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计算机网络实用教程刘四清编写 清华大学出版社2006年4月 1 第1章计算机网络基础 本章主要介绍的内容有 计算机网络的基本概念计算机网络的产生与发展计算机网络的功能与应用计算机网络的基本组成计算机网络的拓扑结构与分类 2 1 1计算机网络概述 1 1 1什么是计算机网络计算机网络是将若干台独立的计算机通过传输介质相互物理连接 并通过网络软件逻辑地相互联系到一起而实现信息交换 资源共享 协同工作和在线处理等功能的计算机系统 网络 主要包含连接对象 即元件 连接介质 连接的控制机制 如约定 协议 软件 和连接的方式与结构四个方面 3 1 1计算机网络概述 1 1 2计算机网络的功能1 共享硬件与软件2 共享信息3 通信电子邮件 网络聊天 IP电话和网络会议等 4 负荷均衡与分布处理5 系统的安全与可靠性能 4 1 1计算机网络概述 1 1 3计算机网络的应用在科研和教育中的应用在企事业单位中的应用在商业上的应用在通信与娱乐上的应用 5 1 2计算机网络的产生与发展 计算机网络最早出现于20世纪50年代 计算机网络也经历了从简单到复杂 从单机到多机的发展过程 其演变过程主要可分为以下四个阶段 即 面向终端的计算机网络 计算机通信网络 计算机互联网络 高速互联网络 6 1 2计算机网络的产生与发展 1 2 1面向终端的计算机网络 7 1 2计算机网络的产生与发展 1 2 2计算机通信网络 8 1 2计算机网络的产生与发展 1 2 2计算机通信网络计算机通信网络在逻辑上可分为两大部分 通信子网 CommunicationSubnet 资源子网资源子网由主计算机系统 终端 终端控制器 连网外设 各种软件资源与信息资源组成 资源子网负责全网的数据处理业务 向网络用户提供各种网络资源与网络服务 通信子网由通信控制处理机 CommunicationControlProcessor CCP 通信线路和其他通信设备组成 完成网络数据传输 转发等通信处理任务 9 1 2计算机网络的产生与发展 1 2 3计算机互联网络 10 1 2计算机网络的产生与发展 1 2 4高速互联网络基于传统电信网络为信息载体的计算机互联网络不能满足人们对网络速度的要求 促使网络由低速向高速 由共享到交换 由窄带向宽带方向迅速发展 即由传统的计算机互联网络向高速互联网络发展 以IP技术为核心的计算机网络 信息网络 也称高速互联网络 将成为网络 计算机网络和电信网络 的主体 信息传输 数据传输将成为网络的主要业务 一些传统的电信业务也将在信息网络上开通 但其业务量只占信息业务的很小一部分 11 1 3计算机网络的基本组成 计算机网络的主要由四部分组成 1 计算机系统2 通信线路和通信设备通信设备指网络连接设备 网络互联设备 包括 网卡 集线器 中继器 交换机 网桥和路由器以及调制解调器等其他的通信设备 3 网络协议如TCP IP协议 NetBEUI协议 IPX SPX协议 4 网络软件网络软件可分为网络系统软件和网络应用软件两大类型 12 1 4计算机网络拓扑结构 网络拓扑结构是计算机网络节点和通信链路所组成的几何形状 计算机网络有很多种拓扑结构 最常用的网络拓扑结构有 总线型结构 环型结构 星型结构 树型结构 网状结构和混合型结构 13 1 4计算机网络拓扑结构 1 4 1总线型结构总线型结构采用一条单根的总线为公共的传输通道 所有的节点都通过相应的接口直接连接到总线上 并通过总线进行数据传输 14 1 4计算机网络拓扑结构 1 4 2环型结构环型结构是各个网络节点通过环接口连在一条首尾相接的闭合环型通信线路中 每个节点设备只能与它相邻的一个或两个节点设备直接通信 15 1 4计算机网络拓扑结构 1 4 3星型结构星型结构的每个节点都由一条点到点链路与中心节点 公用中心交换设备 如 交换机 集线器等 相连 16 1 4计算机网络拓扑结构 1 4 4树型结构树型结构是从总线型和星型结构演变来的 网络中的节点设备都连接到一个中央设备如集线器上 但并不是所有的节点都直接连接到中央集线器 大多数的节点首先连接到一个次级集线器 次级集线器再与中央集线器连接 树型结构有两种类型 一种是由总线型拓扑结构派生出来的 它由多条总线连接而成 另一种是星型结构的变种 各节点按一定的层次连接起来 形状像一棵倒置的树 故得名树型结构 17 1 4计算机网络拓扑结构 1 4 4树型结构 18 1 4计算机网络拓扑结构 1 4 5网状结构与混合型结构网状结构是指将各网络节点与通信线路互联成不规则的形状 每个节点至少与其他两个节点相连 或者说每个节点至少有两条链路与其他节点相连 19 1 5计算机网络的分类 计算机网络可以有不同的分类方法 如 按网络覆盖的地理范围分类 按网络控制方式分类 按网络的拓扑结构分类 按网络协议分类 按传输介质分类 按所使用的网络操作系统分类 按传输技术分类和按使用范围分类等 20 1 5计算机网络的分类 1 5 1局域网 城域网和广域网按照网络覆盖的地理范围的大小 可以将网络分为 局域网 城域网和广域网三种类型 1 局域网 21 1 5计算机网络的分类 2 城域网 22 1 5计算机网络的分类 3 广域网 23 1 5计算机网络的分类 1 5 2广播式网络与点到点网络根据所使用的传输技术 