中国科学技术大学课程《计算机基础知识》- (4).ppt

EssentialsofComputerApplicationsChapter6NetworkBasicKnowledge 中国科学技术大学网络学院李艺E Mail leeyi 6 2 目录 第一章计算机基础知识第二章Windows操作系统第三章Word文字处理第四章Excel电子表格第五章PowerPoint电子演示文稿第六章计算机网络基础第七章Internet的应用第八章信息安全与网络道德第九章计算机多媒体技术 6 3 本章要点6 1概述6 1 1网络的形成与发展6 1 2计算机网络的功能6 1 3计算机网络的分类6 1 4网络传输介质6 2计算机网络的体系结构6 2 1计算机网络协议6 2 2计算机网络的体系结构6 3局域网6 3 1局域网的特点6 3 2局域网的构成6 3 3局域网体系结构6 4广域网6 4 1广域网的概念6 4 2广域网的构成6 4 3广域网的地址 6 4 6 5设置共享资源6 5 1将本地计算机资源设置为网络共享6 6Internet基础与应用6 6 1什么是Internet6 6 2Internet的起源及发展6 6 3Internet在我国的发展情况6 6 4Internet的特点6 7TCP IP协议的基本概念6 8Internet的常用接入方式6 3 26 8 1Internet常用接入方式6 8 2网络连接6 4广域网6 9网络诊断命令6 9 1IPConfig命令6 9 2Ping命令 6 5 6网络基础知识 计算机网络就是将地理上分散布置的具有独立功能的多台计算机 系统 或由计算机控制的外部设备 利用通信手段通过通信设备和线路连接起来 按照特定的通信协议进行信息交流 实现资源共享的系统 随着计算机应用的普及和社会信息化程度的提高 以Internet为代表的网络应用正在逐渐地走进我们的生活 计算机网络已经成为了人们获取知识的重要途径 因此仅仅学习计算机知识而不掌握计算机网络知识已经不能满足今天各种的工作需要 6 6 6 1概述 计算机网络而是随着人们对资源共享和信息交换的迫切需要而发展起来的 它是现代计算机技术和通信技术密切结合的产物 计算机技术主要用于信息的存储和处理 通信技术则主要用于信息的快速传递 计算机网络的定义计算机网络就是利用通信设备和通讯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 6 7 计算机网络示意图 6 8 6 1 1网络的形成与发展 在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 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 随着计算机网络技术的蓬勃发展 计算机网络的发展大致可划分为4个阶段 6 9 第一阶段 以主机为中心的第一代计算机网络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 其示意图如下图所示 这一阶段也形象地称之为 诞生阶段 第一代网络 6 10 第二阶段 以通信子网为中心第二代网络 形成阶段 20世纪60年代中期至70年代的第二代计算机网络 见图示 是以多个主机通过通信线路互联起来 为用户提供服务 典型代表是美国国防部高级研究计划局协助开发的ARPANET 主机之间不是直接用线路相连 而是由接口报文处理机 IMP 转接后互联的 IMP和它们之间互联的通信线路一起负责主机间的通信任务 构成了通信子网 通信子网互联的主机负责运行程序 提供资源共享 组成了资源子网 这个时期 网络概念为 以能够相互共享资源为目的互联起来的具有独立功能的计算机之集合体 形成了计算机网络的基本概念 第二代网络 6 11 第三阶段 体系结构标准化的第三代网络 互联互通阶段 20世纪70年代末至90年代的第三代计算机网络是具有统一的网络体系结构并遵循国际标准的开放式和标准化的网络 ARPANET兴起后 计算机网络发展迅猛 各大计算机公司相继推出自己的网络体系结构及实现这些结构的软硬件产品 由于没有统一的标准 不同厂商的产品之间互联很困难 人们迫切需要一种开放性的标准化实用网络环境 这样应运而生了两种国际通用的最重要的体系结构 即TCP IP体系结构和ISO的OSI体系结构 第三代网络 6 12 第四阶段 以下一代Internet为中心的新一代网络 高速网络技术阶段 20世纪90年代末至今的第四代计算机网络 见下图 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 第四代网络 6 13 计算机网络的发展方向从计算机网络应用来看 网络应用系统将向更深和更宽的方向发展 首先 Internet信息服务将会得到更大发展 网上信息浏览 信息交换 资源共享等技术将进一步提高速度 容量及信息的安全性 其次 远程会议 远程教学 远程医疗 远程购物等应用将逐步从实验室走出 不再只是幻想 网络多媒体技术的应用也将成为网络发展的热点话题 6 14 6 1 2计算机网络的功能 计算机网络功能很多 其中最重要的三个功能是 数据通信 资源共享 分布处理 数据通信数据通信是计算机网络最基本的功能 因为有了计算机网络 