计算机网络基础论文.doc

计算机网络学习总结摘要：计算机网络是一个复杂的互连体，各个层次结构相互配合才能实现网络的功能。一、计算机网络的产生于发展。计算机网络的形成与发展大致经历了四个阶段：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，分组交换网络APRANET的出现；第三阶段，20世纪70年代，网络体系结构与协议的标准化的研究，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的广泛应用。传统的通信采用电路交换技术，即两部电话机之间只要用一根电线相连就能实现通信，如果要将N部电话机两两相连，则至少需要N(N-1)/2跟电话线。两部电话机之间通信必须经历建立连接、通信、释放连接等三个过程。由于计算机数据具有突发性，势必导致电路利用率低，因此不适合用于计算机网络。之后就出现了分组交换技术，具体方法是将信息报文分段，在每段之前有地址控制信息的首部，从而构成分组，然后将各分组一次发送到接收端，在接收端去掉首部，还原出信息。各终端连接的中站设备交换机采用存储转发的方法选择最佳路径发送到接收端。这样能使具有突发性的计算机数据得到分散，因而具有高效、灵活、迅速、可靠的优点，适用于计算机网络。世界上第一台计算机互联系统APRANET产生于20世纪50年代，是美苏冷战的产物，它采用分组交换技术，是世界上第一个稳定的计算机网络，有计算机网络之父之称。从资源共享的观点来说，计算机网络是以能实现资源共享的方式互联的自治计算机系统集合。可分为广域网WAN、局域网LAN、城域网MAN和接入网等。计算机网络间各计算机是平等的。两台计算机要进行通信，必须高度协调才行，而这种协调是相当复杂的。为了减少网络设计和实现的复杂性，人们提出了网络体系结构的概念用来指导网络的设计与实现。著名的国际标准化组织（ISO）提出了开放系统互联参考模型（OSI）。ISO将计算机网络分为七层，从最底层到最高层依次是物理层、数据链路层、网络层、传输层、会话层、表示层、应用层。由于分层过多，OSI系统在现实中未能得到推广应用。而非标准化的TCPIP系统却得到了广泛应用，这种系统采用四层结构，依次是网络接入层、网络层、传输层和应用层。虽然OSI参考模型未能取得巨大成功，但它在计算机网络的发展过程中起了非常重要的指导作用。二、物理层。物理层与物理传输体直接相关，它定义了设备间的物理接口以及数字比特的传送规则。物理层的协议有RS-232、RS-449、X.21、V.35、ISDN以及FDDI、IEEE802.3、IEEE802.4和IEEE802.5等。这些协议主要规定了物理层的机械特性、电气特性、功能特性和规模特性等。机械特性：物理层的机械特性主要说明了物理接口、连接器的尺寸，插针的数目、排列方式，插头与插座的尺寸，电缆的长度以及电缆所含导线的数目等。电气特性：电气特性说明了数据交换信号以及有关电路的特性。这些特性主要包括最大数据传输率说明、表示信号状态的电压或电压或电流电平的识别，以及接收器和发送器电路特性说明，并给出了与互联电缆相关的规则等。功能特性：接口特性对接口连线的功能给出确切的定义。从大的方面分，接口线可分为数据线、控制线、定时线和地线。有的接口可能需要两个信道，因而接口线又可分为主信道线和辅信道线。规模特性：物理层接口的规模特性规定了使用接口线传输的操作过程。计算机有很强的数据处理能力，然而传输数据的能力有限，在网络中利用现有的模拟信道进行远程数据通信或网络连接时，必须使用调制解调器。调制解调器是利用模拟信道进行数据传输必不可少的设备之一。在发送端，调制解调器将数字信号转变为模拟信号，然后在模拟信道进行发送；在接收端，调制解调器将模拟信号转变为模拟信号提供给计算机，从而完成了网络上的数据传输。要实现分组交换，必须对传输的数据信息进行分组。要实现这个功能，需要使用网络适配器，又叫网络适配卡，简称网卡。网卡工作于物理层与数据链路层，每一块网卡都有一个唯一的硬件表示地址，即MAC地址。网卡在将数据分段过程中，将MAC地址到每一分祖上，以保证数据的准确传输。网络通信还离不开传输媒体，这些传输媒体可以是导向传输媒体的双绞线、同轴电缆、光纤，也可以是非导向传输媒体的电磁波。另外，要充分利用线路，还必须使用信道复用技术，有时分复用、频分复用、波分复用、码分复用等。三、数据链路层：数据链路层协议将网络层数据报在路径中的单个链路上从一个节点移动到另一个节点提供服务。链路层的一个重要特性是可在路径的不同链路中用不同的链路协议处理数据报。数据链路层主要实现以下三方面功能：成帧，数据链路层以帧为单位发送、接收、校验和应答数据。所谓帧就是一定大小的收据快，几乎所有的链路层协议都将数据报传送到链路层之上，将网络层数据报封装在一个链路层帧中，一个帧由数据字段和头部字段组成。流量控制，在数据链路层中要处理一个重要设计问题：如何处理发送方比接收方传输能力强的问题。当发送方发送较快而接收方接受较慢，发送方不断发送数据，最终会将接收方淹没。