计算机网络概述Word文档下载推荐.docx

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1.1.2因特网的核心部分

最为复杂的部分，要向网络边缘中的大量主机提供连通性，使边缘部分中任何一个主机都能够和其他主机通信。

主要部件是路由器（router），是实现分组交换的关键部件，其任务是转发收到的分组。

1.电路交换

和打电话一样，需要经过建立连接，保持连接和释放连接三个阶段，且连接保持时不可以有其他信号共用信道，电路交换提供面向连接的服务。

主要特点：

（1）需要建立通道、维护通道和拆除通道。

（2）信息在传输过程中不用自己寻找目标。

（3）可靠性高，服务质量好。

（4）可确保信息传送的次序。

（5）实现机理比较复杂。

2.存储转发

与邮政系统服务相似，不需要建立起物理的连续通路，提供无连接服务，而是根据报头信息，以接力方式将数据报文在网络节点之间逐段传送，直到目的节点。

（1）无须建立通道，信息块自由传输。

（2）每个信息块包含目标地址信息，传输独立。

（3）每个信息块得传输路径可能不一定相同。

（4）可靠性不高，服务质量不好。

（5）信息块不保证顺序到达，容易丢失。

（6）实现机理比较简单。

根据传送数据单元是否存在长度限制，分两种实现方式：

（1）报文交换

把要传输的数据称为报文，报文中指明目的地的地址，由交换节点负责寻找路径转发出去，报文完整地在网络中逐个结点向前传输，每一个结点收到整个报文后，检查目标结点地址，再根据网络中的交通情况在适当的时候转发到下一站点，最后经过多次存储-转发，最后到达目标节点。

（2）分组交换

把要传输的数据切割成固定长度的分组，该分组比报文要短，给各个分组授予编号，加上源地址和目标地址等分组头信息，这个过程叫做信息的分片与封装。

然后分组在子网中进行传输，所有分组到达目标结点后，按编号被重新组装成原来的报文，叫信息的重组。

图1-5划分分组的概念

图1-6分组交换示意图

1.2分类

1.按拓扑结构分：

网络的拓扑结构指的就是网络中所有计算机和通信设备、传输媒体之间的物理连接模式。

（a）总线型（BUS）（b）环型（c）网状

（d）星型（e）树型

图1-6按拓扑结构分类网络

（1）、总线型结构

拓扑结构如图1-6（a）所示，其特点为：

结构中只有一条双向通路，进行广播式发送信息，结构简单，节点的增、删和位置的变得容易，系统扩充性能好，使用设备少，价格低，安装使用方便，由于电气信号通路多，信号干扰大，因此对信号的质量要求高，负载重时，线路的利用率低，故障隔离和检测困难。

（2）、环型构

拓扑结构如图1-6（b）所示，其特点为：

传输信息的线路构成一个封闭的环，各节点通过中继器连接入网，信息单向沿环路逐点传送，因此信息的流动方向固定，连个节点仅有一条通路，路径控制简单，节点一旦发生故障，系统自动旁路，可靠性高，但是信息要串行通过多个节点，传输效率低，系统响应速度慢，由于环路封闭，扩充交难。

（3）、网状结构

拓扑结构如图1-6（c）所示，其特点为：

各节点之间有多条线路相连，故可靠性高，网络响应时间短，但节点之间通路多，节点间路由选择和流量控制难度大，管理软件复杂，硬件成本高。

（4）、星型结构

拓扑结构如图1-6（d）所示，其特点为：

使用中央交换单元连接各个节点，维护管理容易，配置灵活，故障隔离和检测容易，各节点之间通信必须经过中央单元转换，线路利用率低，中央单元负荷重。

（5）、树型结构

拓扑结构如图1-6（e）所示，其特点为：

是总线型结构的扩充，主要用于多个网络组成的分级结构中，特点同总线型网。

2.按网络覆盖的不同范围分：

局域网、城域网、广域网。

（1）、局域网

局域网（LocalAreaNetwork）是指传输距离有限，传输速度较高，以共享资源为目的的网络系统。

其特点为：

1）分布范围有限，通常分分布在一个学校，一个单位，为本单位使用；

2）较高的数据传输率和数据传输可靠性，误码率低，传输速率一般为1Mb/s，最高已达到1000Mb/s。

3）通常采用双绞线作为传输介质，跨楼时可使用光纤。

4）拓扑结构简单，采用星型、环型、和总线型，配置和管理容易。

（2）、城域网

城域网（MetropolitanAreaNetwork）是规模介于局域网和广域网之间的一种较大范围的高速网络，一般覆盖临近的多个单位和城市，主要为接入网络的企业、机关、公司和社会单位提供信息传输的集成服务。

