼此就需要有某些约定和规则，这就是协议某些约定和规则，这就是协议 因此，我们可以把计算机网络定义为：因此，我们可以把计算机网络定义为：把分布在不同地点且具有独立功能的多个把分布在不同地点且具有独立功能的多个计算机，通过通信设备和线路连接起来，在计算机，通过通信设备和线路连接起来，在功能完善的网络软件运行下，以实现网络中功能完善的网络软件运行下，以实现网络中资源共享为目标的
6、系统资源共享为目标的系统 1.2 计算机网络的基本概念 2 2计算机网络的功能计算机网络的功能o资源共享资源共享 o数据传输数据传输o集中管理集中管理o分布式处理分布式处理 o负载平衡负载平衡o提高安全与可靠性提高安全与可靠性 1.2 计算机网络的基本概念 1.2.2 1.2.2 计算机网络的分类计算机网络的分类 虽然网络类型的划分标准各种各样，但是从虽然网络类型的划分标准各种各样，但是从地理范围划分是一种大家都认可的通用网络地理范围划分是一种大家都认可的通用网络划分标准。按这种标准可以把各种网络类型划分标准。按这种标准可以把各种网络类型划分为局域网、城域网、广域网三种划分为局域网、城域网、广
7、域网三种o局域网（局域网（Local Area NetworkLocal Area Network；LANLAN）“LAN”LAN”就是局域网，是最常见、应用最广的就是局域网，是最常见、应用最广的一种网络，特点是连接范围窄、用户数少、一种网络，特点是连接范围窄、用户数少、配置容易、连接速率高配置容易、连接速率高 1.2 计算机网络的基本概念 o城域网（城域网（Metropolitan Area Metropolitan Area NetworkNetwork；MANMAN）这种网络一般来说是在一个城市，但不在同这种网络一般来说是在一个城市，但不在同一地理小区范围内的计算机互联，城域网多一地理小
8、区范围内的计算机互联，城域网多采用采用ATMATM技术做骨干网，技术做骨干网，ATMATM的最大缺点就的最大缺点就是成本太高，所以一般在政府城域网中应用，是成本太高，所以一般在政府城域网中应用，如邮政、银行、医院等如邮政、银行、医院等 1.2 计算机网络的基本概念 o广域网（广域网（Wide Area NetworkWide Area Network；WANWAN）这种网络也称为远程网，所覆盖的范围比城这种网络也称为远程网，所覆盖的范围比城域网（域网（MANMAN）更广，它一般是在不同城市之）更广，它一般是在不同城市之间的间的LANLAN或者或者MANMAN网络互联，地理范围可从网络互联，地理
9、范围可从几百公里到几千公里。它的典型代表是几百公里到几千公里。它的典型代表是Internet Internet 1.2 计算机网络的基本概念 1.2.2 1.2.2 计算机网络的分类计算机网络的分类 虽然网络类型的划分标准各种各样，但是从虽然网络类型的划分标准各种各样，但是从地理范围划分是一种大家都认可的通用网络地理范围划分是一种大家都认可的通用网络划分标准。按这种标准可以把各种网络类型划分标准。按这种标准可以把各种网络类型划分为局域网、城域网、广域网三种划分为局域网、城域网、广域网三种o局域网（局域网（Local Area NetworkLocal Area Network；LANLAN）“
10、LAN”LAN”就是局域网，是最常见、应用最广的就是局域网，是最常见、应用最广的一种网络，特点是连接范围窄、用户数少、一种网络，特点是连接范围窄、用户数少、配置容易、连接速率高配置容易、连接速率高 1.2 计算机网络的基本概念 1.2.3 1.2.3 计算机网络的组成计算机网络的组成 计算机网络是由两个或多个计算机通过特定通信计算机网络是由两个或多个计算机通过特定通信模式连接起来的一组计算机，完整的计算机网络模式连接起来的一组计算机，完整的计算机网络系统是由网络硬件系统和网络软件系统组成的系统是由网络硬件系统和网络软件系统组成的 o硬件组成硬件组成 组成一般计算机网络的硬件有主要是网络服务器、
