搜索
1第七章计算机网络基础和Internet7.1计算机网络概述在信息化社会中，信息无所不在。网络作为信息传递的干线，已经成为信息社会的命脉和社会发展的基础，因此美国率先提出了国家信息基础结构（NII，NationalInformationInfrastructure）计划和全球信息基础结构（GII，GlobalInformationInfrastructure）计划。谈到基础建设，大家首先想到的是建路修桥，信息基础建设则是建造传输信息的高速公路——网络。7.1.1计算机网络的概念计算机网络技术则是计算机技术和通信技术结合发展的产物。反过来，网络技术又支持和促进了通信技术和计算机技术的发展，并最终可能导致三网合一：即电信网(打电话)、广播电视网(电视电话）、计算机网(internet)，统一归并为宽带综合业务数字网（B-ISDN，BroadbandIntegratedServicesDigitalNetwork）。在后面的叙述中，若没有特殊的说明，“网络”一词所指的都是计算机网络。计算机网络始于20世纪60年代，世界上最早的计算机网络是美国的ARPAnet，由美国国防部高级研究计划局于1968年主持研制，主要用于军事方面。什么是计算机网络呢？对计算机网络较为简单的定义是：一些互连的自治的计算机的集合。计算机网络系统是指将一群具有独立功能的计算机通过通讯设备及传输媒体被互联起来，在通讯软件的支持下，实现计算机间的资源共享、信息交换或协同工作的系统。计算机网络的基本概念要点:连入网络的计算机是独立自主的,是可以独立运行的系统。网络必须是互联的.物理上的、逻辑上的.要求遵守共同的协议.计算机网络的基本目的:资源共享.7.1.2计算机网络组成部分具体的讲，一个计算机网络应该具有以下几个主要的组成部分：物理组成如下：计算机系统。网络节点：负责网络中信息的发送、接收和转发，是计算机和网络接口。如局域网中的网卡通信链路：两个节点之间的通信信道，包括通信线路和相关设备。双绞线、同轴电缆、光纤、调制解调器、中继器（将数字信号放大)逻辑组成：★(1)一个通信子网。主要提供通讯功能，由通信链路和互连设备组成。★(2)资源子网。提供访问网络和处理数据的能力有主机、终端控制器、终端组成通信子网和资源子网7.1.2计算机网络的分类1)根据网络的覆盖范围划分局域网（LAN,LocalAreaNetwork）,其传输距离一般在几公里以内，覆盖范围通常是一层楼、一个房间或一座建筑物。城域网（MAN,MetropolitanAreaNetwork），其作用范围介于局域网和广域网之间，传输距离通常为几公里到几十公里，如覆盖一座城市。广域网（WAN,WideAreaNetwork）其传输距离通常为几十到几千公里,覆盖范围常常是一个国家或地区2)根据网络的使用范围划分公用网（PublicNetwork），是一种付费网络，属于经营性网络，由商家建造并维护，消费者付费使用。专用网（PrivateNetwork），是某个部门根据本系统的特殊业务需要而建造的网络，这种网络一般不对外提供服务。例如军队、电力等系统、银行的网络就属于专用网。3)按网络的拓扑结构分类计算机网络的拓扑结构是指网络中的通信线路和节点的几何结构。分类:总线型、星型、环型、树型、网型和混合网型。1）总线型优点：简单灵活、建网容易、使用方便、性能好、费用低、易扩展、网络可靠性较高缺点：传输效率低，逐渐被星型代替。2）星型结构星型结构由中央节点集线器与各个节点连接组成优点：传输性能较优，易于控制管理、易于网络扩展。缺点：费用较高、若中央节点发生故障，网络瘫痪。3)环型环型拓扑结构是一个环状结构,环型网络中的信息传送是单向的，即沿一个方向从一个结点传到另一个结点；每个结点需安装中继器，以接收、放大、发送信号。特点是结构简单，建网容易，便于管理、传输性能好。其缺点是当某台工作站发生故障，则网络停止工作。可靠性低、当结点过多时,将影响传输效率，不利于扩展。