高中计算机网络课程.docx
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高中计算机网络课程
课时1:
计算机网络简介
1.1什么是计算机网络
计算机网络，是指将地理位置分歧的具有独立功能的多台计算机及其外部设备，通过通信线路连接起来，在网络操作系统，网络办理软件及网络通信协议的办理和协调下，实现资源共享和信息传递的计算机系统。
简单地说，计算机网络就是通过电缆、电话线或无线通讯将两台以上的计算机互连起来的集合。
计算机网络通俗地讲就是由多台计算机（或其它计算机网络设备）通过传输介质和软件物理（或逻辑）连接在一起组成的。
总的来说计算机网络的组成基本上包孕：
计算机、网络操作系统、传输介质（可以是有形的，也可以是无形的）以及相应的应用软件四部分。
1.2计算机网络的拓扑结构
当我们组建计算机我网络时，要考虑网络的布线方式，这也就涉及到了网络拓扑结构的内容。
网络拓扑结构指网路中计算机线缆，以及其他组件的物理布局。
局域网常用的拓朴结构有：
总线型结构、环型结构、星型结构、树型结构。
拓扑结构影响着整个网络的设计、功能、可靠性和通信费用等许多方面，是决意局域网性能优劣的重要因素之一。
1、总线型拓扑结构
总线型拓扑结构是指：
网络上的所有计算机都通过一条电缆彼此连接起来
总线上的通信：
在总线上，任何一台计算机在发送信息时，其他计算机必需等待。
而且计算机发送的信息会沿着总线向两端扩散，从而使网络中所有计算机都会收到这个信息，但是否接收，还取决于信息的方针地址是否与网络主机地址相一致，若一致，则接受；若纷歧致，则不接收。
信号反射和终结器：
在总线型网络中，信号会沿着网线发送到整个网络。
当信号到达线缆的端点时，将产生反射信号，这种发射信号会与后续信号发送冲突，从而使通信间断。
为了防止通信间断，必需在线缆的两端安装终结器，以吸收端点信号，防止信号反弹。
特点：
其中不需要插入任何其他的连接设备。
网络中任何一台计算机发送的信号都沿一条共同的总线传播，而且能被其他所有计算机接收。
有时又称这种网络结构为点对点拓朴结构。
优点：
连接简单、易于安装、成本费用低
缺点：
①传送数据的速度缓慢：
共享一条电缆，只能有其中一台计算机发送信息，其他接收。
②维护艰巨：
因为网络一旦泛起断点，整个网络将瘫痪，而且故障点很难查找。
2、星型拓扑结构：
每个节点都由一个单独的通信线路连接到中心节点上。
中心节点控制全网的通信，任何两台计算机之间的通信都要通过中心节点来转接。
因些中心节点是网络的瓶颈，这种拓朴结构又称为集中控制式网络结构，这种拓扑结构是目前使用最遍及的拓扑结构，处于中心的网络设备跨越式集线器（Hub）也可以是交换机。
优点：
结构简单、便于维护和办理，因为傍边某台计算机或头条线缆泛起问题时，不会影响其他计算机的正常通信，维护比力容易。
缺点：
通信线路专用，电缆成本高；中心结点是全网络的可靠瓶颈，中心结点泛起故障会导致网络的瘫痪。
3、环型拓扑结构：
环型拓扑结构是以一个共享的环型信道连接所有设备，称为令牌环。
在环型拓扑中，信号会沿着环型信道按一个标的目的传播，并通过每台计算机。
而且，每台计算机会对信号进行放大后，传给下一台计算机。
同时，在网络中有一种特殊的信号称为令牌。
令牌按顺时针标的目的传输。
当某台计算机要发送信息时，必需先捕获令牌，再发送信息。
发送信息后在释放令牌。
环型结构有两种类型，即单环结构和双环结构。
令牌环（TokenRing）是单环结构的典型代表，光纤分布式数据接口（FDDI）是双环结构的典型代表。
环型结构的显著特点是每个节点用户都与两个相邻节点用户相连。
优点：
电缆长度短：
环型拓扑网络所需的电缆长度和总线拓扑网络相似，但比星型拓扑结构要短得多。
增加或减少工作站时，仅需简单地连接。
可使用光纤；它的传输速度很高，十分适用一环型拓扑的单向传输。
