计算机基础 第一章 计算机网络概述 知识点总结

第一章    计算机网络概述

计算机网络：计算机技术和通信技术紧密结合的产物；把分布在不同地理位置的计算机、终端，通过通信设备和线路连接起来，以功能完善的网络软件（网络通信协议，信息交换方式及网络操作系统等），实现互相通信及网络资源共享的系统。

计算机网络的发展过程：（1）面向终端的计算机网络（具有通信功能的单机系统） ：第一代计算机网络，将一台主计算机（Host，主机，具有独立处理数据的能力）经通信线路与若干个地理上分散的终端（Terminal，均无独立处理数据的能力）相连。

                           缺点：1所连远程终端数目增加，主机负荷加重（数据处理，承担终端系统的通信控制），系统效率下降。  2线路利用率低，费用较高。远距离时，每个终端独占一条通信线路

                           （2）具有通信功能的多机系统 ：终端群——低速通信线路——集中器——高速通信线路——前端机——主计算机（专门进行数据处理），前端机和集中器一般选用小型机。

                            通信控制处理机CCP（前端处理机FEP）：专门负责网络中数据通信、传输和控制。

                            功能：1作为资源子网的主机和终端的接口节点； 2担负通信子网中的报文分组的接收校检、存储，转发等任务，从而将源主机的报文准确地发送到目的主机。

                          （3）计算机网络 ：第二代计算机网络，将若干个联机系统中的主机互联，为用户提供服务，以达到资源共享（数据交换）的目的，或者联合起来完成某项任务。

                            与第一代计算机网络的区别：具有自主处理能力，ta们之间不存在主从关系。

                            典型代表：ARPA网（ARPAnet，Internet的前身）：美国国防部高级研究计划署ARPA（现在称为DARPA），采用分组交换技术，第一个完善地实现分布式资源共享的网络，最早将计算机网络分为资源子网和通信子网两部分的网络。

                          （4）局域网 ：将微机连接起来，已达到资源共享和互相传递信息的目的。

                            优点：费用低，传输速度高

                            典型代表：以太网（EInternet）和令牌环网（Token Ring）

        网络发展的里程碑：1全球：a、ARPA网；b、 以太网；c 、国际线路传输声音数据的国际标准、OSI/RM；d、Web（WWW）；E、国家信息基础设施NII（由通信网络、信息设备、信息数据库和人机部分构成） 2中国：a、1989,我国第一个公用分组交换网CNPAC；b、1993，中国公用分组交换网CHINAPAC，中国的X.25；c、1993，三金工程（“金桥”、“金卡”、“金关”）实施d、全国范围内的公用计算机网络：中国公用计算机互联网（CHINANET）；中国金桥信息网（CHINAGBN）；中国教育和科研计算机网（CERNET）；中国科学技术网（CSTNET）

        计算机网络的分类：◎按覆盖范围可分为 广域网（远程网，WAN）、局域网（本地网，LAN）、域域网（市域网，MAN）；

                          ◎根据通信子网的信道类型可分为点到点式网络和广播式网络；

◎按传输速率可分为低速网、中速网、高速网；

◎按信息交换方式可分为电路交换网、分组交换网、报文交换网和综合业务数字网等；

◎按网络的拓朴结构又可分为总线型、星型、树型、环型、网状、混合型、全连型和不规则型网络；

◎按传输介质分为双绞线、同轴电缆、光纤、无线和卫星网等；

◎按照带宽可分为基带网络和宽带网络；

◎按配置可分为同类网、单服务器网和混合网；

◎按对数据的组织方式可分为分布式、集中式网络系统；

◎按使用范围可分为公用网和专用网；

◎按网络使用环境可分为校园网、内部网、外部网和全球网等；

◎按网络组件的关系可分为对等网络、基于服务器的网络；

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广域网（WAN）：是利用公共通信设施在远程用户之间进行信息交换的系统。

              广域网内用于通信的传输介质和设备，一般由电信部门提供，网络是由多个部门或多个国家联合组建而成，可以通过串行接口工作在不同的速率。

最早出现的广域网：ARPA网

我国的广域网：CHINANET、CHINAGBN、CERNET等。

特点：分布范围广，速度慢，延迟长

广域网可分为陆地网、卫星网和分组无线网

      按提供的业务带宽不同，可分为窄带WAN（有：公共电话交换网综合业务（PSTN）、综合业务数字网（ISDN）、数字数据网（DDN）、X.25和帧中继网）和宽带WAN（异步传输模式ATM、同步数字系列（SDH））；

