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1、第八章计算机网络基础 计算机网络体系结构 TCP/IP协议 网络互联技术 WWW技术8.1概述计算机网络是计算机技术和通信技术密切结合的综合性技术：1.计算机技术在通信领域的应用，使通信技术向综合服务方向发展2.通信技术又为计算机之间进行信息通信和资源共享提供手段，促进了计算机网络的发展。概述计算机网络使指把若干台地理位置不同，且具有独立功能的计算机，通过数据发送和接受设备、通信软件以及通信网络互相连接起来，通过发送、接受和处理不同长度的数据分组，来实现信息传输和软硬件资源共享。概述计算机网络功能：硬件资源共享 软件资源共享 数据信息资源共享 电子邮件服务 信息发布服务 多媒体网络服务概述按照
2、设备和网络连接划分常规网络移动网络ad-hoc网络:有固定的计算设施，主机均是可移动的，链路特性高度动态变化，由于距离导致连接不能自由创建nomadic网络:介于常规网络和adhoc网络之间，即存在核心的固定设备和网络，如：路由器、交换机、服务器等，在固定网络边缘的基站移动主机间进行无线通信交互。概述计算机网络组成：从组成部件上网络结点通信链路资源结点互连结点概述计算机网络结构 计算机网络体系结构为了允许不同系统实体互联和互操作，不同系统的实体在通信时都必须遵从相互均能接受的规则，这些规则的集合称为协议(Protocol)。计算机网络体系结构计算机网络层次结构 1.层次化网络体系的优点2.通信
3、的方式ISO/OSI网络体系结构 ISO/OSI参考模型 1.数据传输过程垂直传输逐层添加控制和识别信息2.各层详细细节ISO/OSI参考模型二数据链路层 数据链路层的目的 提供建立、维持和释放数据链路连接以及传输数据链路服务数据单元所需的功能和过程的手段。数据链路层的功能和服务 为网络层提供连接服务，并在数据链路连接上传送数据链路协议数据单元L-PDU（帧），分为：1.无应答、无连接服务2.有应答、无连接服务3.面向连接的服务 数据链路数据单元 数据链路层协议 1.面向字符的通信规程 2.面向比特的通信规程ISO/OSI参考模型三、网络层(NetWorkLayer)网络层功能：支持网络层的连
4、接1.建立和拆除网络连接2.路径选择、中继和多路复用3.分组、组块和流量控制4.差错的检测与恢复 数据报和虚电路l 数据报(Datagram)服务l 虚电路(VirtueCircuit)服务l 路由选择(多次选择或一次选择)ISO/OSI参考模型五、会话层(SessionLayer)会话层的主要功能 提供一个面向应用的连接服务会话活动会话活动由会话令牌来控制，保证会话有序进行会话同步ISO/OSI参考模型六、表示层(PresentationLayer)表示层的目的是处理信息传送中数据表 示的问题。表示层协议主要功能有：为用户提供执行会话层服务原语的手段；提供描述负载数据结构的方法；管理当前所需
5、的数据结构集和完成数据的内部与外部格式之间的转换。ISO/OSI参考模型七、应用层(Application Layer)应用层作为用户访问网络的接口层，给应用进程提供了访问OSI环境的手段。它在实现应用进程相互通信的同时，完成一系列业务处理所需的服务功能。当然这些服务功能与所处理的业务有关。局域网技术局域网是一个在有限地理范围内，允许多个相互独立的设备以一定速率在共享介质上进行通信的系统。局域网特点为：通信速率高，一般为基带传输，数据传输率11000Mb/s或更高；地理范围有限，一般为10m10km左右；采用广播或组播通信；采用多种通信介质，可连接几百个相互独立的设备。局域网按网络拓扑可分为总
6、线型、星型、树型和环型等。基带传输：由计算机或终端产生的数字信号，频谱都是从零开始的，这种未经调制的信号所占用的频率范围叫基本频带（这个频带从直流起可高到数百千赫，甚至若干兆赫），简称基带（baseband）。这种数字信号就称基带信号。举个简单的例字拉：在有线信道中，直接用电传打字机进行通信时传输的信号就是基带信号。而传送数据时，以原封不动的形式，把基带信号送入线路，称为基带传输。基带传输不需要调制解调器，设备花费小，适合短距离的数据输，比如一个企业、工厂，就可以采用这种方式将大量终端连接到主计算机。另外就是传输介质，局域网中一般都采用基带同轴电缆作传输介质。单播方式工作的原理单播主要完成数据
