计算机网络基础

计算机网络与应用§5.1计算机网络概述

计算机网络是指把若干台地理位置不同，且具有独立功能的计算机，用通信线路和通信设备互相链接起来，以实现彼此之间的数据通信和资源共享的一种计算机系统。计算机网络的组成包括：主计算机（Host）终端（Terminal）外设各种软件资源和信息资源包括：通信控制处理机（CCP）传输链路资源子网：信息处理通信子网：信息传递网络的产生与发展计算机网络的发展大致分为四个发展阶段：远程终端联机阶段计算机－计算机网络阶段标准化互联阶段信息高速公路阶段中心计算机终端终端终端没有处理能力能同时处理多个终端发来的请求具有自主处理能力计算机网络功能计算机网络功能数据通信资源共享提高计算机的可靠性、可用性支持分布式处理资源指计算机的软硬件和数据资源实现信息传输和统一管理，如E-mail、BBS、Telnet等。按照计算机网络地理分布范围分类广域网（WAN）覆盖的地理范围：几百公里乃至上万公里通常利用公用网络进行组建城域网（MAN）覆盖的地理范围：几十公里之内局域网（LAN）覆盖的地理范围：范围较小（如实验室内、大楼内、校园内）计算机网络的分类§5.2数据通信基础

数据通信：数字计算机或其他数字终端设备之间通过通信信道进行的数据交换。数据通信可以通过模拟信道实现（模拟通信），也可通过数字信道实现（数字通信）。模拟通信：传输模拟信号，即随时间变化的电流、电压或电磁波等数字通信：传输数字信号，即一系列离散的电脉冲。发送方调制电话网解调接收方调制解调器（Modem）可以进行数字信号和模拟信号之间的转换。数字信号模拟信号数字信号数据交换技术网络中的两个设备进行通信时通常要经过中间节点进行数据的转发，我们把中间节点参与的通信称为交换。在通信过程中双方用户始终占据端到端的固定传输带宽，并且独占线路。电路交换（CirCuitSwitching）建立电路传输数据电路拆除优点：通信实时性强、处理开销少缺点：线路利用率低通道中任何一点出现故障，就必须重新建立新的连接ABD发送呼叫信号传输1.交换2.发送呼叫信号传输1.交换2.发送呼叫信号传输1.作出反应2.发送回应信号c分组交换（PacketSwitch）把信息分割成一个个不超过一定大小的信息包（即分组）来传送，接收方则将收到的分组内容重新组装成原来的信息。优点：中间节点收到一个分组就可以转发，不必等所有分组都收到再转发；且分组转发的信息包较小，可在各结点计算机的内存中进行处理，可提高分组转发的速度通常采用网络拓扑结构，当通道中某一段发生故障时，分组可绕道而行，能最终到达目的地缺点：网络拥挤时，分组转发的时延较大分组的控制信息会造成额外的开销技术实现较复杂§5.3网络技术基础构建计算机网络必须解决的三个主要问题：计算机之间采用什么样的传输介质连接；计算机之间用什么样的拓扑结构连接；计算机之间采用什么样的协议进行数据的交换。一、网络传输介质传输介质是通信中实际传送信息的载体。计算机网络中采用的物理传输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媒体。微波卫星、卫星通信、红外通信等是常用的无线媒体。光纤

