网络概述知识1.1 计算机网络的概念 计算机网络: 是指将地理位置不同且功能相对独立的多个计算机系统通过通信线路相互连在一起、遵循共同的网络协议、由专门的网络操作系统进行管理，以实现资源共享的系统。主机主机主机主机主机打印机主机2大致可以划分为4个阶段:（1）面向终端的联机系统（20世纪50-60年代）（2）计算机通信网络（20世纪70年代）（3）开放式标准化网络（20世纪80年代）（4）计算机网络互联时期（20世纪90年代）1.2 计算机网络的形成与发展形成与发展3经典应用 全球定位系统 自动售货终端机 航空管制系统 银行“一卡通”系统 电信“神州行”系统 4 home（Search for Extra-Terrestrial Intelligence at Home） n搜寻地外文明计划利用全球联网的计算机共同搜寻地外文明的科学实验计划。志愿者可以通过运行一个程序下载并分析从射电望远镜传来的数据来加入这个项目。 n射电天文望远镜: Arecibo (350m)n地理位置: Puerto Ricon接收来自太空的400万 个无线电波段n下载屏保程序作数据分析n利用的是多余的处理器资源，不影响用户正常使用计算机。5 阿雷西博天文台位于波多黎各岛的山谷中，是世界上最大的单面口径射电望远镜，直径达305米，后扩建为350米，由康奈尔大学管理。项目自202X年开始运行，截至 202X 年关闭之前，它已经吸引了 543 万用户，这些用户的电脑累积工作 243 万年，分析了大量积压数据，但是项目没有发现外星文明的直接证据。62.伯克利开放式网络计算平台BOINC直至202X年1月25日，BOINC在全世界有约549,000台活跃的主机并平均提供约852TeraFLOPS （TFLOPS）的运算能力。 伯克利方面之前曾成功运行 SETIhome 项目6年多，取得巨大成功，吸引了五百多万用户的参加，完成了两百万CPU小时的计算量。BOINC平台的开发，很重要的一个原因是为了吸引更多用户加入更多的其他由实际意义的分布式计算项目，比如气候变化，药物开发等。 SETIhome 搜寻外星文明发出的无线电信号 EinsteinHome 寻找引力波存在的证据 Rosettahome 蛋白质结构预测和设计。 研究气候变化的趋势（简称CPDN）。 World Community Grid IBM公司主持的分布式计算项目，含多个生命科学类的子项目。 71.伯克利开放式网络计算平台BOINC美国加州大学伯克利分校于202X年开发的分布式计算系统。用于志愿计算和网格计算的开放的中间件系统。为众多的数学、物理、化学、生命科学、地球科学等学科类别的项目所使用。很多科研项目都需要超级计算机来处理众多复杂的数据，但不可能每个科研项目都去买一台昂贵的超级计算机。该软件就是充分利用全球个人电脑的闲置时间，组成一台巨大的超级计算机，完成多项复杂的计算任务。当前最为流行的分布式计算平台，提供了统一的前端和后端架构，一方面大为简化了分布式计算项目的开发，另一方面，对参加分布式计算的志愿者来说，参与多个项目的难度也大为降低。原理：项目方把大的计算任务分割成小块（任务单元），通过互联网分发适合你计算机处理能力的数据计算任务，然后由你的计算机来完成计算任务，任务完成后会自动上报至项目方的服务器。（有些项目有屏保，很好看） 83. RC5 密码破解计划n破译 RSA 实验室(美国，专门研究加密算法)给出的密码，找出密钥nRC5分组密码算法是202X由麻萨诸塞技术研究所的Ronald L. Rivest教授发明的，并由RSA实验室分析。它是参数可变的分组密码算法，三个可变的参数是：分组大小、密钥大小和加密轮数。在此算法中使用了三种运算：异或、加和循环。 nRC_56: 250 天破译 (202X)nRC_64: 1,757 天破译 (202X)nRC_72: ?n例如: RC_64采用64位密钥，一共有18,446,744,073,709,551,616 种可能的密钥组合n有上百万台计算机参与这个项目9 为了能顺利无误的将带有密钥的任务包分发给所有参与工作的客户端，RC5正像勤劳的牛一样忙着协调和保养服务器。