計算機導(dǎo)論 課件 ch08 計算機網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用基礎(chǔ)

計算機網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用基礎(chǔ)第八章計算機導(dǎo)論職業(yè)教育計算機類專業(yè)系列教材01PARTONE網(wǎng)絡(luò)設(shè)備計算機網(wǎng)絡(luò)簡介網(wǎng)絡(luò)基本概念計算機網(wǎng)絡(luò)，就是利用通信線路將地理上分散的、具有獨立功能的計算機系統(tǒng)和通信設(shè)備按不同的形式連接起來，通過功能完善的網(wǎng)絡(luò)軟件實現(xiàn)資源共享和信息傳遞的系統(tǒng)。計算機網(wǎng)絡(luò)的概念中包含三個基本要素：01至少有兩個具有獨立操作系統(tǒng)的計算機，且它們之間有相互共享某種資源的需求。03網(wǎng)絡(luò)中的各個獨立的計算機之間要能相互通信，必須有相互可確認(rèn)的通信規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)或協(xié)議。02兩個獨立的計算機之間必須有某種通信手段將其連接。計算機網(wǎng)絡(luò)簡介網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)是指網(wǎng)絡(luò)中通信線路和站點（計算機或設(shè)備）的幾何排列形式，常見的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)有總線型結(jié)構(gòu)、星形結(jié)構(gòu)和環(huán)形結(jié)構(gòu)。01總線型結(jié)構(gòu)采用一種傳輸媒介作為公用信道，所有站點都通過相應(yīng)的硬件接口直接連接到這一公共傳輸媒介上，該公共傳輸媒介稱為總線?？偩€型結(jié)構(gòu)總線型結(jié)構(gòu)計算機網(wǎng)絡(luò)簡介02目前使用較普遍的以交換機為中心的星形結(jié)構(gòu)，即交換式以太網(wǎng)。星形結(jié)構(gòu)星形結(jié)構(gòu)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)是指網(wǎng)絡(luò)中通信線路和站點（計算機或設(shè)備）的幾何排列形式，常見的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)有總線型結(jié)構(gòu)、星形結(jié)構(gòu)和環(huán)形結(jié)構(gòu)。計算機網(wǎng)絡(luò)簡介03環(huán)形結(jié)構(gòu)是由站點和連接站點的鏈路組成的一個閉合環(huán)，每個站點能夠接收從一條鏈路傳來的數(shù)據(jù)，并以同樣的傳輸速率串行地將數(shù)據(jù)沿環(huán)送到另一條鏈路上。環(huán)形結(jié)構(gòu)環(huán)形結(jié)構(gòu)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)是指網(wǎng)絡(luò)中通信線路和站點（計算機或設(shè)備）的幾何排列形式，常見的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)有總線型結(jié)構(gòu)、星形結(jié)構(gòu)和環(huán)形結(jié)構(gòu)。計算機網(wǎng)絡(luò)簡介網(wǎng)絡(luò)協(xié)議網(wǎng)絡(luò)協(xié)議是為了能夠在計算機網(wǎng)絡(luò)中進行數(shù)據(jù)交換而建立的規(guī)則、標(biāo)準(zhǔn)或約定的集合。它是網(wǎng)絡(luò)中所有設(shè)備（網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器、計算機、交換機、路由器、防火墻等）之間通信規(guī)則的集合，它規(guī)定了通信時信息必須采用的格式和這些格式的意義。網(wǎng)絡(luò)協(xié)議由三個要素組成：01語義解釋控制信息中每個部分的意義。它規(guī)定了需要發(fā)出何種控制信息、完成哪些動作與做出什么樣的響應(yīng)。語義02語法是用戶數(shù)據(jù)與控制信息的結(jié)構(gòu)與格式，以及數(shù)據(jù)出現(xiàn)的順序。語法03時序是對事件發(fā)生順序的詳細(xì)說明。時序OSI參考模型與TCP/IP簇0SI參考模型物理層：位于OSI參考模型的底層，在物理信道上傳輸原始的數(shù)據(jù)比特（bit）流，提供建立、維護和拆除物理鏈路連接所需的各種傳輸介質(zhì)、通信接口特性等。數(shù)據(jù)鏈路層：在物理層提供比特流服務(wù)的基礎(chǔ)上，建立相鄰節(jié)點之間的數(shù)據(jù)鏈路。通過差錯控制提供數(shù)據(jù)幀在信道上無差錯地傳輸，并進行數(shù)據(jù)流量控制。網(wǎng)絡(luò)層：為傳輸層的數(shù)據(jù)傳輸提供建立、維護和終止網(wǎng)絡(luò)連接的手段，把上層來的數(shù)據(jù)組織成數(shù)據(jù)包（packet），在節(jié)點之間進行交換傳送，并且負(fù)責(zé)路由控制和擁塞控制。傳輸層：為上層提供端到端（最終用戶到最終用戶）的、透明的、可靠的數(shù)據(jù)傳輸服務(wù)。

