《计算机应用基础》：计算机网络基础知识

《计算机应用基础》：计算机网络基础知识

计算机网络是计算机技术与通信技术相结合的产物，严格来说，计算机

网络并无一个统一的定义，随着现代计算机与通信技术的发展，以及人们

考虑问题的侧重点不同，对于计算机网络的含义往往有着不尽一致的理解，

但是都有一个共同的基本点：计算机的互联与资源共享。一般来说，我们

可以将计算机网络定义为：

计算机网络是用不同形式的通信线路将分散在不同地点并具有独立功

能的多台计算机系统互相连接，按照网络协议进行数据通信，实现资源共

享的信息系统。这里，"连接"有两重含义：一是指通过传输介质和传输设备

建立的物理上的连接；二是指由一些网络软件实现的逻辑上的连接。

与单台的计算机系统相比，计算机网络的最主要功能就是资源共享，

具体表现在以下3个方面。

计算机网络功能

(1)通信。通信是指在计算机之间传送数据。例如，文件传输协议(File

电子邮件()、网络传呼(、微信)、

TransferProtocolzFTP).E-mailQQ

IP电话、万维网(WWW)、公告板系统(BulletinBoardSystem,BBS)

等。

(2)资源共享。资源共享即实现计算机硬件资源、软件资源和信息资

源的异地互用。"共享"是指可以互通有无和异地使用。例如，使用异地的大

型计算机进行本地计算机无法进行的计算，使用浏览器从其他计算机中获

取信息等。

(3)提高计算机系统的可靠性。在计算机网络中，各台计算机间可以

互为后备，从而提高了计算机系统的可靠性。

计算机网络的形成与发展经历了4个阶段:

第1阶段

计算机技术与通信技术相结合，形成计算机网络的雏形.

在第一代计算机网络中，人们将地理位置分散的多个终端通过通信线路连接到一台中心计算机上.用户可以彳

的办公室内的终端键入程序，通过通信线路传送到中心甘算机，分时访问和使用其资源进行信息处理，处理结黑

通信线路回送用户终端显示或打印.人们把这种以单个计算机为中心的联机系统称作面向终端的远程联机系统。

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第2阶段

在讨算机通信网络的基础上，完成网络体系结构与协议研究，形成了因特网的前身。

这一阶段研究的典型代表是美国国防部高级研究计划局（AdvancedResearchProjectsAgency,ARPA）白

ARPANET（通常称为ARPA网）.ARPA网通过有线、无线与卫星通信线路，使网络覆盖了从美国本土到夏威夷

欧洲的广阔地域.ARPA网是日算机网络技术发展的一重要的里程碑，也被认为是因特网的前身.这项研究首》

了资源子网与通信子网的概念.计算机网络的资源子网与通信子网的结构使网络的数据处理与数据通信有了清晰£

界面.计算机网络可以分成资源子网与通信子网.通信子网可以是专用的，也可以是公用的。

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第3阶段

在解决计算机联网与网络互连标准化问题的背景下，提出”开放系统互连参考模型（OpenSystenIntercon

ReferenceModel,OSIRM,简称OSI）”与协议，促进了符告国际标准的计尊机网珞技术的发展.

经过多年卓有成效的工作，ISO正式制定、颁布了“开放系统互连参考模型"，BPISO/IEC7498国际标准.，

是一个开放体系结构，它规定网络分为7层，并划分了每一层的功能.OSI模型已被国际社会所公认，成为研究和

T弋计算机网络标准的基础.特别要说明的是，因特网（Internet）遵循的是TCP/IP（TransmissionControlPr

InternetProtocol,传输控制协议/网际协议）参考模型，也是一种分层模型。它是一种事实上的工业标准。

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第4阶段

计算机网络向互联、高速、智能化方向发展，并获得广泛的应用.

目前，计苴机网络的发展正处于第4阶段.这一阶段计算机网络发展的特点是：越来越多的不同种网络在TCP,

础上进行互联，高速接入技术不断产生，网络的智能化管理和安全性也得到发展。在IP基础上的各种应用越来越2

计算机网络的形成与发展

Internet中包含的网络是各种各样的，它们的硬件组成以及运行的协议

也不相同。要使大家一办调工作，必须有一个大家都公认的协议，这就是

TCP/IP协议组，它的前身是ARPANET的通信协议。由于Internet的巨大

成功，TCP/IP已经成为世界公认的事实上的网络标准。TCP/IP模型是在物

理网基础上建立的，它自下而上分成物理链路层、网络层、运输层、应用

层共4层。

网络层的主要作用是解决网络互联中的问题，即网际寻址(包括地址格式、地址转换等),主要协议有IP协

际控制信息协议、路由协议.

物理链路层

物理链路层负责将IP包封装成适合在其体的物理网络上传箱的帧结构，并且交付传输。它包括：

•用于协作IP包在现有网络介质上传输的协议，如IEEE802.x.