传输信息的时间是固定的，从而便于实时控制。
缺点：
节点过多时,影响传输效率。
环某处断开会导致整个系统的失效，节点的加入和撤出过程复杂。
检测故障艰巨：
因为不是集中控制，故障检测需在网个各个节点进行，故障的检测就不很容易。
4、树型拓扑结构
树型结构是星型结构的扩展，它由根结点和分支结点所构成，如图所示。
优点：
结构比力简单，成本低。
扩充节点便当灵活。
缺点：
对根结点的依赖性大，一旦根结点泛起故障，将导致全网不能工作；电缆成本高。
5、网状结构与混合型结构
网状结构是指将各网络结点与通信线路连接成不轨则的形状，每个结点至少与其他两个结点相连，或者说每个结点至少有两条链路与其他结点相连，如图（a）所示。
大型互联网一般都采用这种结构，如我国的教育科研网CERNET（b）、Internet的主干网都采用网状结构。
（a）网状拓扑结构（b）CERNET主干网拓扑结构
优点：
可靠性高；因为有多条路径，所以可以选择最佳路径，减少时延，改善流量分派，提高网络性能，但路径选择比力复杂。
缺点：
结构复杂，不易办理和维护；线路成本高；适用于大型广域网。
混合型结构是由以上几种拓扑结构混合而成的，如环星型结构，它是令牌环网和FDDI网常用的结构。
再如总线型和星型的混合结构等。
1.3计算机网络的分类
由于计算机网络自身的特点，其分类方式有多种。
按照分歧的分类原则，可以获得分歧类型的计算机网络。
1．3．1按覆盖范围分类
按网络所覆盖的地理范围的分歧，计算机网络可分为局域网（LAN）、城域网（MAN）、广域网（WAN）。
1、局域网（LocalAreaNetwork，LAN）
局域网是将较小地理区域内的计算机或数据终端设备连接在一起的通信网络。
局域网覆盖的地理范围比力小，一般在几十米到几千米之间。
它常用于组建一个办公室、一栋楼、一个楼群、一个校园或一个企业的计算机网络。
局域网主要用于实现短距离的资源共享。
如图所示的是一个由几台计算机和打印机组成的典型局域网。
局域网的特点是分布距离近、传输速率高、数据传输可靠等。
2、城域网（WideAreaNetwork，WAN）
城域网是一种大型的 LAN，它的覆盖范围介于局域网和广域网之间，一般为几千米至几
万米，城域网的覆盖范围在一个城市内，它将位于一个城市之内分歧地点的多个计算机局域网连接起来实现资源共享。
城域网所使用的通信设备和网络设备的功能要求比局域网高，以便有效地覆盖整个城市的地理范围。
一般在一个大型城市中，城域网可以将多个学校、企事业单位、公司和医院的局域网连接起来共享资源。
如图所示的是分歧建筑物内的局域网组成的城域网。
3、广域网（WideAreaNetwork，WAN）
广域网是在一个广阔的地理区域内进行数据、语音、图像信息传输的计算机网络。
由于远距离数据传输的带宽有限，因此广域网的数据传输速率比局域网要慢得多。
广域网可以覆盖一个城市、一个国家甚至于全球。
因特网（Internet）是广域网的一种，但它不是一种具体独立性的网络，它将同类或分歧类的物理网络（局域网、广域网与城域网）互联，并通过高层协议实现
分歧类网络间的通信。
如图所示的是一个简单的广域网。
按照网络中计算机所处的地位的分歧，可以将计算机网络分为对等网和基于客服机、办事器模式的网络。
①．对等网：
在对等网中，所有的计算机的地位是平等的，没有专用的办事器。
每台计算机即作为办事器，又作为客户机；即为别人提供办事，也从别人那里获得办事。
由于对等网没有专用的办事器，所以在办理对等网时，只能分别办理，不能统一办理，办理起来很不便当。
对等网一般应用于计算机较少、安全不高的小型局域网。
②．基于客户机/办事器模式的网络：
在这种网络中，两种角色的计算机，一种是办事器，一种是客服机。
办事器：
办事器一方面负责保留网络的配置信息，另一方面也负责为客户机提供各种各样的办事。
因为整个网络的关键配置都保留在办事器中，所以办理员在办理网络时只需要修改办事器的配置，就可以实现对整个网络的办理了。
