第一讲 初识网络

计算机网络原理 第一讲初识网络 主讲人 钱燕 计算机网络定义 计算机网络 是指将地理位置不同的具有独立功能的多台计算机及其外部设备 通过通信线路连接起来 在网络操作系统 网络管理软件及网络通信协议的管理和协调下 实现资源共享和信息传递的计算机系统 关于计算机网络的最简单定义是 一些相互连接的 以共享资源为目的的 自治的计算机的集合 计算机网络起源 1946年世界上第一台电子数字计算机ENIAC诞生时 计算机技术与通信技术并没有直接的联系 20世纪50年代初 由于美国军方的需要 美国半自动地面防空系统 SAGE 的研究开始了计算机技术与通信技术相结合的尝试 随着计算机应用的发展 出现多台计算机互连的需求 网络用户希望通过网络实现计算机资源共享的目的 典型的研究成果是ARPA网 1969年 计算机网络技术的发展 第一阶段 20世纪50年代数据通信技术的研究与发展第二阶段 20世纪60年代ARPANET与分组交换技术的研究与发展第三阶段 20世纪70年代网络体系结构与协议标准化的研究广域网 局域网与公用分组交换网的研究与应用第四阶段 20世纪90年代Internet技术的广泛应用网络计算技术的研究与发展宽带城域网与接入网技术的研究与发展网络与信息安全技术的研究与发展 计算机网络技术发展 第三阶段 一些大的计算机公司纷纷提出了各种网络体系结构与网络协议 国际标准化组织 ISO 成立专门委员会研究网络体系结构与网络协议国际标准化问题 ISO正式制订了开放系统互连参考模型 制订了一系列的协议标准 在1969年ARPANET的实验性阶段 研究人员就开始了TCP IP协议雏形的研究 TCP IP协议的成功促进了Internet的发展 Internet的发展又进一步扩大了TCP IP协议的影响 计算机网络技术发展 第四阶段 Internet的广泛应用促进了电子商务 电子政务 远程教育 远程医疗 分布式计算与视频点播的发展 高速局网络技术发展迅速 FastEthernet GigabitEthernet已开始进入实用阶段 速率为10Gbps的Ethernet网正在研究之中 基于光纤与IP技术的宽带城域网与宽带接入网技术已经成为研究 应用与产业发展的热点问题之一 网络计算技术已经成为重要的网络应用与研究领域 我国的互联网发展情况 1988年 中国科学院高能物理研究所采用X 25协议使该单位的成为西欧中心DECnet的延伸 实现了计算机国际远程连网以及与欧洲和北美地区的电子邮件通信 1989年11月 中关村地区教育与科研示范网络 简称NCFC 正式启动 由中国科学院主持 联合北京大学 清华大学共同实施 1992年12月底 清华大学校园网 TUNET 建成并投入使用 是中国第一个采用TCP IP体系结构的校园网 1993年3月2日 中国科学院高能物理研究所接入美国斯坦福线性加速器中心 SLAC 的64K专线正式开通 这条专线仍是中国部分连入Internet的第一根专线 1993年6月 NCFC专家们在INET 93会议和CCIRN会议上利用各种机会重申了中国连入Internet的要求 我国的互联网 中国科技网 四大Internet主干网的相继建设 开启了铺设中国信息高速公路的历程 科技网先行 1990年11月NCFC立项 1993年11月NCFC主干网网络开通并投入运行 1994年4月NCFC网络与美国Internet互联成功 这是我国最早的国际互联网络 1995年4月中国科学院启动京外单位联网工程 简称 百所联网 工程 1996年2月中国科学院决定将以NCFC为基础发展起来的中国科学院互联网络正式命名为 中国科技网CSTNet 我国的互联网 中国金桥网 1993年3月12日朱镕基副总理主持会议 提出和部署建设国家公用经济信息通信网 简称金桥工程 1996年9月6日中国金桥信息网 CHINAGBN 连入美国的256K专线正式开通 中国金桥信息网宣布开始提供Internet服务 主要提供专线集团用户的接入和个人用户的单点上网服务 我国的互联网 中国互联网 1994年9月 邮电部电信总局与美国商务部签订中美双方关于国际互联网的协议 中国公用计算机互联网 CHINANET 的建设开始启动 1995年1月 邮电部电信总局分别在北京 上海开通64K专线 开始向社会提供Internet接入服务 中国互联网进入商用化阶段 1995年5月 中国电信开始筹建中国公用计算机互联网 CHINANET 全国骨干网 并于1996年1月 并正式开通提供服务 我国的互联网 