大學(xué)計算機基礎(chǔ)第8章計算機網(wǎng)絡(luò)初步

第8章計算機網(wǎng)絡(luò)初步本章要點：計算機網(wǎng)絡(luò)的基本概念I(lǐng)nternet基礎(chǔ)Internet服務(wù)8.1計算機網(wǎng)絡(luò)的基本概念1.早期的計算機網(wǎng)絡(luò)

--20世紀50年代初2.現(xiàn)代計算機網(wǎng)絡(luò)的萌芽和發(fā)展時期

--1969年ARPAnet3.計算機網(wǎng)絡(luò)標準化階段

--1977年開放互聯(lián)系統(tǒng)參考模型ISO/OSI4.局域網(wǎng)發(fā)展時期

--20世紀80年代5.Internet發(fā)展時期

--1986年美國國家科學(xué)基金會建立NSFnet8.1.1計算機網(wǎng)絡(luò)的形成和發(fā)展1989年11月我國第一個公用分組交換網(wǎng)CNPAC建成運行1990年10月，中國正式在DDNNIC（國際互連網(wǎng)絡(luò)信息中心的前身）注冊登記了我國的頂級域名cn

1994年中關(guān)村地區(qū)教育與科研示范網(wǎng)絡(luò)（NCFC）工程連入Internet的64KB國際專線開通，實現(xiàn)了與Internet的全功能連接8.1.2計算機網(wǎng)絡(luò)在我國的發(fā)展1.計算機網(wǎng)絡(luò)的定義計算機網(wǎng)絡(luò)是指利用通信線路和設(shè)備將分布在不同物理位置的許多自治計算機互連起來、并在網(wǎng)絡(luò)軟件系統(tǒng)的支持下實現(xiàn)資源共享和信息傳遞的系統(tǒng)。8.1.3計算機網(wǎng)絡(luò)的基本概念通信鏈路CCPCCPCCPCCPCCPCCP通信子網(wǎng)資源子網(wǎng)主機終端主機終端主機終端終端主機2.計算機網(wǎng)絡(luò)的拓撲結(jié)構(gòu)①總線型：只有單一的通信線路(稱為總線)，所有站點直接連接到這條總線上。在總線型網(wǎng)絡(luò)中信息是按廣播式進行通信的。任何一個時刻只能有一個站點發(fā)送信息，其他結(jié)點均可接受信息。優(yōu)點主要是結(jié)構(gòu)簡單、布線容易、成本低廉、易于擴展并具有較高的可靠性等。缺點是總線的故障會導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)癱瘓網(wǎng)絡(luò)的拓撲結(jié)構(gòu)是指網(wǎng)絡(luò)中通信線路和站點(終端結(jié)點或轉(zhuǎn)發(fā)結(jié)點)的幾何排列形式。8.1.3計算機網(wǎng)絡(luò)的基本概念②環(huán)型：各個站點通過通信線路連接成一個閉合的環(huán)。在單條環(huán)路的環(huán)型網(wǎng)絡(luò)中信息流向是單方向的。優(yōu)點是結(jié)構(gòu)簡單、傳輸延時確定。缺點是一個站點的故障會導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)癱瘓。2.計算機網(wǎng)絡(luò)的拓撲結(jié)構(gòu)8.1.3計算機網(wǎng)絡(luò)的基本概念③星型：有一個惟一的轉(zhuǎn)接結(jié)點，各站點通過點到點的鏈路直接連接到轉(zhuǎn)接結(jié)點上。優(yōu)點是結(jié)構(gòu)簡單、易于實現(xiàn)和便于管理。缺點是轉(zhuǎn)接結(jié)點的故障會導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)癱瘓。2.計算機網(wǎng)絡(luò)的拓撲結(jié)構(gòu)中心

處理機8.1.3計算機網(wǎng)絡(luò)的基本概念④樹型：結(jié)點按層次進行連接。信息交換主要在上下層結(jié)點之間。樹型網(wǎng)絡(luò)中除了葉子結(jié)點之外的所有非終端結(jié)點都是轉(zhuǎn)接結(jié)點。優(yōu)點是組網(wǎng)靈活、易于擴展。缺點是對根結(jié)點的依賴性太大，相鄰或同層結(jié)點之間不能直接傳遞信息。2.計算機網(wǎng)絡(luò)的拓撲結(jié)構(gòu)8.1.3計算機網(wǎng)絡(luò)的基本概念2.計算機網(wǎng)絡(luò)的拓撲結(jié)構(gòu)

