《計算機應用基礎》：計算機網(wǎng)絡基礎知識

《計算機應用基礎》：計算機網(wǎng)絡基礎知識

計算機網(wǎng)絡是計算機技術(shù)與通信技術(shù)相結(jié)合的產(chǎn)物，嚴格來說，計算機

網(wǎng)絡并無一個統(tǒng)一的定義，隨著現(xiàn)代計算機與通信技術(shù)的發(fā)展，以及人們

考慮問題的側(cè)重點不同，對于計算機網(wǎng)絡的含義往往有著不盡一致的理解，

但是都有一個共同的基本點：計算機的互聯(lián)與資源共享。一般來說，我們

可以將計算機網(wǎng)絡定義為：

計算機網(wǎng)絡是用不同形式的通信線路將分散在不同地點并具有獨立功

能的多臺計算機系統(tǒng)互相連接，按照網(wǎng)絡協(xié)議進行數(shù)據(jù)通信，實現(xiàn)資源共

享的信息系統(tǒng)。這里，"連接"有兩重含義：一是指通過傳輸介質(zhì)和傳輸設備

建立的物理上的連接；二是指由一些網(wǎng)絡軟件實現(xiàn)的邏輯上的連接。

與單臺的計算機系統(tǒng)相比，計算機網(wǎng)絡的最主要功能就是資源共享，

具體表現(xiàn)在以下3個方面。

計算機網(wǎng)絡功能

(1)通信。通信是指在計算機之間傳送數(shù)據(jù)。例如，文件傳輸協(xié)議(File

電子郵件()、網(wǎng)絡傳呼(、微信)、

TransferProtocolzFTP).E-mailQQ

IP電話、萬維網(wǎng)(WWW)、公告板系統(tǒng)(BulletinBoardSystem,BBS)

等。

(2)資源共享。資源共享即實現(xiàn)計算機硬件資源、軟件資源和信息資

源的異地互用。"共享"是指可以互通有無和異地使用。例如，使用異地的大

型計算機進行本地計算機無法進行的計算，使用瀏覽器從其他計算機中獲

取信息等。

(3)提高計算機系統(tǒng)的可靠性。在計算機網(wǎng)絡中，各臺計算機間可以

互為后備，從而提高了計算機系統(tǒng)的可靠性。

計算機網(wǎng)絡的形成與發(fā)展經(jīng)歷了4個階段:

第1階段

計算機技術(shù)與通信技術(shù)相結(jié)合，形成計算機網(wǎng)絡的雛形.

在第一代計算機網(wǎng)絡中，人們將地理位置分散的多個終端通過通信線路連接到一臺中心計算機上.用戶可以彳

的辦公室內(nèi)的終端鍵入程序，通過通信線路傳送到中心甘算機，分時訪問和使用其資源進行信息處理，處理結(jié)黑

通信線路回送用戶終端顯示或打印.人們把這種以單個計算機為中心的聯(lián)機系統(tǒng)稱作面向終端的遠程聯(lián)機系統(tǒng)。

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第2階段

在討算機通信網(wǎng)絡的基礎上，完成網(wǎng)絡體系結(jié)構(gòu)與協(xié)議研究，形成了因特網(wǎng)的前身。

這一階段研究的典型代表是美國國防部高級研究計劃局（AdvancedResearchProjectsAgency,ARPA）白

ARPANET（通常稱為ARPA網(wǎng)）.ARPA網(wǎng)通過有線、無線與衛(wèi)星通信線路，使網(wǎng)絡覆蓋了從美國本土到夏威夷

歐洲的廣闊地域.ARPA網(wǎng)是日算機網(wǎng)絡技術(shù)發(fā)展的一重要的里程碑，也被認為是因特網(wǎng)的前身.這項研究首》

了資源子網(wǎng)與通信子網(wǎng)的概念.計算機網(wǎng)絡的資源子網(wǎng)與通信子網(wǎng)的結(jié)構(gòu)使網(wǎng)絡的數(shù)據(jù)處理與數(shù)據(jù)通信有了清晰￡

界面.計算機網(wǎng)絡可以分成資源子網(wǎng)與通信子網(wǎng).通信子網(wǎng)可以是專用的，也可以是公用的。

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第3階段

在解決計算機聯(lián)網(wǎng)與網(wǎng)絡互連標準化問題的背景下，提出”開放系統(tǒng)互連參考模型（OpenSystenIntercon

ReferenceModel,OSIRM,簡稱OSI）”與協(xié)議，促進了符告國際標準的計尊機網(wǎng)珞技術(shù)的發(fā)展.