我们的所有工作完全依赖志愿者们的自发参与，因为这项工程试图通过暴力破解来检验每一种可能的钥匙以得到我们想要的密码。 202X年10月19日，我们开始了对数据安全公司开发的56位密钥(RC5-32/12/7)的密码文件进行解密。该密钥明码为0 x532B744CC20999，在经过256天对34兆个密匙中的47%个密匙进行试验之后，破译RC556的工作终于大功告成。 随后，在202X年7月14日，在经过全球331000名电脑高手共同参与，苦心研究了4年之后，成功破解了以研究加密算法而著称的美国RSA数据安全实验室开发的64位密匙RC5-64密匙。该密钥明文为0 x63DE7DC154F4D039，耗费了1757天才破解。 自202X年12月03日起，开始挑战72位的RSA密钥.最终结果如下：RC5-56:解密出来的信息是：“到了该换一个更长的密码的时候了(Its time to move to a longer key length)。”RC5-64:解密出来的信息是：“有些事情还是不知道为妙(Somethingsarebetterleftunread)。” RC5-72: ? (正在破解中.)104. 欧洲核研究组织 CERNnCERN 是世界上最大的核物理研究中心，科学家们试图通过对粒子的研究寻找宇宙的起源。 n拥有世界上最大的质子加速器大型强子对撞机Large Hadron Collider11 可能产生的数据: 10,000,000GB 需要20,000,000 张CD来存储 解决方法：网格计算，IBM分布式虚拟存储和文件管理技术 CERN需要把世界上最大，功能最强的粒子加速器连接到世界上最大的科学计算网格中的600台电脑上。每台电脑都需要通过可靠的高性能千兆局域网交换机连接 .121.3 计算机网络的拓扑结构来自离散数学中的图论来自离散数学中的图论 拓扑(topolgy)是从图论演变而来的概念，是一种研究与大小形状无关的点、线、面特点的方法。在计算机网络中抛开网络中的具体设备，把象工作站、服务器、交换机等网络单元抽象为“点”，把网络中的电缆等通信介质抽象为“线”，这样从拓扑学的观点看计算机和网络系统，就形成了点和线组成的几何图形，从而抽象出了网络系统的具体结构。我们称这种采用拓扑学方法抽象的网络结构为计算机网络的拓扑结构。计算机网络按拓扑结构分为：星型网络、环型网络、总线型网络、树型网络、网状型网络。13常见的网络拓扑结构总线型星型环型树型网状型混合型 网络拓朴结构反映了计算机网络中各设备结点之间的内在结构关网络拓朴结构反映了计算机网络中各设备结点之间的内在结构关系，是决定网络性能的主要因素系，是决定网络性能的主要因素 。 构造网络时，首先要选择采用何种网络拓朴结构来物理连接所有的节构造网络时，首先要选择采用何种网络拓朴结构来物理连接所有的节点与计算机。点与计算机。 141、 总线型 特点：采用单根传输线作为传输介质,所有站点都通过相应的硬件接口直接连到传输介质既总线上；任一站点发送的信号都可以沿介质传输且能被其他所有站点接收,但只有目的站点真正接收,其他的站点则把信号丢弃。 说明：广播式通信方式；每一个节点可以收到来自其他任何节点所发送的信号 优点： 结构简单、电缆长度短、可靠性高、易于扩充。 缺点： 1、总线的物理长度和容纳的站点数有限,故障诊断困难。线路出现故障时，整个网络瘫痪 2、广播式竞争多址通信协议不利于网络业务量的增加，在重负荷下，网络性能急剧恶化。可靠性和灵活性差，传输延时不确定152、星型特点：各节点间无直接的链路，任何两点之间的通信都要通过中心结点。优点：结构简单、实现容易、便于管理缺点：1、可靠性较差,中心节点负担过重，是全网可靠性的关键 2、投资较大AC16扩展星型扩展星型(cus-based)(cus-based) 星型结构的重复( 中央星型拓朴上的节点是另一个星型拓朴的中心节点). 