转发器4)树型：树型结构是一种分级结构。在树型结构的网络中，任意两个结点之间不产生回路，每条通路都支持双向传输。这种结构的特点是扩充方便、灵活，成本低，易推广，适合于分主次或分等级的层次型管理系统。缺点是网络可靠性较差。5）网型6）混合型在树型结构中加入多余的连接，使一个节点有多于一个的出口，这就构成了网状结构（如图所示），多余的出口可以增加网络的可靠性。(4)根据网络的传输介质划分有线网：双绞线、同轴电缆、光纤、电话线。2无线网：无线电波、红外线、卫星数据通信网。7.1.3计算机网络的功能资源共享又可以划分为硬件共享、软件共享和信息共享。易于进行分布处理通过不同地点的计算机共同完成一项任务.大型课题，分为许许多多的小题目，由不同的计算机分别完成，然后再集中起来，解决问题。提高系统的可靠性。数据通信是计算机网络的最基本功能之一，用于实现计算机之间的信息传送。分布式计算机系统7.1.4协议与网络体系结构在计算机网络中，网络协议与网络体系结构占有重要的地位，只有在了解网络协议和网络体系结构的基础上，才能对计算机网络有更深的认识。1、网络协议的定义是：为在网络中进行数据的交换而建立的规则、标准或约定。一个网络协议主要有以下三个要素组成：(1)??语法：即数据与控制信息的结构或格式(2)??语义：即需要发出哪种控制信息（内容），完成何种动作以及做出何种应答；。(3)??时序：是对事件实现顺序的详细说明。我们将计算机网络各层协议的集合，称为网络的体系结构。1977年国际标准化组织（ISO,InternationalStandardizationOrganization）成立了专门的组织，试图让所有的计算机都能互连，并提出了著名的开放系统互连参考模型（OSI,OpenSystemInterconnection）。2、网络体系结构OSI的七层模型如表所示。2.OSI参考模型的七层协议及其功能1)物理层(PhysicalLayer)①二进制在线路上的表示和传输二进制“位”信号，即传送比特流，数据单位是比特（Bit)。2)数据链路层(DataLinkLayer)数据链路层无差错地传送以帧为单位的数据，对比特流进行校验。3)网络层(NetworkLayer)网络层为分组交换网上的不同主机提供通信，数据传送的单位是分组或包4)传输层(TransportLayer)传输层负责主机中两个进程之间的通信，数据传输的单位是报文段。5）会话层（SessionLayer）会话层完成的主要功能如下：①允许用户在设备之间建立、维持和终止会话。②管理会话。③使用远程地址建立连接。6)表示层（PresentationLayer）表示层完成的主要功能有：①对数据编码格式进行转换。②数据压缩与恢复。③建立数据交换格式。④数据的安全与保密。⑤其他特殊服务。7)应用层（ApplicationLayer）应用层完成的主要功能如下：①作为用户应用程序与网络间的接口。②使用户的应用程序能够与网络进行交互式联系。(2)Internet体系结构p219Internet使用TCP/IP协议。TCP/IP是一组协议，是一个完整的体系结构，分为四层，成为国际标准。TCP/IP协议的层次结构和作用TCP／IP协议也采用了层次体系结构，所涉及的层次包括网络接口层、网际层、传输层和应用层。TCP/IP协议的层次结构和作用网络接口层TCP/IP协议对这一层描述得很少，一般网络接口层提供了TCP／IP协议与各种物理网络的接口2)网际层网络接口层只提供了简单的数据流传送服务，而在Intenet中网络与网络之间的数据传输主要依赖于网际层中的IP协议（InternetProtocol）。IP的功能包括如下3项：①管理Internet中的地址②路由选择功能③数据报的分片与重组TCP/IP协议的层次结构和作用3)传输层（TransportLayer）：面向连接的传输控制协议（TCP）面向无连接的用户数据报协议（UDP）4)应用层（ApplicationLayer）HTTP：超文本传输协议SMTP：电子邮件传输功能FTP：交互式文件传输功能TELNET：远程登录功能DNS：域名服务★7.2计算机网络基础知识7.2.1网络传输媒质简介传输媒质也称为传输介质或传输媒介。