計算機網(wǎng)絡技術高職層次

1、計算機網(wǎng)絡技術高職層次計算機網(wǎng)絡技術（第2版）主 編 孫 波 曾振東副主編 林坤林 梁飛虎參 編 謝志妮 陳 霄 張海娜第1章 計算機網(wǎng)絡概述1.1 計算機網(wǎng)絡的發(fā)展與分類1.2 計算機網(wǎng)絡通信協(xié)議1.3 ISO/OSI參考模型1.4 Internet與TCP/IP教學目標與教學要求本章主要介紹計算機網(wǎng)絡的基礎知識。通過本章的學習，應該理解計算機網(wǎng)絡的基本概念；理解通信協(xié)議；掌握OSI參考模型的層次結構和各層基本功能；掌握TCP/IP體系結構及各層基本功能；理解以及OSI與TCP/IP的關系，掌握實際使用的五層模型。 教學目標:知識要點能力要求相關知識基礎知識理解計算機網(wǎng)絡基本概念、發(fā)展及分類

2、網(wǎng)絡的定義、分類通信協(xié)議理解計算機網(wǎng)絡通信協(xié)議3個基本要素語義、語法、時序OSI參考模型掌握OSI體系構成及各層功能七層模型TCP/IP體系掌握TCP/IP體系構成及各層功能四層模型教學要求:1.1 計算機網(wǎng)絡的發(fā)展與分類簡單地說，計算機網(wǎng)絡是互連起來的、獨立自主的計算機集合。具體的說，計算機網(wǎng)絡是將分散在不同地理位置且具有獨立功能的多個計算機系統(tǒng)，利用通信設備和線路相互連接起來，在網(wǎng)絡協(xié)議和軟件的支持下進行數(shù)據(jù)通信、實現(xiàn)資源共享的計算機系統(tǒng)的集合。1.1.1 計算機網(wǎng)絡的基本概念1.1 計算機網(wǎng)絡的發(fā)展與分類計算機網(wǎng)絡的發(fā)展大致可劃分為4個階段：第一階段：面向終端的計算機通信網(wǎng)第二階段：多臺

3、計算機互連的計算機網(wǎng)絡第三階段：開放式標準化的計算機網(wǎng)絡第四階段：高速發(fā)展的計算機網(wǎng)絡1.1.2 計算機網(wǎng)絡發(fā)展第一階段：面向終端的計算機通信網(wǎng)1.1 計算機網(wǎng)絡的發(fā)展與分類一個網(wǎng)絡可以小到由兩臺計算機組成，也可以大到上億臺計算機組成。為了深入了解計算機網(wǎng)絡，必須要先了解計算機網(wǎng)絡的分類。1.按網(wǎng)絡覆蓋的地理范圍分類1） 局域網(wǎng)（LAN，Local Area Network）局域網(wǎng)通常在有限范圍內(nèi)，如一個實驗室內(nèi)、一幢大樓內(nèi)、一個校園內(nèi)等等。地理覆蓋范圍一般從幾十米到幾公里。局域網(wǎng)是我們最常見、應用最廣的一種網(wǎng)絡。現(xiàn)在局域網(wǎng)隨著整個計算機網(wǎng)絡技術的發(fā)展和提高得到充分的應用和普及，幾乎每個單位都

4、有自己的局域網(wǎng)，甚至有的家庭中都有自己的小型局域網(wǎng)。局域網(wǎng)技術是計算機網(wǎng)絡中最活躍的領域之一。1.1.3 計算機網(wǎng)絡的分類1.1 計算機網(wǎng)絡的發(fā)展與分類2） 城域網(wǎng)（MAN，Metropolitan Area Network）城域網(wǎng)一般是指在一個城市范圍內(nèi)的計算機互連，以滿足同一城市的政府、企業(yè)共享資源的需要。這種網(wǎng)絡的連接距離一般在10km100km，在地理范圍上可以說是局域網(wǎng)的延伸。一個城域網(wǎng)通常連接著多個局域網(wǎng)，一般由電信等網(wǎng)絡運營商組建和維護。3） 廣域網(wǎng)（WAN，Wide Area Network）廣域網(wǎng)也稱為遠程網(wǎng)。它所覆蓋的地理范圍從幾十公里到幾千公里甚至上萬公里。廣域網(wǎng)可以覆蓋

