计算机应用基础第7章计算机网络基础

第7章计算机网络基础本章要点◆了解计算机网络的形成和发展历史、Internet基本概念及其在中国的发展、网络安全及其相关知识。◆熟悉计算机网络的体系结构、常见拓扑结构以及相关网络术语及网络协议，特别是TCP/IP协议与Internet的组成。◆掌握网络信息检索技术、FTP的使用、点对点文件传输以及电子邮件的使用，能熟练应用计算机网络。7.1计算机网络概述计算机网络是在人们对信息的处理有强烈需求的情况下产生的。计算机网络发展迅速，其应用越来越广泛，从某种意义上讲，它是人类社会进步和发展的一个标志。7.1.1计算机网络的基本概念1.计算机网络的定义通俗地说，计算机网络就是为达到资源共享的目的，将两台或两台以上的计算机通过某种协议互相连接起来形成的一种网络。它是计算机与通信技术相结合的产物。计算机网络的专业定义，即计算机网络就是利用通信设备和线路将地理位置不同的、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。2.计算机网络的分类一般情况下，计算机网络都是按其所覆盖的地理范围进行分类，主要有如下几种。（1）局域网局域网（LocalAreaNetwork，LAN）一般是指规模比较小，硬件设备要求不是很高，通信线路不长（一般从几米到几十公里范围内），采用单一传输介质的网络。这是目前最常见的一种网络。局域网在计算机数量配置上没有太多的限制，可以是两台计算机，也可以几百台计算机互相组网。局域网多用于一个建筑物或一个单位内。局域网的特点就是：连接范围窄、用户数少、配置容易、连接速率高。（2）城域网城域网（MetropolitanAreaNetwork，MAN)通常是指覆盖一个地区或者城市的网络，这种网络的连接距离可以在几十到几百公里范围内，它采用的是IEEE802.6标准。相对局域网来说，它在网络的覆盖面积上有了扩展，而且连接的计算机数量相对更多，属于局域网的一种延伸。一个MAN网络通常连接着多个LAN网。城域网多采用ATM技术做骨干网，并多采用光纤接入。因此城域网具有速度快及成本高的特点。（3）广域网广域网（WideAreaNetwork，WAN）也称为远程网，所覆盖的范围比城域网更广，它一般是将不同城市之间的LAN或者MAN网络互联，地域范围可从几百公里到几千公里。由于距离较远容易导致比较严重的信号衰减，所以这种网络一般要用专线，通过IMP（接口信息处理）协议和线路连接起来，比如教育网、电信网、网通网络等。了解：电话网、有线电视网与计算机网络三者之间的区别。①电话网是一个双向的、单播式的网络。每一个接入用户可以接收信息，也可以对外发送信息，但在同一时间内只允许和一个接入用户进行信息交换。②有线电视网是一个单向的、广播式的网络。每一个接入用户只能作为接收者被动地接收相同的信息，网络上的两个接入点之间无法进行信息沟通。③计算机网络比前两种网络都复杂，是一个双向的、多种传送方式并存的网络。每个接入用户都可以在不同程度上对整个网络施加影响。7.1.2计算机网络的形成和发展计算机网络在其发展过程中，大致经历了4个阶段。（1）第一阶段是在20世纪50年代，主要是面向终端的计算机网络。（2）第二阶段是在20世纪60年代，主要是计算机之间的计算机网络。（3）第三阶段是从20世纪70年代中后期发展起来的，主要是开放式标准化网络。（4）第四阶段是从20世纪90年代开始，渐渐形成了现代计算机网络，即因特网。7.1.3计算机网络的体系结构目前最常见的计算机网络的体系结构主要有三种，分别是OSI参考模型结构、Internet分层结构和局域网体系结构。这里只讲解典型的OSI参考模型结构。OSI参考模型采用7个层次描述网络的结构，从下往上分别是用物理层、数据链路层、网络层、传送层、会话层、表示层和应用层，如下图所示。在网络数据通信的过程中，每一层完成一个特定的任务。