計算機網絡基礎培訓

1、計算機網絡技術培訓計算機網絡技術培訓網絡與教育技術中心2013年6月內容內容l網絡基本概念l網絡原理l以太網技術lTCP/IP技術l廣域網及互聯網技術I.網絡基本概念網絡基本概念l什么是網絡?l網絡的結構l網絡發(fā)展簡史l網絡的分類1、什么是網絡、什么是網絡?l定義：將地理位置不同，并且具有獨立的功能的計算機系統(tǒng)，通過通信設備和通信鏈路連接起來，在網絡軟件的支持下，實現彼此之間的數據通訊和資源共享的系統(tǒng)，稱之為計算機網絡。l構成網絡的基本組件：l有獨立計算能力的終端：PC機、UNIX服務器等l通信設備：路由器、交換機、網卡、調制解調器等l通信鏈路：銅纜、光纜、無線電波等l通信協(xié)議：TCP/IP等

2、l通信軟件：瀏覽器、郵件客戶端軟件等2、網絡的結構、網絡的結構l計算機網絡通常由三個部分組成,它們是：l通信子網，就是計算機網絡中負責數據通信的部分；l資源子網，是計算機網絡中面向用戶的部分，負責全網絡面向應用的數據處理工作；l通信協(xié)議，是通信雙方必須共同遵守的規(guī)則和約定。它的存在與否是計算機網絡與一般計算機互連系統(tǒng)的根本區(qū)別。 計算機網絡計算機網絡=通信技術通信技術+計算機技術計算機技術3、網絡發(fā)展簡史、網絡發(fā)展簡史l1957-計算機有了“互聯”的需求 在蘇聯發(fā)射人造地球衛(wèi)星時，比爾在蘇聯發(fā)射人造地球衛(wèi)星時，比爾蓋茨只有兩歲。艾森豪威爾憂心忡忡。為蓋茨只有兩歲。艾森豪威爾憂心忡忡。為使美國在

3、軍事科技上處于領先水平，他批準建立了使美國在軍事科技上處于領先水平，他批準建立了“高級研究規(guī)劃局高級研究規(guī)劃局”（ARPA）。從此展開了空間軍備競賽。）。從此展開了空間軍備競賽。 越來越多的政府機構裝備了計算機。大學也開始安裝它們。政府和大學之間越來越多的政府機構裝備了計算機。大學也開始安裝它們。政府和大學之間進行著數據的交換。多數交換工作是秘密進行的，這件事情不可能依賴美國郵政。進行著數據的交換。多數交換工作是秘密進行的，這件事情不可能依賴美國郵政。 一小群科學家解決了怎樣將計算機連到一起以共享信息，這樣，信息時代已一小群科學家解決了怎樣將計算機連到一起以共享信息，這樣，信息時代已作好了再次

4、起飛的準備。作好了再次起飛的準備。 3、網絡發(fā)展簡史、網絡發(fā)展簡史l1962互聯網的雛形互聯網的雛形ARPANET 投入運營投入運營 美國空軍由于擔心對美國的核攻擊可能會中斷重要的通信線路，因此美國空軍由于擔心對美國的核攻擊可能會中斷重要的通信線路，因此委托蘭德公司進行生存研究。委托蘭德公司進行生存研究。1962 年提出的問題是怎樣建立一個分散的年提出的問題是怎樣建立一個分散的網絡，使得如果某個站點或路徑被毀壞，對核轟炸機和導彈發(fā)射器的命令網絡，使得如果某個站點或路徑被毀壞，對核轟炸機和導彈發(fā)射器的命令和控制仍然可以進行。和控制仍然可以進行。 1968年，年，ARPA在一個合同中要求連接四臺計

5、算機，這四臺計算機在一個合同中要求連接四臺計算機，這四臺計算機分布在：斯坦福研究所，加利福尼亞大學座落在洛杉磯和圣分布在：斯坦福研究所，加利福尼亞大學座落在洛杉磯和圣巴巴拉的分巴巴拉的分校，以及猶他大學。表面上是作為一種研究方法，只有少數人知道真正的校，以及猶他大學。表面上是作為一種研究方法，只有少數人知道真正的原因。原因。3、網絡發(fā)展簡史、網絡發(fā)展簡史l1972電子郵件和電子郵件和TCP/IP協(xié)議誕生協(xié)議誕生 1972年發(fā)生了幾件事。年發(fā)生了幾件事。ARPA歸入了美國國防部并改名為歸入了美國國防部并改名為DARPA。主計算。主計算機的數量增到了機的數量增到了24臺。最重要的事件是由臺。最重要

6、的事件是由BBN的的Ray Tomlinson引發(fā)的；他在地引發(fā)的；他在地址中加了一個址中加了一個符號，創(chuàng)造了電子郵件。符號，創(chuàng)造了電子郵件。 第二年，斯坦福來的第二年，斯坦福來的Vinton Cerf和和DARPA來的來的Bob Kahn開始研究一種新開始研究一種新的協(xié)議。他們?yōu)槠淦鹈麨閭鬏斂刂茀f(xié)議（的協(xié)議。他們?yōu)槠淦鹈麨閭鬏斂刂茀f(xié)議（TCP）。在一篇關于）。在一篇關于TCP的論文中，的論文中，Cerf和和Kahn杜撰了術語杜撰了術語Internet。 增加增加ARPANET上的用戶數目和要求在不同平臺間進行通信使上的用戶數目和要求在不同平臺間進行通信使TCP進一步改進一步改進為進為TCP/

7、IP，即，即Internet協(xié)議組。協(xié)議組。3、網絡發(fā)展簡史、網絡發(fā)展簡史l1981PC出現出現 1976年開始出現用于個人計算處理的個人電子處理器（年開始出現用于個人計算處理的個人電子處理器（PET）。）。 藍色巨人于藍色巨人于1981年將年將IBM PC投放市場。在數年內，又提供了投放市場。在數年內，又提供了IBM XT。這是。這是當時的技術奇跡。它幾乎占據了桌面系統(tǒng)的全部市場，這種機器有當時的技術奇跡。它幾乎占據了桌面系統(tǒng)的全部市場，這種機器有10MB硬驅，硬驅，其其RAM可擴展為可擴展為2MB。 兩年后，在史蒂夫兩年后，在史蒂夫喬布斯引入了喬布斯引入了Apple Macintosh（M