双绞线

同轴电缆双绞线①有非屏蔽（UTP）和屏蔽（STP）两种；

②价格便宜，易于安装和使用，但数据传输率低，一般为几Mbps到100Mbps，抗干扰性差；如网线、电话线。同轴电缆①有粗缆和细缆两种；

②粗缆传输距离长，性能高，成本高；细缆传输距离短，较便宜。如有线电视线。光纤①是一种能够传送光信号的介质，采用特殊的玻璃材料或塑料制作；

②传输率达到几Gbps，抗干扰性强，传输损耗少，安全保密好，但成本高，连接难；③分为多模光纤（性能较低，便宜）和单模光纤（性能高，贵）。直接视线微波传输是直线传输，遇到障碍物无法绕过微波通信卫星通信二、网络传输协议1.网络协议网络协议是使网络中的通信双方能顺利进行信息交换而预先约定好并遵循的规程和规则。网络协议的三要素（1）语义（“讲什么”）（2）语法（“如何讲”）（3）同步（规定正确的应答关系）层次、接口与协议的范例2.网络体系结构和分层模型计算机网络的各层及其协议的集合，称为网络的体系结构。分层次的网络体系结构是最基本的方法，采用分层模型的网络协议中最著名的有OSI/RM与Internet中使用的基础协议TCP/IP3.开放系统互连参考模型OSI/RM（OpenSystemInterconnection/ReferenceModel）OSI参考模型是一个描述网络层次结构的模型OSI/RM的7层参考模型较高层：与应用有关较低层：与数据传输有关传送以“帧”为单位的数据完成网络中主机间“分组”的传输应用层表示层会话层传输层网络层链路层物理层通信子网面向通信面向服务面向应用应用程序：FTP、E-mail、Telnet……处理在两个通信系统中交换信息的表示方式：数据结构表示、数据转换、加密、压缩组织两个会话进程之间的通信，并管理数据的交换提供端到端（End-to-End）服务，透明地传送报文,向高层屏蔽了下层数据通信的细节，是关键的一层；通过路选算法，为分组选择最适当的路径。路由选择、拥塞控制与网络互连等功能；通信实体间建立数据链路连接，传送以帧为单位的数据，使有差错的物理线路变成无差错的数据链路；利用物理传输介质为数据链路层提供物理连接，以便透明地传送比特流。146、下列传输速率快、抗干扰性能最好的有线传输介质是（）。A、双绞线B、同轴电缆C、光纤D、微波三、局域网的接入技术网络互连局域网局域网局域网广域网广域网广域网网络互连技术要解决的问题：网络之间至少要有一条通信链路；在保存原网络结构和服务内容的基础上提供协议转换的功能。应用层表示层会话层传输层网络层数据链路层物理层应用层表示层会话层传输层网络层数据链路层物理层中继器网桥路由器网关网络连接设备中继器：一个输入端，一个输出端；只能转发信号，不能纠错。集线器（HUB）：是中继器的一种，区别在于，多个端口。中继器（Repeater）——物理层网桥（Bridge）——数据链路层实现连接两个局域网的互连。具有隔离网段的功能——从一个网段接收完整的数据帧，进行必要的比较和验证，然后决定是丢弃还是发送给另外一个网段。路由器（Router）——网络层用于两个以上同类或不同类网络互连例如:局域网－广域网、广域网－广域网路由器可根据网络上的信息拥挤的程度，自动的选择适当的路径传递信息。网关（Gateway）——网络层以上网关：也称协议转换器，是网络层以上的互连设施的总称.用于使用不同操作系统网络的互连，用它来完成不同协议之间的转换.中继器用于拓扑结构相同的网络的互连。在物理层上实现信号放大和再生。网桥用于使用两个局域网的互连。在数据链路层上实现互连。路由器用于实现多个同类或不同类网络的互连.在网络层上实现互连。网关用于使用不同操作系统网络的互连，用它来完成不同协议之间的转换。运行在OSI的几层上。71．在网络互联中，实现网络层互联的设备是（ ）。中继器路由器网关网桥四、网络设备集线器路由器交换机RJ-45接头网络工作站：是用户在网上操作的计算机，采用普通PC网络服务器：为网络提供共享资源并对这些资源进行管理的计算机。§5.5Internet的基础知识了解Internet的产生和发展、特点了解TCP/IP协议、域名系统了解统一资源定位符掌握IP地址的格式、类型、子网掩码一、Internet的产生和发展产生与发展起源于20世纪60年代的ARPANET;TCP/IP协议在ARPANET上得到实现，诞生真正的Internet。应用：万维网WWW（WorldWideWeb）;电子邮件（E-mail）;远程登录（Telnet）;文件传输（FTP）;电子公告牌（BBS）二、Internet的特点开放性共享性平等性低廉性

三、TCP/IP协议（TransmissionControlProtocol/InternetProtocol）

（INTERNET上的标准协议）TCP/IP是一个网络协议族，其中

Internet协议——IP

传输控制协议——TCP为最核心的两个协议，所以将Internet中使用的两百多种协议简称TCP/IP协议。利用TCP/IP协议可以方便的实现多个网络的无缝连接。IP——网际层协议，负责分组数据的传输；TCP——传输控制协议，负责数据的可靠传输。应用层表示层会话层传输层网络层数据链路层物理层IP网络接口层TCPUDPTELNETFTPSMTP……HTTPTCP/IPOSI网际层传输层应用层TCP/IP协议族应用层中的几个常用协议：Telnet：远程登录FTP：文件传输协议SMTP：简单邮件传输协议POP3：第三代邮局协议（邮件接收协议）HTTP：超文本传输协议NNTP：网络新闻传输协议127.Internet上的www服务基于（）协议AHTTPBFTPCSMTPDPOP327．IP是TCP/IP体系中的（ ）协议。网络接口层网络层传输层应用层72．在Internet协议族中，（ ）协议负责数据的可靠传输。IPTCPTELNETFTP四、IP地址IP地址=网络号＋主机号IP地址是通过一个唯一的号码和一个名字识别机器的方法。IP地址由32位二进制数组成，分四组（每组8位），用十进制表示，以.相隔——“点分十进制”。1000000000001011000000110001111112811331IP地址IP地址的格式IP地址的基本类型

IP地址分为5类——A、B、C三类是常用地址，

——

D类为多点广播地址，

——

E类保留作研究用网络号主机号A类地址——分配具有大量主机的网络;B类地址——分配给规模中等的网络;C类地址——分配给小型局域网。有特殊用途的IP地址:

网络号不能以127开头，不能全为0，也不能全为l；主机号不能全为0，也不能全为l；

1.X.X.X~126.X.X.X128.X.X.X~191.X.X.X192.X.X.X~223.X.X.X网络数主机数A12616777214B1638465534C20971522540网络地址(7位)10110网络地址(21位)1110MulticastAddress主机地址(24位)网络地址(14位)主机地址(16位)主机地址(8位)ABCD8bits8bits8bits8bits子网掩码子网掩码（SubnetMask）

——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地址是否属于同一网络。三类IP的子网掩码子网掩码判断IP地址的网络号——将IP与子网掩码进行与运算

子网掩码的另一功能是用来划分子网。

ABC89.以下地址中，（）是b类地址24517．以下可以分配给主机使用的IP地址是（ ）。55五、域名系统域名系统DNS（DomainNameSystem）域名的层次结构

标识该服务器为Web服务器机构名称机构类型国家顶级域名顶级域名表示国家或地区，如cn表示机构类型，如com域名服务器DNS(DomainNameServer)

DNS＝域名空间＋域名服务器＋地址转换请求程序域名可以有效地转换为对应的IP地址，同样，IP地址也可通过DNS转换成域名。域名含义域名国家com商业部门jp日本edu教育部门de德国net大型网络ca加拿大mil军事部门uk英国gov政府部门au澳大利亚org组织机构cn中国六、统一资源定位符URLURL（UniformResourceLocaltion）

——在各WWW（万维网）上标准化的命名方法。URL的格式为：协议名：//用户名：密码@主机地址：端口号/文件路径

例如：HTTP:///index.html

例如：FTP://admin:abc123@6文件传输协议141.下面关于域名系统的说法中，（）是错误的A.域名是唯一的B.域名服务器DNS用于实现域名地址和IP地址的转换C.一般而言，网址和域名没有关系D.域名系统的结构是层次型的利用Modem通过公用电话网上网，最高速度为56Kbps。§5.4Internet的接入方式ISDN是综合业务数字网的简称。ISDN基本速率接口有两条64kbps的信息通路和一条16kbps的信令通路，简称2B+D，当有电话拨人时，它会自动释放一个B信道来进行电话接听。两个B信道可以合用使最高接入速度达128Kbps。拨号网络ISDNDDN（数字数据网)是常用的专线方式接方式（64Kbps到2Mbps）。专线方式ADSLADSL即非对称数字用户线，它允许在电话线上，在不影响现有的PSTN电话业务的情况下，进行非对称性高速数据传输。上行速率为224Kbps～640Kbps，下行速率为1.544Mbps～9.2Mbps无线接入方式通过局域网连接Internet时，需要在计算机中添加一张网卡，通过传输介质（如双绞线、电缆、光纤等）将本地计算机与Internet服务器相连。局域网接入Internet§5.7Internet的服务与应用信息浏览（WWW服务）WWW(WorldWideWeb)

服务是建立在Internet上最典型的网络服务。HTML（超文本标记语言）：编写网页的语言“超文本”——所编写的对象不仅有普通的文字符，还有声音、图形等“超越”普通文字字符的对象。HTTP协议（HyperTextTransferProtocol，超文本传输协议）

：在服务器与浏览器之间采用统一的HTTP来完成客户端与服务器的交互和通信。电子邮件E-mail地址的格式为：用户名@主机域名用户名是用户在邮件服务器上的信箱名主机域名则是邮件服务器的域名hmchang@邮件服务器系统＝发件服务器＋收件服务器§5.10网络安全技术了解数据加密技术、数字签名技术、数字证书技术和防火墙一、数据加密技术根据密钥使用方式的不同：对称密码体系（或单密钥体系）非对称密码体系（或双密钥体系）数据加密模型12345ASDFG明文密文密钥加密基本术语：明文：原始信息加密算法：以密钥为参数，对明文进行多种置换和转换的规则和步骤，变换结果为密文。密钥：加密与解密算法的参数，直接影响对明文进行变换的结果。密文：对明文进行变换的结果解密算法：加密算法的逆变换，以密文为输入密钥为参数，变换结果为明文。对称密码体系对称密码体系的特点是加密和解密时所用的密钥是相同的，在一个对称密码系统中，我们不能假定加密算法和解密算法是保密的，因此密钥必须保密。对称加密算法最主要的问题是：由于加解密双方都要使用相同的密钥，因此在网络安全中，发送、接收数据之前，必须完成密钥的分发。加密解密密文C明文M明文M密钥KE(M,K)D(C,K)公钥密码体系公钥密码系统的加密密钥和解密密钥是不同的。公钥密码算法的中一个密钥公开，称为公开密钥，用来加密;另一个密钥是为用户专用，是保密的，称为私有密钥，用于解密。公钥和私钥之间具有紧密联系，用公钥加密的信息只能用