网络技术基础

1、计算机网络技术基础莆田学院现代教育技术中心2004年1月引言一、课程特点（实用性、专业性、知识性均很强）知识性和实用性最强的技术课程之一。计算机课程中自学难度最大的之一。网络工程师应掌握的知识和技术有：网络规划与组网设计（网络协议/网络类型/网络结构/网络设备选择）网站建立（服务器安装/网页制作）网络管理与维护（用户和文件系统管理/安全性）网络施工技术（综合布线等）网络数据库开发与维护（Web数据库技术）真正掌握计算机网络技术必须理论与实践并重。本课程只是以网络理论为主 的入门课程。网络技术专家二扎实的理论基础+踏实的工作实践二、学习目标与学习特点学习目标从一个网络工程师的角度，了解现代计算机

2、网络的基本技术理论，掌握基本结构、 互联原理、组网技术、网络设备、网络管理与网站建设的基本知识，为今后深入 学习网络技术和网络工程实践打基础。学习特点教材内容偏旧偏空，所以大量讲课内容在教材之外。术语（中英文）多，概念多，技术性强要求：听课/笔记/预习教案/作业教案下载 HYPERLINK 0 0 /网络技术基础教案/ 04年新教案三、学习内容学习内容（教材只是学习参考）第一章计算机网络概述第二章数据通信基础第三章计算机网络体系结构与协议第四章计算机局域网第五章网络互连与TCP/IP协议第六章Internet及其应用第七章网络连接设备与技术第八章网络系统集成第九章网络安全技术基础四、考核方式考

3、试方式平时作业与课堂表现20%期中考试（笔试）20%期末考试（笔试）60%说明：旷课三次或上课习惯睡觉者不必参加考试本课程与过去课程相关不大，基础不是问题。笔试内容基本知识基本概念 基本协议常用命令常用英文术语第一章计算机网络概述本章主要内容1.1计算机网络基本知识1.2通信网络数据交换技术1.3外网接入技术1.4网络的四种基本系统结构1.5常用网络操作系统1.1计算机网络基本知识1.1.1什么是计算机网络（Network）计算机网络的基本要求未连网前的计算机系统一一“信息孤岛”。传输要求：必须将信息送到正确的目标设备。信息必须由且只能由指定设备（用户）接收。精度要求：必须保证信息传输的准确性

4、。在传输后被改变、出现错误的信息是不可用的信息。时间要求：必须保证信息传输的时间性。迟到的信息是无用的信息。对于视频、音频之类实时传输，还要求保证信息传输的顺序。b、计算机网络的基本组成一个用于计算机连网通信的系统一般由六个部分组成：信息（message）文字、数值、图形、声音、图像等发送设备各种信息处理设备（计算机等）接收设备各种信息处理设备（计算机等）通信设备负责主机间的通信控制和通信处理传输媒介 各种电缆、光缆、无线电波等通信协议 通信规则（无协议的两台设备可以连接但无法通信，如同讲不同语 言的两人无法对讲）通信协议通信协议发送设畚通信设备信息传输媒介通信设备接收设备c、计算机网络的定义

5、（参考）计算机网络是计算机技术和数据通信技术紧密结合的产物。所谓“计算机网络”，通俗地讲，就是将地理位置不同的多个计算机系统通过 通信设备和线路连接起来，以功能完善的网络软件（“在协议控制下”）实现网络 中资源共享和数据交换的系统。计算机网络的组成网络=资源子网+通信子网1.1.2计算机网络的功能和应用资源共享从成本上看软、硬件资源共享（硬盘/打印机/软件包）数据交换从效率上看即时（动态）数据交换（股市行情/军事/生产管理/订票系统/电子邮件）网络=桥梁使世界变小可靠性和安全性如:通过网络备份存放提高信息可靠性使用网络访问权限控制提高信息安全性1.1.3计算机网络的分类通常可以通过两个方式来分

