网络技术基础入门

win8 计算机网络技术与应用 平时成绩20 考勤 实验成绩20 实验报告 期末成绩60 学习网络的5个关键方面 数据通信原理互联网技术使用TCP IP的网络互联网络应用网络安全 对于学生学习的要求 理解网络的最基本工作原理 掌握处理网络问题的基本方法 面对不断变化的网络技术 具有跟踪 继续学习的基础与能力 课程的5个学习重点单元 第二单元 数据传输主要内容 数据通信基础知识 网络体系结构与网络协议的基础 第四单元 计算机网络安全主要内容 数据加密 数字证书 防火墙等 第一单元 网络基本概念主要内容 网络的基本概念 发展与应用知识 第五单元 计算机网络应用主要内容 Internet基本原理 域名服务 www服务 电子邮件服务等 第三单元 TCP IP协议主要内容 TCP IP协议层次模型 IP地址 IP路由 专业类的参考书 计算机网络与因特网DouglasE Comer 林生等译机械工业出版社 网络协议分析寇晓蕤 罗军勇 蔡延荣机械工业出版社 IPv6详解 美 QingLi 日 TatuyaJinmei 日 KeiichiShima人民邮电出版社 数据通信与网络Forouzan BehrouzA 王嘉祯等译机械工业出版社 第一章计算机网络概论 目录 1 1计算机网络的发展过程 1 2计算机网络简介 1 3计算机网络的拓扑结构 1 4网络技术的发展热点 1 5标准化组织与机构 序言 计算机网络不仅体现了一种技术 更体现了一个时代的文化 win8 1 1计算机网络的发展过程 1 1 1计算机网络的形成与发展 调制解调器 由于计算机和远程终端发出的信号都是数字信号 而公用电话线路只能传输模拟信号 所以在传输钱必须把计算机或远程终端发出的数字信号转换成可在电话线上传送的模拟信号 传输后再将模拟信号转换成数字信号 前端处理机结构 前端处理机 FEP 用来专门负责通信工作 实现数据处理与通信控制的分工 发挥了中心计算机的数据处理能力 1 主机 远程终端互联阶段为了共享主机资源和信息采集以及综合处理 用一台计算机与多台用户终端相连 用户通过终端命令以交互方式使用计算机 人们把它称为主机 远程终端互联 20世纪60年代中期至70年代的第二代计算机网络是以多个主机通过通信线路互联起来 为用户提供服务 2 主机 主机互联阶段 计算机网络要完成数据处理与数据通信两大基本功能 因此在逻辑结构上可以将其分成两部分 资源子网和通信子网 资源子网 负责全网面向应用的数据处理工作 向用户提供数据处理能力 数据存储能力 数据管理能力 数据输入输出能力以及其他数据资源 资源子网的组成主机 终端 终端控制器 外设 软件资源 信息资源主机 host 大型机 中型机 小型机 工作站或微机终端 terminal 用户访问网络的界面 终端可以是简单的输入 输出终端 也可以是带有微处理机的智能终端 终端可以通过主机连入网内 也可以通过终端控制器 报文分组组装与拆卸装置或通信控制处理机连入网内 通信子网 由通信控制处理机 通信线路与其他通信设备组成 完成网络数据传输 转发等通信处理任务 通信控制处理机在网络拓扑结构中被称为网络结点 通信控制处理机作为与资源子网的主机 终端的连接的接口 将主机和终端连入网内 通信控制处理机作为通信子网中的分组存储转发结点 完成分组的接收 校验 存储 转发等功能 主要任务是将各种计算机互连起来 完成数据之间的交换和通信处理 20世纪50年代中期 美国的半自动地面防空系统 Semi AutomaticGroundEnvironment SAGE 开始了计算机技术与通信技术相结合的尝试 在SAGE系统中把远程距离的雷达和其他测控设备的信息经由线路汇集至一台IBM计算机上进行集中处理与控制 20世纪60年代中期之前的第一代计算机网络是以单个计算机为中心的远程联机系统 典型应用是由一台计算机和全美范围内2000多个终端组成的飞机定票系统 终端是一台计算机的外部设备包括显示器和键盘 无CPU和内存 世界上公认的 最成功的第一个远程计算机网络是在1969年 