所謂透明的傳輸是指在通信過程中傳輸層對上層（會話層）屏蔽了通信傳輸系統(tǒng)的具體細(xì)節(jié)。會話層：為表示層提供建立、維護和結(jié)束會話連接的功能，并提供會話管理服務(wù)。表示層：為應(yīng)用層提供信息表示方式的服務(wù)，如數(shù)據(jù)格式的變換、文本壓縮、加密技術(shù)等。應(yīng)用層：為網(wǎng)絡(luò)用戶或應(yīng)用程序提供各種服務(wù)，如文件傳輸、電子郵件（E-mail）、分布式數(shù)據(jù)庫、網(wǎng)絡(luò)管理等。OSI參考模型與TCP/IP簇TCP/IP簇雖然TCP/IP簇不是ISO標(biāo)準(zhǔn)，但現(xiàn)在的互聯(lián)網(wǎng)使用的是TCP/IP模型，使TCP/IP簇成為一種“實際上的標(biāo)準(zhǔn)”。OSI參考模型的制定，參考了TCP/IP模型及其分層體系結(jié)構(gòu)的思想。而TCP/IP模型在不斷發(fā)展的過程中也吸收了OSI參考模型中的概念及特征。網(wǎng)絡(luò)接口層：定義與物理網(wǎng)絡(luò)的接口規(guī)范，負(fù)責(zé)接收來自網(wǎng)際層（或者物理網(wǎng)絡(luò)）的IP數(shù)據(jù)報文，傳遞給物理網(wǎng)絡(luò)（或者網(wǎng)際層）。網(wǎng)際層：又稱為網(wǎng)絡(luò)層，主要功能是實現(xiàn)兩個不同IP地址的計算機（在Internet上都稱為主機）的通信，這兩個主機可以位于同一網(wǎng)絡(luò)，也可以位于互聯(lián)的兩個不同網(wǎng)絡(luò)中。網(wǎng)絡(luò)層的具體工作包括：形成IP數(shù)據(jù)報文和尋址。如果目的主機與源主機在不同的網(wǎng)絡(luò)中，就需要將IP數(shù)據(jù)報文通過路由器轉(zhuǎn)發(fā)到目的主機。網(wǎng)際層主要包括四個協(xié)議：網(wǎng)際協(xié)議（InternetProtocol，IP）、網(wǎng)際控制報文協(xié)議（InternetControlMessageProtocol，ICMP）、地址解析協(xié)議（AddressResolutionProtocol，ARP）、

逆向地址解析協(xié)議（ReverseAddressResolutionProtocol，RARP）。TCP/IP協(xié)議簇有上百個，每個協(xié)議的內(nèi)容很多，有興趣的讀者可以進一步學(xué)習(xí)。OSI參考模型與TCP/IP簇TCP/IP簇傳輸層：提供應(yīng)用程序間（端到端）的通信。

傳輸層包括傳輸控制協(xié)議（TransmissionControlProtocol，TCP）和用戶數(shù)據(jù)報協(xié)

