计算机导论05-计算机网络

文章目录

计算机网络基础
- 计算机网络概述
- - 计算机网络的概念
  - 计算机网络的功能
  - 计算机网络的组成
- 计算机网络的发展
- - 计算机网络的类型
网络体系结构
- 网络互联模型
- - OSI/RM结构与功能
  - TCP/IP结构模型
  - TCP/IP与OSI/RM的比较
- 网络地址与分配
- - IP地址构成
  - 子网的划分
  - IPv6
- 传输介质与网络设备
- - 网络传输介质
  - 网络设备
  - - 物理层设备
    - 数据链路层设备
    - 网络层设备
    - 传输层以上的设备
- Internet及其应用
- - Internet基础
  - - Internet的概念
    - Internet的域名系统
    - Internet的接入方式
  - Internet的应用
  - - Internet的基本服务
    - Internet的其他服务
补充题

计算机网络基础

计算机网络概述

计算机网络的概念

计算机网络是“以相互共享资源的方式互联起来的自治计算机系统的集合”。
（1）组建计算机网络的主要目的是实现资源共享
（2）互联的计算机系统是自治的系统
（3）联网计算机之间的通信必须遵循共同的网络协议

计算机网络的功能

数据交换和通信
资源共享
提高系统的可靠性和可用性
均衡负荷，相互协作
分布式网络处理
提高系统性价比，易于扩充，便于维护

计算机网络的组成

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计算机网络的功能构成

通讯子网的组成要素：

资源子网提供可共享的软硬件资源：可能含下级子网及若干终端；
通讯子网包含的下级子网或终端；
通讯子网的网络管理及控制中心（中心服务器）；
网络连接及互连设备（通信信道 - 网络信号的传输通道，有线形式，无线形式；互连设备：调制解调器、交换器、路由器、交换机）

通讯协议

资源子网：负责对数据信息的收集和处理
主机（Host）：是网络中的主要资源，也是数据资源和软件资源的拥有者，一般都通过高速线路将它们和通信子网的节点相连。
终端控制器和终端：终端控制器连接一组终端，负责这些终端和主计算机的信息通信，或直接作为网络节点。终端是直接面向用户的交互设备，可以是由键盘和显示器组成的简单终端，也可以是微型计算机系统。
计算机外设：主要是网络中的一些共享设备。
通信子网：负责信息的传输
网络节点：是通信子网与资源子网的接口，完成信息的交换和转发功能。
分类：
■ 交换节点：包括交换机、集线器、路由器以及负责网络中信息交换的设备等。
■ 访问节点：包括连接用户主机和终端设备的接收器、发送器等通信设备。
通信链路 ：即通信信道。包括：双绞线、同轴电缆、光导纤维、无线电微波通信、卫星通信等。
信号转换设备 ：对信号进行变换以适应不同传输媒体的要求。如：Modem、无线通信接收和发送器、用于光纤通信的编码解码器等。
调制解调器(Modem，猫)：常用的连续模拟信号与离散的数字信号相互转换的设备。
● 调制器：
- 负责用计算机输出的数字信号调制为模拟载波信号，因而将数字信号转变为能在通信信道中传输的模拟信号
● 解调器：
- 负责将接收到的模拟载波信号还原为数字信号
由路由器连接的计算机网络示意图

计算机网络的发展

计算机终端网络
计算机通信网络
开放式的标准化计算机网络
高速计算机网络

计算机网络的类型

按分布范围（覆盖的地理面积）分类

网络类型	一般情形
广域网（Wide Area Network，WAN）	国家、地区等层面
城域网（Metropolitan Area Network，MAN）	（特）大城市、（特）大型（跨国）公司或机构等层面
局域网（Local Area Network，LAN）	中、小城市，单位，机构层面