由美国高级研究计划署 AdvancedResearchProjectsAgency ARPA 组织研制成功的 该网络称为ARPANET 它就是现在Internet的前身 起先是用于军事科学上 后来用于商业和民用业 1983年正式命名为Internet 即因特网 ARPANET的发展历程 因特网的第一个测试是在加州大学洛杉矶分校结点和斯坦福结点之间进行的 试验人员采用了 双轨制 两边的操作人员除了使用计算机网络通信外 还使用了电话 试验的目的是让洛杉矶的操作员能登录到斯坦福的计算机上 然后做一些简单的操作 ARPANET小组 1968年8月 罗伯兹完成ARPANET的技术规范 并向全国140家公司发出了招标书 1968年12月 麻省剑桥地区的BBN公司中标 并与ARPA签了合同 1969年9月1日 第一个ARPANET结点安装在加州大学洛杉矶分校 1969年10月1日 第二个结点安装在斯坦福研究所 1969年10月1日 ARPANET进行了第一次试验 3 标准化网络阶段 现代计算机网络逻辑结构示意图 4 局域网与Internet时代20世纪90年代末至今的第四代计算机网络 由于局域网技术发展成熟 出现光纤及高速网络技术 多媒体网络 智能网络 整个网络就像一个对用户透明的大的计算机系统 发展为以Internet为代表的互联网 计算机网络发展年代表 70年代 出现局域网 80年代 CCITT建立了使用国际线路传输声音数据的国际标准 ISO制定了计算机网络的开放型互联模型OSI OpenSystemInterconnection 1984年 60年代 计算机互连系统 这个阶段的典型代表是60年代后期由美国国防部资助 国防部高级研究计划局主持研究建立的ARPA网 ARPANET ARPANET网络利用租用的通信线路把位于洛杉矾的加利福尼亚大学 位于圣芭芭拉的加利福尼亚大学 斯坦福大学以及位于盐湖城的犹它州州立大学的计算机主机连接起来 构成了专门完成主机之间通信任务的通信子网 通过通信子网互连的主机负责运行用户程序 向用户提供共享资源 它们构成了资源子网 90年代 计算机网络发展成为社会重要的信息基础设施 21世纪 是网络功能不断完善 速度更快 更普及 Internet在我国的发展进程及现状 第二阶段为1994年至1996年 同样是起步阶段 1994年4月 中关村地区教育与科研示范网络工程进入Internet 从此中国被国际上正式承认为有Internet的国家 之后 多个Internet络项目在全国范围相继启动 Internet开始进入公众生活 并在中国得到了迅速的发展 至1996年底 中国Internet用户数已达20万 利用Internet开展的业务与应用逐步增多 第三阶段从1997年至今 是Internet在我国快速最为快速的阶段 国内Internet用户数97年以后基本保持每半年翻一番的增长速度 第一阶段为1987 1993年 也是研究试验阶段 在此期间中国一些科研部门和高等院校开始研究Internet技术 并开展了科研课题和科技合作工作 但这个阶段的网络应用仅限于小范围内的电子邮件服务 钱天白 中国Internet之父 1994年5月21日 在钱天白教授和德国卡尔斯鲁厄大学的协助下 中国科学院计算机网络信息中心完成了中国国家顶级域名 CN 服务器的设置 改变了中国的CN顶级域名服务器一直放在国外的历史 1999年底 在跨入新世纪的时刻 中国的上网人数已经达到600万人以上 上网对很多人来说已经不再是陌生的词汇 成了一种时尚的生活方式 各种大大小小的网站如雨后春笋 Internet大潮真正排山倒海地涌向我们这个古老的国度 中国信息化建设的惊人速度令世界刮目相看 但是10年前又是什么样呢 没有几个人知道Internet为何许物 更别提上网体验了 1987年9月20日 钱天白教授发出我国第一封电子邮件 越过长城 通向世界 揭开了中国人使用Internet的序幕 1990年11月28日 钱天白教授代表中国正式在国际互联网络信息中心 