第1章计算机网络概论.docx
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第1章计算机网络概论
第1章计算机网络概论
根据考试大纲，本章要求考生掌握以下知识点：
（1）计算机网络的概念：
计算机网络定义、计算机网络应用。
（2）计算机网络的组成：
计算机网络物理组成、计算机网络功能组成、计算机网络要素组成。
（3）计算机网络的分类：
按分布范围分类、按拓扑结构分类、按交换技术分类、按采用协议分类、按使用传输介质分类。
（4）网络体系结构模型：
分层与协议、接口与服务、开放系统互联参考模型（OpenSystemInterconnectionReferenceModel，OSI/RM）与传输控制协议/网际协议（TransmissionControlProtocol/InternetProtocol，TCP/IP）体系结构模型。
1.1计算机网络的概念
对于计算机网络，从不同的角度看，有着不同的定义。
从物理结构看，计算机网络可被定义为“在网络协议控制下，由多台计算机、终端、数据传输设备及计算机与计算机间、终端与计算机间进行通信的设备所组成的计算机复合系统”。
从应用目的看，计算机网络可被定义为“以相互共享（硬件、软件和数据）资源方式而连接起来，且各自具有独立功能的计算机系统之集合”。
为了更好地理解计算机网络的定义，需要弄清计算机网络与多终端系统、分布式系统的区别。
1．计算机网络与多终端系统的区别
传统的多终端系统是由一台中央处理机、多个连机终端及一个多用户操作系统（如多道批处理操作系统、分时操作系统或实时操作系统）组成。
在多终端系统中，无论主机上连接多少个终端或计算机，主机与其连接的终端或计算机之间都是支配与被支配的关系。
终端只是主机和用户之间的接口，它本身并不拥有系统资源，不具备独立的数据处理能力。
系统资源全部集中在主机上，数据处理也在主机上进行。
而计算机网络系统并不是以一台大型的主计算机为基础，而是以许多独立的计算机为基础。
每台计算机可以拥有自己的资源，具有独立的数据处理能力。
网络中的计算机可以共享网络中的全部资源。
2．计算机网络与分布式系统的区别
分布式计算机系统与计算机网络系统在计算机硬件连接、系统拓扑结构和通信控制等方面基本一致，都具有通信和资源共享的功能。
但分布式计算机系统强调系统的整体性，强调各计算机在协调下自治工作。
例如分布式系统的应用程序可分为几个独立的部分，分别运行于不同的机器上，它们之间通过通信而相互协作，共同完成一个作业。
而计算机网络则以资源共享为主要目的，方便用户访问其他计算机所具有的资源。
分布式系统在计算机网络基础上为用户提供了透明的集成应用环境。
用户可以使用名字或命令调用网络中的任何资源或进行远程的数据处理，而不必关心这些资源的物理位置。
但对计算机网络来说往往不要求这种透明性，张三要访问李四的资源，必须指定李四计算机的地址或设备名。
希赛教育专家提示：
分布式系统就是一个建造在计算机网络之上的软件系统。
计算机网络是一种松耦合系统，而分布式系统是一种紧耦合系统。
计算机网络的基本功能包括数据通信、资源共享、集中管理、分布式处理、可靠性高、均衡负荷、综合信息服务等。
1.2计算机网络的组成
计算机网络必须具备以下三个基本要素：
（1）至少有两台独立操作系统的计算机，它们之间有相互共享某种资源的需求。
（2）两台独立的计算机之间必须有某种通信手段将其连接。
（3）网络中的各个独立的计算机之间要能相互通信，必须制定相互可确定的规范标准或者协议。
以上三条是组成一个网络的必要条件，三者缺一不可。
计算机网络也是由各种可连起来的网络单元组成的。
大型的计算机网络是一个复杂的系统。
例如，现在所使用的Internet网络。
它是一个集计算机软件系统、通信设备、计算机硬件设备以及数据处理能力为一体的，能够实现资源共享的现代化综合服务系统。
一般网络系统的组成可分为三部分：
硬件系统、软件系统和网络信息。
