大一學習-計算機基礎(chǔ)課件network basics

第四單元計算機網(wǎng)絡(luò)技術(shù)基礎(chǔ)

Unit4：TechnologyBasicsofNetwork學習指導（LearningGuide）

內(nèi)容概述(Overview)

重要內(nèi)容(ImportantParts)

教學目標(Objectives)

重要示圖(ImportantDiagrams)

重要習題(ImportantExercises)

內(nèi)容概述（Overview）基礎(chǔ)知識(Preliminary)網(wǎng)絡(luò)硬件(NetworkHardware)網(wǎng)絡(luò)接入(NetworkConnection)網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用(NetworkApplication)重要內(nèi)容（ImportantParts）4.1.2計算機網(wǎng)絡(luò)的定義及功能4.2.1計算機網(wǎng)絡(luò)協(xié)議和體系結(jié)構(gòu)4.2.3Internet的體系結(jié)構(gòu)和協(xié)議4.3.2MAC地址4.4.3IP協(xié)議及子網(wǎng)劃分4.4.6局域網(wǎng)中的資源共享教學目標（Objectives）理解協(xié)議的概念理解協(xié)議的層次性概念理解體系結(jié)構(gòu)的概念了解TCP/IP模型理解IP地址和MAC地址理解子網(wǎng)劃分和子網(wǎng)掩碼的概念重要示圖(ImportantDiagrams)圖4.7

OSI開放系統(tǒng)互連參考模型圖4.29

IP地址格式重要習題（ImportantExercises）習題：一、二、三、四、4,12,17,21,26,294.1概述(GeneralView)4.1.1網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展(NetworkDevelopment)1.以主機為中心的聯(lián)機系統(tǒng)

(Host-CentricOn-linesystem)HOSTTSTTTTerminalTTT集中控制方式

若完成某種任務(wù)的程序集中在網(wǎng)絡(luò)的一臺計算機上，則與此對應(yīng)的控制方式稱集中控制方式。換句話說，該任務(wù)只需運行該程序就可實現(xiàn)。系統(tǒng)的特征

所有共享資源全部集中在一臺主機上。此外，資源共享和通信任務(wù)均由主機以集中控制方式來完成。其缺點是：主機負荷重，因為數(shù)據(jù)處理和通信任務(wù)均由一臺主機來完成。2.以通信子網(wǎng)為中心的主機互連網(wǎng)絡(luò)(Communication-Subnet-CentricNetwork)CCPCCPHOSTHOSTTTTTTTCCPHOSTTTCCP:CommunicationControlProcessor分布式控制方式

若完成某任務(wù)的程序由若干程序塊組成，而這些程序塊分別地安裝于網(wǎng)上不同的計算機上，則與此對應(yīng)的控制方式稱分布式控制方式。對于這種控制方式，相應(yīng)任務(wù)的完成是通過執(zhí)行分布在不同計算機上的多個相關(guān)程序而實現(xiàn)的。系統(tǒng)的特征

共享的資源可以分布在任何一臺或多臺主機上。此外，通信任務(wù)從主機中分離出來，由構(gòu)成通信子網(wǎng)的若干CCP以分布控制方式來完成。產(chǎn)生:隨著ARPANET網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展和完善,出現(xiàn)了Internet互聯(lián)網(wǎng)特點：它繼承了ARPANET的許多特征（分組交換/分層次的網(wǎng)絡(luò)體系/較為完善的通信協(xié)議,如TCP/IP等）3.開放式標準化網(wǎng)絡(luò)Internet

(TheOpenStandardNetworkofInternet)Internet:特指互聯(lián)網(wǎng)。internet:指一類網(wǎng)。即：網(wǎng)絡(luò)的網(wǎng)絡(luò)。Internet是internet。4.1.2網(wǎng)絡(luò)的主要分類

(NetworkClassifications)1.按地域范圍分類

(ClassificationsinAreaCoverage)局域網(wǎng)(LAN)城域網(wǎng)(MAN)廣域網(wǎng)(WAN)2.按拓撲結(jié)構(gòu)分類

(Classificationsintopology)拓撲指:對一般不受形狀或大小變化影響的幾何圖形或三維幾何體特性的研究拓撲結(jié)構(gòu)：把網(wǎng)絡(luò)中的計算機看作一個點，把通信線路看作一根線，由此抽象出的結(jié)構(gòu)分類：星型/樹型/總線型/環(huán)型/網(wǎng)狀型3.按傳輸方式分類

