网络技术第二章网络技术基础.docx
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网络技术第二章网络技术基础
网络技术
第二章网络技术基础
考点1 计算机网络的定义
资源共享的观点将计算机网络定义为“以能够相互共享资源的方式互连起来的自治计算机系统的集合”。
其主要体现在以下3个方面：
①计算机网络建立的主要目的是实现计算机资源的共享。
计算机资源主要指计算机硬件、软件和数据。
②互连的计算机是分布在不同地理位置的多台独立的“自治计算机”。
互连的计算机之间应该没有明确的主从关系，每台计算机都可以联网或者脱离网络工作。
③联网计算机之间的通信必须遵循共同的网络协议。
考点2 计算机网络的分类
1．网络分类方法
网络分类的方法很多，常用以下两种分类法：
①根据网络所使用的传输技术分类，可以分为广播式网络与点一点式网络。
选择分组存储转发与路由选择是点一点式网络与广播式网络的重要区别之一。
②根据网络的覆盖范围与规模分类，可以分为局域网、城域网与广域网。
2．广域网、局域网和城域网
（1）局域网（LAN）
局域网分为共享局域网与交换局域网（或是共享介质式局域网和交换式局域网）。
局域网一般属于一个单位所有，易于建立、维护与扩展。
在局域网领域中，采用以太网（Ethemet）、令牌总线（TokenBus）和令牌环（TokenRing）原理的局域网产品形成了三足鼎立之势。
（2）城域网（MAN）
城域网（MAN）是介于广域网与局域网之间的一种高速网络。
其设计的目标是要满足几十千米范围内的多个局域网互联的需求。
（3）广域网（WLAN）
广域网也称远程网，它所覆盖的范围从几十千米到几千千米。
广域网的通信子网主要采用分组交换技术。
早期的网络主要是广域网。
考点3 计算机网络拓扑结构
1．计算机网络拓扑的定义
计算机网络设计的第一步就是网络拓扑设计。
拓扑学是几何学的一个分支。
计算机网络拓扑是通过网中结点与通信线路之间的几何关系表示网络结构，反映出网络各实体之间的结构关系。
2．网络拓扑的分类
网络拓扑可以根据通信子网中通信信道类型分为以下两类：
（1）点对点线路通信子网的拓扑
采用点对点线路的通信子网的基本拓扑构型有4种：
星型、环型、树型与网状型。
（2）广播信道通信子网的拓扑
采用广播信道通信子网的基本拓扑构型主要有4种：
总线型、树型、环型、无线通信与卫星通信。
3．点对点线路通信子网的拓扑
（1）星型拓扑
星型拓扑的特点是结构简单，易于实现和管理，但由于其集中控制方式的结构，一旦中心结点出现问题，就会造成全网的瘫痪，可靠性较差。
（2）环型拓扑
环型拓扑的环中任意一个结点的故障都会造成全网的瘫痪，这是环型网络可靠性的瓶颈。
（3）树型拓扑
树型拓扑可以看做是星型拓扑的一种扩展，主要适用于汇集信息的应用要求。
（4）网状拓扑
网状拓扑又称为无规则型。
网状拓扑的优点是系统可靠性高，但是由于结构复杂，就必须采用路由协议、流量控制等方法。
广域网中基本都采用网状拓扑结构。
考点4 数据传输速率和误码率
1．数据传输速率
（1）数据传输速率的定义
数据传输速率在数值上等于每秒钟传输构成数据代码的二进制比特数，单位是比特／秒（bit／s），记作bps。
对于二进制数据，数据传输速率为
S=1/T
S为传榆速率，单位是比特／秒（b／s或bps）；
T为发送每一比特所需要的时间，单位是秒（S）。
例如，在通信信道上发送1比特信号所需时间是0．0001μs，计算数据传输速率为多少Gbps。