終端終端終端終端終端終端終端終端終端節(jié)點節(jié)點節(jié)點節(jié)點8.1.3計算機網(wǎng)絡(luò)的基本概念網(wǎng)狀拓撲結(jié)構(gòu)是基本拓撲結(jié)構(gòu)的組合

3.計算機網(wǎng)絡(luò)的分類網(wǎng)絡(luò)的分類方式很多:按照網(wǎng)絡(luò)的覆蓋范圍與規(guī)模分類，可以把網(wǎng)絡(luò)分為:局域網(wǎng)(LAN)城域網(wǎng)(MAN)廣域網(wǎng)(WAN)8.1.3計算機網(wǎng)絡(luò)的基本概念采用局域網(wǎng)，傳輸速率較高，誤碼率較低。組網(wǎng)方便，技術(shù)簡單。傳輸距離遠，傳輸速率較低，誤碼率較高。機制復(fù)雜。局域網(wǎng)在一定的地理范圍內(nèi)將計算機、外設(shè)和通信設(shè)備互連在一起的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。廣域網(wǎng)

涉及的范圍較大，通常可以達到幾十公里、幾百公里，甚至更遠。8.1.3計算機網(wǎng)絡(luò)的基本概念4.計算機網(wǎng)絡(luò)的功能數(shù)據(jù)通信數(shù)據(jù)通信是計算機網(wǎng)絡(luò)最基本的功能。它用來快速傳送計算機與終端、計算機與計算機之間的各種信息。資源共享

“資源”指的是網(wǎng)絡(luò)中所有的軟件、硬件和數(shù)據(jù)資源?！肮蚕怼敝傅氖蔷W(wǎng)絡(luò)中的用戶都能夠部分或全部地享受這些資源。分布處理當某臺計算機負擔過重時，或該計算機正在處理某項工作時，網(wǎng)絡(luò)可將新任務(wù)轉(zhuǎn)交給空閑的計算機來完成，均衡各計算機的負載，提高處理問題的實時性。8.1.3計算機網(wǎng)絡(luò)的基本概念計算機網(wǎng)絡(luò)由硬件和軟件兩部分組成網(wǎng)絡(luò)硬件包括計算機、通信線路和通信設(shè)備等負責數(shù)據(jù)處理和數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)網(wǎng)絡(luò)軟件分為網(wǎng)絡(luò)協(xié)議、網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)和網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用軟件控制數(shù)據(jù)通信和各種應(yīng)用8.1.4計算機網(wǎng)絡(luò)的組成1．網(wǎng)絡(luò)中的計算機設(shè)備根據(jù)計算機在網(wǎng)絡(luò)中的作用可將計算機分為服務(wù)器和工作站服務(wù)器是一種功能強大的高檔計算機，構(gòu)成與普通計算機基本相似，是計算機網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的核心設(shè)備，主要負責網(wǎng)絡(luò)資源管理和用戶服務(wù)在計算機網(wǎng)絡(luò)中針對不同的網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用設(shè)置不同的服務(wù)器，如遠程訪問服務(wù)器、打印服務(wù)器、文件服務(wù)器、域名服務(wù)器和數(shù)據(jù)庫服務(wù)器等。工作站是具有獨立處理能力的計算機，即可以單獨使用，也可以聯(lián)網(wǎng)工作。8.1.4計算機網(wǎng)絡(luò)的組成雙絞線同軸電纜光纖衛(wèi)星通信微波8.1.4計算機網(wǎng)絡(luò)的組成2.網(wǎng)絡(luò)傳輸介質(zhì)（1）網(wǎng)卡網(wǎng)卡（NIC，NetworkInterfaceCard）：網(wǎng)絡(luò)接口卡（簡稱網(wǎng)卡）又稱為網(wǎng)絡(luò)適配器（NIA，NetworkInterfaceAdapter），是計算機局域網(wǎng)中最重要的連接設(shè)備之一。網(wǎng)卡的作用是將計算機與通信設(shè)施相連接，將計算機的數(shù)字信號與通信線路能夠傳送的電子信號互相轉(zhuǎn)換RJ-45口BNC接口8.1.4計算機網(wǎng)絡(luò)的組成3．網(wǎng)絡(luò)連接設(shè)備