7、从一方传送到另一方的任务，传送数据时必须在发送方和接收方之间建立通道，网络软件中的单播方式多以TCP的连接方式工作。发送方必须知道接收方的IP地址，数据将发送到接收方IP地址的缓冲区中，接收方必须在自己的IP地址处建立缓冲区，等待数据的接收，同时要维护好这个缓冲区，避免溢出。组播的工作原理组播是一种允许一个或多个发送者（组播源）发送单一的数据包到多个接收者（一次的，同时的）的网络技术。实现IP组播传输时组播源和接收者以及两者之间的下层网络都必须支持组播。组播的数据传送需要通过一个特殊的组播组，这个组播组是由一个组播IP地址命名的。为了对组播组进行管理，IP网络对组播采用IGMP的管理协议，它主
8、要用来管理组成员的加入和退出问题，防止组播数据的泛滥。广播能够传送一个单独的数据流到整个网，路由器和连接器传播广播，占用资源和带宽，并且无法知道其他网络上节点是否需要广播数据，无效的消耗网络资源。通常委了阻止广播风暴淹没网络，通常设置路由企来阻止广播的传输，将广播限制在一个物理或者逻辑分段上。局域网技术1.星型拓扑结构星型结构是最古老的一种连接方式，大家每天都使用的电话都属于这种结构。便于集中控制易于维护和安全中心系统必须具有极高的可靠性（采用双机热备份）局域网技术 3.总线拓扑结构 总线结构是使用同一媒体或电缆连接所有端用户的一种方式,或者说，连接端用户的物理媒体由所有设备共享。使用这种结构
9、必须解决的一个问题是确保端用户使用媒体发送数据时不能出现冲突。费用低、数据端用户入网灵活、站点或某个端用户失效不影响其它站点或端用户通信 布线要求简单,扩充容易,端用户失效、增删不影响全网工作 一次仅能一个端用户发送数据，其它端用户必须等待到获得发送权 媒体访问获取机制较复杂。在总线共享型网络使用的媒体访问方法:带有碰撞检测的载波侦听多路访问,英文缩写成CSMA/CD。局域网技术CSMA/CD 介质访问控制：CSMA/CD(CarriesSenseMultipleAccess/CollisionDetect)载波监听多路访问/冲突检测方式，是一种对总线的控制方式。为了解决由于竞争使用总线引发的
10、冲突问题，CSMA/CD规定了信息发送的控制方式。局域网技术4.树型拓扑结构 树形结构是总结型结构的扩展，它是在总线网上加上分支形成的，其传输介质可有多条分支，但不形成闭合回路，树形网是一种分层网，其结构可以对称，联系固定，具有一定容错能力，一般一个分支和结点的故障不影响另一分支结点的工作，任何一个结点送出的信息都可以传遍整个传输介质，也是广播式网络。一般树形网上的链路相对具有一定的专用性，无须对原网做任何改动就可以扩充工作站。局域网技术以太网结构：计算机 网络接口卡 集线器 交换机中继器局域网技术IEEE802标准：1985年IEEE802委员会IEEE802标准IEEE802.1IEEE8
11、02.12IEEE802标准系列之间的关系 局域网技术IEEE802.3标准：定义了Ethernet的CSMA/CD总线访问控制方式以及物理层规范。IEEE802.3网络体系结构分为物理层和介质访问控制层。1.物理层物理信令PLS(PhysicalSignaling)子层物理介质连接PMA(PhysicalMediumAttachment)子层2.介质访问控制层(MediaAccessControl)前同步码 起始界符 目的地址 源地址 数据长度 LLC帧（填充）帧校验序列7 1 6 62数据4 MAC帧 局域网技术IEEE802.2：IEEE802.2描述了LAN协议中逻辑链路控制LLC(L
12、ogicalLinkControl)子层的功能、特性和协议，描述了LLC子层对网络层、MAC子层的界面服务规范。局域网技术1.LLC地址：LLC地址为数据链路层的服务访问点：第一种为MAC地址，规定了工作站的地址第二种为服务访问点SAP地址，规定了访问 某一进程的地址。局域网技术2.LLC帧结构 目标地址DSAP 源地址SSAP 控制字段 信息字段局域网技术3.LLC服务 不确认无连接服务 面向连接的服务 局域网技术 802.5令牌环型访问控制方法 802.8光纤分布式数据接口FDDI 访问控制方法 802.11 无线网访问控制方法TCP/IP协议 TCP/IP：(TransmissionCo