8、ac）時，個人機市場）時，個人機市場的競爭進入了白熱化狀態(tài)。的競爭進入了白熱化狀態(tài)。Mac利用其用戶友好的操作系統(tǒng)爭得了一大塊市場份利用其用戶友好的操作系統(tǒng)爭得了一大塊市場份額。額。Mac的用戶無需費勁地從鍵盤啟動應用程序，然后再打開要處理的文件，他的用戶無需費勁地從鍵盤啟動應用程序，然后再打開要處理的文件，他們只需在某個圖標上點擊一下，機器會做其余的工作。們只需在某個圖標上點擊一下，機器會做其余的工作。3、網絡發(fā)展簡史、網絡發(fā)展簡史l1984用戶數量開始增多用戶數量開始增多 在國家科學基金會（在國家科學基金會（NSF）的大力支持下，二十世紀）的大力支持下，二十世紀80年代初，連接世界教年代初

9、，連接世界教育單位的計算機網（育單位的計算機網（BITNET）、計算機科學網（）、計算機科學網（CSNET）、軍用網（）、軍用網（MILNET）等相繼出現。組成了等相繼出現。組成了Internet活動委員會（活動委員會（IAB）。這段時間中最引人注目的進展）。這段時間中最引人注目的進展是是CSNET的升級，它采用了的升級，它采用了T1線，允許數據的速率從線，允許數據的速率從56K跳到跳到1.5Meg。當年用。當年用戶數就達到了戶數就達到了1000左右，次年達到了左右，次年達到了2000。3、網絡發(fā)展簡史、網絡發(fā)展簡史l1988用戶數劇增用戶數劇增到到1988年，年，Internet用戶數超過了

10、用戶數超過了56000；多數都是專線連接。；多數都是專線連接。NSF禁止禁止Internet用于商業(yè)目的。用于商業(yè)目的。專用電子公告牌建立了一種將世界各地的人員連接在一起的方法。在一個月內，專用電子公告牌建立了一種將世界各地的人員連接在一起的方法。在一個月內，你可以和過去不可能有機會相識的人交換好幾次意見。任選一個主題，都能找到你可以和過去不可能有機會相識的人交換好幾次意見。任選一個主題，都能找到有關它的許多資料。有關它的許多資料。調制解調器制造者之間展開了激烈競爭，正確早日在普通電話線上最先達到調制解調器制造者之間展開了激烈競爭，正確早日在普通電話線上最先達到2400波特。波特。3、網絡發(fā)展

11、簡史、網絡發(fā)展簡史l1992World Wide Web 最重要的發(fā)明之一最重要的發(fā)明之一- World Wide Web出現了，同一年，注冊主機的數目超過出現了，同一年，注冊主機的數目超過了一百萬。了一百萬。在創(chuàng)造了在創(chuàng)造了Web后僅僅兩年，國家科學基金會就放棄了它加在后僅僅兩年，國家科學基金會就放棄了它加在Internet上的商業(yè)限上的商業(yè)限制。這個舉動導致了一次實際的大爆發(fā)。商務活動乘機大舉進攻，在制。這個舉動導致了一次實際的大爆發(fā)。商務活動乘機大舉進攻，在Intermet網網上攻城掠地。上攻城掠地。據報道，據報道，Internet在在1998年末已經有年末已經有7400萬個以上的域名。

12、萬個以上的域名。自此，自此，Internet開始蓬勃發(fā)展！開始蓬勃發(fā)展！4、網絡的分類、網絡的分類l按拓撲結構劃分l按網絡覆蓋范圍劃分l按網絡體系結構劃分A、按拓撲結構劃分、按拓撲結構劃分l拓撲的概念l拋開網絡中的具體設備，把工作站、服務器等網絡單元抽象為“點”，把網絡中的電纜等通信介質抽象為“線”，這樣從拓撲學的觀點看計算機和網絡系統(tǒng)，就形成了點和線組成的幾何圖形，從而抽象出了網絡系統(tǒng)的具體結構。這種采用拓撲學方法抽象出的網絡結構稱為計算機網絡的拓撲結構。l局域網常見拓撲結構l總線型l星型l環(huán)型A、按拓撲結構劃分、按拓撲結構劃分l總線拓撲結構l總線拓撲結構采用一條公共總線作為傳輸介質，各個節(jié)

13、點都接在總線上?？偩€的長度可以使用中繼器來延長。l優(yōu)點：總線網的通信電纜投資少，整個網絡結構簡單、靈活，易于擴充。它是一種具有彈性的體系結構。l缺點：故障率較高，總線在任何一點斷了，就會影響整個網絡的工作，造成網絡癱瘓；網絡一旦出了故障，診斷故障困難，這個缺點對網絡安全性影響很大，這也是總線網絡不再流行的原因。A、按拓撲結構劃分、按拓撲結構劃分l星型拓撲結構l星型拓撲也稱集中型結構，它由一個中心節(jié)點和分別與它單獨連接的其他節(jié)點組成?，F在常用集線器(Hub)作為中心節(jié)點。l優(yōu)點：結構簡單，節(jié)點的增加或減少實現容易。由于所有的通信都要通過中央節(jié)點，故中央節(jié)點的處理能力往往成為影響網絡性能的主要因素

14、。l缺點：電纜總的長度較長，增加了投資；對中心節(jié)點的依賴性很強，中心節(jié)點一旦有故障，則整個網絡就會停止工作。A、按拓撲結構劃分、按拓撲結構劃分l環(huán)型拓撲結構l環(huán)型拓撲結構又稱分散型結構，它的每個節(jié)點僅有兩個鄰接節(jié)點，這種網絡結構中的數據總是按一個方向逐節(jié)點沿環(huán)傳遞，即一節(jié)點接受上一節(jié)點傳來的數據，由它再發(fā)送給下一節(jié)點。l優(yōu)點：由于需要的連接少，增加了網絡的可靠性；可采用光纖作為傳輸介質，也可采用混合介質。l缺點：由于本身結構的特點，當一個節(jié)點出故障時，整個網絡就不能工作；對故障的診斷困難，網絡重新配置也比較困難。 B、按網絡覆蓋范圍劃分、按網絡覆蓋范圍劃分l局域網局域網l局域網簡稱LAN（Lo