6、类：传输技术和网络规模。按传输技术分广播式网络（broadcast network）一条共享通信信道；信息以广播形式送到所有站点，网络地址符合者接收之，不符者舍弃之。特例：多播（multicasting）点到点网络（point-to-point network）信息从源主机到目标主机，通常要经过多个中间设备，且有多条路径。因此其路 由算法十分重要。一般来讲小的、本地性的网络采用广播方式大的、远程性的网络采用点到点方式按网络规模分局域网（LAN, Local Area Network）近距（一般10km以内，通常在一个机构或一组建筑物中）；一般使用专门敷设的线路；使用本地主机资源（主机/服务器为

7、中心），免费用或少费用。广域网（WAN, Wide Area Network）远程（可达数千公里，可跨地区、国家，甚至全球联网）；一般通过租用的专线接入公共数据通信网实现远程连接；以路由器为技术基础（一般连接两个或两个以上局域网）。WAN通信一般称为“服务” （service ），因为网络提供商通常要对所提供的WAN 服务收费。城域网（MAN, Metropolitan Area Network）分布范围在LAN和WAN之间（几十公里内），通常是一个城市内多数LAN的组合网。介于局域网和广域网之间的网络（CAN,统称“区域网”）内部网（Intranet）园区网/校园网（Campus netwo

8、rks）最大特点：大量使用外部信息资源（特别是Internet上的资源）。服务基于Internet技术：通常提供WWW、E-mail、FTP、BBS、虚拟网等服务或 功能，良好安全性，可连接Internet。组网基于LAN技术：主机/服务器为中心，交换机为主要通信设备，独立的网络资 源和管理系统，专门敷设的线路。本身可由若干个LAN组成或是一个大型的LAN。高带宽。本课程中，将这类网络以下统称区域网，而将单个部门或单个建筑物内的网 络称为局域网。互连网络（internet）若干个网络连接起来构成一个更大的网络。Internet is a largest internet！远程连接（Remote

9、 connections）将位于网络分布范围之外的部门办公室和单个用户连接到本地网或I nternet上。普 通客户一般通过Modem （调制解调器）和租用的公用电话线路实现远程连接。1.1.4通信网与计算机网络通信网由用户终端设备、交换设备和传输线路组成。交换设备间的传输线路称为“中继线”，用户终端设备与交换设备间的传输线路称 为“用户线”。常用通信网有电信网、广播电视网和计算机专用网。典型的电信网有：公用电话网（PSTN）、分组交换网（X.25）、数字数据网（DDN）、综合业务 数字网（ISDN）。从整个电信网的角度来划分，电信网可以分为三个部分：长途 网（长途端局以上的部分）、中继网（长

10、途端局和市话局及市话局之间的部分） 和用户接入网（从本地电话局到用户之间的部分）。典型的广播电视网有：无线广播电视网、卫星电视广播网、有线电视网典型的计算机专用网：局域网、区域网、广域网实际上今天三网都已用于构筑计算机网络。电信网和广播电视网目前主要用于广 域网和区域网。网络技术的发展趋势是三网合一。1.2通信网络数据交换技术1.2.1数据交换技术概述最简单的网络连接：两站点直接用线路连接。一般通信网络，则根据网络结构的不同可以分为交换通信网络和广播通信网络。广播通信网络中的通信方式是广播式，所有网络节点共享通信媒介，不需要中间节 点的介入。LAN一般为广播通信网络。A交换通信网络是由若干个网

11、络节点按照某一拓扑结构相互连接而成的。数据的传送 从源节点开始，需经过若干中间节点转发（交换），才能最终到达目的节点。限于 经济性或连接的非永久性，WAN一般为交换通信网络。【名词】站节点（结点）（Q环形拓扑广播通信网络交换通信网络1.2.2数据交换：基本要求与常用技术一般来说，对数据交换有下面五个基本要求：要满足多种多样的用户对各种不同速率的数据通信的需求在交换的连接过程中的速度要快高的传输准确性适应用户的实时性要求，网络时延要小能满足用户各种数据通信业务的需要常用数据交换技术有： 电路交换报文交换分组交换虚电路分组交换数据报分组交换信元交换数据交换技术之一：电路交换（circuit swi

