三级网络技术第2章与书本知识完全符合个人整理强烈推荐.docx
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三级网络技术第2章与书本知识完全符合个人整理强烈推荐
第二章网络技术基础
2．1计算机网络的形成与发展
计算机网络是计算机技术与通信技术高度发展、紧密结合的产物
2.1.1计算机网络的发展阶段
计算机网络形成与发展大致分为如下4个阶段：
1．第一个阶段可以追述到20世纪50年代。
通信技术和计算机技术相结合，奠定了计算机网络发展的理论基础。
2．第二个阶段以20世纪60年代美国的APPANET与分组交换技术为重要标志。
APPANET是计算机网络技术发展的一个里程碑，它的研究成果对促进网络技术发展和理论体系研究产生了重要作用，并为互联网的形成奠定了基础。
3．第三个阶段从20世纪70年代中期开始。
（国际标准化组织ISO）以OSI模型为代表的网络体系结构的研究工作为网络发展的标准化产生了重要作用。
4．第四个阶段是20世纪90年代开始至今。
标志为Internet的发展，网络发展速度突飞猛进。
同时，网络发展的趋势向宽带化，多媒体化方向进行。
这个阶段最有挑战性的是Internet、高速通信网络、无线网络与网络安全技术。
随网络的广泛应用于规模的不断扩大，网络管理协议（SNMP）出现。
2.1.2计算机网络的形成
1.20世纪50年代初，由于美国军方的需要，美国半自动地面防空系统开始计算机与通信技术相结合的尝试。
2.后来人们发现可以通过通信系统将地理位置分散的多个终端，通过通信线路连接到一台中心计算机上，该计算机以集中方式处理不同地理位置的用户数据；用户可以在自己办公室内的终端键入程序，通过通信线路传送到中心计算机，分时访问和使用资源进行信息处理，处理结果再通过通信线路回送到用户终端显示或打印。
这种以单个计算机为中心的联机系统称做面向终端的远程联机系统。
即由一台中央主机通过通信线路连接大量的地理上分散的终端，构成面向终端的通信网络，终端分时访问中心计算机的资源，中心计算机将处理结果返回终端。
3.随着计算机的发展，出现了多台计算机互连的需求，开创了“计算机——计算机”通信时代，。
将分布在不同地点的计算机通过通信线路互连便成为计算机网络，彼此之间交换数据、传递信息。
4.ARPANET是计算机网络发展中的一个里程碑，是Internet出现的基础。
ARPANET的发展以及OSI的制定，使各种不同的网络互联、互相通信变为现实，实现了更大范围内的计算机资源共享。
5.20世纪70年代一些机构开始局域网计算机的研究，并取得了很多成果，这对局域网技术的发展起到重要作用。
Internet是覆盖全球的信息基础设施之一，用户可以利用Internet实现全球范围的信息传输、信息查询、电子邮件、语音与图像通信服务等功能。
2.1.3网络体系结构与协议标准化
在计算机网络发展的第三阶段，出现了很多不同的网络，导致网络之间的通信困难。
迫切需要统一的网络体系结构和统一的网络协议。
1.国际标准化组织（ISO）在1984年正式公布了网络系统互连的参考模型，全名为“开放系统互连基本参考模型”（OSI/RM，OpenSystemInterconnectionBasicReferenceModel），简称OSI，作为国际认可的标准模型。
以实现开放系统环境中的互连性、互操作性和应用的可移植性。
后来ISO与CCITT等组织分别为参考模型的各个层次制定一些列的协议标准。
2.OSI虽然为国际标准，但并不实用。
随着互联网的高速发展TCP/IP协议与体系结构已经成为业内公认的标准。
2.1.4互联网的应用于高速网络技术发展
一、互联网高速发展
互联网不仅是一种资源共享、数据通信和信息查询的手段，逐渐成为人们了解世界、讨论问题、休闲、学术研究、商贸、教育甚至军事活动等重要领域。
如：
搜索引擎、P2P文件共享、即时通信、播客、博客、网络游戏等。
二、信息高速公路建设
⒈1993年9月，美国公布了国家信息基础设施（NII）计划，该计划被形象地称为信息高速公路。
