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第三章 计算机网络基础与应用第一节311 计算机网络的形成与发展（1）远程终端互联阶段该网络系统由一台大型主处理计算机( Host)和若干台远程终端通过通信线路连接起来，组成联机系统，进行远程批处理业务。在这种方式下，用户使用终端设备把自己的要求通过通信线路传给远程的计算机，计算机经过处理后把结果传给用户。(2)计算机计算机网络阶段多台具有自主功能的主机通过通信线路互连起来，不仅能相互进行信息交换和传递，而且该网络中的多台计算机都具有自主处理能力。（3）计算机网络互联阶段为了在更大的范围内实现资源共享和信息交换，将各种网络互联起来，形成更大的网络，这就是网络互联。1984年，国际标准化组织公布了开放系统互连参考模型，即OSI Open System Interconnection/ Recommended Model 。OSI促进了网络互联的发展。(4)信息高速公路阶段从20世纪90年代起，人类进入信息社会，信息产业成为国家的支柱产业，而计算机网络将分散的计算机资源通过高速通信网实现共享，提高了国家的综合实力和人民的生活质量。这个阶段网络的特点：互联、高速和智能化。人们俗称“信息高速公路”。（Super Highway)312 计算机网络的功能与分类1 计算机网络的主要功能建立计算机网络的基本目的是实现数据通信和资源共享，计算机网络的主要功能可归纳为资源共享、数据通信、提高计算机的可靠性和分布式协同处理等。2 计算机网络的分类按计算机网络的地理分布范围、网络规模和距离远近，可分为以下三类：局域网（ Local Area Network ，LAN)城域网（ Metropolitan Area Network ，MAN)广域网（ Wide Area Network ，WAN) 313 计算机网络的拓扑结构网络中可访问的每台计算机、终端设备或连接器都可称为网络上的一个结点，网络拓扑结构就是指网络结点的位置和互联的几何布局。计算机网络的拓扑结构有很多种，常见的有五种：星形结构；树形结构；总线结构；环形结构；网状形结构；314 网络传输协议和网络体系结构协议主要由语义、语法和同步三要素组成：语义：确定协议元素的类型，如规定通信双方需要发出什么控制信息和执行的动作及返回的应答；语法：确定协议元素的格式；同步：规定了操作的执行顺序（解决“什么时候”做以及做的“先后顺序”问题）开放系统互联参考模型（OSI/RM）OSI/RM国际标准的正式文本是ISO 7498OSI体系结构将网络的不同功能划分为7层。OSI根据网络系统的逻辑功能将其分为七层，规定了每一层的功能、要求和技术特性等，但没有规定具体的实现方法。v通信实体的对等层之间不允许直接通信。v在层间接口中，定义了服务请求的方式及完成服务后的确认事项和动作。v各层之间是严格单向依赖。v上层使用下层提供的服务 Service user；v下层向上层提供服务 Service provider。vTCP/IP参考模型，TCP/IP定义五层协议的体系结构TCP/IP与应用层：应用层协议支持了文件传输、电子邮件、远程登录、网络管理、Web浏览等应用。传输层提供了两种传输协议：TCP（Transmission Control Protocol,传输控制协议）提供了一种可靠的数据传输服务，具有流量控制、拥塞控制等特点。 UDP（User Datagram Protocol，用户数据报协议）为应用层提供简单的服务，将数据分组从一个主机送到另一主机，但不能保证数据一定能送到目的主机。TCP/IP网际层的四个主要协议：IP（Internet Protocol）本层提供无连接的传输服务（不保证送达,不保序）,本层的主要功能是寻找一条能够把数据报送到目的地的路径。ICMP 提供控制和传递消息的功能；ARP 为已知的IP地址确定相应的MAC地址；RARP 根据MAC地址确定相应的IP地址。计算机网络应用模式目前常见的网络应用模式有：客户机/服务器（ClientServer，C/S）模式：客户机/服务器应用模式由客户机（client)、服务器（server）、中间件三部分组成。客户机的主要功能是执行用户一方的应用程序，供用户与数据进行交互。服务器的功能主要是执行共享资源的管理应用程序，主要承担连接和管理功能。中间件是支持客户机/服务器进行对话、实施分布式应用的各种软件的总称。