第6章计算机网络与Internet基础

1、第6章 计算机网络与Internet基础6.1 计算机网络基础知识计算机网络基础知识6.1.1 计算机网络概述计算机网络概述 所谓计算机网络就是利用通信设备和线路将地理位置不同的、功能独立的多个计算机系统互联起来，以功能完善的网络软件（即网络通信协议、信息交换方式及网络操作系统等）实现网络中资源共享和信息交换的系统。1计算机网络的功能计算机网络的功能 一个计算机网络包含有三个主要组成部分： （1）若干个主机（host）；（2）一个通信子网； （3）一系列的通信协议。 计算机网络通过计算机之间的互相通信实现了网络资源共享。资源共享包括以下几点： （1）硬件资源共享；（2）软件资源共享；（3）数据

2、与信息资源共享。2计算机网络的分类计算机网络的分类 按网络规模、距离远近分（局域网、城域网和广域网） 按通信传播方式分（点对点传播方式网和广播式传播方式网） 按网络拓扑结构进行分（环形网、星形网和总线网等） 按网络控制方式分（集中式计算机网络和分布式计算机网络） 按信号频带占用方式进行分（基带网和宽带网）6.1.2 网络数据通信的基本概念网络数据通信的基本概念1数据通信的基本概念数据通信的基本概念 数据通信是指通过计算机来实现信息的传输、交换、存储和处理。 现代数据通信系统由数据传输系统和数据处理系统两部分组成。 数据传输系统也称通信子系统或通信子网，其主要任务是实现不同数据终端设备DTE（D

3、ata Terminal Equipment）之间的数据传输； 数据处理系统也称资源子系统或资源子网，它由许多数据终端设备组成，它们是网络中信息传输的信源或信宿，负责提供信息、接收信息和处理信息。数据通信模型通信控制器负责DTE和通信线路的连接，完成数据缓冲、速度匹配、串并转换等，如计算机中的网卡。信道是传输信息的通道，它包括传输介质和中间一些设备。信号变换器的功能是把通信控制器发出的信号转换成适合在信道上传输的信号，或者相反，把从信道上接收的信号转换成通信控制器所能接受的信号。如调制解调器。 DTE 通信控制器 DTE 通信控制器 信号变换器 信号变换器 信道 数据通信中的数据分模拟数据和数

4、字数据。 模拟数据是在一定的时间间隔内连续取值的（如声音），而数字数据则是离散取值的。 在通信系统中，数据以电信号的形式从一端传送到另一端。信号是数据在传输过程中电磁波的表示形式。 模拟信号是一种连续变化的电磁波，它依频率的不同，可在各种介质上传输。数字信号是电压脉冲序列串。 模拟信号在传输过程中，噪声将叠加在有用的模拟信号上，接收端很难将信号和噪声分开，因而模拟通信系统的抗干扰能力比较差。相反，数字信号传输的是数字脉冲波形（两种状态）。在接收端对每一个接收信号进行采样并与某个门槛电平进行比较，只要采样时刻的信号电平不超过门槛电平，接收端就不会形成错判，可以正确接收数据，而不受噪声的影响。另外

5、数字信号传输在成本方面要优于模拟信号传输。但数字信号的最大缺点是占用的频带宽。 模拟数据和数字数据都可以表示成模拟信号或数字信号进行传输。 数字数据可以通过编码变换成数字信号。 数字信号是一系列离散的、非连续的电压脉冲。每一个脉冲称为一个信号码元。将二进制数据的每个数据比特编码为信号码元后再进行发送。 最简单的编码方法是：二进制“0”用低电压电平表示，二进制“1”用高电压电平表示。 在实际应用中的编码方法有：单极不归零编码、单极归零编码、双极不归零编码、双极归零编码、差分（曼彻斯特）编码等等。 数字数据可以采用调制解调器，将其变换成模拟信号。 调制解调器把二进制电压脉冲序列调制在一个载频上，变

6、成模拟信号。调制后的信号分布在以载频为中心的一段频率范围内，可以在适合载波传输的介质上传播。 最常用的调制解调器是把数字信号表示成音频信号，以便在常用的音频电话线路中传输。在传输线路的另一端，调制解调器对该信号进行解调，还原成数字数据信号。 通常将数字数据变换成模拟信号的技术称为调制，是针对载波的三个参数（振幅、频率和相位）进行的。 对数字数据来说，相应地存在三种调制技术，即幅移键控ASK（Amplitude Shift Keying）频移键控FSK（Frequency Shift Keying）相移键控PSK（Phase Shift Keying）2传输介质传输介质 传输介质是数据通信系统中

