第一章计算机组网计算机网络概述.ppt

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计算机组网技术12第一章计算机网络概述3学习目标l理解OSI参考模型的结构l掌握TCP/IP参考模型结构l了解计算机网络的分类l掌握IPv4的地址的组成、分类和子网划分的方法l掌握用VLSM的计算子网的方法l了解IPv6的基本概念4主要章节l1.1OSI参考模型l1.2TCP/IP参考模型l1.3计算机网络的分类l1.4IP地址5计算机网络定义l以能够相互共享资源的方式互联起来的自治计算机系统的集合l即利用通信设备和通信线路，将地理位置分散的、具有独立功能的多个计算机系统互连起来，通过网络软件实现网络中资源共享和数据通信的系统。

61.1OSI参考模型l1984年国际标准化组织ISO正式颁布了OSIRM（OpenSystemInterconnectionBasicReferenceModel，开放系统互连基本参考模型）标准，即著名的OSI七层模型。

lOSI参考模型是一个纯理论分析的参考模型，而非实际的网络l该标准的制定和完善大大加速了计算机网络的发展71.1.1OSI参考模型l计算机网络的分层结构具有以下优点。

l

（1）各层的功能明确，并且相互独立，可以阻止因为某一层的改变所引起的其他层的改变。

l

（2）在不同的层之间提供标准接口，便于公司集中精力进行某一层的产品开发，通过接口和其他公司开发的产品协调工作，有利于市场竞争和产品优化，更好地体现了开放性和标准化，并确保不同类型的网络技术之间具有更好的兼容性和互操作性，。

l（3）通过分层，可以将网络这样一个复杂的系统分解为若干相对简单的小便于学习和研究。

lOSI的每层都有自己的功能集，层与层之间既保持相互独立，又相互依靠，避免一个协议层的技术或功能变化而影响相邻的其他层。

891.1.2.OSI的分层模型l1物理层（PhysicalLayer）l物理层，位于OSI最底层，直接与传输介质相连l主要作用是在传输介质上传送各种数据的比特流l规定了介质的物理和电气属性，连接器的机械性能、电气信号特性、信号功能特性以及交换电路的规程特性l物理层包括物理上链接网络的媒介（如线缆、接口），在物理层传输电器信号的载体称为位或比特流。

101.1.2.OSI的分层模型l2数据链路层（DataLinkLayer）l为网络层服务，主要作用是把从网络层接收到的数据分割成数据帧。

l数据帧中包含物理地址，即MAC地址、控制码、数据及校验码等信息。

l该层的协议数据单元为帧（Frame）。

111.1.2.OSI的分层模型l3网络层（NetworkLayer）l网络层为传输层提供服务，协议数据单元为数据报，也称分组，主要作用确保每一个分组能够从源端传送到目的端。

l网络层协议，主要包括Internet协议（IP）、网间分组交换（IPX）、Apple计算机网络协议（AppleTalk）等l该层的协议数据单元为数据报，或分组（Packet）121.1.2.OSI的分层模型l4传输层（TransportLayer）l为终端设备之间的数据通信定义了分段、传输和重组服务，负责将报文准确、可靠、有顺序地从源端传送到目的端l包括传输控制协议TCP和用户数据报协议UDPl该层的协议数据单元为段（Segment）131.1.2.OSI的分层模型l5会话层（SessionLayer）l负责会话的控制和同步。

l负责在网络中的两节点之间建立、维持和终止通信。

会话层的功能包括：

建立通信链接，保持会话过程通信链接的畅通，同步两个节点之间的对话，决定通信是否被中断以及通信中断时决定从何处重新发送。

141.1.2.OSI的分层模型l6表示层（PresentationLayer）l对应用层数据进行编码与转换，提供数据的解码和编码，对传输数据进行加密和解密，对数据进行压缩和解压。