13、ntrolProtocol/InternetProtocol)传输控制协议/互连网络协议 TCP/IP是网络中使用的基本的通信协议。TCP/IP实际上是一组协议，它包括上百个各种功能的协议，如：远程登录、文件传输和电子邮件等，而TCP协议和IP协议是保证数据完整传输的两个基本的重要协议。通常说TCP/IP是Internet协议族，而不单单是TCP和IP.TCP/IP协议的功能:将许多小网联成一个大网。并在这个大网也就是Internet上提供应用程序所需要的相互通信的服务TCP/IP协议TCP/IP协议的基本传输单位是数据包(datagram)TCP协议负责把数据分成若干个数据包，并给每个数据包
14、加上包头(就像给一封信加上信封)，包头上有相应的编号，以保证在数据接收端能将数据还原为原来的格式，IP协议在每个包头上再加上接收端主机地址，这样数据找到自己要去的地方(就像信封上要写明地址一样)，如果传输过程中出现数据丢失、数据失真等情况，TCP协议会自动要求数据重新传输，并重新组包。总之，IP协议保证数据的传输，TCP协议保证数据传输的质量。TCP/IP协议 TCP/IP分层：Internet网络体系结构以TCP/IP协议为核心。IP协议用于为各种不同的通信子网或局域网提供统一的互连平台，TCP协议则用于为应用程序提供端到端的控制和通信功能。TCP/IP 协议层次和协议集TCP/IP基本上是
15、OSI的7层模型的简化，它只分为4层：网络接口层、网络层、传输层和应用层。TCP/IP 协议1.网络接口层(SubNetworkLayer)：传输经网络层处理过的消息。与OSI协议的物理层、数据链路层以及网络层的部分相对应 该层没有规定新的物理层和数据链路层协议，允许通信子网采用已有的或将来的各种协议 只定义了TCP/IP与各种通信子网之间的网络接口 TCP/IP 协议2.网络层(InternetLayer)与OSI网络层相对应，具有更强的网际通信能力网络层协议为IP协议，将传输层送来的消息组装成IP数据包，并传递提供建立独立的局域网之间的互连网络TCP/IP协议3.传输层(Transport
16、Layer)与OSI传输层相对应，为应用程序提供端到端通信功能有3个主要协议，其分别为传输控制协议TCP，用户数据报协议UDP和互联网控制消息协议ICMP。1.TCP协议负责将用户数据按规定长度组成数据包发送，在接收端对数据包按顺序进行分解重组以恢复用户数据2.UDP协议负责主机和网关以及Internet运行管理中心等的信息通信，控制管理网络的运行3.ICMP协议负责当数据包传输有误时，发送出错信息给数据包发送端主机，另外还具有控制数据包流量的功能TCP/IP协议4.应用层(ApplicationLayer)4.包含了OSI会话层，表示层和应用层的功能，为用户提供各类服务5.TCP/IP协议集
17、以及分层结构参考书图8.8TCP/IP协议 TCPIP分层工作原理TCP/IP分层工作原理 TCP/IP协议1.TCP/IP模型的分界线1.协议地址的划分界线，以区分不同的寻址2.操作系统的划分，以区分系统程序与应用程序 2.网络协议与操作系统的关系 TCP/IP协议 IP协议：IP协议为网络层协议，其内容包括：基本传输单元，也就是IP报文的类型与定义、IP报文的地址以及分配方法、IP报文的路由转发以及IP报文的分段与重组。除了可以提供网络路由之外，IP协议还具有错误控制以及网络分段等众多功能，是整个Internet协议栈的核心。IP协议仅具有有限的报错功能，数据包在传输过程中的差错检测和恢复
