计算机网络基础

一、计算机网络基础

1、计算机网络概述

（1）计算机网络的定义

  计算机网络是指将地理位置不同的具有独立功能的多台计算机及其外部设备， 通过通信线路连接起来，在网络操作系统，网络管理软件及网络通信协议的管理和协调下，实现资源
共享和信息传递的计算机系统

注意:计算机网络的实质是计算机技术和通信技术的结合。

（2）计算机网络的发展

发展历程
自从计算机网络出现以后，它的发展速度与应用的广泛程度十分惊人。纵观计算机网络的发展，其大致经历了以下四个阶段：

诞生阶段
形成阶段
互联互通阶段
高速网络技术阶段

（3）计算机网络的功能

资源共享（硬件、软件、数据资源）
集中管理
实现分布式处理
负荷均衡
提高可靠性和可用性

（4）计算机网络的分类

1. 按覆盖的地理范围分类

   1）局域网（Local Area Network，LAN） 。局域网地理范围一般是几百米到 10km 之内，
   属于小范围内的连网。如一个建筑物内、一个学校内、一个园区内等。局域网的组建简单、 灵活、使用方便。
   2）城域网（Metropolitan Area Network，MAN） 。城域网地理范围可从几十公里到上百公里，覆盖一个地市或地区，是一种中等形式的网络。
   3）广域网（Wide Area Network，WAN） 。广域网地理范围一般在几千公里左右，属于大范围连网。如几个城市，一个或几个国家，是网络系统中最大型的网络，能实现大范围的资源共享，如 Internet。

2. 按传输速率分类
   网络的传输速率有快有慢，传输速率快的称高速网，传输速率慢的称低速网。

3. 按传输介质划分 传输介质是指数据传输系统中发送装置和接收装置间的物理媒介， 按其物理形态可以划分为有线和无线两大类。

   传输介质：
   1）双绞线：双绞线是把两根绝缘的铜导线按一定密度互相绞在一起，形成有规则的螺旋形介质，由 1 对线作为一条通信线路，计算机网络中常用的是由 4 对双绞线构成的双绞线电缆。 双绞线是一种广泛使用的通信传输介质， 可以传输模拟信号，既 也可以传输数字信号。
   

   注意：
   ①双绞线理论传输距离 100m
   ②双绞线接口：RJ-45
   ③屏蔽双绞线的性能优于非屏蔽双绞线

   2）同轴电缆：同轴电缆是由一根空心的圆柱导体围绕着单根内导体构成的。内导体为实芯或多芯硬质铜线电缆，外导体为硬金属或金属网，内、外导体之间有绝缘材料。
   

   3）光纤网则是以光作为传递方式的介质，它完全不受电波干扰。
   光纤的优点：
   ①频带较少干扰，不容量被窃听，通信容量大
   ②电磁绝缘性好。光纤电缆中传输的是光束，由于光束不受外界电磁干扰与影响，
   而且本身也不向外辐射信号，因此它适用于长距离的信息传输及要求高度安全的场合。
   ③衰减较小。可以说在较长距离和范围内信号会是一个常数。
   ④中继器的间隔较大，因此能减少整个通道中中继器的数目，可降低成本。
   ⑤光纤无串扰和截取数据，因而安全保密性好。
   

   4）无线传输介质：当通信距离很远时，铺设电缆既昂贵又费时，就要用到无线传输。无线传输主要有地面微波接力通信和卫星通信。

4. 按网络交换方式分类

   1）线路交换（电路交换） 通过建立连接的方式进行通信，最早出现在电话系统中，早期的计算机网络就是采用此方式来传输数据。
   2）报文交换：采用存储-转发的方式进行通信，不需要建立连接。当通信时，源机发送的报文被存储在交换机中，交换机根据报文的目的地址选择合适的路径发送报文。
   3）分组交换：也是采用存储-转发方式进行通信，只是它不是以整个报文作为传输基本单位，而是将一个长的报文划分为许多定长的报文分组，以分组作为基本单位进行传输。

5. 按服务方式分类

   1）客户机/服务器网络。服务器是指专门提供服务的高性能计算机，客户机指用户计算机。服务器提供服务和资源，客户机请求服务和资源。
   2）对等网。共享彼此的信息资源和硬件资源，既可以作服务器，又可以作客户机。