⒉1992年2月，全球信息基础设施委员会（GIIC）成立，以推动与协调各国信息技术与信息服务的发展和应用。
⒊高速网络技术主要体现在：
宽带综合业务数字网（B-ISDN），异步传输模式（ATM），高速局域网，交换局域网，虚拟网络与无线网络。
⒋以以太网和异步传输模式ATM为代表的高速网络技术发展迅速。
⒌信息技术与网络的应用已经成为衡量21世界国力与企业竞争力的重要标准。
三、基于WEB技术的互联应用的发展
Web技术的出现使网站的数量和网络的通信量呈指数增长。
搜索引擎是一种运行在Web上的应用软件系统。
四、基于P2P技术的应用技术发展
区别于客户机/服务器结构，对等（P2P）网络淡化了服务提供者和服务使用者的界限，扩大了网络资源的范围和深度。
五、网络安全技术的发展
计算机网络犯罪，使得网络必须具备足够的安全机制，防止信息被非法窃取、破坏与泄露。
当前网络中的三大公害：
网络攻击、计算机病毒、垃圾邮件与灰色软件
2.1.5宽带城域网的发展
1.从当前城域网技术与应用现状来看，城域网的概念泛指网络运营商在城市范围内提供各种信息服务业务的所有网络，它是以宽带光传输网为开放平台，以TCP/IP协议为基础，通过各种网络互联设备，实现语音、数据、图像、视频、IP电话、IP接入和各种增值业务与智能业务，并与运营商的广域计算机网络、广播电视网、传统公用电话交换网互联互通的本地综合业务网络。
2.早期的城域网产品主要是光纤分布式数据接口（缩写是FDDI，其协议是802.2与802.5）。
2.城域网建设方案相同点：
传输介质采用光纤，交换接点采用基于IP交换的高速路由交换机或ATM交换机，在体系结构上采用核心交换层，业务汇聚层与接入层三层模式。
城域网MAN介于广域网与局域网之间的一种高速网络。
3.宽带城域网包括核心交换网与接入网。
核心交换网为整个网络提供一个高速、宽带的中心连接，并能提供所有城域网连入Internet所需要的路由服务，实现与全国骨干网络的互连，提供城市高速IP数据出口。
接入网技术解决的是最终用户接入地区性网络的问题。
目前，可用作用户接入网的有计算机网络、电信通信网和广播电视网。
从技术角度看，互联网的用户接入方式主要分为5类：
地面有线通信系统、无线通信和移动通信网、卫星通信网、有线电视网和地面广播电视网。
（这里计算机局域网被归为地面有线通信系统）
4.宽带城域网与传统的通信网络在概念和技术上发生了很大的变化，主要体现在以下几个方面：
①传统局域网、城域网与广域网在技术上的界限模糊
②传统的电信传输技术与计算机网络技术的界限越来越模糊
③传统的电信服务与互联网应用的界限越来越模糊
④电信传输网、计算机网络与广播电视网络技术的界限越来越模糊
5.FDDI采用光纤作为传输介质，具有双环结构和快速自愈能力。
6.数字会聚会导致三网（计算机网络、电信通信网、电视传输网）融合。
2．2计算机网络的定义
①所谓计算机网络，就是把分布在不同地理区域的计算机与专门的外部设备用通信线路互连成一个规模大、功能强的网络系统,从而使众多的计算机可以方便地互相传递信息，共享硬件、软件、数据信息等资源。
②网络的主要功能：
Ⅰ.数据传输：
是网络的最基本功能，也是当初建网的目的。
Ⅱ.资源共享：
指计算机硬件、软件与数据共享，网络用户可以使用本地资源，同时也可通过网络访问远程资源。
Ⅲ.分布计算：
网络上的计算机协作完成各种大型任务，在黑客攻击和进行大型数据处理中用得比较广泛。
提供可靠性、可用性:
网络上的设备相互备用，均衡负载。
③计算机网络的组成：
网络体系结构与协议（OSI/RM），通信子网与资源子网，拓扑结构、传输介质；
④计算机网络是现代通信技术与计算机技术相结合的产物。
2.2.1计算机网络定义的基本内容
Ⅰ.不同时期对计算机网络有不同的定义，这些定义可以分为三类：
广义的观点、资源共享的观点与用户透明性的观点。
Ⅱ.资源共享的观点较准确的描述了计算机网络的主要特征，广义的观点定义了计算机通信网络，用户透明性的观点定义了分布式计算机系统。