物理层层次计算机1计算机27应用程序应用层应用层协议应用层应用程序6表示层表示层协议表示层5会话层会话层协议会话层4本地系统传送层传送层协议传送层本地系统3网络层网络层协议网络层2数据链路层数据链路层协议数据链路层1物理层协议物理层←-传输介质←-①物理层。物理层是整个OSI模型的最底层，是网络物理设备之间的接口。其主要功能是提供网络的物理连接，利用物理传输介质为数据链路层提供透明的比特流传输并规定了计算机和通信设备之间的接口标准。②数据链路层。数据链路层是OSI参考模型的第二层。其主要功能是为在相邻网络实体之间建立、维持和释放数据链路连接，以及传输数据链路服务数据单元，实现无差错的数据传输服务，其传输的数据单位是帧。该层解决两个相邻节点之间的通信问题，但不能解决由多条链路组成的数据传输问题。③网络层。网络层是OSI参考模型的第三层，以数据链路层提供的无差错传输为基础，实现源节点和目标节点之间的通信。其主要功能包括组包/拆包、路由选择和阻塞控制。数据传输的基本单位是分组（或包）。在网络层中使用的协议为X.25。④传输层。传输层是OSI参考模型的中间层，是资源子网与通信子网的界面与桥梁，负责端-端的通信。传输层数据传输的基本单位是报文。其主要功能包括分流与复用、端-端的差错控制、端-端的流量控制等。⑤会话层。会话层为应用程序提供服务。其主要功能是具体实施服务请求者与服务提供者之间的建立、维护和拆除会话连接的通信功能，属于进程间通信范畴。⑥表示层。表示层为应用程序提供服务，负责管理数据的编码方式。其主要功能是把发送方具有的内部格式结构编码为适合传输的位流，然后在目的端将其解码为所需的表示。其主要功能包括语法表示、数据语法转换、表示连接管理、数据加密解密和数据压缩解压等。⑦应用层。应用层是OSI参考模型的最高层，也是面向用户的一层，它负责网络中应用程序与网络操作系统之间的联系，是计算机网络与最终用户间的界面。其主要功能是作为用户使用OSI功能的惟一窗口，为用户直接提供各种服务，如文件传输、电子邮件等。当传输数据的时候，数据是自上而下传输的，每一层接收到上面层传过来的数据之后，对数据进行操作，然后把它传给下层；当接收数据的时候，数据是自下而上传输的，每一层接收到下面层传过来的数据，对数据进行解包，然后把它传给上一层。这样就实现了对等层之间的逻辑通信。7.1.4常见的网络拓扑结构网络拓扑结构是指用传输媒体互联各种设备的物理布局或者其相互连接的方法与形式。将参与LAN工作的各种设备用媒体互联在一起有很多种方法，但实际上比较实用的方法并不多，目前常见的网络拓扑结构主要包括星型拓扑结构、总线型拓扑结构、环型拓扑结构和树型拓扑结构等。1.星型拓扑结构星型结构是指各节点用户通过点到点链路连接到中央节点（一般是集线器或者Hub）上而形成的一种拓扑结构，节点间的通信都通过中心节点进行，它是最古老的一种连接方式。如下图所示为一个典型的星型拓扑结构。集线器或者Hub2.总线型拓扑结构总线型拓扑结构是指所有节点都直接连接到一条公共传输媒体上（总线），任何一个节点发送的信号都沿着总线进行传播，而且能被所有其他节点接收。如下图所示是一个典型的总线型拓扑结构。3.环型拓扑结构环型拓扑结构是指所有节点通过点到点通信线路连接，从而形成闭合环路，每个节点能够接收同一条链路传来的数据，并以同样的速率串行地将该数据沿环送到另一端链路上。在环型拓扑结构中，数据流在节点之间是单向传输的，如下图所示。当信号传递到相邻节点时，相邻节点对该信号进行重新传输，这种方法提供了能够穿越大型网络的可靠信号。环型结构在LAN中使用较多，并且多采用令牌传递。在令牌的传递过程中，得到令牌控制权的节点可以传输数据，当传输到达目的节点之后，该节点会发出一个回执信息给信息发送节点。4.树型拓扑结构树型拓扑结构可以看作是总线拓扑结构和星型拓扑结构的一种扩展，形状像一棵倒置的树，顶端是树根，树根下面是分支。树根接收各节点发送的数据，然后再广播发送到全网。如下图所示是一个典型的树型拓扑结构图。7.1.5网络术语和网络协议1.