InterNIC 的前身DDN NIC注册登记了我国的顶级域名CN win8 1 2计算机网络简介 三个方面来理解 多机系统 互联系统 资源共享系统 1 2 1计算机网络的定义 概念 本书的概念 将地理位置不同的两台或两台以上具有独立功能的计算机 通过通信设备和通信介质连接起来 以功能完备的网络软件 实现资源共享的计算机系统 将分布在不同地理位置上的具有独立工作能力的计算机 终端及其附属设备用通信设备和通信线路连接起来 并配置网络软件 以实现计算机资源共享的系统 网络中的计算机是自主计算机 即排除网络系统中主从关系的可能性 一台主机和多台从属机的系统不能称为网络 在网络操作系统和通信协议支持下 将多台可以独立运行的计算机相互连接 用于实现数据通信 资源共享和协同工作的系统 对计算机网络定义的再说明 网络首先是现代信息技术发展的产物 是计算机技术和通信技术的结合 计算机互连网络系统基本模型 1 2 2计算机网络的主要功能 1 资源共享 硬件资源 包括各种类型的计算机 大容量存储设备 计算机外部设备 如彩色打印机 静电绘图仪等 软件资源 包括各种应用软件 工具软件 系统开发所用的支撑软件 语言处理程序 数据库管理系统等 5 均衡负荷当网络中某台计算机的任务负荷太重时 通过网络和应用程序的控制和管理 将作业分散到网络中的其它计算机中 由多台计算机共同完成 信道资源 通信信道可以理解为电信号的传输介质 通信信道的共享是计算机网络中最重要的共享资源之一 数据资源 包括数据库文件 数据库 办公文档资料 企业生产报表等 2 网络通信通信通道可以传输各种类型的信息 包括数据信息和图形 图像 声音 视频流等各种多媒体信息 4 集中管理对地理位置分散的组织和部门 可通过计算机网络来实现集中管理 如数据库情报检索系统 交通运输部门的定票系统 军事指挥系统等 3 分布处理把要处理的任务分散到各个计算机上运行 而不是集中在一台大型计算机上 这样 不仅可以降低软件设计的复杂性 而且还可以大大提高工作效率和降低成本 计算机网络的特点 3 独立性网络系统中各相连的计算机是相对独立的 它们之间的关系是既互相联系 又相互独立 1 可靠性在一个网络系统中 当一台计算机出现故障时 可立即由系统中的另一台计算机来代替其完成所承担的任务 同样 当网络的一条链路出了故障时可选择其它的通信链路进行连接 6 分布性计算机网络能将分布在不同地理位置的计算机进行互连 可将大型 复杂的综合性问题实行分布式处理 2 高效性计算机网络系统摆脱了中心计算机控制结构数据传输的局限性 并且信息传递迅速 系统实时性强 网络系统中各相连的计算机能够相互传送数据信息 使相距很远的用户之间能够即时 快速 高效 直接地交换数据 5 廉价性计算机网络使微机用户也能够分享到大型机的功能特性 充分体现了网络系统的 群体 优势 能节省投资和降低成本 4 扩充性在计算机网络系统中 人们能够很方便 灵活地接入新的计算机 从而达到扩充网络系统功能的目的 7 易操作性对计算机网络用户而言 掌握网络使用技术比掌握大型机使用技术简单 实用性也很强 1 2 3计算机网络的分类 从不同方向来进行分类 由于计算机网络自身的特点 其分类方法有多种 根据不同的分类原则 可以得到不同类型的计算机网络 按覆盖范围分类 局部区域网 传输速率为1 20Mb s 最大距离为25km 采用分组交换技术 入网最大设备数为几百到几千 高速区域网 采用CATV电缆或光缆 传输速率一般50Mb s 最大距离为1km 入网最大设备数为几十个 局域网连接示意图 服务器 工作站 工作站 工作站 打印机 根据网络连接的地理范围 可将计算机网络分成局域网 城域网 广域网三种类型 1 局域网 LocalAreaNetwork LAN 局域网的作用范围是几百到几千米 通常用于组建企业网和校园网 并分为局部区域网和高速区域网 2 城域网 WideAreaNetwork WAN 城域网是局域网的延伸 用于局域网之间的连接 网络规模局限在一座城市范围内 覆盖的地理范围从几十至几百公里 