議（UserDatagramProtocol，UDP）。應(yīng)用層：支持應(yīng)用服務(wù)，向用戶提供了一組常用的應(yīng)用協(xié)議，不同應(yīng)用程序可以根據(jù)需要選擇通信協(xié)議。應(yīng)用層常用的協(xié)議包括遠(yuǎn)程登錄（Telnet）、文件傳輸協(xié)議（FileTransferProtocol，

FTP）普通文件傳輸協(xié)議（TrivicalFileTransferProtocol，TFTP）、簡單郵件傳輸

協(xié)議（SimpleMailTransferProtocol，SMTP）、域名系統(tǒng)（DomainName

System，DNS）、簡單網(wǎng)絡(luò)管理協(xié)議（SimpleNetworkManagementProtocol，

SNMP）等。計算機網(wǎng)絡(luò)連接設(shè)備網(wǎng)卡網(wǎng)卡是工作在數(shù)據(jù)鏈路層的網(wǎng)絡(luò)組件，是局域網(wǎng)中連接計算機和傳輸介質(zhì)的接口，不僅能實現(xiàn)與局域網(wǎng)傳輸介質(zhì)之間的物理連接和電信號匹配，還涉及幀①的發(fā)送與接收、幀的封裝與拆封、介質(zhì)訪問控制、數(shù)據(jù)的編碼與解碼，以及數(shù)據(jù)緩存功能等。幀：物理層傳輸數(shù)據(jù)的封裝單元。臺式機的網(wǎng)卡計算機網(wǎng)絡(luò)連接設(shè)備集線器集線器的英文為Hub。集線器的主要功能是對接收的信號進行再生整形放大，以擴大網(wǎng)絡(luò)的傳輸距離，同時把所有節(jié)點②集中在以它為中心的節(jié)點上。它工作于OSI參考模型第一層，即物理層。集線器與網(wǎng)卡、網(wǎng)線等傳輸介質(zhì)一樣，屬于局域網(wǎng)中的基礎(chǔ)設(shè)備，節(jié)點：網(wǎng)絡(luò)上具有唯一網(wǎng)絡(luò)地址的設(shè)備都稱為網(wǎng)絡(luò)節(jié)點，簡稱節(jié)點。集線器外觀計算機網(wǎng)絡(luò)連接設(shè)備交換機交換機工作于OSI參考模型的第二層，即數(shù)據(jù)鏈路層。交換機內(nèi)部的CPU會在每個端口成功連接時，通過將媒介存取控制地址（MAC地址）和端口對應(yīng)，形成一張MAC表。在此后的通信中，發(fā)往該MAC地址的數(shù)據(jù)包將僅送往其對應(yīng)的端口，而不是所有的端口。因此，交換機可用于劃分?jǐn)?shù)據(jù)鏈路層廣播，即沖突域；但它不能劃分網(wǎng)絡(luò)層廣播，即廣播域。常見的以太網(wǎng)交換機外觀計算機網(wǎng)絡(luò)連接設(shè)備路由器路由器（Router）又稱網(wǎng)關(guān)設(shè)備（Gateway），用于連接多個邏輯上分開的網(wǎng)絡(luò)。邏輯網(wǎng)絡(luò)代表一個單獨的網(wǎng)絡(luò)或者一個子網(wǎng)。當(dāng)數(shù)據(jù)從一個子網(wǎng)傳輸?shù)搅硪粋€子網(wǎng)時，可通過路由器的路由功能來完成。因此，路由器具有判斷網(wǎng)絡(luò)地址和選擇IP路徑的功能，它能在多網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)環(huán)境中，建立靈活的連接，可用完全不同的數(shù)據(jù)分組和介質(zhì)訪問方法連接各種子網(wǎng)，路由器只接收源站或其他路由器的信息，屬于網(wǎng)絡(luò)層的一種互聯(lián)設(shè)備。