计算机网络基础文档格式.docx
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20世纪50年代开始，人们通过数据通信系统将地理位置分散的多个终端（Terminal），利用通信线路连接到一台中心计算机（Host）上，由该中心计算机以集中方式处理不同地理位置的用户数据。
其中除中心计算机具有独立的数据处理功能外，所有终端设备均无独立处理数据的功能，因此终端设备与中心计算机之间不提供相互的资源共享，网络功能以数据通信为主。
典型代表是1954年美国军方的半自动地面防空系统（Semi-AutomaticGroundEnvironment，SAGE）将远距离雷达和测控仪器所探测到的信息通过线路汇集到某个基地的一台IBM计算机上进行集中的信息处理，再将处理好的数据通过通信线路送回到各自的终端设备上。
2.以资源共享为主的第二代计算机网络
1969年美国国防部高级研究计划署（AdvancedResearchProjectAgency，ARPA）将分散在不同地区的计算机组建成以分组交换技术为手段的ARPA网（Internet就是在此基础上逐步发展起来的），这个网络中的通信双方都是具有自主处理能力的计算机，而且网络功能也以资源共享为主。
标志着第二代计算机网络的开始。
3.体系结构标准化的第三代计算机网络
20世纪70年代中期随着网络的迅速发展，各大计算机厂商纷纷推出各自的计算机网络体系结构。
代表性的有1974年IBM公司提出的SNA（SystemNetworkArchitecture，系统网络体系结构）、1975年DEC公司提出的DNA（DigitalNetworkArchitecture，数字网络体系结构）等，每一种结构都可以方便地实现同一体系结构内网络设备间的互连，但不同体系结构间的网络设备互连时却十分困难。
为推进网络的全球化发展，国际标准化组织（InternationalOrganizationforStandardization，ISO）成立专门的分委会，并于1983年提出开放式系统互连参考模型（OpenSystemsInterconnectionReferenceModel，OSI/RM），从此计算机网络走上了标准化道路。
标志着第三代计算机网络的开始。
4.以Internet为核心的第四代计算机网络
从20世纪90年代开始Internet蓬勃发展，形成了一个跨越国界、覆盖全球的网络。
它在经济、文化、科研、教育和社会生活等各方面都发挥着越来越重要的作用。
随着信息高速公路计划的提出和实施，当今的世界已经进入了一个以网络为中心的时代，标志着第四代计算机网络的开始。
特点是宽带化、综合化、数字化。
第二节计算机网络的分类
计算机网络可以从地理范围（规模）、传输介质、交换技术、传输速率等不同角度进行分类。
最常见的是按照其覆盖的地理范围进行分类，它可以很好地反映不同类型网络的技术特征。
由于网络覆盖的地理范围不同，它们所采用的传输技术也就不同，因此形成不同的网络技术特点与网络服务功能。
按照覆盖的地理范围，计算机网络可以划分为局域网、城域网、广域网三类。
（1）局域网局域网（LocalAreaNetwork，LAN）用于将有限范围内（一个实验室、教学楼、校园）的各种计算机与外围设备互连成网。
局域网具有传输速率快、误码率低、结构简单易于实现的特点。
（2）城域网城域网（MetropolitanAreaNetwork，MAN）是介于广域网与局域网之间的一种高速网络。
城域网的设计目标是满足几十公里范围内的大量机关、企业、学校的多个局域网的互连需求，以实现大量用户之间数据、语音、图像与视频等多种信息的快速传输。
（3）广域网广域网（WideAreaNetwork，WAN）一般是在不同城市之间的LAN或者MAN网络互连，所覆盖的地理范围从几十公里到几千公里。
其通信子网可以利用公共分组交换网、卫星通信网和无线分组交换网。
由于广域网常常借助于传统的公共传输网络（例如公共交换电话网PublicSwitchedTelephoneNetwork，PSTN）进行通信，因此广域网的数据传输速率比局域网系统慢、误码率也比局域网系统高。
第三节计算机局域网的组成
计算机网络系统是由网络硬件和网络软件两部分组成的。
其中，网络硬件的选择对网络性能起着决定性作用，而网络软件则是进一步挖掘网络潜力的工具。