城域网链接示意图 3 广域网 WideAreaNetwork WAN 广域网又称远程网 是指在一个很大地理范围 从数百公里到数千公里 甚至上万公里 由许多局域网组成的网络 广域网是将远距离的网络和资源连接起来的任何系统 主要用在一个地区 行业甚至在全国范围内组网 达到资源共享的目的 广域网中的主机和子网 按传播方式分类 如果按照传播方式不同 可将计算机网络分为 广播网络 和 点 点网络 两大类 点 点网络 每条物理线路连接一对计算机采用分组存储转发与路由选择机制是点对点传输网络与广播式传输网络的重要区别之一 点 点网络拓扑构型 总线型 树型 环型 无线通信与卫星通信型 广播网络拓扑构型 星型 环型 树型与网状型拓扑 1 有线网 WiredNetwork 双绞线 其特点是比较经济 安装方便 传输率和抗干扰能力一般 广泛应用于局域网中 同轴电缆 俗称细缆 现在逐渐淘汰 光纤电缆 特点是光纤传输距离长 传输效率高 抗干扰性强 是高安全性网络的理想选择 2 无线网 WirelessNetwork 无线电话网 是一种很有发展前途的连网方式 语音广播网 价格低廉 使用方便 但安全性差 无线电视网 普及率高 但无法在一个频道上和用户进行实时交互 微波通信网 通信保密性和安全性较好 卫星通信网 能进行远距离通信 但价格昂贵 按传输介质分类 按传输技术分类 win8 1 3计算机网络的拓扑结构 拓扑学是几何学的一个分支 拓扑学首先把实体抽象成与其大小 形状无关的点 将连接实体的线路抽象成线 进而研究点 线 面之间的关系 即拓扑结构 TopologyStructure 计算机网络的拓扑结构就是指计算机网络中的通信线路和结点相互连接的几何排列方法和模式 拓扑结构影响着整个网络的设计 功能 可靠性和通信费用等许多方面 是决定局域网性能优劣的重要因素之一 在计算机网络中 抛开网络中的具体设备 把服务器 工作站等网络单元抽象为 点 把网络中的电缆 双绞线等传输介质抽象为 线 优点 结构简单 价格低廉 安装使用方便 缺点 故障诊断和隔离比较困难 1 总线型拓扑结构总线型拓扑结构是指所有结点共享一根传输总线 所有的站点都通过硬件接口连接在这根传输线上 环型结构的显著特点是每个节点用户都与两个相邻节点用户相连 优点 简化路径选择控制 传输延迟固定 实时性强 可靠性高 缺点 节点过多时 影响传输效率 环某处断开会导致整个系统的失效 节点的加入和撤出过程复杂 2 环型拓扑结构环型拓扑结构将所有网络结点通过点到点通信线路连接成闭合环路 数据将沿一个方向逐站传送 每个结点的地位和作用相同 且每个结点都能获得执行控制权 3 星型拓扑结构星型拓扑结构是符合令牌协议的高速局域网络 它是以中央结点为中心 把若干外围结点连接起来的幅射式互连结构 优点 单点故障不影响全网 结构简单 增删节点及维护管理容易 故障隔离和检测容易 延迟时间较短 缺点 成本较高 资源利用率低 网络性能过于依赖中心节点 4 树型拓扑结构树型结构是星型结构的扩展 它由根结点和分支结点所构成 优点 结构比较简单 成本低 扩充节点方便灵活 缺点 对根的依赖性大 工作站 工作站 打印机 服务器 集线器 集线器 集线器 集线器 5 网状拓扑结构网状拓扑结构中的所有结点之间的连接是任意的 没有规律 实际存在与使用的广域网基本上都采用网状拓扑结构 优点 具有较高的可靠性 某一线路或节点有故障时 不会影响整个网络的工作 缺点 结构复杂 需要路由选择和流控制功能 网络控制软件复杂 硬件成本较高 不易管理和维护 北京大学一期校园网拓扑图 6509 6509 3524 5100Account 7100Proxy 5100WWW 5100Email 3524 3524 现代教育技术中心 图书馆 办公楼 计算机系 教学主楼 教一南楼 城域网 7505 网大 SSR8000 SSR2000 1924C 6 1924A 5 1924A 7 1924C 14 6506 能源学院管理学院文法学院环测学院外语学院理学院 教二楼 建筑 