7、发送方和接收方之间的物理通道。计算机网络中采用的传输介质可分为有线和无线两大类。双绞线、同轴电缆和光纤是常用的三种有线传输介质。而在不便敷设电缆的场合和方便移动用户入网的情况下，一般采用无线介质。（1） 双绞线（Twisted Pair） 双绞线由粗约1mm相互绝缘的一对铜导线扭在一起组成，对称均匀的扭绞可以减少线对间的电磁干扰。双绞线有屏蔽双绞线STP（Shielded Twisted Pair）和无屏蔽双绞线UTP（Unshielded Twisted Pair）两种。屏蔽双绞线支持较远距离的数据传输，误码率低，但价格偏高。在目前的局域网环境中，无屏蔽双绞线的使用则相当多。（2） 同轴电缆

8、（Coaxial Cable） 同轴电缆是由一组同轴柱体组成，由里往外依次是铜芯、塑胶绝缘层、细铜丝编成的网状导体屏蔽层及塑料外保护层。由于铜芯与网状导体同轴，故名同轴电缆。（3） 光缆（Optical Fiber Cable） 组成光缆的光纤由能传送光波的超细玻璃纤维的纤芯和包层制成，其外包层的折射率略低于纤芯的折射率。进入光纤的光波在两种材料的界面上形成全反射，从而不断地向前传播。（4） 无线传输介质 无线传输是信号通过大气传输。利用无线电波在自由空间的传播可以实现多种无线通信。在自由空间传输的电磁波根据频谱可将其分为无线电波、微波、红外线、激光等，信息被加载在电磁波上进行传输。3数据传输

9、方式数据传输方式（1）并行传输和串行传输 并行传输（Parallel Transmission）指可以同时传输一组比特，每个比特使用单独的一条线路，这些线路通常被捆扎在一条电缆里。 串行传输（Serial Transmission）指的是数据流以串行方式在一条信道上一个比特一个比特地传输。它只使用一条线路，逐个地传送所有的比特。 在串行传输中，根据采用字符码组同步方式的不同，有异步串行传输和同步串行传输两种传输方式。（2）异步传输和同步传输 异步传输（Asynchronous Transmission）指比特被划分成小组（字符）独立传送，其同步是在字符的基础上进行的，每一个字符的起始时刻可以是

10、任意的，这就是异步的含义。在异步传输中，发送方可以在任何时刻发送比特组，为了给接收方提供一个字符的开始和结尾的信息，需要在每个字符的前面有起始信号，在字符的后面有终止信号。 同步传输（Synchronous Transmission）不是独立地发送每个字符（每个字符都有自己的开始位和停止位），而是把它们组合起来一起发送。我们称这些组合为数据帧，或简称为帧。在同步传输中，数据的发送一般以帧为单位。一帧数据包含多个字符的代码或多个独立的比特。在帧的开头和结束需加上预先规定的起始序列和终止序列作为标志。起始序列包含同步字符（SYN Character），它是一个独特的比特组合，用于通知接收方一个帧已

11、经到达。（3）基带传输和频带传输 所谓基带是指信号所固有的基本频带，基带信号通常是由数据直接转换成的、未经频率调制的波形。与基带信号频谱相适应的信道称为基带信道。将数字设备（如计算机）发出的数字信号（即基带信号）直接在信道中进行传输，称为基带传输，如基带局域计算机通信网采用的就是基带传输。 在实现远距离的数据通信时，经常要借助于电话网。为利用电话网进行数据传输，就需要利用频带传输方式。 所谓频带传输就是把数字信号调制成模拟信号（音频信号）后在电话线路上传输，到达接收端时再把模拟信号（音频信号）解调还原成原来的数字信号。在频带传输中，要求在发送端安装调制器，在接收端安装解调器。 频带传输不仅解决