由于网络的终端用户在机关、企业、学校等工作和学习领域中应用最多的是局域网技术，而广域网除了接入技术外很少涉及，因此下面就局域网技术来进行简要阐述。
一、网络硬件
网络系统正常运转的第一步工作是将网络中的各种硬件设备进行物理连接。
1.计算机
在网络环境中，计算机设备根据其在网络中的服务特性（功能）不同，可以划分为服务器、客户机和同位机。
（1）服务器服务器（Server）是指在网络环境中，分散在不同地点运行相应的操作系统和应用软件，担负一定数据处理任务和提供资源的计算机，常见的有数据库服务器、文件服务器、打印服务器、Web服务器等。
在对服务器要求不高的小型网络中可以选用高档微机作为网络服务器，而大中型网络中的服务器一般由高性能的专用服务器来充当。
服务器与普通微机相比一般具有以下特征：
高性能、高可靠性、高安全性、强大的可扩展性、可管理性。
（2）客户机客户机（Client）是使用服务器所提供服务的计算机。
客户机要参与网络活动，必需先与网络服务器连接，并且登录，按照被授予的权限访问服务器。
它可以退出网络，此时它作为一台具有独立处理功能的个人计算机为用户服务。
（3）同位机同位机（Peer）指在网络环境中同时充当服务器和客户机角色的计算机。
2.网络中共享的外部设备
不经过计算机就可以直接连接到网络上的网络共享打印机、网络共享传真机，以及连接在服务器上的硬盘、打印机、绘图仪等都是共享的外部设备。
网络中的客户机可以像使用本地设备一样使用这些共享的外部设备。
3.网络接口设备
网络接口设备是指那些为计算机接入网络提供连接端口的设备。
常见的有接入局域网的网卡和接入广域网的Modem。
（1）网络接口卡网络接口卡（NetworkInterfaceCard，NIC）又称网卡或网络适配器。
是插在计算机总线插槽内或某个外部接口上的电路卡。
通过网线与其它设备相连，从而为计算机之间的相互通信提供一条物理通道。
（2）调制解调器调制解调器（Modem）是调制器和解调器的简称，俗称“猫”，是利用普通电话上网时实现计算机和电话线之间连接的外部设备。
它可以将计算机处理的数字信号转换为电话线中传输的模拟信号（即调制）；
同时将电话线中传来的模拟信号转换成计算机可以识别的数字信号（解调）。
在ISDN（IntegratedServicesDigitalNetwork，综合业务数字网）和ADSL（AsymmetricDigitalSubscriberLine，非对称数字用户线路）连接方式中也需要进行数据格式的相互转换，因此对应地也需要使用ISDNModem和ADSLModem。
4.网络传输介质
传输介质是数据传输的载体，将网络中的各种设备进行物理地连接。
在计算机网络中通常使用的传输介质有双绞线、同轴电缆、光纤、微波和卫星通信等。
它们分别支持不同的网络类型，具有不同的传输速率和传输距离。
（1）双绞线双绞线（TwistedPair）是目前局域网中使用最为广泛的传输介质。
由4对两两缠绕在一起的8根线组成，如图8-1所示。
其价格便宜也易于安装使用，只是传输距离和速率方面受到一定的限制。
双绞线两端通过RJ-45连接器（俗称“水晶头”）和网络设备上对应的RJ-45接口进行连接。
图8-1双绞线
（2）同轴电缆同轴电缆以金属内导体为芯外包一层绝缘材料，这层绝缘材料外用密织的网状金属外导体环绕起到信号屏蔽的作用，最外面又覆盖一层保护性绝缘材料，如图8-2所示。
同轴电缆比双绞线的抗干扰能力强、传输距离更远。
但是由于传输速率低，支持的网络拓扑结构不好，而在网络应用中逐步被淘汰。
图8-2同轴电缆
（3）光纤光纤（Fiber）即光导纤维，采用非常细、透明度很高的石英玻璃纤维（直径约为2～125微米）作为纤芯，外涂一层低折射率的包层和保护层。
成束的一组光纤就是光缆。
光缆和双绞线以及同轴电缆相比具有传输速率高、传输距离远、抗电磁干扰能力强、保密性好、抗腐蚀能力强等优点，在高速和长距离传输中起到了越来越重要的作用。
（4）无线传输介质无线传输常用于有线铺设不便的特殊地理环境，或者作为地面通信系统的备份和补充。
通常，对无线传输的发送与接收是靠天线发射、接收电磁波来实现的。
目前比较成熟的无线传输方式有以下几种。
①微波通信微波通信通常是指利用高频（2～40GHz）范围内的电磁波（微波）来进行通信。
微波通信是无线局域网中主要的传输方式，其频率高、带宽大，传输速率高。
