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第三章网络是如何工作的 3 1网络的功能与构造 本节内容 认识网络网络的功能网络中的硬件网络中的软件 一 认识网络 什么是网络 计算机网络是两台或两台以上的计算机通过网络设备连接起来所组成的一个系统 在这个系统中计算机与计算机之间可以进行数据通讯 数据共享及协同完成某些数据处理工作 网络可以是家里或办公室中通过电话线或电缆所连接起来的两台或多台计算机 也可以是全球成千上万台计算机组成 相互之间通过电话线 同轴电缆 光缆 卫星无线电波 红外线 微波等电磁波 建立连接等等 网络 互联网 因特网 Internet 概念等同吗 互联网 由多个计算机网络相互连接而成的网络 因特网 全球最大的互联网 也是全球最大的广域网 二 网络的种类 按网络覆盖范围分类局域网 LocalAreaNetwork LAN 覆盖范围一般不超过十公里 通常是一幢建筑物内 相邻的几幢建筑物之间或者是一个园区的网络 城域网 MetropolitanAreaNetwork MAN 覆盖范围介于局域网和广域网之间 通常为数十公里到数百公里的一座城市内 广域网 WideAreaNetwork WAN 覆盖范围通常为数百公里到数千公里 甚至数万公里 可以是一个地区或一个国家 甚至世界几大洲或整个地球 二 网络的种类 按覆盖范围分 二 网络的种类 按拓扑结构分 总线型环型星型树型网型 总线型 优点 节点的插入和拆卸非常方便 易于网络的扩充 缺点 容易引起信号的冲突和竞争 环型 优点 安装容易 线路故障容易查找和排除 缺点 任何信息必须通过所有节点 一旦某一节点出现故障 必将全网瘫痪 用户多响应时间长 星型 优点 结构简单 便于控制和管理 建网容易 传输错误率低 缺点 可靠性较低 一旦中央节点出现故障 必将全网瘫痪 网型 网型 任意两个节点之间的通信线路不是唯一的 树型 树型 采用分层结构 适用于分级管理和控制 三 网络的功能 计算机网络的三大功能数据通信资源共享分布处理 功能一 数据通信 功能二 资源共享 功能三 分布处理 四 网络的构成 网络中的硬件网络中的软件 一 网络中的硬件 1 工作站和服务器 在计算机网络中 用户直接接触最多的是计算机 网络中的计算机按照功能的不同有工作站 Workstation 与服务器 Server 之分 工作站 用户直接面对使用的计算机 或称客户机 Client 即享受服务器所提供服务的计算机 服务器 网络上一种为客户机提供各种服务的高性能的计算机 这些计算机上同时运行着多个服务软件为工作站提供多种不同的服务 比如DNS服务器 WEB服务器 代理服务器等 它们能够用于网络管理 运行应用程序 处理各网络工作站成员的信息请示 连接一些外部设备如打印机 调制解调器及昂贵的专用通讯设备 并提供给网络上的工作站共享 当客户机需要某种服务时 它提出服务请求 然后由服务器提供服务 这种结构称为客户机 服务器 C S Client Server模式 在一些小型网络中 所有计算机的地位都是平等的 没有服务器和客户机之分 我们称这种网络为对等网 PeerToPeer 2 传输介质 传输介质一般是指传送网络数据的专用线缆 有有线与无线两种 有线传输介质 双绞线 光缆 同轴电缆等 无线传输介质 红外线 无线电波 微波等 3 通信连接设备 作用 确保数据在通过传输介质在网络中传输的时候 能够准确到达目标设备 包括中继器 集线器 又称HUB 网桥 交换机和路由器等 中继器 无论采用何种传输介质其传输距离都是有限的 超过这些距离 就需要利用中继器来扩展距离 中继器的功能就是将经过衰减而变得不完整的信号 经过整理后 重新产生出完整的信号再继续传送 虽然中继器可以延长传输距离 但传输带宽不会变化 集线器 可以看成是一种多端口的中继器 是共享带宽式的 其带宽由它的端口平均分配 如总带宽为10Mb s的集线器 连接4台工作站同时上网时 每台工作站平均带宽仅为10 4 2 5Mb s 中继器 集线器 机械地转发数据 像邮政系统中的运输人员 只负责接收上一站送来的包裹并继续往下传递 不管其他问题 中继器 集线器 3 通信连接设备 网桥 连接不同的网段 并进行信号过滤 交换机 又叫交换式集线器 它的作用主要是尽可能的减少和过滤网络中的数据流量 优化网络性能 网桥 交换机 能够判断是否需要转发数据包 像邮递员接收自己管辖范围内的信件 并送给收件人 而将非自己管辖范围的信件退回 路由器 网络中进行网间连接的关键设备 它的基本功能是把数据 