計算機網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)知識

柏宏權(quán)Baihongquan@163.com1/14/20231計算機網(wǎng)絡(luò)的基本概念一、什么是計算機網(wǎng)絡(luò)1、定義把分布在不同地理位置上的具有獨立功能的多臺計算機、終端及其附屬設(shè)備在物理上互連，按照網(wǎng)絡(luò)協(xié)議相互通信，以共享硬件、軟件和數(shù)據(jù)資源為目標的系統(tǒng)稱作計算機網(wǎng)絡(luò)。計算機網(wǎng)絡(luò)中實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)通信功能的設(shè)備及其軟件的集合稱為網(wǎng)絡(luò)的通信子網(wǎng)

2、計算機網(wǎng)絡(luò)的分類

1/14/20232（1）按地域范圍分類–局域網(wǎng)(LocalAreaNetwork，

LAN)?范圍：小，?10-1000Mbps，延遲低，出錯率低城域網(wǎng)(MetropolitanAreaNetwork，

MAN)?范圍：中，?10-1000Mbps，延遲低，出錯率低–廣域網(wǎng)(WideAreaNetwork，

WAN)?范圍：大傳輸速率較低?Internet是最大的廣域網(wǎng)–1/14/20233（2)按拓撲結(jié)構(gòu)分類

網(wǎng)絡(luò)拓撲結(jié)構(gòu)是指連接網(wǎng)絡(luò)中各個節(jié)點的相互連接的幾何形狀，常見的有星形、總線形、環(huán)形和網(wǎng)狀形、樹形等。

–星形有一個中心節(jié)點，其它節(jié)點與其構(gòu)成點到點連接1/14/20234總線形–所有入網(wǎng)設(shè)備共用一條物理傳輸線路

1/14/20235環(huán)形

–入網(wǎng)設(shè)備通過轉(zhuǎn)發(fā)器接入網(wǎng)絡(luò)，每個轉(zhuǎn)發(fā)器僅與兩個相鄰的轉(zhuǎn)發(fā)器有直接的物理線路。環(huán)形網(wǎng)的數(shù)據(jù)傳輸具有單向性，一個轉(zhuǎn)發(fā)器發(fā)出的數(shù)據(jù)只能被另一個轉(zhuǎn)發(fā)器接收并轉(zhuǎn)發(fā)。所有的轉(zhuǎn)發(fā)器及其物理線路構(gòu)成了一個環(huán)狀的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)

1/14/202363、計算機網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用資源共享數(shù)據(jù)傳送提高可靠性4、計算網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展階段以數(shù)據(jù)通信為主的第一代計算機網(wǎng)絡(luò)以資源共享為主的第二代計算機網(wǎng)絡(luò)體系標準化的第三代計算機網(wǎng)絡(luò)Internet為核心的第四代計算機網(wǎng)絡(luò)1/14/202375、傳輸媒體(介質(zhì))

傳輸介質(zhì)是網(wǎng)絡(luò)聯(lián)接設(shè)備間的中間介質(zhì),也是信號傳輸?shù)拿襟w。局域網(wǎng)中常見的傳輸介質(zhì)有光纖、同軸電纜、雙絞線幾種

磁介質(zhì)

高帶寬、低費用、高延時（小時）金屬導體雙絞線、同軸電纜(粗、細)光纖無線介質(zhì)無線電、短波、微波、衛(wèi)星、光波1/14/20238●雙絞線內(nèi)導體芯線絕緣箔屏蔽銅屏蔽外套兩根彼此絕緣、相互纏繞成螺旋狀的銅線。纏繞的目的是減少電磁干擾，提高傳輸質(zhì)量。1/14/20239屏蔽雙絞線(STP，ShieldedTwistedPair)非屏蔽雙絞線(UTP，UnshieldedTwistedPair)以鋁箔屏蔽以減少干擾和串音3類、5類、6類雙絞線外沒有任何附加屏蔽屏蔽雙絞線非屏蔽雙絞線1/14/202310●同軸電纜

