第六章 计算机网络基础

第六章 计算机网络基础 6.1 计算机网络基本知识 6.2 计算机局域网 6.3 Internet基本知识 6.4 Internet Explorer 浏览器 6.5 使用 Outlook Express收发电子邮件 6.6 文件传输（ FTP） 退出6.1 计算机网络基本知识 6.1.1 计算机网络的定义 6.1.2 计算机网络的发展 6.1.3 计算机网络的功能 6.1.4 计算机网络的分类 6.1.5 计算机网络的拓扑结构 6.1.6 计算机网络的体系结构 首页 上一张 下一张 下一节 退出6.1.1 计算机网络的定义 计算机网络就是利用通信设备和线路，将地理位置分散、功能独立的多个计算机互连起来，以功能完善的网络软件（即网络通信协议和网络操作系统等）实现网络中资源共享和信息传递的系统。一个计算机网络是由资源子网和通信子网构成。资源子网由提供资源的主机（ HOST） 和请求资源的终端（ Terminal ） 组成，负责全网的数据处理和向用户提供网络资源及服务。通信子网主要由网络节点和通信链路组成，承担全网数据传输、交换、加工和变换等通信处理工作，它是计算机网络的内层。图 6.1-1是一个典型的计算机网络示意图。 首页 上一张 下一张 下一节 退出返回6.1.2 计算机网络的发展 计算机网络是从低级到高级，从简单到复杂的过程发展起来的。计算机网络的发展过程大致可分为以下四个阶段：第一阶段：以单个计算机为中心的远程联机系统，构成面向终端的计算机通信网。又称为终端 -计算机网络。第二阶段：多个自主功能的主机通过通信线路互联，形成资源共享的计算机网络。又称为计算机 -计算机网络。典型代表是美国国防部高级研究计划局的 ARPANET。 ARPANET被认为是 Internet的前身。第三阶段：形成具有统一的网络体系结构、遵循国际标准化协议的计算机网络。 Internet属于第三代计算机网络。第四阶段：向高速、智能化方向发展的计算机网络。 首页 上一张 下一张 下一节 退出返回6.1.3 计算机网络的功能 计算机网络提供的功能主要有：(1) 数据通信利用计算机网络可实现各计算机之间快速可靠地互相传送数据，进行信息处理，如电子邮件（ E-mail）、 电子数据交换（ EDI）、 电子公告牌（ BBS）、 远程登录（ Telnet） 与信息浏览等通信服务。数据通信是计算机网络最基本的功能。(2) 资源共享充分利用计算机资源是组建计算机网络的重要目的之一。资源共享除共享硬件资源外，还包括数据资源和软件资源。(3) 均衡负载和协同工作通过网络可以缓解用户资源缺乏的矛盾，使各种资源得到合理的调整。在网络操作系统的调度和管理之下，网络中的计算机可以协同工作来完成仅靠单台计算机难以完成的任务。(4) 提高计算机的可靠性计算机网络系统能实现对差错信息的重发，网络中各计算机还可以通过网络成为彼此的后备机，从而增强了系统的可靠性。 首页 上一张 下一张 下一节 退出返回6.1.4 计算机网络的分类 计算机网络可以从不同的角度进行分类。（ 1）按网络的作用范围和计算机之间的相互距离，可将计算机网络分为： 广域网（ WAN）： Wide Area Network， 分布范围可达几千公里乃至上万公里，横跨洲际。为节省建网费用，广域网通常借用传统的公共通信网（如电话网），造成数据传输率较低。 Internet就是典型的广域网。 城域网（ MAN）： Metropolitan Area Network， 适应于一个地区、一个城市或一个行业系统使用，分布范围一般在十几公里到上百公里。 局域网（ LAN）： Local Area Network， 分布范围一般在几米到几公里之间，局域网的覆盖范围一般不超过 10公里。如校园网。（ 2）按网络的拓扑结构，可将计算机网络分为：总线型网络、星型网络、环型网络、树型网络等。 首页 上一张 下一张 下一节 退出返回（ 3）按交换方式，可将计算机网络分为：电路交换网络、报文交换网络和分组交换网络。 电路交换最早出现在电话系统中，早期的计算机网络就是采用此方式来传输数据的，数字信号经过变换成为模拟信号后才能在线路上传输 。 