15、cal Area Network）局域網一般在幾十米到幾公里范圍內，一個局域網可以容納幾臺至幾千臺計算機。l局域網分類：以太網、令牌環(huán)網、FDDI等。B、按網絡覆蓋范圍劃分、按網絡覆蓋范圍劃分l廣域網廣域網l廣域網簡稱WAN（Wide Area Network），廣域網是將分布在各地的局域網絡連接起來的網絡，是“網間網”（網絡之間的網絡）。l廣域網類型：幀中繼、X.25、PSTN、ISDN、DDN、ADSL、LAN接入等。B、按網絡覆蓋范圍劃分、按網絡覆蓋范圍劃分l城域網城域網l城域網簡稱MAN（Metropolis Area Network），城域網是規(guī)模局限在一座城市的范圍內的區(qū)域性網絡。

16、城域網的速度比廣域網快，符合寬帶趨勢，因此現在發(fā)展很快。與局域網相比，城域網具有分布地理范圍廣的特點，一般來說，城域網的覆蓋范圍介于10100公里之間。C、按網絡體系結構劃分、按網絡體系結構劃分lTCP/IP網絡lOSI/ISO網絡lIPX/SNA網絡lX.25/Frame Relay/ATM網絡lII.網絡原理網絡原理l網絡計算基礎l網絡協(xié)議l網絡帶寬與吞吐量l信號與數據l網絡介質l網絡設備lOSI參考模型l對等層通訊1、網絡計算基礎、網絡計算基礎l數據的二進制表示l數據的十進制和十六進制表示l二進制和十進制之間的轉換l數據的點分十進制表示l布爾計算A、數據的二進制表示、數據的二進制表示l計

17、算機僅能識別電平的“高”和“低”l二進制的0和1剛好代表電平的兩個狀態(tài)l所有的信息都由字符組成或可以轉換成字符l為了在計算機中表示每個字符，美國國家標準委員會設計了一套字符的二進制表示方案，即ASCII碼A、數據的二進制表示、數據的二進制表示l二進制表示的ASCII字符串B、數據的十進制和十六進制表示、數據的十進制和十六進制表示l十進制是生活中使用最多的計數方式l十六進制在某些場合代替二進制，以減少表達式的長度C、二進制、十進制之間的轉換、二進制、十進制之間的轉換l二進制轉十進制l十進制轉二進制D、數據的點分十進制表示、數據的點分十進制表示E、布爾計算、布爾計算l“與（AND）” 預算操作數1

18、操作數2運算結果000010100111E、布爾計算、布爾計算l“或（OR）” 運算操作數1操作數2運算結果000011101111E、布爾計算、布爾計算l“非（NOT）” 運算操作數運算結果01102、網絡協(xié)議、網絡協(xié)議l網絡協(xié)議的概念l隨著網絡的發(fā)展，不同的開發(fā)商開發(fā)了不同的通信方式。為了滿足互聯互通的需要，網絡中的所有主機都必須使用同一語言，因而必須開發(fā)嚴格的標準定義主機之間的每個包中每個字中的每一位。l這些標準來自于多個組織（國際標準化組織，如ISO）的努力，約定好通用的通信方式，即協(xié)議。l網絡協(xié)議的代表有TCP/IP、IPX/SPX、NETBEUI 等3、網絡帶寬與吞吐量、網絡帶寬與

19、吞吐量l帶寬定義l在模擬通信系統(tǒng)或傳輸介質中，所說的“帶寬”是指信號頻率的通頻范圍，即一個介質能傳輸的最高頻率和最低頻率之間的差異，單位為“Herz”。帶寬是有限的，這是由物理介質的性質決定的雙絞線，幾Mhz到幾十Mhz光纜，幾百Mhz至幾十Thz同軸電纜，幾十Mhz到1Ghz無線電波，3Khz到幾十Ghzl而數字通信系統(tǒng)中“帶寬”，理論上是指傳輸信道的信道容量，也即信道中傳遞信息的最大值，單位為“bps”。這也是我們通常所說的帶寬。3、網絡帶寬與吞吐量、網絡帶寬與吞吐量3、網絡帶寬與吞吐量、網絡帶寬與吞吐量l網絡吞吐量l特定時刻，采用特定路由下載特定數據時所利用的網絡帶寬l帶寬與吞吐量的聯系

20、與區(qū)別l帶寬是特定介質在特定信號編碼狀態(tài)下的理論最高傳輸速率，只與介質本身性質、編碼狀態(tài)等有關l吞吐量是特定時段特定應用能利用到的實際網絡帶寬，不僅和介質及信號編碼方式相關，還與網絡設備、要傳輸的數據、網絡上的用戶數（與擁擠程度相關）、用戶本身的終端、服務器等多種因素有關l一般來講，吞吐量帶寬3、網絡帶寬與吞吐量、網絡帶寬與吞吐量l帶寬和吞吐量比較，舉例：l一條公路理論上一小時可以通過1000輛車（類似帶寬）l由于下述原因，實際通行能力只有600輛（類似吞吐量）l駕駛員的水平l各種車輛車況不同，車速快慢不同l紅綠燈4、信號與數據、信號與數據l信號l攜帶有信息的電平、光或經過調制的電磁波l信號分

21、為模擬信號和數字信號l模擬信號：用連續(xù)變化的電磁波表示數據，如電話線上的語音信號l數字信號：用電壓脈沖序列表示數據，如計算機或網絡設備產生的表示特定信息的二進制脈沖信號4、信號與數據、信號與數據l模擬信號的特點：l波動性；l持續(xù)變化；l模擬信號相對不易衰減，但抗干擾能力弱l衰減后，需要放大器來放大，噪聲分量和信號同時被放大。4、信號與數據、信號與數據l數字信號的特點：l離散性；l躍變性；l數字信號傳輸時容易衰減，但抗干擾能力強l放大設備為中繼器，噪聲會得到明顯抑制5、網絡介質、網絡介質l定義：傳輸介質是數據傳輸中連接各個數據終端設備的物理介質。信息的傳輸是從一臺計算機傳輸給另一臺計算機，或從一