經(jīng)過多年卓有成效的工作，ISO正式制定、頒布了“開放系統(tǒng)互連參考模型"，BPISO/IEC7498國際標準.，

是一個開放體系結(jié)構(gòu)，它規(guī)定網(wǎng)絡分為7層，并劃分了每一層的功能.OSI模型已被國際社會所公認，成為研究和

T弋計算機網(wǎng)絡標準的基礎.特別要說明的是，因特網(wǎng)（Internet）遵循的是TCP/IP（TransmissionControlPr

InternetProtocol,傳輸控制協(xié)議/網(wǎng)際協(xié)議）參考模型，也是一種分層模型。它是一種事實上的工業(yè)標準。

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第4階段

計算機網(wǎng)絡向互聯(lián)、高速、智能化方向發(fā)展，并獲得廣泛的應用.

目前，計苴機網(wǎng)絡的發(fā)展正處于第4階段.這一階段計算機網(wǎng)絡發(fā)展的特點是：越來越多的不同種網(wǎng)絡在TCP,

礎上進行互聯(lián)，高速接入技術(shù)不斷產(chǎn)生，網(wǎng)絡的智能化管理和安全性也得到發(fā)展。在IP基礎上的各種應用越來越2

計算機網(wǎng)絡的形成與發(fā)展

Internet中包含的網(wǎng)絡是各種各樣的，它們的硬件組成以及運行的協(xié)議

也不相同。要使大家一辦調(diào)工作，必須有一個大家都公認的協(xié)議，這就是

TCP/IP協(xié)議組，它的前身是ARPANET的通信協(xié)議。由于Internet的巨大

成功，TCP/IP已經(jīng)成為世界公認的事實上的網(wǎng)絡標準。TCP/IP模型是在物

理網(wǎng)基礎上建立的，它自下而上分成物理鏈路層、網(wǎng)絡層、運輸層、應用

層共4層。

網(wǎng)絡層的主要作用是解決網(wǎng)絡互聯(lián)中的問題，即網(wǎng)際尋址(包括地址格式、地址轉(zhuǎn)換等),主要協(xié)議有IP協(xié)

際控制信息協(xié)議、路由協(xié)議.

物理鏈路層

物理鏈路層負責將IP包封裝成適合在其體的物理網(wǎng)絡上傳箱的幀結(jié)構(gòu)，并且交付傳輸。它包括：

?用于協(xié)作IP包在現(xiàn)有網(wǎng)絡介質(zhì)上傳輸?shù)膮f(xié)議，如IEEE802.x.

?【P地址與實際物理網(wǎng)絡地址間的地址解析協(xié)議(AddressResolutionProtocol.ARP)與反向地址轉(zhuǎn)換協(xié)

(ReverseAddressResolutionProtocol,RARP)。

?用于串行線路連接主機一網(wǎng)絡或者網(wǎng)絡一網(wǎng)絡的串行線路網(wǎng)際協(xié)議(SerialLineInternetProtocol,SLIP

對點協(xié)議(PointtoPointProtocol,PPP).

TCP/IP模型

TCP/IP模型自下而上各層(物理鏈路層、網(wǎng)絡層、運輸層、應用層)