l它是应用程序和网络之间的翻译官，在表示层，数据将按照网络能理解的方案进行格式化；这种格式化也因所使用网络的类型不同而不同。

151.1.2.OSI的分层模型l7应用层（ApplicationLayer）l该层为应用程序提供接口，从而使得应用程序能够使用网络服务。

l常见的应用层协议包括：

FTP、SMTP、Telnet协议等161.1.3.OSI参考模型中的数据传输171.2TCP/IP参考模型l传输控制协议/Internet协议（TransmissionControlProtocol，TCP/IP）是在20世纪70年代作为美国国防部（DoD）研究项目的一部分提出来的，其目的想让分组在任何时间，任何情况下，从任何地方到达任何目标位置。

lTCP/IP协议已成为计算机网络体系结构事实上的实际标准，已成为业内公认的事实标准。

181.2.1TCP/IP参考模型简介l1.TCP/IP参考模型191.2.1TCP/IP参考模型简介l2.数据的封装和解封装l封装l封装（Encapsulation）就是在数据传输之前，在上一层的数据前面添上必要的协议信息，即报头。

有些情况也会在尾部添加报尾。

这就是所谓的封装。

l当数据沿着TCPIP参考模型结构向下传递时，会给数据添上数据报头和报尾。

报头和报尾包含控制信息，以确保数据能够正确传送到接收方。

封装包括下列几个步骤。

（1）创建数据：

创建数据：

例如，用户发送电子邮件时，邮件中的字母、数字字符需要转换为能够在网络上传输的数据。

（2）在传输层将数据分段：

在传输层将数据分段：

为每个数据段都添加一个传输层报头。

（3）在网络层添加在网络层添加IP地址信息：

地址信息：

将传输层收到的数据分段，放人数据报（Packet）或分组中。

（4）在数据链路层添加帧头和帧尾：

在数据链路层添加帧头和帧尾：

每台网络设备（包括发送端主机）都会将数据报添加帧头和帧尾，封装为帧。

（5）在物理层将数据转换为可以传输的比特：

在物理层将数据转换为可以传输的比特：

为了在介质上传输，帧被转换为只包含1和0的比特流。

2）解封装在目的端的设备接收到0、1比特流，将进行解封装（DeEncapsulation）。

其过程和封装过程正好相反。

当比特流到达数据链路层，将检查目标MAC地址是否和本设备的MAC地址相匹配，如果一致，将剥离帧头和帧尾，然后将数据上传至网络层。

如果MAC地址不一致，则丢弃该帧。

网络层、传输层收到数据后也会执行一个解封装的过程，直到数据到达应用层。

2021数据封装的过程221.2.2网络接口层l网络接口层又称为主机到网络层l该层定义了计算机和网络设备是如何访问物理介质，向另一台网络设备发送0、1比特流。

l网络接口层与OSI参考模型中的物理层和数据链路层相对应，包括局域网和广域网技术。

231.2.3网际互联层l网际互联层负责数据的传输l该层使用网络层地址，即IP地址来选择数据传输的路径l网际互联层对应OSI参考模型的网络层网际互联层定义了许多协议，主要包括网际协议（InternetProtocol，IP）、地址解析协议（AddressResolutionProtocol，ARP）、反向地址解析协议（ReverseAddressResolutionProtocol，RARP）和互联网控制报文协议（InternetControlMessageProtocol，ICMP）。

决定最佳路径和分组交换都是在该层完成。

241.2.4传输层l传输层对应于OSI参考模型的传输层，主要提供端到端的数据传输服务。

1.传输控制协议（TCP协议）2.用户数据报协议（UDP协议）3.端口号251.2.4传输层l1.TCP协议lTCP提供一种可靠的面向连接的数据传输服务lTCP通过三次握手机制、序列号、确认号和滑动窗口来实现可靠传输。