•【P地址与实际物理网络地址间的地址解析协议(AddressResolutionProtocol.ARP)与反向地址转换协

(ReverseAddressResolutionProtocol,RARP)。

•用于串行线路连接主机一网络或者网络一网络的串行线路网际协议(SerialLineInternetProtocol,SLIP

对点协议(PointtoPointProtocol,PPP).

TCP/IP模型

TCP/IP模型自下而上各层(物理链路层、网络层、运输层、应用层)

信息传输的格式分别是：比特流、帧、包(报文分组)和报文。

计算机网络的分类标准很多，通常是按照网络覆盖的地理范围的大小分

为局域网、城域网、广域网。

(1)局域网(LocalAreaNetwork,LAN)o局域网是计算机硬件在

比较小的范围内由通信线路组成的网络。它一般限定在较小的区域内，通

常采用有线的方式连接起来。LAN一般在距离上不超过10km,通常安装

在一个建筑物或校园(园区)中。覆盖的地理范围从几十米至数千米。例

如，一个实验室、一栋大楼、一个校园或一个单位，将各种计算机、终端

与外部设备互联成网。局域网传输速率较高，通常为10~1000Mb/s,由

学校、单位或公司集中管理。通过局域网，各种计算机可以共享资源，如

共享打印机和数据库。

(2)城域网(MetropolitanAreaNetwork,MAN)0城域网规模

局限在一座城市的范围内，覆盖的地理范围从几十千米至数百千米。城域

网基本上是局域网的延伸，像一个大型的局域网，通常使用与局域网相似

的技术，但是在传输介质和布线结构方面牵涉范围较广。例如，满足一座

城市范围内大型企业、机关、公司以及社会服务部门的计算机联网需求，

实现大量用户的多媒体信息(声音方面包含语音和音乐；图形方面包含动

画和视频图像；文字方面包含电子邮件和超文本网页等)共享。

(3)广域网(WideAreaNetwork,WAN)。广域网跨越国界、洲

界，甚至覆盖全球范围，其采用的技术、应用范围和协议标准方面有所不

同。覆盖的地理范围从数百千米至数千千米，甚至上万千米。它可以是一

个地区或一个国家，县至世界几大洲。

网络上的计算机称为主机(Host),主机通过通信子网连接。通信子网的

功能是把消息从一台主机传输到另一台主机。通信子网由传输信道和转接

设备两部分组成。传输信道用于机器之间传送数据。转接设备是一种特殊

的计算机，用于连接两条甚至更多条传输线。当数据从传输线到达时，转

接设备必须为它选择一条传递用的输出线。

(4)互联网(Internet)。互联网即广域网、局域网及单机按照一定

的通信协议组成的国际计算机网络。互联网是指将两台计算机或两台以上

的计算机客户端、服务端通过计算机信息技术的手段互相联系起来的结果。

互联网始于1969年的美国，又称因特网，是全球性的网络。

拓扑结构是计算机网络的重要特性。从拓扑学的观点看，网络是由一组

节点（Node）和连接节点的链路（Link）组成的。在计算机网络中,计算

机作为节点，连接计算机的通信线路作为链路，形成计算机的地理分布和

互联关系上的几何构型。这种计算机与链路之间的拓扑关系，称为计算机

网络的拓扑结构。计算机网络的拓扑结构主要有以下几种：

拓

扑优缺

结构图解释说明

结占点

构

故

结

障检

构简

测比

通过一条传输线路将网络中所有节点连单，

总较困

rI接起来。网络中各节点都通过总线进行通信，容易

线难。

U在同一时刻只允许一对节点占用总线进行通实

型总线

信现，

中任

易扩

何一

充

个节

点出

现线

路故

障，

都可

能造

成网

络瘫

痪

中

心节

结点是

构简全网

在星型拓扑结构中，每个节点都由一个单单，可靠

星□独的通信线路与中心节点连接。中心节点控制实现性的

型全网的通信，任何I两个节点之间的通信均要通容瓶

过中心节点易1颈，

便于中心

管理节点

—曰

出现

故障

会造

成全

网瘫

痪

每

个节

点与

连接

结

节点

构简

之间

单，

的通

实现

—在环型拓扑结构中各节点通过通信线路信线

容

型组成闭合环型。环中数据沿一个方向传输路都

易，

成为

传输

网络

延迟

可靠

确定

性瓶

颈。

环中

任何

一个

节点

出现

线路

故

障，

都可

能造

成网

络瘫

痪

树型拓扑结构可以看作星型拓扑结构的

机

扩展。在树型拓扑结构中，节点按层次进行连

型

□接。树型拓扑网络适用于汇集信息的应用要求

结

构复

网状型拓扑结构中，节点之间的连接是任系

杂，

网M一,―-

-1意的，没看规律。目前实际存在和使用的远程统可

状必须

计算机网络的拓扑基本上都采用了网状型拓靠性

型□采用

