第六章计算机网络基础

第六章计算机网络基础第一节计算机网络的基本概念1．网络的形成与发展从技术的角度来看，计算机网络的形成与发展，可大致分为4个阶段。(1)第一个阶段，以一台主机为中心的远程联机系统第一代计算机网络中，计算机是网络的控制中心，终端围绕着中心分布在各处，而计算机的主要任务是进行批处理。(2)第二个阶段，多台主机互联的通信系统1969年，美国的ARPA(美国国防部高级研究计划署)的计算机分组交换网ARPANET投入运行。ARPANET连接了美国位于4所大学的4个节点的计算机。ARPANET的成功，标志着计算机网络的发展进入了一个新纪元，使计算机网络的概念发生了根本性的变化，ARPANET被认为是Internet的前身。(3)第三个阶段，国际标准化的计算机网络网络体系结构使得一个公司所生产的各种机器和网络设备可以非常容易地被连接起来，但由于各个公司的网络体系结构各不相同，不同公司之间的网络不能互连互通。针对上述情况，ISO(国际标准化组织)于1977年设立专门的机构研究解决上述问题，并于1984年颁布了OSI开放系统互连标准，简称OSI。在OSI参考模型推出后，网络的发展道路一直走标准化道路，而网络标准化的最大体现就是Internet的飞速发展。Internet遵循TCP/IP(传输控制协议/网际协议)参考模型，由于TCP/IP仍然使用分层模型，因此Internet仍属于第三代计算机网络。(4)第四个阶段，以下一代Internet为中心的新一代网络计算机网络经过三个阶段的发展，在不断进步的同时，也暴露了一些先天缺陷。为此人们已经在规划下一代网络——全球信息基础设施（GII），其主要技术是基于IP的IPv6技术。2．计算机网络的分类计算机网络的分类标准很多，通常，我们按网络覆盖范围的大小，将计算机网络分为局域网LAN(localareanetwork)、城域网MAN(metropolitanareanetwork)、广域网WAN(wideareanetwork)和互联网。(1)局域网局域网是指范围在几百米到十几公里内办公楼群或校园内的计算机相互连接所构成的计算机网络。广泛应用于：校园、工厂、机关的个人计算机或工作站(2)城域网城域网所采用的技术基本上与局域网相类似，只是规模上要大一些。城域网既可以覆盖相距不远的几栋办公楼，也可以覆盖一个城市：既可以是专用网，也可以是公用网。(3)广域网广域网通常跨接很大的物理范围，如多个城市。广域网包含很多用来运行用户应用程序的机器集合，我们通常把这些机器叫做主机(Host)；把这些主机连接在一起的是通信子网。通信子网的任务是在主机之间传送报文。在大多数广域网中，通信子网一般都包括两部分：传输信道和转接设备。传输信道用于在机器间传送数据。转接设备是专用计算机，用来连接两条或多条传输线。(4)互联网目前世界上有许多网络，而不同网络的物理结构、协议和所采用的标准是各不相同的。如果连接到不同网络的用户需要进行相互通信，就需要将这些不兼容的网络通过称为网关的机器设备连接起来，并由网关完成相应的转换功能。3．常见的网络拓扑结构网络中各台计算机连接的形式和方法称为网络的拓扑结构，主要有如下几种：(1)总线型拓扑结构总线型拓扑通过一根传输线路将网络中所有结点连接起来，这根线路称为总线，如图6-1所示。图6-1总线型拓扑结构(2)星型拓扑结构星型拓扑中各结点都与中心结点连接，呈辐射状排列在中心结点周围，如图6-2所示。图6-2星型拓扑结构(3)环型拓扑结构环型拓扑中各结点首尾相连形成一个闭合的环，环中的数据沿着一个方向绕环逐站传输。环型拓扑的抗故障性能好，但网络中的任意一个结点或一条传输介质出现故障都将导致整个网络的故障，见图6-3。图6-3环型拓扑结构(4)树型拓扑结构树型拓扑由总线型拓扑演变而来，其结构图看上去像一棵倒挂的树，如图6-4所示。树最上端的结点叫根结点，一个结点发送信息时，根结点接收该信息并向全树广播。树型拓扑易于扩展与故障隔离，但对根结点依赖性太大。图6-4树型拓扑结构(5)网状型拓扑结构网状型拓扑结构又称为无规则型。在网状拓扑结构中，结点之间的连接是任意的，没有规律，见图6-5。网状拓扑的主要优点是系统可靠性高，但是结构复杂。目前实际存在和使用的广域网基本上都是采用网状拓扑结构。图6-5网状型拓眩扑结构4．网络协议的基本概念计算机之间的相互通信需要共同遵守一定的规则，这些规则就称为网络协议。常见的协议有以下几种：TCP/IP(传输控制协议/网际协议)协议，是Internet采用的主要协议。