22、個節(jié)點傳輸到另一個節(jié)點，都是通過通信介質實現的。5、網絡介質、網絡介質l雙絞線l雙絞線是用四對相對獨立的、兩兩扭在一起的絕緣銅線組成的通信介質。l特點：l抗干擾能力較強，在模擬或數字傳輸中普遍使用。l單位長度的纏繞數量越多，抗噪性越好，但傳輸衰減越大。l價格便宜，使用靈活，較高的網絡傳輸速度；但易遭物理傷害l兩類雙絞線l非屏蔽雙絞線（UTP）l屏蔽雙絞線（STP）5、網絡介質、網絡介質屏蔽雙絞線屏蔽雙絞線（STP） 非屏蔽雙絞線非屏蔽雙絞線（UTP）5、網絡介質、網絡介質l常見的雙絞線類型l 1 類線（CAT1）：包括兩個電線對。1 類適用于話音通信，而不適用于數據通信。l 2 類線（CAT2

23、） ：括四個電線對。數據傳輸速率可以達到4Mbps。但由2 類很少用于現代網絡中。l 3 類線（CAT3） ：包括四個電線對。數據傳輸速度最高可達10Mbps 。3 類一般用于10Mbps的Ethernet或4Mbps的Token Ring 。l 4 類線（CAT4） ：包括四個電線對。能支持高達10Mbps的吞吐量，可用于16Mbps的Token Ring 或10Mbps的Ethernet網絡中。l 5 類線（CAT5） ：包括四個電線對，支持100Mbps 吞吐量和100Mbps 信號速率。l 增強5 類線：5 類線的更高級別的版本，吞吐量是常規(guī)5 類線容量的2 倍。5、網絡介質、網絡介質

24、l同軸電纜l同軸電纜由內導體銅制芯線、絕緣層、外導體屏蔽層及塑料保護外套構成。同軸電纜具有較高的抗干擾能力，其抗干擾能力優(yōu)于雙絞線。網絡上使用的同軸電纜分為粗纜和細纜兩種。l同軸電纜的絕緣體和防護屏蔽層，使得它對噪聲干擾有較高的抵抗力。所以在信號必須放大之前，同軸電纜能比雙絞線電纜將信號傳輸得更遠，當然，它不如光纜傳輸信號的距離遠。l另一方面，同軸電纜要比雙絞線電纜昂貴得多，l通常只支持較低的吞吐量。l同軸電纜要求網絡段的兩端必須通過一個終端電阻器（終結器）進行終結，否則信號將在電纜的兩端不斷反射。5、網絡介質、網絡介質l粗纜l Thicknet電纜，也被稱之為Thickwire Ethern

25、et 。它是一種用于原始Thicknet 網絡大約 厘米厚的硬同軸電纜。由于這種電纜常用一層黃色封套覆蓋， Thicknet 有時也被稱為yellow Ethernet 。lIEEE將Thicknet 命名為10Base5 Ethernet。 “10 ”代表10Mbps的吞吐量，“Base ”代表是基帶傳輸，“5 ”代表了Thicknet 電纜的最大段長度為500米。l吞吐量根據IEEE802.3標準，Thicknet傳輸數據的最大速率是10Mbps 。它使用基帶傳輸。l成本：Thicknet 比光纜便宜得多，但比其他類型的同軸電纜，如Thinnet ,要昂貴得多，比雙絞線貴的更多。5、網絡介

26、質、網絡介質5、網絡介質、網絡介質l細纜lThinnet ，也被稱為Thin Ethernet 。在20世紀80年代是用于Ethernet 局域網的很流行的介質。 Thinnet很少用于現代網絡中，但在20世紀80年代安裝的網絡中，或在一些較新的小型辦公室或家庭辦公室局域網中可能會發(fā)現Thinnet 。lIEEE將Thinnet命名為10Base2 Ethernet ，其中1 0 代表了它的數據傳輸速度為1 0 M b p s ，B a s e 代表了它使用基帶傳輸，2 代表了它的最大段長度為185（或粗略為2 0 0 ）米。由于Thinnet 黑色的外罩，它也被稱為black Etherne

27、t 。lThinnet電纜直徑大約為0.6 4 c m ，這使得它比Thicknet 更加靈活，也更易于處理和安裝。l成本：Thinnet比Thicknet 和光纜便宜得多，但比雙絞線電纜昂貴。由于這個原因，Thinnet有時也被稱為“Cheapnet ”。5、網絡介質、網絡介質5、網絡介質、網絡介質l光纜l光纜（即光纖）是用極細的玻璃纖維或極細的石英玻璃纖維作傳輸媒體，即光導纖維。光纜傳輸是利用激光二極管或發(fā)光二極管在通電后產生光脈沖信號，這些光脈沖信號經檢測器在光纜中傳輸。光導纖維被同軸的塑料保護層覆蓋。5、網絡介質、網絡介質l光纖5、網絡介質、網絡介質l光纖的特征l吞吐量l純的玻璃纖維束

28、每秒可接收高達1 億個激光脈沖l目前光纜可以以每秒1 0 G B 的速度可靠地傳輸數據l在不久的將來，光纖傳輸速率將進一步增加l成本l光纜是一種最昂貴的電纜，單位長度的價格高于其它類型的介質l光纖網卡和光纖交換機的價格也源高于UTPl光纜的熔接和安裝費用也遠高于其它介質5、網絡介質、網絡介質l光纖的特征l連接器：光纜可以使用許多不同類型的連接器。包括SC、ST或FC等類型。l抗噪性：光纜不受電磁輻射的影響。它的強抗噪性也是光纜能長距離傳輸而無需中繼的一個原因。尺寸和可擴展性：光纜無中繼能傳輸的最大距離取決于光纜的類型、光波發(fā)送元件的功率和傳輸速率。正常情況下，單模遠于多模；高功率發(fā)射遠于低功率