26TCP“三次握手”图中Seq代表TCP段首部中的“序号（SequenceNumber）”：

是TCP段所发送的数据部分第一个字节的序号。

在TCP传送的数据流中，每一个字节都有一个序号。

建立连接时，发送方将初始序号（InitialSequenceNumber,ISN）填写到第一个发送的TCP段序号中。

图中Ack代表TCP段首部中的“确认号”：

是期望收到对方下次发送的数据的第一个字节的序号，也就是期望收到的下一个TCP段的首部中的序号，等于已经成功收到的TCP段的最后一个字节序号加1。

确认号在ACK标志为1时有意义，除了主动发起连接的第一个TCP段不设置ACK标志外，其后发送的TCP段都会设置ACK标志。

三次握手的具体过程阐述如下：

1.客户端主动与服务器联系，TCP首部控制位中的SYN设置为1，发送带有SYN的TCP段，并把初始序号告诉对方。

2.服务器端收到带有SYN的报文，记录客户端的初始序号，选择自己的初始序号，设置控制位中的SYN和ACK。

因为SYN占用一个序号，所以确认序号设置为客户端的初始序号加1，对客户端的SYN进行确认。

3.服务器端的报文到达客户端，客户端设置ACK控制位，并把确认号设为服务器的初始序号加1，以确认服务器的SYN报文段，这个报文只是确认信息，告诉服务器已经成功建立了连接。

271.2.4传输层l2.UDP协议lUDP是一种无连接、不可靠的传输层协议，数据报在发送过程中不需要建立连接。

lUDP不提供重传和流量控制机制，开销小，延迟少lUDP是音频、视频流和VoIP等实时性要求高的应用程序的首选281.2.4传输层l3.端口号l端口是每个数据段内用于跟踪特定会话和所需目标服务的数字标识符。

lTCP和UDP报头中的端口号字段占16位，端口编号的取值范围是从065535。

l01023为公认端口，用于特定的应用程序。

29常用的应用层协议及对应的的端口号301.2.5应用层lHTTP协议l即超文本传输协议，是一种Internet的基本协议，用于传输WWW网页文件。

lFTP协议l即文件传输协议，是一种可靠的、面向连接的服务，用于客户端和服务器之间的文件传输。

311.2.5应用层-2lTELNET协议l是远程登录协议，也称为远程终端访问协议，用于远程访问服务器和网络设备。

lSMTP/POP协议lSMTP是简单邮件传送协议，用于传输邮件及其附件信息。

l电子邮件客户端使用POP协议从电子邮件服务器接收电子邮件消息。

常用的POP3指的是第三版邮局协议。

321.2.5应用层-3lDNSl即域名服务器，负责将主机名连同域名转换为IP地址。

lDHCPl即动态主机配置协议，主要作用是为客户机分配动态的IP地址、子网掩码、网关以及其它IP网络参数，从而提供安全、可靠的TCP/IP网络配置。

331.2.6TCP/IP模型和OSI模型的异同点l1.相似点l都采用分层的结构l具有相似的传输层和网络层功能l2.不同点lOSI模型上三层的功能与TCP/IP模型的应用层功能对应。

lOSI模型的底下两层论述处理物理网络访问以及本地网络主机之间的比特传输。

lTCP/IP模型基于实际制定的协议和标准，而OSI模型并没有实际的协议341.3计算机网络的分类l按照网络覆盖的的地理范围可分为l局域网、城域网和广域网；l按照网络所使用的传输技术可分为l广播式网络和点对点网络l按照网络的拓扑结构可分为l星形、总线形、环形、树形和网状形等；351.3.1按网络的地理覆盖范围分类l1.局域网（LAN，LocalAreaNetwork）l指一个本地网络，或者一组相互连接、接受统一管理的本地网络，在一个有限的地理范围内进行资源共享和信息交换，覆盖范围一般在几公里以内。

l局域网通常使用以太网或无线网络协议，具有高数据传输速率（10Mbps10Gbps）、低误码率、组建方便、使用灵活等特点。

361.3.1按网络的地理覆盖范围分类l2.广域网（WAN，WideAreaNetwork）l地理覆盖范围可以从几十公里到几千公里l利用分组交换网、卫星通信网和无线分组交换网将分布于不同地理位置的LAN互连起来。

Internet（互联网）已成为全球最大的广域网。

广域网的特点：

广域网的特点：

传输距离远，通信速率比局域网低，误码率比局域网高。

371.3.1按网络的地理覆盖范围分类l3.城域网（MAN，MetropolitanAreaNetwork）l覆盖的地理范围介于局域网与广域网之间，其目的是在