网络是靠传输媒质连接起来的，传输媒质承担着传递信号的作用。双绞线又称双扭线，特点：两条相互绝缘的铜导线绞合在一起。采用绞合的结构是为了减少对相邻导线的电磁干扰。（否则形成电容）3绞合次数越高，抵消干扰的功能就越强，制作成本也就越高。另外，根据双绞线外是否有屏蔽层又可以分为屏蔽双绞线（STP,ShieldedTwistedPair）和非屏蔽双绞线（UTP，UnshieldedTwistedPaired）。两者相比，STP性能更好一些，但价格稍贵。1、双绞线双绞线在每秒几兆比特传输速率时，传输距离可达到几公里。由于价格便宜，因此被广泛用在电话的用户线和局域网中。在局域网中常用四对双绞线，即四对绞合线封装在一根保护塑料软管里，如图7-4所示。2、同轴电缆同轴电缆有内导体铜芯、绝缘层、网状编织的外导体屏蔽层以及保护塑料外层组织，如图7-5所示。由于屏蔽层的作用，同轴电缆有较好的抗干扰能力。分类：粗缆(宽带同轴电缆）和细缆（基带通轴电缆）3、光纤光纤通常是由非常透明的石英玻璃拉成细丝做成的，其传播是利用全反射原理。分类：多模光纤(光源为发光二极管)和单模光纤(昂贵的激光器)p244单模光纤比多模光纤传播的距离要长4、无线传输无线传输通常使用微波，目前主要有两种形式：微波接力通信和卫星通信。(1)微波接力微波是沿直线传播的，收发双方必须直视，而地球表面是一个曲面，因此传播距离受到限制，一般只有50km左右。若采用100m高的天线塔，则传播距离可以增大到100km。为实现远距离传输，必须设立若干中继站。中继站把收到的信号放大后再发送到下一站，因此称为接力通信。因为工业和天气干扰的主要频谱成份比微波的频率低的多，所以微波受到的干扰比短波通信小得多，因而传输质量较高。另外微波有较高的带宽，通信容量很大。微波与通信电缆相比，投资小，可靠性高，但隐蔽性和保密性差。(2)卫星通信卫星通信的最大特点是：通信费用与通信距离无关。卫星使用微波传送信号，要双方传输必须至少有一个上行频率和一个下行频率，才能区分开发送的信号和接收的信号，而不至于混在一起。7.2.3网络设备简介网络的互联除传输媒质外还需要一些互连设备，这些设备除了包含物理层协议外，还可能包含数据链路层和网络层协议。下面列出了一些常用的网络设备。1、网络适配卡NIC网络适配卡简称网卡，外观如图7-8所示，一般插在机器内部的总线槽上，网线则接在网卡上。每个网卡上都有一个固定的全球唯一地址，又称网卡的物理地址。网卡包含着物理层协议和部分数据链路层协议。组建不同的网络，要选择不同的网卡，也就是选择线路的使用方式。在同一个局域网络中，必须使用工作方式相同的网卡，例如，一个以太网网卡是不能用在令牌环网中的。2、集线器集线器充当电子总线的作用，集线器只包含物理层协议，与中继器处于同一协议层次。一般端口数为8、12、16、32等。以太网交换机又称为SwitchHub，如图7-10所示。其外观与Hub相同，但是内部电子线路的工作原理不同，Hub仅具有充当电子总线的功能，而交换机则可以两两接通，例如A~B通信的同时，C~D也可以同时通信。3、以太网交换机图6-8以太网交换机路由器是把局域网连入广域网以及广域网主干网中的主要路由选择设备，外观如图7-11所示。路由器工作在网络层，并使用网络层地址（如IP地址等）。路由器可以通过调制解调器（Modem）与模拟线路相连，也可以通过通道服务单元/数据服务单元（CSU/DSU）与数字线路相连。4、路由器中继器：只起信号放大作用，当信号衰减到一定程度时必须进行放大，否则就会失真。中继器属物理层设备，用中继器连接起来的仍是一个网络。网桥：是广泛用于局域网互连的一种设备，一般在计算机上插多块网卡，安装上支持的软件来构成。属于数据链路