第三章 计算机网络基础知识13.1 计算机网络基本概念1969年出现第一个计算机网络ARPANET 一、计算机网络的定义与分类 1.定义 计算机网络是现代计算技术与通信技术密切结合 的产物。所谓计算机网络，就是利用通信设备和 线路将地理位置不同的、功能独立的多台计算机 系统互连起来，以功能完善的网络软件实现网络 中资源共享和信息传递的系统。22.计算机网络的分类按网络覆盖的范围分类 广域网（WAN-Wide Area Network） 广域网则是指实现计算机远距离连结的网。其分 布范围是几十到几千千米。（城域网MAN） 局域网（LAN-Local Area Network）局域网 指那些连结近距离计算机的网，包括办公室或实 验室的网（十米级网），建筑物的网（百米级网 ），校园网（千米级网） 城域网（MAN）32.按照网络的拓扑结构分类 星形网、总线网、环形网、树形网和网状网 43.按信息交换方式分类线路交换网:预先分配带宽，建立端到端的物理通路分组交换网：由网络节点计算机组成通信子网，各节点负责存储、转发及选择合适的 路由混合交换网：前两种的结合，一部分使用线路交换，另一部分使用分组交换，使信道得到更好利用。4.按网络中使用的操作系统分类NetWare网、Windows NT网、Unix网等5二、计算机网络的组成计算机网络主要由通信子网和资源子网两部分组 成。 资源子网：包括提供资源的主机和请求资源的终 端机。 通信子网：主要有网络节点和通信链路组成6三、计算机网络的主要功能 1.数据通信:利用计算机网络为分布在不同地 点的用户提供了通信手段。 这是计算机网络最基本的功能，也是实现其他 功能的基础。 2.资源共享：利用计算机网络可以在全网范围 内提供对处理资源、存储资源、输入输出资源 等昂贵设备的共享。 3.负荷均衡和分布处理 4.提高系统的可靠性和可用性73.2 网络通信协议概念一、计算机网络协议1.基本概念两个计算机之间通信时对传输信息内容的理解、信息表示 形式以及各种情况下的应答信号都必须建立的一组规定、标 准或约定，我们称为网络通信协议。2.通信接口节点之间进行通信时，必须建立通信工具即接口。接口包括两部分：硬件装置和软件装置：8硬件装置的功能是实现节点之间的信息传送。 软件装置的功能是规定与实现双方进行通信的约定协议。 协议由三个要素组成：语义：规定协议中协议元素的含义语法：规定双方对话的格式定时：规定通信双方的应答关系 3.协议的层次结构及其分层原则 协议分层是描述协议软件的基本结构 协议分层的方法：典型的有ISO/OSI模型和TCP/IP模型 分层原则：信宿机第n层接收到的对象应当与信源机第n层发 出的对象完全一致。9层次结构的特征：每一层都有明确的额任务及接口标准用户的应用程序作为最高层除最高层外，其他每一层都向上一层提供服务，又是下一 层的用户。物理通信线路作为最底层。 4.协议层次的划分 OSI/RM模型-开放系统互联参考模型。103.2.2OSI/RM模型简介1.开放系统互联模型为了使不同的计算机能互相通信，以便在更大范围内建 立计算机网络，有必要建立一个国际范围的网络体系结 构标准。 国际标准化组织ISO第97技术委员会在1978年建立了分 会，1980年发表了第一个草拟的开放系统互联模型的建 议书，1984年成为正式国际标准。 2.OSI/RM层次功能介绍 按照定义，OSI体系结构具有7层：物理层、数据链路层、网络层、传输层、会话层、表示 层、应用层。见P101图3-2113.3 局域网基本技术1.局域网的特点从硬件看，LAN是电缆、网卡、工作站、服务器和其他连 接设备的集合体； 从软件看，LAN在操作系统的统一指挥下，提供文件、打印、 通信和数据库等服务功能。 