第6章计算机网络基础知识及应用

计算机应用基础FoundationsofComputerApplication第6章计算机网络基础知识及应用对计算机网络具有初步的认识；了解计算机网络的基本概念和基本技术；了解计算机局域网的相关概念和技术；了解Internet的相关概念和接入技术。本章知识点6.1计算机网络基础1946年世界上第一台电子计算机ENIAC诞生。1976年BobMetcalfe提出计算机网络互联。图6.1BobMetcalfe的网络示意图6.1计算机网络基础6.1.1计算机网络的优点和面临的挑战1）硬件共享节约成本2）软件共享节约成本3）文件共享简单可行4）网络互联可以使工作跨越地域和时间优点缺点未经授权的用户入侵病毒威胁6.1计算机网络基础计算机网络主要包括以下三部分：主机——为用户提供服务。通信子网——提供数据传输和交换功能。通信协议——根据事先约定好的和必须遵守的规则，保证通信顺利的进行。6.1.3计算机网络的分类6.1.2计算机网络的定义计算机网络是利用通信设备和线路将地理位置不同、功能独立的多个计算机系统连接起来，以功能完善的网络软件实现网络的资源共享和信息传递的系统。6.1计算机网络基础地理范围按照联网计算机的距离和覆盖的地域范围WAN、MAN、LAN拓扑结构网络互联设备之间的结构关系Star、Bus、Ring、Mesh、Tree组织方式网络互联设备如何连接工作Client/Server、Peer-to-Peer传输介质互联设备传输数据和信号所采用的介质双绞线、同轴电缆、光纤、无线射频、微波、红外线、电话线、电力线带宽网络传输数据的速度能力宽带、窄带表6.1计算机网络的分类6.1计算机网络基础1.按地理范围分类1）局域网（LocalAreaNetwork，LAN）2）广域网（WideAreaNetwork，WAN）3）城域网（MetropolitanAreaNetwork，MAN）2.按拓扑结构分类1）星状拓扑（Star）图6.2星状拓扑6.1计算机网络基础2）总线拓扑（Bus）图6.3总线结构3）环状拓扑（Ring）图6.4环状结构6.1计算机网络基础4）网状拓扑（Mesh）5）树状拓扑（Tree）图6.5网状结构图6.6树状拓扑6.1计算机网络基础上面介绍的网络结构可以彼此互联成为更大。图6.7路由器工作原理图6.1计算机网络基础3.按组织方式分类1）客户机/服务器模式（Client/Server）

2）对等网模式（P2P）图6.8Client/Server与Peer-to-Peer的对比6.1计算机网络基础4.按传输介质分类1）双绞线图6.9RJ45接头双绞线（10BASE-T）以太网技术规范可归结为5-4-3-2-1规则，即允许五个网段，每网段最大长度100m。在同一信道上允许连接四个中继器或集线器。在其中的三个网段上可以增加节点。在另外两个网段上，除做中继器链路外，不能接任何节点。上述将组建一个大型的冲突域，最大站点数1024，网络直径达2500m。6.1计算机网络基础2）同轴电缆粗缆细缆同轴电缆图6.10同轴电缆的结构6.1计算机网络基础3）光纤图6.11光纤线缆常用的无线传输介质主要有微波、红外线、无线电、激光和卫星等。4）无线传输介质5.按带宽分类宽带网络和窄带网络6.1计算机网络基础6.1.4计算机网络通信协议图6.12香农的数据通信系统模型6.1计算机网络基础1.计算机网路通信概念计算机网络通信协议是为了保证数据从一个网络节点正确高效地传输到另外一个网络节点的一组规则的集合。计算机网络通信协议中最为重要、最有影响力的协议就是TCP/IP协议，它的流行源于它是Internet数据通信公认的标准协议。表6.2列出了常见的网络通信协议。表6.2常见网络通信协议网络通信协议主要用途TCP/IPInternetNetBIOS/NetBEUI微软Windows网络AppleTalk苹果Macintosh网络IPX/SPXNovell网络6.1计算机网络基础网络通信协议主要由三方面组成。①语法：数据和控制信息的结构或格式（即“怎么说”）。②语义：控制信息的含义，需要做出的动作及响应（即“说什么”）。③语序：规定了各种操作的执行顺序（即“什么时候说”）。2.计算机网络通信协议的主要任务网络通信协议的任务是负责完成网络中的数据传输，主要包括。①将需传送数据分割为小的数据包（Packet）。②将数据传送目的地地址附加于数据包上。