計算機技術應用基礎

計算機技術應用基礎

中國地質大學（北京）

第7章計算機網絡基礎

?7.1計算機網絡概述

?7.2計算機網絡體系結構

?7.3計算機網絡的組成

?7.4網絡典型應用

?7.5網絡安全

2

7.1計算機網絡概述

?7.1.1計算機網絡的發(fā)展過程

?7.1.2計算機網絡的分類

?7.1.3計算機網絡在我國的發(fā)展

3

|7.1.1計算機網絡的發(fā)展過程

從ARPANET^!)Internet發(fā)展過程

1957年1980年1986年

4

盯

7.1.1計算機網絡的發(fā)展

計算機網絡產生前

方案一甲買打印機

方案二利用軟盤或光盤

方案三甲借用乙的打印機

計算機網絡產生后

7.1計算機網絡概述

?7.1.1計算機網絡的發(fā)展過程

?7.1.2計算機網絡的分類

?7.1.3計算機網絡在我國的發(fā)展

6

7.1.2計算機網絡的分類

⑨按網絡的覆蓋區(qū)域分類

⑨按網絡的使用范圍分類

7

按網絡的覆蓋區(qū)域分類

。(1)局域網LAN(LocaIAreaNetwork)

⑨⑵城域網MAN

⑨⑶廣域網WAN(WideAreaNetworks)

I局域網(LAN,LocalAreaNetwork)

⑨幾十米到幾千米

?一個辦公室、一棟樓、一個校園/企業(yè)

⑨特點：

門覆蓋范圍小

b傳輸速率高

(IMbps-lOGbps)

誤碼率低

b拓撲結構簡單

b單一的組織管理

9

廣域網(WAN,WideAreaNetwork)

⑨作用范圍通常為幾十

到幾千公里

?Internet是廣域網

⑥特點：

b可跨省市甚至全球

b公用電信網絡連接

b傳輸速率較低（傳統(tǒng)

：64kbps-2Mbps

、高速:2.5Gbps）

城市

門拓撲結構復雜

10

|城域網(MAN,MetropolitanAreaNetwork)