IP包 传送到正确的网络 它能够判断数据传输的最佳路径 像邮局里的分检员 根据收件人的地址考虑走什么路线 如何运送信件 二 网络中的软件 网络中的软件通常包括网络操作系统和应用软件等 1 网络操作系统 NOS NetworkOperationSystem 网络中的服务器和工作站都需要操作系统 但两者所需的操作系统不一样 工作站操作系统的着眼点是单机性能最佳 服务器操作系统的主要要求是使网络性能最佳 如共享数据文件 软件应用 以及共享硬盘 打印机和传真机等 常用的网络操作系统有WindowsNT Windows2000 2003 NovellNetware Unix和Linux等 各种网络操作系统都有其特点与优势 二 网络中的软件 网络中的软件通常包括网络操作系统和应用软件等 2 应用软件常用的应用软件有解压缩工具 文件下载工具 文件上传工具 网络媒体播放器等 网络应用软件有两种结构 一种是客户机 服务器 C S Client Server 结构一种是浏览器 服务器 B S Brower Server 结构 二 网络中的软件 练一练 1 因特网是指 A 国际互联网B 内部网C 校园网D 邮电网2 以交换机等网络设备为中央节点 其他计算机都与该中央节点相连接的网络拓扑结构 A 星型结构B 总线型结构C 环形结构D 树型结构3 下列哪种网络拓扑结构工作时 其传递方向是从发送数据的节点开始向两端扩散 只有与地址相符的用户才能接收数据 其他用户则将数据忽略 A B C D 4 不是计算机网络基本功能的是 A 分布处理B 数据通信C 资源共享D 降低费用5 通常用来划分广域网 城域网和局域网的主要依据是 A 网络通信的范围和距离B 传输控制协议C 信息交换方式D 资源共享方式6 局域网的英文缩写是 A USBB LANC MAND WAN7 下列不是网络操作系统的是 A WindowsNTB NovellC LinuxD DOS8 某单位一个大办公室共需放置24台台式计算机 那么在进行网络规划时 一般考虑采用的传输介质是 A 单模光纤B 双绞线C 微波D 光缆 9 计算机网络所使用的传输介质中 属于无线传输的是 A 双绞线B 超五类双绞线C 电磁波D 光缆10 使用IE浏览器登录某FTP服务器并下载文件 这种网络应用软件结构属于 A B S结构B C S结构C OSI结构D TCP IP结构11 下列属于计算机网络连接设备的是 A 显示器B 交换机C 光盘驱动器D 鼠标器12 现在的中国教育科研网覆盖了全国的主要高校和科研机构 该网络属于 A 局域网B 星型网C 以太网D 广域网13 计算机网络的构成可分为网络硬件和网络软件 14 一台单独的服务器只以运行一个服务器软件 如果同时运行多个服务软件 局域网就会瘫痪 15 双绞线的单段信号传输线最大长度是100米 而光缆可以使用几十千米 所以在布线时不用双绞线 3 2网络通信的工作原理 内容回顾 网络的三大主要功能 数据通信 资源共享 分布处理 网络的三大主要功能能够得以实现 其最基本的保证在于网络中计算机之间的数据能够得以传输 一封信的旅程 1 2 3 4 5 6 7 用户 写信人 邮政局 运输部门 用户 收信人 邮政局 运输部门 用户 邮局约定 邮局 运输部门约定 甲地 乙地 运输子系统 用户子系统 邮局子系统 用户间约定 邮政局间约定 运输部门间约定 分层 约定管理模式 OSI模型 开放系统互联参考模型 opensysteminterconnection 由ISO制定 计算机网络是采用的层次性的结构模型 将网络分为若干层次 每个层次负责不同的功能 每一个层次中 通信双方都要共同遵守相应的约定 我们将这个约定叫做协议 也正是由于协议的存在 保证着通信的顺利进行 多个协议组合在一起成为协议体系 它们负责保证数据传输的通畅 各功能层之间 上一层向下一层提出服务的要求下一层则完成上一层提出的要求 物理传输信道 系统 系统 应用层协议 表示层协议 会话层协议 传输层协议 网络层协议 数据链路协议 物理层协议 第一层 第二层 第三层 第四层 第五层 第六层 第七层 各层作用解释 我现在有一批水果 准备运到罗马 如果我想实现这个目标 我需要什么条件 7 真正的货物终于送到了 完成了 6 沟通好了 现在发货 我们坐着火车到了罗马 决定送过去 但是发现 我们听不懂罗马人的话 罗马人也不知道我们在说什么 这个时候我们非常有必要带一个翻译官 当然这并不是最好的选择 如果我们和罗马人说的是同样的语言就好了 不管怎么样 来接纳的人总算能和我们沟通了 当然 这是人和人的沟通 