计算机网络技术知识汇总终稿课案.docx
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计算机网络技术知识汇总终稿课案
第一章计算机网络概述
考纲要求：
（1）了解计算机网络的发展历史。
（2）掌握计算机网络的功能、系统组成和分类。
基础知识梳理：
一、计算机网络的定义
计算机网络是现代通信技术与计算机技术相结合的产物，计算机网络是将地理上分散的且具有独立功能的多个计算机系统，通过通信线路和设备相互连接起来，在软件支持下实现数据通信和资源共享的系统。
网络资源：
包括硬件资源（如大容量磁盘、打印机等）、软件资源（如工具软件、应用软件等）和数据资源（如数据库文件和数据库等）。
二、计算机网络的发展历史
（1）第一阶段：
远程终端联机阶段。
20世纪50年代中期，以单个计算机为中心的远程联机系统，构成面向终端的计算机网络雏形。
（2）第二阶段：
计算机网络阶段。
20世纪60年代中期，多个主计算机通过线路互联的初期计算机网络。
（1969年12月，Internet的前身——美国的ARPA网投入运行，它标志着我们常称的计算机网络的诞生）
（3）第三阶段：
计算机网络互联阶段。
20世纪70年代至80年代中期，具有统一的网络体系结构、遵循国际标准化协议的标准计算机网络。
（以太网出现，国际标准化组织ISO在1984年正式颁布了“开放系统互连基本参考模型”OSI国际标准，使计算机网络体系结构实现了标准化。
）
（4）第四阶段：
信息高速公路阶段。
20世纪90年代中期，许多国家纷纷制定和建立本国的国家信息基础设施NII，从而极大地推动了计算机网络技术的发展，使计算机网络进入了一个崭新的阶段。
三、计算机网络的功能（参考课本P3、P4，理解各个功能的含义，能根据语义对号入座）
（1）实现计算机系统的资源共享
（2）实现数据信息的快速传递
（3）提高可靠性
（4）提供负载均衡与分布式处理能力
（5）集中管理
（6）综合信息服务
四、计算机网络的应用
计算机网络由于其强大的功能，已成为现代信息业的重要支柱，被广泛地应用于现代生活的各个领域，主要有：
（1）办公自动化
（2）管理信息系统
（3）过程控制
（4）Internet应用
①电子邮伴（E-mail）
②信息发布：
Internet已经成为继报纸、广播、电视之后的“第四媒体”。
③电子商务（E—Commerce）：
电子商务是因特网应用的第三阶段，是网络技术直接促进商品经济发展的最尖端应用。
它包括B—B（商业机构对商业机构）、B—C（商业机构对个人）、B—G（商业机构对政府）、C—C（个人对个人）等各种模式，电子商务为人们展示了一个全新、璀璨的世界。
④远程音频与视频应用
五、计算机网络系统
计算机网络系统指位于不同地点，具有独立功能的多个计算机系统，通过通信设备和线路互相连接起来，使用功能完整的网络软件来实现网络资源共享的系统。
1．计算机网络系统的组成
由网络硬件系统和网络软件系统构成。
从拓扑结构看计算机网络由一些网络节点和连接这些网络节点的通信链路构成的；从逻辑功能上看，计算机网络则是由资源子网和通信子网组成的。
2．网络节点和通信链路
（1）计算机网络中的节点又称网络单元，一般可分为三类：
访问节点、转接节点和混合点。
访问节点又称端节点，是指拥有计算机资源的用户设备，主要起信源和信宿的作用，常见的访问节点有用户主机和终端等。
转接节点又称中间节点，是指那些在网络通信中起数据交换和转接作用的网络节点，这些节点拥有通信资源，具有通信功能。
常见的转接节点有：
集线器、交换机、路由器等。
混合节点也称为全功能节点，是指那些既可以作为访问节点又可以作为转接节点的网络节点。
（2）通信链路是指两个网络节点之间传输信息和数据的线路。
链路可用各种传输介质实现，如双绞线、同轴电缆、光缆、卫星、微波等。
通信链路又分为物理链路和逻辑链路。