教二南楼科研楼地下工程实验室教四楼 选矿通风岩控建筑联合实验室成教院 高职院出版社后勤楼 1924C 5 分析测试中心校医院科技中心设备处国际会议中心工厂实验区 科学馆教一楼 资源 环境 教五楼 机电 教三楼 化工 设备处体育系 北京大学二期校园网拓扑图 Trunk 老校区校园网 1000Base SX 10G 网络中心 CISCO6513 CISCO6509 CERNET CISCO6503 凯创8000 1000Base LX 电信千兆 1000Base T 计费网关 电信防火墙 教育防火墙 VPN 万兆连接 北京大学南湖校区一期校园网拓扑图 HPEVA5000 锐捷2126 2150G 邮件系统 防病毒网关 计费系统 WWWFTPVOD 基础服务 锐捷2126 2150G 锐捷2126 2150G 锐捷S2024M HPDL380 6 DL580 2 ML370 2 100Base FX FC AL 2 8口SAN交换机 文法学院 计算机学院 锐捷6806 理学院 锐捷6806 锐捷6806 食堂 办公 计费 MAIL 课件 VOD 娱乐 internet cernet 电信C6509 矿大C6509 核心及汇聚层 接入层 100M光纤 100M光纤 100M光纤 100M光纤 超五类线 超五类线 五类线 五类线 用户 宿舍楼机房 宿舍 矿大网络中心 北京大学学生宿舍网络拓扑图 省电信认证计费服务器 省电信自服务服务器 学校服务器 FS5208 AC 5台 徐州电信BIP 省电信认证 计费服务器 核心层 汇聚认证层 用户 1000M单模光纤 100M超五类线 电信核心设备 矿大新校区计算机系电信中心机房 宿舍楼机房 学生宿舍 接入层 LS2024M 373台 LS2024M 25台 1000M单模光纤 老校区电信FS5208 3台 1000M 100M 北京大学新校区学生宿舍一期网络拓扑图 矿大核心设备 100M超五类线 100M超五类线 100M超五类线 北京大学一卡通拓扑图 win8 1 4网络技术的发展热点 目录 1 物联网2 云计算3 3G和4G移动通信4 网络实名制 物联网 原理 物联网是在计算机互联网的基础上 利用RFID 无线数据通信等技术 构造一个覆盖世界上万事万物的 InternetofThings 在这个网络中 物品 商品 能够彼此进行 交流 而无需人的干预 其实质是利用射频自动识别 RFID 技术 通过计算机互联网实现物品 商品 的自动识别和信息的互联与共享 概念 英文名 TheInternetofThings 简称 IOT 物联网通过传感器 射频识别技术 全球定位系统等技术 实时采集任何需要监控 连接 互动的物体或过程 采集其声 光 热 电 力学 化学 生物 位置等各种需要的信息 通过各类可能的网络接入 实现物与物 物与人的泛在链接 实现对物品和过程的智能化感知 识别和管理 用途 物联网把新一代IT技术充分运用在各行各业之中 具体地说 就是把感应器嵌入和装备到电网 铁路 桥梁 隧道 公路 建筑 供水系统 大坝 油气管道等各种物体中 然后将 物联网 与现有的互联网整合起来 实现人类社会与物理系统的整合 在这个整合的网络当中 存在能力超级强大的中心计算机群 能够对整合网络内的人员 机器 设备和基础设施实施实时的管理和控制 在此基础上 人类可以以更加精细和动态的方式管理生产和生活 达到 智慧 状态 提高资源利用率和生产力水平 改善人与自然间的关系 我国物联网技术的现状 我国发展物联网技术起步较早 目前在标准和技术等方面也具有一定优势 国家中长期科学与技术发展规划 2006 2020年 和 新一代宽带移动无线通信网 重大专项中均将 传感网 列入重点研究领域 中科院先后投入了数亿资金用于标准制定 技术开发等工作 目前 我们物联网标准体系已经形成初步框架 向国际标准化组织提交的多项标准提案也已经被采纳 这说明我国在传感领域走在世界前列 正在与德国 美国 英国等一起成为 物联网 国际标准制度的主导国 但是 