③传输数据包。④控制传输中的数据包流向。⑤检测传输中的错误。⑥确认数据已经接收。6.1计算机网络基础图6.13数据的传输过程图6.14数据包共享通信信道6.1计算机网络基础3.OSI和TCP/IP协议1）OSI模型图6.15OSI7层模型6.1计算机网络基础（1）应用层（ApplicationLayer）（2）表示层（PresentationLayer）（3）会话层（SessionLayer）（4）传输层（TransportLayer）（5）网络层（NetworkLayer）（6）数据链路层（DataLinkLayer）（7）物理层（PhysicalLayer）OSI模型分为七层6.1计算机网络基础图6.16OSI传输数据模型6.1计算机网络基础2）TCP/IP协议TCP/IP体系结构将网络划分为五个层次，比OSI少了表示层和会话层，同时它对于数据链路层和物理层没有做强制规定，其原因在于它的设计目标之一就是要做到与具体物理网络无关。图6.17所示是TCP/IP和OSI的对比图。

图6.17TCP/IP和OSI对比6.1计算机网络基础6.1.5常见网络操作系统常见客户端网络操作系统：Windows98；Windows2000Professional；WindowsXP；AppleMacOS。常见服务器网络操作系统：Windows2000(Advanced)Server。Windows2003(Advanced)Server；Unix/Linux；NovellNetware；AppleMacOSXServer。网络操作系统是支持网络操作的计算机软件系统，常分为客户端网络操作系统和服务器网络操作系统。6.2计算机局域网局域网的研究始于20世纪70年代，包括令牌环网、FDDI网、以太网（Ethernet）等多种类型。6.2.1局域网概述1.局域网的特点（1）较小的地域范围。（2）高传输速率，低误码率。（3）局域网一般为一个单位所有，由单位或部门内部控制和管理。2.局域网的关键技术主要技术为连接各种设备的网络拓扑结构、数据传输介质和介质访问控制方法。（1）拓扑结构 （2）传输介质 （3）介质访问控制协议6.2计算机局域网6.2.2局域网组网技术局域网技术底层传输协议（物理层和链路层）的标准化是由电气和电子工程师协会（InstituteofElectricalandElectronicsEngineers，IEEE）完成的。IEEE制定了局域网规范文件—IEEE602局域网标准方案。1.令牌环网（TokenRing）采用IEEE602.5标准定义而成。这种网络为一环状网络，传输数据时，使用一个叫做“令牌”（Token）的电子信号，控制数据在网络中的传输。当“令牌”可用时，网络中需要发送数据的设备将数据附加于“令牌”之上，传输至目的设备，传输完成，“令牌”再次回到发送数据的设备，报告传输完成，“令牌”状态再次变为可用，如图6.18所示。6.2计算机局域网图6.18令牌环网6.2计算机局域网2.FDDI光纤分布式数据接口（FiberDistributedDataInterconnect，FDDI）借助光纤，可以提供100Mb/s的传输速度。它采用IEEE602.6标准建立网络。图6.19FDDI6.2计算机局域网3.以太网1976年BobMetcalfe提出了以太网概念。1960年开始出现在商业用途上。图6.20以太网广播传输数据6.2计算机局域网根据不同媒体可分为10Base-2、10Base-5、10Base-T及10Base-F。交换以太网：100Base-T快速以太网：6.2.3局域网中常用的网络连接设备3.网络互连设备2.传输介质1.网络适配器网络适配器也叫做网络接口卡（NetworkInterfaceCard，NIC），通常被做成插件的形式插入计算机的一个扩展槽中，故也被称作网卡。计算机通过网络适配器与网络相连。同轴电缆、双绞线、光纤和无线介质。1）集线器 2）交换机 3）路由器6.3Internet基础6.3.1Internet的形成与发展6.3.2中国Internet简介Internet起源于20世纪50年代。在1969年建立了ARPANET。1965年，美国国家科学基金会借助APRANET技术建立了和其类似，但是范围更大的网络。1957年，苏联成功发射世界上第一颗人造地球卫星。1967年9月14日发出了中国第一封电子邮件。