物理链路是一条点到点的物理线路，中间没有任何交换节点。
逻辑链路是具备数据传输控制能力，在逻辑上起作用的物理链路。
在物理链路上加上用于数据传输控制的硬件和软件，就构成了逻辑链路。
只有在逻辑链路上才可以真正传输数据，而物理链路是逻辑链路形成的基础。
3．资源子网和通信子网
从逻辑功能上可把计算机网络分为两个子网：
资源子网和通信子网。
（1）资源子网提供访问网络和处理数据的能力，由主机系统、终端控制器和终端组成。
（2）通信子网是计算机网络中负责数据通信的部分，主要完成数据的传输、交换以及通信控制。
通信子网有两种类型：
①公用型（如公用计算机互联网CHINANET）
②专用型（如各类银行网、证券网等）
4．网络硬件系统和网络软件系统
计算机网络系统是由计算机网络硬件系统和网络软件系统组成的。
（1）网络硬件系统
网络硬件系统是指构成计算机网络的硬设备，包括各种计算机系统、终端及通信设备。
常见的网络硬件有：
①主机系统：
是计算机网络的主体。
按其在网络中的用途和功能的不同，可分为工作站（客户机）和服务器两大类。
②终端：
不具备本地处理能力，不能直接连接到网络上，只能通过网络上的主机与网络相连发挥作用。
常见的终端有显示终端、打印终端、图形终端等。
③传输介质：
作用是在网络设备之间构成物理通路，以便实现信息的交换。
最常见的传输介质类型是同轴电缆、双绞线和光纤。
④网卡：
是提供传输介质与网络主机的接口电路，实现数据缓冲器和管理、数据链路的管理、编码和译码。
⑤集线器：
是计算机网络中连接多个计算机或其他设备的连接设备，是对网络进行集中管理的最小单元。
集线器的主要功能是放大和中转信号，它把一个端口接收的全部信号向所有端口分发出去。
⑥交换机：
用来提高网络性能的数据链路层设备，是一个由许多高速端口组成的设备，连接局域网网段或连接基于端到端的独立设备。
⑦路由器：
是网络层的互联设备，路由器可以实现不同子网之间的通信，是大型网络提高效率、增加灵活性的关键设备。
（2）网络软件系统
网络软件主要包括网络通信协议、网络操作系统和各类网络应用系统。
①服务器操作系统
常见的有：
Novell公司的NetWare、微软公司的WindowsNTServer及Unix系列。
②工作站操作系统
常见的有：
Windows95、Windows98、Windows2000及WindowsXP等。
③网络通信协议：
包括网间包交换协议（IPX）、传输控制协议/网际协议（TCP/IP）和以太网协议。
④设备驱动程序
⑤网络管理系统软件（NMS）
⑥网络应用软件（如InternetExplorer）
六、计算机网络的分类
1．按计算机网络覆盖范围分类
局域网（LAN）、广域网（WAN）、城域网（MAN）
2．按计算机网络拓扑结构分类
拓扑结构就是网络节点在物理分布和互联关系上的几何构形。
星状网、环状网、总线型网、树状网、网状网。
3．按网络的所有权划分
（1）公用网
由电信部门组建，由政府和电信部门管理和控制的网络（如CHINANET）。
社会集团用户或公众可以租用，（如数字数据网DDN、公共电话网PSTN等）
（2）专用网
也称私用网，一般为某一单位或某一系统组建，该网一般不允许系统外的用户使用（如银行、公安、铁路等建立的网络是本系统专用的）。
4．按照网络中计算机所处的地位划分
（1）对等局域网（PeertoPeerLAN）（如在普通办公室、家庭、游戏厅、学生宿舍内建立的小型LAN）。
（2）基于服务器的网络（也称为客户机/服务器网络）。
第二章数据通信基础
考纲要求：
（1）掌握数据通信的基本概念。
（2）掌握数据传输方式及数据交换技术。
基础知识梳理：
一、数据通信的基本概念
1．信息和数据
（1）信息
信息是对客观事物的反映，可以是对物质的形态、大小、结构、性能等全部或部分特性的描述，也可表示物质与外部的联系。
信息有各种存在形式，例如数字、文字、声音、图形和图像等。
（2）数据