浏览器/服务器（Browser/Server，B/S）模式：B/S模式-浏览器/服务器模式，是随着Internet技术而兴起，是对C/S模式的一种改进。客户端只要安装一个浏览器软件，服务器端存放数据和应用程序。通过Web服务浏览器与服务器的数据库进行数据交互。对等模式（Peer to Peer）模式 ：对等网络模式没有专用服务器管理网络共享资源，网络中的计算机既可以作为服务器，又可以作为客户机，所有计算机地位平等。每台计算机分别管理自己的资源和用户，同时又可以作为客户机访问其他计算机的资源。 第二节321 数据通信中的基本概念1 通信系统的一般模型 （信源、传输媒体、信宿）信源是发出各种信息（语言、文字、图像等）的信息源;信宿通常是信息的接受端 ;信源和信宿之间要有通信线路才能互相通信，这种通信线路通常称为信道 ;转换器的作用是将信源发出的信息变换成适合在信道上传输的信号 ;反转换器的功能与转换器相反 ;2 信号的表示和传输在通信系统中，可以利用电信号来传输数据。模拟信号的取值是连续的，是一种连续变化的电磁波，能够在各种介质上传播；数字信号的取值是离散的，是一系列的电压脉冲，例如，用恒定的正电压表示二进制“1”，用恒定的负电压表示二进制“0”。 3 基带和频带传输基带传输：计算机和终端接收或发送的信号是数字信号，把这个数字信号直接在通信信道上传输就是基带传输。基带传输一般用于短距离的数据传输，如在局域网中用基带同轴电缆作传输介质的数据传输。频带传输：频带传输是指将数字信号变换成一定频率范围内的模拟信号，在某一频带内传送的方式。如采用“多路复用技术”可将多路信号通过调制技术调制到各自不同的载波频率上，在各自的频段范围内进行传输，从而实现在一个信道中同时传播声音、图像和数据多种信息，是系统具有多种用途。4 通信线路的通信方式单工（Simplex）通信：数据信号只能沿着一个方向上传输，发送方只能发送不能接收，接收方只能接收而不能发送。任何时候都不能改变信号传输的方向，例如无线电广播和电视广播。半双工（Half-Duplex）通信：数据信号可以沿两个方向传输，但两个方向不能同时发送数据，必须交替进行。半双工通信适用于会话式通信，例如警察使用的“对讲机”和军队使用的“步话机”。全双工（Full-Duplex）通信：数据信号可以同时沿两个方向传输，两个方向可以同时进行发送和接收。例如现代电话通信提供了全双工传送。5 数据的传输方式并行通信指一次同时传送多位二进制数据，从发送端到接收端需要多根传输线。并行方式主要用于近距离通信，如在计算机内部的数据通信通常以并行方式进行。这种方式的优点是传输速度快，处理简单。 串行通信一次只传送一位二进制的数据，从发送端到接收端只需要一根传输线。串行方式虽然传输率低，但适合于远距离传输，在网络中（如公用电话系统）普遍采用串行通信方式。6 数据通信中的主要技术指标（1）传输速率（2）信道容量（3）误码率322物理传输媒体传输媒体是连接网络中节点之间的物理通路,它对网络数据通信质量有极大的影响。目前常用的网络传输介质可分为有线和无线两种。有线介质上可传输模拟信号和数字信号，无线介质上大多传输数字信号。1双绞线、 同轴电缆2光纤3无线介质：无线电、短波、微波、卫星、光波323多路复用频分多路复用技术：将若干路信号调制在不同的频率上，使它们互不干扰地在同一条线路上同时传输，到接收端再将它们分离。时分多路复用技术：将多路的信号按时间先后顺序排队轮流使用同一传输信道，在时间上将信道分割成若干个小的时间片，每路信号占用一个时间片。324数据交换技术电路交换源结点和目的结点之间进行数据交换之前，首先要在通信子网中建立一个实际的物理连接通道，在通信过程中，该物理连接为此次通信专用，不得被其他站点使用，在数据传输完成后释放该连接。存储交换 （分为：分组交换与报文交换）分组交换指就是把一个长的报文拆分成若干个小的段落(包)，只要前方线路空闲，就以分组为单位发送，提高了交换速度。接收端收到所有分组后，再按原来的顺序组装成原来的报文。第三节331 网络主体设备1服务器在计算机网络中，分散在不同地点担负一定数据处理任务和提供资源的计算机， 服务器是网络运行、管理和提供服务的中枢，直接影响着网络的整体性能。 服务器一般采用高性能的微型机、小型机或大型主机，并配有大容量硬盘和较大容量内存，按其作用可分为文件服务器，打印服务器，数据库服务器，在Internet网上，还有DNS、Web、FTP、电子邮件、Internet代理等服务器 2 工作站在网络系统中，只向服务器提出请求或共享网络资源而不为其他计算机提供服务的计算机称为工作站。 