12、tching）通信时需在两站间通过交换结点（交换机）先建立一条独享的通信线路”，即所 谓”通信通道”。三叫用尸变换机交换机通信过程三次握手（handshake）：建立连接（hello） 电路建立源端向网络系统发送一个带目标端地址的请求联接信号（呼叫），中间结点按一 定路由算法分配一条可能达到目标的信道，在这个请求呼叫的联接过程中，各中 间结点“记住”了联接中的输入输出对应关系，相当于在源端和目标端间临时分配 了一条直达通路，直至取消（例：打电话前先摘机拨号）。数据传送（talk）数字或模拟数据一般为全双工（即可同时在两个方向传输数据）（ACK，确认）取消连接（bye）电路释放（电路拆除）电路交

13、换是由传统的电话通讯方式发展起来的一种交换方式。特点：通信通道利用率很低（连接期间专用该通道，空闲照样付费）数据通信时真正占用线路的时间一般不超过10%甚至只有1% （语音通信最高可达 80%）。而且建立电路和电路释放时间较长，小数据量传送不经济。实时性好（连接期间无延迟）带宽固定（不适合猝发性大通信流量），整个线路要求单一速率，无差错控制功能只能一对一通信交换设备简单（纯硬件），收发速度快数据交换技术之二：报文交换（message switching）采用存储转发（store-and-forward）技术实现数据传输，即A站发出的数据被整个地 作为一个”报文”（对报文大小没有限制），而且传送

14、在每个中间节点处都要先存储一转发下再转发给下一节点。它是 由传统的邮递通讯方式发展 起来的一种交换方式，这种 方式直接以一次传送的信息 包（报文）为单位组织通信， 如一封信、一个文件或一个 电子邮件等，信息包的长度 不定，自带目标用户地址。它没有连接和取消连接的过程，每个信息包在传输过程中只是一段一段地占用信道， 而不是占用整个链路。特点：通道可复用（连接期间无需独占通道，多个报文可分时共享同一通道）带宽可调变（对猝发性通信流量十分适合）实时性差（存储转发过程引起通信延迟），不适用于语音和视频之类实时或交互 式的通信要求。可实现一对多通信交换设备（节点）需用大容量存储器的电脑设备在实际应用中报

15、文交换主要用于传输报文较短、实时性要求较低的通信业务，如 公用电报网。数据交换技术之三：分组交换（packet switching）类似于报文交换技术，但所传输的数据被分割成一个个不等长的”分组”（packet，包）进 行传送。由于每个 分组数据包很小（一般为几千个 二进制位），传送 设备只需将它们 保存在主存中再 转发，而无需存储 在物理存储设备交换机变我机鲤 主存f发编* 主存-中，所以速度、效率和实时性均优于报文交换。两种分组交换技术分组交换的方法有两种：数据报（datagram）分割后的各个数据包（带有目的地址）通过网络单独发送到目的站再装配复原”无连接”方法。.虚电路(virtual

16、 circuit)传送方式类似电路交换(建立连接件数据传送件取消连接)，但连接是”虚拟”的， 数据包在每个节点处仍需存储转发，并不独占线路，所以可进行多路通信。”面向连接”方法。数据报与虚电路比较.数据报(datagram)无需呼叫建立连接阶段，所以传输少量数据时比虚电路快。分组可绕过故障节点到 达目的地，但不保证分组能按序到达，数据丢失也不知晓。.虚电路(virtual circuit)传输前需先建立连接，所以适用于两端之间大数据量交换。能保证每个分组按序 正确到达。但构成虚电路的某个节点或链路出故障时，虚电路完全失效。三种交换技术比较.电路交换数据传输之前必须先通过呼叫设置一条完整通路。在

17、线路拆除(释放)之前该通路由 一对用户完全占用。效率不高，适合于较轻和间接式负载使用租用的线路进行通信。LAN中广泛使用。.报文交换报文从源点传送到目的地 采用存储转发的方式，报 文需要排队。因此报文交 换不适合于交互式通信， 不能满足实时通信的要 求。通常用于公用电报网。.分组交换结束受换技术比较分组交换方式和报文交换 方式类似，但报文被分成 分组传送，并规定了最大 长度。在数据报分组交换 中，目的地需要重新组装 报文。在虚电路分组交换 中，数据报传送之前必须 通过虚呼叫设置一条虚电 路。分组交换技术是在计 算机数据通信网中最广泛 使用的交换技术，适用于 交换中等或大量数据情 况。数据交换技