电子邮件能在几秒钟内传遍世界的任何角落资源共享 资源 指网络中所有的软件 硬件和数据 共享 是指网络中一个用户能够使用另一个用户计算机上的资源 下面对各类共享方式举例说明 6 15 硬件共享 联网后可以只给办公室的一台电脑配备高性能打印机 而所有其它电脑都可以通过网络在这台打印机上打印 并且相互之间不影响工作 软件共享 你需要使用某种软件 但手中没有 你可以上网 在网上搜索出该软件 将其复制到自己的计算机上 这样你就可以使用了 当然 也可以将自已计算机上的软件共享出来 供网络中其它的计算机使用 数据共享 高考试卷改完后 考试委员会将考生的各科成绩汇总到数据库中 然后 放在网上 考生随时都可以进行查阅 所有这些就是资源共享 资源共享既节省了大量的投资 又便于集中管理 6 16 分布处理网络中当某台计算机负担过重时 可将新任务转交给空闲的计算机来完成 这样就能均衡各计算机的负担 比如 因特网中 大型网站的邮件服务器每天要收发数以万计的电子邮件 一台计算机难以胜任时 可以采用多台计算机来协同完成 对大型综合性问题 可将问题分解 各部分交给不同的计算机分头处理 充分利用网络资源 扩大处理能力 6 17 6 1 3计算机网络的分类 按地理范围可将计算机网络分为 局域网 LAN LocalAreaNetwork 通常在10km的区域范围内 属一个企业所有 例如 实验室网络 校园网 企业内部网都属于局域网 局域网技术发展迅速 速率从已从10M 100M上升到了1000M 应用也日益广泛 是计算机网络中最活跃的领域之一 城域网 MAN MetropolitanAreaNetwork 通常在10 100km的区域范围内 用于将一座城市内的大量企业 机关和公司的局域网连接起来 以实现信息的高速传输 广域网 WAN WideAreaNetwork 网络范围可以覆盖全国 甚至全球 例如 覆盖全国的中国公用分组交换数据网就属于广域网 6 18 互联网 Inter network 世界上现存的许多网络 其物理结构 网络协议均不相同 将这些网络用网关互联起来 并由它完成相应的转换工作 以此构成的集合叫互联网 Inter network 注意 不是Internet 最常见的互联网形式是多个局域网通过广域网连接起来 根据网络的拓扑结构分类分为星型网 环型网和总线型网以及它们的复合形式 6 19 总线型拓扑结构将所有计算机通过一条高速公用总线连接起来所形成的网络 如下图所示 图中 总线一般为粗同轴电缆或细同轴电缆 每台计算机内都装有网卡 将传输线路连接到网卡上即可 网卡的外形如下页图所示 6 20 插入主机扩展槽中 连有线介质 6 21 每块网卡都有一个全球唯一的地址 共6个字节 前3个字节由生产网卡的产家向有关的国际管理机构购买 后3个字节由产家自行编号 典型网络 有以太网 Ethernet 以太网是目前最流行的一种局域网的名称 当前局域网中90 以上是以太网 星型拓扑结构星型拓扑结构是一种最古老的连接方式 大家使用的电话网就属于这种结构 星型拓扑结构如下图所示 6 22 上图中处于中间位置的网络设备是集线器 又称Hub 或交换机 又称Switch 用双绞线将计算机的网卡连接到集线器或交换机的端口上即可 典型网络 有以太网 Ethernet 以太网既可以采用总线型拓扑结构 又可以采用星型拓扑结构 早期的以太网采用总线型结构 现在主要采用星型结构 6 23 环型拓扑结构用一根封闭的电缆将所有的计算机连接起来 构成一个环路 信号在环上单向传输 环型拓扑结构如下图所示 典型网络 有令牌环网 TokenRing 令牌环网目前已被淘汰 6 24 从网络逻辑功能角分类可以将计算机网络分成通信子网和资源子网两部分 如下图所示 6 25 通信子网为中心由网络中的通信控制处理机 其他通信设备 通信线路和只用作信息交换的计算机组成 负责完成网络数据传输和转发等通信处理任务 因特网的通信子网一般由路由器 交换机和通信线路组成 资源子网处于通信子网的外围 由主机系统 外设 各种软件资源和信息资源等组成 负责全网的数据处理业务 向网络用户提供各种网络资源和网络服务 主机系统是资源子网的主要组成部分 它通过高速通信线路与通信子网的通信控制处理机相连接 普通用户计算机可通过主机系统连接入网 6 26 6 1 4网络传输介质 网络传输介质分类如下 同轴电缆 分粗同轴电缆和细同轴电缆有线介质双绞线 分屏蔽双绞线和无屏蔽双绞线网络传输介质光纤 分单模光纤和多模光纤无线介质 同轴电缆同轴电缆的组成 6 27 同轴电缆的分类按直径的不同可分为粗同轴电缆和细同轴电缆两种 粗同轴电缆传输距离长 性能好 但价格贵 按信号模式不同 还有数字缆和模拟缆 即CATV缆 之分同轴电缆的传输速率 目前一般为10兆比特 秒 接头形状 细同轴电缆的外形及其接头如下图所示 6 28 双绞线双绞线的组成 由两根绝缘铜导线相互扭绕而成 成对扭绕的作用是为了最大限度地减少外界电磁场的干扰 双绞线的分类 分为无屏蔽双绞线 UTP 和屏蔽双绞线 STP 屏蔽双绞线电缆的外层用铝泊包裹 形成一层屏蔽层 以降低干扰 减小幅射 但价格贵 局域网大多使用无屏蔽双绞线来组网 通常将四对双绞线封装在一个塑料保护外套中 如下图所示 6 29 双绞线的传输速率 目前 一般为100Mbps 