11、组成一般计算机网络的硬件有主要是网络服务器、网络工作站、网络适配器，又称为网络接口卡或网络工作站、网络适配器，又称为网络接口卡或网卡、传输介质，主要是电缆或双绞线，还有不网卡、传输介质，主要是电缆或双绞线，还有不常用的光纤常用的光纤 1.2 计算机网络的基本概念 图1.5 计算机机网络使用的主要硬件 1.2 计算机网络的基本概念 o软件组成软件组成 n网络操作系统网络操作系统 网络操作系统（网络操作系统（NOSNOS）是网络的心脏和）是网络的心脏和灵魂，是向网络计算机提供服务的特殊灵魂，是向网络计算机提供服务的特殊的操作系统，它在计算机操作系统下工的操作系统，它在计算机操作系统下工作，使计算机
12、操作系统增加了网络操作作，使计算机操作系统增加了网络操作所需要的能力，现在常用的所需要的能力，现在常用的NOSNOS有有Novell NetWareNovell NetWare、Windows NTWindows NT、UNIXUNIX和和LINUXLINUX等等 1.2 计算机网络的基本概念 n网络协议和应用服务软件网络协议和应用服务软件 协议是网络设备之间进行互相通信的语言协议是网络设备之间进行互相通信的语言和规范。常用的网络协议有：和规范。常用的网络协议有：IPXIPX、TCP/IPTCP/IP、NetBEUINetBEUI、NWLinkNWLink。TCP/IPTCP/IP是是Inte
13、rnetInternet使用的协议；客户使用的协议；客户机（网络工作站）上使用的应用软件通机（网络工作站）上使用的应用软件通称为客户软件。它用于应用和获取网络称为客户软件。它用于应用和获取网络上的共享资源。用在服务器上的服务软上的共享资源。用在服务器上的服务软件则使网络用户可以获取这种服务件则使网络用户可以获取这种服务 1.2 计算机网络的基本概念 o通信子网和资源通信子网和资源子网子网 逻辑上，又可以逻辑上，又可以将计算机网络看将计算机网络看作是由通信子网作是由通信子网和资源子网两个和资源子网两个子网络组成的。子网络组成的。图1.6 计算机网络逻辑组成示意图1.2 计算机网络的基本概念 1.
14、2.4 1.2.4 计算机网络的应用计算机网络的应用o文件共享与网络打印文件共享与网络打印o管理信息系统（管理信息系统（MISMIS）应用）应用 o办公自动化系统（办公自动化系统（OAOA）o电子商务应用电子商务应用 o远程教育远程教育1.3 计算机网络的体系结构1.3.1 1.3.1 网络体系结构的概念网络体系结构的概念 计计算算机机网网络络体体系系结结构构是是指指整整个个网网络络系系统统的的逻逻辑辑组组成成和和功功能能分分配配，它它定定义义和和描描述述了了一一组组用用于于计计算算机机及及其其通通信信设设施施之之间间互互连连的的标标准准和和规规范范的的集集合合，换换言言之之，计计算算机机网网
15、络络的的体体系系结结构构就就是是使使这这个个计计算算机机网网络络及及其其部部件件所所应应该该完完成成的的功功能能的的精精确确定定义义，这这些些功功能能究究竟竟由由何何种种硬硬件件或或软软件件完完成成，则则是是一一个个遵遵循循这这种种体体系系结结构构的的实实现现的的问问题题。可可见见体体系系结结构构是是抽抽象象的的，而而实实现现是是具具体体的的，是是运运行行在在计计算算机机软软件件和和硬件之上的硬件之上的 1.3 计算机网络的体系结构1.3.2 ISO/OSI1.3.2 ISO/OSI体系结构标准体系结构标准 为为了了实实现现不不同同厂厂家家生生产产的的计计算算机机系系统统之之间间以以及及不不同
16、同网网络络之之间间的的数数据据通通信信，国国际际标标准准化化组组织织ISOISO对对各各类类计计算算机机网网络络体体系系结结构构进进行行了了研研究究，它它定定义义了了网网络络互互连连的的七七层层框框架架，这这就就是是开开放放系系统统互互连连参参考考模模型型（OSI/RMOSI/RM），也也称为称为ISO/OSI ISO/OSI 1.3 计算机网络的体系结构1.3 计算机网络的体系结构1.3.3 TCP/IP1.3.3 TCP/IP体系结构标准体系结构标准 TCP/IP TCP/IP 是四层的体系结构：是四层的体系结构：o网络接口层（或称主机网络接口层（或称主机 网络层）网络层）o网际层网际层o