局域网是将小区域内的各种通信设备互联在一起的通信网络，他有四个 特点： 小区域是指一建筑物内、一个校园网或者大到数千米的一个区域 通信设备：包括计算机、终端和各种外围设备 传输的误码率可达10-8-10-11 整个网络为某个单位或部门所有，仅供单位内部使用。123.3.2局域网的组成1.主机 局域网中的计算机称为主机host。主机有分为：服务器：向所有客户机提供服务的机器，装备有网络的 系统资源。 高速度、大容量、安全性 客户机：也称为工作站，是网络用户直接处理信息个事 物的计算机。客户机能够独立运行，具有本地处理能力 ，但连网后功能更强。132.网络适配器也叫网络接口卡，简称网卡。 其主要性能：主要取决与总线宽度和卡上内存。 网卡的总线宽度与计算机总线对应； 网卡上的内存越大，可以缓存的数据就越多。143. 传输介质传输介质是通信网络中发送方和接受方之间的 物理通道。LAN常用的有双绞线、同轴电缆、光 纤（常用的）和无线信道。15(1)双绞线双绞线一般是铜质的，即可传输模拟信号又可 传输数字信号。双绞线可用于局域网。局域网中常用的3类双 绞线（用于10BASE-T总线局域网）和5类双绞线 （用于100BASE-T总线局域网）。双绞线普遍适用于点到点的连接。双绞线的抗干扰性能不如同轴电缆，但价格比 同轴电缆要便宜。16（2）同轴电缆同轴电缆是由一对导体组成。 同轴电缆有基带同轴电缆和宽带同轴电缆。基 带同轴电缆又分为粗缆和细缆，用于直接传输 数字信号。宽带同轴电缆用于频分多路复用的 模拟信号传输。同轴电缆适用于点到点和多点连接。 同轴电缆的抗干扰性能比双绞线好，但价格上较双绞线贵，但比光纤要便宜。17(3)光纤光纤是光导纤维的简称，它由能传导光波的石 英玻璃纤维外加保护层构成。光纤在计算机网络中普遍采用点到点连接。光纤具有不受电磁干扰和噪音影响的独有特征 ，适宜在长距离内保持高速数据传输。(4)无线信道采用无线信道不需要铺设传输线，适合于偏远山 区和沿海岛屿。目前常用的有微波、卫星信道、 红外线和激光信道等。184. 网络连接设备网络连接设备主要负责网间协议和功能转换， 不同的网络互联设备工作在不同的协议层中。常 用的网络互联设备有中继器、网桥、路由器、网 关和交换机。网络互联设备与OSI/RM各层的对应 关系： 应用层 表示层 网关 会话层 传输层 网络层 - 路由器 数据链路层-网桥 物理层-中继器交换机19（1）中继器工作在物理层。实现主干线间的连接。其主要作用是 ：避免干线上传输信号衰减而失真，对传输信号实现整 形和放大，并按原来的传输方向重新发送数据。可延长 干线距离，扩展局域网覆盖范围。 （2）集线器又叫Hub，是多口中继器。分为无源集线器、有源集线 器和智能集线器。（3）网桥 工作于数据链路层。其功能是： 隔离网络(使用相同或兼容的网络协议的网络） 过滤和转发20（4）路由器工作在网络层。要求网络层以上的高层协议相同或兼容， 用来实现不同类型的局域网互联，或者用他来实现局域网与 广域网互联。 路由器的分类 按路由器安装的位置分：内部路由器和外部路由器 按路由器支持的协议分：单协议路由器和多协议路由器 按路由表的状况分：静态路由器和动态路由器 路由器的功能 具有网桥的全部功能 路由选择功能21（5）网关又叫网间协议转换器。用于使用不同网络协议的网络之间 。工作在OSI/RM的传输层、会话层、表示层和应用层，可实 现两种不同协议的网络互联。可用于LAN与LAN、LAN与大 型机以及LAN与WAN的互联。 （6）交换机 它将传统的网络“共享”传输介质技术改变为交换式的“独占” 传输介质技术，提高了网络的带宽。 （7）调制解调器 调制器和解调器两个字组合而成的。 在数据发送方，将待发送的数字信号转换成代表数据的一系 列模拟信号，并利用信道对信号进行载波传输； 在数据接收方，将接收到的模拟信号，还原成数字信号，供 计算机处理。 225. 软件系统局域网软件系统包括局域网采用的通信协议、操作系 统和应用软件。 （1）通信协议 用以支持计算机与相应的局域网互联，支持网络节点间 正确有序地进行通信。广泛使用的有TCP/IP协议。 （2）网络操作系统 具有普通操作系统的功能 网络通信、共享资源管理、提供网络服务、网络管理 、互操作、提供网络接口 采用客互机/服务器模式或端对端对等方式 （3）应用软件233.3.4 局域网组网常用技术1.交换以太网2.异步传输模式3.光纤分布数据接口4.100BASE-T快速以太网5.千兆位高速以太网243.4 因特网基本技术3.4.1 分组交换技术 1.线路交换 工作过程有3个阶段 不受其他用户干扰 带宽固定，信息传输延时短 适合传输大量的数据 2.存储转发交换方式 报文交换 优点：不用建立通信线路的物理连接，线路利用率高，系统可靠性高 缺点：传输时间长，不适合用于实时的交互式通信 报文分组交换 延时小、通信效率高，广域网一般都采用这种方式253.4.2 TCP/IP协议两个计算机之间通信时对传输信息内容的理解、信息表示 形式以及各种情况下的应答信号都必须进行一个共同的约定 ，我们称为协议。 1.什么是TCP/IP 全球最大的网络是因特网，它所采用的网络协议是TCP/IP 协议。它是因特网的核心技术。TCP/IP协议就是传输控制协 议和网际协议。TCP协议用于负责网上信息的正确的传输， 而IP协议则负责将信息从一处传输到另一处。TCP/IP协议采用分组交换技术。 TCP/IP协议核心思想是：OSI 7层协议262. TCP/IP协议模型 TCP/IP协议族把协议分成4个层次：应用层传输层网络层应用层网络接口层硬件链路数据流或报文传输分组IP数据报物理帧27应用层：最高层，与OSI的上3层类似。向用户提供服务、用户调用网络的应用软件 传输层：提供一个应用程序到另一个应用程序之间端到 端的通信。 网络层：解决计算机到计算机通信的问题 网络接口层：负责接收IP数据报，并把该数据报发送到相应的网络上。 3.TCP/IP与OSI的关系 见P115图3-7284.常用TCP/IP协议族介绍（1）网络互联协议IP 是一个无连接的协议 采用数据报方式 （2）传输控制协议TCP TCP/IP的传输层有两个重要的协议： 面向连接的传输控制协议TCP 无连接的用户数据报协议UDP TCP和UDP都使用IP协议 TCP协议提供的连接是双向的 TCP协议提供的是面向连接的流传输 TCP采用的最基本的可靠性技术有3个 TCP采用滑动窗口进行流量控制29（3）用户数据报协议 建立在IP协议之上的 提供无连接数据报传输(是指双方在进行通信前，不需要事 先建立好连接，电话通信是事先建立好连接再通信的 不提供可靠服务 提供协议端口 （4）远程终端访问 提供广泛、双向、8字节的通信功能 常用的功能是远程登录 通过因特网进入和使用远距离的计算机系统30（5）文件传输协议FTP 用于控制两台主机之间的文件交换 使用两个TCP连接，一个用于交换命令和应答，另 一个用于移动文件 （6）简单邮件传输协议 不关心下层采用什么样的传输服务 通过TCP连接来传送邮件 （7）域名服务DNS 是一个提供名字服务的协议 提供名字到IP地址的转换315.TCP/IP协议的数据传输过程 TCP/IP协议的基本传输单位是数据报 IP协议保证数据的传输 TCP协议保证数据传输的质量 TCP/IP协议的数据传输过程P117图3-8323.4.3 IP地址 是指接入因特网的计算机被分配的网络地址。 因特网上的计算机就是根据其IP地址来互相识别 和互相通信的。 IP地址由32位（4个字节）二进制数组成，常将 每个字节作为一段并以十进制数来表示，每段jia 间用“.”分隔。 IP地址有网络标识和主机标识两部分组成。 IP地址分为5类：A、B、C、D、E 常用的有A、B、C，D用于广播，E留用33A类：网络标识8位（首位