第6章計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)知識(shí)及應(yīng)用

計(jì)算機(jī)應(yīng)用基礎(chǔ)FoundationsofComputerApplication第6章計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)知識(shí)及應(yīng)用對(duì)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)具有初步的認(rèn)識(shí)；了解計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的基本概念和基本技術(shù)；了解計(jì)算機(jī)局域網(wǎng)的相關(guān)概念和技術(shù)；了解Internet的相關(guān)概念和接入技術(shù)。本章知識(shí)點(diǎn)6.1計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)1946年世界上第一臺(tái)電子計(jì)算機(jī)ENIAC誕生。1976年BobMetcalfe提出計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)。圖6.1BobMetcalfe的網(wǎng)絡(luò)示意圖6.1計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)6.1.1計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的優(yōu)點(diǎn)和面臨的挑戰(zhàn)1）硬件共享節(jié)約成本2）軟件共享節(jié)約成本3）文件共享簡單可行4）網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)可以使工作跨越地域和時(shí)間優(yōu)點(diǎn)缺點(diǎn)未經(jīng)授權(quán)的用戶入侵病毒威脅6.1計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)主要包括以下三部分：主機(jī)——為用戶提供服務(wù)。通信子網(wǎng)——提供數(shù)據(jù)傳輸和交換功能。通信協(xié)議——根據(jù)事先約定好的和必須遵守的規(guī)則，保證通信順利的進(jìn)行。6.1.3計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的分類6.1.2計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的定義計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)是利用通信設(shè)備和線路將地理位置不同、功能獨(dú)立的多個(gè)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)連接起來，以功能完善的網(wǎng)絡(luò)軟件實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)的資源共享和信息傳遞的系統(tǒng)。6.1計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)地理范圍按照聯(lián)網(wǎng)計(jì)算機(jī)的距離和覆蓋的地域范圍WAN、MAN、LAN拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)設(shè)備之間的結(jié)構(gòu)關(guān)系Star、Bus、Ring、Mesh、Tree組織方式網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)設(shè)備如何連接工作Client/Server、Peer-to-Peer傳輸介質(zhì)互聯(lián)設(shè)備傳輸數(shù)據(jù)和信號(hào)所采用的介質(zhì)雙絞線、同軸電纜、光纖、無線射頻、微波、紅外線、電話線、電力線帶寬網(wǎng)絡(luò)傳輸數(shù)據(jù)的速度能力寬帶、窄帶表6.1計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的分類6.1計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)1.按地理范圍分類1）局域網(wǎng)（LocalAreaNetwork，LAN）2）廣域網(wǎng)（WideAreaNetwork，WAN）3）城域網(wǎng)（MetropolitanAreaNetwork，MAN）2.按拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)分類1）星狀拓?fù)洌⊿tar）圖6.2星狀拓?fù)?.1計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)2）總線拓?fù)洌˙us）圖6.3總線結(jié)構(gòu)3）環(huán)狀拓?fù)洌≧ing）圖6.4環(huán)狀結(jié)構(gòu)6.1計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)4）網(wǎng)狀拓?fù)洌∕esh）5）樹狀拓?fù)洌═ree）圖6.5網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)圖6.6樹狀拓?fù)?.1計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)上面介紹的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)可以彼此互聯(lián)成為更大。圖6.7路由器工作原理圖6.1計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)3.按組織方式分類1）客戶機(jī)/服務(wù)器模式（Client/Server）

2）對(duì)等網(wǎng)模式（P2P）圖6.8Client/Server與Peer-to-Peer的對(duì)比6.1計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)4.按傳輸介質(zhì)分類1）雙絞線圖6.9RJ45接頭雙絞線（10BASE-T）以太網(wǎng)技術(shù)規(guī)范可歸結(jié)為5-4-3-2-1規(guī)則，即允許五個(gè)網(wǎng)段，每網(wǎng)段最大長度100m。在同一信道上允許連接四個(gè)中繼器或集線器。在其中的三個(gè)網(wǎng)段上可以增加節(jié)點(diǎn)。在另外兩個(gè)網(wǎng)段上，除做中繼器鏈路外，不能接任何節(jié)點(diǎn)。上述將組建一個(gè)大型的沖突域，最大站點(diǎn)數(shù)1024，網(wǎng)絡(luò)直徑達(dá)2500m。6.1計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)2）同軸電纜粗纜細(xì)纜同軸電纜圖6.10同軸電纜的結(jié)構(gòu)6.1計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)3）光纖圖6.11光纖線纜常用的無線傳輸介質(zhì)主要有微波、紅外線、無線電、激光和衛(wèi)星等。4）無線傳輸介質(zhì)5.按帶寬分類寬帶網(wǎng)絡(luò)和窄帶網(wǎng)絡(luò)6.1計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)6.1.4計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)通信協(xié)議圖6.12香農(nóng)的數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)模型6.1計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)1.計(jì)算機(jī)網(wǎng)路通信概念計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)通信協(xié)議是為了保證數(shù)據(jù)從一個(gè)網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)正確高效地傳輸?shù)搅硗庖粋€(gè)網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的一組規(guī)則的集合。計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)通信協(xié)議中最為重要、最有影響力的協(xié)議就是TCP/IP協(xié)議，它的流行源于它是Internet數(shù)據(jù)通信公認(rèn)的標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議。表6.2列出了常見的網(wǎng)絡(luò)通信協(xié)議。表6.2常見網(wǎng)絡(luò)通信協(xié)議網(wǎng)絡(luò)通信協(xié)議主要用途TCP/IPInternetNetBIOS/NetBEUI微軟Windows網(wǎng)絡(luò)AppleTalk蘋果Macintosh網(wǎng)絡(luò)IPX/SPXNovell網(wǎng)絡(luò)6.1計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)網(wǎng)絡(luò)通信協(xié)議主要由三方面組成。①語法：數(shù)據(jù)和控制信息的結(jié)構(gòu)或格式（即“怎么說”）。