第4章網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)

第4章網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)本章學習重點了解計算機網(wǎng)絡(luò)的基礎(chǔ)知識掌握計算機網(wǎng)絡(luò)的定義和分類認識計算機網(wǎng)絡(luò)的傳輸介質(zhì)和網(wǎng)絡(luò)設(shè)備了解Internet常識掌握IP地址和域名地址的功能和格式了解接入Internet的各種方法熟練掌握Internet提供的典型服務(wù)的原理掌握數(shù)據(jù)通訊機制4.1.1計算機網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展

1．計算機網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展階段（1）遠程終端訪問（2）分時多用戶系統(tǒng)（3）計算機網(wǎng)絡(luò)（4）全球互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)2．計算機網(wǎng)絡(luò)發(fā)展趨勢目前計算機網(wǎng)絡(luò)技術(shù)研究的熱點主要包括以下幾方面:無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)（移動）研究對等網(wǎng)（P2P）應(yīng)用研究網(wǎng)絡(luò)中的信息表示技術(shù)網(wǎng)格技術(shù)研究IPv4與IPv6過渡中的問題研究家庭網(wǎng)絡(luò)設(shè)計研究4.1.2計算機網(wǎng)絡(luò)的定義與功能1．計算機網(wǎng)絡(luò)定義計算機網(wǎng)絡(luò)是計算機技術(shù)和通信技術(shù)相結(jié)合的產(chǎn)物計算機網(wǎng)絡(luò)的主要目的在于實現(xiàn)數(shù)據(jù)通信和.資源共享.通常把地理位置不同，具有獨立功能的多個計算機系統(tǒng)，通過通信設(shè)備和線路連接起來，且以功能完善的網(wǎng)絡(luò)軟件（網(wǎng)絡(luò)協(xié)議、信息交換方式及網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)等）實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)資源共享的系統(tǒng)，稱為計算機網(wǎng)絡(luò).2．計算機網(wǎng)絡(luò)功能（1）數(shù)據(jù)通信（2）資源共享（3）遠程傳輸(4）集中管理（5）實現(xiàn)分布式處理（6）負載平衡4.1.3計算機網(wǎng)絡(luò)的分類1．按網(wǎng)絡(luò)的覆蓋區(qū)域分類（1）局域網(wǎng)（2）城域網(wǎng)（3）廣域網(wǎng)2．按網(wǎng)絡(luò)的使用范圍分類

（1）公用網(wǎng)（PublicNetwork）（2）專用網(wǎng)（PrivateNetwork）3．按網(wǎng)絡(luò)節(jié)點間資源共享的關(guān)系分類(1）對等網(wǎng)（PeertoPeer）：（2）客戶機/服務(wù)器（Client/Server）4．按網(wǎng)絡(luò)的拓撲結(jié)構(gòu)分類拓撲（Topology）是一種研究與大小、形狀無關(guān)的點、線和面的特性的方法。網(wǎng)絡(luò)拓撲就是拋棄網(wǎng)絡(luò)中的具體設(shè)備，把它們統(tǒng)一抽象為一個“點”，而把通信線路統(tǒng)一抽象成“線”，用對“點”和“線”的研究取代對具體通信網(wǎng)絡(luò)的研究。

（a）總線型（b）環(huán)型

（c）星型（d）樹型圖4-1常見網(wǎng)絡(luò)拓撲結(jié)構(gòu)4.1.4計算機網(wǎng)絡(luò)協(xié)議1．網(wǎng)絡(luò)協(xié)議定義計算機網(wǎng)絡(luò)中用于規(guī)定信息的格式以及如何發(fā)送和接收信息的一套規(guī)則稱為協(xié)議（Protocol）。2．網(wǎng)絡(luò)協(xié)議組成（1）語法（2）語義（3）同步4.1.5計算機網(wǎng)絡(luò)的體系結(jié)構(gòu)1．ISO/OSI參考模型物理層（PhysicalLayer）：透明地傳送比特流。數(shù)據(jù)鏈路層（DataLinkLayer）：在兩個相鄰結(jié)點間的線路上無差錯地傳送數(shù)據(jù)幀。網(wǎng)絡(luò)層（NetworkLayer）：分組傳送、路由選擇和流量控制。傳輸層（TransportLayer）：端到端經(jīng)網(wǎng)絡(luò)透明地傳送報文。會話層（SessionLayer）：建立、組織和協(xié)調(diào)兩個進程之間的相互通信。表示層（PresentationLayer）：主要進行數(shù)據(jù)格式轉(zhuǎn)換和文本壓縮。應(yīng)用層（ApplicationLayer）：直接為用戶的應(yīng)用進程提供服務(wù)。2．TCP/TP參考模型圖4-2TCP/IP參考模型TCP/IP四層（1）網(wǎng)絡(luò)接口層（2）Internet層（3）傳輸層（4）應(yīng)用層4.1.6數(shù)據(jù)通信基礎(chǔ)1．數(shù)據(jù)通信模型信息的傳遞是通過通信系統(tǒng)來實現(xiàn)的，通信系統(tǒng)的基本模型共有五個基本組件，即發(fā)送設(shè)備、接受設(shè)備、發(fā)送機、信道和接收機。其中，把除去兩端設(shè)備的部分叫做信息傳輸系統(tǒng)。信息傳輸通信系統(tǒng)由三個主要部分組成信源（發(fā)送機）、信宿（接收機）和信道。圖4-3