②卫星通信卫星通信可以看成是一种特殊的微波通信，它使用地球同步卫星作为中继站来转发微波信号。
特点是通信容量大、传输距离远、可靠性高、通信成本和距离无关。
③激光通信激光通信是利用在空间中传播的激光束将传输数据调制成光脉冲的通信方式。
激光通信不受电磁干扰、保密性好、方向性高、带宽大。
但是激光在空气中传播衰减快，特别是雨、雾天气时甚至可能会出现通信中断。
5.网络设备
根据网络的规模和传输技术不同，局域网组建时还会用到集线器、交换机、路由器等网络设备。
（1）集线器
集线器（Hub）用于采用双绞线作为传输介质组建星型拓扑的网络时作为网络中心连接设备，如图8-3所示。
它是对网络进行集中管理的最小单元，具有信号放大和中转功能。
图8-3集线器
由于它将从任意端口接收到的数据位（bit，一个二进制的0或1）向所有其他端口进行发送，因此在集线器连接的网络中某个时刻只能有一个设备发送信号，否则就会产生冲突。
所以集线器正在逐步被交换机所取代。
（2）交换机
交换机（Switch）外观和集线器非常相似，也用于采用双绞线作为传输介质组建星型拓扑的网络时为网络提供中心连接设备。
但是交换机比集线器更加智能化，它处理数据的单位是数据帧（frame）。
它根据从某个端口接收到的数据帧中的源MAC地址来自动建立自己的MAC地址表，并根据目的MAC地址来决定向哪个端口进行转发。
从而在同一时刻可以在多个端口对之间进行数据传输。
交换机是目前局域网组建中最重要的网络设备。
（3）路由器
路由器（Router）也是一种多端口设备，它处理数据的单位是数据包（packet）。
用于在局域网—局域网、局域网—广域网、广域网—广域网之间进行互连。
它通过数据包中包含的目的网络地址来为该数据包选择一个到达目的地的最佳路径，这个过程就叫做路由。
当我们在宿舍或家庭里将几台计算机互连时就构成了一个小型的局域网，这个局域网通过一条ADSL线路连接Internet时，就属于局域网—广域网互连的情况，此时就需要用到路由器。
我们采用的ADSL宽带路由器就是一种内置了4个端口交换机的、功能简化的、智能的简易路由器。
二、网络软件
就像一台计算机的运行需要硬件系统和软件系统相互配合工作一样。
计算机网络也必须要由对应的网络软件来统一协调网络中的各种共享资源，管理网络中各种设备。
网络软件包括网络操作系统、网络通信软件与协议软件、网络应用软件、网络管理软件。
1.网络操作系统
网络操作系统（NetworkOperatingSystem，NOS）是指能使网络上各个计算机方便而有效地共享网络资源，为用户提供所需的各种服务的操作系统软件。
它除了有单机操作系统具备的功能（如CPU管理、内存管理、文件管理、输入/输出管理等）外，还应提供高效而可靠的网络通信能力，并提供多项网络服务功能，如远程打印、文件传输、电子邮件、远程管理等。
总之，网络操作系统的基本任务就是：
屏蔽本地资源与网络资源的差异性，为用户提供各种基本网络服务功能，实现网络系统资源的共享管理，并提供网络系统的安全保障。
目前主要的网络操作系统有UNIX操作系统、Linux操作系统、Windows操作系统和NetWare操作系统。
2.网络通信软件与协议软件
网络通信软件支持计算机与相应的网络连接，能够容易地控制自己的应用程序与多个站点进行通信，并对大量的通信数据进行加工和处理。
例如NetUse、Telnet、NetMeeting等。
网络协议是网络中各计算机之间必须遵守的规则的集合，网络管理软件、网络通信软件以及网络应用软件等都要通过网络协议软件才能发挥作用。
例如TCP/IP、NetBEUI等。
早期网络通信软件和协议软件以独立软件的形式出现，目前这两种软件一般都内置于网络操作系统中。
3.网络应用软件
网络应用软件是直接面向网络用户的软件。
计算机网络通过网络应用软件为用户提供信息资源的传输和资源共享服务。
例如电子邮件、Web服务、网络金融、网络办公自动化等。
4.网络管理软件
网络管理软件是指为了保障计算机网络可靠地工作，而提供配置管理、故障管理、计费管理、性能管理和安全管理这五大功能的软件系统。
例如HP公司的HPOpenView管理软件等。
第四节局域网介质访问控制方法
在共享介质的网络环境中，任何一个网络节点都可以用“广播”方式把数据传送到同一网段中的其它任意一个节点。
因此同一网段中的每个节点必须要共同遵守一套规则，来控制多个节点利用公共传输介质发送和接收数据的次序，从而减少“冲突”的产生，以及当冲突发生时如何来解决，这套规格就叫做介质访问控制方法。
