第2章 网络传播的技术原理.docx
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第2章网络传播的技术原理
第二章网络传播的技术原理
Internet的出现和运用，使计算机网络如虎添翼，大大加快了计算机网络普及的进程。
计算机网络的基本功能是资源共享和信息传输，还具有均衡负荷与分布处理、综合信息服务等功能。
随着网络技术的不断更新，计算机网络的应用范围在不断地拓展，已经渗透到了国民经济领域和人们日常生活当中。
作为计算机技术与通信技术的结合体，计算机网络对现代传播正在并将继续产生重大的影响。
只有深入了解计算机网络和Internet的基础知识，才能对网络传播的技术原理有透彻的认识。
第一节计算机网络
早期的计算机系统是高度集中的，后来出现了批处理和分时系统，分时系统所连接的多个终端必须紧接着主计算机。
50年代中后期，许多系统都将地理上分散的多个终端通过通信线路连接到一台中心计算机上，这样就出现了早期的应用意义上的计算机网络。
现代意义上的计算机网络，是把分布在不同地理区域的计算机与专门的外部设备用通信线路互联成一个网络系统，从而使众多的计算机可以方便地互相传递信息，共享信息资源。
一、计算机网络系统的发展
计算机网络的发展是计算机及其应用技术与通信技术密切结合的结果，可分为四个阶段：
1．第一代计算机网络
1946年，世界上第一台计算机（ENIAC）问世。
但随后的几年中，在计算机之间并没有建立相互联系。
直到1954年，随着一种叫做收发器的终端的研制成功，实现了将穿孔卡片上的数据通过电话线路发送到远地的计算机，使得用户端具备了数据的存储和处理能力，第一代计算机网络就这样诞生了。
人们把这种以单个计算机为中心的联机系统称为面向终端的远程联机系统。
在美国，其典型应用是由一台计算机和全美范围内2000多个终端组成的飞机订票系统。
2．第二代计算机网络
到了20世纪60年代，随着计算机应用的拓展，出现了多台计算机互联的需求。
第二代计算机网络强调了网络的整体性，网络用户可以通过计算机使用本地计算机的资源，也可以使用其他地方的计算机软、硬件与数据，达到了计算机资源共享的目的，其工作方式一直延续至今。
这一代网络的典型代表是美国国防部高级研究计划局协助开发的阿帕网。
阿帕网是计算机网络技术发展的一个重要里程碑。
3．第三代计算机网络
1977年，国际标准化组织建立了一个分委员会专门研究网络体系结构，并于1984年颁布了开放系统互联基本参考模型0SI（opensystemiffterconnection），如图2—1所示。
这一模型定义了连接异种计算机标准的主体结构，从而解决了不同类网络互联时的兼容性问题，被公认为第三代计算机网络体系结构的基础，为普及局域网奠定了基础。
图2—1OSI参考模型
OSI参考模型又叫开放互联系统，共分为七层。
每一层的功能如下：
（1）物理层（physicallayer）：
发送和接收数据信号比特，即负责二进制流的传输。
提供机械、电气、功能和过程特性。
如规定使用电缆和接头的类型，传送信号的电压等。
在这一层，数据还没有被组织，仅作为原始的位流或电气电压处理。
（2）数据链路层（datalinklayer）：
将来自上层的信息转换成物理层可以传输的比特，即将信息格式化为数据帧，并给信息加上定制的帧头，其中包括硬件的源地址和目标地址（源站点和目标站点的物理地址）。
（3）网络层（networklayer）：
处理网络问路由，确保数据及时传送。
将数据链路层提供的帧组成数据包，包中封装有网络层包头，其中含有逻辑地址（IP地址）信息，即源站点和目标站点地址的网络地址。
（4）传输层（transportlayer）：
提供建立、维护和取消传输连接功能，负责可靠地传输数据。
（5）会话层（sessionlayer）：
提供包括访问验证（建立连接、数据传送、通信完毕）和会话管理在内的建立和维护应用之间通信的机制。