（2）調(diào)制解調(diào)器（Modem，俗稱“貓”） 調(diào)制解調(diào)器是一種信號轉(zhuǎn)換裝置，它將計算機與公用電話線相連接，使得計算機用戶能夠通過撥號的方式利用公用電話網(wǎng)訪問計算機網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。

8.1.4計算機網(wǎng)絡(luò)的組成3．網(wǎng)絡(luò)連接設(shè)備

（3）集線器（Hub） 集線器具有多個端口，可連接多臺計算機。 集線器主要提供信號放大和中轉(zhuǎn)的功能，不具備自動尋址能力和交換作用。

（4）交換機 稱為交換式集線器，在網(wǎng)絡(luò)傳輸過程中可以對數(shù)據(jù)進行同步、放大和整形。8.1.4計算機網(wǎng)絡(luò)的組成3．網(wǎng)絡(luò)連接設(shè)備

路由器可連接多個網(wǎng)絡(luò)或網(wǎng)段。用路由器連接起來的若干個網(wǎng)絡(luò)，它們?nèi)允歉髯元毩⒌摹Ｒ霃囊粋€網(wǎng)絡(luò)訪問用路由器連接起來的另一個網(wǎng)絡(luò)中的站點，必須指定該站點的邏輯地址（IP地址）。

（5）路由器（不同類型的多個網(wǎng)絡(luò)之間的連接）不同網(wǎng)絡(luò)之間數(shù)據(jù)格式轉(zhuǎn)換和轉(zhuǎn)發(fā)維護和更新路由表尋找一條最佳傳輸路徑網(wǎng)絡(luò)控制和管理路由器功能8.1.4計算機網(wǎng)絡(luò)的組成3．網(wǎng)絡(luò)連接設(shè)備

LAN1PC機WANLAN2R1R2用路由器連接兩個LAN8.1.4計算機網(wǎng)絡(luò)的組成4.網(wǎng)絡(luò)軟件網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用軟件網(wǎng)絡(luò)協(xié)議(Protocol)是指在網(wǎng)絡(luò)中的結(jié)點在進行數(shù)據(jù)交換時應(yīng)滿足的一些規(guī)則、約定與標準。一個網(wǎng)絡(luò)協(xié)議由以下三要素組成：語法：用戶數(shù)據(jù)與控制信息的結(jié)構(gòu)和格式；語義：需要發(fā)出何種控制信息，以及完成的動作與做出的響應(yīng)；時序：對事件實現(xiàn)順序的詳細說明。8.1.4計算機網(wǎng)絡(luò)的組成網(wǎng)絡(luò)協(xié)議例:甲乙兩個人通電話語法：電話號碼；語義：通話內(nèi)容；時序：甲先撥電話，響鈴乙接聽電話通話掛斷8.1.4計算機網(wǎng)絡(luò)的組成4．網(wǎng)絡(luò)軟件

性能指標從不同的方面來衡量計算機網(wǎng)絡(luò)的性能，常用的性能指標有：速率、帶寬、吞吐量、時延、往返時間RTT、利用率等。1.速率比特（bit）是計算機中數(shù)據(jù)量的基本單位網(wǎng)絡(luò)技術(shù)中的速率是指連接在計算機網(wǎng)絡(luò)上的主機在數(shù)字信道上傳送數(shù)據(jù)的速率，它也稱為比特率（bitrate）

