计算机导论05-计算机网络

计算机网络基础

计算机网络概述

计算机网络的概念

• 计算机网络是“以相互共享资源的方式互联起来的自治计算机系统的集合”。
  （1）组建计算机网络的主要目的是实现资源共享
  （2）互联的计算机系统是自治的系统
  （3）联网计算机之间的通信必须遵循共同的网络协议

计算机网络的功能

• 数据交换和通信
• 资源共享
• 提高系统的可靠性和可用性
• 均衡负荷，相互协作
• 分布式网络处理
• 提高系统性价比，易于扩充，便于维护

计算机网络的组成

计算机网络的功能构成

通讯子网的组成要素：

• 资源子网提供可共享的软硬件资源：可能含下级子网及若干终端；
• 通讯子网包含的下级子网或终端；
• 通讯子网的网络管理及控制中心（中心服务器）；
• 网络连接及互连设备（通信信道 - 网络信号的传输通道，有线形式，无线形式；互连设备：调制解调器、交换器、路由器、交换机）

通讯协议

• 资源子网：负责对数据信息的收集和处理

• 主机（Host）：是网络中的主要资源，也是数据资源和软件资源的拥有者，一般都通过高速线路将它们和通信子网的节点相连。

• 终端控制器和终端：终端控制器连接一组终端，负责这些终端和主计算机的信息通信，或直接作为网络节点。终端是直接面向用户的交互设备，可以是由键盘和显示器组成的简单终端，也可以是微型计算机系统。

• 计算机外设：主要是网络中的一些共享设备。

• 通信子网：负责信息的传输

• 网络节点：是通信子网与资源子网的接口，完成信息的交换和转发功能。

• 分类：
  ■ 交换节点：包括交换机、集线器、路由器以及负责网络中信息交换的设备等。
  ■ 访问节点：包括连接用户主机和终端设备的接收器、发送器等通信设备。

• 通信链路 ：即通信信道 。包括：双绞线、同轴电缆、光导纤维、无线电微波通信、卫星通信等。

• 信号转换设备 ：对信号进行变换以适应不同传输媒体的要求。如：Modem、无线通信接收和发送器、用于光纤通信的编码解码器等。

• 调制解调器(Modem，猫)：常用的连续模拟信号与离散的数字信号相互转换的设备。
  ● 调制器：

  • 负责用计算机输出的数字信号调制为模拟载波信号，因而将数字信号转变为能在通信信道中传输的模拟信号

  ● 解调器：

  • 负责将接收到的模拟载波信号还原为数字信号

  由路由器连接的计算机网络示意图

计算机网络的发展

• 计算机终端网络
• 计算机通信网络
• 开放式的标准化计算机网络
• 高速计算机网络

计算机网络的类型

按分布范围（覆盖的地理面积）分类

网络类型	一般情形
广域网（Wide Area Network，WAN）	国家、地区等层面
城域网（Metropolitan Area Network，MAN）	（特）大城市、（特）大型（跨国）公司或机构等层面
局域网（Local Area Network，LAN）	中、小城市，单位，机构层面

按拓扑结构分类
基本的网络拓扑有5种结构：

• 星型拓扑结构： 有明确的中心节点（主机、服务器），客户机使用专门的、只与服务器相连的信道，客户机之间的通信需服务器转发
  

• 环型拓扑结构： 没有明确的中心节点，闭环，数据传输一般具有一定方向，可根据需要设置主机，适合流水作业场景，相邻的结点可以直接通信，不相邻的结点需其他结点转发。
  

• 总线型拓扑结构： 没有明确的中心节点，适合（终端）对等同类业务场景，总线通讯
  

• 树型拓扑结构： 当前流行的网络结构，有明确的网络中心节点，中间节点既是上层节点的终端、又是下层节点的服务中心；特点：联网方便、分级控制、分层服务、系统稳定
  

• 网状拓扑结构： 有中心节点，多种网络结构的组合
  

按交换技术分类

• 电路交换网络（circurt switching）。
• 报文交换网络（message switching）。
• 分组交换网络（packet switching）。

网络体系结构

网络互联模型

OSI/RM结构与功能

国际标注化组织(ISO-International Standard Organization)公布的开放系统互联参考模型（Open
System Interconnection/Reference Model-OSI/RM）为开放式互连信息系统提供了一种功能结构的框架。

OSI/RM最高层为应用层，面向用户提供应用服务；最低层为物理层，连接通信介质实现真正的数据通信。

特点：

1. （接口）逐层链接：第n层只与上、下两层（第n+1、n-1层）链接；
2. （服务）邻层服务：第n层接受第n-1层提供的服务，同时为第n+1层提供服务；
3. （协议）对等通讯：不同的系统间在对等层级间（遵守一定的协议）分组交换数据