工作站一般选用普通的PC机，工作站可以有自己的操作系统，能独立工作，通过运行工作站网络软件，访问服务器的共享资源，并与网络上的其他计算机通信。 终端设备是另一种形式的工作站，通常自己不具备处理能力，在与服务器或主机通信时共享主机的处理功能，把用户通过键盘输入的信息传送到主机，再把主机处理后的结果显示到屏幕。 332 网络接口设备1 网络适配器（Network Interface Card, NIC）2 调制解调器（Modem ）333网络互联设备中继器主要用于扩展传输距离，其功能是将电缆上接收的信号进行再生，并发送到另一条电缆上。因此，中继器完全是一个硬设备，工作于物理层，对高层协议是透明的。网桥在局域网互联中最为常用，它在数据链路层对帧进行存储转发。网桥也有在不同网段之间再生信号的功能，但增加了包含在链路层内的分组寻址信号，以决定哪两个网段之间进行信号中继，从而增强了互联功能。路由器是在网络层对分组信息进行存储转发，实现多个网络互联。如图所示，路由器能支持多个链路连接的复杂网络，具有动态选择路由以平衡通过各个路由器的通信负载。一般来说，异种网络与多个子网互联都需要采用路由器来实现。网关用于异构型网络互联，用于连接使用不同通信协议或结构的网络。它不仅具有路由功能，而且能在两个不同的协议集之间进行转换，例如一个Netware 网段可以通过网关访问IBM的SNA网络。网关的原理就像不同国家的语言翻译，将不同协议集的协议进行翻译、转换。334 网络软件系统1 协议软件目前局域网上流行的协议软件有 NetBEUI、IPX/SPX、TCP/IP。2 网络操作系统（NOS） 3 网络应用软件第四节常见的局域网类型1以太网（Ethernet） 以太网是目前使用最为广泛的局域网。以太网包括标准以太网（10Mbit/s）、快速以太网（100Mbit/s）、千兆以太网（1000Mbit/s）和10G以太网，它们都符合IEEE8023系列标准规范。 8023 CSMA/CD局域网标准描述的就是以太网标准的局域网系统。2ATM网ATM（Asynchronous Transfer Mode）异步传输模式。异步转移模式的特征是信息的传输、复用和交换都以信元为基本单位。异步是指属于同一用户的信元并不一定按固定的时间间隔周期性地出现。ATM信元是固定长度的分组，共有53个字节，分为2个部分。前面5个字节为信头，主要完成寻址的功能；后面的48个字节为信息段，用来装载来自不同用户，不同业务的信息。3无线局域网无线局域网络(Wireless Local Area Networks； WLAN) 利用射频(Radio Frequency； RF)技术，取代旧式的双绞铜线(Coaxial)所构成的局域网络，使得无线局域网络能利用简单的存取架构让用户透过它，达到信息随身化、便利走天下的理想境界。第五节351 internet 发展internet起源ARPA(美国国防部高级研究计划局)网在20世纪60 年代末期, 当时在美国的4个地区进行了网络互联实验,采用TCP/IP作为基础协议。但当时并没有想到要把这项技术转为民用。从1969年-1983年,internet开始形成,但那时的internet还主要是用于网络技术的研究和实验,在一部分每个大学和研究部门中运行和使用并没有广泛的发展开来到1983年, internet才开始逐步进入实用阶段,在美国和一部分发达国家的大学和研究部门中得到广泛使用,作为教学,科研和通信的学术网络与此同时,世界上许多国家也相继建立了本国的主干网并接入internet,成为internet的组成部分。1986年，NFS（National Science Foundation：美国国家科学基金会）利用TCP/IP通信协议，在5个科研教育服务超级电脑的基础上建立了NSFNET广域网，以使在全美国实现资源共享。很多大学、政府资助的研究机构甚至是私营的研究机构纷纷把自己的局域网并如NFSNET中。1989年，由CREN开发的WWW(World Wide Web：万维网)成功，为internet实现广域网奠定了基础。从此，internet开始迅速发展。下一代Internet网络的特点：更大、更快、更安全。v352 IP地址1 IP地址的格式IP地址由32位表示，包含4个字节，每字节可对应一个0255之间的十进制数，字节之间用小数点分隔。