计算机网络笔记（一）

一、计算机网络的发展历史：

①早期的计算机，是通过电话线进行链接的网络，计算机的体系架构是：一台具有计算能力的计算机主机挂接多台终端设备，终端设备没有数据处理能力，只提供键盘和显示器，用于将程序和数据输入给计算机主机和从主机获得计
算结果。计算机主机分时、轮流地为各个终端执行计算任务。

但是这个网络的缺点是 在我们想要进行网络通信的时候，我们需要事先进行链接（也就是进行“拨号”），显然这不是真正意义上的网络。这种通讯方式不适合计算机数据通讯的突发性、密集性特点。

②分组交换网络

分组交换的概念是将整块的待发送数据划分为一个个更小的数据段，在每个数据段前面安装上报头，构成一个个的数据分组（Packets）。每个 Packet 的报头中存放有目标计算机的地址和报文包的序号，网络中的交换机根据数据这样的地址决定数据向哪个方向转发。在这样概念下由传输线路、交换设备和通讯计算机建设起来的网络，被称为分组交换网络。

根据电话线网络我们知道其存在一定的弊端，分组式交换网络则不需要实现建立通讯线路，数据可以随时以分组的形式发送到网络中。分组交换网络不需要呼叫建立线路的关键在于其每个数据包（分组）的报头中都有目标主机的地址，网络交换设备根据这个地址就可以随时为单个数据包提供转发，将之沿正确的路线送往目标主机。

③以太网

我们生活中很多时候我们都会接触这个以太网的 概念，但是什么是以太网呢？

以太网的目的是要解决多台计算机同时使用同一传输介质而相互之间不产生干扰的问题。夏威夷大学的研究结果奠
定了以太网共享传输介质的技术基础，形成了享有盛名的 CSMA/CD 方法。

CSMA/CD的原理是在一台计算机需要使用共享传输介质通讯时，先侦听该共享传输介质是否已经被占用。当共享传输介质空闲的时候，计算机就可以抢用该介质进行通讯。所以又称 CSMA/CD 方法为总线争用方法。

④Internet

Internet 是全球规模最大、应用最广的计算机网络。它是由院校、企业、政府的局域网自发地加入而发展壮大起来的超级网络，连接有数千万的计算机、服务器。通过在 Internet 上发布商业、学术、政府、企业的信息，以及新闻和娱乐的内容和节目，极大地改变了人们的工作和生活方式。

二、计算机网络的组成

计算机网络是由负责传输数据的 网络传输介质和网络设备、使用网络的计算机终端设备和服务器、以及网络操作系统所组成。

①网络传输介质

有四种主要的网络传输介质： 双绞线电缆、光纤、微波、同轴电缆。
在局域网中的主要传输介质是双绞线，这是一种不同于电话线的 8 芯电缆，具有传输 1000Mbps 的能力。光纤在局域网中多承担干线部分的数据传输。使用微波的无线局域网由于其灵活性而逐渐普及。早期的局域网中使用网络同轴电缆，从 1995 年开始，网络同轴电缆被逐渐淘汰，已经不在局域网中使用了。于 由于 Cable Modem  的使用，电视同轴电缆还在充当 Internet 。

②网络交换设备

网络交换设备是把计算机连接在一起的基本网络设备。计算机之间的数据报通过交换机转发。因此，计算机要连接到局域网络中，必须首先连接到交换机上（我的理解就是：让网络自动识别我们要往哪里发送，也就是转发的问题，所以是必须先连接一个交换机）。不同种类的网络使用不同的交换机。常见的有：以太网交换机、ATM 交换机、帧中继网的帧中继交换机、令牌网交换机、FDDI 交换机等。可以使用称为 Hub 的网络集线器替代交换机。Hub 的价格低廉，但会消耗大量的网络带宽资源。由于局域网交换机的价格已经下降到低于 PC 计算机的价格，所以正式的网络已经不再使用 Hub。

 注：什么是交换机？（交换机原理）

交换机工作于OSI参考模型的第二层，即数据链路层。交换机内部的CPU会在每个端口成功连接时，通过将MAC地址和端口对应，形成一张MAC表。在今后的通讯中，发往该MAC地址的数据包将仅送往其对应的端口，而不是所有的端口。因此，交换机可用于划分数据链路层广播，即冲突域；但它不能划分网络层广播，即广播域。

③网络互连设备

网络互联设备主要是指路由器。路由器是连接网络的必须设备，在网络之间转发数据报。
路由器不仅提供同类网络之间的互相连接，还提供不同网络之间的通讯。比如：局域网与广域网的连接、以太网与帧中继网络的连接等等。
在广域网与局域网的连接中，

调制解调器也是一个重要的设备。调制解调器用于将数字信号调制成频率带宽更窄的信号，以便适于广域网的频率带宽。最常见的是使用电话网络或有线电视网络接入互联网。
中继器是一个延长网络电缆和光缆的设备，对衰减了的信号起再生作用。
网桥是一个被淘汰了的网络产品，原来用来改善网络带宽拥挤。交换机设备同时完成了网桥需要完成的功能，交换机的普及使用是终结网桥使命的直接原因。

④网络终端与网络服务器

网络终端也称网络工作站，是使用网络的计算机、网络打印机等。在客户/服务器网络中，客户机指网络终端。
网络服务器是被网络终端访问的计算机系统，通常是一台高性能的计算机，例如大型机、小型机、UNIX
工作站和服务器 PC 机，安装上服务器软件后构成网络服务器，被分别称为大型机服务器、小型机服务器、
UNIX 工作站服务器和 PC 机服务器
网络服务器是计算机网络的核心设备，网络中可共享的资源，如数据库、大容量磁盘、外部设备和多
媒体节目等，通过服务器提供给网络终端。服务器按照可提供的服务可分为文件服务器、数据库服务器、
打印服务器、Web 服务器、电子邮件服务器、代理服务器等。

