网络基础知识

网络基础知识 计算机网络基本知识 网络操作系统简介 局域网组建实例 局域网 一 基础知识 计算机网络是利用通信线路和设备 把分布在不同地理位置上 功能独立的多台计算机连接起来 再通过功能完善的相关软件 以实现计算机资源共享和信息传递的系统 一 计算机网络的基础知识 计算机网络是计算机技术与通信技术相结合的产物 无论是理论还是应用都还在不断地发展中 计算机网络发展经历了三个阶段 主机终端型 1 主机 终端型远程联机系统 主机主机型 2 主机 主机型互连系统 国标网络 3 国际标准化计算机网络 网络的功能 1 计算机网络的功能资源共享这是计算机网络最突出的优点之一 包括硬件资源和软件资源的共享 通信计算机网络为联网的机器提供了功能强大的手段 分布式处理可以将复杂的任务分配到不同的主机上来共同完成 节点是各种处理设备的统称 如用户计算机 路由器等 连接两个节点之间数据传输的线路称为链路 如电话线 电缆等 2 计算机网络的组成网络是由一系列节点和连接这些节点的链路所组成 网络 节点 链路 网络的组成1 网络的组成2 从功能上分 计算机网络可分为通信子网和资源子网两部分 计算机网络 通信子网 资源子网 局域网 LAN 一种小范围内的网络 如各种校园网 企事业单位内的办公自动化网络 智能大厦内部的网络等 城域网 MAN 是较大范围内的一种网络 可以连接若干公司与一个城市 广域网 WAN 可以不受地理限制的超大型网络集合 如因特网 网络的分类 3 计算机网络的分类按网络分布范围大小可以分为局域网 城域网和广域网 基带网是指所用的传输介质的通频带受限制 只能传送某一频带内的信号 如以太网 宽带网是指所用的介质的通频带较宽 可以在同一线路上传送不同频带的多个通道信号 如有线电视网 基带网与宽带网 按网络所用传输介质的特性则可分为基带网和宽带网 按传输技术又可分为广播式网络和点到点网络 拓扑结构1 五种常见的计算机网络拓扑结构总线型结构 在一条线路上连接了所有站点和其他共享设备 星型结构 每个节点都单独用一条线路与中心相连 形成辐射状网络构型 4 计算机网络的拓扑结构网络中各节点相对于其他节点的物理位置以及整个网络的形状 称为网络的拓扑结构 计算机网络的拓扑结构示意图 请参考教程第6页 树型结构 各节点发送的信息从根节点开始 然后逐级发送到整个网络 环型结构 各节点经过环接口连成环状构型 网型结构 每个节点用多条链路与其他节点相连 拓扑结构2 拓扑结构图 网络协议 5 网络协议在计算机网络中各节点之间需要不断地交换数据和传递控制信息 要实现协调有序的交换与传送 必须事先制定好一套规则 这套规则明确规定了节点之间相互通信 数据交换和数据管理的一系列约定 这样一套规则就称为网络协议 Protocol 或网络规程 Procedure 通俗的讲 网络协议就是网络中计算机之间进行通信的 共同语言 网络体系结构 6 网络体系结构结构层次化的思想 分层处理是复杂问题的一种基本方法 将总体功能分到不同层次 每一层次都有明确的功能 不同系统的同等层次功能相同 上层使用下层的服务不需要了解下层具体实现方法 分层处理可以大大降低问题的处理难度 分而治之 网络体系结构 网络系统的物理整体以及分层的协议集合 即网络层次结构和各层协议的整体 也就是整个网络系统逻辑上的构造和功能分配 可以说 网络体系结构是网络的灵魂 层次关系 层次之间的关系 下层为上层提供服务 上层利用下层的服务完成本层的功能 网络协议就是对网络体系结构各层次功能的规则或约定 OSI模型1 7 网络开放系统互连参考模型最早的网络协议 1969年美国ARPAnet的TCP IP 现已成为因特网的分层体系结构 第一个计算机网络体系结构 1974年IBM公司SNA SystemNetworkArchitecture 国际标准化组织ISO于1984年提出了开放系统互连参考模型 记为OSI RM OpenSystemInterconnectionReferenceModel 网络节点各层功能实现的一般方法 较低层协议主要由硬件实现 较高层协议主要由软件实现 OSI模型2 OSI模型3 数据信息信号 7 数据通信技术数据 Data 是一种有意义的实体 包含了事物的内容和表示形式 计算机数据就是计算机输入 输出 存储 处理和传输的信息编码形式 数据分为模拟数据和数字数据 信息 Information 是数据所包含的内容和解释 信号 Signal 是数据的载体 信号分为模拟信号和数字信号 