②語義：控制信息的含義，需要做出的動(dòng)作及響應(yīng)（即“說什么”）。③語序：規(guī)定了各種操作的執(zhí)行順序（即“什么時(shí)候說”）。2.計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)通信協(xié)議的主要任務(wù)網(wǎng)絡(luò)通信協(xié)議的任務(wù)是負(fù)責(zé)完成網(wǎng)絡(luò)中的數(shù)據(jù)傳輸，主要包括。①將需傳送數(shù)據(jù)分割為小的數(shù)據(jù)包（Packet）。②將數(shù)據(jù)傳送目的地地址附加于數(shù)據(jù)包上。③傳輸數(shù)據(jù)包。④控制傳輸中的數(shù)據(jù)包流向。⑤檢測傳輸中的錯(cuò)誤。⑥確認(rèn)數(shù)據(jù)已經(jīng)接收。6.1計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)圖6.13數(shù)據(jù)的傳輸過程圖6.14數(shù)據(jù)包共享通信信道6.1計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)3.OSI和TCP/IP協(xié)議1）OSI模型圖6.15OSI7層模型6.1計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)（1）應(yīng)用層（ApplicationLayer）（2）表示層（PresentationLayer）（3）會(huì)話層（SessionLayer）（4）傳輸層（TransportLayer）（5）網(wǎng)絡(luò)層（NetworkLayer）（6）數(shù)據(jù)鏈路層（DataLinkLayer）（7）物理層（PhysicalLayer）OSI模型分為七層6.1計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)圖6.16OSI傳輸數(shù)據(jù)模型6.1計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)2）TCP/IP協(xié)議TCP/IP體系結(jié)構(gòu)將網(wǎng)絡(luò)劃分為五個(gè)層次，比OSI少了表示層和會(huì)話層，同時(shí)它對(duì)于數(shù)據(jù)鏈路層和物理層沒有做強(qiáng)制規(guī)定，其原因在于它的設(shè)計(jì)目標(biāo)之一就是要做到與具體物理網(wǎng)絡(luò)無關(guān)。圖6.17所示是TCP/IP和OSI的對(duì)比圖。

圖6.17TCP/IP和OSI對(duì)比6.1計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)6.1.5常見網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)常見客戶端網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)：Windows98；Windows2000Professional；WindowsXP；AppleMacOS。常見服務(wù)器網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)：Windows2000(Advanced)Server。Windows2003(Advanced)Server；Unix/Linux；NovellNetware；AppleMacOSXServer。網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)是支持網(wǎng)絡(luò)操作的計(jì)算機(jī)軟件系統(tǒng)，常分為客戶端網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)和服務(wù)器網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)。6.2計(jì)算機(jī)局域網(wǎng)局域網(wǎng)的研究始于20世紀(jì)70年代，包括令牌環(huán)網(wǎng)、FDDI網(wǎng)、以太網(wǎng)（Ethernet）等多種類型。6.2.1局域網(wǎng)概述1.局域網(wǎng)的特點(diǎn)（1）較小的地域范圍。（2）高傳輸速率，低誤碼率。（3）局域網(wǎng)一般為一個(gè)單位所有，由單位或部門內(nèi)部控制和管理。2.局域網(wǎng)的關(guān)鍵技術(shù)主要技術(shù)為連接各種設(shè)備的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)、數(shù)據(jù)傳輸介質(zhì)和介質(zhì)訪問控制方法。