信息可以用数字的形式来表示，数字化的信息称为数据。
数据是信息的载体，信息则是数据的内在含义或解释。
2．信道和信道容量
（1）信道
信道是传送信号的一条通道，可以分为物理信道和逻辑信道。
物理信道是指用来传送信号或数据的物理通路，由传输介质及其附属设备组成。
逻辑信道也是指传输信息的一条通路，但在信号的收、发节点之间并不一定存在与之对应的物理传输介质，而是在物理信道基础上，由节点设备内部的连接来实现。
（2）信道的分类
信道按使用权限可分为专业信道和共用信道。
信道按传输介质可分为有线信道、无线信道和卫星信道。
信道按传输信号的种类可分为模拟信道和数字信道。
（3）信道容量
信道容量是指信道传输信息的最大能力，通常用信息速率来表示。
即单位时间内传送的比特数越大，则信息的传输能力也就越大，表示信道容量大。
3．码元和码字
在数字传输中，有时把一个数字脉冲称为一个码元，是构成信息编码的最小单位。
计算机网络传送中的每一位二进制数字称为“码元”或“码位”，例如二进制数字10000001是由7个码元组成的序列，通常称为“码字”。
4．数据通信系统主要技术指标
（1）比特率：
比特率是一种数字信号的传输速率，它表示单位时间内所传送的二进制代码的有效位（bit）数，单位用比特每秒（bps）或千比特每秒（Kbps）表示。
（2）波特率：
波特率是一种调制速率，也称波形速率。
在数据传输过程中，线路上每秒钟传送的波形个数就是波特率，其单位为波特（baud）。
（3）误码率：
误码率指信息传输的错误率，也称误码率，是数据通信系统在正常工作情况下，衡量传输可靠性的指标。
（4）吞吐量：
吞吐量是单位时间内整个网络能够处理的信息总量，单位是字节/秒或位/秒。
在单信道总线型网络中，吞吐量＝信道容量×传输效率。
（5）通道的传播延迟：
信号在信道中传播，从信源端到达信宿端需要一定的时间，这个时间叫做传播延迟（或时延）。
5．带宽与数据传输率
（1）信道带宽
信道带宽是指信道所能传送的信号频率宽度，它的值为信道上可传送信号的最高频率减去最低频率之差。
带宽越大，所能达到的传输速率就越大，所以信道的带宽是衡量传输系统的一个重要指标。
若一条传输线路可以接受600～2200Hz的频率，则该传输线的带宽是1600Hz（2200Hz—600Hz）。
普通电话线路的带宽一般为3000Hz。
（2）数据传输率
数据传输率是指单位时间信道内传输的信息量，即比特率，单位为比特/秒。
注：
课本P13、P14中有几个公式，也要注意一下。
二、数据传输方式
1．数据通信系统模型
数据通信系统的一般结构模型，是由数据终端设备（DTE）、数据线路端接设备（DCE）和通信线路等组成。
（1）数据终端设备（DTE）是指用于处理用户数据的设备，是数据通信系统的信源和住宿。
因为这种设备代表通信链路的端点，所以称为数据终端设备。
（2）数据线路端接设备（DCE）又称为数据通信设备，是介于DTE与传输介质上传输的信号形式，并将它送至传输介质上；或者将从传输介质上接收的远端信号变换为计算机能接收的数字信号形式，并送往计算机。
（如：
Modem等）。
2．数据线路的通信方式
根据数据信息在传输线上的传送方向和时间，数据通信方式有：
单工通信（例：
无线电广播和电视广播）
半双工通信（例：
航空和航海的无线电台、对讲机等）（共享同一信道）
全双工通信（在计算机网络中得到广泛应用）（需要两个信道）
3．数据传输方式
数据传输方式依其数据在传输线原样不变地传输还是调制变样后再传输，可分为基带传输、频带传输和宽带传输等方式。
（1）基带传输：
在数据通信中，表示计算机中二进制数据比特序列的数字数据信号是典型的矩形脉冲信号。
人们把矩形脉冲信号的固有频带称为基本频带，简称基带。
这种矩形脉冲信号就称为基带信号。
在数字信道上，直接传送基带信号的方法，称为基带传输。
基带传输是一种最基本的数据传输方式，一般用在较近的数据通信中。
