计算机网络基础知识

1网络简介网络的概念计算机网络：将具有独立功能的多台计算机系统或共享设备，通过通信设备和线路（或无线）将其连接起来，由功能完善的网络软件（网络协议，操作系统等）实现网络资源共享和信息交换的系统，称之为计算机网络。

如无特殊声明，我们将“网络”与“计算机网络”一词等价使用或混合使用。计算机网络主要的组成部分：

若干个主机（host）一个通信子网(subnet)一系列的通信协议1网络简介计算机网络的功能1.硬件资源共享2.软件资源共享3.用户之间信息交换2网络的发展1.面向终端具有通信功能的计算机网络(第一代网络)时间：20世纪50年代初特点：终端群--低速通信线路--集中器--高速通信线路---前端机---主机算计系统。2.初期计算机网络(第二代网络)

时间：20世纪60年代，特点：将多台计算机系统通过某种通信手段互连而成的第二代计算机网络。计算机彼此独立没有主从关系,在逻辑上具有独立的通信和资源子网。代表：ARPA网是这种网络的典型（1968年计划，1969年实验4个结点，1971年15个结点，23主机）。

通信子网

资源子网H:主机T:终端CCP：通信控制处理器3.第三代计算机网络时间：20世纪70~80年代特点：制定了统一的ISO/RM国际标准化互联参考模型，但却失败了。

4.第四代计算机网络时间：20世纪80年代后开始特点：宽带综合业务数字网（BISDN），发展前景广阔3网络的功能构成从功能上划分计算机网络：资源子网和通信子网构成。通信子网

资源子网H:主机T:终端CCP：通信控制处理器4网络拓扑结构网络拓朴结构是计算机网络结点和通信链路所组成的几何形状。拓扑结构类型：总线形、星形、环形、树形、混合形、网形和蜂窝形等。结构的选择因素：可靠性、费用、可扩展性、响应时间和吞吐量。总线型结构

总线型结构采用一条单根的通信线路（总线）作为公共的传输通道，所有的结点都通过相应的接口直接连接到总线上，并通过总线进行数据传输；总线型网络使用广播式传输技术，总线上的所有结点都可以发送数据到总线上，数据沿总线传播。但是，由于所有结点共享同一条公共通道，所以在任何时候只允许一个站点发送数据。当一个结点发送数据，并在总线上传播时，数据可以被总线上的其他所有结点接收。各站点在接收数据后，分析目的物理地址再决定是否接收该数据。粗、细同轴电缆以太网就是这种结构的典型代表。终止器网段终止器总线型拓扑结构有如下一特点：（1）结构简单灵活，易于扩展。（2）共享能力强，便于广播式传输。（3）网络响应速度快，但负荷重时则性能迅速下降。（4）局部站点故障不影响整体，可靠性较高。但是，总线出现故障，则影响整个网络。（5）易于安装、费用低。（6）网络效率和带宽利用率低。（7）采用分布控制方式，各结点通过总线直接通信。（9）各工作站点平等，都有权争用总线，不受某站点仲裁。星型结构星型结构的每个结点都由一条点到点链路与中心结点（公用中心交换设备，如：交换机、HUB等）相连。信息的传输是通过中心结点的存储转发技术实现的，并且只能通过中心站点与其它站点通信.中心结点星型结构的主要特点是：(1）星型拓扑结构简单，便于管理和维护。(2）易于实现结构化布线。(3）星型结构易扩充，易升级。(4）通信线路专用，电缆成本高。(5）星型结构的网络由中心结点控制与管理，中心结点的可靠性基本上决定了整个网络的可靠性。(6）中心结点负担重，易成为信息传输的瓶颈，且一旦故障，全网瘫痪集线器环型结构环型结构是各个网络结点通过环接口连在一条首尾相接的闭合环型通信线路中。环型结构有两种类型，即单环结构和双环结构。令牌环（TokenRing）是单环结构的典型代表，光纤分布式数据接口（FDDI）是双环结构的典型代表。环型拓扑结构的特点如下：（1）在环型网络中，各工作站间无主从关系，结构简单。（2）信息流在网络中沿环单向传递，延迟固定，实时性较好。（3）两个结点之间仅有唯一的路径，简化了路经选择。（4）可靠性差，任何线路或结点的故障，都有可能引起全网故障，且故障检测困难。（5）可扩充性差。树型结构树型结构是从总线型和星型结构演变来的它有两种类型，一种是由总线型拓扑结构派生出来的，它由多条总线连接而成。另一种是星型结构的变种，各结点按一定的层次连接起来，形状像一棵倒置的树，故得名树型结构。在树型结构的顶端有一个根结点，它带有分支，每个分支还可以再带子分支。