报文交换将需要传输的一组信息加上控制信息后称为报文，报文长度不固定。当通信开始时，源机发出的一个报文被存储在交换器里，交换器根据报文的目的地址选择合适的路径发送报文，这种方式称做存储 -转发方式。 分组交换也采用报文传输，但它不是以不定长的报文做传输的基本单位，而是将一个长的报文划分为许多定长的报文分组，以分组作为传输的基本单位。这不仅大大简化了对计算机存储器的管理，而且也加速了信息在网络中的传播速度。由于分组交换优于线路交换和报文交换，具有许多优点，因此它已成为计算机网络的主流。首页 上一张 下一张 下一节 退出返回6.1.5 计算机网络的拓扑结构 网络拓扑结构是指网络的物理连接形式。网络拓扑结构反映了组网的一种几何形式。局域网的拓扑结构主要有总线型、星型、环型以及混合型拓扑结构。(1) 总线型结构由一条高速公用主干电缆即总线连接若干个结点构成网络。网络中所有的结点通过总线进行信息的传输。这种结构的特点是结构简单灵活，建网容易，使用方便，性能好。其缺点是主干总线对网络起决定性作用，总线故障将影响整个网络。如图 6.1-2所示。 首页 上一张 下一张 下一节 退出返回(2) 星型结构 星型结构由中心节点（如集线器、交换机等）与各个节点连接组成。这种网络各节点必须通过中心节点才能实现通信。星型结构的特点是结构简单、建网容易，便于控制和管理。其缺点是中心节点负担较重，容易形成系统的 “瓶颈 ”，线路的利用率也不高。当中心节点发生故障时 ,会导致整个网络的瘫痪。如图 6.1-3所示。 首页 上一张 下一张 下一节 退出返回(3) 环型结构 环型结构由各节点首尾相连形成一个闭合环型线路。环型网络中的信息传送是单向的，即沿一个方向从一个节点传到另一个节点；每个节点需安装中继器，以接收、放大、发送信号。这种结构的特点是环中每个节点地位平等，易实现高速及长距离传送，便于分布式管理。其缺点是当节点过多时，将影响传输效率，不利于扩充。当环中某节点发生了故障，可能会导致整个网络不能正常工作。如图 6.1-4所示。 首页 上一张 下一张 下一节 退出返回(4) 混合型结构在实际组网当中，网络的拓扑结构不一定是单一的形式，可以是几种结构的组合，就称为混合型拓扑结构。如总线型和星型的混合连接等。 首页 上一张 下一张 下一节 退出返回6.1.6 计算机网络的体系结构 计算机网络系统是一个复杂的系统，其中涉及到许多理论和技术问题。随着计算机网络技术的兴起，各大公司竟相开发自己的网络系统，其功能结构，通信规程各有自己的特点，使用的产品也五花八门。但是，随着网络应用范围的扩大，各个网络系统之间的互联及通信势在必行。为此，国际标准化组织 ISO提出了 “开放系统互连（ OSI） 参考模型 “。该模型采用分层结构，把网络协议分为七个层次，由下向上依次是物理层、数据链路层、网络层、传输层、会话层、表示层和应用层。模型中规定了各层的功能及其与相临层的接口。按照 “开放系统互连（ OSI） 参考模型 “设计和组建的网络是彼此开放和可以互连的，从而可以保证世界各地的网络连为一体。如图 6.1-5所示。首页 上一张 下一张 下一节 退出返回在 OSI模型中，每一层协议都建立在下层之上，并向上一层提供服务。第一至第三层属于通信子网层，提供通信功能，第五至第七层属于资源子网层，提供资源共享功能，第四层（传输层）起衔接上下三层的作用。每一层的主要功能如下：物理层：组成物理通路；数据链路层：负责节点间线路无差错地传送；网络层：将数据分组从发送点送到接收点而进行路由选择；传输层：提供端点到端点的可靠传输通路；会话层：进行两个应用进程之间的通信控制；表示层：解决数据格式转换；应用层：直接面向用户提供服务。首页 上一张 下一张 下一节 退出返回6.2 计算机局域网 6.2.1 局域网标准 6.2.2 局域网的组成 6.2.3 局域网常见的工作模式 6.2.4 网络互联 首页 上一张 下一张 下一节 退出上一节6.2.1 局域网标准 局域网出现后不久，其产品的数量和品种迅速增多，用户为了能在不同厂家生产的局域网产品间方便地进行通信，迫切希望有一个局域网的标准。