銅芯絕緣層外導體屏蔽層保護套1/14/202311雙絞線的優(yōu)點:價格便宜，組網(wǎng)方便缺點是傳輸距離小于100m1/14/202312●光纖纖細、柔韌、能夠傳導光信號的媒體。特點：依靠光波承載信息速率高，通信容量大傳輸損耗小，適合長距離傳輸抗干擾性能極好，保密性好輕便1/14/202313●典型的光纜玻璃封套塑料外套玻璃內(nèi)芯單芯光纜多芯光纜玻璃內(nèi)芯塑料外套玻璃封套外殼常見規(guī)格：玻璃內(nèi)芯——50um緩變型MMF 62.5um緩變/增強型MMF 8.3um突變型SMF 玻璃包層——125um1/14/202314●無線介質(zhì)包括：無線電、微波、衛(wèi)星特點：使用電磁波或光波攜帶信息無需物理連接適用于長距離或不便布線的場合易受干擾1/14/202315無線電固定終端點（基站）和終端之間是無線鏈路BS基站用戶計算機和終端BS基站覆蓋的無線電區(qū)域F2F3F1F2F3F1F2F3F1F2F2F3F1F1,F2,F3=使用的頻率1/14/202316地面微波接力頻率：100MHz—10GHz兩個地面站之間傳送可視范圍距離：50-100km速率低，幾百kb/s地球地面站之間的直視線路微波傳送塔1/14/202317地球同步衛(wèi)星與地面站相對固定位置使用3個衛(wèi)星覆蓋全球傳輸距離遠傳輸延遲時間長22,300公里地球1/14/202318衡量通信傳輸能力的指標可以使用數(shù)據(jù)傳輸率,其單位為bps6、網(wǎng)絡(luò)協(xié)議概念及功能網(wǎng)絡(luò)協(xié)議：網(wǎng)絡(luò)中數(shù)據(jù)通信必須遵守的規(guī)則與約定，用來保證通信的實現(xiàn)。1/14/202319網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)為了解決不同媒介連接起來的不同設(shè)備和網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)在不同的應(yīng)用環(huán)境下實現(xiàn)互操作的問題，采用分層的方法，將網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)的龐大而復雜的問題，劃分為若干個較小而容易解決的問題，計算機網(wǎng)絡(luò)的各層和層間協(xié)議的集合稱為“網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)”。1/14/202320ISOOSI參考模型OSI體系結(jié)構(gòu)將網(wǎng)絡(luò)的不同功能劃分為7層應(yīng)用層Application表示層Presentation會話層session傳輸層transport物理層Physical數(shù)據(jù)鏈路層DataLink網(wǎng)絡(luò)層Network7654321處理網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用數(shù)據(jù)表示主機間通信進程間的連接尋址和最短路徑建立相鄰節(jié)點的有效傳輸物理連接接口1/14/202321物理層(Physical)規(guī)定各種通信設(shè)備之間的物理連接1/14/202322數(shù)據(jù)鏈路層(DataLink)在物理線路上的兩個相鄰結(jié)點間提供可靠的數(shù)據(jù)傳輸，使相鄰結(jié)點間的鏈路對網(wǎng)絡(luò)層呈現(xiàn)為一條無錯的鏈路。典型協(xié)議：多路訪問控制協(xié)議(MAC，MultipleAccessControlprotocol)1/14/202323網(wǎng)絡(luò)層(Network)使主機可以把分組發(fā)往任何網(wǎng)絡(luò)并使分組獨立地傳送到目標主機。負責由一個站點到另一個站點的路徑選擇。1/14/202324傳輸層(Transport)提供數(shù)據(jù)端到端的傳輸服務(wù)；1/14/202325會話層（Session）對不同開放系統(tǒng)中兩個進程間通信的過程進行管理和協(xié)調(diào)不參與數(shù)據(jù)傳輸表示層（Presentation）向應(yīng)用進程提供資料表示，如信息編碼、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換、數(shù)據(jù)壓縮與恢復等。1/14/202326應(yīng)用層(Application)

主要功能是為應(yīng)用于軟件提供更多的服務(wù)應(yīng)用層協(xié)議的例子：

遠程登錄協(xié)議Telnet、文件傳輸協(xié)議FTP、超文本傳輸協(xié)議HTTP、域名服務(wù)DNS、簡單郵件傳輸協(xié)議SMTP、郵局協(xié)議POP3等1/14/202327TCP/IP模型TCP/IP起源于美國國防部高級研究規(guī)劃署(ARPA)的一項研究計劃——實現(xiàn)若干臺主機之間的相互通信?，F(xiàn)在TCP/IP已成為Internet上通信的標準。TCP/IP模型包括4個概念層次：應(yīng)用層（application）傳輸層（transport）網(wǎng)絡(luò)層（internet）網(wǎng)絡(luò)接口層（networkinterface）1/14/202328TCP/IP與OSI參考模型的對應(yīng)關(guān)系應(yīng)用層表示層會話層傳輸層物理層數(shù)據(jù)鏈路層網(wǎng)絡(luò)層7654321OSI參考模型應(yīng)用層傳輸層網(wǎng)絡(luò)接口(數(shù)據(jù)鏈路層+物理層)網(wǎng)際層TCP/IP概念層次1/14/202329TCP/IP與應(yīng)用層應(yīng)用層協(xié)議支持了文件傳輸、電子郵件、遠程登錄、網(wǎng)絡(luò)管理、Web瀏覽等應(yīng)用。應(yīng)用層傳輸層網(wǎng)絡(luò)接口網(wǎng)際層文件傳輸