18、术之四：信元交换（cell switching）又称”快速分组交换”。数据被切分成一个个固定大小的信元”（如53字节），这样允 许交换以硬件形式完成，同时不必进行复杂的计算，使交换更快速。特点：.高速交换，又适应于不同速率的要求，特别适合于多媒体信息的传送.通信设备价格极高（”贵族网络”）.能最充分支持QoS采用信元交换技术的主要网络是ATM （异步传输模式）网络。1. 3常用外网技术什么是外网？现代网络，与外网（特别是因特网）的连接是必不可少的。对一般用户而言，一 般是通过接入第三方的通信网实现WAN连接，所以网络工程师需要了解各种接入 的通信网的性能和线路使用情况（费用等）。通信网通常有三

19、种类型：公共服务通信网、高速光纤通信网（SDH、ATM和 B-ISDN）和无线移动通信网。本节仅要求了解常见通信网的名称、类型和特点。（1）PSTN （公用电话交换网）DTE+Modem+电话交换机（2）DDN （数字数据网）DTE+基带Modem+DCCS交换机由数字交叉联接设备DCCS （Digital Cross Connect System）及各种数字信道 组成的、以传送计算机数据为目的的公共服务通信网。（3）PSDN （分组交换网）DTE+ （集中器）+分组交换机PSDN诞生于70年代,是广域网发展早期在分组交换和统计时分复用技术基础 上构成的以数据通信为目标的公共数据网。互联的交换

20、机组构成PSDN交换网 的核心，每台交换机都具有分组交换功能，故称“分组交换机”（PSX,Packet Switch eXchange ）。交换机根据DTE送来的分组报文所携带的地址信息，按一定 路由算法在交换网内选择转发路径。（4）FRN （帧中继网）（5）ISDN （综合业务数字网）DTE+ （TA） +NT2+NT1 + ISDN交换机（6）xDSL （数字用户环路）DTE + ADSL Modem+交换机xDSL是一组数字用户环路（Digital Subscriber Loop）技术，其中x表示有若干种（见下表），它利用现在电话线铜缆用户线中的2对或3对双绞线实现高速数据 接入。XDS

21、L有对称（如HDSL）与非对称（如ADSL）之分来满足不同的用户 需求，所谓对称与非对称是指上行与下行的带宽是否相同。ADSL :通过电话线实现宽带接入目前xDSL中最常用的是中国电信开通的ADSL业务（Asymmetric Digital Subscriber Line）即“非对称数字用户线路。它在普通电话线的底频语音上叠加 高频数字信号，能够提供高达8Mbps的高速下行速率和2Mbps的上行速率，传 输距离可达36千米。它无需修改任何现有协议和网络结构（只需在电信公司 的线路出口和用户的电话线路入口各加一台ADSL调制解调器），即可在电讯公 司与最终用户间架起一座高速通道。当在你身边的电话

22、线两端分别放置ADSL Modem时，在这段电话线上便产生了三个信息通道：一个速率为1.5Mbps-9Mbps的高速下行通道，用于用户下载信息；一个速率为16Kbps-1Mbp s的中速双工通道，用于用户上传输出信息；一个普通的老式电话服务通道，用于普通电话服务。且这三个通道可以同时工作。在铜线两端安装ADSL Modem的作用是接收 基带数据，然后通过调制技术形成高速模拟信号进行传输。ADSL标准：G.DMT标准全速率ADSL，支持8Mbps高速下行和1.5Mbps上行速率。要求用户端安装分离器，成本高，适用于网吧和小型网络的共享接入。G.LITE 标准轻型ADSL，支持1.5Mbps高速下

23、行和512Kbps上行速率。省去复杂的分离器，适用于普通家庭用户。目前所有ADSL局端设备都支持以上两个标准，用户可根据需要选择支持不同 标准的客户端设备。ADSL的特点：高速Internet接入 （相比PSTN和ISDN）数据和语音同时传输接入费用低廉（相比DDN）可以拥有静态IP始终在线软硬件安装简单（普通电话线/申请ADSL业务/准备ADSL Modem/设置）ADSL接入方式专线接入静态IP,无须拨号（无用户名和密码）。通常采用包月制计费。虚拟拨号连接时获得动态IP，需“拨号”（输入用户名和密码），但并非真拨号，只 是系统记录拨入和离线时间以便计费的一种技术方式。故可采用计时收费。AD