HTTP（超文本传输协议）协议，是用于从WWW服务器传输超文本到本地浏览器的传输协议。浏览网页时用到的主要协议。SMTP（简单邮件传输协议）协议，用于发送或中转你发出的电子邮件。POP3（邮局协议的第3个版本）协议，用于从邮件服务器上接收电子邮件。5．局域网的特点(1)局域网覆盖有限的地理范围，它适用于公司、机关、校园、工厂等有限范围内的计算机终端与各类信息处理设备联网的需求。(2)局域网一般提供高数据传输速率(10Mbps以上)、低误码率的高质量数据传输环境。支持传输介质种类较多。(3)局域网一般属于一个单位所有，易于建立、维护与扩展，可靠性、安全性高。(4)决定局域网特性的主要技术因素有：拓扑结构、传输形式(基带、宽带)、介质、访问控制方法。(5)从介质访问控制方法的角度，局域网可分为共享式局域网和交换式局域网两类。6．局域网的基本组成局域网一般由服务器、用户工作站、网卡、传输介质和网络交换机或集线器五部分组成。(1)服务器运行网络操作系统，提供硬盘、文件数据及打印机共享等服务功能，是网络控制的核心。(2)用户工作站有自己的操作系统，独立工作；通过运行工作站网络软件，访问服务器共享资源，常见有Windows工作站、Linux工作站。(3)网卡将工作站或服务器连到网络上，实现资源共享和相互通信，数据转换和电信号匹配。(4)传输介质目前常用的有双绞线、同轴电缆、光纤和无线等。(5)网络交换机或集线器通过传输介质和网卡将服务器和用户工作站连接成一体，形成局域网。7．广域网的概念和基本组成(1)广域网的概念广域网通常跨接很大的物理范围，它能连接多个城市或国家，并能提供远距离通信。因此对通信的要求高，复杂性也高。(2)广域网的组成广域网通常由两个以上的局域网构成，这些局域网间的连接可以穿越较长的距离。另一方面，可以说，广域网是由许多交换机组成的，交换机之间采用点到点线路连接，几乎所有的点到点通信方式都可以用来建立广域网，包括租用线路、光纤、微波、卫星信道。第二节Internet的基本概念1、Internet的发展历史(1)Internet的诞生在20世纪60年代，美国军方为寻求将其所属各军方网络互联的方法，由国防部下属的高级计划研究署(ARPA)出资赞助大学的研究人员开展网络互联技术的研究。研究人员最初在4所大学之间组建了一个实验性的网络，叫ARPANET。随后，深入的研究导致了TCP/IP协议的出现与发展。为了推广TCP/IP协议，在美国军方的赞助下，加州大学伯克利分校将TCP/IP协议嵌入到当时很多大学使用的网络操作系统BSDUNIX中，促成了TCP/IP协议的研究开发与推广应用。1983年初，美国军方正式将其所有军事基地的各子网都联到了ARPANET上，并全部采用TCP/IP协议。这标志着Internet的正式诞生。(2)Internet名称的由来Internet一词来源于英文Interconnectnetworks，即“互联各个网络”，简称“互联网”，音译为“因特网”。(3)Internet的初步发展20世纪80年代，美国国家科学基金会(简称NSF)认识到为使美国在未来的竞争中保持不败，必须将网络扩充到每一位科学家和工程人员。最初NSF想利用已有的ARPANET来达到这一目的，但却发现与军方打交道是一件令人头疼的事。于是NSF游说美国国会，获得资金组建了一个从开始就使用TCP/IP协议的网络NSFNET。NSFNET取代ARPANET，于1988年正式成为Internet的主干网。NSFNET采取的是一种层次结构，分为主干网、地区网与校园网。各主机联入校园网，校园网联入地区网，地区网联入主干网。NSFNET扩大了网络的容量，入网者主要是大学和科研机构。它同ARPANET一样，都是由美国政府出资的，不允许商业机构介入用于商业用途。(4)Internet的迅猛发展20世纪90年代，每年加入Internet的计算机成指数式增长，NSFNET在完成的同时就出现了网络负荷过重的问题。因为认识到美国政府无力承担组建一个新的更大容量的网络的全部费用，NSF鼓励MERIT、MCI与IBM三家商业公司接管了NSFNET。三家公司组建了一个非盈利性的公司ANS，并在1990年接管了NSFNET。到1991年底，NSFNET的全部主干网都与ANS提供的新的主干网连通，构成了ANSNET。与此同时，很多的商业机构也开始运行它们的商业网络并连接到主干网上。Internet的商业化，开拓了其在通信、资料检索、客户服务等方面的巨大潜力，导致了Internet新的飞跃，并最终走向全球。