• 计算机网络基础


    1、计算机网络的基本概念

    1)计算机网络:利用通信设备和线路把地理上分散的,具有独立功能的多台计算机连接起来,并配以相应的网络软件,从而实现资源共享和信息交换的系统。

    2)计算机网络的发展

    (1)以单计算机为中心的联机系统

                    通过它可以共享主机资源和进行信息的采集和综合处理。

                    将一台计算机(主机)通过通信线路与若干台终端相连,终端只有显示器和键盘,不能进行数据处理。

                    工作原理:由单用户独占一个系统发展到远距离的分时多用户系统,终端没有执行指令的能力,主机将CPU的时间分成若干个时间片,将时间片轮流地分给各终端使用,终端共享主机CPU。

    (2)计算机-计算机网络

                    分组交换技术:为了提高传输效率和质量、提高传输的可靠性的一种适合于计算机通信的新的交换技术。

                    分组:将用户的数据分割成一定的长度。

                    分组交换:在每个分组前面加上一个分组头,用以指明该分组发行何处,然后交换机根据每个分组头里的地址标志,将他们沿最佳路由发往目的地。

                    分组交换网:进行分组交换的通信网络。

                    工作原理:分组交换网采用存储转发方式来传递数据。

                    存储转发方式:通信子网中的各种结点收到数据后,先保存起来,然后选择一条合适路径转发给下一个结点。

                    从逻辑结构上,计算机网络分类:

                            通信子网:由路由器、交换机、传输线路组成---负责数据传输。

                            资源子网:由主机、终端等组成---专门负责数据处理。

    (3)体系结构标准化网络

                    开放系统互联参考模型OSI/RM,简称OSI。

                                                        

                          OSI将网络系统分为7层                        TCP/IP将网络系统分为4层

                             网络协议主要是对信息传输的效率、传输代码、代码结构、传输控制步骤、出错控制等作出规定并制定出标准。

                    Internet的发展经历了研究网、运行网、商业网三个阶段。

                    Internet的发展趋势主要表现在如下方面:运营产业化、应用商业化、互联全球化、网络宽带化、多业务综合平台化智能化。

    (4)计算机网络演变的4个阶段

                    具有通信功能的单机系统。

                    具有通信功能的多机系统。

                    资源共享的计算机网络。

                    网络体系结构标准化以及Internet的高级发展。

    (5)现有4大网络:中国公用计算机互联网、中国教育科研网、中国科技信息网、国家公用经济信息通信网络(金桥工程)。

    (6)网络硬件:计算机设备、连接设备、终端、传输介质。

    (7)网络软件:协调系统资源(网络操作系统+网络应用软件)。

    2、计算机网络的功能

    1)数据通信:计算机网络最基本的功能。

    2)资源共享:

    (1)资源:网络中的所有软件、硬件和数据。

    (2)共享:网络中一个用户能够使用另一个用户计算机上的数据。

    (3)组成:硬件共享、软件共享、数据共享。

    3)分布式处理:集中管理、负载均衡。

    3、计算机网络的分类

    1)按网络的作用范围:局域网LAN(以太网)、城域网MAN、广域网WAN(因特网)。

    2)按网络的使用范围:专用网、公用网。

    3)按服务方式:对等网、基于客户机/服务器模式的网络

    4)按传播方式:广播式网络、点.点网络。

    5)按传输介质:无线网、有线网(双胶线、光纤)。

    4、网络传输介质(网络传输线路)

    1)总括:

    (1)有线介质:

                    同轴电缆:粗同轴电缆、细同轴电缆。

                    双胶线:屏蔽双胶线、无屏蔽双胶线。

                    光纤:单模光纤、多模光纤。

    (2)无线介质:

                    无线电波:红外线。

                    微波:通信卫星。

    2)同轴电缆介质

    (1)组成:内导体是硬铜线,外包一层绝缘材料,绝缘材料外是一层网状屏蔽层,用来防止电磁干扰,屏蔽层外有一层绝缘保护外套。

    (2)分类: 粗同轴电缆(传输距离长、性能好)、细同轴电缆。

    (3)应用:一般用于局域网。

    3)双胶线介质

    (1)组成:双胶线是由两根绝缘铜导线相互扭绕而成的,成对扭绕对的作用是为了最大限度地减少外界电磁场的干扰。

    (2)分类:屏蔽双胶线STP(外层用铝箔包裹,形成一层屏蔽层,以降低干扰,减少辐射)、无屏蔽双胶线UTP。

    4)光纤介质

    (1)组成:光纤由纤芯和包层组成。

    (2)分类:单模光纤(直径细,传输距离远,采用激光来传输数据)、多模光纤(采用可见光来传输数据)。

    (3)传输过程:

                     

     (4)优点:体积小、重量轻;传输距离远;传输速率高;采用光传输,不受电磁辐射影响,抗干扰能力强;光在传输过程中不会向外泄露,安全,保密性好。

     5)常见的网络设备:中继器、集成器(物理层,网线)、交换机(多为数据链路层,网卡、网桥)、路由器(网络层)。

    5、计算机网络的拓扑结构

    1)网络拓扑结构:指网络中通信线路、网络设备和计算机相互连接的方法和形式。

    2)总线型拓扑结构(以太网):电缆数量少、成本低、传输快、易于扩充。

               

     3)星型拓扑结构(以太网):结构简单、连接方便,管理和维护相对容易,扩展性强。

               

    4)环形拓扑结构(令牌环网):用一根封闭的电缆将所有的计算机连接起来,构成环路,信息在环上单向传输。

              

    5)网络拓扑结构(分布式拓扑结构)(广域网中的通信子网、Internet):有多余可选择的路径。

    6)树型拓扑结构

            

     6、以太网

    1)工作原理:采用竞争机制解决公用总线的分配问题,该竞争方法称为CSMA/CD,带有磁撞检测的载波监听多路访问方法。

    2)总线型以太网的特点

    (1)数据传输过程中可能会出现冲突。

    (2)总线网的结构简单,但故障率较高。

    3)星型以太网

    (1)定义:指采用集线器或交换机连接起来的拓扑结构为星型的以太网,通过集线器连接起来的以太网也称为共享式以太网,通过交换机连接起来的以太网也称为交换式以太网。

    (2)集线器原理:使用集线器构成的星型网实际上仍然是总线型,可以看作是将总线网的总线密封在集线器中,每个端口都有发送和接收数据的功能,简单的将数据向所有其他的端口转发。

    (3)交换机原理:根据收到的帧中包含的目的地址来决定是过滤还是转发,且转发时指向指定的端口转发。

    7、局域网的组建

    1)软硬件要求

    (1)硬件

                   计算机(服务器、工作站(客户机))

                   网线(双胶线、光纤)

                   网卡(网络适配器或网络接口卡)

                   集线器或交换机(用于服务器和工作站的连接)

    (2)软件

                   网络操作系统(网络的心脏和灵魂,用于整个网络的管理)

                   应用软件

    2)局域网的建网方式

    (1)对等网络

                   特点:没有专门的服务器,每台计算机既是服务器又是工作台。

                   优点:节省一台服务器,避免复杂的网络管理。

                   缺点:网络的安全性不高,每台计算机既充当服务器又当工作站,会导致计算机的运行速度变慢。

    (2)客户机/服务器网络:将共享资源集中存放在服务器上,服务器上安装有网络操作系统,用于对共享资源进行管理。

    8、因特网(最大的计算机网络)

    1)因特网提供的主要服务

    (1)WWW(万维网):因特网提供的信息查询功能。因特网上,页面之间是相互连接的,称为超级链接。

                  因特网中表示页面位置的方法称为URL:协议.服务器名.目录名.文件名。

                  协议规定了用户端与服务器之间传送信息的方式。

                  常见的有http,FTP:当通过浏览器从FTP服务上下载文件时,采用的是FTP(文件传输协议);当通过浏览器查看WWW服务器上的页面时,采用的是http(超文本传送协议)。