资源共享的观点：
1．计算机网络的定义：
以能够相互共享资源的方式互连起来自治计算机系统的集合。
2．计算机网络的基本特征：
资源共享。
3．表现：
①计算机网络建立的主要目标是实现计算机资源的共享。
资源指计算机硬件、软件与数据。
②我们判断计算机是否互连成计算机网络，主要是看它们是不是独立的“自治算机”。
联网必须使用多台独立的计算机，没有主从关系，可连网工作，也可独立工作。
可以为远程用户服务，也可为本地用户服务。
③连网计算机之间的通信必须遵循共同的网络协议。
注：
⑴分布式操作系统是以全局方式管理系统资源，它能自动为用户任务调度网络资源。
⑵分布式系统与计算机网络的主要是区别不在他们的物理结构，而是在高层软件上。
2.2.2计算机网络的分类
一．早期计算机网络结构（早期计算机网络结构实质上是广域网结构）
计算机网络要完成两大基本功能：
数据处理与数据通信
所以计算机网络可按结构和逻辑功能各分为：
1.结构上：
包括①负责数据处理的主计算机与终端；
②负责数据通信处理的通信控制处理设备与通信线路
2.逻辑功能上：
包括资源子网、通信子网
（1）资源子网负责全网的数据处理，向网络用户提供各种网络资源与网络服务。
①主机通过高速通信线路与通信子网的通信控制处理机相连接。
②终端是用户访问网络的界面。
（2）通信子网由通信控制处理机、通信线路与其他通信设备组成，完成网络数据传输、转发等通信处理任务。
通信控制处理机在网络拓扑结构中被称为网络节点。
通信线路为通信处理机之间以及通信处理机与主机之间提供通信信道。
计算机网络组成
资源子网
通信子网
早期
主机和终端
服务器和客户机
现代
CCP（通信控制）和通信线路
路由器和通信线路
二．现代网络结构的特点
注：
1.微型计算机通过局域网连入广域网，而局域网与广域网、广域网与广域网的互联是通过路由器实现的
2.Internet：
由路由器互联的大型、层次结构的互联网络
1．按传输技术分为：
①广播式网络 ②点对点式网络
Ⅰ.采用分组存储转发与路由选择是点对点式网络与广播网络的重要区别之一。
Ⅱ.广播式网络是指一个公共的通信信道被多个网络结点共享，
对应的网络拓扑结构有树型、环型、总线型、无线通信与卫星通信。
Ⅲ.点对点线路是指每条物理线路连接两个结点。
对应的拓扑结构有树型、环型、星型与网状型。
注：
网络拓扑结构：
主要指通信子网的拓扑构型。
通过网中节点与通信线路之间的几何关系表示网络结构。
2．按覆盖地理范围和规模分：
局域网（LAN）、广域网（WAN）、城域网（MAN）、
㈠、局域网的特点和主要技术
1.范围比较小，一般在10公里以内，一般一个单位所有，比较容易使用和维护，高数据传输率。
2.主要技术：
以太网、令牌总线、令牌环网
3.从介质访问角度可分为共享式局域网和交换式局域网；从使用的传输介质类型的角度看，可以分为有线介质的局域网和适用无线介质通信信道的局域网。
交换式局域网通过局域网交换机，可以在它的多个端口之间建立多个并发连接，来提高局域网带宽。
4.从局域网应用的角度来看，局域网的主要特点如下：
①地理覆盖范围有限，适用于学校、机关、工厂的需求。
②数据传输速率高、误码率低。
③易于建立、维护和扩展。
④局域网可以用于感人计算机局域网、大型计算设备群的后端网络与存储区域网络、高速办公室网络、企业与学校的主干局域网。
5.局域网是城域网和广域的基础。
㈡、城域网的特点和主要技术
特点：
1．满足几十公里范围内的多个局域网的互联，以实现大量用户之间的数据、语音、图形与视频等多种信息传输。
2.介于局域网和广域网之间的一种高速网络,我们现在用的宽带（以太接入方式）便属城域网。
技术：
1．早期：
FDDI：
光纤分布式数据接口,其协议是802.3与802.5。
2．现在：
传输介质：
光纤
交换结点：
基于IP的高速路由交换机和ATM交换机
体系结构：
采用核心交换层、业务汇聚层、接入层3层模式
㈢、广域网的特点和主要技术
1.作用范围:
几十到几千公里，可覆盖一个国家、地区、或横跨几个洲.
