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第 3 讲 网络基础

第 3 讲 网络基础. 学习目标. 通过本讲的学习，希望您能够： 理解计算机网络的基本概念 掌握网络的拓扑结构和常用介质 掌握 OSI 七层参考模型的功能和作用 掌握 TCP/IP 参考模型的功能和作用 掌握重点的网络协议 掌握不同数制之间的转换. 本章内容. 计算机网络基础 计算机网络模型 重点协议介绍 数制转换. 课程议题. 计算机网络基础. 计算机网络概述. 什么是计算机网络？ 分散在不同地点的多台计算机、终端和外部设备 通过通信线路互联在一起 实现资源共享（包括软件、硬件、数据等）. 计算机网络的发展. 第一代计算机网络

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第 3 讲 网络基础

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Presentation Transcript

  1. 第3讲 网络基础

  2. 学习目标 • 通过本讲的学习，希望您能够： • 理解计算机网络的基本概念 • 掌握网络的拓扑结构和常用介质 • 掌握OSI七层参考模型的功能和作用 • 掌握TCP/IP参考模型的功能和作用 • 掌握重点的网络协议 • 掌握不同数制之间的转换

  3. 本章内容 • 计算机网络基础 • 计算机网络模型 • 重点协议介绍 • 数制转换

  4. 课程议题 计算机网络基础

  5. 计算机网络概述 • 什么是计算机网络？ • 分散在不同地点的多台计算机、终端和外部设备 • 通过通信线路互联在一起 • 实现资源共享（包括软件、硬件、数据等）

  6. 计算机网络的发展 • 第一代计算机网络 • 20世纪50年代中后期 • 地理上分散的多个终端 • 通过通信线路 • 连接到一台中心计算机上 • 以传输信息为目的而连接起来，以实现远程信息处理或进一步达到资源共享的计算机系统 通信线路 终端 主机 通信装置 通信装置

  7. 计算机网络的发展 • 第二代计算机网络 • 20世纪60年代后期 • 实现远程资源共享 • 以通信子网为中心 • 分组交换网络 • 分层的网络协议 • 1969年出现的ARPAnet是第一个现代意义上的计算机网络 • 以能够相互共享资源为目的，互连起来具有独立功能的计算机的集合体 NOS 服务器 互联设备 传输介质 打印机 工作站

  8. 计算机网络的发展 • 第三代计算机网络 • 网络应用越来越广泛、网络规模越来越大、通信更加复杂 • 各大计算机公司纷纷制定了自己的网络技术标准 • 1977年，ISO开始制定开放系统互联参考模型 • 具有统一网络体系结构，并遵循国际标准的开放式和标准化的网络

  9. 计算机网络的发展 • 第四代计算机网络 • 20世纪80年代末到现在 • 以互联网为代表 • 以太网的高速发展 • 下一代计算机网络 • 多种业务的融合 • 统一协议、统一网络平台、统一管理

  10. 计算机网络的分类 • 依据网络的作用范围 • 局域网LAN • 城域网MAN • 广域网WAN • 依据网络的传输介质 • 有线网络 • 无线网络 • 依据网络的交换功能 • 电路交换网络 • 报文交换网络 • 分组交换网络 • 依据网络的拓扑结构 • 集中式网络 • 分布式网络

  11. 互联网 • 通过一个WAN将多个LAN组织起来，即把多个不同的网络相互连接起来的时候，就构成了一个互联网 • Internet（因特网）：特定的、世界范围内的互联网

