网络知识讲座

计算机网络基础与应用一.计算机系统（一）计算机基础1、现代计算机结构理论（1）、世界上第一台电子计算机的诞生。1946年4月，由美国的宾夕法尼亚大学研制成功，取名为“埃尼阿克”（ENIAC）。（2）、计算机之父——冯.诺依曼。冯.诺依曼是一位原籍匈牙利的美国科学家，他也是世界上第一台电子计算机研制的主要负责人，在他的著名论文《关于电子计算机逻辑结构初探》一文中，提出了全新的通用电子计算机方案。（a）五大部件论（b）计算机以二进制为基础进行运算（c）一个全新的概念——“存储程序”。使用存储数据的部件存储计算机控制指令，在内储程序的控制下，使这个运算完全自动化。2、计算机发展历程第一代（真空电子管），1946～1958年，主要应用于科学计算和军事研究；第二代（晶体管），1959～1964年，主要应用于数据处理、事务处理；第三代（集成电路），1965～1970年，应用于工业控制的各个领域；第四代（大规模集成电路），1971～现在，应用到了各个领域。3、计算机的应用与分类（1）计算机应用：a、数据计算；b、信息管理；c、过程控制；d、辅助设计。（2）计算机分类：a、按规模分：巨、中、小、微；b、按用途分：专用机、通用机。4、微型机的主要技术指标（1）、字长：指计算机能够直接处理的二进制数据的位数。单位为位（BIT）（2）、主频：指计算机主时钟在一秒钟内发出的脉冲数，在很大程度上决定了计算机的运算速度。（3）、内存容量：是标志计算机处理信息能力强弱的一向技术指标。单位为字节（BYTE）。8BIT=1BYTE1024B=1KB1024KB=1MB（4）、外存容量：一般指软盘、硬盘、光盘。（二）计算机系统的组成1、硬件系统(硬件系统包括五大部件,控制器、存储器、运算器、输入设备、输出设备)（1）构成计算机主机板的主要部件当我们打开计算机的机箱时，可以看到主机板，它是主机中的基础部件，在它上面密集地安装着CPU、内存储器、集成电路芯片、总线接口、配件的插槽等。计算机的主机内部结构如图所示。2、系统总线（控制总线、数据总线、地址总线）3、软件系统（系统软件、应用软件）二、计算机网络（一）、网络基础1.计算机网络定义计算机网络是地理上分散的计算机资源的集合,它们彼此用传输介质互联起来,遵守共同的协议相互通信,以便用户随时随地能共享信息资源和交换信息。2.计算机网络的功能计算机网络的功能主要体现在三个方面：信息交换、资源共享、分布式处理。⑴信息交换这是计算机网络最基本的功能,主要完成计算机网络中各个节点之间的系统通信。用户可以在网上传送电子邮件、发布新闻消息、进行电子购物、电子贸易、远程电子教育等。⑵资源共享所谓的资源是指构成系统的所有要素,包括软、硬件资源,如：计算处理能力、大容量磁盘、高速打印机、绘图仪、通信线路、数据库、文件和其他计算机上的有关信息。由于受经济和其他因素的制约,这些资源并非(也不可能)所有用户都能独立拥有,所以网络上的计算机不仅可以使用自身的资源,也可以共享网络上的资源。因而增强了网络上计算机的处理能力,提高了计算机软硬件的利用率。⑶分布式处理一项复杂的任务可以划分成许多部分,由网络内各计算机分别协作并行完成有关部分,使整个系统的性能大为增强。3.计算机网络分类计算机网络的分类方式有很多种,可以按地理范围、拓扑结构、传输速率和传输介质等分类。⑴按地理范围分类①局域网LAN(LocalAreaNetwork)局域网地理范围一般几百米到10km之内,属于小范围内的连网。如一个建筑物内、一个学校内、一个工厂的厂区内等。局域网的组建简单、灵活,使用方便。②城域网MAN(MetropolitanAreaNetwork)城域网地理范围可从几十公里到上百公里,可覆盖一个城市或地区,是一种中等形式的网络。③广域网WAN(WideAreaNetwork)广域网地理范围一般在几千公里左右,属于大范围连网。如几个城市,一个或几个国家,是网络系统中的最大型的网络,能实现大范围的资源共享,如国际性的Internet网络。