局域网的介质访问控制方法有很多，目前被普遍采用并形成国际标准的介质访问控制方法主要有载波侦听多路访问/冲突检测（CarrierSenseMultipleAccesswithCollisionDetection，CSMA/CD）、令牌环（TokenRing）、令牌总线（TokenBus）三种。
1.载波侦听多路访问/冲突检测
CSMA/CD采用的是随机争用机制。
当某个结点发送数据时，首先侦听总线的状态，如果忙则等待，若空闲则发送（载波侦听）。
由于可能有几个结点同时检测到总线处于空闲状态而同时向总线发送数据（多路访问），因此结点在发送数据时必须同时进行冲突检测，如果检测到冲突则通知各结点，并停止发送。
为了降低再次冲突的可能，各结点要等待一个随机时间后再重新发送。
因此CSMA/CD的工作原理可以概括为：
“先听后发、边听边发、冲突停止、随机延迟重发”。
目前局域网技术中最为流行的以太网采用的就是CSMA/CD方法。
2.令牌环
TokenRing适用于环形局域网。
它工作时，令牌（一个标识网络忙闲状态的特殊帧）总是以固定方向沿着环中各节点的物理排列顺序依次传递。
例如某个环形网络中有A、B、C、D四个结点，A准备向D发送数据，A必须等待空闲令牌的到来。
A接收到空闲令牌后将其标识为忙碌状态，同时开始发送数据。
该数据依次经由B、C、D进行传递最终回到A，但是其中只有D结点对该数据帧进行复制，并作一个标记表明该数据被复制过。
A将收到的被复制过的数据帧抛弃，重新发送下一个数据帧。
当A发送完毕或者自己持有令牌的时间超过最大允许值时，A停止发送并将令牌标识为空闲状态发送出去。
由于一个环中只有一个令牌，因此令牌环网中不存在冲突。
3.令牌总线
TokenBus适用于总线型网络。
它工作时会将环中的各个工作站按一定顺序（例如接口地址大小）排列形成一个逻辑环。
环中的每个结点都有上一结点的地址（PS）和下一结点的地址（NS）。
和令牌环网络一样令牌在网络中依次传递，只是传递顺序不是按照物理连接顺序而是按照逻辑环中的结点顺序。
第五节因特网基础
Internet又称为“国际互联网”，是由分布在世界各地的、数以万计的、各种规模的计算机网络借助于网络互联设备——路由器，相互连接而形成的全球性互联网络。
目前，Internet已经把全世界连成为一个地球村，全世界正在为此构筑一个“数字地球”。
人们说19世纪是铁路时代、20世纪是高速公路系统的时代，那么无疑21世纪将是宽带网络的时代。
毫不夸张地说，Internet是人类文明史上的一个重要里程碑。
一、Internet概况
Internet源于美国国防部高级研究计划署1969年建成的ARPA网。
从1969～1983年是Internet形成的初级阶段，主要作为网络技术的研究和试验在一部分美国大学和研究部门中运行和使用。
1983年ARPA和美国国防部通讯局研制成功了异构网络的TCP/IP协议。
美国加州大学伯克利分校（UniversityofCaliforniaBerkeley）把该协议作为BSDUnix（BerkeleySoftwareDistribution，伯克利软件发行中心）操作系统的一部分，使得该协议在社会上流行起来，从而开始了Internet的实用阶段。
1986年美国国家科学基金会（NationalScienceFoundation，NSF）利用TCP/IP协议，在5个科研教育服务超级电脑中心的基础上建立了NSFNet广域网，在全美国实现了资源共享。
由于NSF的鼓励和资助，许多大学、研究机构纷纷将自己的局域网接入到NSFNet中。
从而使得NSFNet成功取代了ARPA网而成为美国乃至世界因特网的基础。
1989年由欧洲核子研究中心（EuropeanOrganizationforNuclearResearch，CERN）开发成功的万维网（WorldWideWeb，WWW）为Internet实现广域网超媒体信息获取/检索奠定了基础，从此Internet进入了快速发展时期。
进入90年代，Internet已经成为一个“网间网”，各个子网分别负责自己的建设和运行费用，而这些子网又通过NSFNet互联起来。
Internet最初是以非赢利为目的的，旨在支持教育和科研活动。
但是随着规模的扩大和应用服务的发展以及全球化市场需求的增长，开始了商业化服务。