信息傳輸?shù)母袷椒謩e是：比特流、幀、包(報文分組)和報文。

計算機網(wǎng)絡的分類標準很多，通常是按照網(wǎng)絡覆蓋的地理范圍的大小分

為局域網(wǎng)、城域網(wǎng)、廣域網(wǎng)。

(1)局域網(wǎng)(LocalAreaNetwork,LAN)o局域網(wǎng)是計算機硬件在

比較小的范圍內(nèi)由通信線路組成的網(wǎng)絡。它一般限定在較小的區(qū)域內(nèi)，通

常采用有線的方式連接起來。LAN一般在距離上不超過10km,通常安裝

在一個建筑物或校園(園區(qū))中。覆蓋的地理范圍從幾十米至數(shù)千米。例

如，一個實驗室、一棟大樓、一個校園或一個單位，將各種計算機、終端

與外部設備互聯(lián)成網(wǎng)。局域網(wǎng)傳輸速率較高，通常為10~1000Mb/s,由

學校、單位或公司集中管理。通過局域網(wǎng)，各種計算機可以共享資源，如

共享打印機和數(shù)據(jù)庫。

(2)城域網(wǎng)(MetropolitanAreaNetwork,MAN)0城域網(wǎng)規(guī)模

局限在一座城市的范圍內(nèi)，覆蓋的地理范圍從幾十千米至數(shù)百千米。城域

網(wǎng)基本上是局域網(wǎng)的延伸，像一個大型的局域網(wǎng)，通常使用與局域網(wǎng)相似

的技術(shù)，但是在傳輸介質(zhì)和布線結(jié)構(gòu)方面牽涉范圍較廣。例如，滿足一座

城市范圍內(nèi)大型企業(yè)、機關、公司以及社會服務部門的計算機聯(lián)網(wǎng)需求，

實現(xiàn)大量用戶的多媒體信息(聲音方面包含語音和音樂；圖形方面包含動

畫和視頻圖像；文字方面包含電子郵件和超文本網(wǎng)頁等)共享。

(3)廣域網(wǎng)(WideAreaNetwork,WAN)。廣域網(wǎng)跨越國界、洲

界，甚至覆蓋全球范圍，其采用的技術(shù)、應用范圍和協(xié)議標準方面有所不

同。覆蓋的地理范圍從數(shù)百千米至數(shù)千千米，甚至上萬千米。它可以是一

個地區(qū)或一個國家，縣至世界幾大洲。

網(wǎng)絡上的計算機稱為主機(Host),主機通過通信子網(wǎng)連接。通信子網(wǎng)的

功能是把消息從一臺主機傳輸?shù)搅硪慌_主機。通信子網(wǎng)由傳輸信道和轉(zhuǎn)接

設備兩部分組成。傳輸信道用于機器之間傳送數(shù)據(jù)。轉(zhuǎn)接設備是一種特殊

的計算機，用于連接兩條甚至更多條傳輸線。當數(shù)據(jù)從傳輸線到達時，轉(zhuǎn)

接設備必須為它選擇一條傳遞用的輸出線。

(4)互聯(lián)網(wǎng)(Internet)?；ヂ?lián)網(wǎng)即廣域網(wǎng)、局域網(wǎng)及單機按照一定

的通信協(xié)議組成的國際計算機網(wǎng)絡?；ヂ?lián)網(wǎng)是指將兩臺計算機或兩臺以上

的計算機客戶端、服務端通過計算機信息技術(shù)的手段互相聯(lián)系起來的結(jié)果。

互聯(lián)網(wǎng)始于1969年的美國，又稱因特網(wǎng)，是全球性的網(wǎng)絡。

拓撲結(jié)構(gòu)是計算機網(wǎng)絡的重要特性。從拓撲學的觀點看，網(wǎng)絡是由一組

節(jié)點（Node）和連接節(jié)點的鏈路（Link）組成的。在計算機網(wǎng)絡中,計算

機作為節(jié)點，連接計算機的通信線路作為鏈路，形成計算機的地理分布和

互聯(lián)關系上的幾何構(gòu)型。這種計算機與鏈路之間的拓撲關系，稱為計算機

網(wǎng)絡的拓撲結(jié)構(gòu)。計算機網(wǎng)絡的拓撲結(jié)構(gòu)主要有以下幾種：

拓

撲優(yōu)缺

結(jié)構(gòu)圖解釋說明

結(jié)占點

構(gòu)

故

結(jié)

障檢

構(gòu)簡

測比

通過一條傳輸線路將網(wǎng)絡中所有節(jié)點連單，

總較困

rI接起來。網(wǎng)絡中各節(jié)點都通過總線進行通信，容易

線難。

U在同一時刻只允許一對節(jié)點占用總線進行通實

型總線

信現(xiàn)，

中任

易擴

何一

充

個節(jié)

點出

現(xiàn)線

路故

障，

都可

能造

成網(wǎng)

絡癱

瘓

中

心節(jié)

結(jié)點是

構(gòu)簡全網(wǎng)

在星型拓撲結(jié)構(gòu)中，每個節(jié)點都由一個單單，可靠

星□獨的通信線路與中心節(jié)點連接。中心節(jié)點控制實現(xiàn)性的

型全網(wǎng)的通信，任何I兩個節(jié)點之間的通信均要通容瓶

過中心節(jié)點易1頸，

便于中心

管理節(jié)點

—曰

出現(xiàn)