中国教育网 1994年7月初 由清华大学等六所高校建设的 中国教育和科研计算机网 试验网开通 并通过NCFC的国际出口与Internet互联 1994年8月 由国家计委投资 国家教委主持的中国教育和科研计算机网 CERNET 正式立项 1995年12月 中国教育和科研计算机网 CERNET 示范工程 建设完成 我国互联网现状 2000年5月17日 中国移动正式推出 全球通WAP 无线应用协议 服务 2000年11月10日 中国移动推出 移动梦网计划 打造开放 合作 共赢的产业价值链 2002年5月17日 中国电信在广州启动 互联星空 计划 标志着ISP和ICP开始联合打造宽带互联网产业 2002年5月17日 中国移动率先在全国范围内正式推出GPRS业务 我国互联网现状 已经建成并投入使用的有 中日 中韩 环球海底光缆系统 亚欧陆地光缆系统 正在建设的有 亚太2号海底光缆 中美海底光缆 亚欧海底光缆 1999年共有13条国内干线光缆投入使用或试运行 光缆总长100万公里 国内互联网骨干网络对原有信道全面扩容 中继电路以155M为主 随着密集波分复用 DWDM 技术广泛应用于光通信建设 互联网骨干网带宽可达2 5G 40G 详情可参考中国互联网信息中心 CNNIC 的 中国Internet发展大事记 中国十大互联骨干网 中国科技网中国公用计算机互联网中国教育网中国金桥信息网中国联通互联网中国网通互联网中国国际经济贸易互联网中国移动互联网中国长城互联网中国卫星集团 卫通 互联网 计算机网络的演变 第一阶段 联机系统以一台中央主计算机连接大量在地理上处于分散位置的终端 所谓终端通常指一台计算机的外部设备 包括显示器和键盘 无中央处理器和内存 随着连接的终端数增加 为了减轻中心计算机的负担 在通信线路和中心计算机之间设置了一个前端处理机FEP FrontEndProcessor 或通信控制器CCU CommunicationControlUnit 专门负责与终端之间的通信控制 出现了数据处理与通信控制的分工 以便更好地发挥中心计算机的处理能力 单计算机为中心的远程联机系统 计算机网络的演变 第二阶段 计算机互联网络20世纪60年代中期开始 出现了若干个计算机互连系统 开创了计算机 计算机通信的时代 随后各大计算机公司都陆续推出了自己的网络体系结构 以及实现这些网络体系结构的软件硬件产品 但这些网络也存在不少弊端 主要问题是各厂家提供的网络产品实现互连十分困难 这种自成体系的系统称为 封闭 系统 因此 人们迫切希望建立一系列的国际标准 渴望得到一个 开放 系统 这正是推动计算机网络走向国际标准化的一个重要因素 第二阶段典型的计算机网络的主要特点是 资源的多向共享 分散控制 分组交换 采用专门的通信控制处理机 分层的网络协议 这些特点往往被认为是现代计算机网络的典型特征 但这个时期的网络产品彼此之间是相互独立的 没有统一标准 计算机网络的演变 第三阶段 标准化网络20世纪70年代中期 计算机网络开始向体系结构标准化的方向迈进 即正式步入网络标准化时代 20世纪80年代 随着微机的广泛使用 局域网获得了迅速发展 美国电气与电子工程师协会 IEEE 为了适应微机 个人计算机 PC 以及局域网发展的需要 于1980年2月在旧金山成立了IEEE802局域网络标准委员会 并制定了一系列局域网络标准 在此期间 各种局域网大量涌现 第三阶段典型的标准化网络结构如图 通信子网的交换设备主要是路由器和交换机 计算机网络的演变 第四阶段 网络互连与高速网络进入20世纪90年代 随着计算机网络技术的迅猛发展 特别是1993年美国宣布建立国家信息基础设施NII NII NationalInformationInfrastructure 后 全世界许多国家纷纷制定和建立本国的NII 从而极大的推动了计算机网络技术的发展 使计算机网络进入一个崭新的阶段 这就是计算机网络互连与高速网络阶段 目前 全球以Internet为核心的高速计算机互联网络已经形成 Internet已经成为人类最重要的 最大的知识宝库 网络互联和高速计算机网络就成为第四代计算机网络 计算机网络技术发展趋势 人们常用C C computerandcommunication 来描述计算机网络 但从系统的观点看 这还很不够 计算机和通信系统是计算机网络中非常重要的基本要素 但计算机网络并不是计算机和通信系统的简单结合 也不是计算机或通信系统的简单扩展或延伸 而是融合了信息采集 存储 传输 处理和利用等一切先进信息技术 