第6章网络基础与应用

第6章

网络基础与应用6.1计算机网络基础概述6.1.1计算机网络的定义和发展史概述6.1.2计算机网络的分类和功能概述6.1.1计算机网络的定义和发展史概述1．计算机网络的定义计算机网络广义的定义是：一些相互连接的、以共享资源为目的的、自治的计算机的集合。从网络媒介的角度来看，计算机网络可以看作是由多台计算机通过特定的设备与软件连接起来的一种新的传播媒介。计算机网络狭义的定义是：计算机网络是指将分布在不同地理位置且具有独立功能的多个计算机通过通信设备及传输媒体互连起来，在功能完善的通信网络软件的支持下实现资源共享、数据通信和协同工作的系统。通俗地讲，计算机网络是指将分布在不同地理位置且具有独立功能的多个计算机通过通信设备及传输媒体互连起来，在功能完善的通信网络软件的支持下实现资源共享、数据通信和协同工作的系统。建立计算机网络的基本条件是通信技术和计算机技术。一方面，通信网络的发展为计算机间的数据传送和交换提供了必要的手段和技术；另一方面，计算机网络的发展提高了通信网络的各种性能和技术指标。2．计算机网络的发展第一阶段可以追溯到20世纪50年代。那时人们开始将彼此独立发展的计算机技术与通信技术结合起来，完成了数据通信与计算机通信网络的研究，为计算机网络的出现做好了技术准备，奠定了理论基础。第二阶段是分组交换的产生。20世纪60年代，美苏冷战期间，美国国防部高级研究计划署（ARPA）提出要研制一种崭新的网络对付来自前苏联的核攻击威胁。因为当时，传统的电路交换的电信网虽已经四通八达，但战争期间，一旦正在通信的电路有一个交换机或链路被炸，则整个通信电路就要中断，如要立即改用其他迂回电路，还必须重新拨号建立连接，这将要延误一些时间。第三阶段是因特网时代。

Internet的基础结构大体经历了3个阶段的演进。（1）从单个网络ARPAnet向互联网发展：1969年美国国防部创建了第一个单个分组的交换网ARPAnet，1983年TCP/IP协议成为ARPAnet的标准协议。（2）建立三级结构的因特网：1986年，美国国家科学基金会（NSF）围绕6个大型计算机中心建设了计算机网络NSFnet。它是个三级网络，分为主干网、地区网和校园网。1991年，NSF和美国政府支持地方网络接入，并开始对接入因特网的单位收费。（3）多级结构因特网的形成：从1993年开始，美国政府资助的NSFnet逐渐被若干个因特网服务提供者（ISP）所替代。为了使不同ISP经营的网络能够互通，在1994创建了4个电信公司经营的网络接入点NAP。21世纪初，美国的NAP达到了十几个。6.1.2计算机网络的分类和功能概述可以从不同的角度对计算机网络进行分类，常用的分类方法有4种，即按覆盖的地理范围分类、按组网的拓扑结构分类、按数据通信传播方式分类和按网络中数据交换方式分类。1．按覆盖的地理范围分类按照联网的计算机之间的距离和网络覆盖地域范围的不同，计算机网络分为如下三种。（1）局域网（LocalAreaNetwork，LAN）将有限范围内的各种计算机、终端与外部设备（如高速打印机）互连形成的通信网络，称为局域网。其特点是适用范围一般为几米到十几公里、数据传输率较高、数据传输服务质量高等。该类型网络通常应用于一个单位、企业或相对独立的信息共享的外部设备等。（2）广域网（WideAreaNetwork，WAN）跨省、跨国等大范围的各种计算机、终端与外部设备互连形成的通信网络，称为广域网。其特点是适用范围一般为几十到几千公里，可使网络互联形成更大规模的互联网。该类型网络可以使不同网络上的用户相互通信和交互信息，实现局域资源共享与广域资源共享相结合。（3）城域网（MetropolitanAreaNetwork，MAN）城域网的适用范围介于LAN与WAN之间，基本上是一种大型的LAN，通常使用局域网技术。它可以支持数据、语音、视频与图像传输等，并有可能涉及当地的有线电视网2．按组网的拓扑结构分类计算机网络拓扑反映了网络中各实体间的结构关系，并且通过网络中节点与通信线路之间的几何关系表达出网络结构。网络拓扑结构一般分为总线型、星形、环形、树形和网状6种，如图6-1所示。（1）总线型结构网络总线型结构又称广播式计算机网络，是指各客户机和服务器均挂在一条总线上，各客户机和服务器地位平等，无中心节点控制。公用总线将数据信息以基带形式串行传递，其传递方向总是从发送数据信息的节点开始向两端扩散，如同广播电台发射的数据信息一样（2）星形结构网络星形结构的主要特点是由中心节点控制（又称集中式控制），各节点通过点对点通信线路与中心节点连接，中心节点控制全网的通信，任何两个节点间的通信都要通过中心节点。星形结构的优点是建网容易，控制相对简单；缺点是对中心节点依赖性大，可靠性差。（3）环形结构网络环形结构可理解为将总线型网络的链路的首尾节点相连形成一个闭合的环。这种结构使数据信息在公共传输电缆组成的环路中沿着一个方向在各个节点间依次传输。环形结构具有如下优点：数据传输方向固定；简化路径选择的控制；环路上各节点都是自举控制，故控制软件简单。其缺点是：由于信息源在环路中是串行地穿过各个节点，当环中节点过多时，势必影响信息传输速率，使网络的响应时间延长；环路是封闭的，不便于扩充；可靠性低，一个节点出现故障，将会造成全网瘫痪；维护难，对分支节点故障定位较难。（4）树形结构网络树形结构网络是分级的集中控制式网络。与星形相比，其通信线路总长较短，成本较低，节点易于扩充，寻找路径比较方便，但除了叶节点及其相连的线路外，任一节点或与其相连的线路故障都会使系统受到影响。（5）网状结构网络网状结构又称分布式结构。在网状拓扑结构中，网络的每台设备之间均有点到点的链路连接。这种连接不经济，适用于每个站点都要频繁发送数据的情况。其安装也较为复杂，但系统可靠性高，容错能力强。（6）网状型结构网络网状结构又称分布式结构。在网状拓扑结构中，网络中的每个终端之间均有点到点的链路连接。这种连接不经济，但适用于每个站点都要频繁发送数据的情况。其安装也较为复杂，但系统可靠性高，容错能力强。3．按网络中的数据交换方式分类（1）电路交换网此类型网络类似于传统的电话网络，用户在开始通信之前，需要建立一条独立使用的物理信道，并且在通信期间始终独占该信道，只有当通信结束后才释放信道的使用权限。（2）报文交换网此类型网络采用存储—转发机制，类似于生活中邮政通信方式，信件由路途中的各个中转站接受—存储—转发，最后到达目的地。（3）分组交换网此类型网络采用存储—转发和流水线传输机制。数据发送方将数据分割为多个分组，然后将多个分组依次发出，而各个中转站同时采用存储—转发和流水线传输机制，故各个节点同时进行接收—存储—转发操作。4．按数据通信传播方式分类（1）点到点网络