(ClassificationsinTransmission)點到點網(wǎng)絡(luò)：存儲轉(zhuǎn)發(fā)e.g.Internet廣播式網(wǎng)絡(luò)：一發(fā)多收e.g.大多數(shù)局域網(wǎng)

4.1.3網(wǎng)絡(luò)的組成概貌

(BriefNetworkArchitecture)從邏輯上，計算機網(wǎng)絡(luò)存在著通信子網(wǎng)和資源子網(wǎng)兩個層次通信子網(wǎng)：專門負責數(shù)據(jù)通信資源子網(wǎng)：包含了網(wǎng)中所有可共享的資源二者的關(guān)系：支持和被支持

4.2協(xié)議和體系結(jié)構(gòu)

(NetworkProtocolandArchitecture)

協(xié)議：指事先約定（agreement）。譯自英文：protocol。前綴proto-的含義：ahead,oftime,spaceorimportance4.2.1通信協(xié)議

(TheConceptofCommunication)通信協(xié)議為在網(wǎng)絡(luò)中進行數(shù)據(jù)交換而建立的規(guī)則、標準或約定HiHiGot

thetime?2:00TCPconnectionreq.TCPconnectionreply.Get<file>time人的協(xié)議和網(wǎng)絡(luò)協(xié)議的對比4.2.2兩電腦通信實例(InstancesofCommunicationbetween2Computers)1.使用串行接口實例一串行接口（SerialPort）：用于多位按序逐個發(fā)送和接收并行接口（ParallelPort）：用于多位同時發(fā)送和接收（1）硬件方面（Hardware）

按RS－232標準將扁平電纜與兩個插頭正確連接

（2）軟件方面（Software）

假設(shè)程序執(zhí)行的通信協(xié)議如下：當且僅當發(fā)送方收到所發(fā)送的字符后才發(fā)送下一個字符(3)工作示例(ExampleofWork)下面是傳送字符串a(chǎn)bc的示意圖SenderRecipient

a－－－－－→

←－－－－a

b－－－－→

←－－－－b

c－－－－→

←－－－－c2.使用串行接口實例二（1）軟件方面使用Windows內(nèi)嵌的通信軟件（2）操作步驟

a.建立連接以發(fā)送方為例步驟如下：控制面板＞網(wǎng)絡(luò)和Internet連接＞網(wǎng)絡(luò)連接＞創(chuàng)建一個新的連接＞設(shè)置高級連接＞直接連接到其它計算機＞主機＞通訊端口（COM1）＞允許連接的用戶

對于接收方而言，則只需將上述步驟中的“主機”換成“來賓”，就可完成建立連接。b.發(fā)送方將內(nèi)含要傳送文件的文件夾設(shè)置成具有“共享”屬性c.接收方計算機通過“網(wǎng)上鄰居”訪問發(fā)送方計算機上的“共享”文件夾。d.接收方通過復制要傳送的文件到本機上而實現(xiàn)信息的傳送。3.使用網(wǎng)卡實例(throughNetworkPort)

（1）硬件方面（Hardware）

將雙絞線與兩個RJ45插頭正確連接

（2）軟件方面（Software）

使用Windows內(nèi)嵌的軟件(3)操作步驟Sender:a.通過“本地連接”的屬性設(shè)置通信協(xié)議。如：TCP/IP協(xié)議

b.通過“文件夾”的屬性設(shè)置內(nèi)含要傳送文件的文件夾具有共享屬性Recipient:

a.通過“本地連接”的屬性設(shè)置通信協(xié)議。此協(xié)議與發(fā)送方的設(shè)置要一致

b.

通過“網(wǎng)上鄰居”訪問發(fā)送方計算機上的共享文件夾

c.通過復制要傳送的文件到本機上而實現(xiàn)信息的傳送4.2.3協(xié)議的層次性

(HierarchyofProtocols)層次性的必要性為了使不兼容的計算機或在不兼容網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下的計算機得以互聯(lián)，需要網(wǎng)絡(luò)的體系結(jié)構(gòu)。而協(xié)議的層次性是理解它的基礎(chǔ)。Note:兼容（compatible）:以相同的方式工作(thatcanworkinthesameway)1.層次示例（HierarchyExample）

e.g.兩手機通信分析：粗略地認為該通信存在著三層結(jié)構(gòu)