扑结构高

路由

选择

算法

与流

量控

制方

法

通俗地说，网络协议就是网络之间沟通、交流的桥梁，只有相同网络协

议的计算机才能进行信息的沟通与交流。从专业角度定义，网络协议是计

算机在网络中实现通信时必须遵守的约定，也就是通信协议(

Protocol)e

网络协议主要是对信息传输的速率、传输代码、代码结构、传输控制步骤、

出错控制等做出规定并制定标准。常见的网络协议有以下几种：

(1)传输控制协议/网际协议(TCP/IP)。在实际应用中，最重要的是

TCP/IP,它是目前最流行的商业化的协议,也是因特网使用的协议。相对

于OSI,它是当前的工业标准或"事实的标准"，在1974年由VintonCerf

和RobertKahn提出。它从下至上分为4个层次：物理链路层、网络层、

运输层、应用层。

(2)超文本传送协议(HypertextTransferProtocol,HTTP)。它

是用于从WWW服务器传输超文本到本地浏览器的传送协议。它可以使浏

览器更加高效，使网络传输减少。它不仅可保证计算机正确快速地传输超

文本文档，还可确定传输文档中的哪一部分，以及哪部分内容首先显示等。

HTTP是一个应用层协议，由请求和响应构成，是一个标准的客户端/服务

器模型.它的主要特点是：

•支持客户/服务器模式。

•简单快速：当客户向服务器请求服务时，只需传送请求方法和路径。

•灵活：HTTP允许传输任意类型的数据对象。

•无连接：无连接的含义是限制每次连接只处理一个请求。服务器处理

完客户的请求，并收到客户的应答后，即断开连接。

•无状态：无状态是指协议对于事务处理没有记忆能力。缺少状态意味

着如果后续处理需要前面的信息，则它必须重传，这样可能导致每次连接

传送的数据量增大。反之，在服务器不需要先前信息时它的应答就较快。

简单邮件传输协议(

(3)SimpleMailTransferProtocol,SMTP)o

SMTP是一种提供可靠且有效电子邮件传输的协议。SMTP是建立在FTP

文件传输服务上的一种邮件服务，主要用于传输系统之间的邮件信息并提

供与来信有关的通知。SMTP目前已是事实上的在Internet传输E-mail

的标准，是一个相对简单的基于文本的协议。在其之上只要指定了一条消

息的一个或多个接收者(在大多数情况下被确定是存在的)，然后消息文

本就可以传输了。

SMTP的重要特性之一是其能跨越网络传输邮件。

从局域网应用角度看，局域网主要有以下特点：

•局域网覆盖有限的地理范围，一般在几千米以内。它适用于机关、

公司、校园、军营、工厂等有限范围内的计算机、终端与各类信息处理设

备联网的需求。

•局域网具有高数据传输速率(10~10000Mbps)、低误码率(<10

-8)的高质量数据传输环境。

•局域网一般属于一个单位所有，易于建立、维护和扩展。

•决定局域网特性的主要技术要素是网络拓扑、传输介质与介质访问

控制方法。

局域网由网络硬件和网络软件两部分组成。网络硬件主要有服务器、工

作站、传输介质和网络连接部件等。工作站和服务器之间的连接是通过传

输介质和网络连接部件来实现的。网络连接部件主要包括网卡、中继器、

集线器和交换机等。网络软件包括网络操作系统、控制信息传输的网络协

议及相应的协议软件、大量的网络应用软件等。

服务器

工彳锚

网络硬件网卡

传输介质

中继器

网络妾部件

集线器

局

域交换机

网

网络操作系统

网络软件控制信息传输的网络协议及相应的协议软

网络应用软件

局域网的基本组成

(1)服务器。服务器是整个网络系统的核心，它为网络用户提供服务

并管理整个网络，在其上运行的操作系统是网络操作系统(Windows

或随着局域网功能的不断增强，根据服务器在网

Server.LinuxUNIX)e

络中所承担的任务和所提供的功能不同，服务器可分为文件服务器、打印

服务器和通信服务器。在因特网上还有Web、FTP、E-mail服务器等。在

整个网络中，服务器的工作量通常是普通工作站的几倍甚至几十倍。

(2)工作站，又称客户机。客户机是指当一台计算机连接到局域网时，

这台计算机就成为局域网的一个客户机。客户机与服务器不同，服务器为

网络上许多网络用户提供服务以共享它的资源，而客户机仅对操作该客户

机的用户提供服务。客户机是用户和网络的接口设备,用户通过它可以与

网络交换信息，共享网络资源。客户机都用具有一定处理能力的个人计算

机(PersionalComputer,PC)来承担。客户机有自己的操作系统

(Windows或Linux),通过运行有关的网络应用软件,访问服务器共享

资源。

(3)网络适配器(NetworkInterfaceCard,NIC),也就是俗称的

网卡。网卡是构成计算机局域网络系统中最基本的、最重要的和必不可少

的连接设备，计算机