局域网（LAN）：

特点：地理范围有限，规模较小，数据传输速率高，误码率低，传输延迟短

按照采用的技术、应用范围和协议标准的不同可分为 共享式局域网、交换式局域网、虚拟局域网和无线局域网等。

域域网（MAN）：新型网络，局域网的延伸；介于广域网和局域网之间的一种高速网络。

采用的技术：IP技术和ATM技术

按覆盖范围分类：校园网、内部网外部网、全球网 

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        计算机网络的组成：（1）通信子网（数据通信）：提供网络通信功能，能完成网络主机之间的数据传输、交换、通信控制和信号变换（指根据不同传输系统的要求对数据的信号进行变换）等通信处理工作，由通信控制处理机（CCP）、通信线路和其他通信设备组成的数据通信系统。

                          广域网的通信子网通常租用电话线或铺设专线。

                         （2）资源子网（数据处理）：为用户提供了访问网络的能力，由主机系统、终端控制器、请求服务的用户终端、通信子网的接口设备、提供共享的软件资源和数据资源（如数据库和应用程序）构成。

                          功能：负责网络的数据处理业务，向网络用户提供各种网络资源和网络服务。

        影响网络的主要性能：1带宽：指网络上数据在一定时刻内从一个节点传输到任意节点的信息量。

2延迟：指将一个比特从网络的一端传输到另一端所花费的时间。

        网络拓扑：研究网络中各节点之间的连线（链路）的物理布局。

一个网络的通信链路和节点的几何排列或物理图形布局。

       计算机中的节点有两类： 1转接和交换信息的转接节点，如交换机、集线器和终端控制器等；

2访问节点，如主计算机（信息交换的源节点）和终端（目标节点）等；

       通信子网的信道类型（线路配置）：指两个或两个以上的通信设备连接到链路的方式。

                                    1点到点式网络：通信子网中的点到点连接，是每条物理线路只连接一对设备（计算机或节点交换机），发送的数据在信道另一端只有唯一的一个设备接收。

                                    采用路由算法，采用分组存储转发

                                    无信道竞争，不存在访问控制问题，带宽浪费。

2广播式网络（多点共享）：所有节点共享一个通信信道，任何一个节点发送报文信息时，所有其他节点都会接收到该信息。

发送分组：目的地址（单节点地址、多节点地址和广播地址）和源地址

存在介质访问冲突问题。

        计算机的网络拓扑结构（通信子网的拓扑结构） 类型：总线型、环型（广播式网络）、星型、树型、网状（点到点式网络）等

1总线型结构：采用单根传输线（总线）作为传输介质，所有的站点都通过接口连接到总线上，任何一个节点发送的信息传输方向都是从发送节点沿着总线向两端扩散，并被网络上其它节点接收，类似于广播电台发射的电磁波向四周扩散一样。

存在信道争用问题：某一时刻只能有一个节点使用总线传输信息。

一个冲突域内所有节点共享总线的带宽。

总线可以分为几段，在各段之间通过中继器连接（扩充）。

优点：结构简单，价格低廉，安装使用方便；连线总长度小于先行结构，若需要增加长度，可通过中继器增加一个网段；可靠性高，网络响应速度快；设备少，价格低，安装使用方便，共享资源能力强，便于广播式网络。

缺点：故障诊断和隔离较困难，总线任务重，易产生冲突和碰撞问题。

典型代表：共享式以太网。

2环型结构：节点通过环状接口，点到点的连在一条首尾相连的闭合环形线路中，各节点地位相同。信息流单向沿环路逐点传输。一个节点发送的信息必须经过环路中的全部环接口。只有当传输信息的目的地址与环上某结点的地址相符时，信息才被该节点接收，继续流向下一环路接口，一直回到发送节点为止。

由于信号单向传输。适宜使用光纤构成高速网络。

为提高通信可靠性，可采用双环结构实现双向通信。

优点：：信息在网络中沿固定方向流动，两个节点间仅有唯一通路，简化了路由选择控制;每个节点收发信息均由环接口控制,控制软件叫简单,传输延迟固定，实时性强，传输速率高，传输距离远，容易实现分布式控制；当某节点发生故障时，可采用旁路环（由中继器完成）方法，可靠性较，是局域网中常用的结构之一。

缺点：由于信息是串行通过多个节点，当节点过多时，会影响传输效率，同时使网络响应时间变长，环状点的加入和撤出过程都很复杂，由于环路封闭，环的某处断开会导致整个系统的失效。