（1）拓?fù)浣Y(jié)構(gòu) （2）傳輸介質(zhì) （3）介質(zhì)訪問控制協(xié)議6.2計(jì)算機(jī)局域網(wǎng)6.2.2局域網(wǎng)組網(wǎng)技術(shù)局域網(wǎng)技術(shù)底層傳輸協(xié)議（物理層和鏈路層）的標(biāo)準(zhǔn)化是由電氣和電子工程師協(xié)會(huì)（InstituteofElectricalandElectronicsEngineers，IEEE）完成的。IEEE制定了局域網(wǎng)規(guī)范文件—IEEE602局域網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)方案。1.令牌環(huán)網(wǎng)（TokenRing）采用IEEE602.5標(biāo)準(zhǔn)定義而成。這種網(wǎng)絡(luò)為一環(huán)狀網(wǎng)絡(luò)，傳輸數(shù)據(jù)時(shí)，使用一個(gè)叫做“令牌”（Token）的電子信號(hào)，控制數(shù)據(jù)在網(wǎng)絡(luò)中的傳輸。當(dāng)“令牌”可用時(shí)，網(wǎng)絡(luò)中需要發(fā)送數(shù)據(jù)的設(shè)備將數(shù)據(jù)附加于“令牌”之上，傳輸至目的設(shè)備，傳輸完成，“令牌”再次回到發(fā)送數(shù)據(jù)的設(shè)備，報(bào)告?zhèn)鬏斖瓿?，“令牌”狀態(tài)再次變?yōu)榭捎?，如圖6.18所示。6.2計(jì)算機(jī)局域網(wǎng)圖6.18令牌環(huán)網(wǎng)6.2計(jì)算機(jī)局域網(wǎng)2.FDDI光纖分布式數(shù)據(jù)接口（FiberDistributedDataInterconnect，F(xiàn)DDI）借助光纖，可以提供100Mb/s的傳輸速度。它采用IEEE602.6標(biāo)準(zhǔn)建立網(wǎng)絡(luò)。圖6.19FDDI6.2計(jì)算機(jī)局域網(wǎng)3.以太網(wǎng)1976年BobMetcalfe提出了以太網(wǎng)概念。1960年開始出現(xiàn)在商業(yè)用途上。圖6.20以太網(wǎng)廣播傳輸數(shù)據(jù)6.2計(jì)算機(jī)局域網(wǎng)根據(jù)不同媒體可分為10Base-2、10Base-5、10Base-T及10Base-F。交換以太網(wǎng)：100Base-T快速以太網(wǎng)：6.2.3局域網(wǎng)中常用的網(wǎng)絡(luò)連接設(shè)備3.網(wǎng)絡(luò)互連設(shè)備2.傳輸介質(zhì)1.網(wǎng)絡(luò)適配器網(wǎng)絡(luò)適配器也叫做網(wǎng)絡(luò)接口卡（NetworkInterfaceCard，NIC），通常被做成插件的形式插入計(jì)算機(jī)的一個(gè)擴(kuò)展槽中，故也被稱作網(wǎng)卡。計(jì)算機(jī)通過網(wǎng)絡(luò)適配器與網(wǎng)絡(luò)相連。同軸電纜、雙絞線、光纖和無線介質(zhì)。1）集線器 2）交換機(jī) 3）路由器6.3Internet基礎(chǔ)6.3.1Internet的形成與發(fā)展6.3.2中國Internet簡介Internet起源于20世紀(jì)50年代。在1969年建立了ARPANET。1965年，美國國家科學(xué)基金會(huì)借助APRANET技術(shù)建立了和其類似，但是范圍更大的網(wǎng)絡(luò)。1957年，蘇聯(lián)成功發(fā)射世界上第一顆人造地球衛(wèi)星。1967年9月14日發(fā)出了中國第一封電子郵件。1994年5月19日實(shí)現(xiàn)了與Internet的全功能連接截至2005年6月30日，我國上網(wǎng)用戶達(dá)到1.03億人。6.3Internet基礎(chǔ)目前，我國提供互聯(lián)網(wǎng)接入服務(wù)的運(yùn)營商主要有以下幾個(gè)。中國公用計(jì)算機(jī)互聯(lián)網(wǎng)ChinaNET。中國教育和科研網(wǎng)CERNET。中國科學(xué)技術(shù)網(wǎng)CSTNET。中國金橋信息網(wǎng)ChinaGBN。中國網(wǎng)絡(luò)通信集團(tuán)CHINA169。中國國際經(jīng)濟(jì)貿(mào)易互聯(lián)網(wǎng)CIETNET。中國聯(lián)通互聯(lián)網(wǎng)UNINET。中國移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)CMNET。ChinaNET、CERNET、CSTNET、ChinaGBN被稱為中國四大互聯(lián)網(wǎng)。6.3Internet基礎(chǔ)6.3.3常用的Internet服務(wù)1．萬維網(wǎng) 2．電子郵件3．文件傳輸 4．遠(yuǎn)程登錄6.3.4Internet中的地址1.IP地址一個(gè)IP地址包含32位二進(jìn)制數(shù)，按字節(jié)分為四段，每段的取值范圍為0～255，段間用圓點(diǎn)“.”分開。