因此，数据链路层必须采取某种措施来防止这种情况的发生，这个功能就是流量控制。差错检测，接收方接收到收据必须进行校验，如果发现差错，则必须重传，这就是差错检测。数据链路层的一个重要功能是解决如何共享传输媒体的问题。传统的以太网的核心思想是在个工作站之间使用共享传输介质传输数据，其基本特征好是在MAC子层采用载波监听/碰撞检测协议，即CSMA/CD协议。它的基本思想是所有工作站在发送数据之前都要监听信道，确定是否有工作站在发送数据，而且在发送数据过程中，要不断进行冲突检测，如果信道空闲，站点立即发送数据，如果信道忙，则继续监听，直到空闲再发送数据。如果站点在发送收据过程中检测到冲突，立即停止发送数据，过一段时间再从新监听信道。四、网络层：在大型的计算机网络中，由于连接的计算机数量庞大，拓扑结构复杂，要想找到正确的主机十分困难。而网络层的任务就是定义统一的全局编址方案，在复杂的网络中寻找最短路径，保证网络即使在任务繁重，出现拥塞的时候也能够真长进行工作，为上层服务。网络层的主要任务是实现主机到主机的通信，因此在网络中必须给每一台主机分配一个唯一的地址。在使用TCP/IP协议的网络中，这个地址就是IP地址。IP地址是一种层次性的地址，由“网络标识”+“主机标识”组成。TCP/IP协议规定，每个IP地址必须唯一标示一台主机，每个IP地址由32位二进制数组成，包括网络号和主机号，分为四个八位组，每组之间用点号隔开。八位二进制数由0到255之间的十进制数标示，这种标示方法称为点分十进制。TCP/IP协议规定了五种地址类型，依次为A类、B类、C类、D类、E类。目前用到的地址主要为前三类。A类IP地址第一字节最高位二进制是0，其余7标示网络号，其它三个字节是主机标识，每个网络可承载最大主机数是16777214台，一般分配给具有大量主机的网络使用；B类IP地址前两位二进制数是10，前两个字节用来标示网络，后两个字节用来标示主机地址；C类IP地址前三位二进制数十110，前三个字节用来标示网络，后一个字节用来标示主机，每个C类网络中最多可有254台主机，一般用于小型网络；D类IP地址是多播地址，不区分网络标标示和主机标示。E类IP地址是为今后网络应用而保留的。为了充分利用IP资源，方便管理，可用子网掩码将网络划分为若干个子网，也可利用超网掩码将几个小网络构造成一个超网。两台主机要进行通信，必须相互知道对方的IP地址及其下层的MAC地址。若一台主机只知道对方的IP地址而不知道对方的MAC地址，可利用ARP协议发送广播，从而查询出对方的MAC地址；相反，利用RARP协议可由MAC地址年初IP地址。另外，在网络层其重要作用的还有路由器，路由器的路由表记录了与其相邻的主机及路由器的IP地址，路由器接收到数据后，通过相应的路由算法选择最佳路径将数据转发，从而使个计算机之间能够高速通信。五、运输层：运输层的目标是向用户提供有效、可靠、价格合理的服务，运输层的用户一般是应用层的进程。为了达到这个目的，运输层需要网络层提供服务。运输层提供的服务是端到端的数据传输，也就是进程到进程的数据传输。实际上运输层的主要任务是要把网络层的数据交付给正确的应用进程。运输层采用端口号来识别应用进程，端口号采用16位二进制数表示，所以一台计算机最多有二的十六次方个端口号，用十进制数字表示就是0到65535之间的数。TCP协议是工作在运输层的一个重要协议，是一种面向连接的协议，提供数据分组可靠、按序提交，要求通信双方交换数据之前必须建立连接。TCP协议还有流量控制、差错检测等功能。应用层数据在发送时要被封装在TCP报文中，即在数据前加首部，首部中包含了源端口号、目标端口、发送顺序等信息，保证了数据的准确传输。该层的另一重要协议是UDP协议，它比TCP协议简单得多，不需要去考虑流量和差错控制，只有8B的首部开销，不会造成网络的拥塞。六、应用层：应用层是网络用户最熟悉的一层，也是网络设计最终目的层。应用层在OSI模型的最高层，这一层主要是针对用户的需要，开发设计能满足用户需求的应用程序，因此该层主要是面向实际用户服务的。复杂的网络通信都可简化为两个用户之间的通信来讨论，但实际上网络通信并不是简单的两个用户直接通信，比如聊天时，用户首先将信息发到聊天服务器，通过聊天服务器进行身份确认，然后服务器将用户资料传送到用户主机，用户根据收到的资料查找在线好友，然后才能聊天。这就构成了客户/服务器模式（C/S模式）。客户是指在本地计算机上运行的向服务器发送请求的应用进程，服务器是指在远程计算机上运行的向客户提供给服务的程序。由于客户端请求服务的时间并不确定，因此服务器应当在所有时候都运行。前面已经提到过在网络中唯一标示一台主机的地址有IP地址和MAC地址。但现实中，这些地址仅是一串毫无意义的字符串，让人难以记忆，因此在网络中采用域名系统（DNS），即用有意义的字符串表示IP地址，然后通过DNS系统将它转换为实际IP地址供计算机寻址。域名是分级的，中间用点号隔开。如河南理工大学的域名是，其中cn是顶级域名,表示中国，edu为二级域名，表示教育机构。应用层提供的服务时是多种多样的，因此需要不同的协议来支持。常见的协议有超文本传