18、都由传输层协议TCP来完成。TCP/IP协议1IP数据报:IP数据报包括报文头和正文部分TCP/IP协议2.数据报分段与重装TCP/IP协议3.IP地址一个完整的IP地址由4字节，即32位数字组成，为了方便人们的使用，IP地址经常被写成10进制的形式，中间使用符号“.”分开不同的字节。A类地址:网络地址126个(1个字节)，主机地址16387064个(3个字节)，其范围为0.0.0.0127.255.255.255。A类地址用于大型网络，由国际网络中心来分配(所有的A类网络的地址最左边一位的值均为0，而其它剩余31位的值既可以取0也可以取1。即：0 xxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxx
19、xxxxxxxxx)B类地址:网络地址16256个(2个字书)，主机地址64576个(2个字节)，其范围为128.0.0.0191.255.255.255。B类地址用于各地区的网管中心，由欧州、北美和亚太三大区网络信息中心负责分配(B类网络地址从左向右第一位必须为1，第二为必须为0，其它30位则可以自由取值。例如：10 xxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxx)C类地址:网络地址个(3个字节)，主机地址254个(1个字节)，其范围为192.0.0.0223.255.255.255。C类地址用于校园网或企业网。由国家或地区网络信息中心负责分配例如：110 xxxxxxxxxx
20、xxxxxxxxxxxxxxxxx)D类地址:为组播地址(例如：1110 xxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxx)E类地址:保留(例如：11110 xxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxx)TCP/IP协议TCP/IP协议4.子网和IP地址屏蔽码除了由主机地址和网络类型决定的网络地址之外，IP协议还支持用户根据自己网络的实际需要，创建子网络。子网与网络地址相结合，不仅可以把位于不同物理位置的主机组合在一起，还可以通过分离关键设备或者优化数据传送等措施提高网络安全性能，降低网络流量。IP地址屏蔽码是和IP地址配合的，用于说明某大型网络所具有的子网数，以及每个子网所
21、包含的主机数，屏蔽码是对地址分类的扩展。TCP/IP协议掩码规则 子网掩码既不能作为IP地址使用，也不同单独存在，必须结合IP地址一起使用。子网掩码的作用就是对IP地址进行划分，形成扩展网络地址和主机地址两部分。一个有效的子网掩码由两部分组成，分别是左边的扩展网络地址位（用数字1表示）和右边的主机地址位（用数字0表示）。象下面这两个子网掩码都是无效的。000000000011111111111111111111111111111111以C类地址为例，例如，屏蔽码255.255.255.192(11000000B)表示有4个子网号，每个子网可以有64台主机，设IP地趾为202.117.80.1主
22、机号为00000001202.117.80.3主机号为00000011202.117.80.130主机号为10000010TCP/IP协议5路由选择6ICMP，ARP 和RARP 协议 互连网控制报文协议 ICMP(Internetwork Control MessageProtocol)为差错和控制报文协议，用于传输错误报告和控制信息。地址解析协议ARP(AddressResolutionProtocol)提供IP地址到物理地址的映射服务。逆向地址解析协议RARP(ReverseAddressResolutionProtocol)提供从物理地址到IP地址的映射服务。目的地址 路由器地址 忙闲
23、度TCP/IP协议 TCP协议TCP为传输层协议，提供可靠的进程间通信机制，该协议可以自动纠正各种差错:通过使用序列号和确认信息，TCP协议能够向发送方提供到达接收方的数据包的传送信息 当传送过程中出现数据包丢失情况时，TCP协议可以重新发送丢失的数据包直到数据成功到达接收方或者出现网络超时。TCP协议还可以识别重复信息，丢弃不需要的多余信息，使网络环境得到优化。如果发送方传送数据的速度大大快于接收方接收数据的速度，TCP协议可以采用数据流控制机制减慢数据的传送速度，协调发送和接收方的数据响应。TCP支持许多高层协议ULP(UpperLevelProtocol)，它提供一 对ULP之间面向连接