典型网络:光纤分布式数据接口FDDI

3星型结构：中心节点是主节点，网络中的各节点通过点到点的方式连接到一个中心节点上，由中心节点向目的节点传输信息。

中心节点执行集中式通信控制策略，相当复杂，负担较重，是网络的瓶颈。

优点：通信协议简单，单个站点故障不会影响全网，结构简单，增删节点及维护管理容易；故障隔离和检测容易，网络延迟时间较短；一个端节点或链路的故障不会影响到整个网络。缺点：每个站点需要有一个专用链路连接到中心节点，成本较高，通信资源利用率低；网络性能过于依赖中心节点，一旦中心节点出现故障，将导致整个网络崩溃。

代表：交换式以太网

4树形结构：层次化结构，形状像一颗倒置的树，具有一个根节点和多个分支节点，星型网络可看做一级分支的树型网络，树型结构是星型结构的扩展。

树形结构除了叶节点以外，根节点和所有的分支节点都是转发节点，属于集中控制式网络，是用于分组管理的场合和控制型网络。

树形结构较新型，结构复杂，与根节点相连的链路有故障时，对整个网络的影响较大。

优点：结构比较简单，成本低，网络中任意两个节点之间不产生回路，每个链路都支持双向传输，扩充节点方便灵活。

缺点：除叶节点及相连的链路外，任何一个节点或链路产生故障都会影响网络系统的正常运行；对根结点的依赖性太大，如果根节点发生故障，则全网不能正常工作。

代表：内部网

5网状结构（分布式结构）：没有严格的布点规定和形状，节点之间的连接是任意的，每两个节点之间可以有多个路径可供选择，当某一线路或节点有故障时，不会影响整个网络的工作。

优点：具有较高的可靠性。

缺点：由于各个节点通常和多个节点相连，结构复杂，需要路由选择和流控制的功能，网络控制软件比较复杂，硬件成本较高，不易管理和维护。

全互联型网络：网状结构中，如果每一个节点与其他所有节点都有一条专用的点到点链路。

6无线拓朴结构：通过空气作为传输数据。主要有微波红外线、卫星通信等形式。

卫星通信网络中，通信卫星就是一个中心交换站，通过和分布在地球不同地理位置的地面站将各个地区网络相互连接。

7混合型拓扑结构：考虑可靠性、费用、灵活性、响应时间和吞吐量等因素。

        协议：预先规定的格式或约定。

网络协议：指网络中计算机、设备之间相互通信和进行数据处理及数据交换而建立的规则（标准或约定）。

常见网络协议有：TCP/IP、X.25、IPX/SPX、PPP、Frame Relay、IEEE 802等

三要素：1语法：指数据与控制信息的结构或格式，说明数据表示的顺序；2语义：只需要发出何种控制信息，完成何种动作及做出何种应答；3时序：定义了何时进行通信及以多快的速率发送。

标准化组织：1国际标准化组织（ISO）：OSI/RM参考模型

2国际电信联盟—电信标准化部（ITI-T）：V系列、X系列标准

3美国国家标准化协会（ANSI）：讨论领域包括联网工程、ISDN、业务信令和体系结构、光威系列SONET等

4电气电子工程师协会（IEEE）：IEEE 802标准

5（美国）电子工业协会（EIA/TIA）：制定了被广泛使用的几种串行传输标准……

6贝尔（Bell）中心：是ANSI标准草案的重要来源

7国际电子技术委员会（IEC）：图像压缩标准

8国家标准和技术协会（NIST）；数据加密标准DES

9Internet标准化组织：制定TCP/IP标准

计算机系统：硬件系统和软件系统

计算机网络：通信子网和资源子网

计算机网络体系结构CAN：分层及协议的集合，关于计算机网络系统应设置多少层，每个层能提供那些功能的精确定义，以及层之间的关系和如何练习在一起的。

分层结构：1由于系统被分解为相对简单的若干层，因此易于实现和维护。

2各层功能明确，相对独立，下层为上层服务，上层通过接口调用下层功能。而不必关心下层所提供服务的具体实现细节，因此各层都可以选择最合适的实现技术。

3当某一层的功能需要更新或被替代时，只要他和上、下层的接口服务关系不变，则相邻层都不受影响，因此灵活性好，这有利于技术进步和模型的改进。

4分成结构易于交流、理解和标准化。

分层原则：1层数适中；

2接口清晰，跨越接口的信息把应用程序和通信管理程序分开，还需将通信管理程序分成若干模块，把专用的通信接口转变为公用的、标准化的通信接口，使网络系统的构建更加简单。

常见的网络体系结构：1974，IBM公司，分布式的网络体系结构SNA；1975，DEC公司，网络体系结构DNA。

（1）OSI/RM：开放系统互连参考模型。分层结构  针对广域网

七层模型从上到下：物理层、数据链路层、网络层（低三层）、传输层（作用：屏蔽具体通信子网的通信细节，使得高层不关心通信过程而只进行信息的处理。）、会话层、表示层和应用层（高三层，资源子网，由软件实现）。