5、一個地區(qū)、一個國家或橫跨幾個洲，形成國際性的計算機網(wǎng)絡。廣域網(wǎng)通?？梢岳霉糜嬎銠C網(wǎng)絡（如電信網(wǎng)絡）進行組建，將分布在不同國家和地區(qū)的計算機系統(tǒng)連接起來，構成更大范圍的一個網(wǎng)絡。1.1.3 計算機網(wǎng)絡的分類1.1 計算機網(wǎng)絡的發(fā)展與分類2.按網(wǎng)絡的傳輸介質分類可以將計算機網(wǎng)絡分為有線網(wǎng)絡和無線網(wǎng)絡兩種。局域網(wǎng)通常采用單一的傳輸介質，而城域網(wǎng)和廣域網(wǎng)采用多種傳輸介質。1） 有線網(wǎng)絡（Wired Network）有線網(wǎng)絡指采用同軸電纜、雙絞線、光纖等有線介質連接計算機的網(wǎng)絡。雙絞線是目前局域網(wǎng)最常見的傳輸介質。光纖通常用在企業(yè)、校園的主干網(wǎng)中。2） 無線網(wǎng)絡（Wireless Network）無

6、線網(wǎng)絡采用微波、紅外線、可見光等電磁波作為傳輸介質。由于無線網(wǎng)絡的連網(wǎng)方式靈活方便，因此是一種很有前途的組網(wǎng)方式。目前，許多企業(yè)和校園網(wǎng)已經(jīng)在大量使用無線網(wǎng)絡了。1.1.3 計算機網(wǎng)絡的分類1.1 計算機網(wǎng)絡的發(fā)展與分類3. 按傳輸技術分類1） 廣播式網(wǎng)絡（Broadcast Network）廣播式網(wǎng)絡的特點是，僅有一條通信信道，網(wǎng)絡上的所有計算機都共享這個通信信道。若某個信息發(fā)出以后，網(wǎng)絡上的每一臺計算機都接收并處理它，則稱這種方式為廣播（Broadcast）。廣播式網(wǎng)絡總體效率較低。2） 點到點網(wǎng)絡（Point-to-Point Network）點到點網(wǎng)絡的特點是，每兩臺計算機之間通過一條

7、物理線路連接。若兩臺計算機之間沒有直接連接的線路，分組可能要通過一個或多個中間節(jié)點的接收、存儲和轉發(fā)，才能將分組從信源發(fā)送到目的地。點到點網(wǎng)絡總體效率較高。1.1.3 計算機網(wǎng)絡的分類1.2 計算機網(wǎng)絡通信協(xié)議人類通過語言交流信息，交流的雙方首先應明白語句的語法構成（主、謂、賓），并且必須理解語句中文字的含義，此外還必須遵守交流的規(guī)則。計算機通過網(wǎng)絡通信也必須遵守約定。所以網(wǎng)絡協(xié)議由3大基本要素組成：語義：定義通過網(wǎng)絡傳輸?shù)男畔ⅲㄌ貏e控制信息）的含義。相當于人類語言的單詞的含義。語法：定義通過網(wǎng)絡傳輸?shù)男畔⒌臉嫵傻母袷脚c結構。相當于人類語言的單詞組成句子是遵循的語法。時序：定義通過網(wǎng)絡傳輸信息

8、的順序與速率。相當于人類語言內(nèi)在的邏輯關系。如：“因為”在前，“所以”在后，不可能反過來。 1.2 計算機網(wǎng)絡通信協(xié)議所以，網(wǎng)絡協(xié)議（Network Protocol）是通信雙方為了實現(xiàn)通信而預先設計好的約定或對話規(guī)則。網(wǎng)絡協(xié)議的優(yōu)劣直接影響網(wǎng)絡的性能。計算機網(wǎng)絡是一個龐大、復雜的系統(tǒng)。沒有哪一個網(wǎng)絡協(xié)議可以滿足所有的需要。因此，在計算機網(wǎng)絡中存在有多種協(xié)議。每一種協(xié)議都有其設計目標和需要解決的問題，同時，每一種協(xié)議也有其優(yōu)點和缺點。凡是聯(lián)網(wǎng)的計算機都運行著相應的網(wǎng)絡協(xié)議軟件，實現(xiàn)網(wǎng)絡協(xié)議功能，如廣泛使用的TCP/IP協(xié)議。1.3 ISO/OSI參考模型在網(wǎng)絡發(fā)展的早期，由于各個有實力的大公司