如服务器验证用户登录便是由会话层完成的。
（6）表示层（presentationlayer）：
提供格式化的表示和转换数据服务。
如数据的压缩和解压缩，加密和解密等工作都由表示层负责。
（7）应用层（applicationlayer）：
提供网络与用户应用软件之间的接口服务。
它包含所有的高层的协议：
虚拟（仿真）终端协议（Telnet）、文件传输协议（FTP）、简单电子邮件传输协议（SMTP）、域名系统服务（DNS）、超文本传输协议（HTTP）等。
4．第四代计算机网络
第四代计算机网络从20世纪80年代末90年代初开始，是随着数字通信的出现而产生的，其特点是综合化和高速化，例如ATM网以及综合业务数字网（ISDN）。
（1）ATM网络。
ATM（asynchronoustransfermode）异步传输模式是一种与同步光纤网速率相适应的快速分组交换技术。
在数据通讯领域里，是一种发展十分迅速的新型技术。
它可以以很高的速率传送数字化声音、各种数据和数字化的视频信息，特别适合于多媒体通信。
ATM网络技术的核心是ATM交换机。
它基本上是一种分组交换方式，通过硬件进行交换处理以达到高速化。
它的突出优点在于不会因为交换而造成延迟。
因此，它不仅适合文本数据，也支持多媒体中的声音、动画和活动视频图像的实时通信。
可以说它兼有分组交换和线路交换两者的优点。
ATM技术和ATM网络目前仍在发展、完善之中。
其应用最终目标是为所有网络互连环境提供服务，并形成一个统一的多媒体广域互联网络。
（2）综合业务数字网（ISDN）。
综合业务数字网（integratedservicedigitalnetwork）是一种基于电信业的新型网络。
它是通过数字通信技术（数字传输、分组交换、程控数字电话交换等）和计算机技术实现电话、电报、图像和数据等各种处理、传输及交换的电信网。
ISDN的宗旨是通过一个网络向用户提供各种不同的业务。
各种类型的终端可以通过一个统一的接口接入ISDN网。
宽带ISDN则是ISDN的下一代产品。
二、计算机网络的分类
计算机网络的类型有很多，而且有不同的分类依据。
可以按网络的传输介质、通信方式和使用目的分类，但最能反映网络技术本质特征的分类法是按网络的拓扑结构划分。
1．按网络的拓扑结构划分
拓扑（topology）原是几何学的一个分支，是一种研究与大小、形状无关的线和面的特性的方法。
拓扑将各种物体的位置表示成抽象位置，它不关心事物的细节也不在乎什么相互的比例关系。
网络拓扑结构是从图论演变而来的，它是描述局域网基本类型的结构示意图。
有五种类型：
总线型、星型、环型、树型和混合型。
下面主要介绍三种基本类型。
（1）总线型网络结构（bustopology）。
总线型网络拓扑结构如图2—2所示，即网络上的所有节点都通过相应的硬件接口直接连接到一条共用的通信线路（总线），所以一次只能有一个设备（工作站）发送数据。
总线型网络有以下几个特点：
一是这种网络结构一般使用同轴电缆进行连接，不需要中间的连接设备，组网成本较低；二是每一网段的两端都要安装终端电阻器；三是仅适用于连接较少的工作站（少于20台）；四是网络的稳定性较差，任一节点出现故障都会导致整个网络的瘫痪。
总线型网络结构适应带宽为10Mbps。
图2—2总线型网络结构
（2）星型网络结构（startopology）。
星型网络拓扑如图2—3所示，其所有的网络节点都连接到一个中心——集线器或交换机上。
当一个工作站要传输数据到另一个工作站时，都要通过中心结点（集线器或交换机）。
用星型网络结构组网有以下特点：
一是集线器或交换机可以进行级连，但最多不能超过4级；二是工作站接入或退出网络时全系统的工作不受影响；三是这种网络一般使用双绞线进行连接，符合现代综合布线的标准。
星型网络结构的带宽范围可以从10Mbps、100Mbps到1000Mbps。
图2—4环型网络结构
（3）环型网络结构（ringtopology）。