双绞线的应用 是目前局域网中最常用的网络传输介质 双绞线的接头 无屏蔽双绞线的外形及其接头如下左图所示 6 30 光纤光纤的组成 光纤由纤芯和包层组成 纤芯是用非常透明的石英玻璃拉成细丝制作而成 直径只有8 100 m 光纤的结构如下图所示 光纤的分类 分单模光纤和多模光纤 单模光纤直径更细 传输距离更远 价格更高 采用激光来传输数据 而多模光纤采用可见光来传输数据 光纤的传输速率 通常可达几Gbps 6 31 光纤的传输过程 光纤采用光传输 用光的有 无来表示数据 1 和 0 由于计算机发出的是电信号 所以发送方需要通过光发射机将电信号转变成光信号 才能在光纤中传输 到了接收方 再通过光接收机将光信号还原为电信号后 交给计算机 如下图所示 6 32 光纤的优点 体积小 重量轻 传输距离远 可达数百公里 传输速率高 可达数Gbps 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 光纤的缺点 价格较贵 且需要高水平的安装技术 光纤的应用 是广域网中常用的网络传输介质 也用于局域网间远距离的连接 例如 校园网中各校区间的连接 光纤通信是今后高速网络的发展趋势 是最有发展前途的网络传输介质 光纤的接头 6 33 无线介质使用无线电波作为传输介质的特点在于 安装方便 只需在建筑屋或天线塔顶上架设无线电收发器 节省大量的线缆费用和铺设费用 无线网如下图所示 无线传输还具有相当的灵活机动性 特别适宜于战场等需要临时建立通信网的应用领域 但无线通信容易受到雨 雾等天气变化的影响 也容易泄密 6 34 6 2计算机网络的体系结构 6 2 1计算机网络协议计算机网络协议即计算机网络中传递 管理信息的一些规范 它至少包括以下3个要素 语义 用来说明通信双方进行数据交换时所规定的符号含义 这些符号包括控制信息 动作信息和响应信息等 语法 用来规定数据与控制信息的结构或格式 例如 中文语法 同步或规则 用来说明事件实现顺序 6 35 常见的网络协议常见的计算机网络协议有以下三种 TCP IP协议 TransmissionControlProtocol InternetProtocol 即传输控制协议 网际协议 是Internet采用的主要协议 IPX SPX internetworkpacketexchange sequencedpacketexchange 即互联网包交换 顺序包交换协议 NetBIOS networkbasicinput outputsystem 网络基础输入 输出系统协议 6 36 6 2 2计算机网络的体系结构许多公司都制定了自己的网络体系结构 这样不同公司的网络设备 由于网络体系结构不同很难互连 迫切需要制定网络体系结构的国际标准 两个国际标准有两个 ISO OSI 1984年 国际标准化组织ISO颁布的开放系统互联参考模型OSI RM OpenSystemInterconnectionReferenceModel 简称为OSI 所谓 开放 是指只要遵循OSI标准 一个网络系统就能和位于世界上任何一个地方的 也遵循同一标准的其它网络系统进行通信 OSI将计算机网络的体系结构分成7层 从低到高依次为 物理层 数据链路层 网络层 运输层 对话层 表示层和应用层 如下页插图所示 6 37 ISO OSI参考模型 分层原则 整个系统功能分为若干层次 每个子层完成特定的功能 层之间有清晰的接口 下层为上层提供服务 6 39 TCP IP结构 80年代初期 美国国防部高级研究计划署和美国国防部通信局研制的TCP IP协议 TCP IP协议是目前因特网中所采用的网络体系结构标准 TCP IP将网络系统分为四层 具体内容将在后面的章节中介绍 6 40 OSI试图达到一种理想境界 全世界的计算机网络都遵循这个统一的标准 方便地互连和交换数据 但是 这一标准一直仅限于理论上 未能最终实现 相反 由于Internet的普及 TCP IP得到了广泛应用 TCP IP已成为了事实上的国际标准 其它网络体系结构IBM SNA IBM系统网络体系结构DEC DNA 数字网络体系结构MicrosoftMSNETNovellNetWare 6 41 6 3局域网 6 3 1局域网的特点分布范围小 为某个单位或部门所有 仅供该单位内部使用 传输速率一般为10Mbps 100Mbps支持传输介质种类多通信处理一般由网卡完成传输质量好 误码率低有规则的拓扑结构 决定LAN特性的主要技术因素有 拓扑结构 传输形式 基带 宽带 介质访问控制方法 LAN最主要的分类方法从介质访问扩展方法的角度 LAN可分为共享式LAN和交换式LAN两类 6 42 6 3 2局域网的构成简单地说 局域网有硬件系统和软件系统组成 硬件系统 包括计算机 包括服务器和客户机 传输介质和网络互联设备等 服务器 在网络中提供资源和特定服务的计算机 在其上运行网络操作系统 是网络控制的中心 客户机 网络用户入网的结点 一般有自己的操作系统 传输介质 网络传输介质是网络中传输数据 连接各网络站点的实体 一般分为两类 分别是有线介质和无线介质 有线介质常用的有双绞线 同轴电缆 光纤 无线介质常用的有无线电波 微波和红外光等 常用网络接入设备 网络接口 调制解调器 集线器网络互联设备 中继器 Repeater 