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1、1 计算机网络概述2 计算机局域网基础3 Internet基础武汉科技大学计算机科学与技术学院 计算机网络基础随着计算机技术和通信技术的不断发展，计算机网络经随着计算机技术和通信技术的不断发展，计算机网络经历了从简单到复杂的发展过程，这一过程大致分为历了从简单到复杂的发展过程，这一过程大致分为4个阶个阶段段,亦称为亦称为4代。代。1) 面向终端的第一代计算机网络面向终端的第一代计算机网络2) 以分组交换网为中心的第二代计算机网络以分组交换网为中心的第二代计算机网络3) 体系结构标准化的第三代计算机网络体系结构标准化的第三代计算机网络4) 以网络互连为核心的第四代计算机网络以网络互连为核心的第四
2、代计算机网络凡将地理位置不同，具有独立功能的多个计算机系统通过通信设备和线路连接起来，以功能完善的网络软件（即网络的通信协议、信息交换方式及网络操作系统等）实现网络中计算机之间的数据通信和资源共享的系统，称之为计算机网络。资源子网（计算机系统）通信子网（数据通信系统）硬件计算机网络的通信协议网络操作系统软件资源共资源共享功能享功能均衡负均衡负载及分载及分布处理布处理功能功能信息快信息快速传递速传递和集中和集中处理功处理功能能综合信综合信息服务息服务功能功能提高系提高系统的性统的性能价格能价格比，维比，维护方便，护方便，扩展灵扩展灵活活1. 网络硬件（1）服务器计算机网络的核心负责网络资源管理和
3、用户服务，并使网上的各工作站能共享软件资源和昂贵的外设（2）工作站网络上的个人计算机通过网络接口卡和通信电缆连接到服务器上1. 网络硬件（3）网络接口卡简称网卡，又称为网络接口适配器是计算机与通信介质的接口，是构成网络的基本部件主要功能是实现网络数据格式与计算机数据格式的转换、网络数据的接收与发送等。每块网卡都有一个唯一的网络节点地址，它是网卡生产厂家在生产时写入ROM中的，我们把它叫做MAC地址（物理地址），且保证绝对不会重复。1. 网络硬件（4）通信介质双绞线双绞线点到点的通信距离一般不能超出100 m双绞线电缆的连接器一般为RJ-451. 网络硬件（4）通信介质同轴电缆光缆玻璃封套塑料外
4、套玻璃内芯铜芯塑料绝缘层外导体屏蔽层塑料保护套中继器由于信号在传输过程中会衰减，而衰减的信号可能会被接收方错误理解。中继器可以再生信号并将其发送给网络的其余部分。适用于完全相同的两类网络的互连，主要功能是通过对数据信号的重新发送或者转发，来扩大网络传输的距离。Figure 5-9 Repeater集线器集线器集线器就是一种多端口的中继器。“Hub”是“中心”的意思，集线器的主要功能是对接收到的信号进行再生整形放大，以扩大网络的传输距离，同时把所有节点集中在以它为中心的节点上。集线器一般4、8、16不等数量的RJ45接口。网桥网桥网桥将两个相似的网络连接起来，并对网络数据的流通进行管理。它工作于
5、数据链路层，不但能扩展网络的距离或范围，而且可提高网络的性能、可靠性和安全性。可利用网桥隔离信息，将同一个网络号划分成多个网段隔离出安全网段，防止其他网段内的用户非法访问。由于网络的分段，各网段相对独立（属于同一个网络号），一个网段的故障不会影响到另一个网段的运行。LAN1LAN2LAN3交换机交换机交换机是一种用于电信号转发的网络设备。它可以为接入交换机的任意两个网络节点提供独享的电信号通路。交换机的基本功能： 1 像集线器一样，交换机提供了大量可供线缆连接的端口，这样可以采用星型拓扑布线。 2 像中继器、集线器和网桥那样，当它转发帧时，交换机会重新产生一个不失真的方形电信号。 3 像网桥那