此类型网络要求在网络中的每条物理线路连接一对计算机。为了能从源节点到达目的节点，这种网络上的分组必须通过一台或多台中间计算机。广域网大多数都是点到点网络。（2）广播式网络

此类型网络要求在网络中的所有联网计算机都共享一条公共通信信道，当一台计算机发送数据时，其他所有计算机都会收到这个数据。局域网大多数都是广播式网络。5．计算机网络功能概述计算机网络具有四大基本功能，即数据通信传输、软件和硬件资源共享、提高计算机可靠性和可用性以及进行分布式处理。（1）数据通信传输数据通信传输是计算机网络最基本的功能之一，用以实现计算机之间传送各种信息。利用这一功能，地理位置分散的计算机可通过网络连接起来，进行集中的控制和管理。（2）软件和硬件资源共享计算机资源主要是指计算机硬件资源、软件资源和数据资源。计算机网络中的资源共享包括共享硬件、软件和数据资源。通过资源共享，可使网络中的各计算机资源互通有无、分工协作，从而大大提高系统资源利用率。（3）提高计算机可靠性和可用性通过网络，各台计算机可彼此互为后备机，当某台计算机出现故障时，其任务可由其他计算机代理，避免了系统瘫痪，提高了可靠性。同样，当网络中某台计算机负担过重时，可将其任务的一部分转交给较空闲的计算机完成，从而提高了每台计算机的可用性。（4）进行分布式处理把待处理的任务按一定的算法分散到网络中的各台计算机上，并利用网络环境进行分布式处理和建立分布式数据库系统，达到均衡使用网络资源、实现分布式处理的目的。6.2网络组成基础概述

6.2.1网络通信基础6.2.2网络硬件基础6.2.3网络软件基础6.2.1网络通信基础1．基本概念（1）数据

数据涉及事物的形式，是指能由计算机处理的且具有一定意义的物理符号。数据可分为模拟数据（是指某个区间内取连续的值）和数字数据（是指离散的值）。（2）信息

信息是指数据的内容和解释。（3）信号

信号是指数据的电磁或电子编码。信号有模拟信号（信号连续取值，如语音信号）和数字信号（信号取值是离散的，如计算机二进制代码）两种形式。（4）信道

在两点之间用于收发信号的单向或双向通路，称为信道。（5）数据通信

在数据处理机之间按照达成的协议传送数据信息的通信方式，称为数据通信。在通信过程中，数据以信号形式出现。（6）网络传输介质

网络传输介质是指在网络中传输信息的载体。常用的传输介质分为有线传输介质和无线传输介质两大类。对一个通信系统来说，它必须具备信源（信息的发源地）、传输媒体（信息传输过程中承载信息的媒体）、信宿（接收信息的目的地）3个要素。2．通信方式对于点对点之间的通信，按消息传送的方向与时间关系，通信方式可分为单工通信、半双工通信及全双工通信3种。（1）单工通信单工通信是指消息只能单方向传输的工作方式。（2）半双工通信