17、运输层运输层o应用层应用层 1.3 计算机网络的体系结构1.3.3 TCP/IP1.3.3 TCP/IP体系结构标准体系结构标准 1.3 计算机网络的体系结构1.3.4 1.3.4 局域网体系结构标准局域网体系结构标准 1IEEE 802标准 为了使得不同厂家生产的局域网能够相互连为了使得不同厂家生产的局域网能够相互连通进行通信，通进行通信，IEEEIEEE于于19801980年年2 2月下设了一月下设了一个个802802委员会，专门从事局域网城域网标准委员会，专门从事局域网城域网标准的制订，形成的一系列标准统称为的制订，形成的一系列标准统称为IEEE IEEE 802802标准。标准。ISO
18、ISO于于19841984年年3 3月采纳其作为月采纳其作为局域网城域网的国际标准系列，称为局域网城域网的国际标准系列，称为ISO ISO 88028802标准标准 1.3 计算机网络的体系结构2 2IEEE 802IEEE 802标准的功能与标准系列标准的功能与标准系列 1.3 计算机网络的体系结构IEEE 802IEEE 802标准系列标准系列o802.1802.1：体系结构和桥接：体系结构和桥接o802.2802.2：逻辑链路控制：逻辑链路控制LLCLLCo802.3802.3：CSMA/CDCSMA/CD总线网的总线网的 MAC MAC 和和 PHY PHY 规范规范 o802.480
19、2.4：令牌总线网的：令牌总线网的 MAC MAC 和和 PHY PHY 规范规范 o802.5802.5：令牌环网的：令牌环网的 MAC MAC 和和 PHY PHY 规范规范 o802.6802.6：城域网：城域网 DQDB DQDB 的接入方法和物理层规范的接入方法和物理层规范o802.7802.7：宽带技术：宽带技术o802.8802.8：光纤技术：光纤技术1.3 计算机网络的体系结构o802.9802.9：综合话音数据局域网（：综合话音数据局域网（Voice/Data Voice/Data IntegrationIntegration）o802.11802.11：无线局域网（：无线局
20、域网（WLANWLAN）的）的 MAC MAC 和和 PHY PHY 规范规范o802.12802.12：优先级高速局域网（：优先级高速局域网（100BaseVG 100BaseVG AnyLanAnyLan）o802.14802.14：电缆电视（：电缆电视（Cable-TVCable-TV）网上的数据传）网上的数据传输输o802.15802.15：无线个人网（：无线个人网（WPAN/BluetoothWPAN/Bluetooth）1.3 计算机网络的体系结构o802.16802.16：宽带无线接入（：宽带无线接入（BWA,i.e.BWA,i.e.WirelessMANWirelessMAN）
21、o802.17802.17：弹性分组环（：弹性分组环（Resilient Packet Resilient Packet RingRing）o802.18802.18：无线电调整（：无线电调整（Radio RegulatoryRadio Regulatory）o802.19802.19：共存（：共存（CoexistenceCoexistence）o802.10802.10：可互操作的：可互操作的 LAN/MAN LAN/MAN 安全安全o802.20802.20：移动宽带无线访问（：移动宽带无线访问（MBWA,i.e.MBWA,i.e.Wireless MobilityWireless Mob
22、ility）1.4 数据通信技术简介 1.4.1 1.4.1 基本概念基本概念 数据通信的目的就是传递信息。数据通信的目的就是传递信息。一次通信一次通信中产生和发送信息的一端叫信源，接收信息中产生和发送信息的一端叫信源，接收信息的一端叫信宿。通信线路称为信道，所以信的一端叫信宿。通信线路称为信道，所以信源和信宿之间的信息交换是通过信道进行的。源和信宿之间的信息交换是通过信道进行的。信息可以用模拟信号或数字信号来进行传输，信息可以用模拟信号或数字信号来进行传输，它的一般形式可以用以下图形来概括：它的一般形式可以用以下图形来概括：1.4 数据通信技术简介 1.4 数据通信技术简介 1.4.2 1.
