网络应用技术1.docx
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网络应用技术1.docx
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网络应用技术1
网络应用技术
刘强
第1章计算机网络基础
Ø主要内容:
计算机网络的形成与发展,计算机连网的作用,计算机网络定义,计算机网络的分类,计算机网络的组成与结构,计算机网络的拓扑结构,数据通信基础,传输介质,双绞线的制作。
Ø重点与难点:
计算机连网的作用,计算机网络定义,计算机网络的分类,数据通信的基本概念,双绞线的制作。
第1章计算机网络基础
Ø1.1计算机网络概述
Ø1.2计算机网络的分类
Ø1.3计算机网络的组成与结构
Ø1.4数据通信基础
Ø1.5交换技术
1.1计算机网络概述
Ø1.1.1计算机网络发展历史
Ø计算机网络是计算机技术与通信技术发展的产物,并在社会的需求和用户的应用促进下发展起来的。
Ø1968年,美国国防部高级研究计划局(ARPA)与麻省剑桥的BBN公司签订协议,进行计算机之间的远程互连研究,研究的成果出现了著名ARPANET。
ARPANET的出现标志了世界上第一个计算机网络的诞生。
1.1.2计算机网络发展的3个阶段
Ø1、面向终端的计算机网络
Ø以单个计算机为中心的远程联机系统,构成面向终端的计算机网络。
Ø2.通过通信线路互联的计算机网络
Ø3.开放式标准化的网络
Ø以数据网络和分组交换技术为特征
1.1.3计算机连网的作用
Ø
Ø1、计算机网络定义
Ø计算机网络就是利用通信线路和设备,将分散在不同地点、并具有独立功能的多个计算机系统互连起来,按照网络协议,在功能完善的网络软件支持下,实现资源共享和信息交换的系统。
Ø2、计算机连网的作用
Ø连网的主要目的是资源共享,相互通信,提高可靠性,便于集中管理。
Ø
(1)共享硬件资源
Ø1)共享服务器资源
Ø2)共享打印机资源
Ø3)访问其它系统上的资源
Ø
(2)共享软件资源
Ø 1)共享软件包
Ø2)共享数据
Ø(3)通信应用
Ø1)传输文件
Ø2)使用电子邮件
1.2计算机网络的分类
Ø 1.2.1按网络覆盖范围分类
•按照其覆盖的地理范围,计算机网络可以分为广域网(WAN,wideareanetwork)、城域网(MAN,metropolitanareanetwork)和局域网(LAN,localareanetwork)。
Ø 1.局域网
Ø局域局:
简称LAN,通常在地域上位于园区或者建筑物内部的有限范围内。
Ø 2.城域网
Ø城域网:
简称MAN,在地理域分布上比LAN更广。
Ø
Ø 3.广域网
Ø 广域网:
简称WAN,用于连接同一国家、不同国家间甚至洲际间的局域网和城域网。
1.2.2按网络操作类型分类
Ø1.对等网络
Ø对等网表示网络中各主机的地位完全相同。
同等地位即网络中没有客户机(Client)和服务器(Server)的区别,网络中的每一台计算机既可充当工作站的角色,又可以充当服务器角色,它们分别管理着自己的用户信息,在不同的主机间相互访问时都要做身份认证。
Ø2.客户机/服务器网络
Ø在客户机/服务器网络中,主机之间的通信是依照请求/响应模式进行的。
当客户机需要访问集中管理的数据资源或者请求特定网络服务时,首先向一台管理资源或者提供服务的网络发出请求,该服务器收到请求后,对客户端用户的身份和权限认证并做出适当响应。
1.2.3按网络的拓扑结构分类
Ø按网络的拓扑结构分类,计算机网络可分为总线型网络、环型网络、星型网络、树型网络和网状型网络等。
1.2.4按网络具体传输介质分类
Ø按网络具体传输介质分类,计算机网络可分为双绞线网络、同轴电缆网络、光纤网络、微波网络和卫星网络等。
1.3计算机网络的组成与结构
Ø1.3.1计算机网络的组成部分
Ø一个典型的网络应包含以下4个部分:
Ø
(1)服务器:
为多个网络用户提供共享资源的设备。
Ø
(2)客户机(工作站):
使用服务器上共享资源的计算机。
Ø(3)网络通信系统:
连接客户机和服务器的设备。
Ø(4)网络操作系统:
管理网络操作的系统软件。
1.3.2计算机资源子网与通信子网
Ø从计算机网络组成的角度来看,典型的计算机网络按其功能可分为“资源子网”和“通信子网”两部分,图1.4表示了计算机网络的组成结构。
Ø1、计算机资源子网