（3）、广域网

广域网（WideAreaNetwork）又称远程网，是指覆盖范围广、传输速率相对较低、以数据通信为主要任务的网络。

1）分布范围广，加入广域网中的计算机通常处在数公里到数千公里的地方，因此网络所涉及的范围可覆盖地区、省、全国乃至全球。

2）数据传输率低，一般为几十Mb/s以下。

3）数据传输可靠性随着传输介质的不同而不同，若使用光纤，误码率较低。

4）通常借用公共传输网络来实现。

5）拓扑结构复杂，大多采用“分布式”网络。

6）布局不规则，对网络的通信控制比较复杂，要求连接到网络上的用户要严格遵守各种标准和规程，要求网络要能够兼容多种网络系统。

3.按不同的使用者分：

公用网、专用网。

1.3我国计算机网络的发展

1994.4.20我国用64kb/s专线正式连入INTERNET。

随后陆续建造了基于因特网技术的并可以和因特网互联的很多公用计算机网络，如：

中国公用计算机互联网（CHINANET）、中国教育和科研计算机网（CERNET）等。

二网络体系结构

2.1协议分层

图2-1协议和服务举例

图2-2网络层次之间的关系

实体：

发送或接收信息的硬件或软件进程。

协议：

控制两个对等实体或多个实体进行通信的规则的集合。

网络协议的组成要素：

●语法：

数据与控制信息的结构或格式。

●语义：

需要发出何种控制信息，完成何种动作以及做出何种响应。

●同步：

事件实现顺序的详细说明。

服务：

在协议的控制下，两个对等实体间的通信使得本层能够向上一层提供服务。

要实现本层协议，还需要使用下面一层所提供的服务。

服务数据单元（SDU）：

层与层之间交换的数据的单位。

服务访问点（SAP）：

同一系统中相邻两层的实体交互（即交换信息）的地方，是上层调用下层服务的接口，是服务的唯一标识。

计算机网络的各层及其协议的集合，称为网络的体系结构，体系结构是抽象的，而实现则是具体的，是真正运行的计算机硬件和软件。

2.2网络分层模型

1.OSI/RM模型七层模型

1984年ISO（国际标准化组织）颁布了OSI/RM（OpenSystemsInterconnectionReferenceModel）：

开放系统互连参考模型.

图2-3OSI/RM七层模型

（7）应用层：

直接为用户的应用进程服务，协议有万维网应用协议HTTP、电子邮件协议SMTP、文件传输协议FTP等

（6）表示层：

负责两个通信系统之间所交换信息的表示方式，使得两台数据表示结构完全不同的设备能够自由地通信，它所关心的是所有传输数据的语法和语义，目标是消除网络内部的语法语义差异。

主要任务如下：

处理数据压缩、加密、解压和解密等，提供一种可供应用层选择的服务的集合，。

（5）会话层：

为彼此合作的表示层实体建立、维护和结束他们之间的通信会话，提提供会话管理，但不参与具体的传输。

（4）传输层：

为会话层实体提供透明、可靠的数据传输服务，保证端到端的数据完整性，实现端到端的应答、分组排序和流量控制等功能。

运输层有复用和分用的功能，复用就是多个上层进程可同时使用下面传输层提供的服务，分用则是运输层把收到的信息分别交付给上层中相应的进程，在这一层，信息的传送单位是报文。