23、4.2 数据通信数据通信 数据通信是通信技术和计算机技术相结合数据通信是通信技术和计算机技术相结合而产生的一种新的通信方式而产生的一种新的通信方式 1 1有线数据通信有线数据通信 o数字数据网（数字数据网（DDNDDN）o分组交换网分组交换网 o帧中继网帧中继网 1.4 数据通信技术简介 2 2无线数据通信无线数据通信 移动数据通信是通过无线电波的传播来传送移动数据通信是通过无线电波的传播来传送数据的，因而有可能实现移动状态下的移动数据的，因而有可能实现移动状态下的移动通信。狭义地说，移动数据通信就是计算机通信。狭义地说，移动数据通信就是计算机间或计算机与人之间的无线通信。它通过与间或计算机与
24、人之间的无线通信。它通过与有线数据网互联，把有线数据网路的应用扩有线数据网互联，把有线数据网路的应用扩展到移动和便携用户展到移动和便携用户 1.4 数据通信技术简介 1.4.3 1.4.3 数据通信方式数据通信方式 1 1单工通信、半双工单工通信、半双工通信和全双工通信；通信和全双工通信；右图是数据通信方右图是数据通信方式的示意图：式的示意图：1.4 数据通信技术简介 2 2并行通信传输及串行通信传输并行通信传输及串行通信传输o并并行行通通信信传传输输中中有有多多个个数数据据位位，同同时时在在两两个个设设备备之之间间传传输输。发发送送设设备备将将这这些些数数据据位位通通过过对对应应的的数数据据
25、线线传传送送给给接接收收设设备备，还还可可附附加加一一位位数数据据校校验验位位。接接收收设设备备可可同同时时接接收收到到这这些些数数据据，不不需需要要做做任任何何变变换换就就可可直直接接使使用用。并并行行方方式式主主要要用用于于近近距距离离通通信信。计算机内的总线结构就是并行通信的例子。计算机内的总线结构就是并行通信的例子。1.4 数据通信技术简介 图1.11 并行数据传输1.4 数据通信技术简介 o串行数据传输时，数据是一位一位地在通信串行数据传输时，数据是一位一位地在通信线上传输的，先由具有几位总线的计算机内线上传输的，先由具有几位总线的计算机内的发送设备，将几位并行数据经并的发送设备，将
26、几位并行数据经并-串转换串转换硬件转换成串行方式，再逐位经传输线到达硬件转换成串行方式，再逐位经传输线到达接收站的设备中，并在接收端将数据从串行接收站的设备中，并在接收端将数据从串行方式重新转换成并行方式，以供接收方使用。方式重新转换成并行方式，以供接收方使用。1.4 数据通信技术简介 图1.11 串并行数据传输1.4 数据通信技术简介 o并行传输的特点是传输速度快，一个比并行传输的特点是传输速度快，一个比特时间内可传输一个字符，但通信成本特时间内可传输一个字符，但通信成本高，每个比特传输要求一个单独的信道高，每个比特传输要求一个单独的信道支持。支持。o串行传输特点是传输速度低，一次一个串行传
27、输特点是传输速度低，一次一个比特，但通信成本较低，只需一个信道。比特，但通信成本较低，只需一个信道。1.4 数据通信技术简介 3 3异步传输和同步传输异步传输和同步传输o异步传输方式中，一次只传输一个字符。每个异步传输方式中，一次只传输一个字符。每个字符用一位起始位引导、一位停止位结束。在字符用一位起始位引导、一位停止位结束。在没有数据发送时，发送方可发送连续的停止位。没有数据发送时，发送方可发送连续的停止位。接收方根据接收方根据“1”1”至至“0”0”的跳变来判断一个新的跳变来判断一个新字符的开始字符的开始,然后接收字符中的所有位。然后接收字符中的所有位。o同步传输时，为使接收双方能判别数据