故障

會造

成全

網(wǎng)癱

瘓

每

個節(jié)

點與

連接

結(jié)

節(jié)點

構(gòu)簡

之間

單，

的通

實現(xiàn)

—在環(huán)型拓撲結(jié)構(gòu)中各節(jié)點通過通信線路信線

容

型組成閉合環(huán)型。環(huán)中數(shù)據(jù)沿一個方向傳輸路都

易，

成為

傳輸

網(wǎng)絡

延遲

可靠

確定

性瓶

頸。

環(huán)中

任何

一個

節(jié)點

出現(xiàn)

線路

故

障，

都可

能造

成網(wǎng)

絡癱

瘓

樹型拓撲結(jié)構(gòu)可以看作星型拓撲結(jié)構(gòu)的

機

擴展。在樹型拓撲結(jié)構(gòu)中，節(jié)點按層次進行連

型

□接。樹型拓撲網(wǎng)絡適用于匯集信息的應用要求

結(jié)

構(gòu)復

網(wǎng)狀型拓撲結(jié)構(gòu)中，節(jié)點之間的連接是任系

雜，

網(wǎng)M一,―-

-1意的，沒看規(guī)律。目前實際存在和使用的遠程統(tǒng)可

狀必須

計算機網(wǎng)絡的拓撲基本上都采用了網(wǎng)狀型拓靠性

型□采用

撲結(jié)構(gòu)高

路由

選擇

算法

與流

量控

制方

法

通俗地說，網(wǎng)絡協(xié)議就是網(wǎng)絡之間溝通、交流的橋梁，只有相同網(wǎng)絡協(xié)