美国电气和电子工程师协会（ IEEE） 于1980年 2月成立的 IEEE802委员会，对此作出了积极的贡献，它所制定的 IEEE802标准（表 6.2-1）已被 ISO接受为国际标准。目前常用的局域网都遵守IEEE802协议标准，如以太网采用 CSMA/CD协议标准（IEEE802.3协议标准），不少光纤局域网（如 FDDI网）采用令牌环协议标准（ IEEE802.5协议标准）等。 首页 上一张 下一张 下一节 退出上一节返回6.2.2 局域网的组成 局域网由网络硬件和网络软件两部分组成。图 6.2-1是局域网的硬件设备组成示意图。网络硬件主要有：服务器、工作站、传输介质和网络连接部件 (图 6.2-2)等。（ 1）传输介质传输介质是网络中传输数据、连接各网络站点的实体，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。一般来说，局部范围内的中、高速局域网中使用双绞线、同轴电缆等，在对网络速度要求很高的场合下，如视频会议，也会采用光纤。在远距离传输中使用光纤或卫星通信线路，在有移动节点的网络中采用无线通信。首页 上一张 下一张 下一节 退出上一节返回(2) 网卡（ NIC）网卡又称为网络适配器或网络接口卡，是工作站与网络的接口部件。它除了作为工作站连接入网的物理接口外，还控制数据帧的发送和接收。(3) 集线器 (HUB)集线器能够将多条线路的端点集中连接在一起。集线器可分为无源和有源两种。无源集线器只负责将多条线路连接在一起，不对信号作任何处理。有源集线器具有信号处理和信号放大功能。(4) 交换机 (Switch)采用交换方式进行工作，能够将多条线路的端点集中连接在一起，并支持端口工作站之间的多个并发连接，实现多个工作站之间数据的并发传输，可以增加局域网带宽，改善局域网的性能和服务质量。与集线器不同的是，集线器多采用广播方式工作，接到同一集线器的所有工作站都共享同一速率；而接到同一交换机的所有工作站都独享同一速率。首页 上一张 下一张 下一节 退出上一节返回(5) 服务器 (Server)服务器是为网络提供共享资源，并对这些资源进行管理的计算机。按其提供的服务，一般可分为文件服务器、打印服务器、通信服务器和数据库服务器等。对于大型的网络，可有多台服务器，分别完成各种网络功能。 (6) 工作站（ Workstation）工作站也称为客户机（ Client）， 它一般是个人计算机。工作站可以有自己的操作系统，独立工作；通过运行工作站的网络软件可以访问服务器的共享资源，目前常见的工作站有 Windows2000工作站和 Linux工作站等。工作站和服务器之间的连接通过传输介质和网络连接部件来实现。首页 上一张 下一张 下一节 退出上一节返回网络软件 除了网络硬件外，网络软件也是局域网的一个重要组成部分。网络软件包括网络操作系统、网络通信协议软件、网络应用软件等。(1) 网络通信协议软件 通信协议，是指通信双方通信时所应遵守的规则和约定。常见的通信协议有： TCP/IP协议、 IPX/SPX协议、 NetBEUI协议等。在局域网中用得的比较多的是 IPX/SPX、 NetBEUI协议等。用户如果访问Internet， 则必须在网络协议中添加 TCP/IP协议。(2) 网络操作系统 (NOS)网络操作系统是网络的心脏和灵魂，是向网络计算机提供网络通信和网络资源共享功能的操作系统。它是负责管理整个网络资源和方便网络用户的软件的集合。目前常见的网络操作系统主要有 Netware、 Unix、 linux和 Windows NT 几种。(3) 网络应用软件网络应用软件是为网络用户提供服务的，为网络用户在网络上解决实际问题。 首页 上一张 下一张 下一节 退出上一节返回6.2.3 局域网常见的工作模式 (1) 客户端 /服务器（ Client/Server） 方式这种方式是现代网络的主要形式。在网络中连接多台计算机，有的计算机提供文件等服务，称作服务器，另一些计算机则要向服务器请求服务，成为客户机或工作站。客户机有自己的处理能力，只在需要通信时才向服务器发出请求。 