12、了利用电话网传输数字信号的问题，还可实现对物理信道的多路复用，以提高传输信道的利用率。6.1.3 计算机网络的构成计算机网络的构成1网络的拓扑结构网络的拓扑结构 连接在网络上的计算机、大容量的磁盘、高速打印机等部件均可看作是网络上的一个结点。所谓网络的拓扑结构是指各结点在网络上的连接形式。计算机网络中常见的拓扑结构有总线型、星型、环型和树型等。2计算机网络的组成计算机网络的组成 计算机网络的硬件包括计算机设备和网络连接设备；计算机网络的软件主要由网络操作系统、网络服务软件、工作站重定向软件和传输协议软件等组成。（1）计算机设备 计算机设备包括服务器、工作站、共享设备等。（2）网络连接设备 网络

13、连接设备包括： 用于网内连接的网络适配器、中继器、集线器、传输线等 用于网间连接的网桥、路由器等6.1.4 网络的体系结构和网络协议网络的体系结构和网络协议1网络体系结构的基本概念网络体系结构的基本概念 为网络信息交换而制定的规则、约定和标准统称为网络协议。 计算机网络层次结构模型及各层协议的集合称为计算机网络体系结构。它是对构成计算机网络的各个组成部分以及计算机网络本身所必须实现的功能的一组定义、规定和说明。国际化标准组织ISO（International Organization for Standardization）于1978年设立了一个分委员会，专门研究网络通信的体系结构，制定了OS

14、I（Open System Interconnection，开放式系统互连）参考模型。2ISOOSI参考模型参考模型 OSI采用了三级抽象，即体系结构、服务定义和协议规格说明。 体系结构部分定义OSI的层次结构、各层关系及各层可能的服务； 服务定义部分详细说明了各层所提供的功能； 协议规格部分的各种协议定义了每一层在通信中发送控制信息及解释信息的过程。 OSI参考模型将网络划分为七个层次，从高层到低层依次是应用层、表示层、会话层、传输层、网络层、数据链路层和物理层。OSI要求双方通信只能在同级进行，实际通信是自上而下，经过物理及通信，再自下而上送到对等的层次。 （1）物理层：本层提供机械、电气

15、、功能和过程特征，使数据链路实体之间建立、保持和终止物理连接。它对通信介质、调制技术、传输速率、接插头等具体的特性加以说明，实现二进制位流的交换能力。 （2）数据链路层：帧是两个数据链路实体之间交换的数据单元。本层实现以帧为单位的数据块交换，包括帧的装配、分解及差错处理的管理，如果数据帧被破坏，则发送端能自动重发。 （3）网络层：主要进行控制两个实体间路由的选择，建立或拆除实体之间的连接。在网络层中交换的数据单元称为报文分组或包（packet）。它还具有阻塞控制、信息包顺序控制和网络记帐功能。 （4）传输层：本层提供两个会话实体（又称端端、主机主机）之间透明的数据传送，并进行差错恢复、流量控制

16、等，为计算机结点之间的连接提供可靠的服务。 （5）会话层：在协同操作的情况下支持结点间交互性活动，包括建立、识别、拆除用户进程间的连接，处理某些同步和恢复问题。为建立会话，双方的会话层应该核实对方是否有权参加会话，确定由哪一方支付通信费用，并在选择功能上（例如全双工还是半双工通信）方面取得一致。因此该层是用户连接到网络上的接口。 （6）表示层：进行数据转换，提供标准的应用接口和通用的通信服务，包括数据格式变换、数据加密、数据压缩与恢复等。 （7）应用层：各种应用服务程序，如分布式数据库、分布式文件系统、电子邮件（E-mail）等，它是通信用户之间的窗口。3TCP/IP网络协议网络协议 Inte

17、rnet上的计算机均要求采用TCPIP（Transmission Control Protocol/Internet Protocol，传输控制协议/互联网协议）协议进行通信，而Internet的飞速发展使Internet所遵循的TCP/IP协议得到了广泛的应用。 TCP/IP协议是一个协议集，其中最重要的是TCP协议与IP协议，因此通常将这诸多协议统称为TCP/IP协议集，或TCP/IP协议。TCP/IP协议能很好地适应世界范围内数据通信的需要，它具有如下四个特点：开放的协议标准，可以免费使用独立于特定的网络硬件，有很强的支持异种网互连能力统一的网络地址分配方案标准化的高层协议，可以提供多种