数据通信技术 在计算机网络中 数据通信技术主要是以传输计算机数据为目的的通信 需要通过计算机与通信线路连接 完成数据编码信号的传输 转接 存储和处理 根据信号的不同形式 数据通信分为数字通信和模拟通信 数字通信 直接将数字信号送上通信线路进行传输的通信 模拟通信 将连续变化的电信号送上通信线路进行传输的通信 数字通信1 1 数字通信数字信号 采用反映二进制数的矩形脉冲电信号 高电平表示 1 低电平表示 0 为了改变信号的传输特性以适应网络通信需要 通常要对二进制数字进行编码 常用的数字信号编码 不归零码 归零码 二相码 延迟调制码和双极性码 曼彻斯特编码是典型的自同步数字信号编码技术 局域网通常采用差分曼彻斯特编码 数字通信2 1 0 1 1 0 0 高 H 低 L 1攠 高电平 0攠 低电平 中间跳 0攠 上跳 1攠 下跳 中间总有跳变 0攠 开头跳 高 H 低 L 高 H 低 L a 不归零制编码 b 曼 彻 斯特编码 c 差分曼 彻 斯特编码 模拟通信1 2 模拟通信模拟信号 连续变化的信号 电话系统就是典型的模拟通信 若要将计算机输出的数字信号利用模拟通信系统输出或接收 则必须将数字信号与模拟信号互相转换 这就要通过调制解调器来实现 模拟通信2 3 通信技术指标位 是承载信息的最小单位 即二进制位 比特 bit 帧 是数据通信的最小单位 信道带宽 就是信道允许通过的信号的频率范围 单位是Hz 若要将计算机输出的数字信号利用模拟通信系统输出或接收 则必须将数字信号与模拟信号互相转换 这就要通过调制解调器来实现 模拟通信3 信号传输率 又称波特率 表示每秒信道所传送信号波形个数 单位 baud 波特 数据传输速率 又称比特率 表示每秒信道所传送信息量的比特值 单位 bit s 注意 比特率与波特率的比较 误码率 传送中数据出错的概率 数据编码1 4 数据编码数字数据的模拟信号编码 即数模转换 D A 用数字脉冲波对连续变化的载波进行调制 变换成模拟信号 调制方式有以下三种 1 幅移键控法 振幅调制 2 频移键控法 频率调制 3 相移键控法 相位调制 数据编码2 0 1 0 1 0 1 1 0 0 基带信号 幅移键控 频移键控 相移键控 数据编码3 数据编码4 模拟数据的数字信号编码 即模数转换 A D 最常用的方法是脉冲调制PCM 模拟信号的数字化的三步骤 采样 电平量化 编码 多路复用1 5 多路复用技术多路复用是指一个信道同时传输多路信号 频分多路复用 FDM 即将信道的可用频带 带宽 按频率分割多路信号的方法划分为若干互不交叠的频段 每路信号占据其中一个频段 从而形成许多个子信道 通常采用频分多路复用器 MUX 来实现 适用与模拟通信 多路复用2 多路复用3 时分多路复用 TDM TDM是将传输时间划分为许多个很短的互不重叠的时间片段 而将若干个时间片段轮换地依次给多个信号使用 同固定序号的时间片段组成一个子信道 每个子信道所占用的带宽相同 TDM适用于数字通信 通信方式1 6 通信方式通信有两种基本方式 串行通信和并行通信 通常情况下 并行通信用于距离较近的情况 串行通信用于距离较远的情况 并行通信 即同时传输多个数据位 bit 的通信 至少有8个数据位同时从一个设备传送到另一个设备 发送设备将8个数据位通过8条数据线传送给接收设备 接收设备在收到这些数据后 不需经过任何改变就可以直接使用 计算机内部的总线数据传送通常都是以并行方式进行传输的 通信方式2 串行通信 即一次传输一个数据位 bit 的通信 每次由源地传到目的地的数据只有一位 与同时传输好几位数据的并行传输相比 串行数据传输的传输速度要比并行传输慢 但在实际应用中往往选择串行数据传输 这是因为实现串行数据传输的硬件具有经济性和实用性 串行通信的三种方法 单工 半双工 全双工 数据交换1 7 数据交换技术在计算机网络中 计算机之间传输的数据往往要经过多个节点才能从源地址到达目的地址 数据交换技术就是实现数据如何通过中间节点进行传递转发的方法 线路交换 线路交换 又叫电路交换 其特征是在源节点与目的节点之间建立一条利用中间节点连接而成的专用通信线路 最普通的线路交换例子是电话系统 线路交换的数据传输经历三个过程 1 线路建立2 数据传输3 线路拆除 线路交换的优缺点 报文交换 报文交换 又叫转储交换 其原理是中间节点接收数据 报文 后先存储起来 等到线路空闲时再发出去 这种交换方式不需要建立专用通道 源节点将目的节点的地址附在报文上 