例如IP地址：11000000 10000000 10000000 00000011 00000101 或写成 19216835 ；而1921682693是非法IP地址。TCP/IP协议中把IP地址分为2个部分：网络地址和主机地址。其中网络地址标识一个物理的网络，同一个网络上所有主机需要同一个网络号，该号在互联网中是唯一的；而主机地址用来确定网络中的一个工作站、服务器、路由器等其它TCP/IP主机。IP地址可以记为：地址格式为：IP地址=网络地址主机地址2 IP 地址的分配（IP地址的分类）A类地址：以0开头，第1字节表示网络号，2、3、4字节表示网络中的主机号。网络号：用于识别主机所在的网络主机号：主机号：用于识别该网络中的主机。 B类地址：以10开头，第1、2字节表示网络号，第3、4节表示网络中的主机号。C类地址：以110开头，第1、2、3字节表示网络号，第4字节表示网络中的主机号。3子网掩码为了确定IP地址的哪部分代表网络号，哪部分代表主机号，判断两个IP地址是否属于同一个网络，就产生了子网掩码的概念子网掩码按IP地址的格式给出。三类IP地址的默认子网掩码为:A类地址255000B类地址25525500C类地址25525525504缺省网关在Internet中，网关是一种连接内部网与Internet上其它网的中间设备，具有判断网络地址和选择路径的能力。默认网关地址指定了本地子网中路由器的IP地址，当发送数据的计算机发现目的地址不在本网内，就将数据发送给默认网关，而不是直接发送给目的计算机。353 域名系统1 有了数字型的IP地址，通过Internet中的网络协议就能彼此通信，但这种表示方式不易记忆。为了方便用户，可改用一种能代表一些实际意义的字符型标识域名地址（Domain Name）。例如，用域名emailtsinghuaeducn 代表IP地址166111851。 域名的一般格式：主机名单位名 企业性质名国家代码2 域名服务器DNS (Domain Name Server)由于 Internet内核中采用数值型IP地址，而人们通常用字符型的域名地址，它们之间的对应关系通过域名服务器来转换。354 连接Internet的方式1 通过调制解调器入网（PSTN+Modem） 2 通过ISDN入网 3 通过ADSL宽带入网 4 通过Cable MODEM接入 5 通过DDN、X25、帧中继等专线方式入网 6 局域网方式入网7 无线方式入网352 统一资源定位符URLURL（Uniform Resource Location)是一种标准化的命名方法，通过各种不同的协议，对Internet上任何地方的信息都用URL定位或访问。URL的格式如：http:/wwwtsinghuaeducn :80 /docs/cindexhtml第六节常用的Internet服务 (1) WWW服务。 WWW（World Wide Web）的含义是环球信息网，通常叫万维网，是一个基于超文本方式的信息查询方式。 (2) 文件传输服务。文件传输服务（即FTP服务）允许Internet网上的用户将一台计算机上的文件传送到另一台上，FTP服务是由TCP/IP的文件传送协议（FileTransferProtocol）支持的。 (3) 电子邮件服务。电子邮件（E-mail）是Internet上使用最广泛和最受欢迎的服务，它是网络用户之间进行快速、简便、可靠且低成本联络的现代通讯手段。4) 远程登录服务。远程登录（Telnet）是Internet提供的最基本的信息服务之一。Internet用户的远程登录是在网络通讯Telnet的支持下使自己的计算机暂时成为远程计算机仿真终端的过程。 第七节371 计算机网络安全概述人们在使用Internet获得的诸多便利和好处的同时，也受到了来自黑客、计算机病毒的侵袭和威胁，给个人和单位蒙受了巨大损失，特别是近年来网络上各种新业务的开展，比如电子商务、电子政务、网上银行等，以及各种专用网络的建设，如金融网、金税网等，使得如何保障计算机的网络安全成为一个亟待解决的问题。372 网络安全防范措施1 数据加密数据加密技术涉及到的术语：明文：原本数据；密文：伪装后的数据；密钥：用它控制加密、解密的过程；加密：把明文转换为密文的过程；加密算法：加密所采用的变换方法；解密：对密文实施与加密相逆的变换，从而获得明文的过程。2 防火墙防火墙是一种专门用于保护网络内部安全的系统。防火墙的作用是在内部的网络