29、；降低傳輸速率也可大大提高傳輸距離。l 5、網絡介質、網絡介質l無線網l無線網采用電磁波作為傳輸介質，不受傳統(tǒng)介質束縛l無線網的可達范圍由具體無線網絡協(xié)議決定，常用的無線網絡協(xié)議標準有：l802.11b，2.4Ghz，11Mbpsl802.11a，5Ghz，54Mbpsl802.11g，2.4Ghz，54Mbpsl802.11n，5Ghz，108Mbpsl無線網的主要設備包含無線交換機、無線路由器、無線網卡、無線訪問接入點（AP）等5、網絡介質、網絡介質無線網卡無線 AP6、網絡設備、網絡設備l中繼器l集線器l網橋l交換機l路由器l網關A、中繼器（、中繼器（Repeater）l在網絡中，網絡連

30、線有一定的長度限制，否則傳輸距離太長，將導致傳輸的信號衰減太多而造成傳輸數據出錯。為了擴展網絡聯接的總跨度，可用中繼器將兩個單段電纜連接起來。中繼器是一個能持續(xù)檢測電纜中模擬信號的硬設備，工作于網絡的物理層，當它檢測到一根電纜中有信號來時，中繼器便轉發(fā)一個放大了的信號到另一根電纜。服務器中繼器服務器B、集線器（、集線器（Hub）l集線器僅將分散的用于連接網絡設備的線路集中在一起，以便于網絡管理與維護。集線器類似于多路中繼器，除完成集線功能以外，還具有信號再生功能。C、網橋（、網橋（Bridge）l橋是一種存儲轉發(fā)設備，用來連接類型相似的網絡。橋是一種存儲轉發(fā)設備，用來連接類型相似的網絡。l根據

31、需要，根據需要，轉發(fā)或不轉發(fā)轉發(fā)或不轉發(fā)EthernetEthernet幀幀l網橋不改變網橋不改變E Ethernetthernet幀幀的源或目標地址的源或目標地址服務器網橋網橋服務器網段1網段2D、交換機（、交換機（Switch）l交換機是第二層設備交換機是第二層設備l交換機使用硬件來橋接幀交換機使用硬件來橋接幀l交換機通常有多路徑底板或某種交換結構交換機通常有多路徑底板或某種交換結構l交換機用于交換多個網段的幀交換機用于交換多個網段的幀l從本質上來說，是個快速網橋從本質上來說，是個快速網橋E、路由器（、路由器（Router）l它是第三層設備它是第三層設備l它能支持多個鏈路的復雜網絡它能支持

32、多個鏈路的復雜網絡l它來決定數據包在網絡中如何傳遞它來決定數據包在網絡中如何傳遞RouterRouterSERVERRouterSERVER子網1子網2子網3F、網關（、網關（Gateway）l互連非兼容網絡互連非兼容網絡l通過若干層通過若干層OSI完成協(xié)議轉換完成協(xié)議轉換HOSTGatewayTCP/IP網絡封閉的主機系統(tǒng)，采用非非TCP/IP協(xié)議7、OSI參考模型參考模型l什么是OSI模型lOSI全稱是開放系統(tǒng)互聯模型（Open System interconnection）l早期開發(fā)的計算機系統(tǒng)，各自設計了自己的通信模型，彼此之間，包括與TCP/IP之間存在嚴重的通訊兼容性問題lDECn

33、et（DEC公司開發(fā)的協(xié)議族，支持DEC小機之間的通信）lSNA（IBM 系統(tǒng)網絡架構，支持IBM小機之間的通信）lTCP/IPl為解決各類計算機系統(tǒng)之間的通信兼容性問題，需設立一個各廠家均需遵循的統(tǒng)一標準，OSI模型因此出現。7、OSI參考模型參考模型lOSI參考模型l七層結構，各層有明確的功能劃分，層與層之間有標準的接口l物理層（Physical Layer），二進制傳輸，規(guī)定物理、機械、電子方面的接口標準，如完成0、1的有序傳輸，時序的控制，針腳的定義等l數據鏈路層（Data Link Layer），規(guī)定鏈路控制和介質訪問方法，包括幀的定義和識別、幀傳輸中的流控、決定哪個主機對鏈路有訪問

34、的權限等l網絡層（Network Layer），網絡層編址及路徑選擇l傳輸層（Transport Layer），主機和主機之間的端對端通信，關心數據包傳輸可靠性l會話層（Session Layer），負責各主機應用程序之間會話的建立、維持和終結，如對話控制、令牌管理和斷點續(xù)傳的實現l表示層（Presentation Layer），定義數據格式、數據結構，協(xié)商數據傳輸語法 ，如在不同的主機之間定義“統(tǒng)一”的數據結構，執(zhí)行原始數據結構和標準數據結構之間的轉換等問題。l應用層（Application Layer），為應用程序之間數據傳輸解決其它不兼容問題（如不同終端的字符顯示、文件傳輸時的名稱轉換等

35、）7、OSI參考模型參考模型l采用OSI模型的優(yōu)點l將網絡通信分成更小更好管理的幾部分l對網絡組件實行標準化，方便不同廠家之家的開發(fā)和支持，而不用擔心互聯互通問題l允許不同類型的網絡軟件或硬件彼此通信l防止某一層的局部變化影響其它部分l將網絡通信進行分層，方便學習和理解8、對等層通信、對等層通信l定義：為了源和目的主機通信，源主機中OSI的每一層都要和目的主機OSI模型中的對應層進行通訊，這個過程叫做對等層通信。l每一層需要與對等層交換的信息組成的單元叫PDU，全稱是“協(xié)議數據單元”l假設兩臺主機A和B的n對等層需要通信。首先A主機需要將n層的PDU傳遞給本機的下一層即n-1層，并以n-1層的

36、地址格式增加主機A和B的地址信息（源地址和目的地址），這個過程叫“數據封裝”。l按照封裝在PDU里面的B主機的n-1層地址信息，PDU由主機A的n-1層傳送至主機B的n-1層，這個過程就是“對等層通信l當包含地址信息的PDU到達主機B的n-1層后，主機B的n-1層會去掉本層的地址信息，并將PDU “上交”本機的第n層，這個過程叫“數據解封裝”。8、對等層通信、對等層通信l數據封裝過程8、對等層通信、對等層通信l對等層通信III. 以太網技術以太網技術l什么是以太網?l以太網和OSI模型l以太網的幀格式l介質訪問控制l以太網的自動協(xié)商機制lIEEE 802.3以太網標準l以太網交換技術l數據在網