TCP/IP结构模型

TCP-Transmission Control Protocol

• 是一种面向连接的、可靠的、基于字节流的传输层通信协议，

IP-Internet Protocol

• 是指互联网协议，也称作网际协议。
  

TCP/IP与OSI/RM的比较

在OSI/RM参考模型中，有3个基本概念：服务、接口和协议。

• TCP/IP模型并不十分清晰地区分服务、接口和协议这些概念。
• 相比TCP/IP模型，OSI/RM模型中的协议具有更好的隐蔽性并更容易被替换。
  两者的另外一个差别是有关服务类型方面。
• OSI/RM模型的网络层提供面向连接和无连接两种服务，而传输层只提供面向连接服务。
• TCP/IP模型在网络层只提供无连接服务，但在传输层却提供两种服务。

网络地址与分配

IP地址构成

• IP地址是一个32位的二进制数逻辑地址（版本：IPv4-Internet Protocol Version 4.0），以.隔开的4字节二进制表示，用以表明网络节点 （主机、服务器、路由器、终端计算机等等）在网络中的逻辑位置

注：

1. 网络节点在网络中的IP地址是可变的，即节点硬件连入不同的网络时IP地址可能是不同的；即便连接进入某个固定的网络，IP地址也可能是动态分配的；但同一网络中某特定时刻IP地址与节点之间是一一对应的
2. IP地址不是地理地址（地理坐标）、也不是物理地址（Mac地址-网卡硬件标识）。

例如，IP地址“11000000 10101000 11001000 10000000”，每字节用十进制数表示，字节之间用圆点分隔，表示为“192.168.200.128”。（四段：每段0~255）
每个IP地址由网络号（net-id）和主机号（host-id）两部分组成。

网路号越短，主机号越长，网络涵盖的主机越多，网络越大

子网的划分

划分子网的基本思想是：借用主机号的一部分作为子网的子网号，划分出更多的子网IP地址，而对于外部路由器的寻址没有影响。 划分子网后，通过使用掩码，把子网隐藏起来，使得从外部看网络没有变化，这就是子网掩码。

IPv6

IPv6（Internet Protocol Version 6）是用于替代现行版本IP协议（IPv4）的下一代IP协议。与IPv4相比，IPv6具有更大的地址空间(128位)。

传输介质与网络设备

网络传输介质

有线传输介质	无线传输介质
同轴电缆	无线电波
双绞线	微波
光纤	红外线

网络设备

物理层设备

物理层设备有中继器、集线器、无线接入点设备等。

集线器（Hub）：
总线式集线器，简称Hub，有多个端口，每个端口可以连接一个站点。

• 工作原理： 每个端口都具有接收数据帧和发送数据帧的功能，当集线器从一个端口接收到数据帧后，向所有其他端口发送。
• Hub一般用作局域网内网络信号接收（从外部节点或上级节点）与分发（内部节点或下级终端）；不能识别信号来源的Mac地址，采用广播式发送信号，因而也不能识别信号发送的目的地址，
  

数据链路层设备

数据链路层设备有网卡、网桥、交换机等

网卡与MAC（Media Access Control）地址：

• 介质访问地址（Media Access Control Address） 也叫物理地址或硬件地址，是一个全局地址，即世界唯一。
• 格式： 6字节(48位)，前3个字节为厂商惟一标识符， 后3个字节由生产厂商自行分配-编号，生产时，固化在网卡的ROM中。
• 当计算机插上网卡联入局域网时，网卡上的MAC地址作为该机的唯一入网物理地址，通信时为主机标识。

交换机（switch）：

• 交换式集线器，从一个端口接收到上级或外部节点发来的数据帧后，直接将数据帧转发给指定接收节点所在的端口。
• 采用地址匹配、端口到端口的数据接收与发送工作模式，能明确识别信号来源及目的地地址，既可以用于不同类型的网络连接，也可以用于局域网内部连接

网络层设备

网络层主要负责完成数据分组从源端传输到目的端、逻辑地址分配以及网络的路由选择等任务。网络层的设备主要有路由器和三层交换机等。

路由器：

• 工作在网络层，可以将两个或多个不同类型、不同结构的网络互相连接起来；
• Router是连接两个或多个网络的硬件设备，在网络间起网关的作用，是读取每一个数据包中的地址（来源、目的）然后决定如何传送（识别来源、目的，数据包是否需要重新组装） 的专用智能性的网络设备，它能够理解不同的协议并顺利转换。

传输层以上的设备

传输层以上的设备主要有防火墙、网关等。

要素：

• 外部网络、路由器、防火墙、网络中心（一级服务器、一级交换机）、资源子网（二级服务器、二级交换机、终端……）、通信子网（二级服务器、二级交换机、终端……）

Internet及其应用

Internet基础

Internet的概念

由数以千计的小网络构造出了Internet这个世界上最大、最流行的计算机互联网，它连接了上百万台计算机和数千万用户（还在不断增加）。
从一般角度认为Internet的定义应包含下面三个方面的内容：