⑨介于局域網和廣域網

之間的高速網絡，一

般為幾千米至幾萬米

⑥設計目標是滿足多個

局域網互連的需求

⑥實現大量用戶之間的

數據、語音、圖形與

視頻等多種信息的傳

輸功能；

⑥城域網在技術上與局

域網相似工廠的網絡

U

按網絡的使用范圍分類

⑨公用網（例如：Internet）

。為公共提供商業(yè)性和公益性通用網絡

⑨專用網（例如：Intranet）

b為部門提供特定應用服務功能的網絡

12

7.1計算機網絡概述

?7.1.1計算機網絡的發(fā)展過程

?7.1.2計算機網絡的分類

?7.1.3計算機網絡在我國的發(fā)展

13

7.1.3計算機網絡在我國的發(fā)展

⑥八十年代：專用計算機網

⑨九十年代：CHINAPAC、CERNET

一目前全國范圍的公用計算機網

b中國公用計算機互聯網CHINANET

吠中國教育和科研計算機網CERNET

b中國科學技術網CSTNET

吠中國聯通互聯網UNINET

吠中國網通公用互聯網CNCNET

吠中國國際經濟貿易互聯網CIETNET

吠中國移動互聯網CMNET

吠中國長城互聯網CGWNET

吠中國衛(wèi)星集團互聯網CSNET

14

4

第7章計算機網絡基礎

?7.1計算機網絡概述

?7.2計算機網絡體系結構

?7.3計算機網絡的組成

?7.4網絡典型應用

?7.5網絡安全

15

4

7.2計算機網絡體系結構

?7.2.1劃分網絡層次的意義

?7.2.2OSI/RM參考模型

?7.2.3TCP/IP參考模型

?7.2.4IP地址

16

|7.2.1劃分網絡層次的意義

⑥為了使不同類型的系統(tǒng)設備聯入計算機網絡中,

進行通信和數據交換，針對通信過程中的各種

問題，制定了通信雙方必須共同遵守的規(guī)則、

標準和約定，這些規(guī)則、標準和約定稱為網絡

協議分層

⑨處理復雜問題的一

個有效方法，就是

用抽象和層次的方

式去構造和分析。

⑨同樣，對于計算機

網絡這類復雜的大

系統(tǒng)，采用分層方

法?！褟碗s的

網絡互聯問題劃分

為若干個較小的、

單一的問題，在不

同層上予以解決。

18

I層次結構的特點

⑥各層之間相互獨立

b通過每一層實現一種相對獨立的功能來簡化

問題

⑥靈活性好

b由于技術的變化而使某層發(fā)生變化時，其它

層不發(fā)生變化

⑥各層都可以采用最合適的技術來實現

§易于實現和維護q

「不同系統(tǒng)的最低層之間存在著“物理”通信;