Ø1)资源子网的组成
Ø资源子网由拥有资源的主计算机、请求资源的用户终端、终端控制器、联网的外部设备、各种软件资源与信息资源等组成。
Ø2)资源子网基本功能
Ø资源子网负责全网的数据处理业务,并向网络用户提供各种网络资源与网络服务,如校园网和企业网的服务器、工作站等。
Ø2.计算机通信子网
Ø1)通信子网的组成
Ø通信子网按功能可以分为数据交换和数据传输两部分;通信子网由通信控制处理机(现在一般为路由器)、通信线路与其他通信设备组成。
如电信组建的通信网。
Ø2)通信子网的功能
Ø通信子网提供网络通信功能,完成全网主机之间的数据传输、交换、控制和变换等通信任务,负责全网的数据传输、转发及通信处理等工作。
1.4数据通信基础
Ø1.4.1数据通信的基本概念
Ø1.信息、数据和信号
Ø信息(Information)是客观事物在人脑中的反映。
Ø数据(Data)是由数字、字符和符号等组成,可以用来描述任何概念和事务,是信息的载体。
Ø信号(Signal)是数据的具体物理表示,具有确定的物理描述,如电压、磁场强度等。
在电路或光路中,信号就是具体表示数据的电编码或光编码。
Ø数字信号:
电脉冲序列。
Ø模拟信号:
连续变化的电信号。
Ø2.数据通信的单位
Ø比特、码元、帧、分组(packed)、报文(datagram)
Ø3.数据通信的主要技术指标
Ø数据通信的主要技术指标是衡量数据传输的有效性和可靠性的参数。
有效性主要由数据传输数据速率、调制速率、传输延迟、信道带宽和信道容量来衡量;可靠性一般用数据传输的误码率指标来衡量。
常用的数据通信的技术指标有以下几种。
Ø
(1)信道带宽
Ø信道就是信号传输的通路。
Ø信道带宽:
信道可以不失真地传输信号的频率范围。
Ø传输模拟信号时,单位为赫(HZ),(如电话信号的标准带宽为300HZ~3.4KHZ)
Ø传输数字信号时,单位为比特每秒(即信道能够达到的最大数据传输速率,位速率),以位/秒(bit/s)表示,简记bps。
Ø
(2)传输速率
Ø数据传输速率(bps):
数据传输速率是指信道在单位时间内可以传输的最大比特数。
Ø局域网的带宽(最大数据传输速率)一般为10Mbps、100Mbps、1000Mbps、而广域网的带宽一般为64Kbps、2Mbps、155Mbps、2.5Gbps等
Ø(3)误码率
Ø差错率/误码率:
描述信道或者数据通信系统(网络)质量的一个指标。
是指数据系统正常工作状态下信道上传输比特总数与其中出错比特数的比值。
Ø(4)传输延迟
Ø传输延迟是指由于各种原因的影响,而使系统信息在传输过程中存在着不同程度的延误或滞后的现象。
信号从网络的一端传送到另一端所需的时间。
1.4.2数据传输
Ø1.数据传输
Ø1) 并行通信和串行通信
Ø并行通信是指数据以成组的方式在多个并行信道上同时进行传输。
Ø串行通信是指数据以串行方式在一条信道上传输。
2)异步传输与同步传输
串行通信中采用两种同步方式:
异步传输和同步传输。
Ø同步是指发送/接收方都需要时钟,数据的发送接受都是在时间上均匀的,比如每0.2秒发送/接受一个码元,那么每隔0.2秒必然需要发送/接收到一个码元。
因此用示波器观察的话,每个码元在时间轴上是均匀的,所以称为“同步”。
Ø而异步不需要时间信号,所以下一个时间片里可以发送也可以不发送,可以想象,如果同步方式没有时间控制,收到的必然是一串无法理解的乱码,因此,同步,异步是截然不同的2种而同步正式因为处理的都是大块的数据,所以区别数据单元的时间信号才非常重要。
在异步传输方式中,每传一个字符都要在前面加一个起始位,在字符代码和校验码后面加一个或两个停止位。
Ø同步传输方式的信息格式是一组字符或一个二进制位组成的帧。
在发送一组字符或数据块之前先发一个同步字SYN(01101100)或一个同步字节(01111110),发送数据完毕后,再使用同步字符或字节标识整个发送过程的结束。
Ø3)单工通信、半双工通信和全双工通信
Ø单工通信,又称单向通信,在通信线路上,数据只能按一个方向的通信,而没有反方向的交互。
无线电广播或有线电广播或计算机主机与显示器之间以及电视广播就属于这种类型。
Ø半双工通信,又称双向交替通信,即通信的双方都可以发送信息,但不能双方同时发送(或同时接收),这种通信方式往往是一方发送另一方接收。
Ø全双工通信,又称双向同时通信,即通信双方可以同时发送和接收信息。
如1.19所示。
如电话机通话。