28、块的开同步传输时，为使接收双方能判别数据块的开始和结束，还需要在每个数据块的开始处和结始和结束，还需要在每个数据块的开始处和结束处各加一个帧头和一个帧尾，加有帧头、帧束处各加一个帧头和一个帧尾，加有帧头、帧尾的数据称为一帧尾的数据称为一帧 1.4 数据通信技术简介 4 4数据通信的主要技术指标数据通信的主要技术指标 o信息传输速率（信息传输速率（RbRb）o码元传输速率（码元传输速率（RBRB）o误码率误码率 o时延（时延（delaydelay）1.4 数据通信技术简介 1.4.4 1.4.4 数据通信的交换方式数据通信的交换方式 计算机网络的通信子网部分是利用中间结计算机网络的通信子网部分是
29、利用中间结点将通信双方连接起来的。中间结点指用于点将通信双方连接起来的。中间结点指用于数据交换的中间设备，中间结点又称交换设数据交换的中间设备，中间结点又称交换设备。它不关心被传输的数据内容，仅执行交备。它不关心被传输的数据内容，仅执行交换的动作，起数据交换的功能，换的动作，起数据交换的功能，将数据从将数据从一个端口交换到另一端口，继而传输到另一一个端口交换到另一端口，继而传输到另一台中间结点，直至目的地。而站点是指发送台中间结点，直至目的地。而站点是指发送和接收数据的终端设备。和接收数据的终端设备。1.4 数据通信技术简介 1 1数据通信的交换方式数据通信的交换方式 信息通过中间结点交换可以
30、采用不同的技术。信息通过中间结点交换可以采用不同的技术。通常使用的有以下三种通信交换技术：通常使用的有以下三种通信交换技术：o电路交换电路交换 o报文报文o分组分组 1.4 数据通信技术简介 图1.13 数据通信的交换方式1.4 数据通信技术简介 2 2各种交换方式的适用范围各种交换方式的适用范围 o）电电路路交交换换方方式式通通常常应应用用于于公公用用电电话话网网、公公用用 电电 报报 网网 及及 电电 路路 交交 换换 的的 公公 用用 数数 据据 网网（cSPDNcSPDN）等通信网络中）等通信网络中 o报报文文交交换换方方式式适适用用于于实实现现不不同同速速率率、不不同同协协议议、不不
31、同同代代码码终终端端的的终终端端间间或或一一点点对对多多点点的的同同文文为为单单位位进进行行存存储储转转发发的的数数据据通通信信，不不适适用用于于要要求求系系统统安安全全性性高高、网网络络时时延延较较小小的的数数据通信。据通信。1.4 数据通信技术简介 o分组交换是在存储分组交换是在存储 转发方式的基础上发展转发方式的基础上发展起来的，但它兼有电路交换及报文交换的优起来的，但它兼有电路交换及报文交换的优点。它适用于对话式的计算机通信，如数据点。它适用于对话式的计算机通信，如数据库检索、图文信息存取、电子邮件传递和计库检索、图文信息存取、电子邮件传递和计算机间通信等各方面，传输质量高、成本较算机间通信等各方面，传输质量高、成本较低，并可在不同速率终端间通信。其缺点是低，并可在不同速率终端间通信。其缺点是不适宜于实时性要求高、信息量很大的业务不适宜于实时性要求高、信息量很大的业务使用使用