37、絡中的傳輸1、什么是以太網？、什么是以太網？l以太網（Ethernet）是一種最典型的局域網技術l以太網的發(fā)展源于如何解決在一個共享網段上同時支持幾臺機器之間的數據傳輸時的沖突問題，最后發(fā)展起來的協(xié)議叫做具有沖突監(jiān)測功能的載波偵聽，多路訪問介質訪問方法（CSMA/CD ）l以太網的傳輸速率也隨著采用的網絡介質的升級而不斷提高，現在已經由最初的3Mbps到了現在的10Gbpsl高速以太網的傳輸距離也隨著技術的不斷發(fā)展逐漸超出了傳統(tǒng)的局域網范疇，現在的10G以太網可以到達80KM2、以太網和、以太網和OSI模型模型l以太網的規(guī)范覆蓋了OSI模型的物理層和數據鏈路層的底層（MAC子層）lL1不能和上

38、層通信，L2通過LLC與上層（Network Layer）通信lL1不能識別計算機，L2通過給計算機編址解決lL1描述數據位，L2通過幀描述數據位組合lL1不能解決某一時刻哪個主機發(fā)送數據的問題，L2通過介質訪問控制協(xié)議解決2、以太網和、以太網和OSI模型模型所有以太網技術嚴格遵守OSI參考模型各以太網技術在OSI模型中有相同的部分，也有不同的部分底層有區(qū)別但上層一致，給邏輯鏈路子層及網絡層提供一致性服務3、以太網的幀格式、以太網的幀格式l幀是第二層的協(xié)議數據單元（PDU），它是一條符合一定特征的二進制流l幀能解決如下問題或提供相關信息：l哪兩個主機正在通信l特定主機的通信何時開始，何時結束l

39、提供某種手段監(jiān)測傳輸中的錯誤l現在輪到哪個主機“發(fā)言”3、以太網的幀格式、以太網的幀格式l幀的格式lStart frame field ，特定的位流，表示這是一個以太幀的開始lAddress field ，參與通信的兩臺主機的MAC地址lLength / type field ，幀的長度或上層協(xié)議的類型，部分類型幀（802.3）有長度域，部分幀有類型域（Ethernet II）lData field ，幀的內容，上層（網絡層）數據報文lFrame check sequence field ，Data Field的校驗和3、以太網的幀格式、以太網的幀格式l以太網的編址方式 l48位，24位是廠商

40、代碼，24位是序列碼l一般用16進制表示lMAC地址出廠時燒錄到網卡中，不能更改4、介質訪問控制、介質訪問控制lMAC指的是共享局域網上的計算機訪問控制方法l介質訪問控制協(xié)議分為兩類：l確定性MAC協(xié)議l應用在Token Ring或FDDI網絡l計算機在發(fā)送數據前需先獲得令牌，在一定的時間內發(fā)送數據，過后必須釋放令牌。沒有獲得令牌的計算機必須等待l非確定性MAC協(xié)議 lCSMA/CD，具有沖突檢測功能的載波偵聽多路訪問控制方法，應用在Ethernet網絡l計算機在發(fā)送數據前，會檢測鏈路是否正在被占用；如果沒有，則發(fā)送數據；如果兩臺計算機同時檢測鏈路空閑并發(fā)送數據，則兩份數據會發(fā)生碰撞，遇到這種

41、情況，所有計算機會退等一段隨機的時間，再重新發(fā)送。4、介質訪問控制、介質訪問控制主機在發(fā)送數據前首先進行載波偵聽，檢查鏈路是否空閑兩臺主機同時檢測到鏈路空閑，發(fā)送數據發(fā)生沖突鏈路上廣播擁塞信號，所有主機各自退避，等待一個隨機時間，再重新發(fā)送數據5、以太網的自動協(xié)商機制、以太網的自動協(xié)商機制l以太網上的通信雙方，通過發(fā)送協(xié)商脈沖來商定雙工模式和速率等參數，無需手工設定l雙工模式l全雙工，雙方可同時進行信息收發(fā)l半雙工，同一時刻只有一方發(fā)送或接收數據6、IEEE 802.3以太網標準以太網標準10BASE5，50歐姆粗纜，500米10BASE2，50歐姆細纜，185米10BASE-T，100歐姆U

42、TP，100米100BASE-TX，100歐姆UTP，100米100BASE-FX，多模光纜，300米1000BASE-T，100歐姆UTP RJ45，100米1000BASE-SX，多模光纖，200米至500米1000BASE-LX，多模光纖，550米1000BASE-LX，單模光纖，5000米 所有以太網標準具有相同的幀格式、鏈路層編址方式和CSMA/CD的介質訪問控制方法；僅區(qū)別在物理介質和物理層信令編碼方式6、IEEE 802.3以太網標準以太網標準7、以太網交換技術、以太網交換技術l共享以太網的瓶頸l以太網幀傳輸采用的是廣播機制，介質的共享屬性決定了信道獨占的必然結果，當節(jié)點數量增加

43、時沖突在所難免，單個節(jié)點能獲得的有效帶寬大大降低l解決沖突的辦法l采取網橋或交換機，減小沖突域的范圍，提高鏈路利用效率和有效工作時間7、以太網交換技術、以太網交換技術 初始狀態(tài)： 網橋里保存了一個MAC地址和Port的對應表，初始情況下表是空的。網橋的工作原理網橋的工作原理7、以太網交換技術、以太網交換技術 第1步：Host A向Host B發(fā)送數據包，Host B和網橋Port 1同時收到數據幀；網橋對收到的幀解封裝，發(fā)現源Host A的地址為0000CAAAAAA；網橋檢查自己的表，沒有發(fā)現主機Host A和端口的對應項，于是將Host A的地址和對應的端口1記錄在表中網橋的工作原理網橋的

44、工作原理7、以太網交換技術、以太網交換技術 第2步：Host B對Host A應答，發(fā)送的數據幀被網橋Port 1收到；網橋對收到的幀解封裝，發(fā)現源Host B的地址為00000CBBBBBB；網橋檢查自己的表，沒有發(fā)現主機Host B和端口的對應項，于是將Host B的地址和對應的端口1記錄在表中網橋的工作原理網橋的工作原理7、以太網交換技術、以太網交換技術網橋的工作原理網橋的工作原理 第3步：Host A向Host C發(fā)送數據包，Host C向Host A發(fā)送應答包；網橋在Port 2上收到Host C發(fā)送的應答包，發(fā)現Host C的地址為00000CCCCCCC；網橋檢查自己的表，沒有發(fā)