6、样，交换机在每个端口上都使用相同的转发或过滤逻辑。 4 像网桥那样，交换机将局域网分为多个冲突域，每个冲突域都是有独立的宽带，因此大大提高了局域网的带宽。 5 除了具有网桥、集线器和中继器的功能以外，交换机还提供了更先进的功能，如虚拟局域网（VLAN）和更高的性能。路由器路由器（Router）是连接因特网中各局域网、广域网的设备，它会根据信道的情况自动选择和设定路由，以最佳路径，按前后顺序发送信号的设备。运行在OSI模型的第3层。网关又称网间连接器、协议转换器。网关在网络层上以实现网络互连，是最复杂的网络互连设备，在使用不同的通信协议、数据格式或语言，甚至体系结构完全不同的两种系统之间，网关是
7、一个翻译器。说明：由于历史的原因，许多有关TCP/IP的文献曾经把网络层使用的路由器称为网关，在今天很多局域网采用都是路由来接入网络，因此通常指的网关就是路由器的IP。2. 网络软件（1） 网络操作系统网络操作系统是运行在网络硬件基础之上的，为网络用户提供共享资源管理服务、基本通信服务、网络系统安全服务及其他网络服务的软件系统。网络操作系统是网络的核心，而其他应用软件系统需要网络操作系统的支持才能运行。（2） 网络协议软件网络协议是在计算机网络中两个或两个以上计算机之间进行信息交换的规则，它包括一套完整的语句和语法规则。比较流行的协议有IPX/SPX、TCP/IP等网络的拓扑（Topology
8、）结构是指网络中通信线路和站点（计算机或设备）的相互连接的方法和几何形式。常用的拓扑结构星形总线形环形树形1星形拓扑结构优点：可靠性高方便服务故障诊断容易缺点：安装费用高扩展困难对中央节点的依赖性强2总线形拓扑结构优点：布线容易、电缆用量小可靠性高易于扩充易于安装缺点：故障诊断困难故障隔离困难中继器配置通信介质或中间某一接口点出现故障，整个网络随即瘫痪终端必须是智能的3环形拓扑结构电缆长度短适用于光纤无差错传输优点：可靠性差故障诊断困难调整网络比较困难缺点：4树形拓扑结构武汉科技大学计算机科学与技术学院优点：缺点：结构比较简单，成本低网络中任意两个节点之间不产生回路，每个链路都支持双向传输网络
9、中节点扩充方便灵活，寻找链路路径比较方便任何一个故障都会影响整个系统对根的依赖性太大按照网络的规模及覆盖范围来分局域网LAN城域网MAN广域网WAN从通信技术的角度来分广播型网络点到点型网络从网络的交换方式来分电路交换网报文交换网分组交换网按照网络的服务对象来分公用网专用网在计算机网络中为了实现并规范不同计算机之间的通信所定义的一组层次和协议称为网络体系结构。1. 分层体系结构的概念把一个本来非常复杂的网络通信问题划分成若干个彼此功能相关的模块来处理，各个模块之间呈现明显的层次结构，这就是所谓的“分层体系结构”。1. 分层体系结构的概念网络的分层体系结构层次模型，包含两个方面的内容：将网络功能
10、分解为许多层次，在每一个功能层次中，通信双方共同遵守许多约定和规程，这些约定和规程称为协议。层次之间逐层过渡，上一层向下一层提出服务要求，下一层完成上一层提出的要求。两个相邻层次之间完成的过渡条件称为接口协议（简称接口）2. 网络通信的分层模式公用载波线路DDBACABC数据链路控制层数据链路控制层编址、选路由、报文分组层编址、选路由、报文分组层对话管理层对话管理层应用管理层应用管理层实体1实体2在层次划分之后，在每一层次都要规定一些大家共同遵守的层次协议，这些层次协议只对所属层次的操作有约束力。2. 网络通信的分层模式网络分层的优点：(1)各层之间是独立的(2)灵活性好(3)结构上可分割开(
11、4)易于实现和维护(5)能促进标准化工作3. OSI参考模型为了使不同体系结构的计算机都能互联，国际标准化组织ISO于1981年颁布了著名的“开放系统互连基本参考模型” （OSI/RM），简称为“OSI七层模型”。(1)物理层最低层提供网络的物理连接如双绞线、同轴电缆、接线设备（如网卡等）、RJ-45接口、串口和并口等(2)数据链路层建立在物理传输能力的基础上，以帧为单位传输数据进行数据封装和数据链接的建立集线器和低档的交换机，Modem等(3)网络层它解决的是网络与网络之间，即网际的通信问题主要是提供路由，即选择到达目标主机的最佳路径，并沿该路径传送数据包。还能够消除网络拥挤，具有流量控制和