计算步骤如下：
①T=0．0001μs，首先要换算成公式里的标准单位——秒，T=0．0001μs=10-10S。
②传输速率S=1／T=1／10-10=1010bps。
③将bps换算成Gbps：
1Gbps=169bps，1010bps=10Gbps。
小知识：
①s、ms、μs、ns为时间单位，其换算如下：
lms（毫秒）=10-3S；lus（微秒）=10-6s；lns（纳秒）=10-9S。
②bps、kbps、Mbps、Gbps为传输速率单位，其换算如下：
lkbps=103bps；1Mbps=106bps；1Gbps=109bps。
（2）带宽与数据传输率
奈奎斯特定理与香农定理从定量的解度描述了“带宽”与速率的关系。
①奈奎斯特定理描述了有限带宽、无噪声信道的最大数据传输速率与信道带宽的关系。
最大数据传输速率（Rmax）与信道带宽B（B=f）的关系：
Rmax=2*f
②香农定理则描述了有限带宽、有随机热噪声信道的最大传输速率与信道带宽、信号噪声功率比之间的关系。
其计算公式为
2．误码率
误码率是指二进制码元在数据传输系统中被传错的概率。
它在数值上近似等于：
其中：
N为传输的二进制码元总数，Ne为被传错的码元数。
计算机通信的平均误码率要求低于10-9。
考点5 电路交换和存储转发交换
在早期广域网的通信子网数据交换方式中，采用的方法基本分为两类：
电路交换、存储转发交换。
存储转发交换又可以分为两类：
报文存储转发交换（简称为报文交换）与报文分组存储转发交换（简称为分组交换）。
分组交换技术又可分为：
数据报和虚电路两种。
1．电路交换
电路交换方式与电话交换的工作过程类似。
两台计算机通过通信子网进行数据交换前，首先要在通信子网中建立一个实际的物理线路连接。
（1）电路交换的3个阶段
电路交换的通信过程分为3个阶段。
①线路建立阶段；②数据传输阶段；③线路释放阶段。
（2）电路交换方式的特点
电路交换方式的优点是：
通信实时性强，适于交互会话类通信。
电路交换方式的缺点是：
对突发性通信不适应，系统效率低，不具备存储数据的能力，不能平滑数据量，不具备差错控制能力，无法发现和纠正传输过程中发生的差错。
2．存储转发交换
（1）存储转发交换与电路交换的区别
存储转发交换与电路交换的区别表现在两个特点：
①发送的数据与目的地址、源地址、控制信息按照一定格式组成一个数据单元（报文或报文分组）进入通信子网；
②通信予网中的结点是通信控制处理机，它负责完成数据单元的接收、差错校验、存储、路由选择和转发功能。
（2）报文和报文分组
存储转发交换方式分为两类：
报文存储转发交换（简称报文交换）与报文分组存储转发交换（简称分组交换）。
利用存储转发交换原理传送数据时，被传送的数据单元相应可以分为两类：
报文和报文分组。
①报文：
如果在发送数据时可以不管数据长度，而只是把它当做一个逻辑单元，则可以在数据中加上目的地址、源地址和控制信息，并按照一定的格式打包成一个报文。
②报文分组：
除了将数据处理成报文外，另一种方法是限制数据的最大长度，例如，限定分组的最大长度是15008。
源结点需要将一个长报文分成多个分组，由目的结点将多个分组按照顺序重新组织成报文。
报文分组也简称为分组。
报文是不论数据长度，不管数据多长，都处理成一个单元。
而报文分组则将数据分成多个小组，传送到目的地后再组合成原数据。
如果传输一个5斤的包裹，报文交换是将整个包裹作为1件，再加上有关寄件人、收件人等的信息，一起发送；而报文分组是以l斤为限，分成5个包裹（即分组），一个一个发送。