现在用的internet便属于广域网。
2.广域网的通信子网：
可以利用公用分组交换网、卫星通信网和无线分组交换网互联
3.广域网扩大了资源共享的范围，局域网增强了资源共享的深度。
4.用户机可以通过局域网方式接入，也可以选择公用电话交换网、有线电视网、无线网络或者无线局域网方式接入到作为地区级主干网的城域网。
城域网又通过路由器与光纤接入到作为国家级或区域主干网的广域网。
5.大量的微型计算机通过局域网联入广域网，局域网与广域网、广域网与广域网的互联是通过路由器实现的。
3.按使用范围分：
公用网、专用网
公用网：
在国内用得最多的163、169、169均属公用网
专用网：
军网、校园网
4.按拓扑结构可分：
星型网、总线网、环型网、树型网、混合网等。
①总线型:
结构是用一条共用的网线（一般采用细缆线）来连接所有的计算机。
它的优点是成本低廉，布线简单，但有一个致命的缺点便是整个网络任何一个节点发生故障，整个网络将瘫痪。
这种拓扑结构逐渐被淘汰。
10台以下计算机比较适合总线型组网，10台以上便维护麻烦，且易出故障。
②星型网：
是所有计算机都接到一个集线器（或是交换机、路由器等），通过集线器在各计算机之间传递信号。
它的优点便是网络局部线路故障只会影响局部区域，不会导致整个网络瘫痪，维护方便。
缺点便是成本较高（相对而言）。
从上述内容大家可以看出，总线型不用集线器，而星形则至少要有一个集线器，才能使网络运转，从而增加了这部分的开支。
星型组网比较流行，它适合任意台计算机组网。
③环型网：
结构只有IBM公司采用，目前用的比较少，笔者认为也不是将来的趋势。
④树型网：
星型拓扑的扩展。
节点按层次进行链接，信息交换主要在上、下节点之间进行，相邻及同层节点之间一般不进行数据交换或数据交换量小。
它适用于汇集信息的应用要求。
⑤混合网：
各种拓扑结构的综合应用，现在用得最广，最有效的一种方式。
2．2.3计算机网络的拓扑结构
一、计算机网络拓扑的定义：
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（把网络中的计算机以及各种设备都看作为一个“点”，而连接各设备的电缆看作为“线”，这样点和线的不同组合形式就构成了不同的几何图形，这种几何图形称为网络拓扑结构。
），反映出网络中各实体间的结构关系。
拓扑设计是建设计算机网络的第一步，也是实现各种网络协议的基础，它对网络性能、系统可靠性、通信费用有重大影响。
计算机网络拓扑主要是指通信子网的拓扑构型。
二、网络拓扑的分类：
根据通信子网中通信信道的类型，网络拓扑可以分为两类：
广播信道通信子网的拓扑与点对点线路通信子网的拓扑。
①广播信道通信子网的拓扑：
一个公共的通信信道被多个网络结点共享。
采用广播信道通信子网的基本拓扑构型有4种：
（不可能存在网状型拓扑）
总线型，树型，环型，无线通信与卫星通信型。
②点对点线路的通信子网的拓扑：
每条物理线路连接两个结点。
采用点对点线路的通信子网的基本拓扑构型有4种：
（不可能存在总线型）
星型，环型，树型，网状型。
1.星型拓扑
①结点通过点对点通信线路与中心结点连接，中心结点控制全网的通信，任何两结点之间的通信都要通过中心结点。
②优点：
结构简单，容易在网络中增加新的站点，易于实现和管理
③缺点：
网络的中心结点是全网可靠性的瓶颈，中心节点的故障可能会引起整个网络瘫痪。
2．环型拓扑
①结点通过点对点通信线路连接成闭合环路，环中数据将沿一个方向逐站传送。
②优点：
结构简单，传输延时确定。
③缺点：
环中每个结点与连接结点之间的通信线路都会成为网络可靠性的瓶颈。
