计算机网络应用基础.doc

1、1第七章 计算机网络应用基础任务一 走马观花看网络任务引入如今，我们都非常坦然地面对这样的现实： 买火车票不用到车站去了，只要就近找一家预售票处，或打个电话，就能预售到票； 出门携带大量现金会遇到种种不便，现在办理一张通存通兑卡，可以异地存取现金，极大方便了外出旅行者； 网上大学，使得大学学习可以不受时间和空间的限制，为愿意受教育者开辟了更广阔的自由空间。 这一切便利，都是网络给我们带来的。那么，什么是计算机网络？它的组成、功能、分类方式有哪些？它传输信息的基本原理和过程是什么？今天，就让我们到网络世界中转一转，看一看，顺便寻找一下答案吧。任务分析目前，人类所处的是一个以计算机为核心的信息时代

2、，其特征是数字化、网络化和信息化。计算机网络的发展水平不仅反映了一个国家的计算机科学和通信技术水平，而且已经成为衡量其国力及现代化程度的重要标志之一。因此，了解计算机网络的定义、功能、分类方式以及硬件组成，掌握计算机网络传输信息的基本原理和过程非常必要。它为下一步构建局域网以及通过网络获取知识奠定了理论基础。知识技能点：了解计算机网络的组成和发展历程了解计算机网络的分类方式了解常用的计算机网络连接设备和传输介质理解网络协议的概念理解网络体系结构2任务实施7.1.1 计算机网络的定义与发展历程1. 计算机网络的定义一般地说，将分散的多台计算机、终端和外部设备用通信线路互连起来，实现彼此间通信，且

3、可以实现资源共享的整个体系叫做计算机网络，如图 7-1 所示。7-1 计算机网络示意图从物理连接上讲，计算机网络由计算机系统、通信链路和网络节点组成。计算机系统进行各种数据处理，通信链路和网络节点提供通信功能。 计算机网络中的计算机系统主要担负数据处理工作，它可以是具有强大功能的大型计算机，也可以是一台微机，其任务是进行信息的采集、存储和加工处理。 网络节点主要负责网络中信息的发送、接收和转发。网络节点是计算机与网络的接口，计算机通过网络节点向其他计算机发送信息，鉴别和接收其他计算机发送来的信息。在大型网络中，网络节点一般由一台通信处理机或通信控制器来担当，此时的网络节点还具有存储转发和路径选

4、择的功能，在局域网中使用的网络适配器也属于网络节点。 通信链路是连接两个节点之间的通信信道，通信信道包括通信线路和相关的通信设备。通信线路可以是双绞线、同轴电缆和光纤等有线介质，也可以是微波、红外等无线介质。相关的通信设备包括中继器、调制解调器等，中继器的作用是将数字信号放大，调制解调器则能进行数字信号和模拟信号的转换，以便将数字信号通过只能传输模拟信号的线路来传输。 3提示：一个完整的计算机网络必须具备以下三个要素： 至少有两台具有独立操作系统的计算机系统； 计算机之间要有通信手段将其互连（如用双绞线、电话线、同轴电缆或光纤等有线通信，也可以使用微波、卫星等无线媒体）； 网络协议，一系列通讯

5、规则和约定，用以控制网络中设备之间进行信息交换。知识拓展：从逻辑功能上看，可以把计算机网络分成通信子网和资源子网两个子网。 通信子网提供计算机网络的通信功能，由网络节点和通信链路组成。通信子网是由节点处理机和通信链路组成的一个独立的数据通信系统，如图 72 所示。7-2 通信子网示意图 资源子网提供访问网络和处理数据的能力，由主机、终端控制器和终端组成，如图 7-3 所示。主机负责本地或全网的数据处理，运行各种应用程序或大型数据库系统，向网络用户提供各种软硬件资源和网络服务；终端控制器用于把一组终端连入通信子网，并负责控制终端信息的接收和发送。终端控制器可以不经主机直接和网络节点相连，当然还有

6、一些设备也可以不经主机直接和节点相连，如打印机和大型存储设备等。47-3 资源子网示意图2.计算机网络的发展历程（1) 以数据通讯为主的第一代计算机网络1954 年，美国军方的半自动地面防空系统将远距离的雷达和测控仪器所探测到的信息，通过通信线路汇集到某个基地的一台 IBM 计算机上进行集中的信息处理，再将处理好的数据通过通信线路送回到各自的终端设备。这种以单个计算机为中心、面向终端设备的网络结构，严格地讲，是一种联机系统，只是计算机网络的雏形，我们一般称之为第一代计算机网络。 （2)以资源共享为主的第二代计算机网络美国国防部高级研究计划局（ARPA，Advanced Research Pro