树型结构的主要特点是：

（1）这种结构是天然的分级结构。

（2）易于扩展。

（3）易故障隔离，可靠性高。

（4）电缆成本高。

（5）根结点的依赖性大，一旦根结点出现故障,将导致全网不能工作。网状结构网状结构是指将各网络结点与通信线路互连成不规则的形状，每个结点至少与其它两个结点相连，或者说每个结点至少有两条链路与其他结点相连。大型互联网一般都采用这种结构，如：我国的教育科研示范网CERNET、国际互联网Internet的主干网都采用网状结构。CERNET主干网拓扑结网状拓扑结构网状结构的主要特点是：（1）每个结点都有冗余链路，可靠性高。（2）因为有多条路径，所以可以选择最佳路径，减少时延，改善流量分配，提高网络性能，但路经选择比较复杂。（3）结构复杂，不易管理和维护。（4）适用于大型广域网。

（5）线路成本高。混合型结构混合型拓扑结构是由以上几种拓扑结构混合而成的，如：环星型结构，它是令牌环网和FDDI网常用的结构。再如：总线型和星型的混合结构等。混合型拓扑结构特点：（1）故障诊断和隔离较为方便。

（2）易于扩展。

（3）安装方便。（4）需要选用带智能的集中器。

（5）像星形拓扑结构一样，集中器到各个站点的电缆安装长度会增加5网络中的传输介质传输介质就是传输媒体，它是网络中连接收发双方的物理通路，是通信中实际传送信息的载体。传输介质可分为导向介质（有线介质,即双绞线、同轴电缆、光纤）和非导向介质（无线介质）。双绞线

双绞线：由两根具有绝缘保护层的铜导线按一定密度相互绞绕而成，故称为双绞线。目的：减少电磁干扰，提高传输质量。线就是双绞线。功能：双绞线可以用于传输模拟传输或数字传输。分类：计算机局域网中经常使用的双绞线有屏蔽和非屏蔽之分。

绝缘外皮绝缘铜线双绞线结构图屏蔽双绞线(STP)屏蔽双绞线抗干扰性好，性能高，用于远程中继线时，最大距离可以达到十几公里。但成本也较高，所以一直没有广泛使用。屏蔽双绞线非屏蔽双绞线非屏蔽双绞线(UTP)非屏蔽双绞线的传输距离一般为100米由于它较好的性能价格比，目前被广泛使用。

非屏蔽双绞线常用的是3类线和5类线，5类线既可支持100Mbps的快速以太网连接，又可支持到150Mbps的ATM数据传输，是连接桌面设备的首选传输介质。双绞线电缆非屏蔽(UTP)屏蔽(STP)10BaseT双绞线接线标准

双绞线有两种接法：EIA/TIA568B标准和EIA/TIA568A标准。标准12345678A白绿绿白橙蓝白蓝橙白棕棕B白橙橙白绿蓝白蓝绿白棕棕同轴电缆同轴电缆是指有两个同心导体（铜芯导体和屏蔽层）组成，而铜芯导体和屏蔽层又共用同一轴心的电缆，故称为同轴电缆。屏蔽层塑料护套绝缘层铜芯同轴电缆结构图光纤光纤是以光脉冲的形式来传输信号，材质是极细小的玻璃纤维（50-100um），它由纤芯、包层及保护层组成。

多模光纤与单模光纤性能比较多模光纤单模光纤适合于近距离低速率传输适合于长距离高速率传输芯粗芯细价格较低价格昂贵散射较大，效率较低散射小，效率较高无线介质地面微波：要求在“可视线”范围内进行传输，通过微波中继站的串联使用完成远距离远程通信服务。卫星微波：通信卫星是一个微波转播台。卫星从一个频率（上行链路）接收地面传输来的信号，将其放大或再生后，再从另一个频率（下行链路）发送到地面站。具有广播性质，但有1/4秒的传输延迟。红外传输：使用调制非相干红外线光的收发机进行可视线内直接或经浅色表面的反射传递信息。无线通信设备窄带无线电传输红外传输几种传输介质的比较