8.1.4計算機網(wǎng)絡(luò)的組成5．網(wǎng)絡(luò)的性能指標

2.Bandwidth

帶寬在計算機網(wǎng)絡(luò)中，帶寬用來表示網(wǎng)絡(luò)的通信線路所能傳送數(shù)據(jù)的能力，因此網(wǎng)絡(luò)帶寬表示在單位時間內(nèi)從網(wǎng)絡(luò)中的某一點到另一點所能通過的“最高數(shù)據(jù)率”。帶寬的單位是“比特每秒”，記為b/s。在這種單位的前面也常常加上千（K）、兆（M）、吉（G）或太（T）這樣的倍數(shù)。8.1.4計算機網(wǎng)絡(luò)的組成5．網(wǎng)絡(luò)的性能指標

網(wǎng)絡(luò)和網(wǎng)絡(luò)可以通過路由器互聯(lián)起來，這樣就構(gòu)成了一個覆蓋范圍更大的網(wǎng)絡(luò)，即互聯(lián)網(wǎng)。互聯(lián)網(wǎng)是“網(wǎng)絡(luò)的網(wǎng)絡(luò)”（networkofnetwork）。因特網(wǎng)（Internet）是世界上最大的互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)

8.2Internet基礎(chǔ)8.2.1什么是Internet計算機網(wǎng)絡(luò)必須完成：要發(fā)送數(shù)據(jù)的計算機必須將數(shù)據(jù)通信的通路激活（activate）。“激活”是指發(fā)出相應(yīng)的指令，保證要傳送的數(shù)據(jù)能在線路上正確發(fā)送和接收。網(wǎng)絡(luò)要知道如何識別接收數(shù)據(jù)的計算機。發(fā)送數(shù)據(jù)的計算機必須了解接收方的計算機是否開機，是否聯(lián)網(wǎng)。發(fā)送數(shù)據(jù)的計算機必須知道接收方計算機是否已準備好接收文件、存儲文件。若文件格式不兼容，則需完成格式轉(zhuǎn)換的工作。對各種差錯和意外，如數(shù)據(jù)傳送錯誤、重復(fù)或丟失等應(yīng)有可靠的保證措施。8.2.2TCP/IP參考模型1．計算機網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)

為了使不同體系結(jié)構(gòu)的計算機網(wǎng)絡(luò)都能互連，國際標準化組織（ISO，InternationalOrganizationforStandardization）于1979年年底公布了著名的開放系統(tǒng)互連七層參考模型（OSI/RM，ReferenceModelofOpenSystemInterconnection）簡稱OSI。開放系統(tǒng)互連七層參考模型（OSI）

8.2.2TCP/IP參考模型1．計算機網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)

應(yīng)用層傳輸層互連網(wǎng)層網(wǎng)絡(luò)接口層TCP/IP（TransmissionControlProtocol/InternetProtocol）是Internet最基本的協(xié)議、Internet國際互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)的基礎(chǔ)。

8.2.2TCP/IP參考模型2．TCP/IP參考模型

網(wǎng)絡(luò)接口層(Networkinterfacelayer)是TCP/IP模型的最低層，完成與物理網(wǎng)絡(luò)的對接?；ヂ?lián)網(wǎng)層(Internetlayer)保證計算機間報文的傳送傳輸層(Transportlayer)完成用戶進程之間的數(shù)據(jù)通信應(yīng)用層(Applicationlayer)：

TCP/IP網(wǎng)絡(luò)服務(wù)8.2.2TCP/IP參考模型2．TCP/IP參考模型

TELNETFTPSMTPWWWTCPUDPIP以太網(wǎng)FDDIX.25ATM應(yīng)用層傳輸層互連網(wǎng)層網(wǎng)絡(luò)接口層圖TCP/IP模型各層使用的協(xié)議8.2.2TCP/IP參考模型2．TCP/IP參考模型

傳輸層(Transportlayer)

在源結(jié)點和目的結(jié)點的兩個進程實體之間提供可靠的端到端的數(shù)據(jù)傳輸。TCP/IP模型提供兩個傳輸層協(xié)議：傳輸控制協(xié)議TCP，TCP協(xié)議是一個可靠的面向連接的傳輸層協(xié)議，它將某結(jié)點的數(shù)據(jù)以字節(jié)流形式無差錯投遞到互聯(lián)網(wǎng)的任何一臺機器上。用戶數(shù)據(jù)報協(xié)議UDP是一個不可靠的、無連接的傳輸層協(xié)議，UDP協(xié)議將可靠性問題交給應(yīng)用程序解決。8.2.2TCP/IP參考模型2．TCP/IP參考模型