可以将网络分为 广播式网络点到点网络 24 1 5计算机网络的分类 1 5 3公用网与专用网1 公用网公用网又称公用数据通信网 通常 公用数据通信网是由政府的电信部门建立和管理的 这也是区别于其他网络的主要标志之一 2 专用网专用网络根据网络环境又可细分为部门网络 企业网络和校园网络三种 25 第2章数据通信基础 本章主要介绍的内容有 数据通信的基本概念数据通信方式数据通信传输介质数据编码技术数据传输速率传输介质数据网简介 26 2 1数据通信的基本概念 数据通信是指在计算机之间 计算机与终端以及终端与终端之间传送表示字符 数字 语音 图像的二进制代码0 1比特序列的过程 信号 Signal 是数据的电磁波表示形式 按照在传输介质上传输的信号类型 可以分为 模拟信号数字信号两类相应地将数据通信系统分为 模拟通信系统数字通信系统两种 27 2 1数据通信的基本概念 2 1 1数据 信息与信号1 信息和数据数据是信息的载体 信息则是数据的具体内容和解释 有具体含义 表示信息的形式可以是数值 文字 图形 声音 图像及动画等 信息涉及数据所表示的内涵 而数据涉及信息的表现形式 它可以是数字 文字 语音 图形或图像等 数据是通信双方交换的具体内容 28 2 1数据通信的基本概念 2 1 1数据 信息与信号2 信号在数据通信中 信息被转换为适合在通信信道上传输的电磁波编码 这种在信道上传输的电磁波编码叫做信号 Signal 信号是数据在传输过程中的电磁波的表示形式 29 2 1数据通信的基本概念 2 1 1数据 信息与信号下图分别表示模拟信号和数字信号 30 2 1数据通信的基本概念 2 1 2数据通信系统信息传输信系统由三个主要部分组成 信源 发送机 信宿 接收机 和信道 31 2 1数据通信的基本概念 2 1 2数据通信系统计算机网络中数据通信图示说明 32 2 2数据通信方式 2 2 1并行传输与串行传输 33 2 2数据通信方式 2 2 2异步传输与同步传输下图为异步传输 34 2 2数据通信方式 2 2 3数据传输方向 35 2 2数据通信方式 2 2 4连接方式下图分别为点到点连接方式和多点连接方式 36 2 2数据通信方式 2 2 5基带传输与频带传输数据信号的基本传输方式有两种 即 基带传输频带传输除此之外 在前两种数据信号基本传输方式的基础上演化而来还有 宽带传输数字数据传输 37 2 3数据编码技术 数据通信的数据编码方式分为两类 模拟数据编码与数字数据编码 38 2 3数据编码技术 2 3 1模拟数据编码方法 39 2 3数据编码技术 2 3 2数字数据编码方法 40 2 3数据编码技术 2 3 3脉冲编码调制方法 41 2 4数据传输速率 1 信道带宽信道上传输的是电磁波信号 某个信道能够传送电磁波的有效频率范围就是该信道的带宽 2 数据传输速率与信道最大传输速率数据传输速率是指信道每秒所能传输的二进制比特数 信道的最大传输速率是与信道带宽有直接联系的 即信道带宽越宽 数据传输速率越高 所以人们可以用 带宽 去取代 速率 42 2 4数据传输速率 3误码率误码率是衡量通信系统在正常工作情况下传输可靠性的指标 误码率是指二进制码元在传输过程中被传错的概率 4传输延迟 利用率和抖动传输延迟是指计算机系统的发送和接收处理之间的时间 利用率是吞吐量和最大数据传输速率之比 延迟不是固定不变的 它的实时变化叫做抖动 Jitter 43 2 5传输介质 传输介质是指数据通信系统中发送器和接收器之间的物理路径 它是传输数据的物理基础 传输介质分为有线和无线两大类 有线传输介质包括双绞线 同轴电缆和光缆 无线传输介质是指利用大气和外层空间作为传播电磁波的通路 现在比较流行的使用方式为 局域网由双绞线连接到桌面 光缆作为通信干线 卫星用于跨国界传输 44 2 5传输介质 2 5 1双绞线双绞线通常有非屏蔽式和屏蔽式两种 下图是非屏蔽双绞线UTP 45 2 5传输介质 2 5 2同轴电缆同轴电缆有粗缆和细缆之分 下图所示为细同轴电缆段 46 2 5传输介质 2 5 3光纤 47 2 5传输介质 2 5 4无线传输介质无线传输主要包括 无线电波 微波 红外线和激光等 各种无线传输对应的电磁波谱范围如下图所示 48 2 5传输介质 1 地面微波通信 49 2 5传输介质 2 卫星微波通信卫星微波通信 简称卫星通信 实际上是使用人造地球卫星作为中继器来转发信号的 50 2 6数据通信网简介 计算机网络 主要指广域网和城域网 有时需要借助电信部门的公用数据通信网络系统作为它的通信链路进行网络通信 通信网的基础是电信技术和计算机技术的结合 而完成计算机之间 计算机与终端以及终端与终端之间的信息传递的通信方式和通信业务就是数据通信 51 2 6数据通信网简介 常见的数据通信网有 1 电话拨号网2 公用分组交换网X 253 数字数据网DDN4 帧中继5 综合业务数字网ISDN6 非对称数字用户环路ADSL7 微波无线网8 卫星通信网 52 第3章计算机网络体系结构与协议 本章主要介绍的内容有 网络体系结构概述与相关概念OSI参考模型TCP IP参考模型OSI参考模型与TCP IP参考模型NovellNetWare参考模型局域网协议举例 53 3 1基本概念 计算机网络是一个复杂的计算机及通信系统的集合 在其发展过程中逐步形成了一些公认的通用的建立网络体系的模式 