是具有新功能的新系统 对于现代计算机网络的研究和分析 应该特别强调 计算机网络是系统 的观点 站在更高的高度来重新认识计算机网络结构 性能及网络工程技术和网络实际应用中的重要问题 便于把握计算机网络的发展趋势 计算机网络的支撑技术从系统的观点看 计算机网络是由单个结点和连结这些结点的链路所组成 单个结点主要是连入网内的计算机以及负责通信功能的结点交换机 路由器 这些设备的物理组成主要是集成电路 而集成电路的一个重要支撑就是微电子技术 网络的另一个组成部分就是通信链路 负责所有结点间的通信 通信链路的一个重要支撑就是光电子技术 摩尔定理预测 微电子芯片的计算功能每18个月提高一倍 这一发展趋势到2010年趋于成熟 那时芯片最多可包含1010个元件 PC的处理能力在2011可达105MIPS MillionInstructionsPerSecond每秒执行百万条指令 千亿 Metcalfe定理 梅特卡夫定理 用于预测网络性能的增长 该定理预测网络性能的增长是连到网上PC的能力的平方 这表示网络带宽的增长率是每年3倍 不久的将来会出现每秒1015位的网络频宽需求 信息传输中的光电子技术 光纤通信评价光纤传输发展的标准是传输的比特率和信号需要再生前可传输的距离的乘积 在过去10年间 该性能每年翻一番 这种增长速度可望持续10到15年 第一代光纤传输使用0 8 m波长的激光器 传输速率可达280Mbps 第二代使用1 3 m波长的激光器和单模光纤 传输速率可达560Mbps 第三代使用单频1 5 m波长的激光器和单模光纤 目前使用的第四代采用光放大器 数据传输率可达10G 20Gbps 计算机网络的关键技术从系统的层次结构对计算机网络做一分析 计算机网络架构的发展方向将是IP技术 光网络 光网络将会演进为全光网络 从网络的服务层面上看将是一个IP的世界 从传送层面上看将是一个光的世界 从接入层面上看将是一个有线和无线多元化的世界 为此 目前比较关键的技术主要有软交换技术 IPv6技术 光交换与智能光网络技术 宽带接入技术 3G以上的移动通信系统技术等 光交换与智能光网络技术 尽管波分复用光纤通信系统有巨大的传输容量 但它只提供了原始带宽 还需要有灵活的光网络节点实现更加有效与更加灵活的组网能力 当前组网技术正从具有上下光路复用 OADM 和光交叉连接 OXC 功能的光联网向由光交换机构成的智能光网络发展 从环形网向网状网发展 从光 电 光交换向全光交换发展 宽带接入技术 只有接入网的带宽瓶颈问题被解决后 核心网和城域网的容量潜力才能真正发挥 尽管当前宽带接入技术有很多种 但只要不和光纤或光结合的技术 就是过渡的技术 而不是下一代网络应用的技术 目前光纤到户 FTTH 的成本已下降至每户100 200美元 即将为多数用户接受 软交换技术 为了把服务控制功能和网络资源控制功能与传送功能完全分开 需要应用软交换技术 根据新的网络功能模型分层 计算机网络将分为接入与传输层 媒体层 控制层 业务 应用层 也叫网络服务层 四层 从而可对各种功能作不同程度的集成 IPv6技术 未来的计算机网络是基于IPv6技术的网络 IPv6将IP地址长度从32位扩展到128位 支持更多级别的地址层次 更多的可寻址节点数以及更简单的地址自动配置 通过在组播地址中增加一个 范围 域提高了多点传送路由的可扩展性 还定义了一种新的地址类型 称为 任意播地址 用于发送包给一组节点中的任意一个 3G以上的移动通信系统技术 3G系统比现用的2G和2 5G系统传输容量更大 灵活性更高 它以多媒体业务为基础 已形成世界家族式的标准 并将引入新的商业模式 当前正处于大规模商用的关键时刻 3G以上包括后3G 4G 乃至5G系统将更是以宽带多媒体业务为基础 使用更高更宽的频带 传输容量会更上一层楼 它们在不同网络间无缝的连接 提供满意的服务 网络可以自行组织 终端可以重新配置和随身携带 是一个包括卫星通信在内的端到端的IP系统 可与其它技术共享一个IP核心网 它们都是构成下一代移动互联网的基础设施 计算机网络技术研究热点 在以上技术的带动下 计算机通信网将是一个包括地下的光缆 地面的微波和蜂窝移动通信 地面以上数百至数千公里的低轨道卫星通信 一万公里左右的中轨道卫星通信 以及三点六万公里高的静止轨道通信卫星系统组成的一个混合系统 在这样一个复杂的系统的支持下 并由人们实际需求的推动 以下五个方面将成为计算机网络发展的热点 下一代Web研究网络计算业务综合化移动通信网络安全与管理 