6. 其他分类方式

   1）按拓扑结构分类：总线型结构，星型结构，环型结构，树型结构和网状型结构。
   2）按计算机网络的用途分类：公用网和专用网
   3）按通信方式分类：点对点网络和广播式网络。
   点对点：星型网，环型网
   广播式：无线网，总线型
   4）按网络逻辑形成分类：通信子网和资源子网
   通信子网：通信控制和通信处理
   资源子网：负责数据处理

（5）中国计算机骨干网

中国四大骨干网是指中国的四大互联网骨干网，包括中国科技网（CSTNET)、中国公用计算机互联网（CHINANET)、中国教育和科研计算机网(CERNET)、中国金桥信息网( CHINAGBN)。
中国公用计算机互联网(CHINANET）
中国科技网(CSTNET)（中国科学技术网)
中国教育和科研计算机网(CERNET）
中国金桥信息网(CHINAGBN）
注意:
三金工程即“金桥工程”、“金卡工程”“金关工程”。

2、计算机基础常识

（1）计算机通信常识

1）信道：信道分为有线信道和无线信道
有三种交互方式：
①单工
②半双工
③全双工

2）信号：信号分为模拟信号和数据信号
模拟信号（A） 连续信号，单位 HZ
通信指标：带宽
数字信号（D） 离散信号，单位 bps（比特每秒）
通信指标：传输速率（有效性）和误码率（可靠性）

3）数据传输方式：数据传输方式分为基带传输和频带传输
基带：适用于近距离，在数据通信中，由计算机或终端等数字设备直接发出的二进制数字信号形式称为方波，即"1"或"0" 分别用高(或低)电平或低(或高)电平表示，人们把方 ，波固有的频带称为基带(由消息直接转换成的未经调制变换的信号所占的频带，理论上基带信号的频谱是从 0 到无穷大)，方波电信号称为基带信号。

频带：适用于远距离，频带传输就是先将基带信号变换（调制）成便于在模拟信道中传输的、具有较高频率范围的模拟信号（称为频带信号） 再将这种频带信号在模拟信道中传输。

（2）拓扑结构

计算机网络的拓扑采用从图论演变而来的“拓扑”的方法，即抛开网络中的具体设备，将服务器、工作站、打印机以及大容量的外存等网络单元抽象为一个“点”(结点)，将网络中的连接线路抽象为“线”，这样一个计算机网络系统就形成了点和线的几何图形，从而抽象出计算机网络系统的具体的结构。
计算机网络中常用的拓扑结构有总线型，星型，环型，树型和网状型。

1）总线型
①共享通路，双向传输功能
②主要用于局域网
③安装简单，成本低
④总线损坏，整个网络瘫痪

2）星型
①采用集线器（HUB）作为中央结点
②结构简单，费用低
③局域网大都采用这种方式
④对中央结点依赖性强，中央结点故障，整个网络瘫痪

3）树型
①"根"向上的树，根就是根节点
②用于层次分明的部门
③容量扩展，结构简单
④根结点发生故障，整个网络瘫痪
⑤信息单级传递，响应速度慢

4）环型
①信息单方向绕环传送
②结构简单，安装方便
③一个结点故障，整个网络瘫痪

5）网状型

①主要用于广域网
②两个结点之间的通路不唯一
③可靠性高，成本也高

（3）网络系统的组成

计算机网络在物理结构上分为：网络硬件和网络软件。
网络硬件一般由客户/服务器，传输介质，网络连接设备组成。
网络软件一般由网络操作系统，协议软件，应用软件组成。
1）网络硬件系统—连接设备
网络适配器
也称网卡（NIC)，工作于数据链路层。是将计算机连接到计算机网络的硬件组件。
有线网卡:RJ-45
无线网卡:IEEE802.11协议

调制解调器也称光猫,英文Modem,工作于物理层。实现数据和模拟信号的相互转换。调制(D→A)，解调(A→D)。

中继器
英文Repeater，工作于物理层，主要功能是通过对数据信号的重新发送或者转发，来扩大网络传输的距离。

集线器
英文 HUB，工作于物理层，集线器的主要功能是对接收到的信号进行再生整形放大，以扩大网络的传输距离，同时把所有节点集中在以它为中心的节点上。

交换机
英文Switch，工作于数据链路层，交换机 （Switch）意为“开关”是一种用于电（光)信号转发的网络设备。它可以为接入交换机的任意两个网络节点提供独享的电信号通路。最常见的交换机是以太网交换机。

路由器
英文Router，工作于网络层，它会根据信道的情况自动选择和设定路由，以最佳路径，按前后顺序发送信号。

物理层:中继器，集线器
数据链路层:网桥，交换机
网络层:路由器

2）网络软件系统―网络操作系统
  网络操作系统（英文:Network operating system，简称: NOS）是管理计算机网络资源的系统软件，是网络用户与计算机网络之间的接口。

