大学计算机基础(第5章简版)

5.1 计算机网络概述
按照数据通信和数据处理的功能，一般从逻辑上将网络分 为通信子网和资源子网两个部分。
1. 通信子网：由通信控制处理机、通信线路与其他通信设备组 成，负责完成网络数据传输、转发等通信处理任务。 2. 资源子网：由计算机硬件、软件与信息资源组成。资源子网 实现全网面向应用的数据处理和网络资源共享。
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5.1 计算机网络基础
5.1.3 计算机网络的主要功能
计算机网络技术的应用对当今社会 的经济、文化和生活等都产生着重要 影响。当前，计算机网络的功能主要 有以下几个方面。

资源共享 数据传输 集中管理 分布处理 负载平衡 提高安全与可靠性
5.1 计算机网络概述
局域网LAN：用于有限地理范围（如一幢大楼），将各 种计算机、终端与外部设备互联起来的网络。 【特点】：

覆盖有限的地理范围，站点数有 限； 一般属于一个单位所有，易于建 立、维护与扩展； 提供高数据传输速率（10Mbps～ 10Gbps）、低误码率的高质量数 据传输环境； 从传输技术的角度来看，局域网 属于广播式网络。
讨论题：
1. 在OSI参考模型中，数据链路层处理的数据单位是______ 。 B A. 比特 B. 帧 C. 分组 D. 报文
2. 在OSI参考模型中，物理层的功能是______ 。 B
A. 建立和释放链接 B. 透明地传输比特流 C. 在物理实体间传送数据帧 D. 发送和接收用户数据
5.2 计算机网络体系架构
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5.2 计算机网络体系架构
2.子网划分 （1）子网的概念 在一个IP网络中划分子网可以将一个逻辑上单一的大型网络分成若干个较 小的网络，即允许将网络划分成许多个部分供内部使用。 （2）子网的划分 它将IPv4地址分为三部分：网络部分、子网部分和主机部分。 （3）子网掩码的概念 子网掩码是一种用来指明一个IP地址的哪些位标识的是主机所在的子网以 及哪些位标识的是主机的位掩码。子网掩码也是一组32位的二进制数，形式上 与IP地址一样。通过子网掩码，可以区分出一个IP地址的网络地址和主机地址 。具体方法是子网掩码中的1对应的IP地址位为网络地址，子网掩码中的0对应 的IP地址位为主机地址。
5.2 计算机网络体系架构
（4）传输层 传输层是一个端到端，即主机到主机的层次，它将上层数据分 段并提供端到端的、可靠的或不可靠的传输。同时，该层还处理 端到端的差错控制和流量控制问题。这一层的数据的单位称为数 据段。 （5）会话层 会话层管理主机之间的会话进程，即负责建立、管理、终止进 程之间的会话。会话层还利用在数据中插入校验点来实现数据的 同步。 （6）表示层 表示层对上层数据或信息进行变换以保证一个主机应用层信息 可以被另一个主机的应用程序理解。表示层的数据转换包括数据 的加密、压缩、格式转换等。 （7）应用层 应用层为操作系统或网络应用程序提供访问网络服务的接口。
主机A
应用层 表示层 会话层 传输层 网络层 网络层 数据链 路层 物理层 中 间 节 点 物理层 协 议
主机B
应用层 表示层
会话层
传输层 网络层
数据链
路层 物理层
数据链
路层
传输介质
传输介质
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5.2 计算机网络体系架构
5.2.1 OSI参考模型 OSI参考模型（ Open System Interconnection，开放系统互连 ）由国际标准化组织（ISO）于1981年推出。这个模型把网络通 信的过程分为7层，并规定每层的具体功能及通信协议如下。 （1）物理层 该层为上层协议提供了一个传输数据的物理媒体。在这一层， 数据的单位称为比特。 （2）数据链路层 数据链路层在不可靠的物理介质上提供可靠的传输。该层的作 用包括：物理地址寻址、数据的成帧、流量控制、数据的检错、 重发等。这一层的数据单位称为帧（frame）。 （3）网络层 网络层负责对子网间的数据包进行路由选择。此外，还实现拥 塞控制、网际互连等功能。这一层的数据单位称为数据包。
总线型拓扑结构、环型拓扑结构和星型拓扑结构是局域网的3种 基本结构。在实际应用中，往往并不采用单纯的某一种结构，而是在 3种基本结构的基础上进行扩展而形成混合型拓扑结构。常见的混合 型拓扑结构有树型结构、星型总线结构、星环型结构、网状结构等。 实际使用中，不同规模、不同功能要求的网络，其网络系统结构 也不同。大规模的网络一般是用三层结构(核心层、汇聚层、接入层 ），但如果网络的规模稍小，也常使用两层结构，将接入层与汇聚层 合为一层，或将核心层和汇聚层的功能合并，甚至当结点数量很少时 ，只采用一层的网络结构。
5.2.3 IP地址 在网络中，为了实现不同计算机之间的通信，每台计算机都必须有一个 唯一的地址。按照TCP/IP协议规定，IP地址用二进制来表示，每个IP地址长 32bit（4个字节）。为了方便使用，IP地址经常被写成十进制的形式，中间 使用符号“.”分开不同的字节。这种表示法叫做“点分十进制表示法” 。 1. IP地址分类 每个IP地址包括两个标识码（ID），即网络ID和主机ID。同一个物理网 络上的所有主机都使用同一个网络ID，网络上的每一个主机有一个主机ID与 其对应。Internet委员会定义了5种IP地址类型以适合不同容量的网络，即A 类～E类。
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5.2 计算机网络体系架构
（3）C类IP地址 一个C类IP地址是指：在IP地址的四段号码中，前 三段号码为网络号码，剩下的一段号码为本地计算机的 号码。C类IP地址由3字节的网络地址和1字节主机地址 组成，网络地址的最高位必须是“110”。C类IP地址中 网络的标识长度为21位，主机标识的长度为8位，C类网 络地址数量较多，适用于小规模的局域网络，每个网络 最多只能包含254台计算机。
通信子网与资源子网
终端 C机
通信子网
主机 终端
终端
B机 主机 终端
A机 主机
终端 终端 主机 终端 终端
5
终端
主机
D机
终端
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5.1 计算机网络概述
5.1.2 计算机网络的分类
计算机网络可以从不同的角度进行分类，常见的 分类方法包括按地理范围、按拓扑结构等。根据不同 的分类原则，可以得到不同类型的计算机网络。 1. 按地理范围分类 （1）局域网 （2）城域网 （3）广域网
当今世界，网络无时不有，无处不在。计算机网 络已成为工作、学习和生活娱乐不可或缺的工具和伴 侣，它的发展水平已成为衡量一个国家科学技术水平 和社会信息化程度的重要标志之一。 2015-3-24
提 纲
5.1
计算机网络概述 计算机网络体系架构
局域网基础
5.2
5.3 5.4 5.5 5.6
因特网的基本技术