下表列出了计算机通信中几种传输介质的比较。我们在选择通信介质的时候，一定要从性能、价格和使用场合等各个角度综合考虑，一般来说，影响传输介质选择的因素包括：拓扑结构：(如星形结构不适合选用同轴电缆，可选择双绞线方等方式)容量：介质提供的传输速率应能够满足要求可靠性(差错率)：在可能的情况下，尽量选择可靠性高的介质应用环境：包括传输距离、环境恶劣程度、信号强度等等

常用传输介质比较

非屏蔽双绞线基带同轴电缆光纤卫星 分类3类5类 粗缆 细缆 单模 多模 同步 低轨传输速率3类UTP最大16Mbps因种类、距离不同，几千Mbps根据租用费用变化较大5类UTP最大155Mbps

变化较大(但总要高于UTP)地理范围 100米左右细缆小于800米几公里到几十公里很大 粗缆小于2500米 差错率 一般(10~10) 中等(10~10) 最低(10)高 成本 低 中较高 高

网络分类计算机网络是把分布在不同地理位置上的具有独立功能的多台计算机、终端及其网络设备在物理上互连，所连接的设备形成的计算机网络在规模大小上千差万别。由此将计算机网络划分为：局域网(LAN)，城域网(MAN)和广域网(WAN)网络分类按照网络覆盖的地理范围的大小，我们可以把计算机网络分为：局域网、城域网和广域网三种类型。

1、局域网（LAN）局域网（LAN-LocalAreaNetwork）是将较小的地理区域内的计算机或数据终端设备连接在一起的通信网络。局域网覆盖的地理范围一般在几十米到几十公里之间。它常用于组建一个办公室、一栋楼、一个楼群或一个校园和一个企业的计算机网络。局域网的主要特点如下：（1）覆盖的地理区域比较小，仅工作在有限的地理区域内（公里）。（2）传输速率高，1Mbps-1Gbps。（3）误码率低。（4）拓扑结构简单，常用的拓扑结构有：总线型、星型、环型（5）局域网通常归属一个单一的组织所管理。

2、广域网（WAN）广域网（WAN-WideAreaNetwork）是在一个广阔的地理区域内进行数据、语音、图象信息传输的通信网。广域网覆盖广阔的地理区域，通信线路大多借用公用通信网络（如：交换网络PSTN、数字数据网DDN、综合业务数字网ISDN等），传输速率比较低，这类网络的作用是实现远距离计算机之间的数据传输和信息共享。广域网可以覆盖一个城市、一个国家甚至于全球（如：Internet）。

广域网广域网的主要特点是：（1）覆盖的地理区域大，通常在几公里至几千、几万公里，网络可跨越市、地区、省、国家、洲洋乃至全球。（2）广域网连接常借用公用网络。（3）传输速率比较低，一般在64kbps-2Mbps,最高可达到45Mbps，但随着广域网技术的发展，广域网的传输速率正在不断地提高，目前通过光纤介质，采用POS（光纤通过SDH）技术，使传输速率达到155Mbps，甚至更高。（4）网络拓扑结构复杂。3.城域网（MAN）城域网（MAN-MetroplitanAreaNetwork）是一种大型的LAN，它的覆盖范围介于局域网和广域网之间，一般为几公里到几十公里，也就是说，城域网的覆盖范围在一个城市内。

LAN与WAN对比内容 LAN WAN 范围概述 较小范围计算机通信远程网或公用通信网网络覆盖的范围20公里以内 几公里—几万公里，可跨国界、洲界数据传输速率 1Mbps-16Mbps-1Gbps9.6Kbps—2Mbps—45Mbps 传输介质 有线传输介质：同轴电缆，有线或无线传输介质和公用数据网： 双绞线，光纤PSTN、DDN、ISDN、光纤、卫星、微波信息误码率低 高 拓朴结构 简单，总线、星型、环形、网状复杂，网状 用户安全 各单位专用 无政府状态 8局域网的访问控制方式和常用技术CSMA/CD载波监听多路访问/冲突检测TokenBus总线形令牌控制访问TokenRing环形令牌控制访问按网络的拓朴结构分类根据以什么拓扑结构组建网络，可以把网络分为总线型网络、环型网络、星型网络、树型网络、网状型网络和混合型网络。例如：以总线型物理拓扑结构组建的网络为总线型网络，同轴电缆以太网系统就是典型的总线型网络；以星型物理拓扑结构组建的网络为星型网络，交换式局域网以及双绞线以太网系统都是星型网络。按网络协议分类根据所使用的网络协议，可以把计算机网络分为：以太网（Ethernet）,以太网使用标准协议；令牌环网（TokenRing），令牌环网使用协议；还有：FDDI网、ATM网、网、TCP/IP网等。按传输技术分类根据网络所使用的传输技术，可以把计算机网络分为广播式网络和点到点网络。