標準的數(shù)據(jù)通信模型2．數(shù)據(jù)交換技術(shù)（1）電路交換（2）報文交換（3）分組交換數(shù)據(jù)報方式虛電路方式3．傳輸速率數(shù)據(jù)傳輸速率是描述數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)的重要技指標之一。數(shù)據(jù)傳輸速率在數(shù)值上等于每秒種傳輸構(gòu)成數(shù)據(jù)代碼的二進制比特數(shù)，單位為比特/秒，記作bps。對于二進制數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)傳輸速率為：S=1/T(bps)

其中，T為發(fā)送每一比特所需要的時間。奈奎斯特準則指出：如果間隔為π/ω(ω=2πf),通過理想通信信道傳輸窄脈沖信號，則前后碼元之間不產(chǎn)生相互竄擾。因此，對于二進制數(shù)據(jù)信號的最大數(shù)據(jù)傳輸速率Rmax與通信信道帶寬B（B=f,單位Hz)的關(guān)系可以寫為：

Rmax＝2.f(bps)對于二進制數(shù)據(jù)若信道帶寬B=f=3000Hz，則最大數(shù)據(jù)傳輸速率為6000bps。

香農(nóng)定理指出：在有隨機熱噪聲的信道上傳輸數(shù)據(jù)信號時，數(shù)據(jù)傳輸速率Rmax與信道帶寬B、信噪比S/N的關(guān)系為：

Rmax＝B*log2(1+S/N)

式中，Rmax單位為bps,帶寬B單位為Hz。4．多路復用技術(shù)當傳輸介質(zhì)的帶寬超過了傳輸單個信號所需的帶寬，人們就通過在一條媒體上同時攜帶多個傳輸信號的方法來提高傳輸系統(tǒng)的利用率，這就是所謂的多路復用。圖4-4多路復用原理示意圖（1）頻分多路復用（2）時分多路復用（3）波分多路復用（4）碼分多路復用

4.1.7移動通訊簡介

1．模擬蜂窩無線通信2．數(shù)字蜂窩無線通信2G3．第三代移動通信3G4.2計算機網(wǎng)絡(luò)的組成計算機網(wǎng)絡(luò)由網(wǎng)絡(luò)硬件系統(tǒng)和軟件系統(tǒng)組成。4.2.1網(wǎng)絡(luò)硬件系統(tǒng)

1．網(wǎng)絡(luò)硬件組成網(wǎng)絡(luò)硬件系統(tǒng)包括：計算機（網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器、網(wǎng)絡(luò)工作站）、傳輸介質(zhì)、網(wǎng)絡(luò)設(shè)備、其它設(shè)備（外部設(shè)備、硬件防火墻）。2．網(wǎng)絡(luò)傳輸介質(zhì)（1）有線傳輸介質(zhì)常用的網(wǎng)絡(luò)有線傳輸介質(zhì)主要有雙絞線、同軸電纜和光纖

（a）雙絞線（b）同軸電纜（c）光纖圖4-5

常用有線傳輸介質(zhì)（2）無線傳輸介質(zhì)電磁波可以直接在空間傳輸，目前用作數(shù)據(jù)通信手段的較成熟的無線技術(shù)主要有紅外線通信、激光通信和微波通信。3．常用網(wǎng)絡(luò)設(shè)備線器、網(wǎng)橋、交換機、路由器等，如圖5-4所示。

（a）網(wǎng)卡（b）調(diào)制解調(diào)器（c）中繼器（d）集線器

（e）無線網(wǎng)橋（f）交換機（g）路由器圖4-6

常用網(wǎng)絡(luò)設(shè)備4.2.2網(wǎng)絡(luò)軟件系統(tǒng)1．網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)軟件（1）Windows類（2）NetWare類（3）Unix系統(tǒng)（4）Linux2．網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用軟件4.3Internet基礎(chǔ)

4.3.1Internet概述1．Internet的發(fā)展2．Internet在中國（1）CHINANET（2）中國教育與科研網(wǎng)（CERNET）4.3.2IP地址和域名地址

TCP/IP協(xié)議要求網(wǎng)上的每臺計算機擁有自己唯一的標志，這個標志就稱為IP地址（1）IPv4我們以最常用的A、B、C三類地址為例，來看看這些地址是如何構(gòu)成的。①A類地址②B類地址③C類地址④D、E類地址⑤子網(wǎng)掩碼（2）IPv6