城域网ＭAN：可以满足几十公里范围内的大量企业、机关、公司的多个局 域网互联的需要，并能实现大量用户之间数据、语音、图像等多种信息传 输的网络。
【特点】：

城域网是介于广域网与局域网之 间的一种高速网络； 城域网设计的目标是要满足几十 公里范围内的大量企业、机关、 公司的多个局域网互连的需求； 实现大量用户之间的数据、语音 、视频等多种信息的传输功能； 城域网在技术上与局域网相似。
5.1.4 计算机网络的发展
计算机网络的发展，经历了一个由简单到复杂、
从低级到高级的发展过程，大致可分为以下4个阶段：
面向终端 的计算机 通信网
分组交换 网
计算机网 络体系结 构
高速计算 机网
提 纲
5.1
计算机网络概述 计算机网络体系架构
局域网基础
5.2
5.3 5.4 5.5 5.6
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计算机网络体系结构
OSI参考模型
主机A 应用层 表示层 会话层 协议 主机B 交换单元名称 产品形式 应用层 表示层 会话层
信息 信息 信息 信息 信息分组
应用软件
传输层
网络层 数据链路层
网络层 数据链路层
传输层
网络层 物理层
通信软件 网卡
数据链路层 帧
位
物理层
传输介质
物理层
中间 节点
电缆
传输介质

