《计算机网络技术及应用(第二版)》第1章计算机网络概述

《计算机网络技术及应用(第二版)》第1章计算机网络概述计算机网络基本概念计算机网络体系结构计算机网络硬件设备计算机网络软件设备计算机网络传输介质计算机网络拓扑结构计算机网络基本概念01计算机网络的定义计算机网络是由多台地理上分散的、具有独立功能的计算机通过通信设备和线路连接起来，在相应软件的支持下实现数据通信和资源共享的系统。计算机网络是计算机技术与通信技术相结合的产物，是信息社会的基础设施，是现代社会的重要组成部分。010204计算机网络的分类按地理范围分类：局域网（LAN）、城域网（MAN）、广域网（WAN）。按拓扑结构分类：星型网络、环型网络、总线型网络、树型网络、网状型网络。按传输介质分类：有线网络、无线网络。按使用性质分类：公用网、专用网。03面向终端的计算机网络，以单个计算机为中心的远程联机系统，构成面向终端的计算机通信网。第一代计算机网络计算机通信网络，多个主计算机通过通信线路互联起来，为用户提供服务。第二代计算机网络具有统一的网络体系结构并遵循国际标准的开放式和标准化的网络，即ISO提出的OSI七层模型。第三代计算机网络宽带综合业务数字网（B-ISDN），采用异步传输模式（ATM）技术，将话音、数据、图像及多媒体通信业务综合到一个网络中。第四代计算机网络计算机网络的发展历史计算机网络体系结构02数据链路层在物理层提供比特流服务的基础上，建立相邻结点之间的数据链路，通过差错控制提供数据帧在信道上无差错的传输，并进行各电路上的动作系列。物理层提供为建立、维护和拆除物理链路所需要的机械的、电气的、功能的和规程的特性。网络层在网络层实体间进行逻辑连接的建立、维持和终止，同时通过差错控制和流量控制等方法，进行数据包的正确传输。OSI七层模型向用户提供可靠的端到端的差错和流量控制，保证报文的正确传输。传输层组织和协调两个会话进程之间的通信，并对数据交换进行管理。会话层处理在两个通信系统中交换信息的表示方式，包括数据格式变换、数据加密与解密、数据压缩与恢复等功能。表示层为应用软件提供了很多服务，例如文件服务器、数据库服务、电子邮件、万维网等。应用层OSI七层模型TCP/IP四层模型网络接口层：负责接收IP数据报并通过网络发送之，或者从网络上接收物理帧，抽出IP数据报，交给IP层。网际层：负责相邻计算机之间的通信。其功能包括三方面。一、处理来自传输层的分组发送请求，收到请求后，将分组装入IP数据报，填充报头，选择去往信宿机的路径，然后将数据报发往适当的网络接口。二、处理输入数据报：首先检查其合法性，然后进行寻径--假如该数据报已到达信宿机，则去掉报头，将剩下部分交给适当的传输协议；假如该数据报尚未到达信宿，则转发该数据报。三、处理路径、流控、拥塞等问题。传输层：提供应用程序间的通信。其功能包括：一、格式化信息流；二、提供可靠传输。为实现后者，传输层协议规定接收端必须发回确认，并且假如分组丢失，必须重新发送。应用层：向用户提供一组常用的应用程序，比如电子邮件、文件传输访问、远程登录等。远程登录TELNET使用TELNET协议提供在网络其它计算机上注册的接口。TELNET会话提供了基于字符的虚拟终端。文件传输访问FTP使用FTP协议来提供网络内机器间的文件拷贝功能。五层协议体系结构应用层：体系结构中的最高层。应用层确定进程之间通信的性质以满足用户的需要。这里的进程就是指正在运行的程序。应用层不仅要提供应用进程所需要的信息交换和远程操作，而且还要作为应用进程的用户代理，来完成一些为进行信息交换所必需的功能。应用层直接为用户的应用进程提供服务。网络层：网络层负责为分组交换网上的不同主机提供通信服务。在发送数据时，网络层把运输层产生的报文段或用户数据报封装成分组或包进行传送。在TCP/IP体系结构中，由于网络层使用IP协议，因此分组也叫IP数据报，或简称为数据报。网络层的另一个任务就是选择合适的路由，使源主机运输层所传下来的分组能够交付到目的主机。数据链路层：数据链路层的任务是将网络层交下来的IP数据报组装成帧，在两个相邻结点间的链路上实现帧的无差错传输。每一帧包括数据和必要的控制信息（如同步信息、地址信息、差错控制等）。接收方要检查帧的传送是否有误，若有误则要求重发此帧；若无误则去除控制信息并传送帧中的数据部分到上一层（网络层）。在物理层上所传送的数据单位是比特。发送方发送1（或0）时，接收方应当收到1（或0）而不是0（或1）。因此物理层要考虑用多大的电压代表“1”或“0”，以及接收方如何识别出发送方所发送的比特。物理层还要确定连接电缆插头的定义及连接法。物理层：在物理信道上传输原始的数据比特流，提供为建立、维护和拆除物理链路所需要的机械的、电气的和规程的特性。