减少了链路与设备的投资 优点：在星型的优点之外，更富于层次，从而可隔离某些网络流量173、环型特点：各主机经由各自的中继器或转发器和点到点链路组成闭合环。每个节点只与相邻的两个节点相连。环中的数据沿一个方向传输。每个节点必须将信息转发给下一个相邻的节点。优点：结构简单，最大延迟确定， 时实性较好。缺点：1、扩充不如总线型容易，需要对全网拓扑和访问机制进行调整。 2、可靠性差，环中任何一个结点出现故障都会导致全网瘫痪18双环双环(FDDI)(FDDI) 两个非相连的独立同心环 主环+备用环（同一时刻只有一个环在使用） 优点：在单环之上增加了高度的可靠性。 缺点：维护与管理复杂，投资大194、树型组成: 各节点按层次进行连接,处于越高层次的节点,其可靠性要求越高。优点: 总线路长度较短,容易扩展和进行故障隔离。缺点: 结构比较复杂且对根的依赖性太大CD205、网状型 特点：结点间的连接是任意的，没有规律，网 络的任一结点一般至少有两条链路与其 它结点相连。 优点：系统可靠性高，节点间存在着冗余链路,某个链路出了故障,还可以选择其它。 缺点：成本高、结构复杂21完全网状结构完全网状结构 每一个节点均与其他每一个节点直接相连。数据的传输有赖于所采用的网络设备 优点：多条链路提供了冗余连接 缺点：链路随着节点数目的增加呈指数增长。226、混合型 在一些庞大复杂的应用系统中，有时需要在一些庞大复杂的应用系统中，有时需要将各种拓扑结构的局域网连接在一起而组合成将各种拓扑结构的局域网连接在一起而组合成复合型的拓扑结构复合型的拓扑结构。 23关于网络拓扑结构的说明1、局域网的基本拓扑结构：总线型 星型 环型2、广域网的网络基本形式：网状拓扑3、局域网中经常使用的混合拓扑：总线型-星型4、网络拓扑是决定网络性能的主要因素241.4 计算机网络的分类 计算机网络有多种分类标准，如按传输技术、通信介质、计算机网络有多种分类标准，如按传输技术、通信介质、按数据交换方式、通信速率和使用范围等。按数据交换方式、通信速率和使用范围等。 最普遍的是按地理范围（广域网，城域网，局域网）按传输介质（双绞线，同轴电缆，光纤，无线网） 使用网络的对象（公用网，专用网）按网络传输技术（广播式，点到点式） 按传输速度（低速网络和高速网络） 按逻辑功能（资源子网和通信子网）按拓扑结构（星，环，总线，树，网）251.4 计算机网络的分类 l1.从网络的使用者进行分类（1）公用网:一般是国家的电信部门建造的网络。是指对所有公众开放、用于为公众提供服务的网络，公用网也可称为公众网。例：中国公用计算机互联网(CHINANET)（2）专用网:是某个部门为本系统的特殊业务工作的需要而 建造的网络。 例：银行系统的网络261.4 计算机网络的分类 2.2.按地理范围划分：按地理范围划分： 局域网（Localareanetworks，LANs)范围：小，10KM传输技术：基带，10Mbps-1000Gbps，延迟低，出错率低拓扑结构：总线，环 广域网（Wideareanetworks，WANs)范围：大，100KM传输技术：宽带，延迟大，出错率高拓扑结构：不规则，点到点 城域网（Metropolitanareanetworks，MANs)范围：中等，100KM传输技术：宽带/基带拓扑结构：总线271.4 计算机网络的分类 2.2.按地理范围划分：按地理范围划分：（1）局域网LAN（Local Area Network）:是将小区域如工厂、学校、公司等的计算机、终端和外围设备等互连在一起的通信网络。 特点: 高数据率1000Mbps)、短距离2.5Km)和低误码率.（2）广域网WAN（Wide Area Network）:大区域的计算机网络,如多个LAN互联而构成的跨市、国家和国际性的计算机网络。广域网有时也称为远程网