計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)論文.doc

計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)總結(jié)摘要：計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)是一個(gè)復(fù)雜的互連體，各個(gè)層次結(jié)構(gòu)相互配合才能實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)的功能。一、計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的產(chǎn)生于發(fā)展。計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的形成與發(fā)展大致經(jīng)歷了四個(gè)階段：第一階段，20世紀(jì)50年代，數(shù)據(jù)通信技術(shù)的研究與發(fā)展；第二階段，分組交換網(wǎng)絡(luò)APRANET的出現(xiàn)；第三階段，20世紀(jì)70年代，網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)與協(xié)議的標(biāo)準(zhǔn)化的研究，廣域網(wǎng)、局域網(wǎng)與公用分組交換網(wǎng)的研究與應(yīng)用；第四階段，20世紀(jì)90年代，internet的廣泛應(yīng)用。傳統(tǒng)的通信采用電路交換技術(shù)，即兩部電話機(jī)之間只要用一根電線相連就能實(shí)現(xiàn)通信，如果要將N部電話機(jī)兩兩相連，則至少需要N(N-1)/2跟電話線。兩部電話機(jī)之間通信必須經(jīng)歷建立連接、通信、釋放連接等三個(gè)過程。由于計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)具有突發(fā)性，勢(shì)必導(dǎo)致電路利用率低，因此不適合用于計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)。之后就出現(xiàn)了分組交換技術(shù)，具體方法是將信息報(bào)文分段，在每段之前有地址控制信息的首部，從而構(gòu)成分組，然后將各分組一次發(fā)送到接收端，在接收端去掉首部，還原出信息。各終端連接的中站設(shè)備交換機(jī)采用存儲(chǔ)轉(zhuǎn)發(fā)的方法選擇最佳路徑發(fā)送到接收端。這樣能使具有突發(fā)性的計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)得到分散，因而具有高效、靈活、迅速、可靠的優(yōu)點(diǎn)，適用于計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)。世界上第一臺(tái)計(jì)算機(jī)互聯(lián)系統(tǒng)APRANET產(chǎn)生于20世紀(jì)50年代，是美蘇冷戰(zhàn)的產(chǎn)物，它采用分組交換技術(shù)，是世界上第一個(gè)穩(wěn)定的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)，有計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)之父之稱。從資源共享的觀點(diǎn)來說，計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)是以能實(shí)現(xiàn)資源共享的方式互聯(lián)的自治計(jì)算機(jī)系統(tǒng)集合?？煞譃閺V域網(wǎng)WAN、局域網(wǎng)LAN、城域網(wǎng)MAN和接入網(wǎng)等。計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)間各計(jì)算機(jī)是平等的。兩臺(tái)計(jì)算機(jī)要進(jìn)行通信，必須高度協(xié)調(diào)才行，而這種協(xié)調(diào)是相當(dāng)復(fù)雜的。為了減少網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)的復(fù)雜性，人們提出了網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)的概念用來指導(dǎo)網(wǎng)絡(luò)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)。著名的國際標(biāo)準(zhǔn)化組織（ISO）提出了開放系統(tǒng)互聯(lián)參考模型（OSI）。ISO將計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)分為七層，從最底層到最高層依次是物理層、數(shù)據(jù)鏈路層、網(wǎng)絡(luò)層、傳輸層、會(huì)話層、表示層、應(yīng)用層。