同时，客户机需要获得某种办事时，会向办事器发送请求，办事器接到请求后，会向客户机提供相应办事。
办事器的种类很多，有邮件办事器、Web办事器、目录办事器等，分歧的办事器可感觉客户提供分歧的办事。
我们在构建网络时，一般选择配置较好的计算机，在其上安装相关办事，它就成了办事器。
客户机：
主要用于向办事器发送请求，获得相关办事。
如客户机向打印办事器请求打印办事，向Web办事器请求Web页面等。
1．3．2按传播方式分类
如果按照传播方式分歧，可将计算机网络分为“广播网络”和“点-点网络”两大类。
1、广播式网络
广播式网络是指网络中的计算机或者设备使用一个共享的通信介质进行数据传播，网络中的所有结点都能收到任一结点发出的数据信息。
目前，在广播式网络中的传输方式有3种：
单播：
采用一对一的发送形式将数据发送给网络所有目的节点。
组播：
采用一对一组的发送形式,将数据发送给网络中的某一组主机。
广播：
采用一对所有的发送形式，将数据发送给网络中所有目的节点。
2、点-点网络（Point-to-pointNetwork）
点-点式网络是两个结点之间的通信方式是点对点的。
如果两台计算机之间没有直接连接的线路，那么它们之间的分组传输就要通过中间结点的接收、存储、转发，直至目的结点。
点-点传播方式主要应用于WAN中，凡是采用的拓扑结构有：
星型、环型、树型、网状型。
1．3．3按传输介质分类
1、有线网（WiredNetwork）
⑴双绞线：
其特点是比力经济、安装便当、传输率和抗干扰能力一般，广泛应用于局域网中。
⑵同轴电缆：
俗称细缆，现在逐渐淘汰。
⑶光纤电缆：
特点是光纤传输距离长、传输效率高、抗干扰性强，是高安全性网络的抱负选择。
2、无线网（WirelessNetwork）
⑴无线电话网：
是一种很有发展前途的连网方式。
⑵语音广播网：
价格低廉、使用便当，但安全性差。
⑶无线电视网：
普及率高，但无法在一个频道上和用户进行实时交互。
⑷微波通信网：
通信保密性和安全性较好。
⑸卫星通信网：
能进行远距离通信，但价格昂贵。
课时2：
网络通信协议（TCP／IP协议）
TCP／IP协议（传输控制协议/网际协议）是目前使用最广泛的协议，也是Internet上使用的协议。
由于TCP／IP具有跨平台、可路由的特点，可以实现导构网络的互联，同时也可以跨网段通信。
这使得许多网络操作系统将TCP／IP作为内置网络协议。
我们组建局域网时，一般主要使用TCP／IP协议。
当然，TCP／IP协议相对于其他协议来说，配置起来也比力复杂，因为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、一个计算机名等。
2．1IP地址
1、为什么要配置IP地址
在网络中，为了实现分歧计算机之间的通信，每台计算机都必需有一个独一的地址。
就像日常生活中的家庭住址一样，我们可以通过一个人的家庭住址找到他的家。
当然，在网络中要找到一台计算机，进而和它通信，也需要借助一个地址，这个地址就是IP地址，IP地址是独一标识一台主机的地址。
2、什么是IP地址
IP地址是一个32位二进制数，用于标识网络中的一台计算机。
IP地址凡是以两种方式暗示：
二进制数和十进制数。
二进制数暗示：
在计算机内部，IP地址用32位二进制数暗示，每8位为一段，共4段。
如10000011.01101011.00010000.11001000。
十进制数：
为了便当使用，凡是将每段转换为十进制数。
如10000011.01101011.00010000.11001000转换后的格式为：
130.107.16.200。
这种格式是我们在计算机中所配置的IP地址的格式。
3、IP地址的组成
IP地址由两部分组成：
网络ID和主机ID。
网络ID：
用来标识计算机所在的网络，也可以说是网络的编号。
主机ID：