24、的传输服务，包括建立连接、数据传输和终止连接。TCP主要通过套接字(Socket)为ULP提供面向连接的传输服务。TCP/IP协议1接口和套接字 传输层协议和应用程序之间的数据接口由运行在某主机上的TCP协议为其分配端口号。为了使其具有全局唯一性，将此端口号和IP地址合起来组成套接字。使用TCP协议的网络应用程序分为服务程序和客户程序。服务程序：为其他主机提供服务，有固定的端口号。例如Telnet服务端口号为23，FTP为21号，E-mail为25号。客户程序：使用服务程序提供的服务，客户程序可选择通信端口号。TCP/IP协议TCP/IP的socket提供下列三种类型套接字：流式套接字（SOC
25、K_STREAM）提供了一个面向连接、可靠的数据传输服务，数据无差错、无重复地发送，且按发送顺序接收。内设流量控制，避免数据流超限；数据被看作是字节流，无长度限制。文件传送协议（FTP）即使用流式套接字。数据报式套接字（SOCK_DGRAM）提供了一个无连接服务。数据包以独立包形式被发送，不提供无错保证，数据可能丢失或重复，并且接收顺序混乱。网络文件系统（NFS）使用数据报式套接字。原始式套接字（SOCK_RAW）该接口允许对较低层协议，如IP、ICMP直接访问。常用于检验新的协议实现或访问现有服务中配置的新设备。TCP/IP协议2TCP报文格式 TCP协议中的基本传输单元为段，TCP报文又称
26、 为TCP段。一个TCP段由段头和数据流两部分组 成。TCP数据流是无结构的字节流，这一特征允许TCP段长可变。TCP/IP协议3建立连接 建立连接实际上是双方序列号同步的过程：TCP的三次握手TCP对话通过三次握手来初始化。三次握手的目的是使数据段的发送和接收同步；告诉其它主机其一次可接收的数据量，并建立虚连接。来看看这三次握手的简单过程：(1)初始化主机通过一个同步标志置位的数据段发出会话请求。(2)接收主机通过发回具有以下项目的数据段表示回复：同步标志置位、即将发送的数据段的起始字节的顺序号、应答并带有将收到的下一个数据段的字节顺序号。(3)请求主机再回送一个数据段，并带有确认顺序号和确
27、认号。TCP/IP协议“三次握手”TCP/IP协议4关闭连接关闭过程也是一个三次握手过程。（FIN,ACK）5UDP 协议(UserDatagramProtocol,用户数据报协议)UDP协议是对IP协议集的扩充，提供了复用功能，区分一台主机中多个不同应用。UDP提供无连接服务，通讯开销很小，效率较高，适用于简单的请求/响应通信方式的应用，例如DNS应用等。网络互连技术 网络互连的目的是使一个网络上的用户能访问其他网络上的资源，可使不同网络上用户能互相通信和交换信息。从拓扑结构来划分 LANLAN LANWAN LANWANLAN WANWAN 网络互连技术1.互连主要形式2.网络互连技术2中
28、继系统将网络互相连接起来要使用一些中间设备（或中间系统），I的术语称之为中继（relay）系统。根据中继系统所在的层次，可以有以下五种中继系统：1.物理层（即常说的第一层、层1）中继系统，即转发器repeater2.数据链路层（即第二层，层2），即网桥或桥接器（bridge）。3.网络层（第三层，层3）中继系统，即路由器（router）。4.网桥和路由器的混合物桥路器（brouter）兼有网桥和路由器的功能。5.在网络层以上的中继系统，即网关（gateway）.当中继系统是转发器或网桥时，一般并不称之为网络互连，因为这仅仅是一个网络扩大了，而这仍然是一个网络。网关由于比较复杂，目前使用得较少。
29、因此一般讨论互连网时，都是指用路由器进行互连的互连网络。路由器就是一台专用计算机，用来在互连网中进行路由选择。由于历史的原因，许多有关TCP/IP的文献将网络层使用的路由器称为网关。请注意。网络互连技术分层中继系统的功能：物理层：以比特形式传送信息分组。在传输过程中，信息分组可能需要从一种通信媒体转换到另一种通信媒体，通过物理层的互连，以实现信息在不同媒体中的转换和传输，形成在数据链路层上系统基本上是一个单一的网络。物理层互连要求所连接的各网络的数据传输率和链路协议必须是相同的，主要用于分布在不同地理范围内的各局域网的互连中；数据链路层：按帧接收或传送信息。实现的过程是：当从一条链路上收到一个