层与层之间通过各层之间的接口联系。

上层通过接口向下曾提出服务请求，而下层通过接口向上层提供服务。

1物理层：建立在通信介质的基础上，实现系统和通信介质的物理接口。

作用：传输原始的二进制比特流。

         传输单位：二进制位

         功能：建立和终止呼叫控制、半双工信道上的信道方向、错误控制、确定应该用多少伏电压表示“1”和“0”、信道是全双工还是半双工、连接口有多少个插脚及每一根插脚的用途等

2数据链路层：在网络两点之间的链路上，控制信息真的传输，并进行差错检测。利用物理层所建立的链路将报文从一个节点传输至另一个节点。

              功能：数据链路的建立、维持和释放、流量控制、差错控制等

传输单位：帧/数据包（包含源、目标地址和检错码等信息）

              局域网中，网络协议只包含物理层、数据链路层。由于局域网没有路由选择问题，两节点之间都可用一条直接链路连接，所以不需要单独设置网络层，而是将寻址、排序、流量控制、差错控制等功能放在数据链路层实现。

3网络层：负责控制通信子网工作及控制报文分组的传输。

         传输单位：数据包（分组）

         功能：路由选择、流量控制、不同网络层协议的网络之间互连等

         分段：网络层将数据单元分拆成若干小的数据单元。（数据帧大小的减少）

         重组：到达目标节点后（中间可能经过不同的路径），必须重构被分段的数据单元。

4传输层：通过传输线路在不同机器之间进行程序和数据的交换，负责处理端到端（只从一个主机到另外一个主机，中间可以有一个或者多个交换节点）的通信，即端点之间的逻辑连接。

功能：数据的分段（只把一个上层数据分割成一个个逻辑片或物理片）和重组

5会话层：实现各个进程之间的建立、维护和结束会话连接的功能，包括使用权、差错恢复、会话活动管理等。

6表示层：在网络内部实现不同语句格式和编码之间的转换和表示，为应用层提供服务。

7应用层：由应用程序组成，直接为用户服务，包括文件传输、访问管理、电子邮件服务、查询服务及远程作业登陆等

封装过程：1）发送进程：发送方从上（应用层）到下（物理层）传输到物理层

2）传输介质：把发送进程物理层部分传递到接收进程的物理层

3）接收进程：接收方从下（物理层）到上（应用层）传输到应用层

（2）TCP/IP：传输控制协议/网际协议。由一信协议所组成的协议簇，主要考虑异种网络之间的互联问题。分级结构  针对广域网

特点：使用范围广，既可用于广域网、又可用于局域网、内部网和外部网等各种网络。

四级从上到下：应用层、传输层、网际层和网络接口层

1应用层：与OSI/RM的高三层对应，为用户提供调用和访问网络上各种应用程序的接口，并向用户提供各种标准的应用程序及相应的协议，用户还可以根据自己的需要建立自己的应用程序。

应用层协议主要包括: a. 基于TCP的应用层协议有：远程登录（虚拟终端服务）Talent、文件传输协议FTP和简单邮件传输协议SMTP等

b. 基于UDP的应用层协议有：简单网络管理协议SNMP、域名服务DNS、NetBIOS名字服务程序NetBIOS-NS、远程过程调用协议RAPC等。

c. 基于TCP、UDP的应用层协议有：超文本传输协议HTTP、域名系统DNS、简单网络管理协议SNMP和通用管理信息协议CMOT等。

2传输层：a.传输控制协议TCP：面向连接的协议，提供有序可靠的全双工虚电路传输服务。

          功能：取得可靠的传输而进行的分组丢失检测，对收不到确认的信息自动重传，以及处理延迟的重复数据报的。

b.用户数据报协议UDP：最简单的传输层协议，面向无连接，不可靠（同IP）的数据报传输服务，提供协议端口（不同IP），以保证进程通信。

                UDP与TCP相比，协议更为简单，因为没有了建立、拆除连接过程和确认机制，数据传输数率较高。

3网际层：关键部分，解决两个不同IP地址的计算机之间的通信问题。

功能：形成IP数据报、寻址、检验数据报的有效性、去掉报头和选择路径等，将数据报转发到目的计算机。

包含的协议：网际协议IP、网际控制报文协议ICMP、地址解析协议ARP、逆向地址解析协议RARP和网际组报文协议IGMP

4网络接口层：TCP/IP与各种物理网络的接口，低层网络定义的协议。负责接收数据报，并把数据报发送到指定网络上。支持各种逻辑链路控制和介质访问控制协议，目的是可以将各种类型的网络（LAN、WAN、MAN）进行互联。