    (2)FTP:因特网提供的文件传输功能。FTP的传输方式分为上传和下载,通常FTP服务器不允许普通用户上传文件,用户只有读取的权限,没有写入权限。

    (3)E-mail:因特网提供的电子邮件传输功能。发送邮件采用SMTP(简单邮件传送协议);接受邮件采用POP3(邮局协议第三个版本)。

    (4)网络电话:利用IP网际协议在Internet上采用数字压缩和包交换技术传输话音。

                   优点:利用宽带,提高线路的利用率。

                   网络电话的类型:计算机到计算机、计算机到电话、电话到电话。

    (5)远程登录服务

    (6)信息检索与信息发布

    (7)网络聊天

    2)因特网的工作方式

    (1)Internet采用客户/服务器方式进行工作。

                     采用此方式工作时涉及两个软件:服务器软件(WWW服务器软件、FTP服务器软件、电子邮件服务器软件)、客户端软件(IE)。

    (2)客户/服务器的工作过程:用户通过客户端软件向服务器发出请求,服务器软件接收后进行相应的处理,并将请求的结果返回给客户端。

    3)Internet的接入方式

    (1)普通电话拨号

                    上网条件:普通电话线、一部调制解调器、一台计算机。

                    调制解调器:内置式(插在计算机的扩展槽中)、外置式(通过通信电缆与计算机相连)。

                    调制解调器的作用:当计算机发送数据时将计算机发出的数字信号转换成适合于电话线传输的模拟信号;接收时将电话线上传的模拟信号转换成数字信号再交给计算机。

    (2)ISDN拨号:综合业务数字网“一线通”。

    (3)ADSL:非对称数字用户线。

    (4)DDN专线:覆盖全国范围的数字数据网。

    (5)有线电视网。

    (6)光纤专线。

    4)TCP/IP协议:传输控制协议/网际协议

    (1)TCP:负责接收信息包并按适当的次序放好传送。

    (2)IP:负责将消息从一个主机送到另一个主机。

    (3)主机与主机之间的沟通需要通过三个桥梁:IP地址、子网掩码、ip路由器

    (4)IP地址

                   在以TCP/IP协议为通信协议的网络上,每台主机都有一个唯一的地址,这个地址称为IP地址。

                   IP地址是一个32位的二进制地址。将32位的IP地址每8位一组,每组转换成等效的十进制数字,并在每组之间加上一个圆点。

                   IP地址包含:

                          网络号(network ID):网络标识码,标识计算机所连接的网络。

                          主机号(host ID):主机标识码,标识该网络中某一台具体的计算机

                  IP地址分为ABCDE五大类,ABC类:供主机使用的IP地址,DE类:特殊用途的IP地址。

    网络号 主机号 W值可为 所支持的网络数 每个网络可支持的主机数 网络类型
    A W X.Y.Z 1-126 126 16777214 超大型网络
    B W.X Y.Z 128-191 16384 65534 中大型网络
    C W.X.Y Z 192-223 2097152 254 小型网络
    D     224-239     多点插放
    E     240-254     专供实验用

                网络号不可为127,127用来做循环测试,以便检测网卡与驱动程序是否正常运行。

                网络号与主机号以二进制来看不可以全部是1,不可以全部是0;以十进制来看不可以是255,不可以是0。.

    (5)子网掩码(长度为32位)

                 作用:用于区分IP地址内的网络号和主机号;用于将网络切割成数个子网。

                 ABC类对应的子网掩码

    子网掩码(二进制) 子网掩码(十进制)
    A 11111111 00000000 00000000 00000000 255.0.0.0
    B 11111111 11111111 00000000 00000000 255.255.0.0
    C 11111111 11111111 11111111 00000000 255.255.255.0

                计算网络号的原则

                         将IP地址和子网掩码两个值中相对应的位做逻辑与运算;将运算后的结果与子网掩码中的各字节互相对应,只要在子网掩码中位值为1的。所对应的位就是网络号,在IP地址中扣除网络号后,其余部分就是主机号。

    (6)域名

                  域名格式:...三级域名.二级域名.顶级域名

                  顶级域名:一般代表国家名称

                  二级域名:类别域名(表示所属类型,edu教育机构)、行政区域名(表示所在省、自治区、直辖市)

    (7)TCP/IP体系结构

                  网络接口层:负责数据帧的发送和接收,通常由网卡及其驱动程序来实现。

                  网际层:主要协议是IP协议。IP协议的主要功能是路由选择,在通信子网中尽力传送数据。

                  传输层:主演协议是TCP协议。TCP协议的主要功能是保证数据的可靠传输。

                  应用层:是网络与用户的接口,向用户提供了一组常用的应用程序。常用的应用层协议有HTTP超文本传输协议、FTP文件传输协议、SMTP简单邮件传输协议。

    (8)因特网中数据的处理与传输过程

                  发送方处理:每一次在上一层的基础上加上一个本层的头部。data(应用层的数据)、H1(传输层的头部)、H2(网际层的头部)、H3(网络接口层)。

                  因特网中数据的传输:发送方的路由器收到数据包后根据数据包封装的目的IP地址,查找路由表选择一条合适的路径,转发给下一个相邻的路由器。

                  接收方的处理:接收方的网卡从网络中接收到帧后,每一层都将本层的头部去掉并交给上一层,最后得到发送方发来的数据。

    5)企业网

    (1)定义:指覆盖企业范围的网络,是将企业通信资源、处理器资源、存储器资源及企业信息资源等捆绑在一起的网络。 

    (2)内联网是企业网的一种。

    (3)内联网的特征

                     采用TCP/IP协议作为通信协议。

                     采用web技术

                     仅供单位内部使用并具有明确的应用目标

                     对外具有与因特网连接的接口

                     有安全设施防止内部与外部攻击

    (4)外联网是一种使用因特网/内联网技术使企业与其客户和其他企业相连,完成其共同目标的合作网络。

    6)校园网:是在学校区域内为学校教育提供资源共享、信息交流和协同工作的计算机网络信息系统。

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