45、現Host C和端口的對應項，于是將Host C的地址和對應的端口2記錄在表中7、以太網交換技術、以太網交換技術 第4步：Host D向Host C發(fā)送數據包，網橋在Port 2上收到數據幀；網橋對數據幀解封裝，發(fā)現Host D的地址為00000CDDDDDD；網橋檢查自己的表，沒有發(fā)現Host D和端口的對應關系，于是將Host D和對應的端口2記錄在表中網橋的工作原理網橋的工作原理7、以太網交換技術、以太網交換技術 第5步：Host B向Host C發(fā)送數據包，網橋在Port 1上收到數據幀；網橋對數據幀解封裝，發(fā)現目的Host C在自己的Port 2上；網橋轉發(fā)收到的數據幀到Port 2

46、所在的網段網橋的工作原理網橋的工作原理7、以太網交換技術、以太網交換技術l網橋是第2層設備，不會影響數據幀里面的3層地址（網絡層地址）l一個橋會將一個沖突域分割成兩個沖突域，但不會分割邏輯子網（IP子網），也不會影響廣播域7、以太網交換技術、以太網交換技術l交換機l一個交換機從功能上相當于一個多端口網橋l其內部結構和網橋有較大區(qū)別，一般配置專用的硬件完成數據幀的快速封裝或解封裝l交換機通過矩陣結構的CAM（Content-Addressable Memory ）內存保存地址和端口的對應關系，檢索效率更高l交換機的每一個端口實際上形成了一個獨立的沖突域，因此基本沒有沖突碰撞的現象發(fā)生，效率遠遠高

47、于集線器（Hub）l交換機的轉發(fā)模式l直通式（Cut-Through），收到目的MAC即轉發(fā)l存儲轉發(fā)式（store-and-forward），收完整個幀再轉發(fā)7、以太網交換技術、以太網交換技術l廣播l廣播的客觀存在性：局域網上的主機有必要和本網上的所有其它主機同時通信，采取的是鏈路層廣播或組播的方式，如ARP廣播（目的地址是0 xFFFFFFFFFFFF）l廣播會穿透網橋或交換機，向所有的端口和鏈路發(fā)送l廣播域l由二層設備彼此連接在一起的若干個沖突域組成一個廣播域l廣播域截止在3層路由設備l廣播風暴l當一個局域網范圍過大或出現鏈路循環(huán)的時候，廣播將占用大量的帶寬和主機的CPU，影響正常的通訊

48、，這就是廣播風暴l抑制廣播風暴的辦法l通過三層設備（如路由器）將局域網做合理劃分，避免單個廣播域有過多的主機及設備l避免出現循環(huán)鏈路，必要時啟用生成樹協(xié)議8、數據在網絡中的傳輸、數據在網絡中的傳輸主要行為主要行為路由ARP廣播封裝解封裝IV. TCP/IP技術技術lTCP/IP概述lTCP/IP基礎lTCP/IP模型lTCP/IP模型與OSI模型的比較lTCP/IP的互聯網層lTCP/IP的傳輸層lTCP/IP的應用層1、TCP/IP概述概述l1983年正式成為ARPANET的國際互聯網標準協(xié)議lInternet采用的協(xié)議標準lUNIX操作系統(tǒng)的標準通信模塊l已經形成的事實上的工業(yè)標準2、TC

49、P/IP基礎基礎l互聯網的體系結構lIP編址方案l子網化lIPv6lIP地址的獲取A、互聯網的體系結構、互聯網的體系結構互聯網是“網絡化”的網絡；互聯網采用網狀或層次性結構；主干網采用網狀，邊緣網絡采取層次性結構；互聯網主干需要若干的路由器完成選徑工作接入網通過交換機完成本地的快速交換，并通過接入路由器連接互聯網主干互聯網的結構對用戶是透明的，用戶只需關心應用，不必關注數據包如何在互聯網內部轉發(fā)B、IP編址方案編址方案l連入互聯網的每一臺主機都有唯一的標識符，即IP地址l嚴格地說，IP地址不是針對設備的，而是針對設備接口的。對于有多個接口同時接入網絡的設備（圖中的路由器R和主機P），每個接口都

50、要有獨立的IP地址l如圖：路由器R同時連接互聯網和本地網，C1和A1兩個接口具有不同的IP地址，主機P同時接入兩個子網，A3和B1兩個接口也需配置不同的IP地址B、IP編址方案編址方案l有類地址l為解決不同尺寸網絡的地址分配問題，IP地址被按類劃分B、IP編址方案編址方案B、IP編址方案編址方案l保留地址l網絡地址，主機位全為0的地址，用來代表網絡本身l廣播地址，主機位全為1的地址，用來向本網所有設備和主機發(fā)送信息B、IP編址方案編址方案保留地址 廣播地址B、IP編址方案編址方案l公有和私有地址l公有地址public Address，是全球唯一的，受IANA的統(tǒng)一分配和管理l公有地址（IPv4

51、）日趨枯竭，越來越難申請到l解決公有地址枯竭的一個辦法是要求不與Internet互聯的企業(yè)網使用私有地址，這樣可以節(jié)省大量的IP資源l私有地址的范圍C、子網化、子網化l對大型或超大型網絡，子網化是必要的l子網化可以通過子網掩碼將大型網絡分割成若干小網段，提高效率和可管理性l劃分子網時必須搞清楚究竟需要幾個子網，每個子網需要多少臺主機，子網化后，網絡號不再只局限于傳統(tǒng)的有類網絡號l子網化的實質是從主機部分“借位”，變成“子網號”C、子網化、子網化D、IPV6IPv4：4個字節(jié)IPv4：4,294,467,295個地址IPv6：16個字節(jié)IPv6：3.4x1038個IP地址E、IP地址獲取地址獲取