用来标识网络内的分歧计算机，即计算机的编号。
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l。
主机号不能全为0，也不能全为l。
4、IP地址的分类
由于IP地址是有限资源，为了更好的办理和使用IP地址，INTERNIC按照网络规模的大小将IP地址分为5类（ABCDE）如图：
A类地址：
第一组数（前8位）暗示网络号，且最高位为0，这样只有7位可以暗示网络号，能够暗示的网络号有127-2=125（去掉全“0”和全“1”的两个地址）个，范围是：
1.0.0.0~126.0.0.0。
后三组数（24位）暗示主机号，能够暗示的主机号的个数是224-2=16777214个，即A类的网络中可容纳16777214台主机。
A类地址只分派给超大型网络。
B类地址：
前两组数（前16位）暗示网络号，后两组数（16位）暗示主机号。
且最高位为10，能够暗示的网络号为214=16384个，范围是：
128.0.0.0~191.255.0.0。
B类网络可以容纳的主机数为216-2=65534台主机。
B类IP地址凡是用于中等规模的网络。
C类地址：
前三组暗示网络号，最后一组数暗示主机号，且最高位为110，最大网络数为221=2097152，范围是：
192.0.0.0~223.255.255.0，可以容纳的主机数为28-2=254台主机。
C类IP地址凡是用于小型的网络。
D类地址：
最高位为1110，是多播地址。
E类地址：
最高位为11110，保留在今后使用。
注意：
在网络中只能为计算机配置A、B、C三类IP地址，而不能配置D类、E类两类地址。
5、几个特殊IP地址
主机号全0：
暗示网络号，不能分派给主机。
如：
192.168.4.0为网络地址。
主机号全1：
暗示向指定子网发广播。
如：
192.168.1.255暗示向网络号192.168.1.0发广播。
255.255.255.255：
本子网内广播地址。
127.X.Y.Z：
测试地址，不能配置给计算机。
6、IP地址的分派
如果需要将计算机直接连入Internet，则必需向有关部门申请IP地址，而不能随便配置IP地址。
这种申请的IP地址称为“公有IP”。
在互联网中的所有计算机都要配置公有IP。
如果要组建一个封锁的局域网，则可以任意配置A、B、C三类IP地址。
只要包管IP地址不反复就行了。
这时的IP称为“私有IP”。
但是，考虑到这样的网络仍然有连接Internet的需要，因此，INTERNIC分外指定了某些范围作为专用的私有IP，用于局域网的IP地址的分派，以免与合法的IP地址冲突。
建议我们本身组建局域网时，使用这些专用的私有IP，也称保留地址。
INTERNIC保留的IP范围为：
A类地址：
10.0.0.1~10.255.255.254
B类地址：
172.16.0.1~172.31.255.254
C类地址：
192.168.0.0~192.168.255.254
2．2子网掩码
我们在配置ICP/IP参数时，除了要配置IP地址之外，还要配置子网掩码。
子网掩码也是32位的二进制数，具体的配置方式是：
将IP地址网络位对应的子网掩码设为“1”，主机位对应的子网掩码设为“0”，如：
对于IP地址是131.107.16.200的主机，由于是B类地址，前两组数为网络号，后两组数为主机号。
则子网掩码配置为：
11111111.11111111.00000000.00000000，转换为十进制数为：
255.255.0.0。
由此，各类地址的默认子网掩码为：
A类：
11111111.00000000.0000000.00000000即255.0.0.0
B类：
11111111.11111111.00000000.00000000即255.255.0.0
C类：
11111111.11111111.11111111.00000000即255.255.255.0
