917493-大学计算机--计算思维的视角(第3版)-DaJiU06--计算机网络

《大学计算机—计算的思想和方法》（第3版），郝兴伟编著. 北京：高等教育出版社
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计算机网络的产生与发展
计算机网络则是指将分布在不同地理位置的计算机，通过通信线路连
结在一起形成的网络，其目的是实现计算机之间的通信和资源共享。
远程终端连接网络
20世纪60年代早期，计算机网络的形式是将分布在各处的终端（键盘和 显示器）与主机通过通信线路与主机相连，主机是网络的中心和控制者， 用户通过本地终端使用远程主机，网络只提供终端和主机之间的通信。 如：美国军方的半自动地面防空系统 SAGE
解封装（Deencapsulation）
封装后的数据帧经过通信线路进行传输，到到信宿，在信宿端，信 息从一层到七层经过一个和数据封装相反的过程，即解封装 （deencapsulation）
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数据封装与解封装(Cont.)
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数据封装与解封装
数据封装
在OSI参考模型中，信源方从应用程序产生数据（第七层、六层和五 层），经过传输层，传输层的协议将上层数据分割成数据段 （Segment）；数据段到达网络层，网络层协议在数据段上封装上 逻辑地址（如：IP地址），变成数据包（Packet），逻辑地址用于 网络寻址（路由）；然后传给下层，即数据链路层，数据链路层将 物理地址（MAC地址）添加到数据包中，形成数据帧（Frame）， 数据帧在网络中传输，计算机根据数据帧的目的MAC地址决定是否 接收数据。
图示
7 应用层 6 表示层 5 会话层 4 传输层 3 网络层 2 数据链路层 1 物理层 信源
数据流
产生
数据 数
数
据
据
封 数据段 … 数据段 数据段 解
封
装
源 IP 地址 目的IP 地址
数据段 数据包 装
源 MAC 地址 目的MAC 地址
数据包
数据帧
01000001…0001100 传输媒体
7 应用层 6 表示层 5 会话层 4 传输层 3 网络层 2 数据链路层 1 物理层
1978年，发布开放系统互 联参考模型 （Open System Interconnection/Referen ce Model）
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OSI参考模型
应用层（Application Layer）
提供用户应用软件和网络之间的接口服务，这些应用软件通常具有网络通信功能
数据段 数…据…流 数据段
源IP地址 目的IP地址
数据段
源Mac数地址据包数据包
目的Mac地址
11101数01据010帧1110….
数据段 数据包 数据帧 比特流
7. 应用层 6. 表示层 5. 会话层 4. 传输层 3. 网络层 2. 数据链路层 1. 物理层
会表传网数物应话示输络据理用层层层链层在提在负路用位应供主责层于于用数机在接定O程据S应网收义I序编模用络来网之码型程之自络间的序间于设建格最之查网备立式高间找络物、化层定路层理维和，义由的接持数提端，数口和据供到即据的终转直端根包电止换接的据，子会服支连数并的话务持接据且、。。用。包把机也同户包的信械就时网括逻息的是，络四辑打、在表应种地包过数示用基址成程据层程本将数的真还序服数据和正具的务据帧功进有服：包，能行数务将从然的传据，上一后技送压如层个下术之缩：数网传规前与电据络给范。 《子 数 进 分 发 物 控 物大邮据行段送理制理学件加协，到层信层计密商建另进息的(算S机功并立一行等基MT—能建端个传，本P计)。立到网输确功、算的好端络。保能We思连操。数帧就b访想接作据的是和问。，链可传方(法即发路靠输HT》定送层传数T（P义数还输据)第、3连据将。，版文接段在不）件，的，数同传郝请保据的输兴求证包传伟(和数中输F编T著结据增媒P). 束的加体、北京可控采远﹑：靠制用程传高性信不登送等教。息同录和育，的（接出如 信T收版E帧号L状社N类编E态T型码的）、。设等寻定。址等及动错作误。12
信宿
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数据封装过程演示
7. 应用层 6. 表示层 5. 会话层 4. 传输层 3. 网络层 2. 数据链路层 1. 物理层
数据流
（Da数ta据S流tream) （Da数ta据S流tream) （Data Stream)
OSI参考模型， 网络协议，
6.4 网络与信息安全
TCP/IP网络模型， IP地址，
6.5 互联网社会效应
网卡， 中继器，
网桥，交换机，
路由器，
网络地址转换（NAT），
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U6.1 计算机网络技术
计算机网络的产生与发展 计算机网络的功能和分类 开放系统互联与OSI参考模型 网络协议的智慧 TCP/IP网络模型 网络设备及其功能
城域网采用宽带局域网技术，以IP和ATM电信技术为基础 要目的就是建立一个通信网络 城域网一般分为骨干层、汇聚层和接入层
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开放系统互联与OSI参考模型
OSI参考模型的提出
1977年，国际标准化组织 ISO提出了不基于具体机 型、操作系统或公司的网 络体系结构，以保证不同 厂商生产的计算机、网络 设备之间能够相互通信。
计算机之间的互联
20世纪60年代中期，实现了多个主机之间的互联和计算机之间的通信， 出现了现代意义上的计算机网络。
计算机网络互联
1981年国际标准化组织（ISO）制订了开放系统互联（OSI）参考模型， 实现了不同厂家生产的计算机之间的互连。
TCP/IP的研制成功，各种异构网络之间的互联技术被攻破，这也导致了 Internet的产生和发展。
了解目前计算机学科的发展前沿，体会学科交叉在
科研中的价值和意义
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第6章 计算机网络
知识要点
网络，
计算机网络，
6.1 计算机网络技术 6.2 互联网
局域网（LAN）， 广域网（WAN）， 城域网（MAN），