18、可靠的用户服务 TCP/IP协议有四个层次，其中应用层与OSI中的应用层对应，传输层与OSI中的传输层对应，网络层与OSI中的网络层对应，物理链路层与OSI中的物理层和数据链路层对应。TCP/IP中没有OSI中的表示层和会话层。ISO/OSI 模型 TCP/IP 协议、传输介质 TCP/IP 模型 应用层 表示层 会话层 文件传输 FTP 远程终端 Telnet 电子邮件 SMTP 文件服务 NFS 网络管理 SNMP 应用层 传输层 TCP UDP 传输层 网络层 IP Protocol ICMP ARP RARP 网络层 数据链路层 物理层 Ethernet IEEE 802.3 FDDI

19、 Token Ring IEEE 802.5 ARCNET PPP/SLIP 物理链路层 传输介质（如双绞线、同轴电缆、光导纤维及无线电波等） 6.2 Internet基础知识基础知识6.2.1 Internet的起源和发展的起源和发展 Internet的前身是美国国防部高级研究所计划署作为军用实验网络而于1969年建立的，名字为ARPANET。 1984年在美国国家科学基金会NSF（National Science Foundation）的支持下，用高速通信线路把分布在各地的一些超级计算机连接起来，建立了基于TCP/IP协议的NSFNET网络，从而以NSFNET取代了ARPANET。 198

20、6年与NSFNET相连的网络已达到500个，除美国国内的网络外，加、英、法、德、澳、日本等国家的网络也相继加入，并继续遵守共同的TCP/IP协议，于是一个覆盖全球的国际网迅速形成，这就是今天名扬世界的Internet。 1994年，我国作为第71个国家级网正式接入Internet。我国已建起的Internet主干网，主要有以下四个：CHINANET、CSTNET、CERNET和CHINAGBNET。6.2.2 Internet的结构与组成的结构与组成 从Internet结构的角度看，它是一个通过网络互联设备路由器将分布在世界各地的数以万计的规模不一的计算机网络（包括广域网、城域网和局域网等）互

21、联起来而形成的一个全球性的大型互联网络。 从Internet使用者的角度看，Internet是由大量计算机连接在一个巨大的通信系统平台上而形成的一个全球范围的信息资源网。接入Internet的主机既可以是信息资源及服务的使用者，也可以是信息资源及服务的提供者。Internet的使用者不必关心Internet的内部结构，他们面对的只是Internet所提供的信息资源和服务。 从Internet实现技术角度看，Internet主要由通信线路、路由器、主机与信息资源等部分组成。6.2.3 IP地址和域名地址和域名1IP地址地址 为保证全网的正确通信，Internet为联网的每个网络和每台主机都分配一

22、个唯一的地址，称为IP地址。每个IP地址由网络标识和主机标识两部分组成。其中，网络号用来标识一个逻辑网络，主机号用来标识网络中的一台主机。 当前IP地址为4字节长（32位），每字节可对应一个小于256的十进制数，字节之间用点号分隔，这种格式的地址常称为点分十进制地址。 根据不同的取值范围，IP地址可以分为五类。IP地址中的最前面的一个或多个二进制位用于标识IP地址的类别，A类地址的前一位为“0”，B类地址的前两位为“10”，C类地址的前三位为“110”，D类地址的前四位为“1110”，E类地址的前五位为“11110”。其中，A类、B类与C类地址为基本的IP地址。 如果从上网用户的地址角度去分类

23、，IP地址可分为动态地址和静态地址两类。 为了确保IP地址在Internet网上的唯一性，IP地址统一由美国的国防数据网络信息中心DDN NIC（Defense Data Network Network Information Center）分配。对于美国以外的国家和地区，DDN NIC又授权给世界各大区的网络信息中心NIC分配。总之，要加入到Internet，就必须申请到合法的IP地址。 目前IP协议的版本号是4（简称为IPv4），它的下一个版本就是IPv6。 相比IPv4的32位空间，IPv6采用128位地址长度。2域名服务系统域名服务系统 IP地址的缺点是难记忆，为此，Internet引