9、和研究機構都投入了大量的人力物力研究和發(fā)展各自的網(wǎng)絡技術，從而促進了網(wǎng)絡技術的快速發(fā)展，但同時導致計算機網(wǎng)絡變得越來越復雜，也帶來了兼容性的問題。由于采用不同技術的網(wǎng)絡不能兼容，無法實現(xiàn)互連互通，極大地制約了網(wǎng)絡的進一步發(fā)展與應用。為了解決這些問題，國際標準化組織意識到需要建立一套統(tǒng)一的網(wǎng)絡模型，來引導網(wǎng)絡向規(guī)范方向發(fā)展，幫助廠商生產(chǎn)出可互操作的網(wǎng)絡產(chǎn)品。模型采用的方法是對網(wǎng)絡進行層次劃分。就是將計算機網(wǎng)絡這個龐大、復雜的系統(tǒng)劃分成若干較小的、簡單的層次。通過“分而治之”，解決這些較小的、簡單的問題，從而解決計算機網(wǎng)絡這個大問題。1.3.1 為何需要網(wǎng)絡模型1.3 ISO/OSI參考模型國際標

10、準化組織（ISO，international standards organization）于1983年制訂了開放式系統(tǒng)互連參考模型（ISO/OSI RM.，international standards organization open system interconnect reference model）。 OSI參考模型主要描述了信息通過網(wǎng)絡是如何從一臺計算機的一個應用程序到達網(wǎng)絡中另一臺計算機的另一個應用程序的。在OSI參考模型共分7層，從低到高分別是物理層、數(shù)據(jù)鏈路層、網(wǎng)絡層、傳輸層、會話層、表示層和應用層。1.3.2 ISO/OSI介紹1.3 ISO/OSI參考模型1.3.2

11、ISO/OSI介紹ISO/OSI的7層參考模型OSI參考模型并非指一個現(xiàn)實的網(wǎng)絡，它僅僅規(guī)定了每一層的功能，為網(wǎng)絡設計規(guī)劃了一張藍圖。1.3 ISO/OSI參考模型參考模型中的兩個通信節(jié)點之間的層次結構： 1.3.2 ISO/OSI介紹1.3 ISO/OSI參考模型參考模型中的兩個節(jié)點之間的層次結構，各層的主要功能： ISO/OSI各層的主要功能：1） 物理層（physical layer）2） 數(shù)據(jù)鏈路層（data link layer）3） 網(wǎng)絡層（network layer）4） 傳輸層（transport layer）5） 會話層（session layer）6） 表示層（presen

12、tation layer）7） 應用層（application layer）一般將物理層、數(shù)據(jù)鏈路層和網(wǎng)絡層這三層稱之為通信子網(wǎng)，其他四層稱之為資源子網(wǎng)。1.3.2 ISO/OSI介紹1.3 ISO/OSI參考模型對等層之間經(jīng)常需要交換信息單元，對等層協(xié)議之間需要交換的信息單元叫做協(xié)議數(shù)據(jù)單元（PDU，Protocol Data Unit）。節(jié)點對等層之間的通信并不是直接通信（例如兩個節(jié)點的傳輸層之間的通信），它們需要借助于下層提供的服務來完成，所以通常說對等層之間的通信是虛擬通信。1.3.3 數(shù)據(jù)的封裝與傳遞1.3 ISO/OSI參考模型OSI中數(shù)據(jù)的傳遞與流動（信封信紙類比）：1.3.3

13、數(shù)據(jù)的封裝與傳遞1.3 ISO/OSI參考模型ISO/OSI試圖使全世界計算機網(wǎng)絡都遵循這個統(tǒng)一的標準，現(xiàn)今規(guī)模最大的、覆蓋全世界的因特網(wǎng)并未完全使用OSI標準，主要原因有：1） OSI制定者只是在理論上完善它，沒有過多考慮實際需求；2） OSI協(xié)議實現(xiàn)起來太復雜，運行效率太低；3） OSI標準的制定周期太長，無法對市場及時做出反應；4） OSI的層次劃分不太合理，不但冗長，而且有些功能在多個層次中重復出現(xiàn)。一個新標準的出現(xiàn)，有時不一定反映其技術水平是最先進的，而是往往有著一定的市場需求背景。1.3.4 ISO/OSI的缺陷1.4 Internet與TCP/IP1969年，由于冷戰(zhàn)需要，美國國