在引入商业机制后，准许以商业为目的的网络连入Internet，从而使得网络的资源和服务得到了极大的丰富，很快Internet便达到了今天的规模。
二、中国Internet的发展
随着全球信息高速公路的建设，中国政府也开始积极推进中国信息基础设施（ChinaInformationInfrastructure，CII）的建设，并取得了显著的成绩。
1987年9月20日，钱天白教授发出我国第一封电子邮件，内容为“AcrosstheGreatWallwecanreacheverycornerintheworld.（越过长城，走向世界）”，揭开了中国人使用Internet的序幕。
1988年12月，清华大学校园网采用胡道元教授从加拿大英属哥伦比亚大学（UniversityofBritishColumbia，UBC大学）引进的采用X400协议的电子邮件软件包，通过X.25网与加拿大UBC大学相连，开通了电子邮件应用。
1993年3月，中国科学院高能物理研究所租用美国AT&
T公司的国际卫星信道接入美国斯坦福大学直线加速器中心（StanfordLinearAcceleratorCenter,SLAC）的64KDECnet（由数字设备公司DigitalEquipmentCorporation推出并支持的一组协议集合）专线正式开通。
1994年3月中国作为第71个国家级网络正式加入Internet，并建立了中国顶级域名服务器CN，实现了网上全部功能。
我国在实施国家信息基础设施计划的同时，也积极参与了国际下一代互联网的研究和建设。
1998年由教育科研网（ChinaEducationandResearchNetwork，CERNET）牵头，以现有的网络设施和技术力量为依托，建设了中国第一个IPv6试验床，两年后开始分配地址；
2000年中国高速互连研究试验网络（NationalNaturalScienceFoundationofChinaNetwork，NSFCNET）开始建设，NSFCNET采用密集波分多路复用技术，已分别与教育科研网、中国科技网（ChinaScienceandTechnologyNetwork，CSTNET）以及Internet2和亚太地区高速网（Asia-PacificAdvancedNetworks，APAN）互连；
2004年中、美、俄环球科教网络（GLObalRIngnetworkforadvancedApplicationDevelopment，GLORIAD）开通。
三、IP地址
虽然每块网卡都具有一个固化在芯片上的唯一地址——MAC（MediaAccessControl,介质访问控制）地址，就像汽车的发动机编号一样，但是由于这种地址在世界上分布毫无规律，因此只能够在规模有限的局域网范围内应用。
Internet是一个全球性的网络，为了能够方便地识别每台计算机，必须人为地为每个网络设备分配一个有意义的IP地址，就像每辆汽车都被分配一个车牌号一样。
IP地址具有全球唯一性和与地理位置相关联两个特征。
具有全球唯一性。
当Internet服务器提供商（InternetServiceProvider，ISP）接收到用户发来的数据包时，该数据包中的目的IP地址和世界上的某个特定主机相对应。
与地理位置相关联。
就像世界上的电话号码一样，同一个地区的号码具有某个共同的特征。
当ISP接收到用户发来的数据包时，通过该数据包中包含的目的IP地址就可以知道该数据包应该向世界上的什么地方进行转发。
当我们把一台笔记本带到外地时，虽然网卡的MAC地址是不变的，但是我们只要给该网卡重新设定一个当地的IP地址，它就可以在Internet上重新使用了。
1.IP地址的格式
TCP/IP协议规定IP地址长度为32位，分为4个字节，每个字节对应一个0～255的十进制整数，4个十进制的整数之间用英文的句点分隔。
例如192.168.44.100。
这种格式的IP地址被称为“点分十进制”地址。
这种编址方式可以使Internet容纳40亿台主机。
2.IP地址的类型
IP地址的长度为32位，它由网络号（又称网络ID、网络地址）和主机号（又称主机ID、主机地址）两部分构成，网络号在前、主机号在后。
根据网络规模大小的不同，IP地址被分成A、B、C
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