计算机网络基础及应用

1第四章计算机网络基础及应用2本章概要计算机网络技术是现代高科技的重要组成部分，是计算机技术和通信技术紧密结合的产物。计算机网络技术综合了计算机和通信两方面的新技术，涉及面宽，应用范围广，对信息技术的发展有着深刻的影响。离开计算机网络就谈不上信息化社会。任何企事业单位的信息管理系统、办公自动化系统、商业自动化系统、生产科研系统、金融系统等都离不开计算机网络。3本章主要内容计算机网络的基本概念局域网局域网互连互联网技术及应用44.1.1计算机网络的发展与定义计算机网络的发展经历了三个阶段1.以单机为中心的通信系统一台计算机连接多个终端，在这样的系统中除了中心计算机具有运算功能外，其余的终端都不具备自主处理功能。是为第一代计算机网络，又称面向终端的计算机网络4.1计算机网络的基本概念5第一阶段：面向终端的联机系统终端中心主机前端处理机电话网PSTN高速线路终端终端ModemModem集中器低速线路……62.多台计算机互联的计算机网络20世纪60年代出现。这种网络将分散在不同地点的计算机通过通信线路互相连接起来，主机之间无主从关系，网络用户可以共享网络中的软硬件资源。是为第二代计算机网络，也称共享系统资源的计算机网络。美国ARPANET为典型代表，其杰出贡献为：①采用资源子网和通信子网组成的两级网络结构②采用分组交换方式③采用层次结构的网络协议7第二阶段：计算机互联网络阶段节点E节点C节点B节点AIBM兼容机Mac计算机笔记本工作站小型机H1H3H4H5H2通信子网节点F节点D8因特网的前身ARPANET1962年，MIT教授利克莱德(J.C.R.Licklider)，发表一篇论文，提出「星云网络」（GalacticNetwork）的概念。在他的笔记，也是最早记载有关互联网络构想的书面文件中，利克莱德提出将全球计算机连结，以便可以从任一节点获取资料的观念。现代的网络思想，可以说是从这篇文章开始萌芽的。9后来，在同一年，利克莱德成为ARPA（美国高等研究计划署，AdvancedResearchProjectAgency）的领导人。为了实现这个把全世界计算机联结起来的构想，利克莱德不但在自己的任期内身体力行，也不断向后继者，如劳伦斯·罗伯特（LawrenceG.Roberts）等人鼓吹网络概念的重要性10等到劳伦斯·罗伯特成为ARPA的主持人之后，终于在1968年诞生了ARPANET（阿尔帕网）。如同现代计算机起源于二次大战，网络其实是冷战时代的产物。至于美国军方为何会如此支持这个计划，完全是出于战略的考量──将计算机系统与北约串联成一个网络。这样即使任何一个节点遭到苏联炸弹的攻击，连成一气的信息系统也不会因此瘫痪，还是可以绕道传送讯息。在网络上，信息得以以违反数学原则的方式传送。不管路径多么繁复，经过多少国家，能达到目的地就是最好的路径。11分组交换理论的出现网络发展的实际关键，在分组交换理论（packetswitchingtheory）的出现。MIT的教授李奥纳多·克莱瑞克（LeonardKleinrock）曾在1961年发表分组交换理论，并在1964出版最早的一本有关分组交换的书籍，使人类朝向网络之梦迈进了一大步。用分组交换取代电路交换的方式传递数字信息使网络大大地提高了效率。我们可以说，因为有了分组理论的出现，才促成网络的诞生。12克莱瑞克于1964年说服了ARPA的领导人劳伦斯·罗伯特分组理论的可行性。1966年罗伯特提出「ARPANET」计划，此计画在1967年发表。在这场关键性的会议中，同时有来自MIT、RAND、NPL的团队提出类似的概念。足见一整个时代的科学家在Internet的发展过程中，都被同样的问题所盘绕，并在不知道彼此研究的情况下，往相同的方向寻求突破。最后，该计划在1968年由ARPA顺利执行成功，由于克莱瑞克是最早提出分组构想的人，他在UCLA的研究中心遂成为ARPANET的第一个基地。