交换机 Switch 路由器 Router 网关 Gateway 互联设备主要是将LAN联入互联网 6 43 软件系统一般包括网络操作系统 网络应用软件和网络协议等 网络操作系统 NetworkOperatingSystem NOS 是具有网络功能的操作系统 相对单机操作系统而言 网络操作系统具有如下特点 复杂性并行性安全性提供多种网络服务功能常用网络操作系统 目前 网络操作系统主要有 NetWare Windows和UNIX 应用软件 指针对某一网络应用而开发的程序 目前在因特网上的应用软件非常多 主要有 Email 文件传输系统FTP WWW万维网系统 域名服务系统DNS等 6 44 6 3 3局域网体系结构 6 45 在局域网中传输数据采用的是带地址的 帧 格式 不存在中间交换 所以不需要路由选择 物理层的主要功能 信号的编码与译码为进行同步用的前同步码的产生与去除比特的传输与接收LLC子层的主要功能 建立和释放数据链路层的逻辑连接提供与高层的接口差错控制给帧加序号与媒体接入无关的部分都集中在逻辑链路控制LLC子层 6 46 MAC子层的主要功能将上一层交下来的数据封装成 帧 进行发送 接收时进行相反的过程实现和维护MAC协议比特差错检测寻址与接收各种传输媒体有关的问题都在MAC子层处理 6 47 6 4广域网 6 4 1广域网的概念通常将跨接很大的地理范围 如城市之间 国家之间的网络 的网络称为广域网 广域网中不仅仅只是连接许多结点中的计算机 它还必须保证计算机之间能同时通信 因此我们将广域网分为两部分 资源子网 用户使用的计算机和它所在的局域网通信子网 把资源子网连接在一起 并负责传递计算机之间的数据的网络 它包括两部分 传输信道和转接设备 广域网一般只包含OSI参考模型的下三层 而且大部分广域网都采用存储转发方式进行数据交换 6 48 一个广域网的示例 6 49 广域网特点 相对局域网 突破了地址们置的和计算机数量上限制以公共通信网络为基础 所以可通路很多 所以要进行路由选择允许不同速率接放误码率高 所以经常会出错 可以用专线 电话线 微波作为通信介质要用到路由器 交换机 MODEM等多种数据交换技术 复杂连接类型多样化投资大 运行费有高 6 50 6 4 2广域网的构成广域网由一些结点交换机以及连接这些交换机的链路组成 通常一个结点交换机往往与多个结点交换机相连 在广域网中的一个重要问题就是分组的转发机制 与局域网相比 传输距离差距技术也不同 协议更复杂 由不同位置的局域网 城域网或单机构成 广域网连接构成由共公通信网络来实现 有 公用电话网PSTN 公用数字数据网DDN 综合业务数据网ISDN 公用分组交换数据网PSPDN 公用中继网FR 6 51 局域网构筑广域网 利用电话系统利用专线利用X 25连接利用ATM连接利用ISDN利用ADSL接点交换机之间采用点对点连接 实行转储转发的方式 6 52 数据报和虚电路网络层为接在网络上的主机所提供的服务可以有两大类 即无连接的网络服务和面向连接的网络服务 这两种服务的具体实现就是通常所谓的数据报服务和虚电路服务 右图中画出了网络提供虚电路服务的特点 看网络提供虚电路服务 先设图中主机H1要和主机H5通信 在图中 我们设寻找到的路由是A B E 6 53 数据报服务和虚电路服务示例 6 54 虚电路服务的特点 源主机先向目的主机发出一个特定格式的控制信息分组 要求进行通信 同时也寻找一条合适的路由 目的主机同意通信就发回响应 然回双方就建立了虚电路并可传送数据 由于采用了存储转发技术 这种虚电路和电路交换的连接有很大的不同 网络向用户提供的服务就好像在两个主机之间建立了一对穿过网络的数字管道 所有发送的分组都按发送的前后顺序进入管道 然后按照先进先出的原则沿此管道传送到目的主机 到达目的站的分组不会因网络出现拥塞而丢失 也不会乱序 虚电路服务对通信的服务质量有较好的保证 6 55 数据报服务的特点 网络随时都可以接收主机发送的分组 数据报 网络为每个分组独立的选择路由 网络只是尽最大努力地将分组交付给目的主机 但对源主机没有任何承诺 网络不保证所传送的分组不丢失 也不保证按原主机发送分组的先后顺序以及在多长的时限内必须将分组交付给目的主机 当网络发生拥塞时 网络中的某个节点可以将一些分组丢弃 数据报提供的服务是不可靠的 不能保证服务质量 6 56 两种思路 虚电路服务的思路来源于传统的电信网 电信网将其用户终端 电话机 做得非常简单 而电信网负责保证可靠通信的一切措施 因此电信网的节点交换机复杂而昂贵 数据报服务力求使网络在恶劣的环境下仍可工作 并使对网络的控制功能分散 因而只能要求提供尽最大努力的服务 这种网络要求使用较复杂且有相当智力的计算机作为用户终端 可靠通信由用户终端中的软件 即TCP 来保证 6 57 网络层应当采用数据报服务还是虚电路服务 在网络界一直在进行争论 焦点是网络要不要提供网络端到端的可靠服务 OSI在网络层采用了虚电路服务 Internet在网络层采用了数据报服务 因特网能够发展到今天这样的规模 充分说明了在网络层提供数据报服务是非常成功的 6 58 虚电路服务与数据报服务的对比 6 59 每种广域网技术都定义了计算机所收发帧的明确格式 而且连到广域网上的每台计算机都有一个物理地址 