正因为报文和报文分组将数据处理成不同的规格，所以用这两种方式传输数据时，其效果也不相同，见下表。
报文和报文分组的对比
区别1
区别2
区别3
报文
不论数据多长，都处理成一个单元
数据长，传输时出现错误难发现
一旦错了，需要整个数据重发
报文分组
按规格将数据分割成较小的分组
数据短，传输时出现错误容易现
一旦错了，只需要发出错的那个分组
考点6 数据报与虚电路
在实际应用中，分组交换技术可以分为两类：
数据报与虚电路。
1．数据报方式
数据报是报文分组存储转发的一种形式。
在数据报中，分组传输前不需要预先在源主机和目的主机之前建立“线路连接”。
源主机发送的每个分组都可以独立选择一条传输路径，每个分组在通信子网中可能通过不同的传输路径到达目的主机。
数据报方式具有以下4个特点：
①同一报文的不同分组可以经过不同的传输路径通过通信子网。
②同一报文的不同分组到达目的结点时可能出现乱序，重复和丢失现象。
③每个分组在传输过程中都必须带有目的地址和源地址。
④数据报方式的传输延迟较大，适用于突发性通信，不适用于长报文、会话式通信。
2．虚电路方式
虚电路方式试图将数据报与电路交换结合起来，发挥这两者方法各自的优点，达到最佳的数据交换效果。
虚电路的工作过程分为3个阶段：
虚电路建立阶段、数据传输阶段与虚电路拆除阶段。
虚电路具有以下4个特点：
①在每次分组传输之前，需要在源主机与目的主机之间建立一条逻辑连接。
②一次通信的所有分组都通过虚电路顺序传送，因此分组不必带目的地址、源地址等信息。
分组到达目的结点时不会出现丢失、重复与乱序的现象。
③分组通过虚电路上的每个结点时，结点只需要进行差错校验，而不需要进行路由选择（这一点和电路交换的特点类似）。
④通信子网中的每个结点可以与任何结点建立多条虚电路连接。
虚电路方式和数据报方式最大的区别是：
数据报方式在分组发送前，发送方和接收方不需要建立一个连接；而虚电路需要建立一个连接。
虚电路顾名思义和电路交换是相似的，两者的区别是：
电路交换要在发送方和接送方之间建立一个物理连接，而虚电路需要建立一个逻辑连接，称之为“虚电路”是因为这种电路不是专用的。
每个结点可以同时与多个结点之间具有虚电路。
虚电路具有分组交换和电路交换的优点，因此在计算机网络中得到广泛应用。
考点7 网络体系结构
1．网络协议的基本概念
计算机网络是由多个互连的结点组成，结点之间需要不断地进行数据交换，每个结点必须要奉行一致的规则。
这些规则规定了所有交换数据的格式和时序。
这些为网络数据交换而制定的规则、约定与标准被称为网络协议。
2．网络协议的3个要素
网络协议主要由3个要素组成。
①语法：
规定用户数据与控制信息的结构和格式。
②语义：
规定需要发出何种控制信息以及完成的动作与做出的响应。
③时序：
即对事件实现顺序的详细说明。
考点8 IS0／OSI参考模型
1．OSI的基本概念
国际标准化组织（ISO）发布的最著名的ISO标准是IS0／IEC7498，又称为X．200建议。
OSI参考模型定义了开放系统的层次结构、层次之间的相互关系以及各层所包含的可能的服务。
OSI采用了三级抽象，即体系结构、服务定义和协议规格说明。
0SI参考模型并不是一个标准，而只是一个在制定标准时所使用的概念性的框架。
2．OSI层次划分的原则
根据分而治之的原则，IS0将整个通信功能划分为7个层次，划分原则有5点：
①网中各结点都有各自的层次。
②不同结点的同等层有相同的功能。
③同一结点内相邻层之间通过接口通信。