环型网络拓扑如图2—4所示，它与总线型很相像，如果把总线的两个头接起来就成了环型结构。
在环型拓扑结构中，网络上所有的设备彼此串行连接，像链条一样构成一个回路或环，数据在环路上按统一方向单向传输。
一般来说，当计算机台数较多或可靠性要求高时，优先考虑采用星型组建网络。
对于少数几台距离较远或可靠性要求不高、共享任务不繁重时，则可考虑用一根电缆进行总线型连接。
而实际网络的拓扑结构常常为上述三种类型的综合运用。
2．按网络通信范围划分
（1）局域网（localareanetwork，LAN）：
指在一个较小地理范围内的各种计算机网络设备互连在一起的通信网络，可以包含一个或多个子网。
其应用广泛，可以共享文件和相互协同工作，还可以共享磁盘、打印机、光驱等资源，联网费用较低。
局域网通常采用以太网连接模式。
通信范围在几千米之内，传输速率为10Mbps～100Mbps，主要用来构造单位的内部网，如校园网、企业网等。
（2）城域网（metropolitanareanetwork，MAN）：
通信范围在几千米至几十千米，传输速率为100Mbps～1000Mbps，目前主要用于构建一个城市内的宽带网。
（3）广域网（wideareanetwork，WAN）：
通信范围在几十千米以上，甚至可达到几万千米，广域网连接的常常是一个国家或是一个洲，一般以高速电缆、光缆、微波天线或卫星等远程通讯形式连接。
（4）网间网：
网间网不是一种具体的网络技术，而是一系列局域网和广域网的组合，Internet便是当前最大也最为典型的网间网。
三、计算机局域网
在几种类型的网络中，局域网的研究、应用与发展成为网络技术的重要方面。
因为局域网的传输速率高，所需通信设备简单，支持传输介质的种类也较多，这些都使得局域网成为计算机网络中的一个重要成员。
按照网络结构的不同，局域网分为令牌网和以太网两种。
令牌网（tokenring）主要用于广域网及大型局域网的主干部分，①采用UNIX作为其操作系统，组建与管理比较复杂，非专业人员难以驾驭。
以太网（ethernet）是目前最流行的一种物理网络结构，②这种网络的概念最早是在上世纪60年代由夏威夷大学提出的。
以太网是以总线或星型总线为基础的一种技术，它的组建较为容易，各设备之间的兼容性较好，同时目前的主流操作系统WindowsNT、NetWare和Windows95/98/2000都支持它，所以现在80％以上的局域网都是以太网。
本章所讨论的局域网，都是指以太网。
局域网速度的提升这10多年来发展很快。
原来大量的局域网运行在10Mbps的工作速度下（原以太网标准）；到1992年，新的以太网标准得以确立，达到了100Mbps。
1996年，千兆位以太网标准和产品开始出现，网络速度又达到了1000Mbps。
以以太网为主的局域网技术正在向更高的传输速度发展。
1．局域网的组成
局域网和其他计算机网络一样，主要由四个部分组成：
服务器、工作站、外围设备和网络协议。
（1）服务器。
在小型局域网中，服务器一般提供文件和打印两种服务。
所有工作站通过外围设备与服务器连接在一起，并且共享服务器上的文件、光驱和打印机等。
（2）工作站。
工作站也称为“用户机”或“客户”，实际上就是一台普通的电脑。
当它与文件服务器连接并登录服务器后，可到文件服务器上存取文件，得到所需文件时可在工作站上直接运行。
因此，工作站比单独的一台电脑具有更大的操作范围，它除了可对本身的文件和设备进行存取、调用和管理外，还可存取服务器上的文件，并可将自己的打印作业通过服务器打印输出。
（3）外围设备。
小型局域网中使用的外围设备，主要有：
网卡，集线器，交换机，传输介质等。
网卡插在计算机主板插槽中，负责将用户要传递的数据转换为网络上其他设备能够识别的格式，通过网络介质传输。
集线器是单一总线共享式设备，提供很多网络接口，负责将网络中多个计算机连在一起。
所谓共享是指集线器所有端口共用一条数据总线，因此平均每个用户（端口）传递的数据量、速率等受活动用户（端口）总数量的限制。