由于分層過多，OSI系統(tǒng)在現(xiàn)實(shí)中未能得到推廣應(yīng)用。而非標(biāo)準(zhǔn)化的TCPIP系統(tǒng)卻得到了廣泛應(yīng)用，這種系統(tǒng)采用四層結(jié)構(gòu)，依次是網(wǎng)絡(luò)接入層、網(wǎng)絡(luò)層、傳輸層和應(yīng)用層。雖然OSI參考模型未能取得巨大成功，但它在計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展過程中起了非常重要的指導(dǎo)作用。二、物理層。物理層與物理傳輸體直接相關(guān)，它定義了設(shè)備間的物理接口以及數(shù)字比特的傳送規(guī)則。物理層的協(xié)議有RS-232、RS-449、X.21、V.35、ISDN以及FDDI、IEEE802.3、IEEE802.4和IEEE802.5等。這些協(xié)議主要規(guī)定了物理層的機(jī)械特性、電氣特性、功能特性和規(guī)模特性等。機(jī)械特性：物理層的機(jī)械特性主要說明了物理接口、連接器的尺寸，插針的數(shù)目、排列方式，插頭與插座的尺寸，電纜的長(zhǎng)度以及電纜所含導(dǎo)線的數(shù)目等。電氣特性：電氣特性說明了數(shù)據(jù)交換信號(hào)以及有關(guān)電路的特性。這些特性主要包括最大數(shù)據(jù)傳輸率說明、表示信號(hào)狀態(tài)的電壓或電壓或電流電平的識(shí)別，以及接收器和發(fā)送器電路特性說明，并給出了與互聯(lián)電纜相關(guān)的規(guī)則等。功能特性：接口特性對(duì)接口連線的功能給出確切的定義。從大的方面分，接口線可分為數(shù)據(jù)線、控制線、定時(shí)線和地線。有的接口可能需要兩個(gè)信道，因而接口線又可分為主信道線和輔信道線。規(guī)模特性：物理層接口的規(guī)模特性規(guī)定了使用接口線傳輸?shù)牟僮鬟^程。計(jì)算機(jī)有很強(qiáng)的數(shù)據(jù)處理能力，然而傳輸數(shù)據(jù)的能力有限，在網(wǎng)絡(luò)中利用現(xiàn)有的模擬信道進(jìn)行遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)通信或網(wǎng)絡(luò)連接時(shí)，必須使用調(diào)制解調(diào)器。調(diào)制解調(diào)器是利用模擬信道進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸必不可少的設(shè)備之一。在發(fā)送端，調(diào)制解調(diào)器將數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)槟M信號(hào)，然后在模擬信道進(jìn)行發(fā)送；在接收端，調(diào)制解調(diào)器將模擬信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)槟M信號(hào)提供給計(jì)算機(jī)，從而完成了網(wǎng)絡(luò)上的數(shù)據(jù)傳輸。要實(shí)現(xiàn)分組交換，必須對(duì)傳輸?shù)臄?shù)據(jù)信息進(jìn)行分組。要實(shí)現(xiàn)這個(gè)功能，需要使用網(wǎng)絡(luò)適配器，又叫網(wǎng)絡(luò)適配卡，簡(jiǎn)稱網(wǎng)卡。網(wǎng)卡工作于物理層與數(shù)據(jù)鏈路層，每一塊網(wǎng)卡都有一個(gè)唯一的硬件表示地址，即MAC地址。網(wǎng)卡在將數(shù)據(jù)分段過程中，將MAC地址到每一分祖上，以保證數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確傳輸。網(wǎng)絡(luò)通信還離不開傳輸媒體，這些傳輸媒體可以是導(dǎo)向傳輸媒體的雙絞線、同軸電纜、光纖，也可以是非導(dǎo)向傳輸媒體的電磁波。另外，要充分利用線路，還必須使用信道復(fù)用技術(shù)，有時(shí)分復(fù)用、頻分復(fù)用、波分復(fù)用、碼分復(fù)用等。三、數(shù)據(jù)鏈路層：數(shù)據(jù)鏈路層協(xié)議將網(wǎng)絡(luò)層數(shù)據(jù)報(bào)在路徑中的單個(gè)鏈路上從一個(gè)節(jié)點(diǎn)移動(dòng)到另一個(gè)節(jié)點(diǎn)提供服務(wù)。鏈路層的一個(gè)重要特性是可在路徑的不同鏈路中用不同的鏈路協(xié)議處理數(shù)據(jù)報(bào)。數(shù)據(jù)鏈路層主要實(shí)現(xiàn)以下三方面功能：成幀，數(shù)據(jù)鏈路層以幀為單位發(fā)送、接收、校驗(yàn)和應(yīng)答數(shù)據(jù)。