④每一层使用下层提供的服务，并向上层提供服务。
⑤不同结点的同等层之间按照协议实现对等层之间通信。
3．OSI七层各自的功能
OSI七个层次的主要功能如下：
①最低层——物理层，为数据链路层提供物理连接，以便透明地传输比特流。
②数据链路层，传送以帧为单位的数据，采用差错控制、流量控制方法，使有差错的物理线路变成无差错的数据链路。
⑧网络层，主要任务是通过路由算法，为分组通过通信子网选择最适当的路径，要实现路由选择、拥塞控制与网络互联等功能。
④传输层，主要任务是向用户提供可靠的端到端服务，是计算机通信体系结构中最为关键的一层。
⑤会话层，主要任务是组织两个会话进程之间的通信，并管理数据的交换。
⑥表示层，主要任务是处理两个通信系统中交换信息的表示方式。
⑦最高层——应用层，0SI的最高层，确立进程之间的通信的性质，以满足用户的需要。
考点9 TCP／IP参考模型与协议
1．TCP／IP协议的概念及特点
TCP／IP协议具有以下4个特点：
①开放的协议标准，可以免费使用，且独立于特定的计算机硬件与操作系统。
②独立于特定的网络硬件，可以适用于局域网、广域网中，更适用于互联网中。
③统一的网络地址分配方案，使得整个TCP／IP设备在网中具有惟一的地址。
④标准化的高层协议，可以提供多种可靠的用户服务。
2．TCP／IP参考模型与层次
TCP／IP参考模型可以分为4个层次：
应用层、传输层、互连层与主机一网络层。
TCP／IP参考模型与0SI参考模型的层次对应关系如下图所示。
3．TCP／IP各层的功能
（1）主机一网络层
主机一网络层是TCP／IP参考模型的最底层，负责通过网络发送和接收IP数据报。
（2）互联层
TCP／IP参考模型的互联层相当于OSI参考模型网络层的无连接网络服务。
互联层的主要功能是负责将源主机的报文分组发送到目的主机。
互联层的功能主要表现在以下3个方面：
①处理来自传输层的分组发送请求。
②处理接收的数据报。
③处理互联的路径、流控与拥塞问题。
（3）传输层
传输层的主要功能是负责应用进程之间的端到端通信。
TCP／IP参考模型中设计传输层的主要目的是在互联网中源主机与目的主机的对等实体之间建立用于会话的端一端连接。
TCP／IP的传输层与0S1的传输层功能是相似的。
TCP／IP参考模型的传输层定义了两种协议，即传输控制协议（TCP）和用户数据报协议（UDP）。
TCP协议是一种可靠的面向连接的协议。
UDP是一种不可靠的无连接协议。
（4）应用层
应用层包括了所有的高层协议，且总是有新协议加入。
应用层协议主要有以下7个：
①网络终端协议Telnet，实现互联网中远程登录功能。
②文件传输协议FTP，实现互联网中交互式文件传输功能。
③电子邮件协议SMTP，实现互联网中电子邮件传送功能。
④域名服务DNS，实现网络设备名称到IP地址映射的网络服务。
⑤路由信息协议RIP，用于网络设备之间交换路由信息。
⑥网络文件系统NFS，用于网络中不同主机之间的文件共享。
⑦超文本传输协议HTTP，用于WWW服务。
考点10 互联网应用的发展
1．基于Web应用的发展
1989年，Web技术诞生于欧洲粒子物理实验室（CERN）。
Web服务已经广泛应用于电子政务、电子商务、远程教育与信息服务等领域。
2．搜索引擎技术的发展
搜索引擎作为运行在Web上的应用软件系统，已经成为继电子邮件之后的第二大Web应用。
1994年7月，第一个现代意义上的搜索引擎——Lycos诞生。
1994年，斯坦福大学的两名博士生DavidFilo和杨致远合作创办了Yahoo!