常用网络术语在计算机网络中，经常会遇见一些与网络有关的新名词，这就是我们通常所说的网络术语。计算机网络术语比较多，下面将从两个部分列举一些最常见的网络术语。（1）硬件设备类术语①网卡。网络接口卡（NetworkInterfaceCard，NIC）即网卡，是计算机局域网中最重要的连接设备，计算机是通过网卡接入Internet的。在计算机网络中，网卡担当着数据接收者与发送者两个重要的角色。一方面网卡负责接收网络上的数据包，解包后将数据通过主板上的总线传输给本地计算机，另一方面将本地计算机上的数据打包后送入网络。②网关。网关（Gateway）是网络连接设备的重要组成部分，它不仅具有路由的功能，而且能完成网络之间的协议转换。③客户机。客户机是指当一台计算机连接到局域网上时，这台计算机就成为局域网的一个客户机，它表现出主动连接的特点。④服务器。服务器是一台具有固定的IP地址的高性能计算机，同时也是能为网络用户提供服务的节点，是实现资源共享的重要组成部分，一般表现出被动连接的特点。服务器主要有网络服务器、打印服务器、终端服务器、磁盘服务器和文件服务器等。⑤工作站。工作站是一种高档的微型计算机，通常配有高分辨率的大屏幕显示器及容量很大的内存储器和外部存储器，并且具有较强的信息处理功能和高性能的图形、图像处理功能以及联网功能。⑥集线器。集线器常被称作Hub，是对网络进行集中管理的最小单元，它只是一个信号放大和中转的设备，不具备自动寻址能力和交换作用，且是在共享宽带的方式下工作。由于所有传到集线器的数据均被广播到与之相连的各个端口，因此很容易形成数据堵塞。⑦交换机。交换机也叫交换式集线器，通过对信息进行重新生成，并经过内部处理后转发至指定端口，具备自动寻址能力和交换作用，是独享宽带的方式。由于交换机根据所传递信息包的目的地址，将每一信息包独立地从源端口送至目的端口，避免了和其他端口发生碰撞，因此，交换机可以同时互不影响地传送这些信息包，并防止传输碰撞，提高了网络的实际吞吐量。⑧路由器。路由器（Router）是网络连接设备的重要组成部分，它相对网桥提供了一个更高层次的LAN互联。路由器能根据分组类型过滤和选择路由，支持在LAN段之间有多个链路的网络，当某个链路损坏时，可选择其他路由以及根据网络通信的情况决定路由。⑨网桥。网桥指可以在不同网段之间再生信号，并能有效地连接两个局域网（LAN），使本地通信限制在本网段内，并转发相应的信号至另一网段的设备。网桥通常用于连接数量不多的、同一类型的网段。（2）软件类术语①网络协议。在计算机网络中要做到有条不紊地交换数据，就必须遵守一些事先约定好的规则。这些规则明确规定交换数据的格式以及有关的同步问题。为进行网络中的数据交换而建立的规则、标准或约定称为网络协议（Protocol）。②MAC地址。MAC是MediaAccessControl的缩写，MAC地址也叫物理地址、硬件地址或链路地址，在网络设备制造商生产时写在硬件内部。它一般是一个12位的十六进制地址，用于标识网卡，一般来说，每块网卡的MAC地址是惟一的，例如00-12-F3-DD-25-21就是一个MAC地址。③IP地址。IP地址是一个32位的二进制数，是将计算机连接到Internet的网际协议地址。例如202.204.0.1就是一个IP地址。④级联。级联是通过双绞线把需要级联的设备通过级联端口相互连接起来，以达到增加同一网络端口数目的方法。⑤带宽。带宽是网络每秒所具备的最大传输字节数。⑥吞吐量。吞吐量是指规定时间的数据传输量。2.常见网络协议在计算机网络中，最常见的网络协议主要有以下几种：（1）传输控制协议和互联网协议（TransferControlProtocol/InternetProtocol，TCP/IP）。它是Internet最基本的协议，整个Internet就是由底层的IP协议和TCP协议组成的。（2）用户数据报协议（UserDatagramProtocol，UDP）。UDP定义了用来在互联网络环境中