IPv6是下一版本的互聯(lián)網(wǎng)協(xié)議IPv4采用32位地址長度，只有大約43億個地址，估計在2005～2010年間將被分配完畢，IPv6采用128位地址長度，幾乎可以不受限制地提供地址。按保守方法估算IPv6實際可分配的地址，整個地球每平方米面積上可分配1000多個地址。2．域名地址IP地址由32位數(shù)字來表示主機的地址，將域名地址解析成IP地址，用戶只需記住這些形象的域名地址就可以訪問遠程主機。每個域名地址包含幾個層次，每部分稱為域，并用圓點隔開。域名地址是從右至左來表述其意義的，最右邊的部分為頂層域，最左邊的則是某臺主機的機器名稱。一般域名地址可表示為：主機名.單位名.網(wǎng)絡(luò)名.頂層域名。如：

頂層域中的組織機構(gòu)代碼一般由三個字符組成，表示了域名所屬的領(lǐng)域和機構(gòu)性質(zhì)。

表5-1常見組織機構(gòu)代碼域名代碼機構(gòu)性質(zhì)com商業(yè)機構(gòu)edu教育機構(gòu)gov政府部門mil軍事機構(gòu)net網(wǎng)絡(luò)組織int國際機構(gòu)org其它非盈利組織部分國家或地區(qū)代碼域名代碼國家或地區(qū)域名代碼國家或地區(qū)ar阿根廷nl荷蘭au澳大利亞nz新西蘭at奧地利ni尼加拉瓜br巴西no挪威ca加拿大pk巴基斯坦fr法國ru俄羅斯de德國sa沙特阿拉伯gr希臘sg新加坡is冰島se瑞典in印度ch瑞士ie愛爾蘭th泰國il以色列tr土耳其it意大利uk英國jm牙買加us美國jp日本vn越南mx墨西哥tw中國臺灣地區(qū)cn中國大陸地區(qū)hk中國香港地區(qū)4.3.3Internet接入方法1．撥號接入（1）電話撥號接入圖4-7電話撥號接入（2）ISDN接入

ISDN綜合業(yè)務(wù)數(shù)字網(wǎng)（IntegratedServiceDigitalNetwork）是一種能夠同時提供多種服務(wù)的綜合性的公用電信網(wǎng)絡(luò)。圖4-8ISDN接入（3）ADSL接入ADSL（AsymmetricalDigitalSubscriberLine）非對稱數(shù)字用戶線是DSL（DigitalSubscribeLine）數(shù)字用戶線技術(shù)中最常用、最成熟的技術(shù)。2．局域網(wǎng)接入如果用戶所在的單位或者社區(qū)已經(jīng)架構(gòu)了局域網(wǎng)并與Internet相連接，則用戶可以通過該局域網(wǎng)接入Internet。圖4-9局域網(wǎng)接入3．無線接入無線接入方案主要有兩大類。一類是使用無線局域網(wǎng)（WLAN）的方式第二類方案是直接使用手機卡，通過移動通訊來上網(wǎng)圖4-10WLAN接入圖4-11GPRS/CDMA接入4.3.4Internet提供的服務(wù)1．WWW服務(wù)（1）工作原理WWW上的信息通過以超文本（Hypertext）為基礎(chǔ)的頁面來組織，在超文本中使用超鏈接（HyperLink）技術(shù)，可以從一個信息主題跳轉(zhuǎn)到另一個信息主題。圖4-12WWW服務(wù)原理

（2）統(tǒng)一資源定位器URLURL（UniformResourceLocator）即“統(tǒng)一資源定位器”就是文檔在WWW上的“地址”，它可以用于標識Internet或者與Internet相連的主機上的任何可用的數(shù)據(jù)對象。URL格式如下：協(xié)議類型：//<主機名>:<端口>/<路徑>/文件名2．電子郵件服務(wù)（1）工作原理圖4-13電子郵件服務(wù)原理（2）E-mail地址發(fā)送和接收E-mail可以通過郵件服務(wù)提供商提供的Web頁面進行，也可以通過郵件客戶端軟件實現(xiàn)，具體方法見第12章3．文件傳輸服務(wù)

（1）客戶端/服務(wù)器模式圖4-14文件下載和上傳（2）P2P模式P2P是peer-to-peer的縮寫，也稱為對等網(wǎng)絡(luò)或者對等聯(lián)網(wǎng)模式。P2P本質(zhì)思想是整個網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)中的傳輸內(nèi)容不再被保存在中心服務(wù)器中，每一節(jié)點都同時具有下載、上傳和信息追蹤這三方面的功能，每一個節(jié)點的權(quán)利和義務(wù)都是大體對等的。P2P文件傳輸中有一些特殊的術(shù)語BT下載BT服務(wù)