我国的物联网事业也存在各种各样的问题 云计算 原理 通过使计算分布在大量的分布式计算机上 而非本地计算机或远程服务器中 企业数据中心的运行将更与互联网相似 这使得企业能够将资源切换到需要的应用上 根据需求访问计算机和存储系统 概念 云计算是一种基于互联网的分布式计算 在虚拟的数据中心里 成千上万台电脑和服务器连接成一片电脑云 形成超级强大的运算服务能力 甚至可以体验到每秒钟10万亿次的运算 拥有如此强大的计算能力可以模拟核爆炸 预测气候变化和市场发展趋势 用户通过电脑 笔记本 手机等终端设备接入数据中心 按自己的需求共享这种超级运算 云计算有狭义的云计算和广义的云计算之分 思想 把力量联合起来 给其中的每一个成员使用 特点 1 数据安全可靠 2 客户端需求低 3 轻松共享数据 4 可能无限多 云计算 发展大事记 1 2008年 IBM先后在无锡和北京建立了两个云计算中心 我国云计算现状 北京市计算中心与Platform软件公司共建联合实验室 推进 北京云 的建设 江苏省无锡市联手IBM创建了世界第一个商业云计算中心 在无锡云计算中心二期建设规划中 IBM将帮助无锡加强云计算中心基础设施建设 重点搭建商务云平台 开发云平台和政务云平台三大云计算服务平台 中国移动研究院等研究机构也在云计算方面展开了超前的探索 目前已经完成了云计算中心试验 中国移动 中国联通 世纪互联 鹏博士等企业也在积极投入云计算技术和产品的研发 推出了部分产品和试验平台 4 2008年11月25日 中国电子学会专门成立了云计算专家委员会 3 中国移动研究院已经建立起1024个CPU的云计算试验中心 中国电信 中国联通都有相应动作 华为 中兴都转入了云计算研发 5 2009年5月22日 中国电子学会隆重举办首届中国云计算大会 2 阿里巴巴成立了阿里云公司 还有许多公司触云 腾讯 盛大 广达 800APP 世纪互联等 6 2009年12月 举办中国首届云计算学术会议 7 2010年5月 举办了第二届中国云计算大会 3G和4G移动通信 3G移动通信技术 现行的3G标准分别是WCDMA 欧洲版 CDMA2000 美国版 和TD SCDMA 中国版 三大类 4G移动通信技术 是第四代移动通信及其技术的简称 是集3G与WLAN于一体并能够传输高质量视频图像以及图像传输质量与高清晰度电视不相上下的技术产品 4G系统能够以100Mbps的速度下载 比拨号上网快2000倍 上传的速度也能达到20Mbps 并能够满足几乎所有用户对于无线服务的要求 3G和4G分别是第三代移动通信技术和第四代移动通信技术的简称 网络实名制 现状 网络实名制是指将网络用户的身份与其个人的真实身份建立一一对应关系的一种制度 中国网络实名制问题的源头 一般都认为是2002年清华大学新闻学教授李希光在南方谈及新闻改革时提出建议 中国人大应该禁止任何人网上匿名 他认为网络也应该严格的受到版权和知识产权的保护 同时网上写东西要负法律责任 包括传统媒体 应该提倡用真名 不用笔名发表文章 利用假名发表东西是对公众的不负责 他的这番言论在网上引起轩然大波 被称为 李希光事件 虽然经过了一段时间言辞激烈的争论 但是随后并没有相应的措施出台 事情也就不了了之 之后李希光自己也称已经对网络实名的话题丧失了兴趣 禁止网上匿名是非常不现实的 在法律上和技术上都行不通 全国人名代表大会常务委员会关于加强网络信息保护的决定 2012年12月28日第十一届全国人名代表大会常务委员会第十三次会议通过 再次硬起了人们对网络自由的关注 焦点集中在 决定 第6条规定的网络实名制与网络自由间取舍问题 决定 第6条规定 网络服务提供者为用户办理网站接入服务 办理固定电话 移动电话等入网手续 或者为用户提供信息发布服务 应当与用户签订协议或者确认提供服务时 要求用户提供真实身份信息 在网络发源地美国早就有网络实名制的呼声 华盛顿邮报 和 纽约时报 以及其他一些美国媒体就曾经考虑要求评论者先注册 提供一些个人信息之后再发表评论 但是效果不佳 没能推得开 国际惯例 互联网本来