门户网站，成为门户网站提供搜索引擎服务的样板。
1996年，中国出现类似的网站搜狐，l997年北大计算机系在CERNET上推出天网搜索1．0版，成为我国目前最大的公益性搜索引擎。
2000年，“XX”诞生，并一直处于国内领先地位。
Google最初起源于斯坦福大学的BackRub项目，其Google的名称来源于英文单词，表示10100这样一个巨大的数。
三大搜索引擎分别是：
Google、雅虎和MicrosoRMSN。
3．播客技术的应用
播客（Podcast）是基于互联网的数字广播技术之一。
初期它是借助一种iPodder的软件与一些便携播放器相结合。
播客可分为3类：
传统广播节目的播客、专业播客和个人播客。
2004年8月13日，世界上第一个专业的播客网站亚当利科的“每日源代码（dailysourcecode．com）”诞生，我国第一个播客网站“土豆网（www．tudou．corn）”于2004年年底诞生。
4．博客技术的应用
博客（Blog）即网络日志或网志（Weblog），是指以文章的形式在互联网上实现信息共享。
博客在技术上属于网络共享空间，在形式上属于个人互联网出版类的应用。
2002年8月，博客中国网站出现。
2003年，南开“百合网站BLOG”开通，中国科技大学等博客网站开始试运行，2004年是博客商业化的一年，2005年是博客大众化的一年。
有人评论，博客的发展说明了互联网应用开始从精英走向平民。
根据使用者和内容的不同，博客可以分为4类：
①以个人记事、表达、交流为主的博客。
②由共同关心某一类问题的人或团体组成的博客社区。
⑧以学术专题讨论为主形成的关于技术研讨或知识研究的博客社区。
④以新闻时事的发布、转载与评论的博客社区。
5．网络电视的应用
网络电视（IPTV）是通过宽带IP网络传输的，可以实现与用户的互动点播，同时可以方便地将传统的电视服务与www、E-mail以及其他的互联网服务结合起来。
我国《“十一五”科技发展规划》指出：
加强宽带通信网、数字电视网和下一代互联网等信息基础设施建设，推进“三网融合”。
6．P2P技术的应用
P2P应用大致可以分为：
文件共享、多媒体传输、即时通信、数据存取、协同工作、P2P搜索及P2P分布式计算。
典型的文件共享软件包括Napster、BitTorrent与Gnutella等。
GrooveVirtual0ffice是一种典型的P2P协同工作软件。
即时通信（IM）是一种典型的P2P网络应用。
ICQ是ISeekYou的缩写，是“我找你”的意思，这个软件是最早的即时通信软件。
目前主要的即时通信软件包括ICQ、QQ、MSN、YahooMessenger等。
QQ是我国最流行的即时通信软件，MSN是嵌入WindowsXP系统的即时通信软件，YahooMessenger支持多操作系统与便携式无线设备。
考点11 无线网络的应用
1．无线局域网与802．11标准
1990年，IEEE802委员会成立802．11工作组，发布的802．11标准就是无线局域网标准。
无线局域网以微波、激光和红外线等无线电波作为传输介质，部分或全部代替传统局域网中的同轴电缆、双绞线和光纤，实现移动计算网络中移动结点的物理层与数据链路层的功能。
无线局域网采用的无线传输介质，按传输技术可以分为红外线局域网、扩频局域网和窄带微波局域网。
2．蓝牙技术与IEEE802．15标准
蓝牙技术是无线自组网技术的应用。
IEEE802．15就是无线个人区域网络（WPAN）的标准。
3．无线自组网
无线自组网是一种自组织、对等式、多跳的无线移动网络，也叫做Adhoc网络。
它是在分组无线网（PRNEt）的基础上发展起来的。
Adhoc网络是一种由一组用户构成、不需要基站的移动通信模式。
在这种方式中，没有固定的路由器，所有用户都可以移动。
每个系统都具有动态搜索、定位和恢复连接的能力。
Adhoc在军事上十分重要。
无线传感器网络将Adhoe技术与传感器技术相结合。
无线传感器网络由部署在监测区域内大量的廉价的微型传感器结点组成，通过无线通信方式形成多跳的Adhoe网络。
无线传感器的3个要素是传感器、感知对象和观察者。
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