当发送帧时 发送的计算机必须给出目的计算机的地址 广域网使用层次地址方案 最简单的层次地址方案把地址分为两部分 第一部分表示分组交换机 第二部分表示连到分组交换机上的计算机 6 4 3广域网的地址 6 60 下一站转发技术 next hopforwarding 一个分组交换机必须选择一条路径来转发分组 分组交换机要使用分组中的目的地址 但是 一个分组交换机不必保存到达所有可能目的地的完整信息 仅包含有关于分组到达目的地的下一站信息 下图是switch2中的下一站转发信息 6 61 源地址独立性 下一站转发只依赖于分组的目的地址 结局 计算机网络中的转发能够更紧凑和更有效 直接从计算机发出的分组和从其它分组交换机传送来的分组所使用的转发机制是一样的 6 62 6 5设置共享资源 对于计算机用户来说 设置一些共享资源是必要的 当计算机设置成共享级访问控制 并设置了共享资源后 那么该网络的所有用户都可以对该共享资源进行访问 访问的权限将根据用户在设置共享时所指定的权限而定 可以将本地计算机中的文件 文件夹 所有的驱动器 软盘驱动器和光盘驱动器 硬盘 及打印机设置为网络共享 同时 也能在本地网络中搜索和调用共享的网络资源 6 63 6 5 1将本地计算机资源设置为网络共享 添加文件 夹 共享将本地计算机中的某个文件或文件夹设置为共享后 同一个工作组中的其他计算机就可以访问存储甚至运行该文件或者文件夹中的资源 我们以XP操作系统为例 设置D盘下的mymusic文件夹为共享为例 说明添加文件 夹 的操作步骤 在 我的电脑 窗口中 右击需要共享的D盘下的mymusic文件夹 在弹出的的快捷菜单中选择 共享和安全 命令 打开 mymusic属性 对话框 在 本地共享和安全 选项组中 如果只想与这台计算机的其他用户共享这个文件夹 只需要将其拖动或复制到 共享文档 文件夹中即可 而如果在本地计算机中要将这个文件夹及其子文件夹设为本用户专用 则应该在 本地共享和安全 选项组中选中 将这个文件夹设为专用 复选框 要说明的是 只有将该文件夹所在的驱动器格式化为NTFS格式后才可将该文件夹设为对某个用户专用 6 64 如果要在网络上共享该文件夹 必须在 网络共享和安全 选项组中选中 在网络上共享这个文件夹 复选框 并可以在 共享名 文本框中设定或更改该文件夹在网络中共享时的名称 如果选中 允许网络用户更改我的文件 复选框 则表示该共享文件夹可以被网络中其他用户进行读 写或者删除操作 如果不选中该复选框 则网络用户只能读取该共享文件夹 单击 应用 按钮 使设置生效 并在单击 确定 按钮后关闭 mymusic属性 对话框 这时 mymusic文件夹的共享设置完成 6 65 6 6Internet基础与应用 6 6 1什么是InternetInternet是由世界上各种网络互联而构成的 也称为 Internet网 或 国际互联网 Internet是将以往相互孤立的 散落在各个地方的单独的计算机或相对独立的计算机网 借助网络互联设备 通过一定的通讯协议而实现更高层次的互联 在这个互联网络中 一些超级的服务器通过高速的主干网络 光缆 微波或卫星 相连 而一些较小规模的网络则通过众多的支干与这些巨型服务器连接 网络上的用户可以说是完全平等的 没有地域的限制 没有电脑型号的差别 使用相同的语言进行交流 即相同的通讯协议 6 66 Internet采用层次网络结构 最高层为主干网 由大型或超大型计算机通过专用线路直接连接 覆盖多个国家 次级网为区域网 覆盖整个国家或大的城市 连接该国家或该城市的主要结点 最低级网为校园网或企业网 附接所有进入Internet的结点 6 67 6 6 2Internet的起源及发展 Internet网络的前身是由美国国防部高级研究计划管理局 AdvanceResearchProjectsAgency 于1969年资助建立的一个称为 ARPANET 的实验网 最初的ARPANET网络只连接了美国西部4所大学的计算机 到1972年 已有50余所大学和研究所参与了网络的连接 ARPANET实验网主要用于军事目的的分散的指挥系统的建立 1982年 ARPA与MILNET网络合并 形成了Internet雏形 它较好地解决了异种机网络互联的一系列理论与技术问题 产生了资源共享 分布控制 分组交换 使用单独的通信协议和网络通信协议分层等思想 1986年 美国国家科学基金会NSF NationalScienceFoundation 提供巨资 建立了全美五大超级计算机中心 并且在此基础上建立了基于TCP IP协议的NSFNET广域网 使全美的科技人员能够共享超级计算机所提供的资源 6 68 NSFNET网络的基本构成将全国划分为若干个计算机区域网 通过路由器把区域网上的计算机与该地区的超级计算机相连 最后再将各超级计算机中心互联 在主通信结点上采用高速数据专线 构成NSFNET主干网 这样 一个用户 只要其计算机已与某一区域网联网 就可以使用任一超级计算机中心的资源 NSFNET的成功 使得ARPANET逐渐被NSFNET所取代 成为今天的lntert的基础 20世纪80年代 随着PC机联网能力的提高 大量的PC机连成了众多的局域网 局域网又陆续连入Internet 这样就使众多PC机用户也具有了访问Internet的能力 