1994年5月19日实现了与Internet的全功能连接截至2005年6月30日，我国上网用户达到1.03亿人。6.3Internet基础目前，我国提供互联网接入服务的运营商主要有以下几个。中国公用计算机互联网ChinaNET。中国教育和科研网CERNET。中国科学技术网CSTNET。中国金桥信息网ChinaGBN。中国网络通信集团CHINA169。中国国际经济贸易互联网CIETNET。中国联通互联网UNINET。中国移动互联网CMNET。ChinaNET、CERNET、CSTNET、ChinaGBN被称为中国四大互联网。6.3Internet基础6.3.3常用的Internet服务1．万维网 2．电子邮件3．文件传输 4．远程登录6.3.4Internet中的地址1.IP地址一个IP地址包含32位二进制数，按字节分为四段，每段的取值范围为0～255，段间用圆点“.”分开。1）IP地址的划分将IP地址划分为A、B、C、D、E五类，其中A类、B类、C类地址经常使用，称为IP主类地址，它们均由两部分组成，如图6.21所示。D类和E类地址被称为IP次类地址。6.3Internet基础图6.21IP地址格式6.3Internet基础2）公有IP和私有IPPublicIP：Internet全局有效。PrivateIP：只能在局域网中使用。注：子网掩码中为“1”的二进制位表示网络ID范围。2.域名系统Internet提供了一种域名系统DNS（DomainNameSystem），为主机分配一个由多个部分组成的域名，域名采用层次树状结构的命名方法，各部分之间用圆点“.”隔开。它的层次从左到右，逐级升高，其一般格式如下：计算机名.组织机构名.二级域名.顶级域名一台计算机只能有一个IP地址，但是却可以有多个域名。6.3Internet基础1）顶级域名（1）国家顶级域名。见P187表6.3列出了一些常见的国家或地区代码命名的域。（2）国际顶级域名：国际性的组织可在int下注册。（3）通用顶级域名：最早的通用顶级域名共有六个，即com表示公司、企业；net表示网络服务机构；org表示非盈利性组织；edu表示教育机构；gov表示政府部门（美国专用）；mil表示军事部门（美国专用）。2）二级域名在国家顶级域名注册的二级域名均由该国自行确定。我国将二级域名划分为“类别域名”和“行政区域名”。若在二级域名edu下申请注册三级域名，则由中国教育和科研网络中心CernetNIC负责；若在二级域名edu之外的其他二级域名下申请注册三级域名，则应向中国互联网网络信息中心CNNIC申请。6.3Internet基础3）组织机构名图6.22Internet的名字空间示意图6.3Internet基础3.统一资源定位器统一资源定位器又叫URL（UniformResourceLocator），是专为标识Internet网上资源位置而设的一种编址方式，平时所说的网页地址指的即是URL。//主机IP地址或域名地址/资源所在路径和文件名，4.IPv6简介IPv6（InternetProtocolVersion6）是因特网的新一代通信协议，在兼容了现有IPv4所有功能的基础上，增加了一些更新的功能。（1）地址扩展。 （2）简化了IP报头的格式。（3）可扩展性。 （4）安全性。（5）流标号。6.3Internet基础6.3.5Internet接入技术1.骨干网和接入网的概念骨干网又称为核心网，由所有用户共享。它通常是基于光纤的，能够实现大范围（在城市之间和国家之间）的数据传送，通常采用高速传输技术和高速交换设备，并提供网络路由。接入网就是通常所说的最后1km的连接——即用户终端设备与骨干网之间的连接。也就是本地交换单元与用户之间的连接部分，通常包括用户线路传输系统、复用设备、数字交叉连接设备与用户/网络接口等。2.调制解调器拨号接入缺点是速度较慢，接入速度只有56Kb/s，上网的时候无法接打电话。6.3Internet基础3.IDSL速度有所提高，可以达到126Kb/s。优点在于可以上网、打电话同时进行。4.DDN专线速率从64Kb/s～2Mb/s可选5.ATM异步传输方式ATM技术具有如下特点：（1）实现网络传输有连接服务，实现服务质量保证（QoS）。（2）交换吞吐量大、带宽利用率高。（3）具有灵活的组网拓扑结构和负载平衡能力，伸缩性、可靠性极高。（4）ATM是现今唯一可同时应用于局域网、广域网两