在计算机局域网中，主要就是采用这种传输方式。
（2）频带传输：
就是将代表数据的二进制信号，通过调制解调器，变换成具有一定频带范围的模拟数据信号进行传输，传输到接收端后再将模拟数据信号解调还原为数字信号。
常用的频带调制方式有频率调制、相位调制、幅度调制和调幅加调相的混合调制方式。
频带传输克服了电话线上不能直接传送基带信号的缺点，提高通信线路的利用率，适用于远距离的数字通信。
（3）宽带传输：
在同一信道上，宽带传输系统既可以进行数字信息服务也可以进行模拟信息服务。
计算机局域网采用的数据系统有基带传输和宽带传输两种方式，基带传输和宽带传输的主要区别在于数据传输速率不同。
三、数据交换技术
通常使用四种交换技术：
电路交换、报文交换、分组交换、信元交换。
1．电路交换
在电路交换方式中，通过网络节点（交换设备）在工作站之间建立专用的通信通道，即在两个工作站之间建立实际的物理连接。
一旦通信线路建立，这对端点就独占该条物理通道，直至通信线路被取消。
（电路交换必定是面向连接的，电话系统就是这种方式。
）
电路交换的三个阶段：
电路建立阶段、数据传输阶段、拆除电路阶段
电路交换的特点：
①电路交接中的每个节点都是电子式或电子机械式的交换设备，它不对传输的信息进行任何处理。
②数据传输开始前必须建立两个工作站之间实际的物理连接，然后才能通信。
③通道在连接期间是专用的，线路利用率较低。
④除链路上的传输延时外，不再有其他的延时，在每个节点的延时是很小的。
⑤整个链路上有一致的数据传输速率，连接两端的计算机必须同时工作。
电路交换的主要优点是实时性好，由于信道专用，通信速率较高；缺点是线路利用率低，不能连接不同类型的线路组成链路，通信的双方必须同时工作。
2．报文交换
报文是一个带有目的端信息和控制信息的数据包。
报文交换采取的是“存储一转发”方式，不需要在通信的两个节点之间建立专用的物理线路。
数据以报文的方式发出，报文中除包括用户要传送的信息外，还有源地址和目的地址等信息。
报文从源节点发出后，要经过一系列的中间节点才能达到目的节点。
各中间节点收到报文后，先暂时存储起来，然后分析目的地址、选择路由并排队等候，待需要的线路空闲时才将它转发到下一个节点，并最终达到目的节点。
报文交换方式与电路交换相比，具有如下优点：
①线路利用率较高，因为一个“节点一节点”的信道可被多个报文共享。
②接收方和发送方无需同时工作，在接收方“忙”时，网络节点可暂存报文。
③可同时向多个目的站发送同一报文，这在电路交换方式中是难以实现的。
④能够在网络上实现报文的差错控制和纠错处理。
⑤报文交换网络能进行速度和代码转换。
报文交换的主要缺点是网络的延时较长且变化比较大，因而不宜用于实时通信或交互式的应用场合。
报文交换的时延较长，从几分钟到几小时不等。
现在，报文交换已经很少有人使用了。
3．分组交换
分组交换也称包交换，它是报文交换的一种改进，也属于“存储一转发”交换方式，但它不是以报文为单位，而是以长度受到限制的报文分组（Packet）为单位进行传输交换的。
分组也叫做信息包，分组交换有时也称为包交换。
分组在网络中传输，还可以分为两种不同的方式：
数据报和虚电路。
（1）数据报方式有点像报文交换，报文被分成许多组，每一组报文的传输路径可能不同，但由于每组报文都含有相同的目的地址，所以它们最终都会到达相同的地方，目的主机再将收到的报文分组进行排序拼接出原来的信息。
数据报传输分组交换方式的优点是：
对于短报文数据，通信传输率比较高，对网络故障的适应能力强。
缺点是：
传输时延较大，时延离散度大。
（2）虚电路，就是两个用户的终端设备在开始互相发送和接收数据之前，需要通过通信网络建立逻辑上的连接，一旦连接建立后，就在通信网保持已建立的数据通路，用户发送的数据（分组）将按顺序通过新建立的数据通路到达终点，而当用户不需要发送和接收数据时可清除这种连接。
这种方式有点像电路交换。
虚电路传输分组交换的优点是：