这种通信方式可以实现双向的通信，但不能在两个方向上同时进行，必须轮流交替地进行，即同一时刻里，信息只能有一个传输方向。（3）全双工通信这种通信方式是指在通信的任意时刻，允许数据同时在两个方向上传输，通信两端能同时接收和发送数据。3．基带与宽带（1）带宽带宽是指信道能传送信号的频率宽度，也就是可传送的信号的最高频率与最低频率之差。通常用带宽来描述传输介质的传输容量，介质的容量越大，带宽就越宽，通信能力就越强，传输速率也就越高。例如，标准电话线路频带为300～3400Hz，即带宽为3100Hz。（2）基带基带是指电信号所固有的基本频率，也就是将全部介质带宽分配给一个单独的信道，直接用两种不同的电压来表示数字信号0和1。当传输系统直接传输基带信号时，称之为基带传输。其优点是无须调制即可传送信号，简单经济；但传输距离一般限制在几公里之内。（3）宽带宽带是指比音频带宽更宽的频带，包括了大部分电磁波频谱。使用这种宽频带进行信息传输的系统，称之为宽带传输系统。宽带传输数据速率一般为0～400Mbit/s，常用的是5～100Mbit/s。宽带传输系统中采用两种技术，分别介绍如下。频分多路复用技术：将宽带分割成多个信道，每一路使用不同的频段，它们之间不会相互干扰，从而提高线路的利用率。例如，有线电视信号就是采用频分多路复用技术在一条线路上同时传送多套节目。时分多路复用技术：将时间分割成许多时间片，轮流交替传送多路信号。此方法通常用于数字信号的传送。6.2.2网络硬件基础1．网络传输介质网络中所采用的传输介质主要有同轴电缆、双绞线、光纤及无线介质。

2．网络传输设备网络中所采用的传输设备主要有网络适配器、集线器、交换机和路由器等，6.2.3网络软件基础1．网络协议一个网络协议主要由3个要素组成，分别介绍如下。（1）语法：数据与控制信息的结构或格式（即“怎么做”）。（2）语义：控制信息的含义，即需要作出的动作及响应（即“做什么”）。（3）时序：规定了操作的执行顺序。2．网络体系结构网络体系结构是指通信系统的整体设计，它为网络硬件、软件、协议、存取控制和拓扑提供了标准。3．OSI参考模型OSI参考模型用物理层、数据链路层、网络层、传输层、对话层、表示层和应用层7个层次描述网络的结构4．TCP/IP参考模型TCP/IP参考模型是美国国防部高级研究计划署计算机网络（AdvancedResearchProjectsAgencyNetwork，ARPAnet）及其后继者——因特网使用的参考模型。TCP/IP参考模型分为4个层次，即应用层、传输层、网络互联层和主机到网络层5．网络软件系统计算机网络软件系统由管理和控制计算机网络的各类软件组成，其中主要包括网络操作系统、协议软件、设备驱动程序、网络管理软件和网络应用软件等。（1）网络操作系统（NOS）（2）设备驱动程序（3）网络管理软件（4）网络应用软件6.3

Internet基础概述

Internet（因特网）是由那些使用公用语言互相通信的计算机连接而成的全球性网络，是当今世界上最大的计算机网络，是一个由全球范围内各类计算机网络互联后形成的网络。Internet覆盖的地域极广，网络资源极其丰富。6.3.1

Internet原理概述Internet是全球信息资源的总汇。Internet的特性如下：（1）通过全球唯一的逻辑地址链接在一起，这个地址是建立在互联协议（IP）或今后其他协议基础之上的。（2）可以通过传输控制协议和互联协议（TCP/IP），或者今后其他接替的协议或与互联协议（IP）兼容的协议来进行通信。（3）可以让公共用户或者私人用户使用高水平的服务。这种服务是建立在上述通信及相关的基础设施之上的。实际上，由于Internet是划时代的，它不是为某一种需求设计的，而是一种可以接受任何新的需求的总的基础结构6.3.2