高層之間存在著“虛擬”通信

19

7.2計算機網絡體系結構

?7.2.1劃分網絡層次的意義

?7.2.2OSI/RM參考模型

?7.2.3TCP/IP參考模型

?7.2.4IP地址

20

A

7.2.2OSI/RM參考模型

?ISO于1980年12月發(fā)表了第一個開放系統(tǒng)互連

參考模型,記為OSI/RM

⑥0SI最大的特點是開放性

b“開放”是指只要遵循OS1標準，一個系統(tǒng)就可以

與位于世界上任何地方、同樣遵循同一標準的其它

任何系統(tǒng)進行通信

⑥0SI參考模型定義了開放系統(tǒng)的層次結構和各層

所提供的服務

b清晰地分開了服務、接口和協議三個概念

?0SI參考模型麗看醺二F6以實現的方法，

并不是一個標準，而只是一個在制定標準時所

使用的概念性的框架。

21

收進程

發(fā)送進程V每一層使用下層提供的服務，并向其上層提供服務

松用層協議

應用層應用層

表示層協議

表示層表不層

會話層協議

會話層會話層

傳輸層協議

傳輸層傳輸層

網絡層網絡層網絡層網絡層網絡層

數據鏈數據鏈數據鏈數據鏈數據鏈

路層路層路層路層十路層

物理層物理層物理層物理層物理層

物理介質物理介質

i路由器路由器路由器I

主機/]------------------------15^------------------主機8

OSI/RM參考模型

⑨物理層：

b數據傳輸單元是比特應用層

b提供網絡的物或接，利用物理表示層

傳輸介質傳輸數據比特的電信號會話層

。數據鏈路層：傳輸層

b數據傳輸單元是峽網絡層

b在通信的相鄰結點間建立數據鏈數據鏈路層

路連接;透明地傳輸數據幀一物理層

23

OSI/RM參考模型

⑨網絡層：

一基本單位是分組（或包）應用層

一提供分組傳送和路由選擇功能,E表示層

目的主機的最佳路徑，并沿該路名會話層

包傳輸層

b流量控制功能?？刂谱枞苊獯蹙W絡層

數據鏈路層

物理層

24

OSI/RM參考模型

—

⑥傳輸層：

一基本單位是報文應用層

表示層

吠051中最重要，最關鍵的一層,

經網絡端到端透明地傳送報文會話層

⑥會話層：傳輸層

網絡層

b負責建立、組織、和協調兩個進

程間的相互通信數據鏈路層

一數據交換，如分界、同步等物理層

OSI/RM參考模型

⑥表示層：

b用于處理在兩個通信系統(tǒng)中交換信

息的表示方式應用層

一數據格式轉換、文本壓縮、加密與表示層

解密會話層

⑥應用層：傳輸層

bOS工參考模型的最高層網絡層

b為用戶的應用進程提供了網絡服務數據鏈路層

物理層

26

模型中的數據傳輸

交換數據發(fā)送進程接收進程

單元名稱

APDU應用層］應用層

PPDU表示層1表示層

SPDU會話層1會話層

TPDU傳輸層1傳輸層

數據分組

網絡層

(NPDU)網絡層1

數據幀數據數據

(DPDU)鏈路層鏈路層

比特

物理層

(PPDU)物理層1

主機a實際數據傳輸路線主機B

27

OSI/RM參考模型

⑨舉例：給某人給朋友寫信

郵

郵

政

信

政

信

封

袋

信

箱

筒

數據鏈路層網絡層傳輸層應用層

物理層

7.2計算機網絡體系結構

?7.2.1劃分網絡層次的意義

?7.2.2OSI/RM參考模型

?7.2.3TCP/IP參考模型

?7.2.4IP地址

29

4

7.2.3TCP/IP參考模型

(g)TCP/lP是Internent網絡體系結構的核心

，是Internet的事實上白勺協議標準

⑥設計目標：實現異種網的網際互連

OTCP/IP采用分層體系結構,共分四層

。網絡接口層

。網際層:IP

。傳輸層:TCP>UDP

門應用層：DNS、SMTP、HTTP、FTP

30

盯

TCP/1P參考模型

負責應用程序間的溝通，為用戶提供各

種服務。

兩個重要協議：DNS、SMTP、HTTP、

應用層

為應用程序提供端到端的可靠性傳輸

”兩個重要協議：TCP、UDP

傳輸層

網際層.IP層，為IP數據報分配一個全網唯一

的傳送地址（IP地址）

網絡接口層重要的協議：IP協議

\網絡硬件接口，負責將數據包送到電纜上

重要的協議：X.25

■|TCP/1P和OSI/RM對應關系

OSI/RM參考模型TCP/IP參考模型

應用層應用層

表示層

會話層

傳輸層傳輸層

網絡層網際層

數據鏈路層數據鏈路層

物理層物理層

五層網絡結構

32

4

7.2計算機網絡體系結構

?7.2.1劃分網絡層次的意義

?7.2.2OSI/RM參考模型

?7.2.3TCP/IP參考模型

?7.2.4IP地址

33

7.2.4IP地址

⑨TCP/1P的核心協議是IP協議

?IP地址采用分層結構，包括兩部分:

b網絡號標識一個邏輯網絡

b主機號標識網絡中一臺主機

?IP地址是一個邏輯地址；

b因特網上的IP地址具有全球唯一性

⑨IP目前使用的版本是IPV4（原始版本），長度為32位（4

個字節(jié)）,常用點分的十進制標記法

b如00001010000000100000000000000001記為

?新版本IPV6使用128位,采用全新的分類

34

IPV4地址的分類

人網絡地址最高位網絡本身連接于網絡上

e必須為o而地址為從的主機的地址

7Tbit

分配給具有大ur口

j網絡地址最高2

量主機位必須為

/L1016bits

分配給一般的

網絡地址最高主機號

中型網絡類13

位必須為110

絡

也

網

Wbits共

七

不

分配給小型網址

育

匕

全

絡類1|1|0網絡號主木是O

全

或1

地址類別允許網絡數最多主機/網絡可分配主機的地址

27-2=1261.0.0.1-126.255.255.254

A類224—22670萬----------------?