12、拥挤控制的能力。路由器就工作在这个层次上(4)传输层解决的是数据在网络之间的传输质量问题用于提高网络层服务质量，提供可靠的端到端的数据传输这一层主要涉及的是网络传输协议，它提供的是一套网络数据传输标准，如TCP协议(5)会话层会话可能是一个用户通过网络登录到一个主机，或一个正在建立的用于传输文件的会话功能主要有：会话连接到传输连接的映射、数据传送、会话连接的恢复和释放、会话管理、令牌管理和活动管理(6)表示层用于数据管理的表示方式，如用于文本文件的ASCII和EBCDIC功能主要有：数据词法转换、语法表示、表示连接管理、数据加密和数据压缩(7)应用层最高层包含用户应用程序执行通信任务所需要的协
13、议和功能如电子邮件和文件传输等，在这一层中TCP/IP协议中的FTP、SMTP、POP等协议得到了充分应用4. TCP/IP体系结构与OSI的7层体系结构不同的是，TCP/IP采用4层体系结构，从上到下依次是应用层、传输层、网际层和网络接口层。4. TCP/IP体系结构TCP/IP协议集中有100多个网络协议，其中最主要的是传输控制协议（Transmission Control Protocol，TCP）和网际协议（Internet Protocol，IP）通俗而言：TCP负责发现传输的问题，一有问题就发出信号，要求重新传输，直到所有数据安全正确地传输到目的地。IP协议为IP数据报（数据传输的
14、基本单位）在Internet上的发送、传输和接收制定了详细的规则。1. 数据传输速率描述数据传输系统的主要技术指标之一。数据传输速率在数值上等于每秒传输二进制位数（bit，比特），单位为bps2. 带宽与数据传输速率在现代网络技术中，人们总是以“带宽”来表示信道的数据传输速率3. 误码率衡量数据在规定时间内数据传输精确性的指标1. 局域网的特点（1）共享传输信道。（2）范围有限。局域网的覆盖范围一般在几公里范围内。（3）传输速度高。目前常用的是100Mbps。（4）工作可靠，误码率低2. 局域网的拓扑结构局域网中常用的网络拓扑结构是：星型、环型和总线型。交换技术的发展使得星型拓扑结构在局域网中
15、被广泛采用。3. 局域网的体系结构目前最常用的局域网标准有两个：IEEE 802.3（以太网）和IEEE 802.11（无线局域网）4. 载波侦听多路访问/冲突检测协议一种介质访问控制技术，也就是计算机访问网络的控制方式。介质访问控制技术是局域网最重要的一项基本技术，也是网络设计和组成的最根本问题包括两个方面的内容：一是要确定网络的每个节点能够将信息发送到介质上去的特定时刻；二是如何对公用传输介质进行访问，并加以利用和控制。1. 以太网采用IEEE 802.3标准组建的局域网就是以太网（Ethernet），它是有线局域网，是目前组建局域网技术最成熟、应用范围最广泛的一种局域网技术。2. 无线局
16、域网采用IEEE 802.11标准组建的局域网就是无线局域网（Wireless LAN，WLAN）目前无线局域网还不能完全脱离有线网络，它只是有线网络的扩展和补充。Internet是目前世界上覆盖面最广、最成功的国际计算机网络。若把世界各地已建成的局域网（LAN）、城域网（MAN）和广域网（WAN）看作物理网络，Internet则是把物理上的网络按照层次关系连接在一起而形成的逻辑网络。1997年，我国正式确定中文名称为“因特网”。1. Internet概况1969年，第一个远程分组交换网ARPANET正式问世。在1984年，ARPANET分解成两个网络。一个仍称为ARPANET，是民用科研网。另一个是军用计算机网络MILNET。NSFNET接管了ARPANET，将网络改名为Internet。1996年美国率先发起下一代高速互联网及其关键技术的研究，其中有代表性的是Internet2计划Internet2联盟正在筹建一个最高传输速度达100Gbps的新网络2. Internet在中国19871993年是Internet在中国的起步阶段。从1994年开始至今，Internet在我国进入飞速