30、帧后，先检查链路层的协议帧，如果认为可以的话，就将信息帧传送到另一条链路上。数据链路层互连可用于互连两个或多个局域网，互连的局域网可以是具有多个网络层协议的系统；网络互连技术 网络层：主要用于广域网之间的互连上。由于各广域网的协议机制往往互不相同，所以网络层互连主要解决的问题是路由选择、阻塞控制和差错处理、分段等。本层互连协议的复杂程度取决于网络层服务。如果互连的各网络的网络服务相同，则互连协议就简单；反之就复杂；高层协议中包括会话层、表示层和应用层等三个层次，高层解决的是端对端服务问题，高层协议没有相应的、统一的标准协议，所以对高层互连来说，是复杂和多样的。但高层互连的核心还是在高层之间进行
31、不同协议的转换；WWW技术WideWeb）1.基于超媒体的的一种广域信息发现技术和信息查询的工具2.由Web服务器、浏览器和通信协议三部分组成3.采用分布式的信息资源，统一的用户界面4.最大特色在于为用户提供良好的信息查询界面5.文档是通过超文本标记语言（hypertextmarkuplanguage，HTML）来描述的，通常以html为文件扩展名WWW技术浏览器/服务器(Browser/Server，简称B/S)1.浏览器为客户机提供了基于HTTP超文本传输等协议的用户界面，服务器可以为客户机提供基于相同协议的服务。2.浏览器和服务器采用HTTP等协议建立连接，使得客户与服务器两者的超媒体传
32、输变得很容易 3.浏览器/服务器模式支持脚本（Script）的阅读、解释和运行。WWW技术一个标准的WWW请求过程如下：用户在浏览器端向服务器发出一个请求;服务器将用户的请求传递给ASP、JSP或者PHP程序;ASP、JSP或者PHP程序根据用户的请求对数据库进行操作(也可以通过组件来实现对数据库的访问);ASP或者JSP程序把操作的结果用页面的方式传送到服务器;服务器把生成的纯静态页面送回浏览器。WWW技术超文本传输协议 超文本传输协议HTTP(HypenextTransferProtocol，超文本传输协议)是专门为Web设计的一种网络协议，在TCPIP体系结构中属于应用层协议，它定义了W
33、eb的通信交换机制、请求及响应消息的格式等。HTTP属于BS结构。WWW技术1HTTP 工作过程URL:UniformResourceLocator,在Internet的WWW服务程序上用于指定信息位置的表示方法WWW技术2HTTP 协议 标准的Web传输协议是超文本传输协议（HTTP）。HTTP协议是一种根据明确性和速度要求，为建立分布式协作超媒体信息系统而设计的协议，它是一种简单的、无状态的、面向对象的协议，可用于多种任务，如名字服务器和分布式对象管理。1.支持浏览器和服务器的数据类型协议 2.由两个基本项组成：请求集和应答集 3.不仅能传输超文本，也可以传输各种类型的对象 4.支持两种请
34、求：简单请求和完全请求 WWW技术Internet 信息服务器(IIS)Microsoft开发的Internet 信息服务器（InternetInformationServer，IIS）用于实现各种网络服务。1.IIS 包含的组件2.IIS 规定的标准协议HTTP、FTP、SMTP、NNTP3.IIS 支持的功能 4.WWW服务、FTP服务、SMTP服务、NNTP服务、事务服务器、索引服务器、认证服务器、站点分析快递、安全通信、Active Server Pages 什么是全双工?如果用户的声卡可以同时播音与录音，那么这就是所谓的全双工(fullduplex)。支持全双工的计算机就好像一般的电话，可以同时说话并听到对方声音。什么是半双工?相对来说，如果用户的声卡在同一时间只能播音或录音，那么这就是半双工(halfduplex)。只支持半双工的电脑就好像无线电对讲机，在同一时间内，只能说话或聆听对方的声音。全双工/半双工端端间数据同时以两个方向/一个方向传送。