• Internet是一个基于TCP/IP协议簇的网络；
• Internet是一个网络用户的集团，用户使用网络资源，同时也为该网络的发展壮大贡献力量；
• Internet是所有可被访问和利用的信息资源的集合。

Internet的域名系统

DNS-Domain Name System

• IP地址的局限： 不容易理解、记忆、使用

• 为了识别互联网上的千千万万个主机，人们设计了用“.”分隔的一串英文单词来标识每台主机的方法。

• 以“.”分开最前面的是主机名，其后的是子域名，最后的是顶级域名

• 标准域名： 主机名.子域名.高级子域名.顶级域名

例如：域名：www.hise.hznu.edu.cn------IP地址：192.08.43.223

Internet的接入方式

（1）ADSL。
（2）HFC（CABLEMODEM）。
（3）光纤宽带。
（4）无线网络。
（5）电力网接入（PLC）。

Internet的应用

Internet的基本服务

Internet提供的基本服务主要有Web服务、电子邮件服务、文件传送服务、远程登录服务等。

1. Web服务：WWW(World Wide Web)

   • HTTP：HyperText Transfer Protocol-超文本传输协议
   • HTML：HyperText Markup Language-超文本标记语言

2. 电子邮件服务与协议

   • SMTP-Simple Mail Transfer Protocol-简单邮件传输协议（发送）
   • POP3- Post Office Protocol - Version 3-邮件协议（接受）

3. 文件传输服务（FTP-File Transfer Protocal）与协议

   • 二进制文件传输协议，以四段、四字节二进制代码（显示为十进制）标识服务器地址。
   • FTP协议包括两个组成部分，其一为FTP服务器，其二为FTP客户端。其中FTP服务器用来存储文件，用户可以使用FTP客户端通过FTP协议访问位于FTP服务器上的资源。

Internet的其他服务

（1）搜索引擎
（2）电子公告牌
（3）即时消息
（4）博客
（5）网络电话
（6）电子商务
（7）语音广播
（8）网络游戏
（9）数字家庭网络

补充题

计算机网络中，通信子网的主要任务是（ ）。

• 数据传输

计算机网络中的不同计算机使用相同的（ ） 就可以实现通信。

• 通信协议

OSI参考模型中，第N层提供的服务是下列哪项与对等层实体交换信息来实现的（ ）。

• 利用N-1层提供的服务以及按N层协议

TCP/IP协议簇中最核心的协议是（ ） ，所有其他协议都是以它为基础的。

• IP

TCP/IP体系结构中的TCP和IP所提供的服务分别为（ ）。

• 传输层服务和网络层服务

在TCP/IP参考模型中，传输层的主要作用是在互联网络的源主机与目的主机对等实体之间建立用于会话的（ ）。

• 端—端连接

TCP/IP协议簇的层次中，解决计算机之间通信问题是在（ ） 。

• 网络层

将网络划分为广域网（WAN）、城域网（MAN）和局域网（LAN）的主要是依据（ ） 。

• 网络覆盖的地域范围

在构建计算机局域网时，若将所有计算机均连接到同一条通信传输线路上，并在线路两端连接防止信号反射的装置。这种局域网的拓扑结构被称为（ ） 。

• 总线结构

中心节点故障会造成整个网络瘫痪的网络拓扑结构是（ ） 。

• 星型

连接广域网与局域网必须使用（ ） 。

• 路由器

广域网中采用的交换技术大多是（ ） 。

• 分组交换

下列关于计算机广域网的叙述正确的是（ ） 。

• 信息传输的基本原理是分组交换和存储转发

在使用域名访问因特网上的资源时，由网络中的一台服务器将域名翻译成IP地址，该服务器简称为（ ） 。

• DNS

“www.yahoo.com.cn”是雅虎（ ） 公司的网站地址。

• 中国

网址http://www.nju.edu.cn中的“http”是指（ ） 。

• 超文本传输协议

某用户在WWW浏览器地址栏内键入一个URL“http://www.zdxy.cn/index.htm”，其中的“/index.htm”代表（ ） 。

• 路径及文件名

人们往往会用“我用的是10M宽带上网”来说明己计算机连网的性能，这里的“10M”指的是数据通信中的（ ）指标。

• 最高数据传输速率

通常所说的TCP／IP协议是指一个由上百个协议组成的协议系列。下列协议中，用于发送电子邮件的应用层协议是（ ） 。

• SMTP

下列有关电子邮件（Email）的叙述错误的是（ ）。

• 目前邮件发送时一般采用POP3协议，接收时采用SMTP协议

在TCP／IP协议中，远程登录使用的协议是（ ） 。

• TELNET

某些型号的打印机自带网卡，可直接与网络相连。

• 是

计算机局域网中的传输介质只能是同类型的，要么全部采用光纤，要么全部采用双绞线，不能混用。

• 否