議的計算機才能進行信息的溝通與交流。從專業(yè)角度定義，網(wǎng)絡協(xié)議是計

算機在網(wǎng)絡中實現(xiàn)通信時必須遵守的約定，也就是通信協(xié)議(

Protocol)e

網(wǎng)絡協(xié)議主要是對信息傳輸?shù)乃俾?、傳輸代碼、代碼結(jié)構(gòu)、傳輸控制步驟、

出錯控制等做出規(guī)定并制定標準。常見的網(wǎng)絡協(xié)議有以下幾種：

(1)傳輸控制協(xié)議/網(wǎng)際協(xié)議(TCP/IP)。在實際應用中，最重要的是

TCP/IP,它是目前最流行的商業(yè)化的協(xié)議,也是因特網(wǎng)使用的協(xié)議。相對

于OSI,它是當前的工業(yè)標準或"事實的標準"，在1974年由VintonCerf

和RobertKahn提出。它從下至上分為4個層次：物理鏈路層、網(wǎng)絡層、

運輸層、應用層。

(2)超文本傳送協(xié)議(HypertextTransferProtocol,HTTP)。它

是用于從WWW服務器傳輸超文本到本地瀏覽器的傳送協(xié)議。它可以使瀏

覽器更加高效，使網(wǎng)絡傳輸減少。它不僅可保證計算機正確快速地傳輸超

文本文檔，還可確定傳輸文檔中的哪一部分，以及哪部分內(nèi)容首先顯示等。

HTTP是一個應用層協(xié)議，由請求和響應構(gòu)成，是一個標準的客戶端/服務

器模型.它的主要特點是：

?支持客戶/服務器模式。

?簡單快速：當客戶向服務器請求服務時，只需傳送請求方法和路徑。

?靈活：HTTP允許傳輸任意類型的數(shù)據(jù)對象。

?無連接：無連接的含義是限制每次連接只處理一個請求。服務器處理

完客戶的請求，并收到客戶的應答后，即斷開連接。

?無狀態(tài)：無狀態(tài)是指協(xié)議對于事務處理沒有記憶能力。缺少狀態(tài)意味

著如果后續(xù)處理需要前面的信息，則它必須重傳，這樣可能導致每次連接

傳送的數(shù)據(jù)量增大。反之，在服務器不需要先前信息時它的應答就較快。

簡單郵件傳輸協(xié)議(

(3)SimpleMailTransferProtocol,SMTP)o

SMTP是一種提供可靠且有效電子郵件傳輸?shù)膮f(xié)議。SMTP是建立在FTP

文件傳輸服務上的一種郵件服務，主要用于傳輸系統(tǒng)之間的郵件信息并提

供與來信有關的通知。SMTP目前已是事實上的在Internet傳輸E-mail

的標準，是一個相對簡單的基于文本的協(xié)議。在其之上只要指定了一條消

息的一個或多個接收者(在大多數(shù)情況下被確定是存在的)，然后消息文

本就可以傳輸了。

SMTP的重要特性之一是其能跨越網(wǎng)絡傳輸郵件。

從局域網(wǎng)應用角度看，局域網(wǎng)主要有以下特點：

?局域網(wǎng)覆蓋有限的地理范圍，一般在幾千米以內(nèi)。它適用于機關、

公司、校園、軍營、工廠等有限范圍內(nèi)的計算機、終端與各類信息處理設

備聯(lián)網(wǎng)的需求。

?局域網(wǎng)具有高數(shù)據(jù)傳輸速率(10~10000Mbps)、低誤碼率(<10

-8)的高質(zhì)量數(shù)據(jù)傳輸環(huán)境。

?局域網(wǎng)一般屬于一個單位所有，易于建立、維護和擴展。

?決定局域網(wǎng)特性的主要技術(shù)要素是網(wǎng)絡拓撲、傳輸介質(zhì)與介質(zhì)訪問

控制方法。

局域網(wǎng)由網(wǎng)絡硬件和網(wǎng)絡軟件兩部分組成。網(wǎng)絡硬件主要有服務器、工

作站、傳輸介質(zhì)和網(wǎng)絡連接部件等。工作站和服務器之間的連接是通過傳

輸介質(zhì)和網(wǎng)絡連接部件來實現(xiàn)的。網(wǎng)絡連接部件主要包括網(wǎng)卡、中繼器、

集線器和交換機等。網(wǎng)絡軟件包括網(wǎng)絡操作系統(tǒng)、控制信息傳輸?shù)木W(wǎng)絡協(xié)

議及相應的協(xié)議軟件、大量的網(wǎng)絡應用軟件等。

服務器

工彳錨

網(wǎng)絡硬件網(wǎng)卡

傳輸介質(zhì)

中繼器

網(wǎng)絡妾部件

集線器

局

域交換機

網(wǎng)

網(wǎng)絡操作系統(tǒng)

網(wǎng)絡軟件控制信息傳輸?shù)木W(wǎng)絡協(xié)議及相應的協(xié)議軟

網(wǎng)絡應用軟件

局域網(wǎng)的基本組成

(1)服務器。服務器是整個網(wǎng)絡系統(tǒng)的核心，它為網(wǎng)絡用戶提供服務

并管理整個網(wǎng)絡，在其上運行的操作系統(tǒng)是網(wǎng)絡操作系統(tǒng)(Windows

或隨著局域網(wǎng)功能的不斷增強，根據(jù)服務器在網(wǎng)

Server.LinuxUNIX)e

絡中所承擔的任務和所提供的功能不同，服務器可分為文件服務器、打印

服務器和通信服務器。在因特網(wǎng)上還有Web、FTP、E-mail服務器等。在

整個網(wǎng)絡中，服務器的工作量通常是普通工作站的幾倍甚至幾十倍。

(2)工作站，又稱客戶機。客戶機是指當一臺計算機連接到局域網(wǎng)時，

這臺計算機就成為局域網(wǎng)的一個客戶機?？蛻魴C與服務器不同，服務器為

網(wǎng)絡上許多網(wǎng)絡用戶提供服務以共享它的資源，而客戶機僅對操作該客戶

機的用戶提供服務?？蛻魴C是用戶和網(wǎng)絡的接口設備,用戶通過它可以與

網(wǎng)絡交換信息，共享網(wǎng)絡資源?？蛻魴C都用具有一定處理能力的個人計算

機(PersionalComputer,PC)來承擔。客戶機有自己的操作系統(tǒng)

(Windows或Linux),通過運行有關的網(wǎng)絡應用軟件,訪問服務器共享

資源。

(3)網(wǎng)絡適配器(NetworkInterfaceCard,NIC),也就是俗稱的

網(wǎng)卡。網(wǎng)卡是構(gòu)成計算機局域網(wǎng)絡系統(tǒng)中最基本的、最重要的和必不可少

的連接設備，計算機