对于数据量较大的通信传输率高，分组传输延时短，且不容易产生数据分组丢失。
缺点是：
对网络的依赖性较大。
4．信元交换技术（ATM，AsynchronousTransferMode，异步传输模式）
ATM是一种面向连接的交换技术，它采用小的固定长度的信息交换单元（一个53Byte的信元），话音、视频和数据都可由信元的信息域传输。
它综合吸取了分组交换高效率和电路交换高速率的优点，针对分组交换速率低的弱点，利用电路交换完全与协议处理几乎无关的特点，通过高性能的硬件设备来提高处理速度，以实现高速化。
ATM模型分为三个功能层：
ATM物理层、ATM层和ATM适配层。
ATM物理层控制数据位在物理介质上的发送和接收，负责跟踪ATM信号边界，将ATM信元封装成类型和大小都合适的数据帧。
ATM层主要负责建立虚连接并通过ATM网络传送ATM信元。
ATM适配层主要任务是在上层协议处理所产生的数据单元和ATM信元之间建立一种转换关系，同时完成数据包的分段和组装。
ATM是一种广域网主干线的较好选择。
5．四种交换技术的比较
（1）对于交互式通信来说，报文交换是不合适的。
（2）对于较轻的间歇式负载来说，电路交换是最合适的，因为可以通过电话拨号线路来使用公用电话系统。
（3）对于两个站之间很重要的和持续的负载来说，使用租用的电路交换是最合适的。
（4）当有一批中等数量数据必须交换到大量的数据设备时，宁可用分组交换方法，这种技术的线路利用率是最高的。
（5）数据报分组交换适用于短报文和具有灵活性的报文。
（6）虚电路分组交换适用于大批量数据交换和减轻各站的处理负担。
（7）信元交换适用于对带宽要求高和对服务质量要求高的应用
第三章计算机网络技术基础
考纲要求：
（1）掌握计算机网络的拓扑结构。
（2）掌握ISO/OSI参考模型的结构及各层的主要功能。
（3）理解数据传输控制方式。
（4）了解常见的局域网标准。
（5）掌握TCP/IP网络协议。
（6）了解广域网。
基础知识梳理：
一、计算机网络的拓扑结构
从拓扑学观点看，计算机网络是由一组节点和链路组成。
物理节点和链路的几何图形就是网络的拓扑结构，是指网络中网络单元的地理分布和互联关系的几何构型。
计算机网络的拓扑结构主要是指通信子网的拓扑结构，常见的一般分为：
总线型、星状、环状、树状、网状型。
（参考课本P23图）
1．总线型拓扑结构
总线型结构是从多机系统的总线互联结构演变而来的，又可分为单总线结构和多总线结构，局域网一般是单总线结构。
任何一个节点发送的信号都可以沿着介质传播而且能被其他所有节点接收，网络中所有节点实现相互通信就通过总线，整个信道被所有节点共享，所以一次只能由一个设备传输，这就需要某种形式的访问控制策略来决定下一次哪一个站点可以发送，通常采用分布式控制策略，常用的有CSMA/CD和令牌总线访问控制方式。
在总线型网络上的计算机发出的信号传递到总线电缆的终端时会发生信号的反射，与其他计算机发出的信号互相干扰而影响了计算机信号的正常发送和接收，可在网络中采用终接器来吸收这种干扰信号。
总线型结构的优点：
（1）电缆长度短，易于布线和维护；
（2）可靠性高；（3）可扩充性强；（4）费用开支少
总线型结构的缺点：
（1）故障诊断困难；
（2）故障隔离困难；（3）中继器等配置；（4）实时性不强
2．星状拓扑结构
星状拓扑结构由中央节点和通过点到点链路接到中央节点的各节点组成的。
星状拓扑结构网络的访问采用集中式控制策略，中央节点接受各分散节点的信息负担很大，还必须具有中继交换和数据处理功能。
星状网络采用的交换方式有电路交换和报文交换。
星型拓扑结构的优点：
（1）方便服务；
（2）每个连接只接一个设备；（3）集中控制和便于故障诊断；（4）简单的访问协议
星状拓扑结构的缺点：
（1）电缆长度和安装；
（2）扩展困难；（3）依赖于中央节点
3．环状拓扑结构
环状拓扑结构是由连接成封闭回路的网络节点组成的。