⑤网络操作系统

网络操作系统是安装在网络终端和服务器上的软件。网络操作系统完成数据发送和接收所需要的数据分组、报文封装、建立连接、流量控制、出错重发等工作。现代的网络操作系统都是随计算机操作系统一同开发的，网络操作系统是现代计算机操作系统的一个重要组成部分。

下图是计算机网络组成部分图：

三、计算机网络的分类

①根据覆盖的地理范围

按照计算机网络所覆盖的地理范围的大小进行分类， 计算机网络可分为：局域网、城域网和广域网。
了解一个计算机网络所覆盖的地理范围的大小，可以使人们能一目了然地了解该网络的规模和主要技术。
局域网（LAN）的覆盖范围一般在方圆几十米到几公里。典型地是一个办公室、一个办公楼、一个园
区的范围内的网络。
当网络的覆盖范围达到一个城市的大小时，被称为城域网。网络覆盖到多个城市甚至全球的时候，就
属于广域网的范畴了。我国著名的公共广域网是 ChinaNet、ChinaPAC、ChinaFrame、ChinaDDN 等。大型
企业、院校、政府机关通过租用公共广域网的线路，可以构成自己的广域网。

②根据链路传输控制技术分类

链路传输控制技术是指如何分配网络传输线路、网络交换设备资源，以便避免网络通讯链路资源冲突，同时为所有网络终端和服务器进行数据传输。

典型的网络链路传输控制技术有：总线争用技术、令牌技术、FDDI 技术、ATM 技术、帧中继技术和ISDN 技术。对应上述技术的网络分别是以太网、令牌网、FDDI 网、ATM 网、帧中继网和 ISDN 网。

总线争用技术是以太网的标志。总线争用顾名思义，即需要使用网络通讯的计算机需要抢占通讯线路。
如果争用线路失败，就需要等待下一次的争用，直到占得通讯链路。这种技术的实现简单，介质使用效率非常高。进入本世纪以来，使用总线争用技术的以太网成为了计算机网络中占主导地位的网络。

令牌环网和 FDDI 网一度是以太网的挑战者。它们分配网络传输线路和网络交换设备资源的方法是在网络中下发一个令牌报文包，轮流交给网络中的计算机。需要通讯的计算机只有得到令牌的时候才能发送数据。令牌环网和 FDDI 网的思路是需要通讯的计算机轮流使用网络资源，避免冲突。但是，令牌技术相对以太网技术过于复杂，在千兆以太网出现后，令牌环网和 FDDI 网不再具有竞争力，淡出了网络技术。

ATM 是英文 Asynchronous Transter Mode 的缩写，称为异步传输模式。ATM 采用光纤作为传输介质，传输以 53 个字节为单位的超小数据单元（称为信元）。ATM 网络的最大吸引力之一是具有特别的灵活性，用户只要通过 ATM 交换机建立交换虚电路，就可以提供突发性、宽频带传输的支持，适应包括多媒体在内的各种数据传输，传输速度高达 622Mbps。

我国的 ChinaFrame 是一个使用帧中继技术的公共广域网，是由帧中继交换机组成的，使用虚电路模式的网络。所谓虚电路，是指在通讯之前需要在通讯所途径的各个交换机中根据通讯地址都建立起数据输入端口到转发端口之间的对应关系。这样，当带有报头的数据帧到达帧中继网的交换机时，交换机就可以按照报头中的地址正确地依虚电路的方向转发数据报。帧中继网可以提供高大数 Mbps 的传输速度，由于其可靠的带宽保证和相对 Internet 的安全性，为银行、大型企业和政府机关局域网互联的主要网络。

ISDN 是综合业务数据网的缩写，建设的宗旨是在传统的电话线路上传输数字数据信号。ISDN 通过时分多路复用技术，可以在一条电话线上同时传输多路信号。ISDN 可以提供从 144Kbps 到 30Mbps 的传输带宽，但是由于其仍然属于电话技术的线路交换，租用价格较高，并没有成为计算机网络的主要通讯网络。

③根据网络的拓扑结构进行分类

网络拓朴结构分为物理拓朴和逻辑拓朴。

物理拓朴结构描述网络中由网络终端、网络设备组成的网络结点之间的几何关系，反映出网络设备之间以及网络终端是如何连接的。

网络按照拓朴结构划分有：总线型结构、环型结构、星型结构、树型结构和网状结构。

总线型拓朴结构是早期同轴电缆以太网中网络结点的连接方式，网络中各个结点挂接到一条总线上。这种物理连接方式已经淘汰。
星型拓朴结构是现代以太网的物理连接方式。在这种结构下，以中心网络设备为核心，与其它网络设备以星型方式连接，最外端是网络终端设备。星型拓朴结构的优势是连接路径短，易连接、易管理，传输效率高，易管理。这种结构的缺点是中心节点需具有很高的可靠性和冗余度。
树型拓朴结构的网络层次清晰，易扩展，是目前多数校园网和企业网使用的结构。这种方法的缺点是根结点的可靠性要求很高。
环型拓朴结构的网络中，通讯线路沿各个节点连接成一个闭环。数据传输经过中间节点的转发，最终可以到达目的节点。这种通讯方法的最大缺点是通讯效率低。
网状拓朴结构构造的网络可靠性最高。在这种结构下，每个结点都有多条链路与网络相连，高密度的冗余链路，使一条，甚至几条链路出现故障，网络仍然能够正常工作。网状拓朴结构的网络的缺点是成本高，结构复杂，管理维护相对困难