●FTP、TFTP、NFS電子郵件

●SMTP、POP3WWW應(yīng)用

●HTTP遠程登錄

●Telnet、rlogin網(wǎng)絡(luò)管理

●SNMP名字管理

●DNS1/14/202330TCP/IP與傳輸層傳輸層的兩項主要功能：流量控制可靠傳輸傳輸層提供了TCP和UDP兩種傳輸協(xié)議：TCP是面向連接的、可靠的傳輸協(xié)議。它把報文分解為多個段進行傳輸，在目的站再重新裝配這些段，必要時重新發(fā)送沒有收到的段。UDP是無連接的。由于對發(fā)送的段不進行校驗和確認，因此它是“不可靠”的。1/14/202331應(yīng)用層傳輸層網(wǎng)絡(luò)接口網(wǎng)際層面向連接的

●TCP無連接的

●UDP傳輸層提供了兩種傳輸協(xié)議1/14/202332TCP/IP與網(wǎng)絡(luò)層網(wǎng)際層的主要協(xié)議——IP。本層提供無連接的傳輸服務(wù)（不保證送達，不保序）。本層的主要功能是尋找一條能夠把數(shù)據(jù)報送到目的地的路徑。1/14/202333應(yīng)用層傳輸層網(wǎng)絡(luò)接口網(wǎng)絡(luò)層●IP●ICMP●ARP●RARPTCP/IP網(wǎng)際層的四個主要協(xié)議1/14/202334Internet

一．Internet的組成、功能Internet起源于ARPAnet后來由NSFnet接管，并改名為Internet組成：主干網(wǎng)

區(qū)域網(wǎng)

各類局域網(wǎng)主要功能：資源共享（包括計算處理能力、數(shù)據(jù)資源、軟件等通過Telnet、FTP實現(xiàn)）信息交流（電子郵件、BBS、ICQ）獲取信息(北大天網(wǎng)、新浪)信息發(fā)布（萬維網(wǎng)是繼電視、廣播、報紙、雜志之后的第五媒體）1/14/2023351.因特網(wǎng)編址機制每臺因特網(wǎng)中主機必須考慮四個重要參數(shù)：IP地址，每個IP網(wǎng)中的主機都須要有一個獨立的地址；子網(wǎng)掩碼，也是32位信息，用來區(qū)分IP地址中的網(wǎng)絡(luò)和主機接口地址；默認網(wǎng)關(guān)的IP地址，可選的32位地址，用來標識路由器的地址。要送往另一個網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)包，由這個指定的路由器轉(zhuǎn)送。DNS服務(wù)器的IP地址，負責主機域名到IP地址的轉(zhuǎn)換二．Internet的地址和域名

1/14/202336IP地址IP協(xié)議規(guī)定使用32位二進制數(shù)構(gòu)成IP地址；一般將32位二進制數(shù)分為4組，每組8位，用一個等值的十進制數(shù)來表示，十進制數(shù)之間用‘.’分隔；如：11001010011000110110000010001100 表示為：401/14/202337IP地址由兩部分組成：網(wǎng)絡(luò)地址和主機（接口）地址；Internet將IP地址分為5類(A、B、C、D、E)，對一般的用戶是使用A、B、C類地址；1/14/202338A類地址：網(wǎng)絡(luò)地址為8位，主機（接口）地址為24位，屬于大型網(wǎng)絡(luò)。A類地址的首位二進制數(shù)一定是0?？煞峙涞腁類地址共126個（全0全1地址不分配）；每個A類地址可容納主機16,777,214臺。地址范圍：～55為回送地址1/14/202339B類地址：網(wǎng)絡(luò)地址為16位，主機（接口）地址為16位，屬于中型網(wǎng)絡(luò)。B類地址前2位二進制數(shù)一定是10?？煞峙涞腂類地址共16,384個（全0全1地址不分配）；每個B類地址可容納主機65,534臺。地址范圍：128.x.y.z～191.x.y.z1/14/202340C類地址：網(wǎng)絡(luò)地址為24位，主機地址為8位，屬于小型網(wǎng)絡(luò)。C類地址的特征是前3位二進制數(shù)一定是110?？煞峙涞腃類地址共2,097,152個（全0全1地址不分配）；每個C類地址可容納主機254臺。地址范圍：192.x.y.z～223.x.y.z1/14/202341IP地址分類A類B類C類0001117bits24bits14bits16bits網(wǎng)絡(luò)號主機號網(wǎng)絡(luò)號主機號21bits8bits網(wǎng)絡(luò)號主機號A類～55B類～55C類～55地址范圍1/14/202342子網(wǎng)掩碼（SubnetMask）子網(wǎng)劃分后，如何識別不同的子網(wǎng)？解決：采用子網(wǎng)掩碼來分離網(wǎng)絡(luò)號和主機號。子網(wǎng)掩碼可用來區(qū)分IP數(shù)據(jù)報是否發(fā)送到外部網(wǎng)絡(luò)，每臺主機必須設(shè)置正確的子網(wǎng)掩碼子網(wǎng)掩碼格式：32比特，網(wǎng)絡(luò)號(包括子網(wǎng)號)部分全為“1”，主機號部分全為“0”?！熬W(wǎng)絡(luò)號+子網(wǎng)號”部分“主機號”部分11……1100….001/14/202343缺省子網(wǎng)掩碼：A類： B類：