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1、第六章计算机网络本章的重点是介绍计算机网络基础知识。6.1计算机网络基础知识6.1.1计算机网络的定义按照资源共享的观点，计算机网络是以各种通信设备和传输介质将处于不同位置的多立的计算机连接起来，并在相应网络软件的管理下实现多台计算机之间信息传递和资源共享的系统。可以从以下几个方面理解这个定义：1)至少两台计算机才能构成网络，它们可以是在一间办公室内，也可能分布在地球的不同半球上。另外，这些计算机是独立的，也就是说，脱离网络它们也能作为单机正常工作。2)这些计算机之间要用一些媒介连接起来，这些媒介用术语讲叫通信设备和传输介质。在进一步学前，可先回想一下你在打电话的情景：家中的电话通过电话线连接
2、到电信局的电话交换机上面，再从交换机呼叫你要拨打的电话，当对方拿起电话后，线路就接通，这时，通话双方是由电话线和电话交换机连接的。3)要有相应的软件进行管理。硬件的工作总是在软件的控制下完成的，有了前面两点所说的硬件，当然还得有相应的软件才行。4)连网后这些计算机就可以共享资源和互相通信了。例如网络中的许多计算机共用一台打印机等。6.1.2计算机网络的功能与应用关于计算机网络的功能，目前有多种提法，其实都可总结为一点：计算机网络通过计算机之间的互相通信实现了网络资源共享。资源共享包括以下几点：1)硬件资源共享。通过网络共享硬件设备，可以减少预算、节约开支。2)软件资源共享。3)数据与信息资源共
3、享。计算机网络的资源共享，一方面它减少不必要的重复投资，节约了大量的资金，另一方面为信息的传输提供了一个全新途径。6.1.3计算机网络的构成计算机网络主要由多个计算机及通信设备构成，下面介绍其物理设备。1.各种类型的计算机采用适当技术，可将各种类型的计算机连接在同一个网络上。这些机器可以是巨型机，也可以是微型机，既可以是PC机，也可以是苹果机。不同的机器在网络中承担着不同的任务。网络中的某些计算机被称为服务器，是网络的核心。服务器上运行的一般是多用户多任务操作系统，如UNIX、NetWare、WindowsNT等。服务器的主要任务是为网络上的其它机器提供服务。与服务器相对应，其它的网络计算机被
4、称作网络工作站，简称工作站，一些场合下也许被称为客户机(相对于服务的提供者服务器)。2.网络适配器网络适配器俗称网卡，它提供通信网络与计算机相连的接口。3.网络传输介质计算机网络传输介质有双绞线、同轴电缆、光导纤维及无线通信等。4.共享的外部设备指连接在网络中的一台计算机(一般为服务器)上的供整个网络使用的外部硬件设备，如打印机、绘图仪等。5.局部网络通信设备网卡和传输介质将多台计算机连接起来后，通常网络中还需要用到其它一些专用的通信设备。6.网络互联设备将电话线与计算机连接的调制解调器，将光纤与计算机连接的光调制解调器等，都属于网络互联设备。7.网络软件网络软件在网络环境下管理网络内的各种软
5、件资源。6.1.4计算机网络的拓扑结构网络中各台计算机连接的形式和方法称为网络的拓扑结构，主要有如下几种1)总线型拓扑结构。总线型拓扑通过一根传输线路将网络中所有结点连接起来，这根线路称为总线。网络中各结点都通过总线进行通信，在同一时刻只能允许一对结点占用总线通信。总线型拓扑简单，易实现，易维护，易扩充，但故障检测比较困难。2)星型拓扑结构。星型拓扑中各结点都与中心结点连接，呈辐射状排列在中心结点周围。网络中任意两个结点的通信都要通过中心结点转接。单个结点的故障不会影响到网络的其它部分，但中心结点的故障会导致整个网络的瘫痪。3)环型拓扑结构。环型拓扑中各结点首尾相连形成一个闭合的环，环中的数据