传给相邻的中间节点 再由中间节点存储转发 直至目的节点收到为止 报文交换的优缺点 分组交换1 分组交换 分组交换是把线路交换和报文交换的优点结合起来产生的一种交换技术 在分组交换中 报文分为几个小的数据包 称为分组 将分组或者以类似报文交换方式 称为数据报方式 或者以类似线路交换方式 称为虚电路方式 进行传输 分组交换2 数据报方式 每个分组包含一个顺序信息 在网络上各分组独立地传输 传输过程中 可能经过不同的节点 到达的顺序也可能打乱 当所有的分组都到达目的地后 重新按顺序排列还原 虚电路方式 在发送任何分组之前 需要建立一条逻辑连接 虚电路 每个分组包含一个虚电路标识符 各分组沿虚电路的路径 以存储转发方式经过中间节点依次到达目的地 完成后撤消这条虚电路 分组交换3 数据交换技术的比较 参考课本第15页 其他数据交换技术 帧中继是对目前广泛使用的X 25分组交换通信协议的简化和改进 ATM异步传输模式是线路交换与分组交换技术的结合 能最大限度地发挥线路交换与分组交换技术的优点 具有从实时的语音信号到高清晰度电视图像等各种高速综合业务的传输能力 通信媒体 8 通信媒体通信媒体主要是指计算机网络中发送和接收者之间的物理通路 其中有有线信道如通信电缆 也有无线信道如微波线路和卫星线路 通信媒体的特性对网络数据的传输有很大的影响 这些特性包括物理特性 传输特性 抗干扰性及地理范围 通信媒体也称为传输媒体或传输介质 同轴电缆 同轴电缆 同轴电缆由一根内导体铜质芯线外加绝缘层 密集网状编织导电金属屏蔽层以及外包装保护塑橡材料组成 在网络中使用较多的有50 基带电缆和75 宽带电缆两种 75 电缆用于视频信号传输 将在视讯宽带网中发挥作用 50 电缆用于数字信号传输 适用于局域网 双绞线 双绞线 双绞线是两根绝缘导线互相绞结在一起的一种通用廉价的传输介质 它可减少线间电磁干扰 适用于模拟 数据通信 双绞线分非屏蔽双绞线UTP和屏蔽双绞线STP两种 目前 在局域网中 大多数使用的是UTP 光纤 光纤 光纤是由玻璃或塑料制造的丝状物体 光脉冲在光纤中的传递便形成了光通信 通信光纤分为单模光纤和多模光纤两种 单模只提供一条光通路 多模有多条光通路 单模光纤容量大 价格较贵 光纤只能作单向传输 如需双向通信 则应成对使用 无线电波 无线电波通信 无线电波通信主要有微波通信 红外线通信和激光通信 利用无线电波通信 就会有较大的机动灵活性 可以轻松实现多种通信 抗自然灾害能力和可靠性也较高 微波在空间主要是直线传播 并且能穿透电离层进入宇宙空间 微波通信主要有两种方式 地面微波接力通信和卫星通信 红外光信号和激光信号直接在空间沿直线进行传播 红外线通信和激光通信比微波通信具有更强的方向性 难以窃听 插入数据和进行干扰 但红外线和激光对雨雾等环境干扰特别敏感 1 局域网的特点局域网便于集中管理 建网成本低 安装扩充及维护简便灵活 具有四个主要特点 二 局域网 二 局域网 局域网三种管理模式 1 工作站 文件服务器模式 W S 2 客户机 服务器模式 C S 3 对等网络模式 PeertoPeer 2 局域网的构成按信号在线路上传输控制方式 局域网可分为以太网 令牌环网和令牌总线网 局域网常用的三种网络的拓扑结构 星型 环型和总线型 局域网的构成 局域网的物理构件 1 服务器主机 Server 2 工作站主机 WorkStation 3 网卡 NIC 4 集线器 Hub 5 中继器 Repeater 3 以太网的工作原理以太网即共享介质基带总线型局域网 其核心技术就是随机争用型介质存取访问控制方法 即CSMA CD方法 带有冲突检测的载波侦听多路访问方法 IEEE802 3标准 在以太网中 任何节点都没有可预约的发送时间 所有的发送都是随机的 并且不存在集中控制的节点 网中的节点都平等地争用发送时间 随机争用的介质存取访问控制方法 以太网1 CSMA CD方法的基本思想 公共通道 广播发送 先听后发 边听边发 冲突停止 随机延迟 错开重发 CDMA CD CSMA CD方法包括三个主要内容 1 载波侦听多路访问 2 冲突检测 3 退避算法 4 几种常见的以太网 1 10BASE 5粗缆网 2 10BASE 2细缆网 3 10BASE T双绞线网 4 10BASE F光纤以太网 5 100BASE T快速以太网 6 千兆以太网 常见以太网 10BASE 5粗缆网与10BASE 2细缆网 粗缆与细缆 10BASE T双绞线网 双绞线网 