  微软的网络操作系统主要有: Windows NT 4.0Server、 Windows 2000 Server/Advance Server,以及最新的 Windows 2003 Server/Advance Server等。(总结起来就是Windows Server系列)
除此还有:NetWare类，Unix系（美国）统，Linux（芬兰）

（4）局域网技术

  局域网通常可划分为网络硬件系统和网络软件系两大部分， 所涉及的网络组件主要有服务器，工作站，通信设备和软件系统等。
局域网的特点:
①范围小
②速率快
③结构简单，组网灵活
④一般采用专用线路，安全性高

1）传输的拓扑结构
局域网常用的拓扑结构有星型，环型，总线型和树型，其中局域网常使用的是星型。
2）传输介质
局域网常用的传输介质有双绞线，同轴电缆，光纤，其中局域网常使用的是双绞线。
3）介质访问控制方法
常用:CSMA/CD（载波侦听，冲突检测技术)
  在传统的共享以太网中，所有的节点共享传输介质。如何保证传输介质有序、高效地为许多节点提供传输服务，就是以太网的介质访问控制协议要解决的问题。
  其原理简单总结为：先听后发，边发边听，冲突停发，随机延迟后重发。

3、体系结构

  相互通信的两个计算机系统必须高度协调工作才行，而这种“协调”是相当复杂的。为了设计这种复杂的计算机网络，早在最初的网络设计时即提出了分层的方法。“分层”可将庞大而复杂的问题，转化为若干较小的局部问题。
  为了解决计算机类型，通信线路类型，连接方式、通信方式等的不同，导致网络结点的通信有很大的不便。为了解决这些问题，必然涉及体系结构的设计和制定生产各网络设备的厂商共同遵守的标准等问题，也就是计算机网络体系结构和协议问题。

（1）OSI七层

OSI（开放式系统互联参考模型)是由ISO（国际标准化组织)制定的标准化开放式的计算机网络层次结构模型。又叫OSI/RM，共分为七层。

应用层 (最高层)
表示层
会话层
传输层
网络层
数据链路层
物理层 （最低层）
物数网传会表应

1）物理层
物理层定义了物理接口标准，传输比特流
2）数据链路层
数据链路层根据MAC地址负责相邻节点之间可靠的传输，传输比特帧
3)网络层
网络层根据网络地址(IP地址)在实体之间建立网络连接，选择路由，传输数据分组（数据包)。
4）传输层
负责端到端错误的检查与修复，传输数据段。
5)会话层
建立起两端的会话关系，并负责数据的传送。传输报文。
6）表示层
角军决数据格式不同的问题，传输报文
7）应用层
应用层规定了用户应用的规则和做什么，传输应用数据。

（2）网络通信协议

  计算机之间进行通信时，必需使用一种双方都能理解的语言，这种语言称为“协议”。协议是指计算机之间通信时对传输信息内容的理解、信息表示以及各种情况下的应答信号都必须遵守一个共同的约定。
  协议三要素:语法，语义和定时（时序)。
  语法:涉及数据、控制信息格式、编码及信号电平等，即解决如何进行通信的问题，如报文中内容的顺序和形式。
  语义:涉及用于协调和差错处理的控制信息，即解决在哪个层次上定义的通信及内容，如报文由哪些部分组成，哪些部分用于控制数据，哪些部分是通信内容。
  定时:涉及速度匹配和排序等，即解决何时进行通信、通信的内容先后及通信速度等。

（3）TCP/IP协议四层

  TCP/IP协议是Internet最基本的协议。由于OSI七层制定慢，制定不太完美，所以随着Internet 的普及，TCP/IP协议成了实际上的协议标准。
  TCP/IP分为四层:分别是网络接口层，网络层，传输层和应用层。

应用层
HTTP:超文本传输协议
FTP:文件传输协议
Telnet:远程终端协议
DNS:域名解析服务
SMTP:简单邮件传输协议
POP3:邮局协议
SNMP:简单网络管理协议

传输层
TCP:传输控制协议（建立连接可靠，3次握手）
UDP:用户数据报协议网络层（不建立链接不可靠）
lP:网络互联协议
ARP:地址解析协议
RARP:反向地址解析协议

网络层
lP:网络互联协议
ARP:地址解析协议
RARP:反向地址解析协议

网络接口层
常见端口号（标识服务，标识应用）