所謂幀就是一定大小的收據(jù)快，幾乎所有的鏈路層協(xié)議都將數(shù)據(jù)報(bào)傳送到鏈路層之上，將網(wǎng)絡(luò)層數(shù)據(jù)報(bào)封裝在一個(gè)鏈路層幀中，一個(gè)幀由數(shù)據(jù)字段和頭部字段組成。流量控制，在數(shù)據(jù)鏈路層中要處理一個(gè)重要設(shè)計(jì)問題：如何處理發(fā)送方比接收方傳輸能力強(qiáng)的問題。當(dāng)發(fā)送方發(fā)送較快而接收方接受較慢，發(fā)送方不斷發(fā)送數(shù)據(jù)，最終會(huì)將接收方淹沒。因此，數(shù)據(jù)鏈路層必須采取某種措施來防止這種情況的發(fā)生，這個(gè)功能就是流量控制。差錯(cuò)檢測(cè)，接收方接收到收據(jù)必須進(jìn)行校驗(yàn)，如果發(fā)現(xiàn)差錯(cuò)，則必須重傳，這就是差錯(cuò)檢測(cè)。數(shù)據(jù)鏈路層的一個(gè)重要功能是解決如何共享傳輸媒體的問題。傳統(tǒng)的以太網(wǎng)的核心思想是在個(gè)工作站之間使用共享傳輸介質(zhì)傳輸數(shù)據(jù)，其基本特征好是在MAC子層采用載波監(jiān)聽/碰撞檢測(cè)協(xié)議，即CSMA/CD協(xié)議。它的基本思想是所有工作站在發(fā)送數(shù)據(jù)之前都要監(jiān)聽信道，確定是否有工作站在發(fā)送數(shù)據(jù)，而且在發(fā)送數(shù)據(jù)過程中，要不斷進(jìn)行沖突檢測(cè)，如果信道空閑，站點(diǎn)立即發(fā)送數(shù)據(jù)，如果信道忙，則繼續(xù)監(jiān)聽，直到空閑再發(fā)送數(shù)據(jù)。如果站點(diǎn)在發(fā)送收據(jù)過程中檢測(cè)到?jīng)_突，立即停止發(fā)送數(shù)據(jù)，過一段時(shí)間再從新監(jiān)聽信道。四、網(wǎng)絡(luò)層：在大型的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)中，由于連接的計(jì)算機(jī)數(shù)量龐大，拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)復(fù)雜，要想找到正確的主機(jī)十分困難。而網(wǎng)絡(luò)層的任務(wù)就是定義統(tǒng)一的全局編址方案，在復(fù)雜的網(wǎng)絡(luò)中尋找最短路徑，保證網(wǎng)絡(luò)即使在任務(wù)繁重，出現(xiàn)擁塞的時(shí)候也能夠真長(zhǎng)進(jìn)行工作，為上層服務(wù)。網(wǎng)絡(luò)層的主要任務(wù)是實(shí)現(xiàn)主機(jī)到主機(jī)的通信，因此在網(wǎng)絡(luò)中必須給每一臺(tái)主機(jī)分配一個(gè)唯一的地址。在使用TCP/IP協(xié)議的網(wǎng)絡(luò)中，這個(gè)地址就是IP地址。IP地址是一種層次性的地址，由“網(wǎng)絡(luò)標(biāo)識(shí)”+“主機(jī)標(biāo)識(shí)”組成。TCP/IP協(xié)議規(guī)定，每個(gè)IP地址必須唯一標(biāo)示一臺(tái)主機(jī)，每個(gè)IP地址由32位二進(jìn)制數(shù)組成，包括網(wǎng)絡(luò)號(hào)和主機(jī)號(hào)，分為四個(gè)八位組，每組之間用點(diǎn)號(hào)隔開。八位二進(jìn)制數(shù)由0到255之間的十進(jìn)制數(shù)標(biāo)示，這種標(biāo)示方法稱為點(diǎn)分十進(jìn)制。TCP/IP協(xié)議規(guī)定了五種地址類型，依次為A類、B類、C類、D類、E類。目前用到的地址主要為前三類。A類IP地址第一字節(jié)最高位二進(jìn)制是0，其余7標(biāo)示網(wǎng)絡(luò)號(hào)，其它三個(gè)字節(jié)是主機(jī)標(biāo)識(shí)，每個(gè)網(wǎng)絡(luò)可承載最大主機(jī)數(shù)是16777214臺(tái)，一般分配給具有大量主機(jī)的網(wǎng)絡(luò)使用；B類IP地址前兩位二進(jìn)制數(shù)是10，前兩個(gè)字節(jié)用來標(biāo)示網(wǎng)絡(luò)，后兩個(gè)字節(jié)用來標(biāo)示主機(jī)地址；C類IP地址前三位二進(jìn)制數(shù)十110，前三個(gè)字節(jié)用來標(biāo)示網(wǎng)絡(luò)，后一個(gè)字節(jié)用來標(biāo)示主機(jī)，每個(gè)C類網(wǎng)絡(luò)中最多可有254臺(tái)主機(jī)，一般用于小型網(wǎng)絡(luò)；D類IP地址是多播地址，不區(qū)分網(wǎng)絡(luò)標(biāo)標(biāo)示和主機(jī)標(biāo)示。E類IP地址是為今后網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用而保留的。