13电路交换方式通信过程与话音通信过程相似：①摘机拨号呼叫②建立一条空闲链路，通话③结束挂机，拆线电话电话交换局呼叫时建立的物理通路14分组交换网络网络网络网络网络网络网络路由器路由器路由器路由器路由器路由器AB查找路由表目的地下一跳路由器查找路由表目的地下一跳路由器查找路由表目的地下一跳路由器15软件E-mail的出现1972年10月，ARPANET正式在ICCC（InternationalComputerCommunicationConference）对外公开。同年，ARPANET最热门的E-mail软件出现，很快地成为网络的核心价值。当时的E-mail就已具备今天的雏形，有传送、接收、转寄各项功能。值得注意的是原本发展E-mail的动机在于将各地的办公室串联起来工作，后来却演变为兴盛至今的人际沟通接口（people-to-peopletraffic），开启了人与人之间沟通的无穷的可能性163.国际标准化的计算机网络这种网络具有统一的网络体系结构，遵循国际标准化协议。其目的是使不同的计算机和计算机网络能方便地互联起来。目前存在两个标准化的体系结构，一个是国际标准化组织ISO公布的OSI/RM体系结构，它并未获得实际的使用。另一个是并非真正标准却真正被实际广泛使用成为事实上标准的TCP/IP体系结构。174.计算机网络的定义在计算机网络技术发展的不同阶段，人们对计算机网络的定义和理解也有所不同。本书对计算机网络采用如下定义：互联起来的且又相互独立的计算机的集合。计算机网络由通信子网和资源子网组成。18分类标准很多，目前比较公认的能反映网络技术本质的分类方法是按计算机网络的分布距离分类，因为在距离、速度、技术细节这三大因素中，距离影响速度，速度影响技术细节。计算机网络网络按分布距离可分为局域网（LAN）、城域网（MAN）和广域网（WAN）4.1.2计算机网络分类191.局域网（LocalAreaNetwork）作用范围小，分布在一个房间、一个建筑物或一个企事业单位。地理范围在10m——1km，传输速率在1Mbps以上。目前常见的局域网的传输率有10Mbps，100Mbps和1000Mbps。局域网技术成熟，发展快，是计算机网络中最活跃的领域。202.城域网(MetropolitanAreaNetwork)作用范围为一个城市，地理范围为5km——10km，传输速率在1Mbps以上3.广域网（WideAreaNetwork）作用范围大，可以是一个地区、一个省、一个国家或几个国家，地理范围一般在100km以上，传输速率较低(0.1Mbps)21计算机网络的拓扑结构是指网络结点和通信线路组成的几何排列方式。1.总线型：在一条单线上连接着所有的工作站（网络上的计算机常称为工作站）和共享设备（文件服务器、打印机等），其特点是结构简单便于扩充。典型的总线网是以太网。这种结构的网在过去用得较多，近年来已演化为带集线器的星型网。4.1.3计算机网络的拓扑结构22（－）总线型拓扑结构1.结构形式：所有的站点（计算机或共享设备）都挂在（连接到）一条公共的信道上。23CDAE匹配电阻（用来吸收总线上传播的信号）匹配电阻不接受不接受不接受接受B只有D接受B发送的数据广播式传输242.星型以中央结点为中心与各结点连接。其特点是系统稳定性好，故障率低。由于任意两个结点间通信都要经过中央结点，此点一旦出现故障招致全网瘫痪，所以要求中央结点具有很高的可靠性。目前的局域网大多数采用星型结构，其中央结点大多采用可靠性很高的集线器（Hub），结点间则以廉价的双绞线相连。25（二）星型拓扑1.结构：以中央节点为中心，各节点以点到点的链路与中央节点相连。264.用途：共享型HUB构成具有星型拓扑结构的以太网。笔记本IBM兼容机苹果计算机打印机桌面计算机服务器集线器273.环型工作站、共享设备通过通信线路将设备连接成一个闭合的环。其特点是信息在网络中沿固定方向流动，两个节点间有唯一的通路，可靠性高。在局域网中常被采用。由于整个网络构成闭合的环，故网络扩充起来不太方便。