报文交换,这种方式不要求在两个通信结点之间建立专用通路。
结点把要发送的信息组织成一个数据包——报文,该报文中含有目标结点的地址,完整的报文在网络中一站一站地向前传送。
每一个结点接收整个报文,检查目标结点地址,然后根据网络中的交通情况在适当的时候转发到下一个结点。
经过多次的存储——转发,最后到达目标,因而这样的网络叫存储——转发网络。
第二章网络体系结构
中国地质大学长城学院
刘强
1.OSI参考模型
⏹OSI参考模型的基本结构
⏹分层结构的优势和工作原理
⏹每个层次功能的介绍
OSI参考模型的基本结构
分层结构的优势
⏹各层间相互独立,每一层完成不同的功能
⏹某一层不需要知道它的下一层是如何实现的,这样每层的变化不会影响其他层。
⏹使网络易于实现和维护。
⏹促进标准化工作。
⏹实现互联、互通、互操作。
分层结构的工作原理
⏹纵向通讯
⏹在分层结构中,低层为高层功能提供服务,高层功能使用低层提供的服务。
⏹横向通信
⏹分层结构中,对应的分层协同工作,以保证能够成功的完成通讯。
对等层通讯
物理层
⏹通过物理链路传输比特(bit)流。
⏹集线器、中继器。
双绞线
同轴电缆
光纤
数据链路层
⏹在网络内部传输数据帧(Frame)
⏹硬件地址或物理地址(既MAC地址)
⏹网桥和交换机
网络层
⏹基于网络层地址进行不同网络系统间的路径选择
⏹数据单位数据包(Packet)
⏹差错校验和可能的修复
⏹数据流量控制
⏹路由器
传输层
⏹在不同物理节点上的应用程序间建立可靠连接以传输数据
⏹见数据组织成数据段(Segment)
5-7层
⏹会话层
⏹建立、管理和终止会话
⏹表示层
⏹完成被传输数据的解释工作,包括数据转换格式和数据压缩等。
⏹应用层
⏹实现具体的应用功能
2.TCP/IP参考模型
层次模型,分4层,
从低至高依次为接入层、网间层、传输层、应用层。
接入层
⏹网络接入层对应OSI物理层和数据链路层
⏹并实现与他们相同的功能,其中包括LAN和WAN的技术细节。
网络层
⏹网络层的目的是运送数据包,将数据包送达目的地,而不在乎走的是那个路径或网络。
管理这一层的特定协议称为互联网络协议(IP)。
最佳路径的选择和数据包交换都发生在这层。
传输层
⏹传输层负责处理有关服务质量等事项,如可靠度,流量控制和错误校正。
该层可以提供不同服务质量、不同可靠保证的传输服务,并且协调发送端和目标端的传输速度差异。
应用层
⏹应用层包括会话层和表示层的功能。
⏹TCP/IP将所有应用程序相关的内容都归为这一层。
网络层协议
⏹IP协议(InternetProtocol)
⏹Arp协议(AddressResolutionProtocol):
地址转换协议
⏹ICMP协议(InternetControlManangeProtocol):
因特网控制信息协议
传输层协议
⏹TCP协议:
传输控制协议
⏹UDP协议:
用户数据报
应用层协议
⏹TELNET:
Telnet仿真终端
⏹FTP协议:
文件传输协议
⏹HTTP协议:
超文本传输协议
⏹SMTP协议:
简单邮件传输协议
等等
参考模型的基本概念
⏹协议(Protocol)
⏹封装(Encapsulation)
协议
⏹网络协议是通信的系统必须共同遵守的一组事先约定好的规则。
一个网络协议由以下三要素组成。
(1)语法,数据与控制信息的结构和格式。
(2)语义,需要发出何种控制信息,以及完成的动作与做出的响应。
(3)时序,对事件实现顺序的详细说明。
数据封装
⏹OSI参考模型的各层功能都是相应层的协议控制实现的。
在各层协议的处理下,发送的用户数据(data)逐层添加对应协议控制信息。
这个过程称为数据封装。
数据封装
数据封装示例
数据封装示例
网络基础2
中国地质大学长城学院
刘强
Ip地址学习
ØIP地址类型
Ø子网掩码
Ø特殊的IP地址
ØIP地址紧缺问题
IP地址简介
ØInternet网络中,每个上网的计算机都有一地址,这个地址就是IP地址,是分配给网络设备的门牌号,为了网络中的计算机能够互相访问而设定。
Ø每个IP地址是一个32位2进制地址
Ø通常都已点分十进制数表示
Ø例如:
202.99.166.88
IP地址简介
IP地址=网络地址+主机地址
比如IP地址是192.168.100.11,这个地址中包含了很多含义。
Ø如下所示:
Ø网络地址(相当于街道地址):
192.168.100.0