Note:低層對高層提供支持。不能說該通信由三層組成。但可說該通信存在著三層結(jié)構(gòu)。圖示如下：物理層

語言層知識層物理層語言層知識層協(xié)議3：共同話題協(xié)議

A方

B方協(xié)議2：采用語言協(xié)議協(xié)議1：信號傳輸協(xié)議信息組織協(xié)議123語法協(xié)議2.重要概念（Important

Concepts）同層協(xié)議：

對等層之間的協(xié)議稱同層協(xié)議。

如：A的物理層與B的物理層之間的協(xié)議（e.g.信號傳輸如何開始如何結(jié)束的約定）層間協(xié)議：

相鄰兩層間的協(xié)議稱層間協(xié)議。如：A的語言層與A的物理層之間的協(xié)議（e.g.信息的組織約定）4.2.4網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)

(NetworkArchitecture)1.網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)概念

a.出發(fā)點：是網(wǎng)絡(luò)的設(shè)計者。網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)是網(wǎng)絡(luò)的設(shè)計者所看到的結(jié)構(gòu)

b.特點：是邏輯的而非具體的。即：從邏輯上來描述計算機網(wǎng)絡(luò)。不考慮具體的實現(xiàn)。

c.用途:異質(zhì)環(huán)境下的計算機互聯(lián)[1]邏輯：譯自logic。意為：systemizedinterconnection。即：系統(tǒng)化互聯(lián)。[2]異質(zhì)性：譯自Heterogeneousness。具體表現(xiàn)為多種通信媒介、多種通信設(shè)備、多種操作系統(tǒng)、多種網(wǎng)絡(luò)等。前綴Hetero-:意為different。詞根geneous源于genus，意為kind。后綴-ness，意為：性質(zhì)。2.實例：ISO/OSI/RM（1）示意圖

認為兩主機通信存在七個層次的結(jié)構(gòu)（2）說明通信子網(wǎng)：涉及低三層。最高層為網(wǎng)絡(luò)層物理層：串行標準RS-232位于此層網(wǎng)絡(luò)層：通過跟蹤”信息包”內(nèi)所含的“目的地”在整個大網(wǎng)絡(luò)中的統(tǒng)一的網(wǎng)絡(luò)地址碼，進行信息包的路由選擇并可控制它的轉(zhuǎn)發(fā)傳輸層：要解決數(shù)據(jù)交換通道中流量超載和傳輸堵塞等問題Notes：[1]信息包：所傳數(shù)據(jù)被分割成若干部分。它們被包裝后而形成的相對獨立的數(shù)據(jù)塊稱信息包。[2]統(tǒng)一的網(wǎng)絡(luò)地址碼：相當于全國范圍內(nèi)的統(tǒng)一的郵政編碼[3]路由：譯自Routing，指信息包的轉(zhuǎn)發(fā)方向。AssignmentforSection6ExercisesofChapter3Part1:31,33,35,39-42Part2:27,28,31,32Part3:10,11,13Part4:12Part5:1,2AssignmentforSection6ExercisesofChapter4Part1:2,4-7,10-11,13-14,18-19Part2:1-10,15-16Part3:3-5,9,15,18,20Part4:1-3,5-8,12-13,16,22-25

4.3Internet基礎(chǔ)4.3.1Internet體系結(jié)構(gòu)1.概述

認為兩主機通信存在著四層結(jié)構(gòu)應(yīng)用層傳輸層網(wǎng)絡(luò)接口層網(wǎng)際層應(yīng)用層傳輸層網(wǎng)絡(luò)接口層網(wǎng)際層主機A主機BP4P2P1P32.網(wǎng)際層和傳輸層IP（網(wǎng)際協(xié)議）：位于網(wǎng)際層。通過跟蹤信息包內(nèi)所含的“目的地”在整個Internet網(wǎng)中的統(tǒng)一的網(wǎng)絡(luò)地址，可給出信息包的路由選擇并可控制它的轉(zhuǎn)發(fā)TCP（傳輸控制協(xié)議）：位于傳輸層。與IP協(xié)議一同使用，以確保數(shù)據(jù)能準確地在網(wǎng)上傳輸3.網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)