主

機

也

此

14比

址

不

2=16384216-2二65534128.1.0.1-育!55.254

B類匕

是

全O

221約209萬28-2=254

全

3192.0.1.1-：或154.254

||特殊IP地址

。某些IP地址具有特殊的含義，不能分配給具

體的主機：

b廣播地址、零地址、回送地址

地址例子用途

主機位全1202.204.26.255直接廣播（對指定網絡的廣播）

全1255.255.255.255有限廣播（本地局域網廣播）

主機位全為0202.204.26.0網絡地址（標識一個網絡）

全00.0.0.0標識當前網絡的當前主機

首字節(jié)127127.0.0.1內部主機回送地址（本機測試，

不在網絡中傳輸）

36

子網劃分

⑨因特網規(guī)模的急劇增長，對IP地址的需求激增,

帶來的問題是：

b[p地址資源的嚴重匱乏

bIP資源利用率不高

⑨解決辦法：

b子網劃分：從主機號部分拿出前幾位作為子

網號

b子網劃分后，卬地址包含：

網絡號、子網號、主機號

4

子網劃分

⑥例如:三個LAN,主機數為20、25、48,

均少于C類地址允許的主機數，為這三個

LAN申請3個C類IP地址顯然有點浪費

b解決辦法：申請1個C類網絡地址，然

后劃分3個子網

38

子網掩碼

⑥子網劃分后，如何識別不同的子網？

b解決：引入子網掩碼來分離網絡號和主機號

⑥子網掩碼格式：

b32比特，網絡號（包括子網號）部分全為“1”，主機號

部分全為“0”

11......................................11loo....00

~~“網絡號+子網號”部分也主機號，前

⑥缺省子網掩碼：分

-A類：255?0?0?0

255,255,0,0

氣類：255,255?255.039

子網掩碼的算法

⑥例：

b某1P地址為54,無須再

分割子網，則該卬地址的子網掩碼是什么：

該IP地址屬于A類，且無須再分割子網

所以子網掩碼為：255.0,0.0

門某卬地址為192.168.1.10,無須再分割子

網，則該IP地址的子網掩碼是什么：

該IP地址屬于C類，且無須再分割子網

所以子網掩碼為：

子網掩碼的算法

⑥例:

b某IP地址為07,需要分割成

3個子網，則該IP地址的子網掩碼是什么：

該IP地址屬于C類，需要分割成3個子網

3個子網位需要幾位二進制來表示?

(3)D=(11)B即3個子網位需要2位二進制表示

將C類IP地址的默認子網掩碼的豐機地

址典2位置1G

葉子網掩碼不能單獨存在，它必須結合IP地址一起使用。

子網掩碼只有一個作用，就是將某個IP地址劃分成網絡

地址和主機地址兩部分

41

子網地址計算

。子網地址（網絡號）

b子網掩碼與卬地址進行“按位與”運算，得

到該IP地址所在子網的子網地址

。主機號

b從IP地址中扣除網絡部分就是主機號

42

子網地址計算

⑥例：IP地址202.117.。207,子網掩碼為:

255.255.255,192,求該IP地址所在子網的網

絡地址和主機號

110010100111010100000001ulooilll

&1111111111111111111111111100D000

11001010011101010000000111000000

???子網的網絡地址為：202」17.L192

主機號為：15

43

思考題

。已知:IP地址202.117.2104,子網掩碼為：

255.255.255,192,求該IP地址所在子網的網

絡地址和主機號

11001010011101010000000101101000

&1111111111111111111111111100)000

11001010011101010000000101)00000

???子網的網絡地址為：202.117.L64

主機號為：40

44

判斷同一子網上的主機

。通過比較兩臺主機的子網地址，可以判

斷它們是否屬于同一個子網

⑥同一子網內的主機之間能夠直接通信

。不在同一子網內的主機需要使用路由器（

或網關）實現互聯

判斷同一子網上的主機

。例如：有202.117.1.207^202.117.1.104

為C類IP地址，子網掩碼均為

255.255.255,192,判斷這兩個主機是否

在同一個網絡上

⑥分析：

b執(zhí)行“與”運算后得出兩者的子網地址分別為

92

4

b所以說明兩臺主機不在同一個網絡上

4

第7章計算機網絡基礎

?7.1計算機網絡概述

?7.2計算機網絡體系結構

?7.3計算機網絡的組成

?7.4網絡典型應用

?7.5網絡安全

47

7.3計算機網絡的組成

?7.3.1計算機網絡傳輸介質

?7.3.2網絡互連設備

?7.3.3局域網的基本實現

48

7.3.1計算機網絡傳輸介質

⑨導向傳輸介質

b雙絞線、

b同軸電纜I有線傳輸介質

b光纖,

。非導向傳輸介質

b微波、

紅外線L無線傳輸介質

b無線電波）

49

(1)雙絞線

?由兩條具有絕緣保護層的銅導線按一定密度相互絞合而成

?可傳輸模擬信號和數字信號

?分為非屏蔽雙絞線(UTP)和屏蔽雙絞線(STP)