Ø主机地址(相当于各户的门号):
0.0.0.11
ØIP地址(相当于住户地址):
网络地址+主机地址=192.168.100.11
IP地址类型
Ø最初设计互联网络时,为了便于寻址以及层次化构造网络,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,网络上的一个主机(包括网络上工作站,服务器和路由器等)有一个主机ID与其对应。
IP地址根据网络ID的不同分为5种类型,A类地址、B类地址、C类地址、D类地址和E类地址。
A类IP地址
Ø一个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”,0XXXXXXX
Ø地址范围从1.0.0.0到126.0.0.0。
(01111110)可用的A类网络有126个,每个网络能容纳1千万多台主机。
Ø255*255*255=16,581,375
B类IP地址
Ø一个B类IP地址由2个字节的网络地址和2个字节的主机地址组成,网络地址的最高位必须是“10”,10XXXXXX,
Ø地址范围从128.0.0.0到191.255.255.255。
(10111111)可用的B类网络有16382个,每个网络能容纳6万多个主机。
255*255=65,025
C类IP地址
Ø一个C类IP地址由3字节的网络地址和1字节的主机地址组成,网络地址的最高位必须是“110”,110XXXXX。
Ø地址范围从192.0.0.0到223.255.255.255。
C类网络可达209万余个,每个网络能容纳254个主机(1-254)。
D类与E类IP地址
ØD类地址用于多点广播(Multicast)。
ØD类IP地址第一个字节以“lll0”开始,(224-239)它是一个专门保留的地址。
它并不指向特定的网络,目前这一类地址被用在多点广播(Multicast)中。
多点广播地址用来一次寻址一组计算机,它标识共享同一协议的一组计算机。
ØE类IP地址
Ø以“llll0”开始(240),为将来使用保留。
Ø全零(“0.0.0.0”)地址对应于当前主机。
网络地址与广播地址
Ø主机部分全为0:
网络号(网络地址)
Ø主机部分全为1:
广播地址
Ø例如:
IP地址192.168.100.25
Ø网络地址:
192.168.100.0
Ø广播地址:
192.168.100.255
127.0.0.1本机地址
Ø127.0.0.1本机地址
用人类口语表示,这个地址就是“唵自己”。
主要用于测试。
如用PING127.0.0.1可判断网卡工作是否正常。
在Windows系统中,这个地址有一个别名叫“Localhost”。
除非出错,否则在传输介质上永远不应该出现目的地址为127.0.0.1的数据包。
私有地址
Ø私有地址(Privateaddress)属于非注册地址,专门为组织机构内部使用。
Ø 以下列出留用的内部私有地址
Ø A类10.x.x.x
Ø B类172.16.x.x--172.31.x.x
Ø C类192.168.x.x--192.168.x.x
地址掩码
Ø地址掩码是一个32位2进制地址,用于快速确定ip地址的哪部分表示网络号,那部分标识主机号,判断2个ip地址是否属于同一网络,这样就产生了地址掩码,地址掩码是按照ip地址格式给出的,a,b,c类的子网掩码如下
ØA:
255.0.0.0
ØB:
255.255.0.0
ØC:
255.255.255.0
可变长子网掩码VLSM
ØVLSM (VariableLengthSubnetMask可变长子网掩码)
Ø VLSM规定了如何在一个进行了子网划分的网络中的不同部分使用不同的子网掩码。
这对于网络内部不同网段需要不同大小子网的情形来说很有效。
ØVLSM其实就是相对于有类的IP地址来说的。
A类的第一段是网络号(前八位),B类地址的前两段是网络号(前十六位),C类的前三段是网络号(前二十四位)。
而VLSM的作用就是在类的IP地址的基础上,从他们的主机号部分借出相应的位数来做网络号,也就是增加网络号的位数。
Ø各类网络可以用来再划分子网的位数为:
ØA类有二十四位可以借,B类有十六位可以借,C类有八位可以借(可以再划分的位数就是主机号的位数。
实际上不可以都借出来,因为IP地址中必须要有主机号的部分,而且主机号部分剩下一位是没有意义的,所以在实际中可以借的位数是在我写的那些数字中再减去2,借的位作为子网部分)。