实验一 标准网线制作 网络中常用的传输介质有 双绞线同轴电缆光纤电缆无线与卫星通信信道 双绞线的主要特性 双绞线按电气性能划分通常分为 三类 四类 五类 超五类 六类 七类双绞线等类型 双绞线的主要品牌 安普 AMP 这一品牌是我们见的最多 也是最常用的一个 几乎每一个网线经营店铺都可见到它的身影 它的最大特点就是质量好 价格便宜 整箱购买的话 通常正品安普超大业双绞线每米也只需1 5元左右 正因如此受欢迎 所以它的假货也是最多的 有的到了几乎可以以假乱真了 很难区分真假 双绞线的主要品牌 西蒙 Siemon 产品在综合布线系统中是经常可以见到的 它相比安普品牌来说 档次要高许多 质量 技术特性都高出一个档次 当然其价格也高许多 所以在DIY市场中很难见到它的应用 不仅如此 它在综合布线系统中还提供了一整套的完整方案 包括后面要介绍的网线制作和布线工具 双绞线的主要品牌 朗讯 Lucent 这一品牌虽然听得较多 但是双绞线行业我们还是较少见到 特别是中 小型企业中 但这并不是说它就缺乏技术实力 相反它在高端网络组建中是经常可见其身影的 朗讯以贝尔实验室为后盾 朗讯科技设计开发的端到端 六类 布线系统SYSTIMAXGigaSPEEDSolution 对网络中连接主机及计算机的布线统的每一元件都进行了革新 更加优化了布线系统的端到端性能 双绞线的主要品牌 丽特 NORDX CDT 的千兆位六类2400系统采用IBDNPS5增强型连接和IBDN2400系列非屏蔽电缆 能够提供2 4Gbps的数据传输率 其电缆提供了较高的频带宽度和余量 以保证更广泛的应用 IBM的ACS银系列产品符合ISO IEC11801六类 E级标准草案 EN50173六类E级标准草案和TIA EIA568六类标准草案 ACS银系列带宽达200MHz 可以更好地支持千兆以太网及其它使用4对线缆传的网络 网线的制作 双绞线的两端必须都安装RJ 45插头 以便插在网卡 集线器 Hub 或交换机 Switch RJ 45接口上 水晶头也有几种档次之分 一般比较好的也是如AMP这样的名牌大厂的质量好些 网线制作所需器材 非屏蔽双绞线RJ45水晶头夹线钳网线测试仪 线序的排列 双绞线的色标和排列方法是有统一的国际标准严格规定的 现在常用的是TIA EIA568B 1 橙白2 橙3 绿白4 蓝5 蓝白6 绿7 棕白8 棕 使用说明 如果要连接不同的设备 例如 连接网卡和集线器 双绞线的两端都应该按照TIA EIA568B的标准排列 这样的网线称为直通线 如果连接相同的设备 双绞线的两端则应按照不同的线序排列 其中一端按照TIA EIA568B的标准排列 另一端按照TIA EIA568A的标准排列 这样的网线称为交叉线 TIA EIA568A标准线序排列 1 绿白2 绿3 橙白4 蓝5 蓝白6 橙7 棕白8 棕 制作网线的步骤 剥线 用夹线钳剪线刀口将线头剪齐 再将双绞线端头伸入剥线刀口 使线头触及前挡板 然后适度握紧夹线钳同时慢慢旋转双绞线 让刀口划开双绞线的保护胶皮 取出端头从而拨下保护胶皮 露出里面的4对导线 制作网线的步骤 理线 双绞线由8根有色导线两两绞合而成 若制作直通线 则将其整理成按TIA EIA568B标准进行平行排列 整理完毕用剪线刀口将前端修齐 如果要制作交叉线 另一端则需要按照TIA EIA568A标准 制作网线的步骤 插线 一只手捏住水晶头 将水晶头有弹片一侧向下 另一只手捏平双绞线 稍稍用力将排好的线平行插入水晶头内的线槽中 八条导线顶端应插入线槽顶端 制作网线的步骤 压线 确认所有导线都到位后 将水晶头放入夹线钳夹槽中 用力捏几下夹线钳 压紧线头即可 制作网线的步骤 测试 制作完成后 需要使用测试仪测试以一下 看看连接是否正确 如果测试仪依次闪亮的都是绿灯 则制作成功 如果有红灯闪亮 则表示有的导线没有连接好 或者线序不对 这就需要仔细检查 重新制作 制作网线的步骤 启动两台计算机 使用Ping命令测试网络的连通性 单击 开始 运行 在 运行 的对话框中输入例如 ping202 114 27 254 ping网关地址 如果本机的TCP IP协议配置正确 这时例如 ping202 114 27 12 本机IP地址 如果ping本地主机地址正常 但网络不能工作 应该可以判断网络配置不正确 如果网络配置正确 则可在本机ping另一台计算机的IP地址 例如 ping202 114 27 13如果能够ping通 则表示两台计算机连通正常 确认双机连通正常后 