7、jects Agency）于 1968年主持研制，次年将分散在不同地区的 4 台计算机连接起来，建成了 ARPA 网。ARPA 网的建成标志着计算机网络的发展进入了第二代，它也是 Internet 的前身。 第二代计算机网络是以分组交换网为中心的计算机网络，它与第一代计算机网络的区别在于：一是网络中通信双方都是具有自主处理能力的计算机，而不是终端机；二是计算机网络功能以资源共享为主，而不是以数据通信为主。 （3）体系结构标准化的第三代计算机网络由于 ARPA 网的成功，到了 20 世纪 70 年代，不少公司推出了自己的网络体系结构。最著名的有 IBM 公司的 SNA（System Networ

8、k Architecture）和 DEC 公司的 DNA（Digital Network Architecture） 。随着社会的发展，需要各种不同体系结构的网络进行互连，但是由于不同体系的网络很难互连，因此，国际标准化组织（ISO）在 1977 年设立了一个分委员会，专门研究网络通信的体系结构，1983 年，该委员会提出的开放系统互连参考模型（OSI-RM）各层的协议被批准为国际标准，给网络的发展提供了一个可共同遵守的规则，从此计算机网络的发展走上了标准化的道路，因此我们把体系结构标准化的计算机网络称为第三代计算机网络 （4）以 Internet 为核心的第四代计算机网络5进入 20 世纪

9、90 年代，Internet 的建立将分散在世界各地的计算机和各种网络连接起来，形成了覆盖世界的大网络。随着信息高速公路计划的提出和实施，Internet 迅猛发展起来，它将当今世界带入了以网络为核心的信息时代。目前这阶段计算机网络发展特点呈现为：高速互连、智能与更广泛的应用。 7.1.2 计算机网络的功能1.数据通信(Communication Medium) 是计算机网络最基本的功能，用于实现计算机之间的信息传送。在计算机网络中，人们可以在网上收发电子邮件，发布新闻消息，进行电子商务、远程教育、远程医疗，传递文字、图像、声音、视频等信息。 2.资源共享(Resource Sharing)计

10、算机资源主要是指计算机的硬件、软件和数据资源。资源共享功能是组建计算机网络的驱动力之一，使得网络用户可以克服地理位置的差异性，共享网络中的计算机资源。共享硬件资源可以避免贵重硬件设备的重复购置，提高硬件设备的利用率；共享软件资源可以避免软件开发的重复劳动与大型软件的重复购置，进而实现分布式计算的目标；共享数据资源可以促进人们相互交流，达到充分利用信息资源的目的。 3.分布式处理(Distribution Processing)指在网络系统中若干台在结构上独立的计算机可以互相协作完成同一个任务的处理。在处理过程中，每台计算机独立承担各自的任务，7.1.3 计算机网络的分类1.按网络的覆盖范围划分

11、局域网（LAN，Local Area Network） ，一般用微机通过高速通信线路连接，覆盖范围从几百米到几公里，通常用于覆盖一个房间、一层楼或一座建筑物。局域网传输速率高，可靠性好，适用各种传输介质，建设成本低。城域网（MAN，Metropolitan Area Network） ，是在一座城市范围内建立的计算机通信网，通常使用与局域网相似的技术，但对媒介访问控制在实现方法上有所不同，它一般可将同一城市内不同地点的主机、数据库以及 LAN 等互相连接起来。 广域网（WAN，Wide Area Network） ，用于连接不同城市之间的 LAN 或 MAN，广域网的通信子网主要采用分组交换技

12、术，常常借用传统的公共传输网（如电话网） ，这就使广域网的数据传输相对较慢，传输误码率也较高。随着光纤通信网络的建设，广域网的速度将大大提高。广域网可以覆盖一个地区或国家。国际互联网，又叫因特网（Internet） ，是覆盖全球的最大的计算机网络，但实际上不是一种具体的网络技术，因特网将世界各地的广域网、局域网等互联起来，形成一个整体，实现全球范围内的数据通信和资源共享。2.按网络的拓扑结构划分6把网络中的计算机等设备抽象为点，把网络中的通信媒体抽象为线，这样就形成了由点和线组成的几何图形，即采用拓扑学方法抽象出的网络结构，我们称之为网络的拓扑结构。计算机网络按拓扑结构可分为总线型网络、星形网