為了充分利用IP資源，方便管理，可用子網(wǎng)掩碼將網(wǎng)絡(luò)劃分為若干個(gè)子網(wǎng)，也可利用超網(wǎng)掩碼將幾個(gè)小網(wǎng)絡(luò)構(gòu)造成一個(gè)超網(wǎng)。兩臺(tái)主機(jī)要進(jìn)行通信，必須相互知道對(duì)方的IP地址及其下層的MAC地址。若一臺(tái)主機(jī)只知道對(duì)方的IP地址而不知道對(duì)方的MAC地址，可利用ARP協(xié)議發(fā)送廣播，從而查詢出對(duì)方的MAC地址；相反，利用RARP協(xié)議可由MAC地址年初IP地址。另外，在網(wǎng)絡(luò)層其重要作用的還有路由器，路由器的路由表記錄了與其相鄰的主機(jī)及路由器的IP地址，路由器接收到數(shù)據(jù)后，通過相應(yīng)的路由算法選擇最佳路徑將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)，從而使個(gè)計(jì)算機(jī)之間能夠高速通信。五、運(yùn)輸層：運(yùn)輸層的目標(biāo)是向用戶提供有效、可靠、價(jià)格合理的服務(wù)，運(yùn)輸層的用戶一般是應(yīng)用層的進(jìn)程。為了達(dá)到這個(gè)目的，運(yùn)輸層需要網(wǎng)絡(luò)層提供服務(wù)。運(yùn)輸層提供的服務(wù)是端到端的數(shù)據(jù)傳輸，也就是進(jìn)程到進(jìn)程的數(shù)據(jù)傳輸。實(shí)際上運(yùn)輸層的主要任務(wù)是要把網(wǎng)絡(luò)層的數(shù)據(jù)交付給正確的應(yīng)用進(jìn)程。運(yùn)輸層采用端口號(hào)來識(shí)別應(yīng)用進(jìn)程，端口號(hào)采用16位二進(jìn)制數(shù)表示，所以一臺(tái)計(jì)算機(jī)最多有二的十六次方個(gè)端口號(hào)，用十進(jìn)制數(shù)字表示就是0到65535之間的數(shù)。TCP協(xié)議是工作在運(yùn)輸層的一個(gè)重要協(xié)議，是一種面向連接的協(xié)議，提供數(shù)據(jù)分組可靠、按序提交，要求通信雙方交換數(shù)據(jù)之前必須建立連接。TCP協(xié)議還有流量控制、差錯(cuò)檢測(cè)等功能。應(yīng)用層數(shù)據(jù)在發(fā)送時(shí)要被封裝在TCP報(bào)文中，即在數(shù)據(jù)前加首部，首部中包含了源端口號(hào)、目標(biāo)端口、發(fā)送順序等信息，保證了數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確傳輸。該層的另一重要協(xié)議是UDP協(xié)議，它比TCP協(xié)議簡(jiǎn)單得多，不需要去考慮流量和差錯(cuò)控制，只有8B的首部開銷，不會(huì)造成網(wǎng)絡(luò)的擁塞。六、應(yīng)用層：應(yīng)用層是網(wǎng)絡(luò)用戶最熟悉的一層，也是網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)最終目的層。應(yīng)用層在OSI模型的最高層，這一層主要是針對(duì)用戶的需要，開發(fā)設(shè)計(jì)能滿足用戶需求的應(yīng)用程序，因此該層主要是面向?qū)嶋H用戶服務(wù)的。復(fù)雜的網(wǎng)絡(luò)通信都可簡(jiǎn)化為兩個(gè)用戶之間的通信來討論，但實(shí)際上網(wǎng)絡(luò)通信并不是簡(jiǎn)單的兩個(gè)用戶直接通信，比如聊天時(shí)，用戶首先將信息發(fā)到聊天服務(wù)器，通過聊天服務(wù)器進(jìn)行身份確認(rèn)，然后服務(wù)器將用戶資料傳送到用戶主機(jī)，用戶根據(jù)收到的資料查找在線好友，然后才能聊天。這就構(gòu)成了客戶/服務(wù)器模式（C/S模式）。客戶是指在本地計(jì)算機(jī)上運(yùn)行的向服務(wù)器發(fā)送請(qǐng)求的應(yīng)用進(jìn)程，服務(wù)器是指在遠(yuǎn)程計(jì)算機(jī)上運(yùn)行的向客戶提供給服務(wù)的程序。由于客戶端請(qǐng)求服務(wù)的時(shí)間并不確定，因此服務(wù)器應(yīng)當(dāng)在所有時(shí)候都運(yùn)行。前面已經(jīng)提到過在網(wǎng)絡(luò)中唯一標(biāo)示一臺(tái)主機(jī)的地址有IP地址和MAC地址。但現(xiàn)實(shí)中，這些地址僅是一串毫無意義的字符串，讓人難以記憶，因此在網(wǎng)絡(luò)中采用域名系統(tǒng)（DNS），即用有意義的字符串表示IP地址，然后通過DNS系統(tǒng)將它轉(zhuǎn)換為實(shí)際IP地址供計(jì)算機(jī)尋址。域名是分級(jí)的，中間用點(diǎn)號(hào)隔開。如河南理工大學(xué)的域名是，其中cn是頂級(jí)域名,表示中國，edu為二級(jí)域名，表示教育機(jī)構(gòu)。應(yīng)用層提供的服務(wù)時(shí)是多種多樣的，因此需要不同的協(xié)議來支持。常見的協(xié)議有超文本傳