6、沿着一个方向绕环逐站传输。环型拓扑的抗故障性能好，但网络中的任意一个结点或一条传输介质出现故障都将导致整个网络的故障。4)树型拓扑结构。树型拓扑由总线型拓扑演变而来，其结构图看上去象一棵倒挂的树。树最上端的结点叫根结点，一个结点发送信息时，根结点接收该信息并向全树广播。树型拓扑易于扩展与故障隔离，但对根结点依赖性太大。6.1.5计算机网络的分类计算机网络种类繁多，按照不同的分类标准，可以有多种分类方法。例如：按网络拓扑结构，可分为环型网、星型网、总线型网、树型网等；按通信介质，可分为双绞线网、同轴电缆网、光纤网和无线卫星网等；按信号频带占用方式，可分为基带网和宽带网；按网络规模和覆盖范围可分为
7、局域网和广域网等。按照网络的规模及覆盖范围，可将网络分为局域网和广域网。局域网(LocalAreaNetwork，LAN)网络规模比较小，其覆盖范围一般在方圆一公里内。如一间办公室，一栋办公楼内的网络等。广域网(WideAreaNetwork，WAN)的覆盖范围很大，一般从几公里到几千公里，可能在一个城市、一个国家，也可能分布在全球范围。局域网一般都用专用的网络传输介质来连接而成，如同轴电缆、双绞线等。广域网以往通常是借用传统的公共通信网如电话网、电报网来实现。按网络规模和覆盖范围把网络分为局域网和广域网是一种常用的分类方法。此外，根据网络所采用的通信技术对网络进行分类也是一种很重要的方法。从
8、通信技术的角度来说，通信信道可分为两类：广播信道、点对点信道。在广播通信信道中，多个结点共享一个通信信道，结点以广播的形式发布信息，一个结点发出的信息被其它所有结点接收。在点对点信道中，每条通信信道连结一对结点，任意的两个结点间要么有直接相连的信道，要么通过其它结点转发来相互传输信息。根据计算机网络采用的通信技术可将网络分为广播式网络和点对点式网络。广播式网络中的所有计算机共享一个公共通信信道。当网络中的一台计算机向另一台计算机发送信息时，发送的信息中含有目的地址和源地址，这一信息被广播到网络中的每一台计算机。网络中的每台计算机接收信息后检查信息中包含的目的地址，若目的地址为本机地址则接收该信
9、息，否则丢弃该信息。点对点式网络。在点对点式网络中，每条物理线路连接一对计算机。一台计算机向另一台计算机发送信息时，如果两台计算机之间没有直接的物理线路连接，信息就要通过一些中间计算机的接收、存储、转发，直至最终到达目的计算机。6.1.6网络体系结构与网络协议1.网络体系结构的基本概念一个功能完善的计算机网络是一个复杂的结构，网络上的多个结点间不断地交换着数据信息和控制信息，在交换信息时，网络中的每个结点都必须遵守一些事先约定好的共同的规则。为网络数据交换而制定的规则、约定和标准统称为网络协议(Protocol)。一个完善的网络需要一系列网络协议构成一套完备的网络协议集。大多数网络在设计时是将
10、网络划分为若干个相互联系而又各自独立的层次，然后针对每个层次及层次间的关系制定相应的协议。这样可以减少协议设计的复杂性。像这样的计算机网络层次结构模型及各层协议的集合称为计算机网络体系结构(NetworkArchitecture)。在理解网络的体系结构时，应充分注意到网络协议的层次机制及其合理性和有效性。层次结构中每一层都是建立在前一层基础上的，底层为高层提供服务，上一层在实现本层功能时会充分利用下一层提供的服务。但各层之间是相对独立的，高层无需知道底层是如何实现的，仅需知道低层通过层间接口所提供的服务即可。当任何一层因技术进步发生变化时，只要接口保持不变，其它各层都不会受到影响。当某层提供的