6 69 6 6 3Internet在我国的发展情况 我国Internet的发展 概略地讲 经历了2个阶段 第一阶段 1987 1993年 一些科研部门和高等院校开展了与Internet联网的科学研究和技术合作 通过拨号 X 25 实现了与电子邮件转发系统的连接 并在小范围内提供Internet电子邮件服务 第二阶段 从1994年开始 实现了和Internet的TCP IP连接 开始提供Internet的全功能服务 从此Internet在我国迅速发展 公众商业应用随之出现 6 70 中国的Internet网络构成中国公用计算机互联网 CHINANET 中国国家计算机与网络设施 NCFC 中国教育和科研计算机网 CERNET 国家公用经济信息通信网 CHINAGBNET IHEP 中国科学院高能物理研究所网络IHEP InstituteofHighEnergyPhysics 1993年 CHINANET是中国Internet的骨干网 在北京和上海有两个国际出口 与美国Internet网连接 IHEP网是经过日本进入Internet网 6 71 6 72 CERNET 中国教育和科研计算机网是中国第一个覆盖全国的自行设计和建设的大型计算机网络 由原国家教委主管 清华大学 北京大学 上海交通大学 西安交通大学 东南大学 华南理工大学 华中理工大学 北京邮电大学 东北大学和电子科技大学10所高校承担建设 全国网络中心设在清华大学 8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 整个网络分为主干网 地区网和校园网3个层次 目前CERNET是国内拥有IP地址数最多 用户数最多的互连网 拥有45个半B类地址 CERNET的网络资源包括各种信息检索 网络软件 大学介绍 院系图书馆 学位论文库以及相关的各专业数据库等 CERNET的市场定位是非盈利性的 主要为学校 科研和学术机构以及非盈利性的政府部门服务 6 73 6 74 CSTNET 中国科技网是在中关村地区教育与科研示范网 NCFC 和中国科学院网 CASnet 的基础上建设和发展起来的覆盖全国范围的大型计算机网络 是我国最早建设并获国家正式承认具有国际信道出口的中国四大互联网络之一 中国科技网始建于1990年 并于1994年4月首次实现了我国与国际互联网络的直接连接 同时在国内开始管理和运行中国顶级域名CN 中国科技网现有多条高速国际信道连到美国 日本及法国 通过这些信道进入Internet国际互联网络 目前 中国科技网在全国范围内已接入农业 林业 医学 地震 气象 铁道 电力 电子 航空航天 环境保护和国家自然科学基金委员会 国家专利局 以及中国科学院分布在京区和全国各地25个城市的科研机构 共一百四十多家科研院所和科技部门 上网用户达数万人 6 75 中国科技网的服务主要包括网络通讯服务 信息资源服务 超级计算服务和域名注册服务 中国科技网上拥有科学数据库 科技成果 科技管理 技术资料和文献情报等特有的科技信息资源 向国内外用户提供各种科技信息服务 中国科技网的网络中心拥有每秒64亿次的超级计算机系统 可以通过网络为全国科技人员提供高性能科技计算服务 中国科技网的网络中心还受国务院信息化工作领导的委托 管理中国互联网络信息中心 CNNIC 负责向全国提供最高域名注册服务 6 76 CHINANET CHINANET是邮电部门经营管理的中国公用Internet网 CHINANET的结构分为核心层 区域层和接入层 骨干网工程按全国自然地区在31个城市建立网络节点 并在每个节点与分组网CHINAPAC 数字数据网CHINADDN 帧中继FrameRelay 电话网PSTN等连通 1995年2月开通了北京和上海2条国际出口 1996年6月正式在全国开通 CHINANET总共拥有10个B类IP地址 发展的用户主要是单机拨号入网的用户 其商业市场主要由邮电部经营 原则上所有商业用户都只能通过CHINANET与Internet网连接 其网络上的各种商业业务除由邮电部办理外 还有各种商业公司经营 其策略是积极扩展市场 6 77 CHINAGBN 国家公用经济信息网暨金桥网 中国金桥信息网 CHINAGBN 是架构在中国金桥网通信网络实体上的Internet业务网 面向公众提供Internet的商业服务 归口电子工业部管理 1996年9月 CHINAGBN开通Internet服务 并在网络试运行期间不收服务费 其主要服务分为2类 专线集团用户的服务和个人用户的单点上网服务 CHINAGBN目前只有半个B类IP地址 接入的用户数较少 6 78 6 6 4Internet的特点 Internet之所以发展如此迅速 被称为二十世纪末最伟大的发明 是因为Internet从一开始就具有的开放 自由 平等 合作和免费的特性所推动的 也正是这些特性 使得Internet称为二十一世纪的商业 聚宝盆 开放性 Internet是开放的 可以自由连接 而且没有时间和空间的限制 任何人随时随地可加入Internet 只要遵循规定的网络协议 网络的每个用户都是平等的 Internet也是一个无国界的虚拟自由王国 在网络上信息的流动自由 用户的使用自由 6 79 共享性网络用户在网络上可以随意调阅别人的网页 