常用的路由器外觀計算機網(wǎng)絡(luò)連接設(shè)備網(wǎng)絡(luò)連接介質(zhì)網(wǎng)絡(luò)傳輸介質(zhì)是網(wǎng)絡(luò)中發(fā)送方和接收方的物理連接通路，是信息傳送的載體。目前，常用的傳輸介質(zhì)有雙絞線、同軸電纜、光纖和無線電波。01雙絞線已成為局域網(wǎng)的標(biāo)準(zhǔn)傳輸介質(zhì)。一對雙絞線由兩根相對較細(xì)的導(dǎo)線構(gòu)成，這些導(dǎo)線被一層PVC薄膜包裹著，并螺旋式相互纏繞。雙絞線通過在兩根導(dǎo)線之間提供平衡的能量輻射，有效地抑制可能引入的電磁干擾，消除信號的失真。雙絞線02典型的同軸電纜（oaxialCable）由一根作為導(dǎo)體的銅質(zhì)芯線外加絕緣層（內(nèi)絕緣）、熱熔鋁箔、密集網(wǎng)狀編織導(dǎo)電金屬屏蔽層及外包裝保護塑膠材料（外絕緣）組成。同軸電纜結(jié)構(gòu)同軸電纜計算機網(wǎng)絡(luò)連接設(shè)備03光導(dǎo)纖維（OpticalFiber）簡稱光纖，是目前發(fā)展迅速、應(yīng)用廣泛的傳輸介質(zhì)。光纖由內(nèi)到外由纖芯、包層和護套層組成。纖芯是用超純的熔凝石英玻璃拉成的比人頭發(fā)絲還細(xì)的芯線。其傳輸原理為：當(dāng)光線從高折射率的媒介射向低折射率的媒介時，其折射角將大于入射角。如果入射角足夠大，就會出現(xiàn)全反射，即當(dāng)光線碰到包層時就會折射回纖芯。這個過程不斷重復(fù)，光就沿著光纖向前傳輸。光纖網(wǎng)絡(luò)連接介質(zhì)網(wǎng)絡(luò)傳輸介質(zhì)是網(wǎng)絡(luò)中發(fā)送方和接收方的物理連接通路，是信息傳送的載體。目前，常用的傳輸介質(zhì)有雙絞線、同軸電纜、光纖和無線電波。04無線電數(shù)字微波通信系統(tǒng)在長距離大容量的數(shù)據(jù)通信中占有極其重要的地位，其頻率范圍為300MHz～300GHz。微波通信主要有兩種方式：地面微波接力通信和衛(wèi)星通信。微波在空間主要進行直線傳播，并且能穿透電離層進入宇宙空間，一般傳輸距離只有50km左右，長距離通信時必須建立多個中繼站，中繼站把前一站發(fā)來的信號經(jīng)過放大后再發(fā)往下一站，類似于“接力”。如果中繼站采用100m高的天線塔，則接力距離可增大到100km。無線電波2PARTTWO組建中小型網(wǎng)絡(luò)IPv4簡介IP協(xié)議為Internet上的每個節(jié)點（主機）定義了一個唯一的統(tǒng)一規(guī)定格式的地址，簡稱IP地址。每個主機的IP地址由32位二進制數(shù)（4字節(jié)）組成，通常采用“點分十進制表示方法”表示，每個字節(jié)為一部分，中間用點號分隔開。例如，32位的二進制地址為11001010011011000010010100101001。顯然這個地址難以記憶，所以分成四段，每段8位，變成了下面的形式：11001010011011000010010100101001；轉(zhuǎn)換成十進制形式，并用點號連起來，就構(gòu)成了通常人們所使用的IP地址：1。IP地址IPv4簡介僅用IP地址中的網(wǎng)絡(luò)號來區(qū)分一個IP地址是哪類地址，對于人們來說是比較困難的。如何讓計算機很容易地區(qū)分網(wǎng)絡(luò)號和主機號呢？解決上述問題的辦法就是使用子網(wǎng)掩碼（SubnetMask）。子網(wǎng)掩碼是一個32位二進制數(shù)的位模式。位模式中為1的位用來定位網(wǎng)絡(luò)號，為0的位用來定位主機號。其主要的作用是劃分子網(wǎng)及讓計算機很容易地區(qū)分網(wǎng)絡(luò)號和主機號。