Internet體系結(jié)構(gòu)支持由小網(wǎng)絡(luò)組成大網(wǎng)絡(luò)。小網(wǎng)絡(luò)內(nèi)部信息交流使用自己的協(xié)議（本囯語）。小網(wǎng)絡(luò)間的信息交流使用TCP/IP協(xié)議（世界語）

e.g.兩個總線型局域網(wǎng)組成一個網(wǎng)PCPCPCPCPCPCNetwork1Network2網(wǎng)橋或網(wǎng)關(guān)e.g.兩個環(huán)型局域網(wǎng)組成一個網(wǎng)PCPCPCPCPCPC網(wǎng)橋或網(wǎng)關(guān)4.3.2Internet最基本的工作原理概括地講，即：化整為零，各行其道，終點匯合。先走的不一定先到。e.g.用TCP/IP協(xié)議簡述一個主機給另一個主機發(fā)送一個數(shù)據(jù)塊（1）發(fā)送方主機利用TCP協(xié)議先把該數(shù)據(jù)塊分成一個個小數(shù)據(jù)包。然后，加上一些特定信息（裝箱單），以便接收方主機確認傳輸是正確的。然后，利用IP協(xié)議在數(shù)據(jù)包上標上統(tǒng)一的“目的地”的地址（即IP地址），形成可在網(wǎng)際層上傳輸?shù)姆纸M（Packet）（2）接收方主機當Packet到達目的地后，接收方主機首先利用IP協(xié)議去掉IP地址，再利用TCP協(xié)議通過“裝箱單”檢查數(shù)據(jù)在傳輸中是否有損失。如果發(fā)現(xiàn)有損壞發(fā)生，就要求發(fā)送方重新發(fā)送原數(shù)據(jù)包。所有數(shù)據(jù)包均無誤收到后，再將各個數(shù)據(jù)包重新裝配成原數(shù)據(jù)塊。4.3.3Internet提供的服務(wù)(CertainServicesofInternet)（1）WWW服務(wù)(HTTP)（2）域名服務(wù)(DNS)（3）電子郵件服務(wù)(SMTP/POP3)（4）文件傳輸服務(wù)(FTP)（5）虛擬終端服務(wù)(Telnet)虛擬譯自virtual。含義為：infactbutnotinname虛擬終端概念其它網(wǎng)絡(luò)的終端通過通信子網(wǎng)像本地終端那樣訪問本地主機。這樣的終端稱為本地主機的虛擬終端。虛擬終端示意圖c1,c2,c3,c4,均可成為Server1主機的虛擬終端而像其本地終端c5,c6那樣訪問該主機。CCPCCPServer1Server3c5c2c1c6CCPServer2c3c44.4Internet的接入

(InternetConnection)4.4.1地址的概述

(OutlinesofAddress)

地址：用于標記某個設(shè)備所在的位置IP地址：用于統(tǒng)一標記主機在Internet整個大網(wǎng)絡(luò)中的位置MAC地址：用于標記主機網(wǎng)卡的位置Note:前者用于整個Internet尋址，而后者不是。IP地址和MAC地址區(qū)分示例

假定圖中主機的編號為主機的MAC地址。若要將數(shù)據(jù)由Network1網(wǎng)的MAC地址4傳送到Network2網(wǎng)中的MAC地址8，則僅通過MAC地址無法確定數(shù)據(jù)的傳送方向。換句話說，無法確定是在Network1網(wǎng)內(nèi)傳，還是向Network1網(wǎng)之外傳送。13425821Network1Network2IP地址和MAC地址區(qū)分示例

若將Network1網(wǎng)中4號機MAC地址換成統(tǒng)一的地址14而將Network2網(wǎng)中的8號機MAC地址換成28，那么數(shù)據(jù)傳送方向是確定的。該方向即：Network1網(wǎng)之外。這里，第1位數(shù)字為主機所在子網(wǎng)的統(tǒng)一編號。這里所采用的統(tǒng)一的地址就相當于IP地址。1113141225282221Network1Network24.4.2IP地址(IPAddress)1.要點（Basics）32位。通常采用十進制形式32bits.usu.digitrepresentation二部分組成。網(wǎng)絡(luò)地址和主機地址

Networkaddress+Hostaddress分五大類：A,B,C,D,E類

Fivevarieties:A,B,C,D,E2.IP地址數(shù)

(NumbersoftheVarietiesofAddresses)類別特征總數(shù)A0開頭（27-2）×（224-2）B10開頭214×（216-2）C110開頭221×（28-2）3.A類地址總數(shù)（TheNumberofVarietyA）分析：a.網(wǎng)絡(luò)地址部分以0開頭全部8位0/1序列，去掉后7位為全0和全1的二個b.主機地址部分全部24位0/1序列，去掉全0和全1的二個C.列出全部地址網(wǎng)絡(luò)地址:27-2

0000000100000010…...01111110主機地址：224-2000000000000000000000001000000000000000000000010…...111110