数据封装：1）发送进程：发送方从上（应用层）到下（网络接口层）传输到网络接口层

2）传输介质：把发送进程网络接口层部分传递到接收进程的网络接口层

3）接收进程：接收方从下（网络接口层）到上（应用层）传输到应用层

（3）IEEE 802:专门从事局域网的标准化工作。针对局域网。

定义了物理层和数据链路层两层而没有定义网络层。

a.物理层：主要完成编码、解码、时钟同步发送和接收数据，载波检测及提供与数据链路层的接口。

b.数据链路层：分为逻辑链路控制和介质访问控制两个子层。 

重点考虑问题：传输介质的访问控制。

对差错控制等功能就在数据链路层中的LLC中实现。

高层协议主要由操作系统去处理。

传输介质：数据传输的物理通道，连接主机和各种网络设备。（传输介质不属于物理层，物理层只是定义如何在这些介质上实现数据传输）

特性：1物理特性：说明传输媒体的特性。

2传输特性：包括是使用模拟信号发送还是使用数字信号发送、调制技术、传输容量及传输频率范围。

3连通性：采用点到点连接还是多点连接。

4地理范围：再不用中间设备并将失真限制在允许范围内的情况下，整个所允许的最大距离。

5抗干扰性：防止噪声、电磁干扰对传输数据影响的能力。

6相对价格：包括元件、安装和维护等价格。

传输介质类型：（1）有线传输媒体：1双绞线（TP）：a.非屏蔽双绞线UTP

b.屏蔽双绞线STP

                                水晶头：UTP连接到网络设备的连接器。

2同轴电缆：传输比双胶线更宽频率范围的信号，由导体屏蔽层的作用，具有较高的抗干扰能力。

根据无线电波控制（RG）级别进行分类：a.RG-8，用于粗缆以太网

b.RG-9，用于粗缆以太网

c.RG-11，用于粗缆以太网

d.RG-58，用于细缆以太网

e.RG-75，用于电视系统

规格：a. 粗缆

b. 细缆

3光纤（光导纤维）：利用光纤传递光脉冲信号实现的。

纤芯：一种细小，柔韧并能传输光信号的介质。

包层：较纤芯有较低的折射率。

光缆：由多条光纤组成的传输线。

发送端先将电信号转换成光信号，接收端通过光检测器还原成电信号。

a.光纤的传播模式：多模传播和单模传播。光纤分为：单模光纤SMF和多模光纤MMF

b.光源：光的信号源：发光二极管或固体激光器

        光纤的接收端：光敏元件（光电二极管）

c.光纤的传输特性：光纤中有关脉冲出现时表示二进制数“1”没有光脉冲时表示二进制数“0”。

光纤通信是以光波为载体频率，通过光发送器、光接收器和光纤等设备实现的。

长距离传输需要有中继器。

光纤中的光信号只能单向传播。

光纤和光纤之间的连接有三种方式：第一种，是使用光纤接入连接头并插入光纤插座。

第二种，采用机械的方法将它们连接，即将两根要连接的光纤，小心切割好。并将它们放在一个套管中，然后束紧。可以通过结合处的调整，让光纤的信号达到最大。

第三种，是通过融合的方法将他们连在一起。

d.优点：1）传输频带宽，通信容量大。

2）传输速率高。

3）误码率极低，传输衰减小，中继距离长，远距离传输经济。

4）不受雷电和外界电磁波的干扰。

5）无串音干扰和辐射，不易被窃听或截取数据，安全保密性好。

6）体积小，质量轻，成缆后弯曲性能较好。

e.缺点：价格贵，要求精确度高，技术难度大。

4光纤接口：光纤收发器；一种电信号和光信号进行互换的传输媒体转换单元，也被称之为光电转换器或光纤模块。

光纤连接器的两种接口类型：ST（圆形，光纤外漏，光缆中只有单根光导纤维）和SC（芯在接头里面，标准方形接头）

             （2）无线传输媒体：利用空气（很少情况下也有通过水）等作为传输介质实现信号传播。

1 无线电波段分配：八个波段，都由政府机构管理。

2 微波通信（视线媒体）：频率高，可同时传输大量信息。由于微波是直线传播的，所以覆盖范围关系到在地面的传播距离。

3 卫星通信

4红外通信和激光通信：强方向性、沿直线传播。

视线媒体：微波、红外线和激光都需要在发送方和接收方之间有一条视线通路