交换机也称交换式集线器。
它同样具备许多接口，提供多个网络节点互连。
但它的性能却较共享集线器大为提高：
相当于拥有多条总线，使各端口设备能独立地进行数据传递而不受其他设备影响，表现在用户面前即是各端口有独立、固定的带宽。
局域网的距离扩展需要通过线缆来实现，不同的局域网有不同连接传输介质，如光纤、双绞线、同轴电缆等。
通过将工作站连到网络上，实现资源共享和相互通信，数据转换和电信号匹配。
（4）通信协议。
局域网之中的用户之所以能够相互进行“交流”，是因为使用了一种以上的网络通信协议。
协议是对网络中设备以何种方式交换信息的
一系列规定的组合，它对信息交换的速率、传输代码、代码结构、传输控制步骤、
出错控制等许多参数作出定义。
可以把它理解成在网络这个大家庭中，需要
一个公用语言，使大家（各个节点）都能听得懂。
小型局域网中一般使用Net
BEUI、TCP/IP和IPX/SPX三种协议。
2．局域网的结构
（1）对等式网络结构。
对等式网络（见图2—5），就是在网络中不需要专用
的服务器，每一台接入网络的计算机同时也是服务器，不同的计算机之间可以
实现互访，进行文件的交换和共享其他计算机上的打印机、光驱等。
对等式网
络可以是总线型结构，也可以是星型结构。
用于对等网的操作系统主要有
DOS、Windows95/98/NT/2000等。
对等式网络的优点是：
组建与维护容易；
不需要专用的服务器，可实现低价组网；使用简单。
其缺点是：
数据的保密性
差；文件的存放分散。
图2-5星型对等网
（2）专用服务器网络结构。
专用服务器结构（见图2-6）的特点是网络中必须要有一台专用文件服务器，而且所有的工作站都必须以服务器为中心，工作站与工作站之间无法直接进行通信。
这种模式又称为“工作站/文件服务器”结构，即由若干台微机工作站与一台或多台文件服务器通过通信线路连接起来组成工作站存取服务器文件，共享存储设备。
专用服务器结构可以是总线型的，也可以是星型。
专用服务器网络的优点是：
数据的保密性很强；可以严格地对每一个工作用户设置访问权限；可靠性强。
其缺点是：
网络工作效率较低；工作站上的软硬件资源无法实现共享；网络的安装和维护比较困难。
图2-6星型专用服务器结构
（3）客户机/服务器网络结构。
文件服务器自然以共享磁盘文件为主要目的，但因为随着用户的增多，为每个用户服务的程序也增多，如果每个程序都是独立运行的大文件，就会使用户感觉响应速度极慢，因此产生了客户机/服务器结构。
这种结构也叫主从式结构。
在这种结构中，客户机与服务器之间的关系是相对的，提出服务请求的一方就叫客户机，提供服务的一方则为服务器。
这与对等网的工作方式较类似。
客户机/服务器的结构也可以是总线型和星型两种。
其典型的操作的系统是WindowsNT/2000Server。
客户机/服务器网络的优点是：
可以有效地利用各工作站端的资源；可以减轻服务器上的工作量；网络的工作效率较高。
其缺点是：
对工作站的管理较为困难；数据的安全性比不上专用服务器结构。
3．局域网中常用的通讯协议
小型局域网中一般使用NetBEUI、TCP/IP和IPX/SPX三种协议。
（1）NetBEUI协议。
NetBEUI（networkbasicextendeduserinterface，用户扩展接口）由IBM于1985年开发完成，是一种体积小、效率高、速度快的网络传输通信协议。
NetBEUI被称为微软所有产品中通信协议的“母语”，一直受到微软的钟爱。
在微软当今的主流产品中，如Windows95/98和WindowsNT/2000中，NetBEUI已成为固有的协议。
NetBEUI是专门为由几台到百余台电脑所组成的单网段部门级小型局域网而设计的，它不具有跨网段工作的功能，也就是说，NetBEUI不具有路由功能，即不能用NetBEUI在不同的局域网之间进行通讯。
但在三种通讯协议中，NetBEUI占用内存最少，在网络中不需要任何配置，这样的优点使得它仍然得到广泛的应用。