13、络、环形网络、树形网络和混合型网络等。知识拓展：网络中计算机之间的连接形状 星形有一个中心节点，其它节点与其构成点到点连接，如图 7-4 所示。 其主要特点是集中式控制，容易安装、便于管理，某个主机或线路发生故障，不会影响整个系统的正常工作。 但是，架设线路的总长度较长，费用较大，且对中心主机的可靠性要求很高，一旦发生故障，整个网络系统将会瘫痪。7-4 星形拓扑结构 树形由一个根结点、多个中间分支节点和叶子节点构成，如图 7-5 所示。其主要特点是连接线路简单，容易扩充和进行故障隔离。但结构较复杂，对主机（根）的依赖性太大，不利于提高网络的资源共享能力。77-5 树形拓扑结构 总线结构是所有节

14、点挂接到一条总线上，如图 7-6 所示。其主要特点是网络简单、便宜、容易安装、扩充，适合于构造宽带局域网。但是对总线依赖性大，总线出现故障将导致整个网络瘫痪。7-6 总线型拓扑结构 环形是所有节点连接成一个闭合的环，结点之间为点到点连接，如图 7-7 所示。 其主要特点是环中各台主机发出的信息沿环顺一个方向流动。这种访问方式没有竞争现象，所以在负载较重时仍然能传送信息。 但是网上响应时间会随着环上结点的增加而变慢，且当环上某一结点有故障时，整个网络都会受到影响。7-7 环形拓扑结构 混合型结构是两种或两种以上拓扑结构的综合运用，如图 7-8 所示。87-8 混合型拓扑结构3.按传输介质划分 有

15、线网，采用双绞线、同轴电缆、光纤或电话线作传输介质。采用双绞线和同轴电缆连成的网络经济且安装简便，但传输距离相对较短。以光纤为介质的网络传输距离远，传输率高，抗干扰能力强，安全好用，但成本稍高。无线网，主要以无线电波或红外线为传输介质。联网方式灵活方便，但联网费用稍高，可靠性和安全性还有待改进。另外，还有卫星数据通信网，它是通过卫星进行数据通信的。4.按网络的使用性质划分 公用网（Public Network） ，是一种付费网络，属于经营性网络，由商家建造并维护，消费者付费使用。专用网（Private Network） ，是某个部门根据本系统的特殊业务需要而建造的网络，这种网络一般不对外提供服

16、务。例如军队、银行、电力等系统的网络就属于专用网。 7.1.4 计算机网络的协议与体系结构协议是一种约定，用以确保交流各方清晰地表达思想。1.网络协议的概念数据交换、资源共享是计算机网络的最终目的。要保证有条不紊地进行数据交换，合理地共享资源，各个独立的计算机系统之间必须达成某种默契，严格遵守事先约定好的一整套通信规程，包括严格规定要交换的数据格式、控制信息的格式和控制功能以及通信过程中事件执行的顺序等。这些通信规程我们称之为网络协议（Protocol） 。提示:网络协议主要由以下三个要素组成： 语法，即用户数据与控制信息的结构或格式。 语义，即需要发出何种控制信息，以及完成的动作与做出的响应

17、。 时序，是对事件实现顺序的详细说明。9对于结构复杂的网络协议来说，最好的组织方式是层次结构，计算机网络的协议就是分层的，层与层之间相对独立，各层完成特定的功能，每一层都为上一层提供某种服务，最高层为用户提供诸如文件传输、电子邮件、打印等网络服务。 2.网络体系结构 计算机网络的协议是按照层次结构模型来组织的，我们将网络层次结构模型与计算机网络各层协议的集合称为网络的体系结构或参考模型。世界上第一个网络体系结构是 IBM公司于 1974 年提出的“系统网络体系结构”（SNA ） 。此后， DEC 公司又提出了“ 数字网络体系结构”（DNA） ，Honeywell 公司提出了“分布式系统体系结构

18、”（DSA ） 。这些网络体系结构的共同之处在于它们都采用了分层技术，但层次的划分、功能的分配与采用的技术术语均不相同，结果导致了不同网络之间难以互连。1977 年，国际标准化组织提出了开放系统互连参考模型（OSI，Open System Interconnection）的概念，1984 年 10 月正式发布了整套 OSI 国际标准。1） OSI 参考模型 OSI 参考模型将网络的功能划分为 7 个层次：物理层、数据链路层、网络层、传输层、会话层、表示层和应用层。如图 7-9 所示。主 机 A 主 机 B表 示 层会 话 层应 用 层传 输 层数 据 链 路 层物 理 层网 络 层表 示 层会