Ø这是一种产生不同大小子网的网络分配机制,指一个网络可以配置不同的掩码。
开发可变长度子网掩码的想法就是在每个子网上保留足够的主机数的同时,把一个子网进一步分成多个小子网时有更大的灵活性。
如果没有VLSM,一个子网掩码只能提供给一个网络。
这样就限制了要求的子网数上的主机数。
Ø例:
某公司有两个主要部门:
市场部和技术部。
技术部又分为硬件部和软件部两个部门。
该公司申请到了一个完整的C类IP地址段:
210.31.233.0,子网掩码255.255.255.0。
为了便于分级管理,该公司采用了VLSM技术,将原主网络划分称为两级子网。
Ø 市场部分得了一级子网中的第1个子网,即210.31.233.64,子网掩码255.255.255.192,该一级子网共有62个IP地址可供分配。
Ø 技术部将所分得的一级子网中的第2个子网210.31.233.128,子网掩码255.255.255.192又进一步划分成了两个二级子网。
其中第1个二级子网210.31.233.128,子网掩码255.255.255.224划分给技术部的下属分部-硬件部,该二级子网共有30个IP地址可供分配。
技术部的下属分部-软件部分得了第2个二级子网210.31.233.160,子网掩码255.255.255.224,该二级子网共有30个IP地址可供分配。
CIDR标记法
Ø也称网络前缀标记法。
ØIP:
10.217.123.7/20
Ø表示:
其子网掩码有20个连续的1,用来确定网络ID;余下的必须是0,用来确定主机ID。
CIDR标记法
IPv6简介
ØIPv6是InternetProtocolVersion6的缩写,其中InternetProtocol译为“互联网协议”。
Ø IPv6是IETF(互联网工程任务组,InternetEngineeringTaskForce)设计的用于替代现行版本IP协议(IPv4)的下一代IP协议。
目前的全球因特网所采用的协议族是TCP/IP协议族。
IP是TCP/IP协议族中网络层的协议,是TCP/IP协议族的核心协议。
目前IP协议的版本号是4(简称为IPv4),它的下一个版本就是IPv6。
IPv6正处在不断发展和完善的过程中,它在不久的将来将取代目前被广泛使用的IPv4。
IPV6的优势
Ø 与IPV4相比,IPV6具有以下几个优势:
ØIPv6具有更大的地址空间,IPv6中IP地址的长度为128,即有2^128-1个地址。
ØIPv6具有更高的安全性。
ØIPv6使用更小的路由表。
IPv6的地址分配一开始就遵循聚类(Aggregation)的原则,这使得路由器能在路由表中用一条记录(Entry)表示一片子网。
第三章局域网技术
中国地质大学长城学院
刘强
3.2以太网知识
⏹以太网的结构
⏹以太网的MAC
⏹以太网的发展
⏹以太网的地址
⏹以太网的帧结构
以太网的结构(星型)
以太网的结构(总线型)
以太网的MAC
⏹先听后发
⏹边听边发
⏹冲突等待
⏹稍候再发
以太网络的发展
⏹1980年DCE、Inter与Xerox三家公司宣布了第一个10Mbps以太网,该标准的名称由这三家公司的英文首字母组合起来,即DIX以太网标准,他成为第一个局域网标准。
⏹1980年,IEEE在该标准基础上制定了IEEE802.3标准。
CSMA/CD简要描述了IEEE802.3标准的工作机制。
传统以太网
快速以太网
千兆以太网
以太网的地址
⏹48位二进制
⏹分为厂商号部分和序列号部分
⏹属于全球地址(GlobalAddress)
以太网的帧结构
以太网交换原理
⏹传统以太网络是10M的和共享带宽
⏹当一个网段上计算机增多时,冲突的几率增加,带宽利用率下降
⏹80年代出现缆段微化的概念
⏹在多个缆段之间加装网桥
⏹桥是有多块网卡的计算机,记录了MAC地址和桥端口的对应关系,当通讯在同一缆段上进行时,桥不转发数据。
当通讯在不同缆段上进行时,桥能转发数据。
桥和交换机
⏹桥和交换机的工作原理一样
⏹交换机是基于硬件转发,可以实现更高的端口密度和更快的转发速率。
共享式以太网
交换式以太网
交换机的三个功能
⏹交换机地址学习
⏹回路防止
⏹帧的转发/过滤
交换机地址学习
交换机地址学习1
交换机地址学习2
冲突域
⏹冲突域指的是会产生冲
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