从Internet的发展过程可以看到，Internet是历史的沿革造成的，是千万个可单独运作的子网以TCP/IP协议互联起来形成的，各个子网属于不同的组织或机构，而整个Internet不属于任何国家、政府或机构。2．中国的Internet现状Internet的中文译名目前没有统一，因特网、互联网、国际互联网、全球互联网等，都是指Internet。中国的Internet由十大互联网络组成，也可称作十大ISP(InternetServiceProvider)，它们是中国科技网(CSTNet)、中国教育和科研计算机网(CERNET)、中国公用计算机互联网(ChinaNet)、中国网通公用互联网(网通控股)(CNCNet)、宽带中国Chinal69网(网通集团)、中国移动互联网(CMNet)、中国联通互联网(UNlNet)、中国国际经济贸易互联网(CIETNet)、中国长城互联网(CGWNet)、中国卫星集团互联网(CSNet)。3．Internet的特点(1)Internet的开放性(2)internet的平等性(3)Internet技术通用性(4)Internet专用协议(5)Internet内容广泛4．TCP/IP网络协义的基本概念(1)TCP/IP协议TCP/IP是为Internet开发的第一套协议，在网络互联中用得最为广泛，也是Internet的核心协议。(2)TCP协议和IP协议的工作过程TCP/IP是两个协议，基中，IP协议负责数据的传输，TCP协义负责数据传输的可靠性。(3)TCP/IP的体系结构TCP/IP分层模型也被称为Internet分层模型或Internet参考模型，从下到上，包括4层：物理链路层、网络层（也叫IP层）、运输层（也叫TCP层）、应用层。(4)TCP协议与UDP协议TCP协议是一种可靠的面向连接的协议，主要功能是保证信息无差错地传输到目的主机。UDP协议是一种不可靠的无连接协议，它与TCP协议不同的是它不进行分组顺序的检查和差错控制，而是把这些工作交给上一级应用层完成5．IP地址的基本概念所有Internet上的计算机都必须有一个Internet上惟一的编号作为其在Internet的标识，这个编号称为IP地址。目前使用的IPv4(IP协议第4版本)规定每台主机分配一个32位二进制数作为该主机的IP地址或Internet地址。为了在Internet上发送信息，一台计算机必须知道接收信息的远程计算机的IP地址。每个数据报中包含有发送方的IP地址和接收方的IP地址。虽然IP地址是32位二进制数，但用户很少以二进制方式输入或读其值。相反，当与用户交互时，软件使用一种更易于理解的表示法，称为点分—十进制表示法。其做法是将32位二进制数中的每8位为一组，用十进制数表示，并用英语中的句点分隔每一组。通常将其表示为w．x．y．z的形式。其中w、x、y、z分别为一个0～255的十进制整数，对应，二进制表示法中的一个字节（八位二进制数）。例如某台机器的IP地址为：11001010110001000111000010100110，则写成点分十进制表示形式是：66。6．域名系统的基本概念IP地址的定义非常有用，但它记忆起来十分不方便。因此，每台主机又可以取一个便于记忆的名字，这个名字就是域名地址。如主机的域名地址是。例如，域名地址代表中国(cn)教育科研网(edu)上海郑州大学校园网(ZZU)内的WWW服务器；域名地址代表商业公司(com)Microsoft公司的WWW服务器。机构性域名和常见的地理性域名如表6-1所示。机构性域名地理性域名（常见）域名含义域名含义com商业机构cn中国大陆edu教育机构hk中国香港net网络服务提供者tw中国台湾gov政府机构mo中国澳门org非盈利组织us美国mil军事机构uk英国int国际机构，主要指北约组织Ca加拿大nfo一般用途fr法国biz商务in印度name个人au澳大利亚pro专业人士de德国museum博物馆ru俄罗斯coop商业合作团体jp日本aero航空工业…7．Internet常见服务书中列出了10种Internet上的常见服务(1)WWW（worldwideweb，万维网）(2)电子邮件（E-mail）(3)文件传输（FTP）(4)搜索引擎（searchengines）(5)网上聊天(6)BBS(7)博客(8)网络音频与视频(9)电子商务(10)远程教育第三节网络接入Internet常用接入方式的特点和用途比较如表6-2。接入方式速度/b