14、防部創(chuàng)建了第一個分組交換網(wǎng)ARPANET。到1972年公開展示時，由于學術研究機構及政府機構的加入，這個系統(tǒng)已經(jīng)連接了50所大學和研究機構的主機。同時，ARPANET上影響大，使用頻繁的電子郵件也開始在用戶中間廣泛流傳。1982年ARPANET又實現(xiàn)了與其他多個網(wǎng)絡的互連，從而形成了以ARPANET為主干網(wǎng)的互聯(lián)網(wǎng)。1983年，ARPANET宣布TCP/IP作為主要協(xié)議，也標志著Internet的誕生。網(wǎng)絡把計算機連接在一起，Internet則把許多網(wǎng)絡連接在一起。1.4.1 Internet的起源1.4 Internet與TCP/IPISO/OSI參考模型的提出在計算機網(wǎng)絡發(fā)展史上具有里程碑

15、的意義，以至于提到計算機網(wǎng)絡就不能不提ISO/OSI參考模型。但是，OSI參考模型也有其定義過分繁雜、實現(xiàn)困難等缺點。與此同時，TCP/IP協(xié)議的提出和廣泛使用，特別是因特網(wǎng)用戶爆炸式的增長，使TCP/IP網(wǎng)絡的體系結構日益顯示出其重要性。1983年，TCP/IP協(xié)議正式公布，也作為Internet的誕生時間，它是目前最流行的商業(yè)化網(wǎng)絡協(xié)議，盡管它不是某一標準化組織提出的正式標準，但它已經(jīng)被公認為是目前的工業(yè)標準，或事實標準。因特網(wǎng)之所以能迅速發(fā)展，就是因為TCP/IP協(xié)議能夠適應和滿足全世界網(wǎng)絡通信的需要。1.4.2 TCP/IP介紹1.4 Internet與TCP/IP與ISO/OSI參考

16、模型不同，TCP/IP體系結構將網(wǎng)絡劃分為4層：應用層（Application Layer）傳輸層（Transport Layer）互聯(lián)層（Internet Layer）網(wǎng)絡接口層（Network Interface Layer）1.4.3 TCP/IP整體層次模型1.4 Internet與TCP/IP1.4.3 TCP/IP整體層次模型實際上，TCP/IP的分層體系結構與ISO/OSI參考模型有一定的對應關系。現(xiàn)實中實際使用的是五層模型。以后不再詳細區(qū)分這些名稱和概念是來自OSI還是TCP/IP，以五層模型為主。1.4 Internet與TCP/IP1.4.3 TCP/IP整體層次模型層名稱

17、數(shù)據(jù)封裝名稱網(wǎng)絡設備應用層報文（message）高層網(wǎng)關傳輸層報文段（segment）、用戶數(shù)據(jù)報（user datagram）網(wǎng)絡層分組（packet，也稱包或數(shù)據(jù)報）路由器（網(wǎng)關）數(shù)據(jù)鏈路層幀（frame）交換機、網(wǎng)橋物理層比特（bit，位）集線器、中繼器五層模型各層對應的數(shù)據(jù)封裝名稱及網(wǎng)絡設備：1.4 Internet與TCP/IP3. TCP/IP體系結構中各層的功能1） 網(wǎng)絡接口層對應OSI的物理層和數(shù)據(jù)鏈路層兩層。TCP/IP體系結構并未對網(wǎng)絡接口層使用做出具體規(guī)定。這也是TCP/IP協(xié)議的生命力所在，它可以兼容幾乎所有類型的物理網(wǎng)絡。2） 互聯(lián)層它功能相當于OSI參考模型的網(wǎng)絡層

18、。在TCP/IP中互聯(lián)層主要使用的是IP協(xié)議。1.4.3 TCP/IP整體層次模型1.4 Internet與TCP/IP3. TCP/IP體系結構中各層的功能3） 傳輸層它與OSI參考模型的傳輸層對應。主要功能是負責應用進程之間的端到端的通信。該層定義了傳輸控制協(xié)議（TCP，Transport Control Protocol）和用戶數(shù)據(jù)報協(xié)議（UDP，User Datagram Protocol）兩種協(xié)議。4） 應用層傳輸層之上是應用層。它包括了所有的高層協(xié)議，為應用程序直接提供網(wǎng)絡服務。應用層協(xié)議種類很多，如：超文本傳輸協(xié)議（HTTP，用于目前廣泛使用的Web服務），文件傳輸協(xié)議（FTP，用于文件上傳下載），簡單郵件傳輸協(xié)議（SMTP，用于電子郵件發(fā)送）等。1.4.3 TCP/IP整體層次模型1.4 Internet與TCP/IP1.4.3 TCP/IP整體層次模型TCP/IP中數(shù)據(jù)的傳遞與流動:1.4 Internet與TCP/IP計算機網(wǎng)絡的層次結構使網(wǎng)絡中每層的協(xié)議形成了一種從上至下