按拓扑结构分类
基本的网络拓扑有5种结构：

星型拓扑结构： 有明确的中心节点（主机、服务器），客户机使用专门的、只与服务器相连的信道，客户机之间的通信需服务器转发
环型拓扑结构： 没有明确的中心节点，闭环，数据传输一般具有一定方向，可根据需要设置主机，适合流水作业场景，相邻的结点可以直接通信，不相邻的结点需其他结点转发。
总线型拓扑结构： 没有明确的中心节点，适合（终端）对等同类业务场景，总线通讯
树型拓扑结构： 当前流行的网络结构，有明确的网络中心节点，中间节点既是上层节点的终端、又是下层节点的服务中心；特点：联网方便、分级控制、分层服务、系统稳定
网状拓扑结构： 有中心节点，多种网络结构的组合

按交换技术分类

电路交换网络（circurt switching）。
报文交换网络（message switching）。
分组交换网络（packet switching）。

网络体系结构

网络互联模型

OSI/RM结构与功能

国际标注化组织(ISO-International Standard Organization)公布的开放系统互联参考模型（Open
System Interconnection/Reference Model-OSI/RM）为开放式互连信息系统提供了一种功能结构的框架。

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OSI/RM最高层为应用层，面向用户提供应用服务；最低层为物理层，连接通信介质实现真正的数据通信。

特点：

（接口）逐层链接：第n层只与上、下两层（第n+1、n-1层）链接；
（服务）邻层服务：第n层接受第n-1层提供的服务，同时为第n+1层提供服务；
（协议）对等通讯：不同的系统间在对等层级间（遵守一定的协议）分组交换数据

TCP/IP结构模型

TCP-Transmission Control Protocol

是一种面向连接的、可靠的、基于字节流的传输层通信协议，

IP-Internet Protocol

是指互联网协议，也称作网际协议。

TCP/IP与OSI/RM的比较

在OSI/RM参考模型中，有3个基本概念：服务、接口和协议。

TCP/IP模型并不十分清晰地区分服务、接口和协议这些概念。
相比TCP/IP模型，OSI/RM模型中的协议具有更好的隐蔽性并更容易被替换。
两者的另外一个差别是有关服务类型方面。
OSI/RM模型的网络层提供面向连接和无连接两种服务，而传输层只提供面向连接服务。
TCP/IP模型在网络层只提供无连接服务，但在传输层却提供两种服务。

网络地址与分配

IP地址构成

IP地址是一个32位的二进制数逻辑地址（版本：IPv4-Internet Protocol Version 4.0），以.隔开的4字节二进制表示，用以表明网络节点 （主机、服务器、路由器、终端计算机等等）在网络中的逻辑位置

注：

网络节点在网络中的IP地址是可变的，即节点硬件连入不同的网络时IP地址可能是不同的；即便连接进入某个固定的网络，IP地址也可能是动态分配的；但同一网络中某特定时刻IP地址与节点之间是一一对应的
IP地址不是地理地址（地理坐标）、也不是物理地址（Mac地址-网卡硬件标识）。

例如，IP地址“11000000 10101000 11001000 10000000”，每字节用十进制数表示，字节之间用圆点分隔，表示为“192.168.200.128”。（四段：每段0~255）
每个IP地址由网络号（net-id）和主机号（host-id）两部分组成。

网路号越短，主机号越长，网络涵盖的主机越多，网络越大

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子网的划分

划分子网的基本思想是：借用主机号的一部分作为子网的子网号，划分出更多的子网IP地址，而对于外部路由器的寻址没有影响。 划分子网后，通过使用掩码，把子网隐藏起来，使得从外部看网络没有变化，这就是子网掩码。

IPv6

IPv6（Internet Protocol Version 6）是用于替代现行版本IP协议（IPv4）的下一代IP协议。与IPv4相比，IPv6具有更大的地址空间(128位)。

传输介质与网络设备

网络传输介质

有线传输介质	无线传输介质
同轴电缆	无线电波
双绞线	微波
光纤	红外线

网络设备

物理层设备

物理层设备有中继器、集线器、无线接入点设备等。

集线器（Hub）：
总线式集线器，简称Hub，有多个端口，每个端口可以连接一个站点。

工作原理： 每个端口都具有接收数据帧和发送数据帧的功能，当集线器从一个端口接收到数据帧后，向所有其他端口发送。
Hub一般用作局域网内网络信号接收（从外部节点或上级节点）与分发（内部节点或下级终端）；不能识别信号来源的Mac地址，采用广播式发送信号，因而也不能识别信号发送的目的地址，