⑨有三類、五類、超五類、六類四種

⑨信號范圍為幾公里，過遠需加放大器或中繼器。

,IUTP連接器：使用RJ-45插頭

用雙絞線與Hub連接

T5胡

白68B

棕

磐

白

彖

白

如S:

綜

白

祟

51

盯

雙絞線有3種線序

線序直連線交叉線翻轉線

WWWWv

連接方式T568B一一T568BT568B一一T568AT568B一一T568B（翻轉）

連接圖式

應用場合計算機-集線器計算機-計算機計算機的串口(COM)一路由

計算機-交換機路由器一路由器器、交換機等網絡設備的控

路由器一集線器計算機一路由器制臺端口(CONSOLE)

路由器一交換機集線器-集線器

集線器一集線器(UPLink)交換機一交換機

交換機一交換機(UPLink)

□

52

(2)同軸電纜

⑥銅線傳輸電磁信號，絕緣層將銅線與金屬屏蔽

物隔開，塑料封殼可使電纜免遭物理性破環(huán)。

-50Q：傳輸數字信號

-75Q：傳輸模擬信號

53

同軸電纜類別、接口

類別阻抗用途

RG-5975Q有線電視

RG-5850Q細纜

RG-1150Q粗纜

54

(3)光纖

⑥光導纖維，由石英玻璃拉成細絲，由纖芯和包

層構成的雙層通信圓柱體，傳送光信號。

心

55

光纖通信原理：光的全反射.

空氣璃璃

完全內部反酎

Cladding

版博

3）光電以不同的角度從破該射入空氣

當光線進入較高密度介質時,

入射角大于折射角；

反之入射角比折射角小

56

多模光纖和單模光纖

。多模光纖的

傳輸速率可［LTL

Destination

達2.5Gb/s。

⑨單模光纖可

以用10Gb/JLn/v\

SourceDestination

的速度可靠

傳輸數據。

nnAn.

SourceDestination

c.Single-mode

57

（4）微波

⑥微波連網應用在不易布線，覆蓋面積大的地方，不

受地域限制

◎微波通信是使用波長為1m至0.1mm的電磁波進行的

通信

⑥它具有可用頻帶寬、通信容量大、傳輸損耗小、抗

干擾能力強、在空間沿直線傳播是微波通信的等重

要特點

(5)衛(wèi)星

⑥通信衛(wèi)星應用長距離連網。當兩地距離超過

800公里時，使用衛(wèi)星聯網更經濟

。衛(wèi)星通信是利用人造地

球衛(wèi)星作為中繼站，來

轉發(fā)無線電波的通信。

。具有通信容量大、覆蓋

面積廣、傳輸損耗小、

抗干擾能力強等優(yōu)點

59

4

7.3計算機網絡的組成

?7.3.1計算機網絡傳輸介質

?7.3.2網絡互連設備

?7.3.3局域網的基本實現

60

7.3.2網絡互連設備

。網卡

⑥調制解調器

。集線器

⑥網橋

。交換機

。路由器

61

(1)網卡

⑨計算機與物理傳輸介質之間的接口設備

⑨網卡物理地址(MAC地址)：唯一

62

查看網卡地址

⑨開始/程序/附件/

命令提示符或開始

/運行/輸入cmd,

進入命令提示符狀

態(tài)

⑨輸入

“ipconfig/aII”