（3）网络层：

为传输层实体提供端到端的数据传送功能，使得传输层摆脱路由选择、拥挤控制等网络传输细节，对网络传输中发生的错误予以报告。

首先在发送数据时，把上层产生的报文或用户数据包封装成分组或包进行传送，也叫IP数据报。

其次要选择适合的路由，使分组能够通过网络中的路由器找到目的主机。

（2）数据链路层：

负责两个相邻节点间的线路上的数据传输，建立、维持和释放两个相邻节点间的数据链路，将网络层交下来的IP数据报组装成帧（framing），在相邻结点间传送以帧为单位的数据，每一帧包含数据和必要的控制信息（如地址信息、差错控制等）。

（1）物理层：

为它的上一层提供一个物理连接，以及该物理链路所需的机械、电气、功能和规程特征，如规定电缆和接头类型，传输信息的电压等，但不包含具体的物理传输媒体，传输单位为比特。

2.TCP/IP参考模型

TCP/IP参考模型是目前Internet使用的参考模型。

（a）OSI/RM体系结构（b）TCP/IP体系结构（c）5层协议结构

图2-4OSI/RM模型和TCP/IP模型对比

（1）网络接口层

TCP/IP参考模型没有对该层进行详细的描述，只是指出网络层可以使用某种协议与网络连接，负责实现IP数据报在不同通信系统中传输，实现物理地址（MAC地址）与逻辑地址（IP地址）相互映射的机制。

（2）网际层

是TCP/IP参考模型的核心，负责IP数据报的产生以及IP数据报在逻辑网络上的路由转发，提供数据报的封装、分片和重组，以及路由选择和拥塞控制机制。

（3）传输层

是TCP/IP参考模型提供端到端通信服务的层次，既可以提供面向连接的可靠通信服务，又可以提供无连接不可靠服务。

该层以端口的形式实现通信复用。

（4）应用层

是TCP/IP参考模型协议数量最多最复杂的层次，面向不同主题向用户提供各种各样的通信服务。

图2-5数据在各层次间传送

三传输介质和网络设备

3.1有线传输介质

1.同轴电缆：

图3-1同轴电缆结构模型

75欧同轴缆用于有线电视网络，为宽带同轴电缆，用于传输模拟信号。

50欧同轴缆用于局域网的数字信号传输，为基带同轴电缆，粗缆适合大型局域网，传输距离长，可靠性高。

造价高，安装难度大。

细缆安装简单，造价低。

2.双绞线

图3-2双绞线结构模型

表3-1几种不同的双绞线

类型

带宽

典型应用

3类

16MHZ

低速网络，模拟电话

4类

20MHZ

短距离的10BASE-T以太网

5类

100MHZ

10BASE-T以太网；

某些100BASE-T快速以太网

超5类

100BASE-T快速以太网；

某些1000BASE-T吉比特以太网

6类

250MHZ

1000BASE-T吉比特以太网，ATM

7类

600MHZ

可能用于今后的10吉比特以太网

3.光纤

光纤的纤芯是一种能传播光的石英玻璃或特制塑料拉成的柔软细丝。

包层是涂在纤芯外的一层折射率比光纤纤芯低的材料。

图3-3光纤结构图

“模”是指光线的入射角。

多模光纤：

光线能从多种角度入射，通过不同光路传播，常见的有62.5/125μm和50/125μm两种，其中后面的数值125μm是指光纤的包层直径，前面的数值50μm和62.5μm是指光纤的纤芯直径，一般使用波长为850nm或1310nm的激光作为光源，以波长为850nm的激光最为常见。

单模光纤：

纤芯直径比多模光纤要小的多，常见规格是9/125μm，一般采用波长为1310nm或1550nm的激光，传播的光线基本是水平的。

单模光纤与多模光纤相比：

单模光纤有较高的传输率、较长的传输距离、较高的成本，较细的纤芯。

且单模光纤的光源采用激光光源，多模的可以采用二极管作光源。

3.2无线介质

1.无线电传输2.微波传输3.卫星传输4.红外线传输5.激光传输

3.3按体系结构划分的网络设备

1.物理层网络设备

集线器（HUB）工作在物理层，是硬件设备。

集线器的主要作用是将多台计算机和网络设备连接在一起构成共享式局域网，同时它还可以将从任意端口接收到的信号进行整形放大，再复制到其他端口，从而起到对信号进行中继的作用。