不是人和货物的沟通 5 好象一切都准备好了 现在我们准备出发了 但是等等 这条路上只能通一辆火车 万一罗马那正好也有一辆火车从那边开过来 路上撞到了怎么办 那么我们要和他们先沟通好 4 路是有了 我们现在坐火车把东西送过去 结果送到半中间被强盗打劫了 或者是被人偷了 所以我们要保证在送过去的途中要原封不动的送到 少一个都不行路已经有了 基本条件已经具备 我们现在可以开始送东西了 但是是不是有了路就万无一失了 我们还需要有什么 3 路永远不会只有一条 条条道路通罗马 那么 我要保证我要走的道路能最快 最省钱的到达目的地 因此 我要选择一条近路 2 路是有了 我要保证这条路是通畅的 不能说走进死胡同 我要保证这条路能够通车 假设我是用火车来运的话 不会出现半路出轨的现象 1 首先我要有一条路 不管是马路还是铁路 这条路要能从出发点连接到目标点 第7层 应用层 第6层 表示层 第5层 会话层 第4层 传输层 第3层 网络层 第2层 数据链路层 第1层 物理层 物理传输信道 系统 系统 应用层协议 表示层协议 会话层协议 传输层协议 网络层协议 数据链路协议 物理层协议 第一层 第二层 第三层 第四层 第五层 第六层 第七层 自上而下 数据变成更小的数据包 并且加上一些协议信息等 自下而上 进行反向转换 去除添加的信息 将其还原为初始的信息 TCP IP协议体系 传输控制协议 互联网络协议 TransmissionControlProtocol InternetProtocol OSI模型是国际公认的一种标准 但只是一种理想化的概念模型 在实际应用当中完全参照此模型有许多不便 因特网没有形成之前 各个地方已经建立了许多局域网 因特网实际上就是将全球各地的局域网连接起来而形成的一个 网络之间的网络 也称 网际网 然而连接之前各式各样的局域网却存在不同网络结构和数据传输规则 各网之间要通过怎样的规则来传输数据呢 正如世界上有许多国家 各个国家都有着各自的语言 不同国家的两个人要怎样才能沟通呢 英语的广泛使用帮助人们成功地解决了沟通的问题 成为了 世界语 TCP IP正是因特网中的 世界语 因为成本低廉 可靠性好 而成为因特网中使用最频繁的协议 除此TCP IP之外 IPX SPX NetBEUI AppleTalk协议等 网络接口 网际层 传输层 应用层 是针对不同物理网络的连接形式的协议 例如 Ethernet ATM 负责数据的传输 路由及地址选择常用协议 IP ARP 地址解析协议 确认数据传输及进行纠错处理 常用协议 TCP UDP 用户数据据报协议 各种服务及应用程序通过该层利用网络 常用协议 HTTP FTP SMTP 简单邮件传输协议 等 TCP IP概念层 应用层 表示层 会话层 传输层 网络层 数据链路层 物理层 OSI参考模型 TCP IP协议体系 在TCP IP协议体系中 TCP和IP是两个最重要的核心协议 IP 互联网络协议 负责把数据包从一个地方传递到另一个地方 属于网际层 TCP 传输控制协议 负责对数据包进行管理和校核 保证数据包的在传输过程中的正确性 属于传输层 HTTP HyperTextTransferProtocol 超文本传输协议 FTP FileTransferProtocol 文件传输协议 SMTP SimpleMailTransferProtocol 简单邮件传输协议 以上三种协议属于应用层 数据交换技术 在计算机网络中 数据的发送方与接收方通常不是直接连接在一起的 而需要经过若干个中间节点的转接 如要通过路由器 交换机等设备 这些设备就要用到数据交换技术 常用的数据交换技术如下 电路交换报文交换分组交换 电路交换技术 应用 老式电话 电路交换技术 数据 甲 乙 交换机 数据 数据 数据 优点 提供一条临时专用的线路 比较可靠 稳定 缺点 占用一条线路之后 别人不能使用 电路空闲较大 报文交换应用 电报 F D C A 存储数据 将数据发送给C 存储数据 将数据发送给D 存储数据 将数据发送给F 存储数据 将数据发送给乙 甲 乙 数据 提高了通信线路的利用率 但延时较大 分组交换应用 IP电话 A 数据 B C 分组1 分组2 分组3 分组4 分组5 甲 乙 兼有电路交换和报文交换的优点 分组交换比电路交换的电路利用率高 比报文交换的传输延时小 交互性好 IP电话 分组交换技术老式电话 电路交换技术电报 报文交换技术 应用汇总 练一练 1 OSI模型将网络结构划分成 A 四层B 五层C 七层D 九层2 OSI参考模型的最底层是 A 传输层B