1．硬件系统
硬件系统是计算机网络的基础，硬件系统由计算机、通信设备、连接设备及辅助设备组成，通过这些设备的组成形成了计算机网络的类型。
下面来学习几种常用的设备。
（1）服务器。
在计算机网络中，核心的组成部分是服务器。
服务器是计算机网络中向其他计算机或网络设备提供服务的计算机，并按提供的服务被冠以不同的名称，如数据库服务器、邮件服务器等。
常用的服务器有文件服务器、打印服务器、通信服务器、数据库服务器、邮件服务器、信息浏览服务器和文件下载服务器等。
（2）客户机。
客户机是与服务器相对的一个概念。
在计算机网络中享受其他计算机提供的服务的计算机就称为客户机。
（3）网卡。
网卡是安装在计算机主机板上的电路板插卡，又称为网络适配器或者网络接口卡（NetworkInterfaceBoard）。
网卡的作用是将计算机与通信设备相连接，负责传输或者接收数字信息。
（4）调制解调器。
调制解调器（Modem）是一种信号转换装置，可以将计算机中传输的数字信号转换成通信线路中传输的模拟信号，或者将通信线路中传输的模拟信号转换成数字信号。
一般将数字信号转换成模拟信号，称为“调制”过程；将模拟信号转换成数字信号，称为“解调”过程。
调制解调器的作用是将计算机与公用电话线相连，使得现有网络系统以外的计算机用户能够通过拨号的方式利用公用事业电话网访问远程计算机网络系统。
（5）集线器。
集线器是局域网中常用的连接设备，它有多个端口，可以连接多台本地计算机。
（6）网桥。
网桥（Bridge）也是局域网常用的连接设备。
网桥又称桥接器，是一种在链路层实现局域网互联的存储转发设备。
（7）路由器。
路由器是互联网中常用的连接设备，它可以将两个网络连接在一起，组成更大的网络。
例如局域网与Internet可以通过路由器进行互联。
（8）中继器。
中继器工作可用来扩展网络长度。
中继器的作用是在信号传输较长距离后，进行整形和放大，但不对信号进行校验处理等。
2．软件系统
网络系统软件包括网络操作系统和网络协议等。
网络操作系统是指能够控制和管理网络资源的软件，是由多个系统软件组成，在基本系统上有多种配置和选项可供选择，使得用户可根据不同的需要和设备构成最佳组合的互联网络操作系统。
网络协议是保证网络中两台设备之间正确传送数据。
3．网络信息
计算机网络上存储、传输的信息称为网络信息。
网络信息是计算机网络中最重要的资源，它存储于服务器上，由网络系统软件对其进行管理和维护。
1.3计算机网络的分类
计算机网络的分类方法有多种，可以根据网络的用途、覆盖的地理范围、使用的技术等进行分类。
1．按距离分类
根据网络的作用范围，可将网络划分为以下几种。
（1）局域网（LocalAreaNetwork，LAN）：
作用范围通常为几米到几十公里。
（2）广域网（WideAreaNetwork，WAN）：
作用范围通常为几十公里到几千公里。
（3）城域网（MetropolitanAreaNetwork，MAN）：
作用范围界于局域网与广域网之间。
2．按通信介质分类
根据通信介质的不同，可将网络划分为以下几种。
（1）有线网：
采用同轴电缆、双绞线、光纤等物理介质传输数据。
（2）无线网：
采用卫星、微波等无线形式传输数据。
3．按通信传播方式分类
根据通信传播方式的不同，将网络划分为：
（1）点对点网络：
网络中成对的主机之间存在着若干对的相互联接关系。
（2）广播式网络：
网络中只有单一的通信信道，由这个网络中所有的主机共享。
4．按通信速率分类
根据通信速率的不同，将网络划分为：
（1）低速网：
数据传输速率在1.5Mbps以下。
（2）中速网：
数据传输速率在1.5Mbps～50Mbps之间。
（3）高速网：
数据传输速率在50Mbps以上。
5．按使用范围分类
根据使用范围的不同，将网络划分为：
（1）公用网：
为社会公众提供服务。
（2）专用网：
只为一个或几个部门提供服务，不向社会公众开放。