⑵按传输速率分类网络的传输速率有快有慢,传输速率快的称高速网,传输速率慢的称低速网。传输速率的单位是b/s(每秒比特数,英文缩写为bps)。一般将传输速率在Kb/s—Mb/s范围的网络称低速网,在Mb/s—Gb/s范围的网称高速网。也可以将Kb/s网称低速网,将Mb/s网称中速网,将Gb/s网称高速网。网络的传输速率与网络的带宽有直接关系。带宽是指传输信道的宽度,带宽的单位是Hz(赫兹)。按照传输信道的宽度可分为窄带网和宽带网。一般将KHz—MHz带宽的网称为窄带网,将MHz—GHz的网称为宽带网,也可以将kHz带宽的网称窄带网,将MHz带宽的网称中带网,将GHz带宽的网称宽带网。通常情况下,高速网就是宽带网,低速网就是窄带网。⑶按传输介质分类传输介质是指数据传输系统中发送装置和接受装置间的物理媒体,按其物理形态可以划分为有线和无线两大类。①有线网传输介质采用有线介质连接的网络称为有线网,常用的有线传输介质有双绞线、同轴电缆和光导纤维。●双绞线是由两根绝缘金属线互相缠绕而成,这样的一对线作为一条通信线路,由四对双绞线构成双绞线电缆。双绞线点到点的通信距离一般不能超过100m。目前,计算机网络上使用的双绞线按其传输速率分为三类线、五类线、六类线、七类线,传输速率在10Mbps到600Mbps之间,双绞线电缆的连接器一般为RJ-45。●同轴电缆由内、外两个导体组成,内导体可以由单股或多股线组成,外导体一般由金属编织网组成。内、外导体之间有绝缘材料,其阻抗为50Ω。同轴电缆分为粗缆和细缆,粗缆用DB-15连接器,细缆用BNC和T连接器。●光缆由两层折射率不同的材料组成。内层是具有高折射率的玻璃单根纤维体组成,外层包一层折射率较低的材料。光缆的传输形式分为单模传输和多模传输,单模传输性能优于多模传输。所以,光缆分为单模光缆和多模光缆,单模光缆传送距离为几十公里,多模光缆为几公里。光缆的传输速率可达到每秒几百兆位。光缆用ST或SC连接器。光缆的优点是不会受到电磁的干扰,传输的距离也比电缆远,传输速率高。光缆的安装和维护比较困难,需要专用的设备。②无线网采用无线介质连接的网络称为无线网。目前无线网主要采用三种技术：微波通信,红外线通信和激光通信。这三种技术都是以大气为介质的。其中微波通信用途最广,目前的卫星网就是一种特殊形式的微波通信,它利用地球同步卫星作中继站来转发微波信号,一个同步卫星可以覆盖地球的三分之一以上表面,三个同步卫星就可以覆盖地球上全部通信区域。⑷按拓扑结构分类计算机网络的物理连接形式叫做网络的物理拓扑结构。连接在网络上的计算机、大容量的外存、高速打印机等设备均可看作是网络上的一个节点,也称为工作站。计算机网络中常用的拓扑结构有总线型、星型、环型等，如图1.6.1所示。①总线拓扑结构总线拓扑结构是一种共享通路的物理结构。这种结构中总线具有信息的双向传输功能，普遍用于局域网的连接,总线一般采用同轴电缆或双绞线。总线拓扑结构的优点是：安装容易,扩充或删除一个节点很容易,不需停止网络的正常工作,节点的故障不会殃及系统。由于各个节点共用一个总线作为数据通路,信道的利用率高。但总线结构也有其缺点：由于信道共享,连接的节点不宜过多，并且总线自身的故障可以导致系统的崩溃。②星型拓扑结构星型拓扑结构是一种以中央节点为中心,把若干外围节点连接起来的辐射式互联结构。这种结构适用于局域网,特别是近年来连接的局域网大都采用这种连接方式。这种连接方式以双绞线或同轴电缆作连接线路。星型拓扑结构的特点是：安装容易,结构简单,费用低,通常以集线器(Hub)作为中央节点,便于维护和管理。中央节点的正常运行对网络系统来说是至关重要的。③环型拓扑结构环型拓扑结构是将网络节点连接成闭合结构。信号顺着一个方向从一台设备传到另一台设备,每一台设备都配有一个收发器,信息在每台设备上的延时时间是固定的。这种结构特别适用于实时控制的局域网系统。环型拓扑结构的特点是：安装容易,费用较低,电缆故障容易查找和排除。