集线器的端口带宽主要有10Mbps和lOOMbps两种。

集线器是指共享式集线器，其带宽为所有端口共享。

例如，从宏观来看，一台16端口、传输速率为100Mbps的集线器，当全部端口都使用时，每一端口的带宽就只有100Mbps的1/16。

从微观来看，连接在集线器上的任何一个设备发送数据时，其他所有设备必须等待，此设备享有全部带宽，通讯完毕，再由其他设备使用带宽。

正因此，集线器连接了一个冲突域的网络，所有设备相互交替使用，就好象大家一起过一根独木桥一样。

集线器不能判断数据包的目的地和类型，所以如果是广播数据包也依然转发，而且所有设备发出数据以广播方式发送到每个接口，这样集线器也连接了一个广播域的网络。

图3-4用多个集线器连成更大的局域网

（a）两个独立的局域网（b）一个扩展的局域网

2.数据链路层网络设备

网卡：

可以将计算机连接到网路上，接口要与传输介质匹配，是局域网中连接计算机和传输介质的接口，不仅能实现与局域网传输介质之间的物理连接和电信号匹配，还涉及帧的发送与接收、帧的封装与拆封、介质访问控制、数据的编码与解码以及数据缓存的功能等。

网桥：

连接两个或两个以上的局域网，有选择地将数据帧从一个网络传向另一个网络，网桥要分析帧地址地段，以决定是否把收到的帧转发到另一个网络段上，即具有过滤帧的作用，基于此作用，当一个网络负载很重而性能下降时，可以用网桥把他分城两个网络段，使得各网段间通信量变小，提高网络性能。

交换机:

工作在OSI/RM的数据链路层。

交换机的主要作用是将多台计算机和网络设备连接在一起构成交换式局域网。

图3-5用交换机连成更大的局域网

交换机是端口带宽独享，端口之间可以采用全双工进行数据传输，实现数据的线速转发。

交换机比集线器先进，允许连接在交换机上的设备并行通讯，好比高速公路上的汽车并行行使一般，设备间通讯不会再发生冲突，因此交换机打破了冲突域。

例如，一台lOOMbps全双工交换机在使用时，每对端口之间的数据接收或发送都会以lOOMbps的速率进行传输，不会因为使用端口数的增加而减少每对端口之间的带宽。

交换机的端口带宽有lOMbps、lOOMbps、lO/lOOMbps自适应、1000Mbps、10/100/1000Mbps自适应以及10Gbps等多种，有些交换机只具有其中一种端口，有些则兼有两种或多种端口。

