网络基础

第十五讲网络基础什么是计算机网络什么是局域网城域网和广域网网络中的信号传输网络的拓扑结构网络的传输介质网络模型网络中的连接设备网络基础什么是计算机网络？计算机网络就是相互连接的独立的计算机的集合，是计算机技术和通信技术广泛应用和高度发展的产物。计算机网络是指将地理上分散的、具有独立功能的多个计算机系统通过现代通信设备和通信手段连接在一起，并以功能完善的网络软件实现网络资源公享的系统。一般来说，网络系统主要由计算平台、网络软件、物理拓扑结构、应用软件、网络互联设备以及网络的连接方式等组成。网络具有从一个节点（这里的节点指传输信息的设备）向另一节点传输信息的功能，实现信息共享是建立网络的主要目的。通过网络我们可以共享计算机文件和磁盘空间、共享高性能的打印机、访问公用的传真机、访问公用的调制解调器以及达到对Internet网的多种访问，从而使得用户可方便地访问本地资源和远程资源。网络的组成网络要素任一个网络都存在以下三个要素：⑴至少有两个具有共享需求的实体，共享部分即为网络服务。⑵用某种方式或媒介能使其相互连接，与他人联系的通路即为传输媒介。⑶根据需求制定某些规则（协议）以完成实体间的通信，通信规则即为协议。什么是局域网？局域网（LAN)（LocalAreaNetwork）技术的出现，扩展了个人计算机的能力，局域网是将小区域内计算机及各种通信设备互连在一起的通信网络，属于一个企业或单位自行组建的网络。数据传输率：10Mbps、100Mbps、1Gbps传输距离为：0.1-25KM(与局域网的实现技术有关）决定局域网特性的技术主要有：1.网络的传输介质。2.网络的拓扑结构。3.网络的介质访问控制。局域网可完成的主要工作1.共享文件和数据在局域网中，可选择一台特殊的计算机保存共享信息，既可以使其他计算机利用网络访问这台计算机的信息，同时也便于对信息的集中管理和控制，通常我们把这种计算机称为服务器（Server)。作为服务器的计算机通常要运行网络操作系统和特殊的应用软件，用户可以共享存放在文件服务器上的文件，这样有助于用户之间对文件的更新保持一致性，同时，利用文件服务器，还可以直接在计算机之间进行文件拷贝。局域网可完成的主要工作2.共享硬件资源没有连网的计算机不能有效地共享资源。例如，在单机环境里，只有与打印机直接相连的计算机才能进行打印工作；其他用户的计算机不能直接进行打印操作。就是说，在单机环境里，要实现每台计算机都能进行打印操作的话，必须给每台计算机都配置一台打印机。计算机连网后，可以使多个用户共享一台打印机、调制解调器、扫描仪、硬盘、CD-ROM、磁带备份设备以及可以与其他计算机连接的其他外部设备。局域网可完成的主要工作3.共享软件资源软件资源可以通过网络得到更加有效的应用。在单机环境里，每台计算机必须分别安装各自所需的软件。如果计算机数目较多，会大大增加软件的费用。通过网络，可以集中安装和配置软件，从而极大地减少了管理人员的工作量。例如，局域网上的用户可以共享一个应用程序（如MicrosoftWord字处理程序），这样，管理人员就容易确保用户所使用的是同一版本的软件，同时，管理员新安装的软件也可以立即对所有用户产生影响。局域网可完成的主要工作4.信息存储在网络里，信息可以备份到一个中央位置。在没有备份的独立的单机环境里，操作失误或偶然的事故可能会丢失重要信息。在网络环境中，可以定期将数据备份到服务器（通常备份到网络服务器的磁带上），一旦数据丢失，就可以用备份的数据进行恢复。5.信息安全网络还提供保护信息的安全机制。通过身份认证（口令），网络服务器可以识别那些人是访问网络的合法用户，那些人是非法用户。局域网可完成的主要工作6.通信计算机网络也可以帮助人们进行通信。电子邮件（E-mail)是网络上最受用户欢迎的工具只之一。局域网的用户之间可以互相发送备忘录、报告、消息，这些都可以通过局域网中的电子邮件来完成。