C/S网络，是将局域网中需要处理的工作任务分配给客户机端和服务端共同来完成的网络，以便更有效地利用网络系统的各种资源。(2) 对等（ Peer-to-Peer） 方式对等式网络的特点是网络中的每一台计算机都处于平等的地位，都具有客户和服务器的两种身份和功能。既可向其他机器提供服务，又可向其他机器请求服务。首页 上一张 下一张 下一节 退出上一节返回6.2.4 网络互联网络互联是将若干个网络相互连接，组成更大的网络，以便在更大的范围内传输数据和共享资源。随着计算机网络的发展和社会的需求，计算机网络的互联显得尤其重要。网络互联的类型主要有：局域网与局域网、局域网与广域网、广域网与广域网等的互联。网络互联要解决的两个主要的问题是：一是网络之间至少有一条通信链路；二是在保持原网络结构和服务内容的基础上提供协议转换的功能。网络互联时，须将若干性质相同或不同的网络互连在一起。这时，往往要用到网间连接设备。这些设备包括中继器、网桥、路由器、网关等。(1) 中继器（ Repeater）中继器具有放大信号的作用，既实现了计算机之间的连接，又扩充了媒介的有效长度。它工作在 OSI参考模型的最低层（物理层），因此只能用来连接具有相同物理层协议的 LAN。集线器是一种特殊的中继器，可将多个网段连接起来，也可改变网络的拓扑结构。 首页 上一张 下一张 下一节 退出上一节返回(2) 网桥（ Bridge）网桥是一种数据链路层上的网络互联设备，有在不同网段之间再生信号的功能，它可以有效地连接两个局域网，使本地通信限制在本网段内，并转发相应的信号至另一网段，网桥通常用于连接数量不多的、同一类型的网段。图6.2-3是网桥连接示意图。 首页 上一张 下一张 下一节 退出上一节返回(3) 路由器（ Router）路由器是网络层的互联设备，用来连接多个同类或不同类的网络（局域网或广域网）。路由器还具有选择路径的功能，当多于两个网络互联时，节点之间可供选择的路径往往不止一条，路由器能自动为节点选择一条最佳路径传送数据。(4) 网关（ Gateway）网关是传输层及传输层以上的网络互联设备。连接两个或多个不同类的网络，使之能相互通信。图 6.2-是网关连接示意图。 首页 上一张 下一张 下一节 退出上一节返回6.3 Internet基本知识 6.3.1 Internet简介 6.3.2 IP地址和域名 6.3.3 Internet的接入方式 6.3.4 Internet提供的功能 首页 上一张 下一张 下一节 退出上一节6.3.1 Internet简介 (1) Internet的起源和发展Internet起源于 ARPANET(阿帕网 )。 1969年，美国军方为寻求将其所属各军方网络互联的方法，由国防部下属的高级计划研究署（ ARPA） 出资赞助大学的研究人员开展网络互联技术的研究。研究人员最初在四所大学之间组建了一个实验性的网络，叫 ARPANET。 随后，深入的研究导致了 T C P / I P协议的出现与发展。 1 9 8 3年初，美国军方正式将其所有军事基地的各子网都联到了 ARPANET上，并全部采用 T C P / I P协议。这标志着 I n t e r n e t的正式诞生。 A R PA N E T实际上是一个网际网，网际网的英文单词 i n t e r n e t w o r k被当时的研究人员简称为 i n t e r n e t。2 0世纪 8 0年代，美国国家科学基金会 （ NSF） 利用 ARPANET发展出来的叫做 TCP/IP的通迅协议自已出资建立名叫 NSFNET的广域网，由于美国国家科学资金的鼓励和资助，许多大学、政府资助的研究机构、甚至私营的研究机构纷纷把自已局域网并入 NSFNET。 这样使 NSFNET在1986年建成后取代 ARPANET 成为 Internet的主干网。I n t e r n e t问世后，每年加入 I n t e r n e t的计算机成指数式增长。 N S F N E T在完成的同时就出现了网络负荷过重的问题。