  12. 计算机网络拓扑结构 • 星形拓扑

  13. 计算机网络拓扑结构 • 总线形拓扑

  14. 计算机网络拓扑结构 • 环形拓扑

  15. 计算机网络拓扑结构 • 网状拓扑

  16. 网络传输介质 • 双绞线 非屏蔽双绞线 屏蔽双绞线

  17. 网络传输介质 • 双绞线

  18. UTP连接器及制作标准 • 1、UTP双绞线的连接器 RJ45接头，又称水晶头 • 2、双绞线针脚的定义： • EIA/TIA共定义了2个标准： • 1、EIA/TIA568A： 绿白、绿、橙白、蓝、蓝白、橙、棕白、棕 1 2 3 4 5 6 7 8 • 2、EIA/TIA 568B： 橙白、橙、绿白、蓝、蓝白、绿、棕白、棕 1 2 3 4 5 6 7 8 • 其引脚顺序如下：

  19. UTP双绞线的制作（续） • 直通线的做法： 标准的做线方法是，双绞线的两端都按568A或者都按568B进行排线作线。 • 计算机与集线器或者交换机直接连接使用直通线。 • 一个集中设备的级联口与另一个集中设备的普通口相连使用直通线。 • 在实际制作时一般采用568B线序标准。 • 交叉线的做法： 标准的做法是，双绞线一端按568A排线，另一端应该使用568B来排线。 • 两台机器之间直接连接需要使用交叉线。 • 智能MDI/MDIX • 不需要知道电缆另一端为MDI还是MDIX设备两种电缆（普通、交叉）都可连接交换机、集线器或NIC设备。 • 消除由于电缆配错引起的连接错误简化10/100M网络安装维护，降低开销。 • 反转线 • 适用场合： • 做线方法：

  20. 网络传输介质 • 同轴电缆

  21. 同轴细缆

  22. 光纤 • 1.光纤的特性： • 光纤由单根玻璃线芯、包层以及包层外的塑料保护层构成（其中包层的折射率小于内芯）。 • 光纤按照传输的光的模式的多少可以分为单模光纤和多模光纤。其中单模光纤内芯更细，传输距离更远，造价更高。 • 2.光纤的传输方式 • 在光纤中传输的信号是光信号，光在光纤中进行全反射，所以信号的损耗较少，传输距离比较远。 • 光源可分为激光和发光二极管（LED）。LED多语于多模光纤的数据传输环境，激光用于单模光纤的数据传输环境。

  23. 光纤（续） • 光纤的传输距离 • 多模光纤在100Mbps的速率下可达5～10km，单模光纤在200Mbps的速率下可达100km以上。 • 光纤的拓扑 • 光纤主要应用在LAN的主干和MAN、WAN等网络环境，一般组成点－点结构或环状结构。 • 光纤的安全性 • 光缆属于玻璃，不携带电流，不产生热、火花，在爆炸危险场合十分理想。 • 不会产生电磁脉冲、辐射或任何可以探测到的能量； • 由于很难窃听和插入，具有很好的安全性。 • 光纤的抗噪声性能 • 光纤是绝缘体，不受下列因素影响：电磁波、闪电、辐射噪声及相邻电缆的影响；

  24. 网络传输介质 • 光纤 折射角 包层 入射角 纤芯 折射角大于入射角 光波在纤芯中传播

  25. 网络传输介质-光纤 光纤收发器 带光口的交换机 单模/多模转换器 FC－PC型光尾纤接头外形图 SC－PC型光尾纤接头外形图 ST-PC型光尾纤接头外形图 FC/PC－SC/PC型光尾纤外形图

  26. 网络传输介质 • 无线传输 卫星 蝶形天线 计算机

  27. LAN、WAN、WLAN • LAN • 传输速度通常在10Mb/s～1000Mb/s之间 • 通常是针对于一座建筑物内 • WAN • 一个较大的地理范围内 • 传输速度相对要慢的多 • WLAN • IEEE 802.11标准

  28. 课程议题 计算机网络模型

  29. 网络分层模型 • 解决异种网络互连时所遇到的兼容性问题 • 将服务、接口和协议这三个概念区分开来 • 使网络的不同功能模块分担起不同的职责 • 减轻问题的复杂程度 • 在各层分别定义标准接口，各层相对独立 • 能有效刺激网络技术革新 • 便于研究和教学