子網(wǎng)掩碼A、B、C三類網(wǎng)絡(luò)默認(rèn)的子網(wǎng)掩碼IPv4簡介域名及域名服務(wù)01IP地址是一個32位的二進制數(shù)，對于一般用戶來說，要記住IP地址比較困難。為了向一般用戶提供一種直觀明了的主機識別符（主機名），TCP/IP專門設(shè)計了一種字符型的主機命名機制，給每臺主機一個由字符串組成的名稱，這種主機名稱相對于IP地址來說是一種更為高級的地址形式——域名。主機域名空間被分成若干個部分并授權(quán)相應(yīng)的機構(gòu)進行管理。該管理機構(gòu)有權(quán)對其所管轄的域名空間進一步劃分，并再授權(quán)相應(yīng)的機構(gòu)進行管理。域名的概念域名層次結(jié)構(gòu)IPv4簡介域名及域名服務(wù)02主機域名不能直接用于TCP/P的路由選擇。當(dāng)用戶使用主機域名進行通信時，必須首先將其映射成IP地址，因為Intenet通信軟件在發(fā)送和接收數(shù)據(jù)時都必須使用IP地址。將主機域名映射為TP地址的過程稱為域名解析。域名解析包括正向解析（從域名到IP地址）及反向解析（從ID地址到域名）。Intermnct的域名系統(tǒng)能夠透明地完成此項工作。例如，http：//的域名解析過程。域名解析域名解析過程虛擬局域網(wǎng)在交換機組成的網(wǎng)絡(luò)中所有主機都在同一個廣播域內(nèi)，容易形成廣播風(fēng)暴。隨著網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展，現(xiàn)在很多企業(yè)和部門都建立了內(nèi)部局域網(wǎng)，但是，隨著網(wǎng)絡(luò)規(guī)模的擴大也帶來了一些問題：虛擬局域網(wǎng)的基本概念01網(wǎng)內(nèi)數(shù)據(jù)傳輸量增大，網(wǎng)速變得越來越慢。02計算機遭受黑客攻擊，關(guān)鍵部門存在安全隱患。03同一部門的人員分布在不同的地域，不能相對集中辦公。虛擬局域網(wǎng)二層交換機都支持VLAN，可以使用以下步驟創(chuàng)建VLAN：01創(chuàng)建VLAN。02為VLAN分配交換機端口。創(chuàng)建VLAN虛擬局域網(wǎng)01VLAN是在一個物理網(wǎng)絡(luò)上劃分出來的邏輯網(wǎng)絡(luò)。這個網(wǎng)絡(luò)對應(yīng)于OSI參考模型的第二層網(wǎng)絡(luò)。02VLAN的劃分不受網(wǎng)絡(luò)端口的實際物理位置的限制。VLAN有著和普通物理網(wǎng)絡(luò)同樣的屬性。VLAN的特點03第二層網(wǎng)絡(luò)的單播、廣播和多播幀在一個VLAN內(nèi)轉(zhuǎn)發(fā)、擴散，而不會直接進入其他VLAN中。插入非文本元素IPv6是InternetProtocolVersion6的縮寫，即網(wǎng)際協(xié)議版本6。IPv6是XLM（Internet工程任務(wù)組）設(shè)計的用于替代現(xiàn)行版本IP協(xié)議（IPv4）的下一代IP協(xié)議。由于XLM最大的問題在于網(wǎng)絡(luò)地址資源有限，嚴(yán)重制約了互聯(lián)網(wǎng)的應(yīng)用和發(fā)展。IPv6的使用，不僅能解決網(wǎng)絡(luò)地址資源數(shù)量的問題，而且解決了多種接入設(shè)備連入互聯(lián)網(wǎng)的障礙，為物物互聯(lián)提供了條件。IPv6的地址長度為128個二進制位，是IPv4地址長度的4倍。于是IPv4地址點分十進制格式不再適用，而采用十六進制格式表示。IP