Homepage 或拜访电子广告牌 从中寻找自己需要的信息和资料 有的网页连接共享型数据库 可供查询的资料更多 而内容提供者本意就是希望你能够随时取阅他最新的研究成果 新产品介绍 使用说明或只是一些小经验 他希望你能认同他的看法 分享他的快乐 平等性Internet上是 不分等级 的 一台计算机与其他任何一台一样好 没有哪一个人比其他人更好 在Internet内 你是怎样的人仅仅取决于你通过键盘操作而表现出来的你 如果你说的话听起来像一个聪明而有趣的人说的 那么你就是这样一个人 6 80 交互性网络的交互性是通过两个方面实现的 一是通过网页实现实时的人机对话 这是通过在程序中预先设定访问路线超文本链接 设计者把与用户可能关心的问题和有关的内容按一定的逻辑顺序编制好 用户选择特定的图文标志后可以瞬间跳跃到感兴趣的内容或别的网页上 得到需要了解的内容 同时设计时也可以在网页上设置通用网关程序自动采集用户数据 二是通过电子公告牌或电子邮件实现异步的人机对话 这方面是因为信息在网上传输异常迅速 用户可以很快得到正确反馈 而不会出现像电话那样要么没人接 要么可能是一个不是自己要找的人接电话 要么接电话的人告诉你转打别的电话等现象 而Internet恰好可以作为平等自由的信息沟通平台 信息的流动和交互是双向式的 信息沟通双方可以平等与另一方进行交互 及时得所需信息 6 81 使用专用协议Internet使用TVP IP协议 这种协议简洁实用 因此获得了人们的认可 它已经成为事实上的信息工业标准 内容广泛Internet是一个包罗万象的网络 蕴涵有丰富的信息资源 供人们享用 6 82 6 7TCP IP协议的基本概念 TCP IP是为Internet开发的第一套协议 在网络互联中用得最广泛 TCP协议和IP协议的工作过程TCP IP的工作过程可以形象的描述为 发送数据时 自上而下层层加码 接收数据时 自下而上层层解码 的一种过程 具体地说 分为以下8步操作 应用层将数据流传递给发送方的传输层 传输层将接收的数据流分解为若干字节为一组的TCP段 并在每段增加一个带序号的控制包头 然后再传递给网际IP层 IP层在TCP段的基础上 再增加一个含有发送方和接收方的IP地址的数据包头 同时还要明确接收方的物理地址及到达目的的主机路径 然后将此次数据包和物理地址传递给数据链路层 6 83 在数据链路层进行组帧 然后以数据链路层的帧格式数据包通过物理层发送给接收方计算机 在接收方计算机中 数据链路层先把接收到的IP数据包舍掉数据控制信息 再把它传递给IP层 在IP层 先检查IP包头的检验和 如果IP包头的检验和与IP层算出的检验和相匹配 那么就取消IP包头 再把剩下的TCP段传递给TCP层 否则舍弃此包 在TCP层 首先检查TCP包头和数据的检验和 如果TCP层算出的检验和相匹配 那么就舍弃TCP包头 并将真正的数据传递给应用层 同时发出 确认收到 的信息 在应用层接收到的数据正好与发送方所发送的数据流完全一样 6 84 TCP协议 传输控制协议 TransportControlProtocol 是一种面向连接的 可靠的传输层协议 面向连接 是指一次正常的TCP传输需要通过在TCP客户端和TCP服务端建立特定的虚电路连接来完成 该过程通常被称为 三次握手 可靠性 可以通过很多种方法来提供保证 在这里我们关心的是数据序列和确认 TCP通过数据分段 Segment 中的序列号保证所有传输的数据可以在远端按照正常的次序进行重组 而且通过确认保证数据传输的完整性 6 85 UDP协议 用户数据报协议 UserDatagramProtocol 是一种无连接的传输层协议 提供面向事务的简单不可靠信息传送服务 UDP协议基本上是IP协议与上层协议的接口 与TCP不同 UDP不提供对IP协议的可靠机制 流控制以及错误恢复功能等 因而比TCP协议要简单得多 6 86 IP地址的基本概念 为了在互联网上计算机之间的通信的方便 必须给联网的每一台计算机事先分配一个类似我们日常生活中的电话号码一样的标识地址 该标识地址就是所谓的IP地址 根据TCP IP协议规定 第4版本的IP地址是由32位二进制数组成 而且在INTERNET范围内是唯一的 例如 某台联在因特网上的计算机的IP地址的二进制值为 11010010010010011000110000000010很明显 这些数字对于人来说不太好记忆 人们为了方便记忆 就将组成计算机的IP地址的32位二进制分成四段 每段8位 中间用小数点隔开 然后将每八位二进制转换成十进制数 即 点分十进制数 这样上述计算机的IP地址就变成了 210 73 140 2 6 87 一台计算机可以有多个IP地址 就象一个人可以拥有多个电话号码一样 但多台计算机不能共用一个IP地址 否则 IP地址相同的计算机都不能正常工作 第6版本的IP地址 IPv4只用32位地址来标识互联网上的计算机 互联网发展到今天 IPv4的地址快分配完了 而联入互联网的计算机却越来越多 于是人们提出了新一代的IP地址方案 这就是IPv6协议 IPv6采用128位二进制数来标识联入互联网中的计算机 同样便于识别的需要 IPv6地址采用冒号分隔的十六进制数来表示 形如 x x x x x x x x 每一个 x 就是一个16位的16进制值 