可将其视为是建立网络体系通用的蓝图 称之为网络体系结构 NetworkArchitecture 用以指导网络的设计和实现 54 3 1基本概念 1 网络体系结构为了便于理解计算机网络体系结构 以两大城市 如广州和大连 邮寄信件的工作过程为例来说明 55 3 1网络体系结构与协议概述 2 网络协议人们常把国际互联网络叫做信息高速公路 要想在上面实现共享资源 交换信息 必须遵循一些事先制定好的规则标准 这就是协议 Protocol 协议有三个要素 即 语法 语义 时序 56 3 1网络体系结构与协议概述 3 协议分层 57 3 1网络体系结构与协议概述 4 网络服务网络服务是指彼此相邻的两层间下层为上层提供通信能力或操作而屏蔽其细节的过程 上层可看成是下层的用户 下层是上层的服务提供者 从通信角度看 各层所提供的服务有两种形式 面向连接的服务和无连接的服务 58 3 2OSI参考模型 网络参考模型是为了规范和设计网络体系结构提出的抽象模型 3 2 1OSI参考模型描述国际标准化组织 InternationalStandardOrganization ISO 于20世纪80年代初提出了OSI参考模型 也称OSI RM OpenSystemInterconnectionReferenceModel OSI RM 这个关于网络体系结构的标准定义了网络互连的基本参考模型 OSI参考模型是具有七个层次的框架 如下图所示 自底向上的七个层次分别是物理层 数据链路层 网络层 传输层 会话层 表示层和应用层 59 3 2OSI参考模型 3 2 1OSI参考模型描述 60 3 2OSI参考模型 3 2 2模型中的数据传输下图所示的是OSI参考模型中数据的传输方式 61 3 3TCP IP参考模型 TCP IP是国际互联网Internet采用的协议标准 是事实上的工业标准 TCP IP是一种异构网络互连的通信协议 它同样也适用于在一个局域网中实现异种机的互连通信 62 3 3TCP IP参考模型 模型描述 63 3 3TCP IP参考模型 64 3 4比较OSI与TCP IP 1 OSI参考模型与TCP IP参考模型的对照关系OSI参考模型与TCP IP参考模型都采用了层次结构 但OSI采用的是七层模型 而TCP IP是四层结构 实际上是三层结构 2 OSI参考模型与TCP IP参考模型的优缺点比较OSI参考模型虽然一直被人们所看好 但实现起来很困难 相反 TCP IP虽然有许多不尽人意的地方 但近30年的实践证明它还是比较成功的 65 3 5NovellNetWare参考模型 IPX SPX是NovellNetWare体系结构中最重要的协议 它与OSI的层次对比如下图所示 66 3 5局域网协议举例 除TCP IP协议之外 目前局域网中常用的通信的协议有NetBEUI协议 IPX SPX及其兼容协议 Microsoft公司的网络产品有四种协议簇 试图满足不同的网络规模和需求 NetBEUI是为小型的 单个服务器的网络准备的 NWLink适合于中型规模网络或需要访问NovellNetWare文件服务器的网络 AppleTalk主要用于实现与Macintosh计算机的互操作 TCP IP是一个复杂的协议簇 适用于像Internet那样的跨全球的复杂网络 Microsoft公司正致力于将TCP IP变成一个适合各种网络的协议簇 67 第4章局域网基础 本章主要介绍的内容有 局域网基本知识局域网标准以太网高速局域网 交换式局域网 虚拟局域网 无线局域网ATM与局域网仿真 68 4 1概述 局域网类型有 以太网 TokenRing FDDI ATM等 从局域网的发展历程来看 具有简单易用 易扩展 经济高效 灵活方便等诸多优势的以太网将是局域网今后的发展方向 因而以太网也已成为局域网的代名词 69 4 1概述 局域网的分类 70 4 1局域网概述 局域网与城域网所涉及的技术有很多 但决定它们性能的主要技术有 传输介质网络拓扑结构介质访问控制方法常用的局域网介质访问控制方法有三种 SMA CD Token Ring和Token Bus 71 4 2局域网标准 4 2 1局域网参考模型 72 4 2局域网体系结构与标准 4 2 2IEEE802局域网标准 73 4 3以太网 从介质访问控制的角度 局域网可以分为共享介质局域网和交换局域网 人们常说的以太网就是共享介质局域网 因此也称共享介质以太网 以太网是一种共享介质网络 网络上的所有站点共享传输介质和带宽 如果网络上的站点越多 每个站点所获得的带宽就越少 有多种类型的共享介质以太网 它们支持不同的传输速率 10Mbps 100Mbps 1Gbps和10Gbps 74 4 3以太网 4 3 1传统以太网 10MbpsEthernet对于非主干网来说 传输速率为10Mbps的以太网是目前使用最广泛的一类局域网络 75 4 3以太网 76 4 3以太网 77 4 3以太网 78 4 3以太网 79 4 3以太网 4 3 2快速以太网 100MbpsEthernetFastEthernet的协议结构如下图所示 80 4 3以太网 4 3 3千兆以太网 1000MbpsEthernet千兆以太网的协议结构如下图所示 81 4 3共享介质以太网 4 3 3千兆以太网 1000MbpsEthernet 82 