100BASE T快速以太网 100BASE T 千兆以太网 千兆以太网1 千兆以太网 千兆以太网2 5 令牌环网和令牌总线网 1 令牌环网令牌环网使用一个标记 令牌 作为数据发送的唯一 许可证 沿着环轮转 取得空令牌的站点可以将其改为忙令牌并附在后面 其他站点不能发送数据 令牌环与总线网 2 令牌总线网令牌总线网采用总线结构的物理布局 但将所有站点构成一个逻辑环 以令牌的方式传送数据 结合总线网和令牌环网的优点 6 网络互联网络互联是指将多个计算机网络连接起来构成更大的网络系统 网络互联的目的是使不同的网络之间可以通信和共享资源 网络互联 网络互连设备 1 中继器 Repeater 2 网桥 Bridge 3 路由器 Router 4 交换机 Switch 5 网关 Gateway 中继器 1 中继器 Repeater 中继器又叫转发器 是两个网络在物理层上的连接 用于连接具有相同物理层协议的局域网 是局域网互连的最简单的设备 网桥 2 网桥 Bridge 网桥是在数据链路层上连接两个相同类型访问介质不同的局域网络 即网络的数据链路层不同而网络层相同时要用网桥连接 网桥 路由器 3 路由器 Router 路由器是网络层上的连接 即不同网络与网络之间的连接 网关 5 网关 Gateway 1 网络操作系统的功能计算机网络必须在网络操作系统 NOS 的支持下才能正常地工作 网络操作系统的优劣决定了整个网络的性能和用途 三 网络操作系统 三 网络操作系统 网络操作系统都具有较强的数据管理能力 从而确保网络中资源的可用性和安全性 能向用户提供文件传输 网络通信 资源共享等服务功能 同时也提供与其他应用程序编程接口 Netware一种特别适合以磁盘操作系统为操作平台的小型局域网的网络操作系统 Netware采用SPX IPX网络协议 WindowsNT与Windows2000由微软公司开发的高性能微机网络操作系统 与当今流行的Windows98有类拟的操作界面以及天然的兼容性 并且采用了许多新技术 是当前局域网中使用最广泛的操作系统 常见NOS1 2 常见的网络操作系统 Unix一种简单通用 高效的多任务 多用户的操作系统 主要运行在大型计算机上 Linux一种基于Unix内核而且源代码公开的微机网络操作系统 功能强大并且与Unix兼容 但界面不是很友好 应用程序不多 使其推广受到一定影响 常见NOS2 对等网络操作系统对等网就是这样一种网络环境 网络中各计算机之间可以自由访问 关系平等 共享双方各种资源 对等网特别适合小型办公室网络 两台计算机之间可直接用网络线连成一个对等网 多台计算机之间则需用集线器进行连接 由于对等网不需要专门的服务器和工作站 因此可以利用Windows98或Wimdows2000Professional这种单机型操作系统中的连网功能 实现访问网上邻居 文件及打印共享 映射网络盘及访问因特网等网络功能 常见NOS3 1 对等网络的组网方法组建一个局域网需要解决两大问题 计算机硬件 网络设备的选择和安装 网络软件的安装与调试 四 对等网组网 四 对等网的组网和使用 应了解在Windows98操作系统下建立对等网络的方法 具体内容请参考教程28页 对等网1 在Windows98中没有安装NetBEUI协议 可以通过以下的方法进行安装 1 顺序依次选择 开始 设置 控制面板 双击弹出窗口中的 网络 图标 将出现 网络 对话框 2 在 网络 对话框 单击 添加 按钮后 出现 选择网络组件类型 对话框 选择其中的 协议 一项 并单击 添加 按钮 出现 选择网络协议 对话框 对等网2 在Windows98中没有安装NetBEUI协议 可以通过以下的方法进行安装 3 在 选择网络协议对话框中 在 厂商 下方列表框中选择 Microsoft 一项 再在 网络协议 下方列表中选择 NetBEUI 协议 单击 确定 返回到 选择网络组件类型 对话框 4 单击 确定 按钮后 系统要求用户放入Windows98安装盘 放入windows98的安装盘 单击 确定 按钮后 系统将会自动复制文件 复制结束后 系统要求用户重新启动计算机 在Windows98中没有安装TCP IP协议 可以通过与安装NetBEUI协议相似的方法进行安装 对等网3 网络用户的安装在 网络 属性对话框中的 主网络登录 下方选择 Windows登录 文件与打印共享在 网络 对话框中选中 配置 选择卡 然后单击 文件及打印共享 按钮打开 文件及打印共享