52、l主機如何獲得IP地址？l靜態(tài)分配l用戶從管理員或ISP處獲得IP地址l用戶手工方式為主機配置IP地址l動態(tài)分配l動態(tài)地址分配協(xié)議（DHCP）l通過RARP協(xié)議獲得IP地址（需配置一個RARP服務器，保存網絡上主機的IP地址/MAC地址對）3、TCP/IP模型模型l TCP/IP模型分為4層l應用層l傳輸層l互聯網層l網絡訪問層4、TCP/IP模型與模型與OSI模型的比較模型的比較 TCP應用層對應OSI的應用層、表示層和會話層 TCP傳輸層對應OSI的傳輸層 TCP的互聯網層回應OSI的網絡層 TCP的網絡訪問層對應OSI的數據鏈路層及物理層5、TCP/IP的互聯網層的互聯網層l對應于OSI

53、的網絡層 l有效地解決異種網絡互連問題 l屏蔽異種網絡 l全網統(tǒng)一標識 （IP地址） l設計思想高效、簡潔 l提供不可靠的無連接服務，“盡力傳遞” l假設物理信道的傳輸質量可以保障，由傳輸層糾錯 l點到點的傳輸 l典型協(xié)議：IPl核心問題：最優(yōu)路徑選擇6、TCP/IP的傳輸層的傳輸層l對應于OSI的傳輸層 l使源主機和目標主機對等實體之間會話 l提供端到端的連接。 l典型協(xié)議 l傳輸控制協(xié)議TCP（面向連接協(xié)議） 誤差控制 流量控制 l用戶數據報協(xié)議UDP（無連接協(xié)議）7、TCP/IP的應用層的應用層l對應于OSI的最高三層，整合了OSI模型的應用程序會話控制、數據表示等功能，這決定了TCP/

54、IP的應用層程序開發(fā)較OSI有更大的靈活性lTCP/IP的應用層提供眾多的基礎網絡協(xié)議，對開發(fā)基于網絡的應用給予了充分支持7、TCP/IP的應用層的應用層l域名服務 - DNSl文件傳輸服務 FTP及TFTPl簡單郵件傳輸和郵局協(xié)議 SMTP、POP3l萬維網服務-World Wide Webl簡單網絡管理協(xié)議 SNMPl動態(tài)地址分配服務 - DHCPl互聯網控制信息協(xié)議 - ICMPA、域名服務、域名服務 - DNSl域名系統(tǒng)，主要用于將易于人們記憶的主機域名映射成主機容易處理的IP地址l域名與IP之間是多對一的關系，即一個主機IP可以擁有多個域名l域名系統(tǒng)的設計采用層次性結構A、域名服務、

55、域名服務 - DNS 互聯網上每個主機都有一個唯一的、由數字組成的IP地址，為了方便記錄每個主機，給每個主機一個名字，叫作域名。 Root域B、文件傳輸服務、文件傳輸服務 FTP及及TFTPl文件傳輸是指通過網絡將文件從一臺計算機傳送到另一臺計算機上。FTP（File Transfer Protocol）是Internet使用的文件傳輸協(xié)議，它是TCP/IP協(xié)議集的一個應用層協(xié)議，其主要功能是完成從一個系統(tǒng)到另一個系統(tǒng)的文件拷貝。FTP是獲取免費軟件和共享軟件資源不可缺少的工具，它也是Internet中使用最頻繁、最廣泛的應用之一。lFTP工作與客戶/服務器模式，服務器上運行FTP服務程序，客

56、戶機上運行FTP客戶端軟件lFTP服務的標準服務端口是21l著名的FTP服務程序包括Serv-U、wu-ftpd等lFTP有實名FTP和匿名FTP之分B、文件傳輸服務、文件傳輸服務 FTP及及TFTPl匿名FTP是所提供共享軟件及其他文件資源的一種常用的FTP應用。實際上，它是一些匿名FTP服務器，在每個服務器上都建立由一個公共賬號anonymous，每個Internet用戶都能以anonymous的身份訪問它們，從中獲取有用的資源。l訪問FTP服務時，需要了解幾個參數：lFTP主機的地址lFTP服務的端口號，一般為21，但也有使用非標準端口的FTP服務，以繞過某些機構的策略壁壘l用戶名和密碼

57、，匿名服務的用戶名為anonymous，密碼為任意一個合法的郵件地址，常用的如；非匿名的FTP服務需要獲得管理員的許可，分配用戶名和密碼。l訪問FTP的途徑l通過瀏覽器 URL: 2l通過客戶端軟件，很多，如FTPrush、CuteFTP等C、簡單郵件傳輸和郵局協(xié)議、簡單郵件傳輸和郵局協(xié)議 SMTP、POP3l郵件服務有兩個基本協(xié)議組成l簡單郵件傳輸協(xié)議SMTPl完成目的郵件主機和源郵件主機之間的郵件傳輸，服務端口為25l郵件傳輸過程如下：源郵件主機向遠程郵件主機TCP端口25發(fā)出請求，目的主機發(fā)送確認碼220，TCP握手成功傳輸郵件源郵件主機向目的主機發(fā)出請

58、求，目的主機發(fā)出確認碼221 郵局協(xié)議 POP3完成從遠程郵件服務器讀取郵件到用戶個人主機硬盤D、萬維網服務、萬維網服務World Wide WeblWWW是萬維網（World Wide Web）的英文縮寫，也可以簡寫成W3、3W等。它起源于1989年3月，是從位于瑞士的歐洲量子物理實驗室的主從結構“分布式超媒體系統(tǒng)”發(fā)展而來的。l基本上Internet上的主要資源都是通過Web的形勢提供的，但人有部分用戶熱衷于訪問新聞組（UseNet），而放棄使用論壇或電子公告牌（ BBS）。lWeb服務的后臺是一個服務器，運行著名為HttpD的守護進程；客戶端需要瀏覽器，目前用得最多的是Microsoft Internet Explorer，部分用戶也喜歡用FireFox。l越來越多的網站利用了所謂的插件技術以創(chuàng)造交互式的頁面效果或達到特殊目的，插件的使用往往和本機的安全相關，建議謹慎使用。（ActiveX、java Applet等）l最快的信息檢索方式是使用搜索引擎，如Google、百度等E、簡單網絡管理協(xié)議、簡單網絡管理協(xié)議