6.3 网络服务
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计算机网络的分类
局域网（Local Area Network，LAN）
指地理分布范围较小的计算机网络，一般用于短距离内的计算机通信。 采用直接架线或部署无线，而不需要通过电信部门的通信服务 按照网络标准和连线方式不同，局域网分为以太网、令牌环网络和FDDI网
络等
广域网（Wide Area Network，WAN）
对为数众多的低层协议的支持 TCP/IP将底层的细节给隐藏了，从而实现了不同网络之间的通信，这就注定了
TCP/IP的成功。
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TCP/IP模型
TCP/IP模型将网络分成四层
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IP地址
网间网 IP地址
网络 1
网络 3
IP地址的格式为：
G1
网络标识.主机标识
网络 2 G2
网络 5 G3
网络 4
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IPv4
IP地址的表示
A类 B类 C类
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数据链路层（Data Link Layer）
将网络层的数据包封装成数据帧（Frame）
物理层（Physical Layer）
提供计算机及网络设备物理接口的机械、电气、功能和过程特性 数据帧对应的比特流被转换成媒体可传输的电、光等信号，并在媒体中传输
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在一个更大的地理范围内建立的计算机通信网，广域网通常使用电信运营商 提供的设备和通信线路作为信息传输平台
用户可以借助Modem，通过PSTN公用交换电话网和其他的计算机或网络 进行连接
城域网（Metropolitan Area Network，MAN）
界于局域网与广域网之间，在地域上覆盖一个城市，用来将分布在城市各地 的计算机系统或网络连接起来的计算机通信网。
数据封装与解封装演示
动画演示
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网络协议的智慧
网络协议（Protocol）
网络协议是为计算机网络中进行数据交换而建立的规则、标准或约定的集合
网络协议是一种特定的数据格式
举例：中国大陆的居民身份证号码编码规则
协议是运行在各种网络设备上的程序或协议组件
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计算机网络的功能
计算机网络通信
资源共享
硬件共享，如:网络打印机 软件共享 数据共享
网络基础设施
分布式计算、网格、云计算 Web应用（B/S模式）
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职位，组织学生展开了一系列的有关新协议的专题讨论，一次次的“头脑风 暴”，最终完成了传输控制协议（Transport Control Protocol，TCP）的初步设 计工作，TCP对NCP进行了改进。
1974年12月，文顿·瑟夫和同事共同发表了第一份TCP协议的详细说明 经过大量的实验，逐渐认识到应该将TCP和IP分开，建立两个协议 1975年，两个网络之间的TCP/IP通信在斯坦福和伦敦大学之间进行了测试 1977年11月，三个网络之间的TCP/IP测试在美国、英国和挪威之间进行 TCP/IP取得了成功
应用软件 服务组件 协议组件
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TCP/IP协议的研发
1970年，克罗克及其小组着手制定最初的主机对主机通信协议，它被称为“网
络控制协议”（Network Control Protocol，NCP）
1972年， NCP协议的开发者文顿·瑟夫获得斯坦福大学电脑科学与电子工程助教
了解计算发展的基本过程，理解发展中的主要发明 掌握问题求解的一般思想和方法，理解常用的问题 求解算法。 理解数据的概念，理解数据结构的含义和作用
第5章 计算机程序 第6章 计算机网络
理解计算机程序、计算机程序设计语言的概念，理 解程序编写和程序运行的基本内涵
第7章 计算科学前沿
理解通信和计算机网路的思想，了解常用的网络设 备及其功能，理解主要的互联网应用
表示层（Presentation Layer）
由于网络环境的异构性，不同的硬件和软件平台所表示的数据格式不同。表示层提供通用的数据 格式，以便在不同系统的数据格式之间进行转换，保证通信双方数据的可识别。
会话层（Session Layer）
为通信双方提供建立、维护和结束会话连接的功能，包括访问验证和会话管理等通信机制。
传输层（Transport Layer）
将上层生成的数据分段（Segment），负责数据的可靠传输和流量控制。
网络层（Network Layer）
将传输层生成的数据分段封装（Encapsulate）成数据包（Packet），包中封装有网络层报头， 其中含有源站点和目的站点的网络逻辑地址。
根据数据包的目标网络地址，实现网络间的路由（路径选择），将数据从一个网络传送到另一个 网络，直到目标网络。
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IP地址的分类
A，B，C类网络属性表
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广播地址和私有地址
广播，就是当一个数据包中的接收方的IP地址为广播地址时，
将有多于一台的主机接收到相同的数据包。
直接广播（Direct broadcast）是针对某个指定网络的广播，直接广 播地值是一个有效的网络地址，以及主机位全为“1”的地址。
大学计算机--计算的思想和方法
课程简介
课程定位
核心通识课， 计算机基础教学公共核心基础课程
第1章 绪论
授课对象
非计算机专业本科生
第2章 计算与计算机
教学目标
深入理解计算科学在科学研究和知识创新中的地位
Байду номын сангаас
第3章 问题求解与算法
和作用。 全面培养个人的信息素养和计算思维能力。
第4章 数据与数据结构