无论如何称呼，交换机最根本的性能都是在第二层实现数据帧的线性交换。

名称的不同，体现出来的是用户对交换机工作要求的不同。

交换机与网桥都工作在数据链路层，根据数据帧的目的MAC地址处理数据帧。

交换机可以视为多端口的网桥，它们之间存在区别：

　交换机通常指硬件形式的设备；

而网桥通常是指软件

　交换机通常只要具有帧的转发功能就可以了，而网桥往往还需要具有帧格式转换功能。

3.网络层网络设备

路由器：

路由器都有自己的操作系统，但没有交换机那么多接口，一般指具体的硬件设备。

具有协议转换能力，主要转发网络层数据包，并在复杂的网络拓扑结构中找出一条最佳的传输路径，采用逐站传递的方式，把数据包从源节点传输到目的节点。

它不仅能隔离冲突域，还能检测广播数据包（主要指本地广播数据包），并丢弃广播包来隔离广播域。

在路由器中记录着路由表，路由器以此来转发数据，以实现网络间的通讯。

图3-6用路由器连接

4.其他层次的设备

网关：

工作在网络层和以上层的软件或硬件，具有协议转换功能，也具有路由功能，通常被视为具有协议转换功能的软件或硬件设备的一种抽象概念。

5.设备区别

集线器与交换机的区别：

（1）在OSI/RM（OSI参考模型）中的工作层次不同

集线器是工作在物理层，而交换机至少是工作到第二层，更高级的交换机可以工作到第三层。

（2）交换机的数据传输方式不同

集线器的数据传输方式是广播（broadcast）方式，而交换机的数据传输是有目的的，数据只对目的节点发送。

（3）带宽占用方式不同

集线器的所有端口是共享集线器的总带宽，集线器只能采用半双工方式进行传输，这样在上行通道上集线器一次只能传输一个任务，要么是接收数据，要么是发送数据。

例如，一台16端口、传输速率为100Mbps的集线器，当全部端口都使用时，每一端口的带宽就只有100Mbps的1/16。

而交换机是以全双工交换，一台lOOMbps全双工交换机在使用时，每对端口之间的数据接收或发送都会以lOOMbps的速率进行传输，不会因为使用端口数的增加而减少每对端口之间的带宽，所以交换机是端口带宽独享。

（4）隔离作用域不同

冲突域：

连接在同一根线上的节点组成的区域，例如网络上的两台计算机在同时通信时会发生冲突，那么这个网络就是一个冲突域，也叫碰撞域。

广播域：

能够接收到同一个广播消息的节点的集合，其中任何一个节点发送一个广播帧，其他节点均能接收到。

集线器内部是总线结构，不可以隔离冲突域，也不可以隔离广播域。

交换机可以隔离冲突域，但不能隔离广播域。

路由器可以隔离冲突域，也可以隔离广播域

6．校园网的构建模型

在一个校园网络中，其基本的构成部件为服务器、客户机、网络设备、通信介质、网络软件等。

（1）服务器（Server）:

局域网的核心，根据它在网络中的作用，还可进一步分为文件服务器、Web服务器等。

（2）客户机（Client）:

用户与网络应用接口设备。

（3）网络设备：

主要指一些硬件设备，如集线器、路由器等。

（4）通信介质：

数据的传输媒体，如双绞线。

（5）网络软件：

主要包括底层协议软件，网络操作系统等，底层协议软件指一组标准规则及实现软件，以便实体间或网络间能够相互通信，网络操作系统对整个网络的资源和运行进行管理并为用户提供应用接口。

图3-7校园网的构建

四IP地址

4.1网络互联模型

图4-1实际互连网络模型

IP地址：

是给每个连接在因特网上的主机（或路由器）分配一个在全世界范围唯一的32位的标识符。

现在是由因特网名字与号码指派公司ICANN进行分配的，它的编址方法经过三个阶段，这三个阶段是：

（1）分类IP地址。

（2）子网的划分

（3）构成超网

4.2分类IP地址

二进制数：

基数为2，数字符号只有0和1。

逢二进一，如“11.1”按照位权展开：

（11.1）2＝1×

21＋1×

20+1×

2-1＝2+1+0.5=3.5

10000000B=1*27=12801000000B=1*26=6400100000B=25=3200010000B=24=16

00001000B=23=800000100B=22=400000010B=21=200000001B=20=1

分类地址即将IP地址划分为若干个固定类，每一类地址由网络号和主机号组成。

记为：

：

={<

网络号>

<

主机号>

}

点分十进制表示，即每8位二进制用一个十进制表示。

例如：

计算机中存放的IP地址：

00000001000000100000001100000100

采用点分十进制的IP地址：

1.2.3.4

图4-2分类IP地址中网络号字段和主机号字段

1.A类地：

以“0“开头，网络段长为8位，可变部分为7位。

网络号范围：

000000000-01111111，即0-127，但只有126个可用的A类网络，原因是：

第一：

IP地址中的全0表示“这个”意思，网络号字段全为0的IP地址是个保留地址，意思是“本网络”；

第二：

网络号为127（即0111111）保留作为本地软件环回测试（loopbacktest）本主机的进程之间的通信之用。

每个网络容纳主机数量：

224－2台主机，因为主机地址位全0表示该IP地址是“本主机”所连接到的单个网络地址，全1表示“所有的”，全1的主机号字段表示网络上所有的主机。

2.B类地址：

以“10“开头，网络段长为16位，可变部分为14位。

128.0.0.0网络地址不指派。

3.C类地址：

以“110“开头，网络段长为24位，可变部分为21位。

192.0.0.0网络地址不指派。

4.D类地址：

不分网络段和主机段。

5.E类地址：

表4-1各类IP地址汇总表

类

网络

段长度

最大可指派

的网络数

第一个可