两台计算机之间就可以实现通信和资源共享 Ping命令详解 Ping是潜水艇人员的专用术语 表示回应的声纳脉冲 在网络中Ping是一个十分好用的TCP IP工具 它主要的功能是用来检测网络的连通情况和分析网络速度 Ping有善的一面也有恶的一面 先说一下善的一面吧 上面已经说过Ping的用途就是用来检测网络的连同情况和分析网络速度 但它是通过什么来显示连通呢 这首先要了解Ping的一些参数和返回信息 tPing指定的计算机直到中断 a将地址解析为计算机名 ncount发送count指定的ECHO数据包数 默认值为4 llength发送包含由length指定的数据量的ECHO数据包 默认为32字节 最大值是65 527 f在数据包中发送 不要分段 标志 数据包就不会被路由上的网关分段 ittl将 生存时间 字段设置为ttl指定的值 scount指定count指定的跃点数的时间戳 jcomputer list利用computer list指定的计算机列表路由数据包 连续计算机可以被中间网关分隔 路由稀疏源 IP允许的最大数量为9 kcomputer list利用computer list指定的计算机列表路由数据包 连续计算机不能被中间网关分隔 路由严格源 IP允许的最大数量为9 wtimeout指定超时间隔 单位为毫秒 使用Ping检查连通性 有五个步骤 1 使用ipconfig all观察本地网络设置是否正确 2 Ping127 0 0 1 127 0 0 1回送地址Ping回送地址是为了检查本地的TCP IP协议有没有设置好 3 Ping本机IP地址 这样是为了检查本机的IP地址是否设置有误 4 Ping本网网关或本网IP地址 这样的是为了检查硬件设备是否有问题 也可以检查本机与本地网络连接是否正常 在非局域网中这一步骤可以忽略 5 Ping远程IP地址 这主要是检查本网或本机与外部的连接是否正常 网络连通的过程中的错误 1 RequestTimedOut requesttimeout 这提示除了在提到的对方可能装有防火墙或已关机以外 还有就是本机的IP不正确和网关设置错误 IP不正确 IP不正确主要是IP地址设置错误或IP地址冲突 这可以利用ipconfig all这命令来检查 在WIN2000下IP冲突的情况很少发生 因为系统会自动检测在网络中是否有相同的IP地址并提醒你是否设置正确 在NT中不但会出现 requesttimeout 这提示而且会出现 Hardwareerror 这提示信息比较特殊不要给它的提示所迷惑 网关设置错误 这个错误可能会在第四个步骤出现 网关设置错误主要是网关地址设置不正确或网关没有帮你转发数据 还有就是可能远程网关失效 这里主要是在你Ping外部网络地址时出错 错误表现为无法Ping外部主机返回信息 Requesttimeout 网络连通的过程中的错误 2 DestinationHostUnreachable当你在开始PING网络计算机时如果网络设备出错它返回信息会提示 destinationhostunreachable 如果局域网中使用DHCP分配IP时 而碰巧DHCP失效 这时使用PING命令就会产生此错误 因为在DHCP失效时客户机无法分配到IP系统只有自设IP 它往往会设为不同子网的IP 所以会出现 DestinationHostUnreachable 另外子网掩码设置错误也会出现这错误 还有一个比较特殊就是路由返回错误信息 它一般都会在 DestinationHostUnreachable 前加上IP地址说明哪个路由不能到达目标主机 这说明你的机器与外部网络连接没有问题 但与某台主机连接存在问题 如何用Ping命令来判断一条链路的速度 Ping这个命令除了可以检查网络的连通和检测故障以外 还有一个比较有趣的用途 那就是可以利用它的一些返回数据 来估算你跟某台主机之间的速度是多少字节每秒 Pinging202 105 136 105with32bytesofdata Replyfrom202 105 136 105 bytes 32time 590msTTL 114Replyfrom202 105 136 105 bytes 32time 590msTTL 114Replyfrom202 105 136 105 bytes 32time 590msTTL 114Replyfrom202 105 136 105 bytes 32time 601msTTL 114Pingstatisticsfor202