4 4FDDI网络 光纤分布式数据接口 FiberDistributedDataInterface FDDI 是一个使用光纤介质传输数据的高性能环型局域网 它的传输速率为100Mbps 83 4 5交换式局域网 84 4 5交换式局域网 4 5 1交换式局域网基本结构与特点交换式局域网是指以数据链路层的帧或更小的数据单元 信元 为数据交换单位 以交换设备为基础构成的网络 交换机为每个端口提供专用的带宽 各个站点有一条专用链路连到交换机的一个端口 这样每个站点都可以独享通道 独享带宽 85 4 5交换式局域网 4 5 1交换式局域网基本结构与特点 86 4 5交换式局域网 4 5 2局域网交换机的工作原理 87 4 6虚拟局域网 虚拟局域网 逻辑网 是以交换式网络为基础 把网络上的用户 终端设备 分为若干个逻辑工作组 每个逻辑工作组就是一个虚拟网络 VirtualNetwork VLAN VLAN并不是一种新型的局域网技术 而是交换网络为用户提供的一种服务 88 4 6虚拟局域网 虚拟局域网 逻辑网 是以交换式网络为基础 把网络上的用户 终端设备 分为若干个逻辑工作组 每个逻辑工作组就是一个虚拟网络 VirtualNetwork VLAN VLAN并不是一种新型的局域网技术 而是交换网络为用户提供的一种服务 89 4 6虚拟局域网 4 6 1虚拟局域网结构 90 4 6虚拟局域网 4 6 2虚拟局域网组网方法1 用交换机端口号定义虚拟局域网2 用MAC地址定义虚拟局域网3 用网络层地址定义虚拟局域网4 用IP广播组定义虚拟局域网 91 4 7无线局域网 无线局域网 WirelessLocalAreaNetworks WLAN 作为传统局域网的补充 目前已成为局域网应用的一个热点问题 无线局域网可以使在难以布线的建筑物或需要临时组网的场所实现网络互连 无线局域网具有灵活 可移动 设备安装简单 节省布线投资 扩展能力强等优点 是局域网络发展的方向之一 92 4 7无线局域网 无线局域网结构示意图 93 4 7无线局域网 4 7 1无线局域网的应用无线局域网的应用领域主要有以下三个方面 作为传统局域网的扩充漫游访问特殊网络 94 4 7无线局域网 4 7 2无线局域网的主要类型无线局域网使用的是无线传输介质 按照所采用的传输技术可以分为三类 红外线局域网扩频无线局域网窄带微波无线局域网 95 4 8ATM与局域网仿真 ATM AsynchronousTransferMode 意指异步传输模式 它是为高速数据传输和通过公共网或专用网传输多种业务数据而设计的 它是一种以小的 固定长的包为传输单位 cell 信元 面向连接的分组交换技术 ATM首先被用于局域网 现在ATM已成为局域网主干网的主流技术之一 96 4 8ATM与局域网仿真 4 8 1ATM的体系结构与特点 97 4 8ATM与局域网仿真 4 8 2局域网仿真 98 第5章局域网组成与组网技术 本章主要介绍的内容有 局域网的组成组网设备与网络操作系统局域网组网方法举例综合布线网络规划与设计 99 5 1局域网组成基础 局域网由网络硬件和网络软件两大部分组成 网络硬件主要由计算机和通信系统组成 网络软件可分为网络系统软件和网络应用软件 100 5 1局域网组成基础 5 1 1网络硬件局域网硬件应包括 网络服务器 网络工作站 网卡 网络设备 传输介质 介质连接器和各种适配器 101 5 1局域网组成基础 5 1 2网络软件局域网软件可大致分为网络系统软件和网络应用软件 网络系统软件是控制和管理网络运行 提供网络通信和网络资源分配与共享功能的网络软件 它为用户提供了访问网络和操作网络的友好界面 网络应用软件是指为某一个应用目的而开发的网络软件 它为用户提供一些实际的应用 102 5 2局域网组网设备 在局域网组网时必须用到的设备是网卡 进行网络连接时 根据实际情况可能用到集线器 中继器或网络交换机 5 2 1网卡 103 5 2局域网组网设备 1 网卡的分类 1 按照网卡支持的计算机种类分类 主要分为以下两类 标准以太网卡和PCMCIA网卡 2 按照网卡支持的传输速率分类 目前主要分为四类 10Mbps网卡 100Mbps网卡 10 100Mbps自适应网卡和1000Mbps网卡 3 按网卡所支持的传输介质类型分类 主要分为四类 双绞线网卡 粗缆网卡 细缆网卡和光纤网卡 4 按网卡所支持的总线类型分类 主要可以分为 ISA EISA PCI等 104 5 2局域网组网设备 2 网卡的物理地址在网卡 MAC 的存储器中保存了一个全球惟一的网络节点地址 地址用12个十六进制数来表示 它的地址长度是48位 比特 前6个十六进制数 也就是24比特 代表网卡生产厂商的标识符信息 后6个十六进制数代表生产厂商分配的网卡序号 例如00 0B DB A3 D4 B6 MAC地址格式如下图所示 105 5 2局域网组网设备 5 2 2集线器集线器 Hub 又称为集中器 是工作在OSI模型中的物理层设备 106 5 2局域网组网设备 5 2 3局域网交换机局域网交换机是交换式局域网的核心设备 交换机属于OSI模型中数据链路层设备 它的功能与局域网网桥相近 由多端口的网桥发展而来 107 5 3网络操作系统 目前使用比较广泛的网络操作系统有四大系列 UNIX Linux NetWare和WindowsNT操作系统 