24、入域名服务系统DNS,以方便用户记忆使用。 域名采用分层次方法命名，各层之间用点号分隔，且从右到左各层之间大致是上层与下层的包含关系，每层有一定的含义，自右至左分别为最高层域名、机构名、网络名、主机名，例如，域名表示中国（cn）教育网（edu）武汉理工大学（whut）的一台www服务器。 Internet域名服务系统是一个分布式的数据库系统，它由域名空间（Domain Space）、域名服务器（Domain Server）和地址转换请求程序（Resolve）三部分组成。 有了域名服务系统，凡是域名空间中有定义的域名都可以有效地转换成IP地址，反之，IP地址也可以转换成域名。6.2.4 Inte

25、rnet的接入方式的接入方式 要使用和访问Internet提供的各类服务与信息资源，必须将计算机接入Internet。 一般来说，用户计算机接入Internet的方式主要有四种： 通过局域网接入Internet 通过电话网接入Internet 通过有线电视网接入Internet 通过无线网络接入Internet。 不管使用哪种方式接入Internet，都要连接到ISP的主机。 ISP（Internet Service Provider，Internet服务提供者）是用户接入Internet的入口点，一方面它为用户提供Internet的接入服务；另一方面它为用户提供各类信息服务。 从用户角度看，

26、ISP位于Internet的边缘，用户通过某种通信线路连接到ISP，再通过ISP的连接通道接入Internet。 6.2.5 通过通过ADSL连接连接Internet ADSL是中国电信力推的Internet接入方式，它以安置方便、网速快、价格低、宽带服务多等特点得到广大用户的青睐，成为国内普及率较高的Internet连接方法。1创建创建ADSL拨号连接拨号连接2使用使用ADSL拨号上网拨号上网 创建好ADSL拨号连接后，用户就可以随时进行拨号上网了。6.3 Internet上的常用服务上的常用服务 Internet的服务主要有：电子邮件、文件传输、WWW服务、远程登录、新闻和公告类服务、网络

27、娱乐和网络闲谈等。6.3.1 电子邮件服务电子邮件服务1邮件服务器与电子邮箱邮件服务器与电子邮箱 邮件服务器（Mail Server）是Internet邮件服务系统的核心，一方面，邮件服务器负责接收用户送来的邮件，并根据收件人地址发送到对方的邮件服务器中；另一方面，它负责接收由其他邮件服务器发来的邮件，并根据收件人地址分发到相应的电子邮箱中。 要使用电子邮件服务，首先要拥有一个电子邮箱（mailbox）。每个电子邮箱都有一个邮箱地址，称为电子邮件地址（E-mail address）。它具有如下统一格式： 用户名主机域名2电子邮件服务的工作过程电子邮件服务的工作过程 电子邮件服务基于客户机/服务

28、器结构。首先，发送方将写好的邮件发送给自己的邮件服务器；发送方的邮件服务器接收用户送来的邮件，根据收件人地址发送到接收方的邮件服务器中；接收方的邮件服务器接收到其他服务器发来的邮件，根据收件人地址分发到相应的电子邮箱中；最后，接收方可以在任何时间或地点从自己的邮件服务器中读取邮件，并对它们进行处理。3电子邮件应用程序电子邮件应用程序 通过客户机中的电子邮件应用程序，可以发送和接收电子邮件。能够实现电子邮件功能的应用程序很多，最常用的是Microsoft公司的Outlook Express。 电子邮件应用程序的功能主要有以下两个：一方面，电子邮件应用程序负责将写好的邮件发送到邮件服务器；另一方面

29、，它负责从邮件服务器中读取邮件，并对它们进行处理。6.3.2 文件传输文件传输FTP 它支持用户将文件从一台计算机拷贝到另一台计算机。为了在具有不同结构、不同操作系统的计算机之间能够交换文件（包括软件、论文等）需要有一个统一的“文件传输协议（File Transfer Protocol）”，这就是FTP名称的由来。 由于采用TCP/IP协议作为Internet的基本协议，无论两台Internet上的计算机在地理位置上相距多远，只要都支持FTP协议，就可以随意地相互传送文件。这样做不仅节省实时联机的通信费用，而且可以方便地阅读与处理传输过来的文件。 FTP服务采用典型的客户机/服务器工作模式，提供FTP服务的计算机称为FTP服务器，通常是信息服务提供者的计算机，相当于一个大的文件仓库。用户的本地计算机称为客户机。将文件从FTP服务器传输到客户机的过程称为下载，将文件从客户机传输到FTP服务器的过程称为上载。6.3.3 WWW服务服务 WWW （Wor