24、SL接入方式：家庭接入a）用户设备：ADSL MODEM卡（内置式）；ADSL分离器（采用全速率接入时，通常由局方提供）。b）用户设备：带USB接口的ADSL MODEM （外置式）；ADSL分离器（采用全速率接入时，通常由局方提供）。ADSL接入方式：网吧或单位接入用户设备：带RJ-45接口的ADSL MODEM（外置式）；ADSL分离器（采用全速率接入时，通常由局方提供）； 可后接集线器，实现小型网络的Internet共享。ADSL接入方式：要求网络安全性好的单位接入用户设备：ADSL路由器（价格高），通常还后接有交换机或集线器； ADSL分离器（采用全速率接入时，通常由局方提供）； 可提

25、供地址转换（NAT）、一个IP共享Internet连接等功能。（7）HFC （有线电视网）DTE+Cable Modem+有线电视传输系统HFC（Hybrid Fiber Coaxial）网是指光纤同轴电缆混合网，它是一种新型的宽 带网络，采用光纤到服务区，而在进入用户的最后1公里”采用同轴电缆。最常 见的也就是有线电视网络，它比较合理有效地利用了当前的先进成熟技术，融 数字与模拟传输为一体，集光电功能于一身，同时提供较高质量和较多频道的 传统模拟广播电视节目、较好性能价格比的电话服务、高速数据传输服务和多 种信息增值服务，还可以逐步开展交互式数字视频应用。（8）SONET/SDH （同步光纤

26、网络/同步数字体系传输网）SONET是美国用于光纤数据传输的标准，最大的可以达 U9.953Gbps。实际线路速率接近20 Gbps，与SONET相当的国际标准是SDH （同步数字体 系）。据称，ATM over SDH有可能成为城域网建设的主流技术之一。SDH实际上是一种全网时钟同步体系。该体系要求在SDH传输网中设置 一个高精度、高稳定度的统一的时钟源（常用具有10-11稳定度和精度的艳原 子钟），由它通过专门的信道对全网所有网络单元中的时钟进行频率和相位 的同步。由于全网所有节点的时钟保持严格的同步，所以传输数据时不必再 考虑位串同步措施，大大提高了传输效率和速率。美国和加拿大采用的是S

27、ONET，欧洲和中国采用SDH。（9）ATM （异步传输模式）网ATM是一种基于统计时分复用（ATDM）的信元交换方法，而且是着眼于 与高速光纤传输介质配合而研制的一种高速交换技术。它可同时支持语音、图像和数据等多媒体信息提供高速交换，充分支持QoSoATM网络的原理：将传输数据切分为固定长度的信元传送，可根据业 务类型对带宽的需要动态分配信元，执行异步信元交换；采用纯交换技术， 每个连接都有自己的独占带宽，数据传送效率高，基本传输速率155Mbps （最 大 2.5Gbps）。ATM的基本单位是信元（cell）。每个信元长度为53字节，其中前5个字 节为信头（header），载有地址信息和控

28、制信息（目的地址、信元类型、优先 级等），后48字节为净荷（payload），载有各种形式的信息。（10）SMDS技术（交换式多兆位数据服务）SMDS技术（Switched Multimegabit Data Service）是一种基于信元交换 技术的高速和高性能的连接方式，采用无连接方法（1.545Mbps ）。它是 美国七个地区性BELL公司制定的一项宽带通信标准，被设计来连接多个LAN， 主要用于城域网。（11）DQDB技术（分布式队列双总线）DQDB技术（Distributed queue dual bus）是一种广播式城域网技术。DQDB由两条单向总线组成，两条平行的单向总线穿绕于整

29、个城市，各站点同 时接于两条总线之上。每条总线都有一个首端点（head-end），它产生一个 稳定的53字节的信元流。每个信元从首端点沿总线往下传，到达终点时，从 总线中消失。目的计算机在发送者右方时使用上方的总线，反之使用下方的 总线。（12）B-1SDN （宽带综合业务数字网）使用基于SDH的ATM （ATM over SDH）网络作为基本交换网络。SDH利用同步时分复用技术（STDM）和统一的同步时钟，着重于解决以光纤为基 础的高速数字传输问题。ATM则是利用异步（统计）时分复用技术实现数字 信号高速传输和交换的一种模式。它更着眼于解决高速交换方面的问题。所 以B-ISDN就是将SDH的