数据链路层设备

数据链路层设备有网卡、网桥、交换机等

网卡与MAC（Media Access Control）地址：

介质访问地址（Media Access Control Address） 也叫物理地址或硬件地址，是一个全局地址，即世界唯一。
格式： 6字节(48位)，前3个字节为厂商惟一标识符，后3个字节由生产厂商自行分配-编号，生产时，固化在网卡的ROM中。
当计算机插上网卡联入局域网时，网卡上的MAC地址作为该机的唯一入网物理地址，通信时为主机标识。

交换机（switch）：

交换式集线器，从一个端口接收到上级或外部节点发来的数据帧后，直接将数据帧转发给指定接收节点所在的端口。
采用地址匹配、端口到端口的数据接收与发送工作模式，能明确识别信号来源及目的地地址，既可以用于不同类型的网络连接，也可以用于局域网内部连接

网络层设备

网络层主要负责完成数据分组从源端传输到目的端、逻辑地址分配以及网络的路由选择等任务。网络层的设备主要有路由器和三层交换机等。

路由器：

工作在网络层，可以将两个或多个不同类型、不同结构的网络互相连接起来；
Router是连接两个或多个网络的硬件设备，在网络间起网关的作用，是读取每一个数据包中的地址（来源、目的）然后决定如何传送（识别来源、目的，数据包是否需要重新组装） 的专用智能性的网络设备，它能够理解不同的协议并顺利转换。

传输层以上的设备

传输层以上的设备主要有防火墙、网关等。

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要素：

外部网络、路由器、防火墙、网络中心（一级服务器、一级交换机）、资源子网（二级服务器、二级交换机、终端……）、通信子网（二级服务器、二级交换机、终端……）

Internet及其应用

Internet基础

Internet的概念

由数以千计的小网络构造出了Internet这个世界上最大、最流行的计算机互联网，它连接了上百万台计算机和数千万用户（还在不断增加）。
从一般角度认为Internet的定义应包含下面三个方面的内容：

Internet是一个基于TCP/IP协议簇的网络；
Internet是一个网络用户的集团，用户使用网络资源，同时也为该网络的发展壮大贡献力量；
Internet是所有可被访问和利用的信息资源的集合。

Internet的域名系统

DNS-Domain Name System

IP地址的局限： 不容易理解、记忆、使用
为了识别互联网上的千千万万个主机，人们设计了用“.”分隔的一串英文单词来标识每台主机的方法。
以“.”分开最前面的是主机名，其后的是子域名，最后的是顶级域名
标准域名： 主机名.子域名.高级子域名.顶级域名

例如：域名：www.hise.hznu.edu.cn------IP地址：192.08.43.223

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Internet的接入方式

（1）ADSL。
（2）HFC（CABLEMODEM）。
（3）光纤宽带。
（4）无线网络。
（5）电力网接入（PLC）。

Internet的应用

Internet的基本服务

Internet提供的基本服务主要有Web服务、电子邮件服务、文件传送服务、远程登录服务等。

Web服务：WWW(World Wide Web)
- HTTP：HyperText Transfer Protocol-超文本传输协议
- HTML：HyperText Markup Language-超文本标记语言
电子邮件服务与协议
- SMTP-Simple Mail Transfer Protocol-简单邮件传输协议（发送）
- POP3- Post Office Protocol - Version 3-邮件协议（接受）
文件传输服务（FTP-File Transfer Protocal）与协议
- 二进制文件传输协议，以四段、四字节二进制代码（显示为十进制）标识服务器地址。
- FTP协议包括两个组成部分，其一为FTP服务器，其二为FTP客户端。其中FTP服务器用来存储文件，用户可以使用FTP客户端通过FTP协议访问位于FTP服务器上的资源。