  30. 网络体系结构相关概念及术语 • 程序、进程和协议 • 1.程序：具有一定功能的指令集； • 组成特点：一个程序可以由多个子程序组成； • 功能特点：一个程序可由多项功能。 • 2.进程：正在运行的程序； • 组成特点：一个程序可以由多个子进程或多个线程（线程是进程中的实体）组成； • 3.协议：为进行网络中的数据交换（通信）而建立的规则、标准或约定。 • 协议三要素：语法（怎么讲）、语义（讲什么）、时序（讲的先后顺序）；

  31. 网络体系结构的几个基本概念 • 1.协议：为进行网络中的数据交换（通信）而建立的规则、标准或约定。 • 2.实体：任何可以发送或接收信息的硬件/软件进程，每一层中的活跃元素。 • 3.对等实体：位于不同系统内同一层次的两个实体。 注意:对等(同等层)协议作用在对等实体之间。除最底层外,对等实体之间建立的均为虚连接。 • 4.接口：相邻两层之间交互的界面，定义相邻两层之间的 原语操作及上层对下层的服务。 • 5.服务：某一层及其以下各层的一种能力，通过接口给其相邻上层提供服务。 • 6.网络体系结构：计算机网络的层次及其协议的集合，是对网络及其组成部分的功能的精确定义。 • 7.协议栈：某一系统内的各层协议集。

  32. OSI七层参考模型 • 开放系统互连参考模型 7.应用层 面向用户应用 6.表示层 5.会话层 4.传输层 3.网络层 面向数据传输 2.数据链路层 1.物理层

  33. OSI七层参考模型 设备A 中间节点 中间节点 设备B

  34. 数据通信过程 设备A 设备B

  35. 数据封装 发送数据的过程， 就是一个数据封装的过程 应用层 协议数据单元 表示层 端口号 会话层 数据 数据段 Segment 源IP+目的IP＋上层协议 传输层 传输层报头 数据 数据包 Packet 网络层 网络层报头 数据 源MAC+目的MAC 数据链路层报头 数据 数据链路层 数据帧 Frame 将数据帧转换成高低电平，即“0”或“1”代码 物理层 比特 Bit 0101110101001000010

  36. 数据拆封 应用层 表示层 会话层 数据 传输层 数据 传输层报头 网络层 传输层报头+ 数据 网络层报头 网络层报头 + 传输层报头 + 数据 数据链路层 数据链路层报头 物理层 0101110101001000010 接收数据的过程， 就是一个数据拆封的过程

  37. 物理层 • 物理层的主要作用是负责二进制信号在物理线路上的传输。 • 物理层是不提供数据的纠错服务的，但是在物理层上能对数据的传输速度作一定的控制，并能监测数据的出错率。 • 在物理层传输电气信号的载体我们称之为位流或比特流。

  38. 物理层所涉及的内容 • 物理层关心的是以下的一些内容： • 接口和媒体的物理特性的表示 • 传输速率 • 位的表示 • 位的同步 • 线路配置：设备与媒体的连接。 • 物理拓扑：星状拓扑、环状拓扑、总线拓扑等等。 • 传输模式：单工、半双工或全双工。

  39. 物理层 • 为设备之间的数据通信提供传输媒体及互连设备 • 包括激活物理连接、传送数据、终止物理连接这3个步骤 • 为数据传输提供可靠的环境 • 正确地传输比特流 • 常见协议 • EIA/TIA 232（RS-232-C ） • 典型设备 • 中继器：连接两个（或多个）网段，对信号起中继放大作用 ，以此来延长网络的长度 • 集线器：可以将多台设备以星形的拓扑结构连接起来，组成共享型的网络

  40. 物理层设备-中继器 • 主要功能是：在两个节点的物理层上按比特传递信息，完成信号的整形、放大和复制功能，以此来延长网络的长度。

  41. 物理层设备-集线器 • 中继器的一种形式，区别在于集线器能够提供多端口服务，也称为多口中继器，它不具备交换机所具有的MAC地址表。 • 集线器的主要功能是：对接收到的信号进行再生整形放大，以扩大网络的传输距离，同时把所有节点集中在以它为中心的节点上。 • 特点：采用广播方式发送数据，半双工传输 ，共亨带宽。