环状网络常使用令牌环来决定哪个节点可以访问通信系统。
环状拓扑结构一般采用分散式管理，在物理上它本身就是一个环，所以适合采用令牌环访问控制方法。
环状拓扑结构的优点：
（1）电缆长度短；
（2）适用于光纤；（3）网络的实时性好
环状拓扑结构的缺点：
（1）网络扩展配置困难；
（2）节点故障引起全网故障；（3）故障诊断困难；（4）拓扑结构影响访问协议
4．树状拓扑结构
树状拓扑结构属于一种分层结构，是从总线型拓扑结构演变来的，它适用于分级管理和控制系统。
优点是易于扩展，故障隔离方便。
缺点是对根的依赖性太大，如果根发生故障，则全网不能正常工作。
5．网状拓扑结构
网状网络中各节点的连接没有一定的规则，一般当节点地理分散，而通信线路是设计中主要考虑因素时，采用网状结构。
目前，实际存在的广域网大都采用这种结构。
6．拓扑结构的选择原则
拓扑结构的选择往往和传输介质的选择和介质访问控制方法的确定紧密相关。
选择拓扑结构时，应该考虑的主要因素有以下几点：
（1）可靠性；
（2）可扩充性；（3）费用高低
二、ISO/OSI参考模型
计算机网络体系结构的出现，加快了计算机网络的发展，但是，由于网络体系结构不同，一个厂家的计算机很难与另外厂家的计算机互相通信，而通信则是实现所有网络功能的基础和关键。
国际标准化组织（ISO）成立技术委员会，专门研究一种用于开放系统的体系结构，提出了开放系统互联参考模型OSI/RM，是一个定义连接异种计算机的标准主体结构，给网络设计者提供了一个参考规范。
OSI采用了分层的结构化技术，其分层的原则是：
（1）层次的划分应该从逻辑上将功能分组，每层应当实现一个定义明确的功能。
（2）每层功能的选择应该有助于制定网络协议的国际化标准。
（3）层次应该足够多，以使每一层小到易于管理，但也不能太多，否则汇集各层的处理开销太大。
（4）各层边界的选择应尽量减少跨过接口的通信量。
OSI参考模型的特性：
（1）是一种将异构系统互连的分层结构。
（2）提供了控制互连系统交互规则的标准骨架。
（3）定义了一种抽象结构，而并非具体实现的描述。
（4）不同系统上的相同层的实体称为同等层实体。
（5）同等层实体之间的通信由该层的协议管理。
（6）相邻层间的接口定义了原语操作和低层向上层提供的服务。
（7）所提供的公共服务是面向连接的或无连接的数据服务。
（8）直接的数据传送仅在最底层实现。
（9）每层完成所定义的功能，修改本层的功能并不影响其他层。
OSI参考模型的层次：
由低到高分别是：
物理层、数据链路层、网络层、传输层、会话层、表示层和应用层。
在OSI参考模型中，每一层的真正功能是为其上一层提供服务。
下层能够向上层提供的服务有两种基本形式：
面向连接和无连接的服务。
1．物理层
物理层的作用就是在一条物理传输介质上，实现数据链路实体之间透明地传输各种数据的比特流。
（注：
只有该层是真正的物理通信，其他各层均是虚拟通信。
）
物理层的功能：
（1）物理连接的建立、维持和释放。
（2）物理层服务数据单元传输。
（3）物理层管理。
2．数据链路层
数据链路可以粗略地理解为数据信道。
数据链路层的任务是以物理层为基础，为网络层提供透明的、正确的和有效的传输线路，通过数据链路协议，实施对二进制数据正确、可靠的传输，而对二进制数据所代表的字符、码组或报文的含义并不关心。
数据链路的作用是在不太可靠的物理链路上，通过数据链路层协议实现可靠的数据传输。
数据链路的建立、拆除、对数据的检错、纠错是数据链路层的基本任务。
数据链路层的功能：
（1）链路管理；
（2）帧的装配与分解；（3）帧的同步；（4）流量控制与顺序控制；（5）差错控制；（6）使接收端能区分数据和控制信息；（7）透明传输；（8）寻址。
在IEEE802.3情况下，数据链路层分成两个子层：
一个是逻辑链路控制子
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