Internet地址概述1．IP地址IP地址是唯一的，是Internet给每一台计算机设定的逻辑地址。这个地址是经TCP/IP协议认可的。一个IP地址由网络标识符（NetID）和主机标识符（HostID）两部分组成用于表明计算机是属于哪一个网络段的哪一台计算机。在Internet中，常用的IP地址可分为3类（A类、B类、C类），每一类网络中IP地址的结构（即网络标识长度和主机标识长度）都有所不同。目前通用的IP协议版本规定：IP地址由一个32位的二进制数字标识，通常分为4组，每8位一组；然后用小数点分组的十进制数（由每组的8位二进制数转换而成）表示，每组的数值范围是0～255，如3。这种书写方法叫做点数表示法。2．域名、域名系统用IP地址表示计算机的逻辑位置没有什么规律可言，很难记忆。为了方便解释机器的IP地址，Internet又采用了域名系统（DomainNameSystem，DNS）。域名系统采用层次结构，按地理域或机构域进行分层，并由圆点分隔各个层次字段。层次字段从右到左依次为最高域名段、次高域名段等，最左的一个字段为主机名。3．URL地址在Internet中的WWW服务器上，每一个信息资源（如一个文件等）都有统一的且在网上唯一的地址，该地址称为URL（UniformResourceLocator，统一资源定位器）地址。URL地址的组成：

信息服务类型://信息资源地址/文件路径。其中，“信息服务类型”表示采用什么协议访问资源。6.3.3接入Internet的方式概述

1．入网方式常见的入网方式有如下几种。（1）PSTN（公共电话网）接入Internet（2）ISDN（综合业务数字网）接入Internet（3）ADSL（非对称数字用户环路）接入Internet（4）DDN（数字数据网）专线接入Internet（5）卫星接入Internet（6）光纤接入Internet（7）无线接入Internet（8）CableModem接入Internet2．入网基本条件下面举例说明几种入网方式所需的基本条件，具体如下。（1）电话拨号仿真终端方式（如PSTN接入Internet）（2）SLIP/PPP接入Internet（如ADSL接入Internet）（3）专线连接（即网络）接入Internet（如ISDN接入Ineternet）（4）无线连接方式（如无线接入Internet）3．接入Internet网4种具体方式（1）电话拨号接入（2）ADSL接入（3）局域网接入（4）CableModem接入4．接入Internet举例下面以拨号上网方式为例介绍如何接入Internet。配置拨号上网的操作包括安装Modem和Modem驱动程序、安装网络协议和建立拨号连接。首先，要做好接入Internet必要的准备工作。（1）安装Modem和Modem驱动程序。（2）安装拨号网络适配器。（3）安装TCP/IP协议。图5-7

【连接宽带连接】对话框（4）安装拨号网络。（5）安装拨号程序。（6）配置TCP/IP协议。6.4

Internet应用概述

6.4.1

Internet功能概述Internet实际上是一个应用平台，在其上可以开展多种应用。下面从7个方面来说明Internet的功能，包括信息的获取与发布、电子邮件、网上交际、电子商务、网络电话、网上事务处理，以及Internet的其他应用。6.4.2

WWW服务与浏览器1．WWW（WorldWideWeb）服务WWW是一种基于超文本（Hypertext）方式的信息查询工具，其最大的特点是拥有非常友好的图形界面、非常简单的操作方法以及图文并茂的显示方式。2．InternetExplorer浏览器InternetExplorer是在Internet海洋中遨游的必要交通工具。6.4.2

WWW服务与浏览器1．WWW（WorldWideWeb）服务WWW是一种基于超文本（Hypertext）方式的信息查询工具，其最大的特点是拥有非常友好的图形界面、非常简单的操作方法以及图文并茂的显示方式。2．InternetExplorer浏览器InternetExplorer是在Internet海洋中遨游的必要交通工具。6.4.3

FTP服务与Telnet服务概述1．FTP服务文件传输是Internet的一项重要的服务，主要用于Internet上的主机之间或主机与用户终端之间的互传。网上文件传输的实现依赖于文件传输协议（FileTransferProtocl，FTP）的支持。FTP是一种实时的联机服务，在工作时先要登录到对方的计算机上。FTP的主要功能如下：（1）可在客户机与服务器之间交换一个或多个文件（不是文件夹）。注意，文件是复制而不是移动。（2）能够传输不同类型的文件，包括ASCII文件和Binary文件（无须交换文件的原始格式）。（3）提供对本地和远程系统的目录操作功能，如改变目录、建立目录等。（4）可以对文件进行重命名、显示内容、改变属性、删除及其他一些操作。2．Telnet远程登录（Telnet）实际上可以看成是Internet的一种特殊通信方式，其功能是把用户正在使用的终端或主机变成它要在其上登录的某一远程主机的仿真远程终端。利用远程登录，用户可以通过自己正在使用的计算机与其登录的远程主机相连