（2）IPX/SPX及其兼容协议。
IPX/SPX（internetpacketexchange/sequencespacketexchange，网际包交换/顺序包交换）是Novell公司的通信协议集。
与NetBEUI相反，IPX/SPX显得比较庞大，在设计一开始就考虑了多网段的问题，具有强大的路由功能，适合于大型网络使用。
但在WindowsNT网络和由Windows95/98组成的对等网中，无法直接使用IPX/SPX通信协议。
不过WindowsNT中提供了一种“NWLink通信协议”，该协议继承了IPX/SPX协议的优点，更适应了微软的操作系统与网络环境。
（3）TCP/IP协议。
TCP/IP（transmissioncontrolprotoc01/internetprotocol，传输控制协议/网际协议）是1978～1979年由美国国防部开发的用于异构网络的通信协议，协议包含了远程登录、文件传送、电子邮件等，用于各种不同的计算机系统的互联，它具有很强的灵活性，支持任意规模的网络，已成为因特网的基础协议。
但这种灵活性也为它的使用带来了许多不便，在使用NetBEUI和IPX/SPX及其兼容协议时都不需要进行配置，而使用TCP/IP协议就要先进行比较复杂的配置。
每个节点至少需要一个“IP地址”、一个“子网掩码”、一个“默认网关”和一个“主机名”。
不过，在WindowsNT中提供了一个称为动态主机配置协议的工具，它可以自动为客户机分配连入网络时所需的配置信息。
4．局域网中的操作系统。
用于局域网上的操作系统，主要有UNIX、Netware、WindowsNTServer等。
（1）UNIX。
UNIX出现于20世纪60年代末至70年代初之间，除主要作为网络操作系统外，还可作为单机操作系统用。
UNIX一开始就是为多任务、多用户环境而设计的，它在用户权限、文件和目录权限、内存管理等方面有着严格的规定。
其人机对话式的命令系统，使非专业人员无法操作，从而在信息的保密性和数据的安全备份方面也得到充分保障。
目前主要用于Web发布、工程应用、CAD和科学计算等领域。
（2）NetWare。
NetWare作为Novell公司的发家产品，在20世纪80年代末到90年代初，曾经风靡一时。
Novell网络的服务器与工作站之间的关系是基于主从式模式，它至少要有一台专用的文件服务器，而且一旦运行了NetWare操作系统后，文件服务器就不能另作他用（与WindowsNTServer不同）。
NetWare操作系统对网络的服务主要体现在文件服务器与打印服务器上，所以Novell网络以其良好的文件管理和网络打印服务而闻名。
但NetWare过于依赖自己开发的IPX/SPX通信协议。
虽然IPX/SPX协议的设计思想不错，却很少得到其他厂商的支持。
直到后来推出的NetWare5，才全面支持TCP/IP协议。
（3）WindowsNT。
微软的WindowsNT产品分为单机操作系统和网络操作系统两种。
WindowsNT组网简单，管理方便，适合于普通用户使用。
它采用全图形化的用户界面，用户可以直观地进行操作，尤其是WindowsNTServer4．0与Windows95/98有着相同的操作界面，使网管人员倍感亲切。
第二节Internet技术
一、IP地址与子网掩码
1．IP地址（IPaddress）
Internet网是由不同物理网络互连而成，不同网络之间实现计算机的相互通信必须有相应的地址标识，这个地址标识称为IP地址。
在TCP/IP网络中，主机、路由器及其他网络设备都有全局范围内的惟一的IP地址。
IP地址是一个32位的二进制值，但通常用圆点和十进制数表示，如186．118．78．6。
一个IP地址由网络号和主机号两部分组成。
常用IP地址分为ABC三类（见表2—1）：
A类：
这类地址的特点是以0开头，第一字节表示网络号，第二、三、四字节表示网络中的主机号，网络数量少，最多可以表示126个网络号，每一网络中最多可以有16777214个主机号。