30、高速传输能力与ATM的高速交换能力结合起来而形 成的一种宽带综合业务数字传输网络。（13）DWDM技术现有的光纤城域网基本上都采用的是SONET/SDH技术，虽然非常适合 语音传输应用，但随着多种数据传输业务的增加，改善网络性能所需的投资 却很难令运营商们接受。另外，SONET/SDH的传输效率和利用率也理想。于 是，世界主要的光传输设备提供商推出了DWDM （密集波分复用）解决方案。DWDM技术的大容量和波分复用特性非常适合当前宽带网多种业务、多 种协议并存的发展趋势。而城域网正是通信网中最复杂的环节，需要直接面 对多业务、多协议环境，DWDM是目前惟一可以很好地适应这种环境的低价 解决方案

31、。另外，发展城域DWDM与现有的SDH网不会发生冲突，两者可以 并存，而且运营商可以通过城域DWDM网提供SDH业务，最大限度地保护前 期投资。2001年7月6日，“中国高速互连研究试验网（NSFCNET） ”重大研究项目 在清华大学顺利通过由国家自然科学基金委组织的验收、鉴定。该项目是我 国第一个高速计算机互联试验网络，首次实现了与国际下一代互联网络 Internet 2的连接，标志着我国下一代互联网研究建设取得重大突破。1.4网络的四种基本系统结构1.4.1 终端/主机(Terminal/Host)系统(T/H系统)怒晞 CTerninals)又称主机系统或多用户系统。操作系统：UNIX

32、（XENIX）、LINUX主机：大、中、小型机，高档微机特 点：“哑”终端（=键盘+显示器，甚至可 以无CPU和内存）；一切事务由主机分时处理（与MS-DOS 命令不兼容）。说 明：Internet总体上为UNIX系统，网上 之PC机执行模拟终端程序模拟成终 端进入主机（此时PC机只是负责将键 盘指令一主机，主机处理结果一显示 屏，一切处理与PC机上的CPU无关，均由主机进行）工作站/文件服务器（Workstation/File Server）系统（W/S系统）1.4.2文件国务器File Server）W理亏*、年处i技工作帖(workst at! ms)系统（C/S系统）操作系统：Nove

33、ll公司出品的NetWare （主 流产品）服务器：高档微机特点：服务器提供数据共享服务和传送管理功能（不处理数据）， 工作站执行应用程序的所有功 能，通过磁盘映象，又可象使 用本地磁盘一样使用服务器上 的硬盘。服务器Server ；客户矶(clien-t:)1.4.3 .客户机/服务器（Client/Server） 操作系统：Windows NTWindows 2000 Server Windows 2003 Server服务器：高档微机或大、中、小型机特 点：服务器除提供数据共享和传送管理服务外，亦可应Client 机要求提供数据库处理服务（即对Client要求的数据记 录作筛选或检索后再

34、传输， 从而减少了传输压力一W/S 系统是将整个文件传输给工作站处理，哪怕所处理的仅为整个库文件中的一个记录）系统1.4.4 对等网络（Peer-to-peer Network 操作系统：Windows 95/98/NT（Workstation版） Windows 2000 Professional/XP服务器：没有专用服务器特 点：每个工作站既可起客户机作用， 亦可起服务器作用。例:一台PC机运行应用程序时，其他 用户还可访问该机硬盘上的文件， 同时该机还可作其他PC机的网络 打印服务器。（必要时加入专用服务器即可形成W/S或C/S系统）初建费用低，简单1.5常用网络操作系统常用网络操作系统（NOS，network operating system）有：口 UNIX通用、多用户、分时操作系统，能提供所有的nternet服务，具有很好的稳定性、 开放性、安全性，但用户界面较差，版本杂，对主机配置（多为小型机）和管理 人员素质要求高，且整体集成费用高，适合大中型网络，也是对安