之所以要配置子网掩码，是因为在Internet中，每台主机的IP地址都是由网络地址和主机地址两部分组成，为了使计算机能自动的从IP地址中分手出相应的网络地址，需专门定义一个网络掩码，也称子网屏蔽码，这样就可以快速地确定IP地址的哪部分代表网络号，哪部分代表主机号，判断两个IP地址是否属于同一个网络。
2．3默认网关
在Internet中网关是一种连接内部网与Internet上其他网的中间设备，网关地址可以理解为内部网与Internet信息传输的通道地址。
2．4域名地址（DNS）
它是由解析器和域名办事器组成的。
域名办事器是指保留有该网络中所有主机的域名和对应IP地址，并具有将域名转换为IP地址功能的办事器。
其中域名必需对应一个IP地址，而IP地址纷歧定有域名。
域名解析：
将域名映射为IP地址。
2．5关于IPv6
我们现在使用的IP地址规范为IPv4。
IPv4（IPVersion4）标准是20世纪70年代末期制定完成的。
20世纪90年代初期，WWW的应用导致互联网爆炸性发展，这导致IP地址资源日趋枯竭的问题，现在的IP地址很快就要被用完了。
为了解决IP地址资源日趋枯竭的问题。
互联网工程任务组于1992年成立了IPNGB工作组着手研究下一代IP网络协议IPv6。
IPv6使用长达128bit的地址空间，使互联网中的IP地址达到2128个这样，IPv6地址空间是弗成能用完的。
除此之外，IPv6具备更强的安全性、更容易配置。
课时3：
计算机网络划分（课题探究）
3.1子网掩码的含义和按照子网掩码划分子网
一个IP地址必然属于某一个网络，或者叫子网。
子网掩码就是用来指定某个IP地址的网络地址的，换一句话说，就是用来划分子网的。
例如，一个A类网络可以容纳16777214台主机。
但是在实际运用中，弗成能把一个A类网络只用于一个子网，因为那样办理起来很不便当，也会泛起广播风暴等种种问题，所以需要按照实际需求把它划分为若干个较小的子网。
一个B类网络可以容纳65534台主机，往往也是需要划分子网的。
即便一个小型企业内部，为了部门之间的本能机能的需要，配置那些电脑可以互相拜候，哪些不能互相拜候，就需要通过划分子网的方式来实现。
子网划分的问题看起来很复杂，其实也不是很复杂。
只要把IP地址的位数、网络位数、主机位数、子网掩码的位数这几个概念搞清楚，就感觉很简单了
。
IP地址位数=网络位数+主机位数=32位。
子网掩码的位数就是网络的位数。
A类网络的网络位数是8位，子网掩码就是
11111111.00000000.00000000.00000000，换算成二进制暗示为255.0.0.0。
B类网络的网络位数是16位，子网掩码就是
11111111.11111111.00000000.00000000，换算成十进制暗示为255.255.0.0。
C类网络的网络位数是24位，子网掩码就是
11111111.11111111.11111111.00000000，换算成十进制暗示为255.255.255.0。
A类网络加长子网掩码到16位就把一个A类网络划分为256个B类网络同样大小的网络，再加长到24位就又把每个B类大小的子网划分为256个C类网络大小的子网。
就是这个道理。
一个大的网络，通过把子网掩码加长，使网络位多了，也就是网络数目多了，子网就多了，当然你也可以不划分为256个子网，而划分为128个，64个，32个，16个，8个，4个，2个。
一个B类网络的默认子网掩码为255.255.0.0，你如果想把它划分为2个子网，网络位数就成立17位，也就是说子网掩码就变成了255.255.128.0；想划分为16个子网，因为16是2的4次方，所以网络位数加4变成了20位，也就是说子网掩码加长，成了20位，就是255.255.240.0。
依此类推。