回左，觀察

“PhysicaI

Address”的值

63

(2)調制解調器Modem

⑨實現數字信號和模擬信號之間的信

號轉換

⑨完成了兩臺計算機間的通信

64

(3)集線器

?物理層的網絡設備

⑨對接收到的信號進行再生整形放大，以擴大網絡的傳

輸距離，同時把所有節(jié)點集中在以它為中心的節(jié)點上。

⑨集線器本身不能識別目的地址,數據包在以HUB為架構

的網絡上是以廣播方式傳輸的,由每一臺終端通過驗

證數據包頭的地址信息來確定是否接收。

65

A

(4)網橋

⑨數據鏈路層的網絡連接設備

?網橋像一個中繼器，將網絡的多個網段在數據

鏈路層連接起來。以接收、存儲、地址過濾與

轉發(fā)的方式實現互聯的網絡之間的通信

⑥網橋可以隔離不同網段之間的廣播通信量，有

利于改善互聯網絡的性能與安全性

⑨使用網橋連接起來的局域網邏輯上是一個網絡

66

網橋

67

(5)交換機

⑥新型的網絡互連設備,將共享介質方式改為交

換方式。交換機為每個端口提供專用的帶寬，

每個站點可以獨享帶寬

b企業(yè)級交換機

b部門級交換機

b工作組交換機：傳統(tǒng)集線器的替代產品

交換機

(a)共享介質局域網(b)交換式局域網

(6)路由器I

⑨網絡與網絡之間的互連設備

⑨支持網絡層協議

?可連接不同物理網絡

⑨實現LAN之間、LAN與WAN之間的互連

⑨它會根據信道的情況自動選擇和設定路由，以最佳路

徑，按前后順序發(fā)送信號的設備。

QuidvayBE8070

4

7.3計算機網絡的組成

?7.3.1計算機網絡傳輸介質

?7.3.2網絡互連設備

?7.3.3局域網的基本實現

71

7.3.3局域網的基本實現

⑨有線局域網：

吉比特

二采用工EEE802.3——100Mb/s鏈路

交換

協議，稱為以病-1Gb/s集線器

b傳輸速率高、誤碼

率低，傳統(tǒng)以太網

傳輸速率

10Mbit/s

b以太網技術發(fā)展,

傳輸速率吉比特以太網

lOOMbit/s

72

7.3.3局域網的基本實現

⑥無線局域網：

吠計算機網絡與無線通訊技術結合

b數據傳輸速率較慢、信號易受干擾

b采用工EEE80ZD1t辦議

⑨無線局域網的應用領域

b作為傳統(tǒng)局域網的擴充

b用于建筑物之間的互連

b用于移動結點的漫游訪問

b用于構建特殊的移動網絡

74

4

第7章計算機網絡基礎

?7.1計算機網絡概述

?7.2計算機網絡體系結構

?7.3計算機網絡的組成

?7.4網絡典型應用

?7.5網絡安全

74

7.4網絡典型應用

07.4.1域名系統(tǒng)

?7.4.2電子郵件

?7.4.3萬維網

?7.4.4文件傳輸協議

75

7.4.1域名系統(tǒng)

。采用名字來標記一臺主機便于記憶

-DNS用于將主機名轉換為*地址；

-DNS服務主要基于UDP來實現，端口號=53。

⑨域名空間：

之分布式的、層次型（分級）的樹形結構,根沒有名字,

頂層域由組織域（如org、com>edu）和國家域（如

cn）構成。

b再往下分還可分為若干層子域，通常用點來分隔域

的層次：

◎葉節(jié)點名,三級域名.二級域名,頂級域名

鼻［域名系統(tǒng)

。組織上的頂級域名：。地理上的頂級域名:

bcom：商業(yè)機構組織ecu中國

°edu：教育機構組織bjp日本

oint：國際機構組織bfr法國

°gov：政府機構組織bau澳大利亞

^mil：軍事機構組織oca加拿大

^net：網絡機構組織

qorg：非贏利機構組織

型域名系統(tǒng)

地大的Web服務器：

78

域名解析過程

InternetDNSRoot

例如地質大學的cugb域里的一個客戶請求訪

問東方網景()的資源

域名服務的過程

二級域名服務器