  42. 物理层设备-集线器 • 集线器的种类：（一般性了解） • 单中继网段集线器 2. 多网段集线器 3. 端口交换式集线器 4. 网络互联集线器 5. 交换式集线器

  43. 计算机通信的分类 单播 广播 多播

  44. 冲突域与广播域 • 冲突域： 冲突域是这样一个范围：其中的任何两台设备同时发出数据帧就会产生冲突，导致发送失败。使用同轴电缆以总线结构或用共亨式集线器以星型结构构建的以太网，其是的所有节点同处于一个冲突域，冲突域中的一台主机发送数据时，处于同一冲突域中的其它主机都可以接收到，而且只能接收数据，不能发送数据。 • 广播域 广播域是指广播帧所能到达的范围，连接在多个级联或堆叠在一起的集线器上的所有设备构成了同一个冲突域，同时也构成了同一个广播域，而没有划分VLAN的交换机的每一个端口构成一个冲突域，所有端口构成同一个广播域，接在不同端口上的主机分属于不同的冲突域，但都属于同一个广播域。

  45. 物理层设备-集线器 • 什么是网段？ 网段在不同的环境有不同的含义： （1）在物理层时，指使用相同的物理介质，相同的介质访问方法，由处于同一个冲突域中的设备构成，称为物理网段。 （2）在网络层却是指同一个逻辑网段，同一个广播域，如192.168.1.0/24就是一个逻辑网段，逻辑上的网段是指一群主机的集合。

  46. 集线器常见端口： 集线器通常提供三种类型的端口，即RJ-45端口、BNC端口和AUI端口，可堆叠集线器还有堆叠端口。 RJ-45端口： 集线器的RJ-45端口即可直接连接计算机、网络打印机等终端设备，也可以与其他交换机、集线器等集线设备和路由器进行连接。 BNC端口： BNC端口就是用于与细同轴电缆连接的接口，它一般是通过BNC T型接头进行连接的。 AUI端口： 可用于连接粗同轴电缆的AUI接头。 堆叠端口 ： 用来连接两个可堆叠集线器，实现单台集线器端口数的扩充 。

  47. 集线器的堆叠与级联 • 为了使集线器满足大型网络对端口的数量要求，一般在较大型网络中都采用集线器的堆叠或级联方式来解决，这两种方式的应用场合是不一样的。 • 堆叠方式：是指将若干集线器通过厂家提供的一条专用连接电缆，从一台的“UP”堆叠端口直接连接到另一台集线器的“DOWN”堆叠端口，以实现单台集线器端口数的扩充，堆叠中的所有集线器可视为一个整体的集线器来进行管理，也就是说，堆叠中所有的集线器从拓扑结构上可视为一个集线器。要注意的是只有可堆叠集线器才具备这种端口

  48. 集线器的堆叠与级联 • 级联: • 是指使用集线器普通的或特定的端口来进行集线器间的连接的。所谓普通端口就是通过集线器的某一个常用端口（如RJ-45端口）进行连接，而所谓特殊端口就是集线器为级联专门设计的一种“级联端口”，一般都标有“UPLink”字样。 • （1）使用Uplink端口级联 （2）使用普通端口级联

  49. 数据链路层 • 数据链路的建立、拆除 • 对数据进行检错、纠错 • 将数据分成帧，以数据帧为单位进行传输 • 典型设备 • 网桥：连接两个局域网，在各种传输介质中转发数据信号，扩展网络的距离，有效地限制两个介质系统中无关紧要的通信 • 交换机：按每一个包中的MAC地址相对简单地决策信息转发 ，转发延迟小，将网络分成小的冲突网域，为每个工作站提供更高的带宽

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