意识到美国政府无力承担组建一个新的更大容量的网络的全部费用， N S F鼓励 M E R I T、 M C I与 I B M三家商业公司接管了 N S F N E T。 三家公司组建了一个非盈利性的公司 A N S， 并在 1 9 9 0年接管了 N S F N E T。 到 1 9 9 1年底， N S F N E T的全部主干网都与 A N S提供的新的主干网连通，构成了 A N S N E T。与此同时，很多的商业机构也开始运行它们的商业网络并连接到主干网上。 I n t e r n e t的商业化，开拓了其在通信、资料检索、客户服务等方面的巨大潜力，导致了 I n t e r n e t新的飞跃，并最终走向全球。 首页 上一张 下一张 下一节 退出上一节返回(2) Internet在中国的发展 I n t e r n e t在我国起步较晚， 1994年前，只有少数高等院校、研究机构提供了 I n t e r n e t的电子邮件服务，还谈不上真正的 I n t e r n e t。 1 9 9 4年 5月，我国实现了和 I n t e r n e t的 T C P / I P连接，从而正式开通了I n t e r n e t的全功能服务。目前全国已有 4个大的骨干网：中国邮电部的 Chinanet（ 中国公用计算机网）、电子部的 CGBnet（ 中国金桥网）、国家教育部的 CERnet（ 中国教育和科研计算机网）和中国科学院的 CSTnet（ 中国科学技术计算机网）。这四大骨干网均有各自的出口连入美国的 Internet主干网，并且四大骨干网实现了互联。 中国公用计算机互联网（ CHINANET）ChinaNet是由原邮电部建设的，主要用于民用和商用。该网络目前已覆盖了全国 31个省、自治区、直辖市。电信、网通和铁通都属于这一类网。 中国教育和科研计算机网（ CERNET）CERNET是中国第一个覆盖全国的、由国内科技人员自行设计和建设的国家级大型计算机网络。该网络由教育部主管；由清华大学、北京大学、上海交通大学、西安交通大学、东南大学、华中理工大学、华南理工大学、北京邮电大学、东北大学和电子科技大学十所高校承担建设，全国网络中心设在清华大学，八个地区网点分别设立在北京、上海、南京、西安、广州、武汉、成都、和沈阳。 CERNET是为教育、科研和国际学术交流服务的非盈利性网络。 首页 上一张 下一张 下一节 退出上一节返回 中国科技网（ CSTNET）CSTNet 以中国科学院的 NCFC及 CASnet 为基础连接了中国科学院以外的一批中国科技单位而构成的网络。目前接入 CSTNet的单位有农业、林业、医学、电力、地震、气象、铁道、电子、航空航天、环境保护等近三十个科研部门及国家自然科学基金委、国家专利局等科技管理部门。 CSTNet为非盈利、公益性的网络，主要为科技用户、科技管理部门及科技有关的政府部门服务。 国家公用经济信息通信网（ CHINAGBN）C H I N A G B N ， 又称金桥网。是以卫星综合数字业务网为基础，以光纤、微波、无线移动等方式形成天地一体的网络结构。它是一个把国务院、各部委专用网络与各大省市自治区、大中型企业以及国家重点工程连接的国家经济信息网。 首页 上一张 下一张 下一节 退出上一节返回6.3.2 IP地址和域名 （ 1） IP地址在国际互联网 (Internet)上有成千上万台主机（ host）， 为了区分这些主机，人们给每台主机都分配了一个专门的 “ 地址 ” 作为标识，称为 IP地址。 IP地址在 INTERNET范围内是唯一的。I P地址是一个 3 2位二进制数，即四个字节，为方便起见，通常将其表示为 w. x . y. z的形式。其中 w、 x、 y、 z分别为一个 0 2 5 5的十进制整数，对应二进制表示法中的一个字节。这样的表示叫做点分十进制表示。例如 某台主机在 Internet上的 IP地址为：11011010 00010011 01110111 11100100 则写成点分十进制表示形式是： 28IP地址是一种具有层次结构的地址， I P地址的 3 2个二进制位被分为两个部分，即网络地址和主机地址，网络地址就像电话号码中