5 3 1网络操作系统分类与网络结构类型一般来说 网络操作系统可以分为两类 1 客户网络操作系统 例如 Windows2000Professional 2 服务器网络操作系统 例如 Windows2000Sever 108 5 3网络操作系统 1 对等结构的网络 109 5 3网络操作系统 2 客户 服务器结构的网络将连网结点分为以下两类 网络服务器 Server 安装服务器网络操作系统 网络工作站 Workstation 也称网络客户机 它安装客户网络操作系统 110 5 3网络操作系统 5 3 2网络操作系统的基本功能一般来说 网络操作系统都具有如下八种基本功能 文件服务打印服务数据库服务通信服务信息服务分布式服务网络管理服务Internet Intranet服务 111 5 4局域网组网实践 5 4 1两台计算机互连 112 5 4局域网组网实践 5 4 2同轴电缆组网使用同轴电缆组建以太网主要有以下三种方式 粗缆方式 细缆方式和粗缆与细缆混用方式 113 5 4局域网组网实践 5 4 3双绞线组网使用双绞线一般是组建10Base T以太网 双绞线组网方法可以如下几种 单一集线器结构 多集线器级联结构和堆叠式集线器结构 114 5 4局域网组网实践 5 4 3双绞线组网 115 5 4局域网组网实践 5 4 4快速以太网快速以太网 100BaseT 组网方法与普通以太网组网方法基本相同 116 5 4局域网组网实践 5 4 5千兆位以太网 117 5 5综合布线与智能化大厦 在进行网络规划与设计时 需要考虑综合布线系统 综合布线是指将计算机网络系统 电话系统 电视监控系统等的布线综合起来统一布线 1 综合布线系统综合布线系统是指在一座办公大楼或楼群中安装的传输线路 这种传输线路能连接所有的语音 数字设备 并将它们与电话交换系统连接起来 综合布线系统包括布置在楼群中的所有电缆线及各种配件 如转接设备 各类用户端设备接口 以及与外部网络的接口 但它并不包括各种交换设备 118 5 5综合布线与智能化大厦 2 智能化大厦一个完善的智能化大楼系统除了综合布线系统外 还应包括以下几种系统 1 办公自动化系统 2 通信自动化系统 3 楼宇自动化系统 4 计算机网络 119 5 5综合布线与智能化大厦 3 综合布线系统的应用环境综合布线系统主要应用在三种环境中 建筑物综合布线系统 智能化大楼布线系统和工业布线系统 120 5 5综合布线与智能化大厦 1 建筑物综合布线系统 121 第6章网络互联 本章主要介绍的内容有 网络互联的基本概念局域网互联局域网与广域网互联广域网互联 122 6 1概述 计算机网络互联是利用网络互联设备及相应的技术措施和协议把两个以上的计算机网络连接起来 实现计算机网络之间的通信 将计算机网络互联起来产生一个单个大网 即互联网 从而实现了更大范围的数据通信 负载平衡和资源共享 Internet就是由几千万个计算机网络互联起来的 全世界最大 覆盖面积最广的计算机互联网络 123 6 1网络互联概述 1 网络互联类型在实际应用中 比较常用的网络互联类型有四种 局域网与局域网互联 LAN LAN 局域网与广域网互联 LAN WAN 局域网与局域网通过广域网互联 LAN WAN LAN 广域网与广域网互联 WAN WAN 124 6 1网络互联概述 LAN WAN LAN互联示例 125 6 1网络互联概述 WAN WAN互联示例 126 6 1网络互联概述 2 网络互联层次与方式 127 6 1网络互联概述 2 网络互联设备常用的网络互联设备有中继器 集线器 网桥 局域网交换机 路由器和网关等 中继器和集线器工作在物理层网桥工作在数据链路层路由器工作在网络层网关工作于传输层及以上各层 128 6 2LAN LAN互联 局域网互联的主要设备为中继器 集线器与网桥 6 2 1中继器 129 6 2LAN LAN互联 只要局域网络数据链路层的协议相同就可以用中继器进行互联 中继器只能互联同种类型的局域网络 例如 以太网与以太网互联 令牌环网与令牌环网互联 下图显示用中继器连接两个10Base 5电缆段 130 6 2LAN LAN互联 6 2 2网桥它是工作在OSI模型中数据链路层的MAC子层 所以它可互连相同类型的LAN 如10Base 2和10Base T网 也可互连不同类型 LLC协议相同而MAC协议不同 的LAN 如以太网和令牌环网 131 7 2LAN LAN互联 132 7 2LAN LAN互联 网桥应用实例 133 6 3LAN WAN互联 路由器与网关是LAN WAN互联和LAN WAN LAN互联的主要设备 6 3 1路由器工作原理示意图 134 6 3LAN WAN互联 路由选择 135 6 3LAN WAN互联 多协议路由器 136 6 3LAN WAN互联 路由器实现LAN WAN LAN互联示例 137 6 3LAN WAN互联 6 3 2网关网关的基本工作原理按照网关的功能不同大体可以将网关分为三大类 协议网关 应用网关和安全网关 138 6 4广域网基础与互联 6 4 1广域网的基本知识图6 15列出了一些经常使用的广域网技术同OSI参考模型之间的对应关系 139 6 4广域网基础与互联 6 4 2广域网互联广域网互联的方法主要有两种 一是各个网络之间通过相对应的网关进行互联 二是通过 互联网 