19、 话 层应 用 层传 输 层数 据 链 路 层物 理 层网 络 层应 用 层 协 议表 示 层 协 议会 话 层 协 议传 输 层 协 议数 据 链 路 层物 理 层网 络 层 数 据 链 路 层物 理 层网 络 层信 息 交 换 单 位Mesage(信 息 报 文 ）MesageMesageMesagePacket（ 分 组 ）Frame（ 帧 ）Bits（ 二 进 制 流 ）传 输 介 质 路 由 器 路 由 器 传 输 介 质7-9 OSI 参考模型 物理层:位于 OSI 参考模型的最底层，提供一个物理连接，所传数据的单位是比特。其功能是对上层屏蔽传输媒体的区别，提供比特流传输服务。也就

20、是说，有了物理层后，数据链路层及以上各层都不需要考虑使用的是什么传输媒体，无论是用双绞线、光纤，还是用微波，都被看成是一个比特流管道。 10 数据链路层:负责在各个相邻节点间的线路上无差错地传送以帧（Frame）为单位的数据。每一帧包括一定数量的数据和一些必要的控制信息。其功能是对物理层传输的比特流进行校验，并采用检错重发等技术，使本来可能出错的数据链路变成不出错的数据链路，从而对上层提供无差错的数据传输。换句话说，就是网络层及以上各层不再需要考虑传输中出错的问题，就可以认定下面是一条不出错的数据传输信道，把数据交给数据链路层，它就能完整无误地把数据传给相邻节点的数据链路层。 网络层:计算机网

21、络中进行通信的两台计算机之间可能要经过多个节点和链路，也可能要经过多个通信子网。网络层数据的传送单位是分组或包（Packet） ，它的任务就是要选择合适的路由，使发送端的传输层传下来的分组能够按照目的地址发送到接收端，使传输层及以上各层设计时不再需要考虑传输路由。 传输层:在发送端和接收端之间建立一条不会出错的路由，对上层提供可靠的报文传输服务。与数据链路层提供的相邻节点间比特流的无差错传输不同，传输层保证的是发送端和接收端之间的无差错传输，主要控制的是包的丢失、错序、重复等问题。 会话层:会话层虽然不参与具体的数据传输，但它却对数据传输进行管理。会话层建立在两个互相通信的应用进程之间，组织并

22、协调其交互。例如，在半双工通信中，确定在某段时间谁有权发送，谁有权接收；或当发生意外时（如已建立的连接突然断了） ，确定在重新恢复会话时应从何处开始，而不必重传全部数据。 表示层:表示层主要为上层用户解决用户信息的语法表示问题，其主要功能是完成数据转换、数据压缩和数据加密。表示层将欲交换的资料从适合于某一用户的抽象语法变换为适合于 OSI 系统内部使用的传送语法。有了这样的表示层，用户就可以把精力集中在他们所要交谈的问题本身，而不必更多地考虑对方的某些特性。 应用层:应用层是 OSI 参考模型中的最高层。应用层确定进程之间的通信性质以满足用户的需要，负责用户信息的语义表示，并在两个通信者之间进

23、行语义匹配。这就是说，应用层不仅要提供应用进程所需要的信息交换等操作，而且还要作为互相作用的进程的用户代理，来完成一些为进行语义上有意义的信息交换所必需的功能提示：OSI 模型各层主要功能的归纳总结 应用层：与用户应用进程的接口，即相当于“做什么?” 表示层：数据格式的转换，即相当于“对方看起来像什么?” 会话层：会话的管理与数据传输的同步，即相当于“轮到谁讲话和从何处讲?” 传输层：从端到端经网络透明地传送报文，即相当于“对方在何处?” 网络层：分组交换和路由选择，即相当于“走哪条路可到达该处?” 数据链路层：在链路上无差错的传送帧，即相当于“每一步该怎么走?”物理层：将比特流送到物理媒体上传送，即相当于“对上一层的每一步应该怎样利用物理媒体?”由上可见，OSI 参考模型的网络功能可分为三组，下两层解决网络信道问题，第三、四层解决传输服务问题，上三层处理应用进程的访问，解决应用进程通信问题。