有些网络系统为了提高通信效率和可靠性,采用了双环结构,即在原有的单环上再套一个环,使每个节点都具有两个接收通道。环型网络的弱点是,当节点发生故障时,整个网络就不能正常工作。④树型拓扑结构树型拓扑结构就像一棵“根”朝上的树,与总线拓扑结构相比,主要区别在于总线拓扑结构中没有“根”。这种拓扑结构的网络一般采用同轴电缆,用于军事单位、政府部门等上、下界限相当严格和层次分明的部门。树型拓扑结构的特点：优点是容易扩展、故障也容易分离处理,缺点是整个网络对根的依赖性很大,一旦网络的根发生故障,整个系统就不能正常工作。4.计算机网络协议及网络模型⑴网络协议在计算机网络中一系列的通信规则称为网络协议,如数据的格式是怎样的,以什么样的控制信号联络,具体传送方式是什么,发送方怎样保证数据的完整性、正确性,接收方如何应答等等。这一系列工作就是网络协议需要完成的功能。常见的网络协议有IPX/SPX,TCP/IP，NetBEUI等。⑵网络互联模型计算机联网是随着用户的不同需要而发展起来的,是一个非常复杂的系统。不同的开发者可能会使用完全不同的方式满足使用者的需求,由此产生了不同的网络系统和网络协议。在同一网络系统中网络协议是一致的,节点间通信是方便的,在不同的网络系统中网络协议很可能不一致,这种不一致给网络连接和网际网之间节点的通信造成了很大的不方便。为了解决这个问题,国际标准化组织ISO(InternationalStandardizationOrganization)于1981年推出“开放系统互联结构模型”即OSI(OpenSystemInterconnection)标准。该标准的目标是希望所有的网络系统都向此标准靠拢,消除不同系统之间因协议不同而造成的通信障碍,使得在互联网范围内,不同的网络系统可以不需要专门的转换装置就能够进行通信。OSI不是一个实际的物理模型,而是一个将网络协议规范化了的逻辑参考模型。OSI根据网络系统的逻辑功能将其分为七层,并对每一层规定了功能、要求、技术特性等,但没有规定具体的实现方法。OSI仅仅是一个标准,而不是特定的系统或协议。网络开发者可以根据这个标准开发网络系统,制定网络协议;网络用户可以用这个标准来考察网络系统、分析网络协议。图1.6.3是OSI七层模型图。应用层表示层会话层传输层网络层数据链路层物理层图1.6.3OSI七层参考模型通常把计算机网络分成通信子网和资源子网两大部分。OSI参考模型的低三层：物理层、数据链路层和网络层归于通信子网的范畴;高三层：会话层、表示层和应用层归于资源子网的范畴。传输层起着承上启下的作用。OSI参考模型各层的功能物理层：物理层(Physicallayer)是参考模型的最低层。该层是网络通信的数据传输介质，由连接不同结点的电缆与设备共同构成。主要功能是：利用传输介质为数据链路层提供物理连接，负责处理数据传输并监控数据出错率，以便数据流的透明传输。数据链路层：数据链路层(Datalinklayer)是参考模型的第2层。主要功能是：在物理层提供的服务基础上，在通信的实体间建立数据链路连接，传输以“帧”为单位的数据包，并采用差错控制与流量控制方法，使有差错的物理线路变成无差错的数据链路。网络层：网络层(Networklayer)是参考模型的第3层。主要功能是：为数据在结点之间传输创建逻辑链路，通过路由选择算法为分组通过通信子网选择最适当的路径，以及实现拥塞控制、网络互联等功能。传输层：传输层(Transportlayer)是参考模型的第4层。主要功能是向用户提供可靠的端到端(End-to-End)服务，处理数据包错误、数据包次序，以及其他一些关键传输问题。传输层向高层屏蔽了下层数据通信的细节，因此，它是计算机通信体系结构中关键的一层。会话层：会话层(Sessionlayer)是参考模型的第5层。主要功能是：负责维扩两个结点之间的传输链接，以便确保点到点传输不中断，以及管理数据交换等功能。表示层：表示层(Pre