进行互联 140 第7章Internet基础与应用 本章主要介绍的内容有 Internet的基本概念Internet的产生与发展Internet的主要功能Internet的物理结构与工作模式Internet地址Internet的主要信息服务 141 7 1Internet概述 Internet主要是指通过TCP IP协议将世界各地网络连接起来 实现资源共享 信息交换 提供各种应用服务的全球性计算机网络 它是全球最大的 开放式的 由众多网络互连而成的计算机网络 1 Internet的基本概念万维网 是基于超文本的 方便用户在Internet上搜索和浏览信息的信息服务系统 超文本 一种全局性的信息结构 它将文档中的不同部分通过关键字建立连接 使信息得以用交互方式搜索 它是超级文本的简称 超媒体 Hypermedia 是超文本和多媒体在信息浏览环境下的结合 是超级媒体的简称 142 7 1Internet概述 首页 HomePage 通过万维网进行信息查询时的起始信息页 即常说的网络站点的WWW首页 浏览器 Brower 万维网服务的客户端浏览程序 可以向万维网服务器发送各种请求 并对服务器发来的 由HTML语言定义的超文本信息和各种多媒体数据格式进行解释 显示和播放 防火墙 Firewall 用于将Internet的子网和Internet的其他部分相隔离 以达到网络安全和信息安全效果的软件和硬件设施 Internet服务提供商 InternetServicesProvider ISP 向用户提供Internet服务的公司或机构 其中 大公司在许多城市都设有访问站点 小公司则只提供本地或地区性的Internet服务 一些Internet服务提供商在提供Internet的TCP IP连接的同时 也提供他们自己各具特色的信息资源 143 7 1Internet概述 地址 地址是到达文件 文档 对象 网页或者其他目的地的路径 地址可以是URL Internet节点地址 简称网址 或UNC 局域网文件地址 网络路径 UNC 它是UniversalNamingConvention的缩写 意为通用命名约定 它对于局域网络服务器中的目标文件的地址 常用来表示局域网地址 这种地址分为绝对UNC地址和相对UNC地址 绝对UNC地址包括服务器共享名称和文件的完整路径 如果使用了映射驱动器号 则称之为相对UNC地址 URL 它是UniformResourceLocator的缩写 称之为 固定资源位置 或 统一资源定位器 它是一个指定因特网 Internet 上或内联网 Intranet 服务器中目标定位位置的标准 HTTP 它是HyperTextTransmissionProtocol的缩写 是一种通过全球广域网 即Internet来传递信息的一种协议 常用来表示互连网地址 利用该协议 可以使客户程序键入URL并从Web服务器检索文本 图形 声音以及其他数字信息 144 7 1Internet概述 2 Internet的组织与管理Internet的国际管理者Internet最权威的管理机构是因特网协会 InternetSociety ISOC 因特网体系结构委员会 InternetArchitectureBoard IAB 是因特网协会专门负责协调Internet技术管理与技术发展的分委员会 Internet的日常管理工作由网络运行中心 NetworkOperationCenter NOC 与网络信息中心 NetworkInformationCenter NIC 承担 Internet的中国管理者中国互联网络信息中心 ChinaInternetNetworkInformationCenter 简称CNNIC 是中国的Internet管理者 145 7 2Internet的产生与发展 Internet的产生与发展经历了三个阶段 研究试验 应用发展和商业应用 146 7 3Internet在中国的发展 Internet在我国的发展 可以大致地分为两个阶段 第一个阶段是1987年 1993年 一些科研机构通过X 25实现了与Internet的电子邮件转发的联结 第二阶段是从1994年开始 实现了和Internet的TCP IP联结 从而开始了Internet全功能服务 几个全国范围的计算机信息网络相继建立 Internet在我国得到了迅猛发展 147 7 3Internet在中国的发展 1 中国教育和科研计算机网 CERNET 148 7 3Internet在中国的发展 1 中国教育和科研计算机网 CERNET 149 7 3Internet在中国的发展 2 中国科技网 CSTNET 150 7 3Internet在中国的发展 3 中国公用计算机互联网 CHINANET 151 7 3Internet在中国的发展 4 中国网络通信集团 宽带中国CHINA169网 152 7 4Internet的主要功能 中国互联网络信息中心调查统计显示如下信息 1 网民上网最主要的目的是获取信息 休闲娱乐 与人联系和学习等 2 网民经常使用的网络服务是浏览网页 收发邮件 搜索引擎和网上聊天等 153 7 4Internet的主要功能 从功能上说 Internet的信息服务基本上可以归为三类 共享资源 交流信息 发布和获取信息 在网上的任何活动都离不开这三个基本功能 154 