每个用户从自己的电子邮箱中获得各种信件（如图像、声音等多媒体消息等），完成以往传统的通信工具如信件、电话、传真等难以完成的任务。局域网的范围是有限的，不能满足某些大型跨地区的计算机通信和数据共享的需要。因此，需要把位于更大地理范围的计算机系统连接起来形成一个规模更大的网络，这就是城域网或广域网。城域网的作用范围从几十公里到上百公里，是在一个城市或某个地区间建立起来的网络系统，广域网又叫远程网，一般是通过某类电信公司所支持的链接电路连接起来的网络。这些电路常有租用线路和交换线路两种类型。广域网可作为公共通信网，它包括电话网、分组数据交换网、卫星网等大型的地理范围可达几十公里到几万公里的网络系统，如国家间或洲际间建立的网络均属于广域网。城域网MAN和广域网WAN广域网通常具有相当有限的带宽，即使和最慢的局域网比较起来，数据传输速度也要慢很多。广域网通常只用于数据通信，发送简短报文。如电子邮件、万维网（)消息浏览等。近几年来，因特网（Internet)已成为世界上连接范围最广、用户数量最大的广域网。目前，全世界已有150多个国家约2亿人加入到Internet的行列。从某种意义上说，Internet已成为全球信息高速公路的中枢神经。我国有权直接与Internet连接的网络有：中科网（NCFC)、中国教育科研网（CERNET)、中国邮电公网（CHINANET)和中国金桥网（GBNET）。局域网与城域网、广域网比较数据在网络中是以电信号的方式进行传输的。这里简单介绍一些有关数据传输方面的基本概念，以便于大家更好的理解网络中数据传输的基本原理。信号传输是数据在网络介质中传输的方式。它使用电信号进行通信。数据（位或字节）必须用某种形式表示，以便发送方发出的报文接收方能够正确理解，这一操作是通过编码方式完成的。通信的信息有两种形式：即模拟信号和数字信号。模拟信号是连续变化的电磁波，可以用各种频率在线缆上传输。数字信号是在介质上传输的电压脉冲序列，用某一恒定的电平表示“1”，某一恒定的电平表示“0”，没有中间状态，模拟信号和数字信号的区别是：网络中的信号传输首页+频率振幅模拟信号0时间-数字信号模拟信号和数字信号的区别首页数字信号传输与模拟信号传输相比，具有以下优点：⒈因噪声和电磁干扰导致的错误少。⒉设备费用更底。缺点：如果在相同的距离内传输，数字信号的衰减会比模拟信号大得多。模拟信号传输具备下列优点：⒈相同距离内的信号衰减程度没有数字信号大。⒉可通过多路复用技术提高带宽。缺点：模拟信号更容易受到噪声和电磁波的干扰。信号传输方法的比较首页带宽是指传输介质的传输容量，用数据率即每秒传输的二进制位数（bps）来衡量。其特点是：介质的容量越大，带宽就越高，通信能力就越强，数据率越高。介质的容量越小，带宽就越低，通信能力也就越弱，数据率越低。带宽可以分割成信道。信道是带宽的一部分，可用于传输数据。为了对传输介质的容量进行分配，可以采用下列两种方式：⒈基带：将全部介质带宽分配给一个单独的信道，大多数局域网使用的都是基带信号。⒉宽带：将全部介质带宽分割成多个信道，由于每个信道都能够传输一种不同的模拟信号，所以，可以利用一个单独的传输介质实现多路同时通话。基带和宽带传输首页基带-----------------------数字信号介质宽带----------------------------------------------模拟载体基带和宽带传输的差异首页网络的拓扑结构是指网络中计算机和其他硬件的物理布局。网络中常用的拓扑结构主要有五种：（1）总线拓扑结构（2）星形拓扑结构（3）环形拓扑结构（4）网状拓扑结构（5）蜂窝式拓扑结构。总线拓扑结构：该网络结构通常采用一条长电缆（总线或主干）作传输媒介，通过T型电缆分接头将许多短电缆（分支）直接连接到总线上。如下图所示：网络的拓扑结构首页T型电缆分接头终结器优点：该结构简单、灵活；其结点设备的增加和拆除方便；网络响应速度快、成本低、共享资源能力强。可用中继器扩展总线网络，中继器能放大信号，允许它在更长的距离内传输。