Note:10000000=01111110+10d.左邊的每一個與右邊的每一個連接可形成全部A類地址。所以，總地址數(shù)為：（27-2）×

（224-2）4.4.3

MAC地址(MACAddress)1.要點（Basics）它與具體硬件設(shè)備有關(guān)，故亦稱物理地址處于數(shù)據(jù)鏈路層的MAC子層。故稱作MAC地址絕大多數(shù)物理地址（MAC地址）都是以太網(wǎng)卡的地址。它有48位,常采用16進制形式Note:[1]MAC:MediaAccessControl[2]以太網(wǎng)卡：是一類網(wǎng)卡

[3]IP地址與網(wǎng)絡(luò)的物理特性完全無關(guān)，故IP地址與MAC地址要進行相互轉(zhuǎn)換(使用的協(xié)議：ARP/RARP)2.察看MAC地址

(ToViewanMACAddress)-先進入命令狀態(tài):

開始>運行>cmd-鍵入命令：ipconfig/all

屏幕顯示如下：

……

PhysicalAddress:00-E0-4C-60-04-BC……4.4.4劃分子網(wǎng)(ThePartitionofSubnets)通過劃分子網(wǎng)可得到更小的子網(wǎng)1.劃分示意(PartitionDiagram)校園網(wǎng)100臺PCX系100臺PCY系InternetNote:

將200臺電腦構(gòu)成的網(wǎng)絡(luò)作為Internet上的子網(wǎng)，通過校園網(wǎng)連入Internet。此外，該子網(wǎng)將進一步被劃分成兩個子網(wǎng)。每個子網(wǎng)各含電腦100臺。2.實現(xiàn)方法(Realization)共用一個C類網(wǎng)絡(luò)地址(標志)分割主機地址(標志)3.劃分實例（InstanceofPartition)

e.g.對于上例，假設(shè)：200臺電腦共用的C類網(wǎng)絡(luò)地址為192.168.7。試給出子網(wǎng)劃分的具體實現(xiàn)。分析：因共用的C類網(wǎng)絡(luò)地址為192.168.7，所以，這200臺電腦的IP地址的高24位均為192.168.7。對于該C類網(wǎng)絡(luò)地址，所有合法的主機地址如下：0000000100000010………….01111110011111111000000010000001………….11111110其中的100個分配給X系PC其中的100個分配給Y系PC(不包括此碼，留作它用)(不包括此碼，留作它用)1921687X系PC共同標志：0001110Y系PC共同標志：000111125bits因此，通過共同標志，可將200臺PC分成兩個子網(wǎng)。劃分子網(wǎng)要點

從技術(shù)上講，對于上例，就是將主機地址的左邊第一位分割出來，用作子網(wǎng)的區(qū)分標志位。對于此標志位，用0標志x系子網(wǎng)，而用1標志Y系子網(wǎng)。當然，若“子網(wǎng)區(qū)分標志位”為二位，則可區(qū)分四個子網(wǎng)。對于“子網(wǎng)區(qū)分標志位”后面的若干位，除了全1和全0二種情形，其它都是合法的。一般地，共用的網(wǎng)絡(luò)地址和主機地址的子網(wǎng)區(qū)分標志位相連所形成的代碼稱子網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)號。

4.4.5子網(wǎng)掩碼(SubnetMask)1.要點(Basics)用于確定某主機所在子網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)號（與IP地址一同使用）左邊為1，個數(shù)為網(wǎng)絡(luò)號的bit數(shù)；右邊為0對于C類IP地址，默認的子網(wǎng)掩碼為：2.示例(Example)X子網(wǎng)與Y子網(wǎng)的子網(wǎng)標識均為25bits,故它們的子網(wǎng)掩碼是相同的：25個1和7個0:11111110000000,亦即：283.應(yīng)用示例(Application)

e.g.已知某主機的IP地址為：37。其子網(wǎng)掩碼為：28。問：計算機是如何求出該主機所在子網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)號的？分析如下：由所給的主機IP地址可知32位的IP地址為：00011110001001由所給的主機子網(wǎng)掩碼可知32位的子網(wǎng)掩碼為：11111110000000對于上面的32位IP地址和32位的子網(wǎng)掩碼，計算機進行按位與運算。這種運算即：逐位進行二個一位的二進制數(shù)的乘法運算。“按位與”運算的運算結(jié)果為:00011110000000從此結(jié)果左邊開始的位數(shù)與子網(wǎng)掩碼中1的個