Internet中主機的每一個連接都必須有授權(quán)單位分配的全球都能接收和識別的唯一標識，即IP地址一個IP地址由32位二進制數(shù)組成。一個采用二進制形式的IP地址是“00001010000000000000000000000001”，

每個IP地址被分成四組，每組8位。每組數(shù)字的大小范圍為十進制的0-255。采用點分十進制的標記方法，即將每組用十進制數(shù)表示數(shù)值，以圓點“.”分隔。8.2.3Internet地址1．IP地址

IP格式nnn.nnn.nnn.nnn4組，取值0～25539IP地址8.2.3Internet地址1．IP地址

從概念上來說，每個IP地址包含網(wǎng)絡(luò)號和主機號兩部分。網(wǎng)絡(luò)號用于識別一個邏輯網(wǎng)絡(luò)，而主機號用于識別邏輯網(wǎng)絡(luò)中一臺主機的一個連接。IP地址中網(wǎng)絡(luò)部分分為A、B、C、D和E五類8.2.3Internet地址1．IP地址

A類：第一位為0，網(wǎng)絡(luò)地址7位，主機地址24位B類：前兩位為10，網(wǎng)絡(luò)地址14位，主機地址16位C類：前三位為110，網(wǎng)絡(luò)地址21位，主機地址8位D類：前四位為1110，-55不用來標識網(wǎng)絡(luò)，一般用于廣播通信E類：前五位為11110，-55暫時保留不用。8.2.3Internet地址1．IP地址

判斷要訪問的計算機與本地計算機是否屬于同一子網(wǎng)。同一子網(wǎng)內(nèi)的IP地址具有相同的網(wǎng)絡(luò)號。子網(wǎng)掩碼是一個與IP地址表示方法相同的32位二進制數(shù)，網(wǎng)絡(luò)號和子網(wǎng)號部分都用1表示，主機號用0表示子網(wǎng)掩碼和IP地址進行二進制“與”運算，結(jié)果相同說明同屬于一個子網(wǎng)例：c類IP地址的子網(wǎng)掩碼為：8.2.3Internet地址2．子網(wǎng)掩碼

同做“與”的運算11010011.01000000.11000000.0000000111111111.11111111.11111111.0000000011010011.01000000.11000000.00000000目前在Internet上使用的IP協(xié)議是1978年確立的，稱為IPv4，盡管在理論上約有43億（223）個IP地址，實際上考慮各種因素后只有一半地址可用。IPv4已經(jīng)暴露出許多問題，其中最重要的問題是IP地址資源的短缺，因此Internet工程部又提出了新的IP協(xié)議版本IPv6。IPv6使用的地址空間為128位，可以徹底解決IP地址不足等問題。在我國，IPv6已經(jīng)正式開始使用。8.2.3Internet地址3．IPV6

域名是用來表示IP地址的一串有意義的字符序列一般格式為：主機名.單位名.機構(gòu)名.頂級域名國家域領(lǐng)域域名機構(gòu)域主機名8.2.3Internet地址4．域名系統(tǒng)

域名解析把域名指向網(wǎng)站空間IP,讓人們通過注冊的域名可以方便地訪問到網(wǎng)站一種服務(wù)服務(wù)由DNS服務(wù)器完成例：958.2.3Internet地址4．域名系統(tǒng)

表8.3常見的頂級域名域名組織類型ARPA預(yù)留查詢域(特殊的Internet功能)COM商業(yè)EDU教育GOV政府部門ORG非商業(yè)組織(比如非盈利機構(gòu))NET網(wǎng)絡(luò)(比如ISP)INT國際協(xié)同組織MIL美國軍隊組織8.2.3Internet地址4．域名系統(tǒng)

互聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)提供商（ISP：InternetServiceProvider）是互聯(lián)網(wǎng)服務(wù)提供商，向廣大用戶綜合提供互聯(lián)網(wǎng)接入業(yè)務(wù)、信息業(yè)務(wù)和增值業(yè)務(wù)的電信運營商。互聯(lián)網(wǎng)內(nèi)容提供商（ICP：I