11、服务不再需要时，甚至可以将这一层取消。网络技术的发展过程中曾出现过多种网络体系结构。信息技术的发展在客观上提出了网络体系结构标准化的需求，在此背景下产生了国际标准化组织(ISO)的开放系统互联(OSI)参考模型。2.ISO/OSI参考模型国际标准化组织于1981年提出了一个网络体系结构的开放系统互联参考模型。这里的“开放”指世界上任何两个地方的任意两个系统只要同时遵循OSI标准，这两个系统就可以进行通信。OSI采用了三级抽象，即体系结构、服务定义和协议规格说明。体系结构部分定义OSI的层次结构、各层关系及各层可能的服务；服务定义部分详细说明了各层所提供的功能；协议规格部分的各种协议精确定义了每
12、一层在通信中发送控制信息及解释信息的过程。OSI将网络划分为七个层次。1)物理层(Physicallayer)物理层是OSI的最底层，主要功能是利用物理传输介质为数据链路层提供连接，以透明地传输比特流。2)数据链路层(Datalinklayer)数据链路层在通信的实体间建立数据链路连接，传送以帧为单位的数据，并采用相应方法使有差错的物理线路变成无差错的数据链路。3)网络层(Networklayer)网络层的功能是进行路由选择，阻塞控制与网络互联等。4)传输层(Transportlayer)传输层的功能是向用户提供可靠的端到端服务，透明地传送报文，是关键的一层。5)会话层(Sessionlaye
13、r)会话层的功能是组织两个会话进程间的通信，并管理数据的交换。6)表示层(Presentationlayer)表示层主要用于处理两个通信系统中交换信息的表示方式，它包括数据格式变换、数据加密、数据压缩与恢复等功能。7)应用层(Applicationlayer)应用层是OSI参考模型中的最高层，应用层确定进程之间通信的性质，以满足用户的需要，它在提供应用进程所需要的信息交换和远程操作的同时，还要作为应用进程的用户代理，来完成一些为进行信息交换所必须的功能。3.TCP/IP(TransmissionControlProtocol/InternetProtocol)参考模型TCP/IP协议是一个协议
14、集，其中最重要的是TCP协议与IP协议，因此通常将这诸多协议统称为TCP/IP协议集，或干脆叫TCP/IP协议。TCP/IP参考模型也是一个开放模型，能很好地适应世界范围内数据通信的需要，它具有如下四个特点：开放的协议标准，可以免费使用，并且独立于特定的计算机硬件与操作系统。独立于特定的网络硬件，可以运行在局域网、广域网中，更适用于网络互联。统一的网络地址分配方案，使得网络中的每台主机在网中都具有唯一的地址。标准化的高层协议，可以提供多种可靠的用户服务。TCP/IP参考模型有四个层次。其中应用层与OSI中的应用层对应，传输层与OSI中的传输层对应，网络层与OSI中的网络层对应，物理链路层与OS
15、I中的物理层和数据链路层对应。TCP/IP中没有OSI中的表示层和会话层。1)应用层(Applicationlayer)应用层是TCP/IP参考模型的最高层，它向用户提供一些常用应用程序，如电子邮件等。应用层包括了所有的高层协议，并且总是不断有新的协议加入。应用层协议主要有：网络终端协议TELNET，用于实现互联网中的远程登录功能；文件传输协议FTP，用于实现互联网中交互式文件传输功能；简单电子邮件协议SMTP，实现互联网中电子邮件发送功能；域名服务DNS，用于实现网络设备名字到IP地址映射的网络服务；网络文件系统NFS，用于网络中不同主机间的文件系统共享。2)传输层(Transportlayer)也叫TCP层，主要功能是负责应用进程之间的端端通信。传输层定义了两种协议：传输控制协议TCP与用户数据报协议UDP。TCP协议是一种可靠的面向连接的协议，主要功能是保证信息无差错地传输到目的主机。UDP协议是一种不可靠的无连接协议，它与TCP协议不同的是它不进行分组顺序的检查和差错控制，而是把这些工作交给上一级应用层完成。3)网络层(Internetlayer)也叫IP层，负责处理互联网中计算机之间的通信，向传输层提供统一的