1、广播式网络

在广播式网络中仅有一条通信信道，这条信道由网络上的所有站点共享。在传输信息时，任何一个站点都可以发送数据分组，并传到每台机器上，并被其他所有站点接收。而这些机器根据数据包中的目的地址进行判断，如果是发给自己的则接收，否则，丢弃它。采用这种传输技术的网络称为广播式网络（BroadcastNetwork）。总线型以太网就是典型的广播式网络。

按传输技术分类2、点到点网络与广播式网络相反，点到点网络由一对对机器之间的多条连接构成，在每一对机器之间都有一条专用的通信信道，因此在点到点的网络中，不存在信道共享与复用的问题。当一台计算机发送数据分组后，它会根据目的地址，经过一系列的中间设备的转发，直接到达目的端站点，这种传输技术称为点到点，采用点到点传输技术的网络为点到点网络。一、IP地址的基本概念1、什么是IPa.IP是InternetProtocol的简称。b.IP地址是32位的二进制数值。例如：c.为了便于书写和记忆，采用点分十进制。把32位分成四个单元。一、IP地址的基本概念2、为什么要使用IP地址

一个IP地址是用来标识网络中的一个通信实体，比如一个主机。而在基于TCP/IP协议网络中传输的数据包，必须使用IP地址来进行唯一的标识。每个被传输的数据包包括一个源IP地址和一个目的IP地址，当该数据包在网络中传输时，这两个地址要保持不变，以确保网络设备总是能根据确定的IP地址，将数据包从源通信实体送至目的通信实体。一、IP地址的基本概念3、IP地址的范围由于IP地址的每个单元有8位，所以单元范围一定在0----255之间。所以IP地址的范围为：

一、IP地址的基本概念4、IP地址的分类方法网络标识一个IP地址由两个部分组成主机标识

网络标识：用于标识该地址所从属的网络号。主机标识：用于指明该网络上某个特定主机的主机号。类比：号码：区号+用户号码一、IP地址的基本概念

IP五个不同的地址类别如下表

IP地址第一字节二进制二进制二进制类型十进制范围固定最高位网络位主机位A类0－12708位24位B类128－1911016位16位C类192－22311024位8位D类224－2391110组播地址E类240－2551111保留试验使用一、IP地址的基本概念A类

A类IP地址由一字节的网络地址和三字节的主机地址组成，其中网络地址中的最高位为0，紧临的7位表示网络标识，其余的24位为主机标识。0网络地址(7位)主机地址(24位)一、IP地址的基本概念特点：IP地址范围：网络标识：1---------126网络标识数：126个主机标识：每个网络标识中最多容纳主机数：2^24个(16777216个)一、IP地址的基本概念B类

B类IP地址由两字节的网络地址和两字节的主机地址组成，其中网络地址中的最高位为10，紧临的14位表示网络标识，其余的16位为主机标识。10网络地址(14位)主机地址(16位)一、IP地址的基本概念特点：IP地址范围：网络标识：网络标识数：16384个主机标识：每个网络标识中最多容纳主机数：2^16个(65536个)一、IP地址的基本概念C类

C类IP地址由三字节的网络地址和一字节的主机地址组成，其中网络地址中的最高位为110，紧临的21位表示网络标识，其余的8位为主机标识。110网络地址(21位)主机地址(8位)一、IP地址的基本概念特点：IP地址范围：网络标识：网络标识数：2097152个主机标识：0-------255每个网络标识中最多容纳主机数：2^8个(256个)一、IP地址的基本概念D类D类地址用于多路广播组用户。高4位总被设置为1110，剩下的没有指定表示网络或者主机标识的位数。范围为：

一、IP地址的基本概念E类E类地址是仅用于实验的地址，还没有实际应用。高4位总被设置为1111。范围为：

一、IP地址的基本概念几个特殊用途的IP地址a.网络地址：主机段全为0的IP地址。例如：202.206.0.0B类网络地址。b.广播地址：主机段全为1的IP地址。例如：202.206.255.255B类广播地址。c.保留地址：网络标识中第一个8位组