1）IP地址的劃分將IP地址劃分為A、B、C、D、E五類，其中A類、B類、C類地址經(jīng)常使用，稱為IP主類地址，它們均由兩部分組成，如圖6.21所示。D類和E類地址被稱為IP次類地址。6.3Internet基礎(chǔ)圖6.21IP地址格式6.3Internet基礎(chǔ)2）公有IP和私有IPPublicIP：Internet全局有效。PrivateIP：只能在局域網(wǎng)中使用。注：子網(wǎng)掩碼中為“1”的二進(jìn)制位表示網(wǎng)絡(luò)ID范圍。2.域名系統(tǒng)Internet提供了一種域名系統(tǒng)DNS（DomainNameSystem），為主機(jī)分配一個(gè)由多個(gè)部分組成的域名，域名采用層次樹狀結(jié)構(gòu)的命名方法，各部分之間用圓點(diǎn)“.”隔開。它的層次從左到右，逐級(jí)升高，其一般格式如下：計(jì)算機(jī)名.組織機(jī)構(gòu)名.二級(jí)域名.頂級(jí)域名一臺(tái)計(jì)算機(jī)只能有一個(gè)IP地址，但是卻可以有多個(gè)域名。6.3Internet基礎(chǔ)1）頂級(jí)域名（1）國家頂級(jí)域名。見P187表6.3列出了一些常見的國家或地區(qū)代碼命名的域。（2）國際頂級(jí)域名：國際性的組織可在int下注冊(cè)。（3）通用頂級(jí)域名：最早的通用頂級(jí)域名共有六個(gè)，即com表示公司、企業(yè)；net表示網(wǎng)絡(luò)服務(wù)機(jī)構(gòu)；org表示非盈利性組織；edu表示教育機(jī)構(gòu)；gov表示政府部門（美國專用）；mil表示軍事部門（美國專用）。2）二級(jí)域名在國家頂級(jí)域名注冊(cè)的二級(jí)域名均由該國自行確定。我國將二級(jí)域名劃分為“類別域名”和“行政區(qū)域名”。若在二級(jí)域名edu下申請(qǐng)注冊(cè)三級(jí)域名，則由中國教育和科研網(wǎng)絡(luò)中心CernetNIC負(fù)責(zé)；若在二級(jí)域名edu之外的其他二級(jí)域名下申請(qǐng)注冊(cè)三級(jí)域名，則應(yīng)向中國互聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)信息中心CNNIC申請(qǐng)。6.3Internet基礎(chǔ)3）組織機(jī)構(gòu)名圖6.22Internet的名字空間示意圖6.3Internet基礎(chǔ)3.統(tǒng)一資源定位器統(tǒng)一資源定位器又叫URL（UniformResourceLocator），是專為標(biāo)識(shí)Internet網(wǎng)上資源位置而設(shè)的一種編址方式，平時(shí)所說的網(wǎng)頁地址指的即是URL。//主機(jī)IP地址或域名地址/資源所在路徑和文件名，4.IPv6簡介IPv6（InternetProtocolVersion6）是因特網(wǎng)的新一代通信協(xié)議，在兼容了現(xiàn)有IPv4所有功能的基礎(chǔ)上，增加了一些更新的功能。（1）地址擴(kuò)展。 （2）簡化了IP報(bào)頭的格式。（3）可擴(kuò)展性。 （4）安全性。（5）流標(biāo)號(hào)。6.3Internet基礎(chǔ)6.3.5Internet接入技術(shù)1.骨干網(wǎng)和接入網(wǎng)的概念骨干網(wǎng)又稱為核心網(wǎng)，由所有用戶共享。它通常是基于光纖的，能夠?qū)崿F(xiàn)大范圍（在城市之間和國家之間）的數(shù)據(jù)傳送，通常采用高速傳輸技術(shù)和高速交換設(shè)備，并提供網(wǎng)絡(luò)路由。接入網(wǎng)就是通常所說的最后1km的連接——即用戶終端設(shè)備與骨干網(wǎng)之間的連接。也就是本地交換單元與用戶之間的連接部分，通常包括用戶線路傳輸系統(tǒng)、復(fù)用設(shè)備、數(shù)字交叉連接設(shè)備與用戶/網(wǎng)絡(luò)接口等。2.調(diào)制解調(diào)器撥號(hào)接入缺點(diǎn)是速度較慢，接入速度只有56Kb/s，上網(wǎng)的時(shí)候無法接打電話。6.3Internet基礎(chǔ)3.IDSL速度有所提高，可以達(dá)到126Kb/s。優(yōu)點(diǎn)在于可以上網(wǎng)、打電話同時(shí)進(jìn)行。4.DDN專線速率從64Kb/s～2Mb/s可選5.ATM異步傳輸方式ATM技術(shù)具有如下特點(diǎn)：（1）實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)傳輸有連接服務(wù)，實(shí)現(xiàn)服務(wù)質(zhì)量保證（QoS）。（2）交換吞吐量大、帶寬利用率高。（3）具有靈活的組網(wǎng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)和負(fù)載平衡能力，伸縮性、可靠性極高。（4）ATM是現(xiàn)今唯一可同時(shí)應(yīng)用于局域網(wǎng)、廣域網(wǎng)兩