当然 每个十六进制块以三个 0 开始头的也可以省略 如FEBC A574 382B 23C1 AA49 4592 4EFE 9982 6 88 通常一个地址会有很长的子串全部为零 因此每个地址的这种子串常被简写为 例如 fe80 1对应的规范形式是fe80 0000 0000 0000 0000 0000 0000 0001 目前 IPv4和IPv6处于同时使用的状态 但IPv4会逐渐退出历史舞台 6 89 域名系统的基本概念 什么是域名IP地址是一种数字型网络标识和主机标识 数字型标识对计算机网络来讲自然是最有效的 但是对使用网络的人来说有不便记忆的缺点 为此人们研究出一种字符型标识 这就是域名 目前所使用的域名是一种层次型命名法 DNS命名用于TCP IP网络 用来通过用户的名称定位计算机和服务 当用户在应用程序中输入DNS名称时 DNS服务可以将此名称解析为与此名称相关的其他信息 如IP地址 6 90 域名以一个字母或数字开头 随后的字符只能是字母 数字和连字符 域名长度必须是小于255个符号 第一级子域名是一种标准化的标号 如下表 6 91 6 92 Internet地址中的第一级域名和第二级域名是由NIC管理 我国国家级域名 CN 由中国科学院计算机网络中心 NCFC 进行管理 第三级以下的域名由各个子网的NIC或具有NIC功能的节点自已负责管理 注意几点 域名在整个Internet中必须是唯一的 当高级子域名相同时 低级子域名不允许重复 大小写字母在域名中没有区别 一台计算机可以有多个域名 通常用于不同的目的 主机的IP地址和主机的域名对通信协议来说具有相同的作用 从使用的角度看 两者没有区别 但是 当所使用的系统没有域名服务器 只能使用IP地址不能使用域名 为主机确定域名时应尽量使用有意义的符号 6 93 什么是域名系统把域名翻译成IP地址的软件称为域名系统 DNS DomainNameSystem域名系统 从功能上说 域名系统基本上相当于一本电话簿 已知一个姓名就可以查到一个电话号码 它与电话簿区别是可以自动完成查找过程 此时 完整的域名系统应该具有双向查找功能 6 94 6 8Internet的常用接入方式 6 8 1Internet常用接入方式分为电话拨号 PSTN ISDN拨号等窄带方式 通过ISP进行ADSL LAN接入等共享式宽带方式 独立光纤 DDN 帧中继等独享式宽带方式 特点和用途比较如下 6 95 6 96 个人接入Internet的常用方式电话拨号优点1 只要有电话线的地方 你就可以上网 而不需要特别铺设什么线路 也不需在电信局那边申请开通什么特别的服务 2 硬件设备单一 接入方式简单 缺点1 速度很慢 最高只有56kbps 而且Modem利用的是电话局的普通用户双绞线 线路噪音大 误码率高 通常实际传输速率也就稳定在48kbps的水平 2 容易受环境干扰 有时会有断线的故障发生 3 无法实现局域网的建设和网络设备及专线资源共享 4 用户需分别支付上网费和电话费 上网时造成电话长期占线 6 97 ADSLADSL技术利用现有的市话铜线进行信号传输 其最高速率 下行信号 从端局到用户 为9Mbps 上行信号 从用户到端局 为1Mbps 现有的市话铜线网的用户数目十分庞大 而ADSL能对现有的市话铜线进行充分的利用 可以有效地保护原有的网络资源 但是ADSL技术本身存在着出线率低 距离较远时传输速率下降明显等缺点 所以一般ADSL覆盖半径不超过3 5公里 6 98 LAN接入以太网是在20世纪80年代发展的一种局域网技术 其带宽为10Mb s 最初是共享媒体型 需要防碰侦听 这就限制了其使用效率和传输距离 90年代发展了交换型以太网 解决了上述问题 并先后推出了快速以太网FE 100Mb s 和千兆位以太网GbE 1000Mb s 和万兆位以太网 以太网由于具有使用简单方便 价格低 速度高等优点 很快成为局域网的主流 家庭10M接入 从局端到小区大楼采用光纤接入 末端通过五类线延伸到用户 用户只需一块网卡就可以方便接入网络 企业 银行 证券10M 100M接入 利用光纤接入大楼的每个层面 再通过五类线接入用户 为用户提供基于IP的10M 100M高速接入 6 99 6 8 2网络连接 通过局域网连接需要接入网络的计算机 首先准备一块网卡 安装网卡和尾线 将网卡装入主机插槽 网卡尾线一端连接网卡 另一端连接校园网端口 安装网卡驱动程序打开 控制面板 中的 网络 图标 如果已装组件中不含所装网卡的驱动程序 则按下 添加 按钮 在下图所示的窗口中选择 适配器 并点击 添加 按钮 然后从网卡供应商提供的光盘 软盘 或系统自带的网卡驱动程序中选择相应的驱动程序进行安装 6 100 在win2000和winXP经典界面下 右击网上邻居 在显示出的下拉菜单中 点击属性 在网上邻居的属性窗口中 可以看到LAN或高速Internet连接的图标 右击该图标 在下拉菜单中用左键点击属性 系统将显示出本地连接属性窗口 如下图所示 双击Internet协议 TCP IP 系统会弹出一个TCP IPt协议属性对话框 6 101 在TCP IP协议属性对话框中 如右图所示 选中 使用下面的IP地址 并依据用户资料卡中的数据 依次填写IP地址 子网掩码 默认网关以及DNS服务器