从传输技术的角度来看，广域 网属于点到点的网络。
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5.1 计算机网络基础
2. 按拓扑结构分类 总线型拓扑结构
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5.1 计算机网络基础
2. 按拓扑结构分类 星型拓扑结构
5.1 计算机网络基础
2. 按拓扑结构分类 环形拓扑结构
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5.1 计算机网络基础
5.2 计算机网络体系架构
（1）A类IP地址 一个A类IP地址是指：在IP地址的四段号码中，第 一段号码为网络号码，剩下的三段号码为本地计算机的 号码。A类IP地址由1字节的网络地址和3字节主机地址 组成，网络地址的最高位必须是“0”。A类IP地址中网 络的标识长度为7位，主机标识的长度为24位，A类网络 地址数量较少，可以用于主机数达1600多万台的大型网 络。
网 络-子网 号(26位)
因特网的基本技术
因特网应用基础
计算机信息安全
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5.2 计算机网络体系架构
计算机网络体系结构是指计算机网络层次结构模型和各层 协议的集合。最著名的网络体系结构是OSI参考模型和TCP/IP 协议。有时，也把网络体系结构称为协议集或协议栈。 计算机网络采用层次化设计方法，把通信过程划分为多个层 次，并为每个层次设计一个单独的协议，这些协议通过分层结 构进行组织。 每层通过特定的协议完成一种功能，多层叠加完成整个 信息的发送和接收过程。 层与层之间通过层间接口联系起来，每一层可以从下层 获得服务，并为上层提供服务。 各层又具有相对独立性，各层只是简单的使用其它层的 服务，但不需要知道其他层是如何实现相应功能。
举例：某IP地址结构为
网 络 号(24位)
主机号(8位)
xxxxxxxx
xxxxxxxx
xxxxxxxx
xxxxxxx
此时，子网掩码(32位)为（1用来定出网络号，0用来定出主机号） 11111111.11111111.11111111.00000000 十进制形式为 255.255.255.0 如果网络号不够用，还要再划分出4个子网，则需要在主机号中取出2位来 表示子网号(网络-子网号有26个位)
5.2 计算机网络体系架构
计算机网络体系结构采用分层模型的优点: ① 整个系统分解为若干易于处理的独 立部分，这种结构使得一个庞大而 又复杂的系统实现和维护起来更容 易。 ② 高层无需知道低层是如何实现的， 只需要知道低层所提供的服务，以 及本层向上提供的服务，各层独立 性强。 ③ 当任何一层发生变化时，只要层间 接口不发生变化，那么这种变化就 不会影响到其他的层，适应性强。 ④ 每层的功能与所提供的服务都有精 确的定义和说明，有利于促进标准 化。
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广域网WAN
：也称为远程网（long haul network）。覆盖范围从 几十公里到几千公里，可以将一个国家、地区或几个洲的计算机和 网络互连起来的网络。
【特点】：

地理范围从几十公里到几千公 里； 覆盖一个国家、地区或横跨几 个洲，形成国际性的远程网 络；


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通信子网主要由专用分组交换 机组成，其任务就是通过长距 离运送主机所发送的数据。
因特网应用基础
计算机信息安全
5.1 计算机网络概述
在信息技术高速发展的今天，“计算机就是网络，网络就 是计算机”的概念越来越被人们所接受，计算机应用正在进入
一个全新的网络时代。
5.1.1 计算机网络的基本构成
计算机网络要素：
（1）至少有两台计算机互联。
（2）通信设备与线路介质。
（3）网络软件和网络协议。
5.2 计算机网络体系架构
5.2.2 TCP/IP协议概述 TCP/IP协议是针对Internet开发的一种体系结构和协议标准 ，其目的在于解决异构计算机网络的通信问题。随着Internet的广 泛应用，TCP/IP协议已成为最常用的网络协议。TCP/IP模型简化 了OSI层次模型（只有4层），由下而上分别为网络接口层、网际 层、传输层、应用层。
5.2 计算机网络体系架构
（2）B类IP地址 一个B类IP地址是指：在IP地址的四段号码中，前 两段号码为网络号码。B类IP地址由2字节的网络地址和 2字节主机地址组成，网络地址的最高位必须是“10”。 B类IP地址中网络的标识长度为14位，主机标识的长度 为16位，B类网络地址适用于中等规模的网络，每个网 络所能容纳的计算机数为6万多台。