7 5Internet的物理结构与工作模式 1 Internet的物理结构 155 7 5Internet的物理结构与工作模式 1 Internet的物理结构 156 7 5Internet的物理结构与工作模式 2 Internet的工作模式 157 7 6Internet地址 Internet地址包括域名地址和IP地址 它们是Internet地址的两种表示方式 7 6 1IP地址IP地址共有32位 即4个字节 4位构成1个字节 由类别 标识网络的ID和标识主机的ID三个部分组成 为了简化记忆 实际使用IP地址时 几乎都将组成IP地址的二进制数记为4个十进制数 0 255 表示 例如 将二进制IP地址11001010011000110110000001001100写成十进制数202 99 96 76就可表示网络中某台主机的IP地址 158 7 6Internet地址 1 IP地址分类 159 7 6Internet地址 1 IP地址分类 160 7 6Internet地址 2 子网和子网掩码在计算机网络规划中 通过子网技术将单个大网划分为多个子网 并由路由器等网络互联设备连接 子网掩码的作用是屏蔽IP地址的一部分 以区分网络地址和主机地址 161 7 6Internet地址 子网划分与网络管理示例 162 7 6Internet地址 7 6 3域名地址DNS域名系统就是一种帮助人们在Internet上用名字来惟一标识自己的计算机 并保证主机名 域名 和IP地址一一对应的网络服务 163 7 7Internet的主要信息服务 中国互联网络信息中心调查统计显示如下信息 1 网民上网最主要的目的是获取信息 休闲娱乐 与人联系和学习等 2 网民经常使用的网络服务是浏览网页 收发邮件 搜索引擎和网上聊天等 164 7 7Internet的主要信息服务 7 7 1电子邮件服务利用计算机网络来发送或接收的邮件叫做 电子邮件 英文名为E mail E mail地址格式均为 用户名 电子邮件服务器域名 例如 tianl 在Internet上传输邮件是通过SMTP SimpleMailTransferProtocol 简单邮件传输协议 和POP PostOfficeProtocol 邮局协议 两个协议完成的 POP现在是第3版 所以也称POP3 165 7 7Internet的主要信息服务 4 电子邮件服务的工作过程 166 7 7Internet的主要信息服务 7 7 2WWW服务1 WWW地址WWW地址 即WWW的IP地址或域名地址 例如 167 7 7Internet的主要信息服务 2 WWW的工作方式 168 7 7Internet的主要信息服务 7 7 3文件传输FTP服务用户将远程主机 网站 上的文件下载 download 到自己的磁盘中和将本机上的文件上传 upload 到特定的远程主机 网站 上 这个过程称之为文件传输 文件传输服务采用的协议是FTP FileTransferProtocol FTP 它是TCP IP协议集中应用层的基本协议之一 169 7 7Internet的主要信息服务 FTP的工作方式 170 7 7Internet的主要信息服务 7 7 4信息讨论与公告服务电子公告栏系统 BBS 邮件列表 MailingList 网络新闻 USENET 往往就是供那些对共同主题感兴趣的人们相互讨论 交换信息的场所 除此之外 人们还可以通过网络聊天系统进行实时交流 171 第8章接入Internet 本章主要介绍的内容有 网络接入概述接入Internet的基本方式接入Internet的基本原理拨号上网 局域网专线入网和ADSL上网网络连接测试与网卡物理地址 172 8 1接入网概述 Internet 因特网 包含传输主干 骨干 网 城域网 城域交换网或称区域网 和接入网 AccessNetwork 三部分 接入网解决的是从市区Internet节点到单位 小区 直至到每个家庭用户的终端接入问题 即最后的一公里 LastKilometer 的问题 因而决定人们访问Internet上资源的 实际速度 的主要因素有三个 即传输主干网 城域网和接入网 目前 计算机网络技术发展的突出特点之一是要实现 三网合一 所谓 三网合一 就是将计算机网 有线电视网和电信网 数据通信网 有机融合起来 173 8 2接入Internet的基本方式 最常用的接入方式总结为三种 拨号接入 ADSL接入和专线接入 174 8 3接入Internet的基本原理 8 3 1拨号接入拨号接入有如下两种方式 普通电话拨号入网和ISDN拨号入网 175 8 3接入Internet的基本原理 176 8 3接入Internet的基本原理 8 3 2专线入网对于多计算机系统来说 通过局域网与Internet主机之间专线连接是一种行之有效的方法 177 8 4拨号上网 创建拨号接入的基本工作步骤如下 1 向ISP提供申请 并获取接入的相关信息 如 拨入电话 用户名 密码等 向ISP提出申请的基本方式有三种 即公开拨号 上网卡和注册用户 2 安装和配置 调制解调器 3 安装拨号适配器和TCP IP协议 创建和配置拨号连接 178 8 4拨号上网 安装硬件 179 8 4拨号上网 创建拨号连接 180 8 4局域网专线入网 专线接入是指用户计算机以太网方式接入局域网 