一个C类网络的默认子网掩码为24位的，那么主机位=32-24=8位，2的8次方等于256，所以一个C类网络的IP地址数量（包孕网络地址和广播地址）为256个。
但是你仍然可以通过加长子网掩码的手段，把一个C类子网划分为更多的子网。
划分的子网数必定是2的n次方个，每个子网的IP数量必定是2的（8- n）次方个。
子网掩码加长1位，划分2个子网；加长2位，划分4个子网，加长6位，划分2的6次方个，也就是64个子网。
子网掩码的1的个数暗示网络位的个数，简单地来说，网络位是不属于你控制的，是上级主管给你的，给你多少就是多少。
但是主机位是你可以控制的，你可以把它缩短，把缩短出来的位数加到网络位中，这样网络位就长了，子网数就多了，相应地每个子网的IP数量就少了。
记住下面的公式，遇到再复杂的子网划分问题也难不倒你了。
IP地址位数=32 网络位+主机位=32
子网掩码加长n位，则在当前子网基础上划分为2的n次方个子网。
每个子网的IP地址数量=2^（32-划分前子网掩码位数-n）
3.2如何按照子网划分的方针计算子网掩码
简单来说，子网掩码就是网络地址的位数。
一个IP地址一共有32位，其中靠前的某些位暗示网络地址，后面的某些位暗示主机位。
网络位数+主机位数=IP地址位数=32
知道了这个道理，计算子网掩码的方式就是：
已知子网内IP数的多少，求出主机位的位数，用32减去主机位数就等于网络位数，也就是子网掩码。
举最简单的例子。
一个C类网络，包孕256个主机位置，256是2 的8次方，所以主机位是8，那么网络位就是32-8=24，也就是说子网掩码是24位，用二进制暗示就是11111111.11111111.11111111.00000000，换算成十进制就是255.255.255.0。
再比如一个C类网络划分的子网，每个网络主机IP数是32, 而32是2的5次方，所以主机位是5，那么网络位就是32-5=27，也就是说子网掩码是27位，用二进制暗示就是11111111.11111111.11111111.11100000，换算成十进制就是255.255.255.224。
再比如一个B类网络划分的子网，每个网络主机IP数是1024, 而1024是2的10次方，所以主机位是10，那么网络位就是32-10=22，也就是说子网掩码是22位，用二进制暗示就是11111111.11111111.11111100.00000000，换算成十进制就是255.255.252.0。
子网划分是通过改变子网掩码的位数来实现的。
比如一个C类IP地址，默认子网掩码是24位的，二进制暗示是11111111.11111111.11111111.0000000，换算成10进制的就是255.255.255.0。
如果是这样的子网掩码，后面的8位都可以用来做为主机的位置，2的8次方等于256，一共有256个IP位置，因为有2个不能用，所以可用的主机位置为254个。
但是你要把这样一个地址划分成2个子网，就要从主机位里拿出一位来作为网络地址，网络地址就成了25位了。
相应地主机位就成了7位了，2 的7次方等于128，一共有126个地址可用。
这是从正向来说的，就是已知要划分的子网数，求每个子网的主机数。
但是在实际工作中往往是先知道每个子网的主机数，让你划分子网。
其实也很简单。
首先你算一下主机数更接近于2的几次方，那么主机位数就是几位。
32减去主机位就是网络位。
举例说明。
假如给你一个C类IP地址192.168.0.0。
假如你想划分2个子网，一个里面有100台电脑，另一个有50台电脑。
100大于2的6次方，小于2的7次方，所以主机位数取7位。
那么网络位数就是32-7=25位。
25位的子网掩码11111111.11111111.11111111.10000000换算成10进制的就是255.255.255.128，这就是第一个子网的子网掩码
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