缺点：网络的故障诊断和隔离较困难，任何故障都会造成整个网络运行不正常，网络负载过重时，会降低网络的传输速度。总路型结构返回星形拓扑结构该结构采用一中心设备为主结点与各从结点连接组成。其中心设备叫集线器或集中器或多口中继器。该网络结构如下图所示。优点：再配置容易，故障排除方便，网络易于扩展和维护。。缺点：要求中央节点的可靠性高，需要电缆数量多，媒介的安装较困难。中心设备首页环形拓扑结构这是一个点到点首尾相连的闭合环路。环路中的信息是顺着某个方向从一台设备传到另一台设备（每台设备均包括有接受器和发送器，信号在每台设备中都能被重复或放大），当某个结点的地址与信息流的目的地址相吻合时，信息便被该接结点接收。网络结构如下图所示优点：电缆故障易予排除，回路有很高的容错能力。缺点：安装和再配置较总线拓扑结构难；传输线路上的任何故障都会导致网络完全瘫痪。首页网状拓扑结构这种结构又叫分布式结构，任一结点都至少有两条线路与其他结点相连。如果某一结点或线路发生故障，也不会影响整个网络的正常工作。网络结构如下图所示优点：故障的排除和故障点的隔离较容易，可靠性高，容错能力较强。缺点：随着网络中设备数量的增加，安装和再配置特别困难。首页蜂窝状拓扑结构这是一种无线结构。它将一个地理区域划分为许多单元，而这些单元在该区域内有其特定的连接，单元内的设备与网络区域中的中央站点或集线器进行通信。则集线器再互连，使数据能跨过整个网络，提供一个完整的网络结构，如下图所示。优点：安装相对容易；用户增加或移动时不需要对媒介再配置；故障排除和隔离简单。缺点：蜂窝状拓扑结构网络的集线器安装很麻烦，较难隔离故障的影响。首页网络的传输介质传输介质把网络中的各种设备互连在一起，是数据在网络上传输的通路。网络的常用传输介质可分为有线介质和无线介质。有线介质有同轴电缆、双绞线、光缆等；无线介质时利用无线电波在自由空间的传播，实现多种通信，主要有微波通信、卫星通信等。⒈同轴电缆主要有：50Ω—RG-8和RG-11用于粗缆以太网。RG58用于细缆以太网。75Ω—RG59用于有线电视。⒉双绞线主要有：1类双绞线主要用于电话传输；2类双绞线主要用于令牌环网3、4类双绞线主要用于10Base-T局域网和令牌环网；5类双绞线主要用于10Base-T/100Base-T的以太网；6、7类双绞线主要用于1GBase-T（千兆）的以太网。首页网络模型开放式系统互连参考模型OSI目的：为了规范异种网络和不同机型的互连，由国际标准化组织（ISO）和国际电信联盟（ITU-T）联合开发了网络的体系结构标准——开放式系统互连(OpenSystemsInterconnection缩写为OSI参考模型。OSI模型将网络划分为功能上相对独立的七个层：应用层、表示层、会话层、传输层、网络层、数据链路层及物理层。其主要作用是帮助用户理解所开发的功能和通信软件的流程，并且明确了在每一层通信中所用到的规则即协议。如下图所示：首页OSI模型首页数据链路层物理层数据链路层物理层网卡网卡网络设备层应用层表示层会话层应用层表示层会话层应用软件软件传输层网络层传输层网络层网络系统软件甲计算机乙计算机路由器路由器网络层数据链路层物理层网络层数据链路层物理层各层的功能物理层：该层是OSI参考模型的最低层，直接和网络硬件打交道，传输线路可以是同轴电缆、光缆、卫星以及普通的电话。例如网卡就是物理层的一部分。数据链路层：它提供点对点的数据传输，并保证信息在线路中可靠传输。如地址识别、差错控制等。网络层：网络层又称通信子网层。它负责路由的选择分段和重组。传送层：传送层的主要任务是建立、拆除和管理传送站。。它还有一个重要的功能是可对传送的信息进行差错检测。首页传送层：传送层的主要任务是建立、拆除和管理传送站。它还有一个重要的功能是可对传送的信息进行差错检测。会话层：当信息传送到会话层时，两个用户（实际上是两对应表示层）的对话就已经建立起来了。会话层的任务就是严格管理两个应用进程间的通信。表