B类：
这类地址的特点是以10开头，第一、二字节表示网络号，第三、四字节表示网络中的主机号，最多可以表示16384个网络号，每一网络中最多可以有66534个主机号。
C类：
这类地址的特点是以110开头，第一、二、三字节表示网络号，第四字节表示网络中的主机号，网络数量比较多，可以有2097152个网络号，每一网络中最多可以有254个主机号。
IP地址规定：
网络号不能以127开头，第一字节不能全为0，也不能全为1。
主机号不能全为0，也不能全为1。
表2—1
三类常用网络IP地址类别一览表
IP地址类型
二进制固定最高位
第一宇节十进制范围
最多网络号
网络的最大节点数
A
0
0～127
126
16777214
B
10
128～191
16384
65534
C
110
192～223
2097152
254
2．子网与子网掩码（subnetmask）
网间网技术产生于大型机环境中，它能发展到今天的规模是当初的设计者们始料未及的。
网间网规模的迅速扩展对IP地址模式的威胁并不是它不能保证主机地址的惟一性，而是会带来两方面的负担：
第一，巨大的网络地址管理开销；第二，大大降低网关寻径的工作效率，加重网络负担。
而进一步的分析表明，网间网规模的增长在内部主要表现为网络地址的增减，因此解决问题的思路集中在如何减少网络地址这个问题上。
于是IP网络地址的多重复用技术应运而生。
所谓复用技术，就是使若干物理网络共享同一IP网络地址的一种技术。
子网编址技术，又叫子网寻径，是最广泛使用的IP网络地址复用方式，目前已经标准化，并成为IP地址模式的一部分。
（1）子网：
在网络地址分段技术中，将32位的IP地址分为网间网部分和本地部分，即网络号和主机号，而本地部分可进一步划分成“物理网络”部分和“主机”部分。
其中“物理网络”用于标识同一IP网络地址下的不同物理网络，既是“子网”。
如下图：
图2—7IP地址划分示意图
（2）子网掩码：
引入子网概念后，网间网加上子网位才能惟一地标识一个网络。
IP协议标准规定：
每一个使用子网的网点都选择一个32位的位模式，这种位模式就是子网掩码。
子网掩码按IP地址的格式给出。
子网掩码为1的部分对应于IP地址的网间网与子网部分，子网掩码为0的部分对应于IP地址的主机部分。
例如：
111111*********11111111100000000中，前三个字节全1，代表对应IP地址的网络部分，后一个字节0，代表对应IP地址中的主机地址，该子网掩码用十进制数表示为255．255．255．0。
3．网关（gateway）
网关是用来连接异种网络的设置，是路由器的通道。
它可以使运行不同协议的两种网络之间实现相互通讯。
如运行TCP/IP协议的WindowsNT用户访问运行IPX/SPX协议的Novell网络资源时，就必须由网关作为中介。
如果两个运行TCP/IP协议的网络之间进行互连，则可以使用WindowsNT提供的“默认网关”来实现。
在Internet中的网关一般是指用于连接两个或者两个以上网段的网络设备，通常使用路由器作为网关。
在TCP/IP网络体系中，网关的基本作用是根据目的IP地址的网络号与子网号，选择最佳的出口对IP分组进行转发，实现跨网段的数据通信。
网关地址，可以理解为局域网之间或局域网与Internet之间信息跨网段传输的通道地址。
一个主机为了能与另一个网段上其他主机通信，它的默认网关地址必须与本地路由器接口的IP地址相匹配。
二、域名系统及DNS服务器
1．域名系统
与IP地址相比，人们更喜欢使用具有一定含义的字符串（英文、数字等）来标识Internet网上的计算机，因为字符串是有意义的，比IP地址容易记忆。
因此，在Internet中，用户可以用各种各样的字符串来命名自己的计
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