计算机网络基础教程.

计算机网络基础2016年11月1.1计算机网络概述计算机网络是现代通信技术与计算机技术紧密结合的产物。掌握计算机网络知识和网络操作技能是时代发展的需要，是社会进步的必然，更是高职学生职业技能的重要体现。1.1.1网络的概念计算机网络：将地理上分散的且具有独立功能的多个计算机系统，通过通信线路和设备相互连接起来，在软件（操作系统、管理软件、通信协议）支持下实现数据通信和资源（资源包括硬件、软件等）共享的系统。对于这个定义可从以下几个方面进行理解：（1）计算机网络是多个计算机的集合系统。网络中的计算机最少是两台，大型网络可容纳几千台甚至几万台主机。目前世界上最复杂的最大的网络就是国际互联网即因特网（Internet）。这些计算机可处在不同的地理位置，小到一个房间，大至可在全球范围内。网络中的各计算机具有独立功能，一台计算机的启动、运行和停止不受其他计算机的控制。（2）网络中的各计算机之间交换信息和资源共享，必须在完善的网络协议和软件支持下才能实现。（3）资源共享是指网络中的计算机都可以使用其它各计算机系统提供的资源，包括硬件、软件和数据信息等。（4）网络中的各计算机进行相互通信，需要有一条通道，即网络传输介质，它可以是有线的（如双绞线、同轴电缆和光纤等），也可以是无线的（如激光、微波和通信卫星等），通信设备是在计算机与通信线路之间按照一定通信协议传输数据的设备。网络内的计算机通过一定的互联设备与通信技术连接在一起，通信技术为计算机之间的数据传递和交换提供了必要的手段。因此，网络中的计算机之间能够互相进行通信。计算机网络应用举例（1）1.共享打印机等各种硬件设备计算机网络应用举例（2）2.共享数据资源计算机网络应用举例（3）3.共享应用程序，进行高效通信1.1.2网络的基本组成1、网络系统基本组成一个计算机网络主要分成计算机系统、数据通信设备、网络软件及协议三大部分。（1）计算机系统计算机系统是网络的基本模块，主要完成数据信息的收集、存储、处理和输出任务，并提供各种网络资源。计算机系统根据在网络中的用途可分为服务器和客户机。（2）数据通信设备数据通信系统是连接网络基本模块的桥梁，它提供各种连接技术和信息交换技术，主要由通信控制处理机、传输介质和网络连接设备等组成。（3）网络软件与协议网络软件一般包括网络操作系统、网络协议、通信软件以及管理和服务软件等。1.1.3网络类型计算机网络分类的方法很多，可按网络范围、网络拓扑结构、网络传输方式等。1、网络覆盖范围网络分类缩写分布距离约计算机位于同一传输速度范围局域网LAN10m100m1km房间建筑物校园4Mbps~2Gbps城域网MAN10km城市50Kbps~100Mbps广域网WAN100km国家9.6Kbps~45Mbps互联网INTERNET1000km全球（1）局域网（LocalAreaNetwork，LAN）局域网的覆盖范围一般为几千米以内，属于一个部门、单位或学校组建的小范围网。主要特点：①采用专用的传输媒介来构成网路，一般采用有线传输介质，如光纤、电缆和双绞线，传输速率在1兆比特/秒到100兆比特/秒之间或更高；②拓扑结构主要为总线型和环型；③信号的传输速度快、误码率低；④网络的建造周期短、使用灵活。⑤局域网可以专为一个企业、学校或公司服务，即属于某个组织完全拥有。局域网易于建立、管理方便，可以随时扩充，因此发展很快，得到了广泛的应用。（2）城域网（MetropolitanAreaNetwork，MAN）城域网处于局域网和广域网之间，覆盖范围为几千米至几十千米，可作为多个单位或一个城市组建的计算机高速网络，因此称为城域网。城域网的主要功能是为连入网络的企业、机关、公司和社会单位提供通信、数据传输，以及声音、图像的集成服务。(3)广域网（WideAreaNetwork，WAN）广域网又称远程网，是一种远距离的计算机网络。其覆盖范围远大于局域网和城域网，通常可以覆盖一个省、一个国家或一个洲，可以从几十千米到几千千米。由于距离遥远，信道的建设费用很高，因此很少像局域网一样铺设自己的专用信道，而是租用（或借用）电信通信部门的通信线路，如长途电话线、光缆通道、微波与卫星通道等。（4）互联网（Internet）世界上最大的广域网是国际互联网（Internet），又称因特网，是一个跨越全球的计算机互联网络。它以开放的连接方式将各个国家、各个地区、各个机构，分布在世界每个角落的各种局域网、城域网和广域网连接起来，组成全球最大的计算机通信网络。它遵守TCP／IP网络协议，以实现相互通信、资源共享。1.2网络体系结构1.2.1层次结构与协议什么是网络体系结构，要明白这个问题首先应理解网络协议/通信协议。要想两台PC进行通信，必须使用相同的交换规则。把计算机网络中用于规定信息的格式，以及如何发送和接受信息的一套规则称为网络协议或者通信协议。为什么要使用网络协议？以写信的例子进行说明。AB*补充知识：1、网络带宽（bitspersecond）存储/传输速率单位：b(bit)最小单位；B(Byte)字节=8b；1024B=1KB；1MB=1024KB；1GB=1024MB；1TB=1024GB；1PB=1024TB；1EB=1024PB；1ZB=1024EB；1YB=1024ZB。其实在网络环境中，两台PC机的通信过程也和这个送信的过程类似，它们每一个过程都有约定，层层约定才能让两台PC进行正常的通信。这就是为何要使用网络协议。为减少网络设计的复杂性，常常将计算机网络划分成多个不同功能的层。网络体系结构：就是网络分层结构及各层功能的精确定义（协议集合）。协议（Protocol）三要素(1)语义（Semantics）：协议类型，规定发出控制信息，完成何种动作以及做出何种应答。