即将计算机通过双绞线接入局域网 然后局域网再通过专线接入Internet 将计算机加入局域网然后通过局域网接入Internet的基本过程 1 安装网卡 2 将计算机加入局域网 3 安装与配置TCP IP协议 181 8 5使用ADSL接入Internet ADSL有两种基本的接入方式 专线方式与虚拟拨号方式 ADSL物理连接示意图 182 8 6网络连接测试 可以通过网络部件提供的ping工具来进行网络连接测试 网络不通的可能原因有四个 即网络线路出错 计算机网卡出错 网络的DNS出错和网络的网关出错 183 第9章网络安全与网络管理 本章主要介绍的内容有 网络安全基础的基本概念网络安全手段 信息加密与防火墙防范计算机病毒网络管理 184 9 1网络安全基础 9 1 1网络安全事例1994年末 俄罗斯人弗拉基米尔 利文与其伙伴从CITYBANK银行在纽约的计算机主机里窃取1100万美元 1997年4月23日 中国互联网络信息中心 CNNIC 站点遭到黑客攻击 CNNIC的主页被换成骷髅头像 2005年3月18日 韩国外交通商部网站的首页遭到黑客攻击被迫关闭数小时 185 9 1网络安全基础 9 1 2网络的安全威胁对计算机网络的安全威胁可以分为两大类 即主动攻击和被动攻击 主动攻击分中断 篡改和伪造三种 被动攻击只有一种形式 即截获 还有一种特殊的主动攻击就是恶意程序攻击 1 计算机病毒 2 计算机蠕虫 3 特洛伊木马 4 逻辑炸弹 186 9 1网络安全基础 9 1 3网络安全机制与网络安全手段安全机制可以分为两类 一类与安全服务有关 它们用来实现安全服务 另一类与管理功能有关 它们用来加强对安全系统的管理 ISO7498 2建议的安全机制有 1 加密机制 2 数字签名机制 3 访问控制机制 4 数据完整机制 5 认证交换机制 6 防业务流分析机制 7 路由控制机制 8 公证机制 187 9 1网络安全基础 一般采用以下几种安全措施来保证计算机网络的安全 安全立法安全管理网络实体安全保护系统访问控制数据加密保护 188 9 2信息加密 信息进行加密保护可以防止攻击者窃取网络机密信息 也可以检测出他们对数据的插入 删除 修改及滥用有效数据的各种行为 189 9 3防火墙 为了因此内部网不受外来者的入侵 在互联网被保护部分的入口处放置了一个设备 这个设备叫做互联网防火墙 构筑防火墙是目前保护网络安全的最主要手段 防火墙是企业内部网与Internet间的一道屏障 可以保护企业网不受来自外部的非法用户的入侵 也可以控制企业内部网与Internet间的数据流量 190 9 3防火墙 9 3 1防火墙的基本概念防火墙 Firewall 包括硬件和软件 防火墙安装的位置一定是在内部网络与外部网络之间 其结构如下图所示 191 9 3防火墙 9 3 2防火墙的基本类型按功能及工作方式可以将防火墙分为两种 包过滤防火墙和应用网关 1 包过滤防火墙 192 9 3防火墙 下图给出了包过滤路由器结构示意图 193 9 3防火墙 2 应用网关应用网关的模型 194 9 3防火墙 应用代理基本工作原理 195 9 3防火墙 9 3 3典型的Internet防火墙 196 9 4防范计算机病毒 计算机病毒问题的解决 只能从采用先进的防病毒技术与制定严格的用户使用网络的管理制度两方面入手 9 4 1计算机病毒分类计算机病毒 是指编制者在计算机程序中插入的破坏计算机功能或者毁坏数据 影响计算机使用 并能自我复制的一组计算机指令或者程序代码 黑客型病毒的主要攻击方式是 通过网络走后门 发黑色信件 瘫痪网络 197 9 4防范计算机病毒 9 4 2防范网络计算机病毒网络防病毒可以从两方面入手 一是工作站 二是服务器 为了防止病毒从网络侵入 可以采取以下措施 无盘工作站 带防病毒芯片的网卡 单机防病毒卡或网络防病毒软件 198 9 4防范计算机病毒 9 4 3应对黑客攻击黑客主要是通过网络对计算机系统和网络系统进行攻击和破坏 下表所示的为黑客和计算机病毒入侵计算机的比较 199 9 4防范计算机病毒 200 9 4防范计算机病毒 1 常见的黑客攻击方式 1 口令破解 2 连接盗用 3 服务拒绝 4 网络窃听 5 数据篡改 6 地址欺骗 7 社会工程 8 恶意扫描 9 数据驱动攻击2 黑客攻击的步骤 1 信息收集 2 获得对系统的访问权限 3 破坏系统或盗取信息 4 消除入侵痕迹 201 9 4防范计算机病毒 3 防范黑客入侵防止计算机黑客的入侵方式 最熟悉的就是在网络上设置防火墙 Firewall 这是一套专门放在Internet大门口 Gateway 网关 的身份认证系统 其目的是用来隔离Internet外面的计算机与企业内部的局域网络 任何不受欢迎的使用者都无法通过防火墙而进入内部网络 有如机场入境关口的海关人员 必须核对身份一样 身份不合者 则谢绝进入 202 9 5网络管理 9 5 1基本概念网络管理 简单地说就是为了保证网络系统能够持续 稳定 高效和可靠地运行 对组成网络的各种软硬件设施和人员进行的综合管理 网络管理的主要目标包括 使网络更容易使用 减少运行费用 提高效率 减少停机时间 改进响应时间 提高设备利用率 减少或消除网络瓶颈 保证网络安全 在OSI网络管理标准中提出了网络管理的如下五个功能域 故障管理 性能管理 计费管理 安全管理和配置管理 203 9 5网络