计算机网络硬件设备03网卡是计算机与网络相连的接口卡，主要功能是处理网络传输介质上的信号，并在计算机和媒介间建立逻辑连接。网卡的功能按照网卡支持的计算机种类分类，主要分为标准以太网卡和PCMCIA网卡。按照网卡支持的传输速率分类，主要分为10Mbit/s网卡、100Mbit/s网卡、10/100Mbit/s自适应网卡和1000Mbit/s网卡四种。按网卡所支持的总线类型分类，主要分为ISA、EISA、VESA、PCI和PCMCIA等。网卡的分类网卡中继器的功能中继器是网络物理层上面的连接设备，适用于完全相同的两个网络的互连，主要功能是通过对数据信号的重新发送或者转发，来扩大网络传输的距离。中继器的分类中继器分为无源中继器和有源中继器，无源中继器只负责把多段介质连在一起，不对信号作任何处理。有源中继器则具有放大和处理信号的功能。中继器集线器的主要功能是对接收到的信号进行再生整形放大，以扩大网络的传输距离，同时把所有节点集中在以它为中心的节点上。集线器的功能集线器分为无源集线器、有源集线器和智能集线器。无源集线器只负责把多段介质连在一起，不对信号作任何处理，只提供简单的多端口连接功能。有源集线器类似于多口中继器，可连接多个网段，对接收到的信号有放大、整形和转发的作用。智能集线器则增加了很多交换机的功能，除了具有普通集线器的所有功能外，还有网络管理、自动检测端口、端口速度匹配等功能。集线器的分类集线器网桥与交换机网桥工作在数据链路层，将两个LAN连起来，根据MAC地址来转发帧，可以看作一个“低层的路由器”。网桥的功能交换机是数据链路层的设备，它的多个端口之间可以提供并发连接，实现多用户之间同时通信的功能。交换机具有物理编址、网络拓扑结构、错误校验、帧序列以及流控等功能。交换机还具备了一些新的功能，如对VLAN（虚拟局域网）的支持、对链路汇聚的支持，甚至有的还具有防火墙的功能。交换机的功能计算机网络软件设备04网络操作系统是控制和协调网络系统中计算机硬件和软件资源的管理程序，它提供网络系统的各种服务，如文件共享、打印服务、电子邮件服务等。定义网络操作系统的主要功能包括资源管理、进程管理、网络通信和安全管理等。功能常见的网络操作系统有WindowsServer、Linux、Unix等。常见类型网络操作系统网络协议软件是实现网络协议功能的软件，它使得不同计算机之间能够通过网络进行通信和数据交换。定义网络协议软件的主要功能包括数据封装与解封装、数据传输、错误检测和流量控制等。功能常见的网络协议软件有TCP/IP协议栈、HTTP协议软件、FTP协议软件等。常见类型网络协议软件

网络管理软件定义网络管理软件是用于监视和控制网络运行状态的软件，它可以帮助网络管理员及时发现和解决网络故障，确保网络的稳定运行。功能网络管理软件的主要功能包括网络性能监视、故障检测与诊断、配置管理和安全管理等。常见类型常见的网络管理软件有SNMP网络管理软件、Cisco网络管理软件、Microsoft网络管理软件等。计算机网络传输介质05定义优点缺点应用场景双绞线01020304双绞线是由两根具有绝缘保护层的铜导线相互缠绕而成，可传输模拟信号和数字信号。成本低、易于安装和维护、适用于短距离通信。传输带宽有限、易受电磁干扰、不适合长距离通信。局域网（LAN）中的计算机与集线器、交换机等设备之间的连接。定义优点缺点应用场景同轴电缆同轴电缆由内导体、绝缘层、外导体和护套组成，内外导体处于同一轴线上，故称为同轴电缆。成本高、不易安装和维护。传输带宽较宽、抗干扰能力强、适用于长距离通信。有线电视网（CATV）、宽带综合业务数字网（B-ISDN）等。光纤是光导纤维的简称，是一种利用光在玻璃或塑料制成的纤维中的全反射原理而达成的光传导工具。定义优点缺点应用场景传输带宽极宽、抗干扰能力强、保密性好、适用于长距离通信。成本高、需要专门的光纤接口和光纤收发器。广域网（WAN）、城域网（MAN）等高速网络传输，以及数据中心、云计算等场景。光纤无线传输介质是指利用电磁波在自由空间中传播的特性进行信息交换的通信方式。定义无需布线、灵活性高、适用于移动设备和远程通信。优点易受干扰和窃听、传输带宽有限、安全性相对较低。缺点无线局域网（WLAN）、移动通信网（如4G、5G）、卫星通信等。应用场景无线传输介质计算机网络拓扑结构06定义所有设备都连接在一条公共传输线路上，该线路称为总线。优点结构简单、易于扩展、成本低。缺点故障诊断和隔离困难、传输效率低、总线长度有限。应用场景小型局域网、某些工业自动化领域。总线型拓扑结构定义所有设备都连接到一个中心节点上，该节点称为集线器或交换机。优点故障诊断和隔离容易、传输效率高、易于管理和维护。缺点中心节点故障会导致整个网络瘫痪、成本高。应用场景局域网、广域网、数据中心等。星型拓扑结构定义设备连接成一个闭合的环，每个设备只