(2)语法（Syntax）：协议格式，规定数据与控制信息的结构和格式。(3)同步（Timing）：规定事件实现顺序，双方应答关系。分层的好处1.2.2ISO/OSI（开放系统互连参考模型）一个非常重要的网络体系结构是ISO/OSI参考模型。OSI参考模型是网络设计的蓝图，并非指一个现实的网络，它将网络划分为七层，每层执行一种明确定义的功能，并由较低层执行附加的功能，为较高层提供服务。见下图：本模型非常重要，TCP/IP就是靠它开发出来的，两外可以帮助我们进行故障排除。ISO/OSI参考模型及协议由底向上完整的OSI数据传递与流动过程应用层物理层数据链路层网络层传输层会话层表示层应用层物理层数据链路层网络层传输层会话层表示层发送进程接收进程应用层协议表示层协议会话层协议传输层协议物理层数据链路层网络层主机A主机B路由器路由器物理层数据链路层网络层通信子网物理介质物理介质逻辑通信网络层协议2链路层协议2物理层协议2逻辑通信：位于不同主机和网络设备中同层实体间的对话，对话遵循某一特定协议，且每层协议各不相同；传输层及以上层不同主机通信实体间的逻辑通信是直接点对点的通信，下3层中主机与路由器和路由器与路由器之间的通信也是直接通信，且同层通信协议不尽相同。网络层协议1网络层协议3链路层协议1链路层协议3物理层协议1物理层协议3物理层主要功能：数据链路层主要功能：网络层主要功能：传输层主要功能：1.2.3TCP/IP模型TCP/IP（TransmissionControlProtocol/InternetProtocol）是传输控制协议/互联网络协议的缩写，当初是为美国国防部研究计划局设计的，其目的在于能够让各种各样的计算机都可以在一个共同的网络环境中运行。TCP/IP是指一整套数据通信协议,其名字是由这些协议中的两个协议组成的,虽然还有很多其他协议，但是TCP和IP显然是两个最重要的协议。TCP/IP参考模型*开放的协议标准，可以免费使用*可运行于局域网、广域网和互联网中*统一的网络地址分配方案*标准化的高层协议TCP/IP协议的主要特点:TCP/IP体系结构与OSI参考模型的对应关系应用层表示层会话层传输层网络层数据链路层物理层应用层传输层网络互连层网络接口层OSI参考模型TCP/IP参考模型报文分组数据帧比特流2、对两种模型的评价OSI模型层次数量与内容选择不是很好，会话层很少用到，表示层几乎是空的；寻址、流量控制与差错控制在每一层都重复出现，降低了系统效率；数据安全性、加密与网络管理在模型设计初期被忽略了；模型的设计更多是被通信的思想所支配，不适合计算机与软件的工作方式。TCP/IP模型在服务、接口与协议上区别不是很清楚；没有划分出物理层与数据链路层，这个划分是有必要的。1.3IP地址及子网划分1、IP地址IP地址是一个4字节的数字，实际上由两部分合成，第一部分是IP网络号，第二部分是主机号。IP地址可分成五类，即A类、B类、C类、D类和E类。请看本机的网络连接情况：控制面板/查看网络状态和任务/本地连接/属性/协议版本4。主要参数：IP地址；子网掩码；默认网关；DNS。*网关（Gateway）就是一个网络连接到另一个网络的“关口”。实质上是一个网络通向其他网络的IP地址。IP地址的组成uIP地址长度：32bits（4个字节）uIP地址的组成（网络地址，主机地址）l网络地址（NetworkID）—标识主机所在的网络l主机地址（HostID）—标识在该网络上的主机IP地址的格式网络地址主机地址32Bits8Bits8Bits8Bits8Bits202.112.0.36IP地址的表示u每个字节以十进制数表示u4个十进制数之间用小数点区分1100101001110000000000000100110—国际网络信息中心组织InterNIC可以分配的IP地址为A、B、C3类—A类地址适用于大型网络，网络中主机数可达224-2=16777214台；—B类地址适用于中型网络，网络中主机数可达216-2=65534台；—C类地址适用于小型网络，网络中主机数可达28-2=254台；A类地址E类地址D类地址C类地址0783115162324B类地址110111011组播地址保留0网络地址主机地址1网络地址主机地址01网络地址主机地址10IP地址的分类共分5类：A、B、C、D、EIP地址分为5类：A类0.0.0.0到127.255.255.255B类128.0.0.0到191.255.255.255C类192.0.0.0到223.255.255.255D类224.0.0.0到239.255.255.255E类240.0.0.0到247.255.255.255IP地址的分类************子网划分（1）划分子网的原因网络1202.120.1.0网络2202.120.2.0网络3202.120.3.0划分子网可以提高IP地址的利用率，缓解IP地址的缺乏。202.120.1.1202.120.1.2202.120.1.3202.120.1.4202.120.3.1202.120.3.2202.120.3.3202.120.2.1202.120.2.2202.120.2.3路由器子网掩码—子网掩码使用与IP编址相同的格式,也是一个32位地址，由连续的1和连续的0组成。子网掩码的网络地址部分和子网地址部分全为1，主机部分全为0。—子网掩码的作用：子网掩码的作用就是用来判断任意两个IP地址是否属于同一子网络，这时只有在同一子网的计算机才能“直接”互通。A类地址的缺省子网掩码为:255.0.0.0B类地址的缺省子网掩码为255.255.0.0C类地址的缺省子网掩码为255.255.255.04040