6．按网络控制方式分类
根据网络控制方式的不同，将网络划分为：
（1）集中式网络：
网络的处理控制功能高度集中在一个或少数几个节点上，这些节点是网络的处理控制中心，所有的信息流都必须经过这些节点之一，而其余的大多数节点则只有较少的处理控制功能。
（2）分布式网络：
网络中不存在一个处理控制中心，各个节点均以平等地位相互协调工作和交换信息。
7．按网络拓扑结构分类
根据网络拓扑结构的不同，可将网络划分为：
星状网、总线状网、环状网。
1.4网络参考模型
世界上不同年代、不同厂家、不同型号的计算机系统千差万别，将这些系统互联起来就要彼此开放，也就是要遵守共同的规则与约定（一般称为协议）。
1977年，国际标准化组织（InternationalOrganizationforStandards，ISO）为适应网络标准化发展的需求，在研究、吸取了各计算机厂商网络体系标准化经验的基础上，制定了OSI/RM，从而形成了网络体系结构的国际标准。
1.4.1开放系统互联参考模型
OSI/RM最初是用来作为开发网络通信协议族的一个工业参考标准，作为各个层上使用的协议国际标准化的第一步而发展来的。
严格遵守OSI/RM，不同的网络技术之间可以轻而易举地实现互操作。
整个OSI/RM模型共分7层，从下往上分别是：
物理层、数据链路层、网络层、传输层、会话层、表示层和应用层。
当接收数据时，数据是自下而上传输；当发送数据时，数据是自上而下传输。
7层的主要功能如表1-1所示。
表1-17层的主要功能
层次
层的名称
英文
主要功能
7
应用层
ApplicationLayer
处理网络应用
6
表示层
PresentationLayer
数据表示
5
会话层
SessionLayer
互连主机通信
4
传输层
TransportLayer
端到端连接
3
网络层
NetworkLayer
分组传输和路由选择
2
数据链路层
DataLinkLayer
传送以帧为单位的信息
1
物理层
PhysicalLayer
二进制传输
在网络数据通信的过程中，每一层要完成特定的任务。
当传输数据的时候，每一层接收上一层格式化后的数据，对数据进行操作，然后把它传给下一层。
当接收数据的时候，每一层接收下一层传过来的数据，对数据进行解包，然后把它传给上一层。
从而实现对等层之间的逻辑通信。
OSI/RM并未确切描述用于各层的协议和服务，它只是说明了每一层该做些什么。
1．物理层
物理层是OSI/RM的最低层，提供原始物理通路，规定处理与物理传输介质有关的机械、电气特性和接口。
物理层建立在物理介质上（而不是逻辑上的协议和会话），主要任务是确定与传输媒体接口相关的一些特性，即机械特性、电气特性、功能特性以及规程特性。
涉及到电缆、物理端口和附属设备。
双绞线、同轴电缆、接线设备（如网卡等）、RJ-45接口、串口和并口等在网络中都是工作在这个层次的。
物理层数据交换单位为二进制位（bit，比特），因此要定义传输中的信号电平大小、连接设备的开关尺寸、时钟频率、通信编码、同步方式等。
2．数据链路层
数据链路层的任务是把原始不可靠的物理层连接变成无差错的数据通道，并解决多用户竞争，使之对网络层显现为一条可靠的链路，加强了物理层传送原始位的功能。
该层的传输单位是帧。
通过在帧的前面和后面附加上特殊的二进制编码模式来产生和识别帧边界。
数据链路层可使用的协议有SLIP（SerialLineInternetProtocol，串行线路网际协议）、PPP（PointtoPointProtocol，点对点协议）、X.25和帧中继等。
常见的集线器和低档的交换机等网络设备都是工作在这个层次上的，Modem之类的拨号设备也是工作在这一层次上的。
任何网络中数据链路层都是必不可少的，相对于高层而言，此层所有的服务协议都比较成熟。
3．网络层
网络层将数据分成一定
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