典型的环形网是IBM公司的令牌网（TokenRing）28（三）环型拓扑1.结构：各站点经过链路两两互连构成一个闭合环。294.网状网网状结构的网络是由分布在不同地理位置的计算机经传输介质和通信设备连接而成，每两个结点之间的通信链路可能有多条。网状结构的优点是系统可靠性高，缺点是结构复杂。广域网多采用这种结构。30总线拓扑星型拓扑环型拓扑网状拓扑311.网络协议为了使网络中许多互相连接的结点间的数据交换能协调地、有条不紊地进行，每个结点必须遵守一些事前约定好的规则。这些规则规定了数据交换的格式及同步机制。这些为网络进行数据交换而建立的规则、标准或约定叫做网络协议(NetworkProtocol)。4.1.4计算机网络协议322.网络分层对于复杂系统采用分层结构进行分层处理可分解处理的难度。网络协议的设计也不例外。一般的分层原则为：•各层相对独立，某一层的内部变化不影响另一层。•层次数量适中，不应过多也不宜太少•每层具有特定的功能，类似功能尽量集中在同一层。•每层对高层提供的服务与低层如何完成无关•相邻层之间的接口应有利于标准化333.网络的体系结构（Architecture）计算机网络的分层及其协议的集合称为网络的体系结构。它是计算机网络及其部件所应完成的功能的精确定义。世界上著名的网络体系结构有：•ARPANET美国ARPA创建于1969年•SNA美国IBM公司于1974年公布•DNA美国DEC公司于1975年提出•OSIISO于1983年形成正式文件344.OSI参考模型缘起：不同厂商生产的不同类型的计算机网络使用不同的硬件，具有不同的网络体系结构，它们之间很难实行互联。为了解决这种异构网的互联，要求有一个公共的标准，只要按此标准生产，其产品就能实现相互通信。在此情况下OSI参考模型应运而生。35ISO于1983年正式发布了ISO7498国际标准，称为开放系统互联参考模型，记为OSI/RM(OpenSystemInterconnection/ReferenceModel),其中的“开放”是指无论哪家厂商只要遵循OSI标准，一个系统就可以和其他任何地方的遵循同一标准的系统互相通信。OSI参考模型在逻辑上将整个网络的通信功能划分为7个层次。36OSI参考模型及协议传输37主机A与主机B之间的同一层次称为对等层。双方对等层之间的通信规则称为协议。主机A和主机B之间通信，实际的信息传递顺序为：主机A的应用层→表示层→会话层→传送层→网络层→数据链路层→物理层→主机B的物理层→数据链路层→网络层→传送层→会话层→表示层→应用层。38需要指出的是：OSI模型的制定虽然获得了一些理论研究的成果，但在市场化方面却失败了，至今市场上几乎找不到有什么厂家生产出符合OSI标准的商用产品。39网络安全是指网络系统的硬件、软件以及系统中的数据受到保护，使之不因偶然的或是恶意的原因而遭到破坏、更改、泄露，使网络系统连续可靠正常地运行，从而保证网络服务不中断。4.1.5计算机网络安全简介40从实用的角度看，网络安全技术大体包含以下内容：•实时硬件安全技术•软件系统安全技术•数据信息安全技术•网络站点安全技术•病毒防治技术•防火墙技术其核心技术是：数据加密技术、病毒防治技术和防火墙技术411.数据加密技术加密是指对数据进行编码，使它成为一种不可理解的形式，即密文。解密是将密文还原成原来可理解的形式。加密E解密D明文M密文C明文MKe加密密钥Kd解密密钥422.病毒防治技术①计算机病毒及其特征计算机病毒是一种入侵程序，它可以通过插入自我复制的代码副本来感染计算机，并删除重要文件、修改系统或执行某些其它操作，从而造成对计算机中的数据或计算机本身的损害。其特征为隐蔽性欺骗性执行性感染性和传播性可触发性破坏性43②计算机病毒的防范对新购置的计算机软硬件系统进行测试，确保无病毒后才使用。再确保硬盘无病毒的情况下，计算机应尽量使用硬盘启动。并在启动前将软盘从软驱中取出。重要数据文件要有备份，避免计算机遭病毒破