环中任何一个结点出现线路故障，都可能造成网络瘫痪。
为了保证环的正常工作，需要进行比较复杂的环围护处理。
环结点的加入和撤出过程都比较复杂。
3．树型拓扑
①可看成是星型拓扑的一种扩展,结点按层次进行连接，信息交换主要在上、下结点之间进行，相邻及同层结点之间一般不进行数据交换或数据交换量小
②适用于汇集信息的应用要求
4．网状型拓扑
①又称无规则型，结点之间的连接是任意的，没有规律
②优点：
系统可靠性高，
③缺点：
结构复杂，必须采用路由选择算法与流量控制方法
④目前存在与使用的广域网结构基本上都是采用网状拓扑构型
2.2.4描述计算机网络传输特性的参数
描述计算机网络中数据通信的基本技术参数有两个：
数据传输速率与误码率
一、数据传输速率
⒈定义：
在数值上等于每秒钟传输构成数据代码的二进制比特数,
对于二进制数据,数据传输速率为:
S=1/T（bps）,其中,T为发送每一比特所需要的时间.
⒉单位为比特/秒（bit/second）,记作bps.
常用的数据传输速率的单位还有Kbps、Mbps、Gbps和Tbps。
⒊换算关系：
1000进制，如：
1Kbps=1×1000bps
二、带宽与数据传输速率：
奈奎斯特定理与香农定理从定量的角度描述了‘带宽’与‘速率’的关系。
（带宽：
某个信号具有的频率宽度，单位是赫兹（Hz））
⑴奈奎斯特定理：
信号在无噪声情况下的最高速率与带宽关系的公式。
（任何通信信道都不是理想的，信道带宽总是有限的）
信号在无噪声的信道中传输时,对于二进制信号的最大数据传输率Rmax与通信信道带宽B（B=f，单位是Hz）的关系可以写为：
Rmax=2*f（bps）
⑵香农定理：
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.
在有随机热噪声的信道上传输数据信号时，最大数据传输率Rmax与信道带宽B，信噪比S/N关系为：
Rmax=B·log2（1+S/N）
其中：
Rmax的单位为bps，B为信道带宽，单位Hz。
S为信号功率，N为噪声功率。
信噪比（dB）与信噪比（S/N）之间的换算关系：
信噪比（dB）=10log10（S/N）
例如，求信噪比为30dB，带宽为4kHZ的信道最大数据传输速率。
（注意这里给出的是以为dB单位的信噪比，而不是直接给出信噪比S/N，无单位）
由30（dB）=10log10（S/N），得出S/N=1000.
再由Rmax=B·log2（1+S/N），得Rmax=4×log2（1+1000）≈40kbit/s
三、误码率的定义：
误码率是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：
Pe=Ne/N（传错的除以总的）其中：
N：
传输总码元数；Ne：
传输出错的码元
（1）误码率应该是衡量数据传输系统正常工作状态下传输可靠性的参数.
（2）对于一个实际的数据传输系统,不能笼统地说误码率越低越好,要根据实际传输要求提出误码率要求;在数据传输速率确定后,误码率越低,传输系统设备越复杂,造价越高.
（3）对于实际数据传输系统,如果传输的不是二进制码元,要折合成二进制码元来计算.
（4）差错的出现具有随机性,在实际测量一个数据传输系统时,只有被测量的传输二进制码元数越大,才会越接近于真正的误码率值.
计算机网络中，误码率通常要求低于10-6，通信系统达不到，需要进行差错控制。
2.3分组交换技术
2.3.1电路交换的基本概念
1.在早期广域网的通信子网数据交换方式中，可以采用的方法基本可以分为两类：
电路交换和存储转发交换。
电路交换方式与电话交换的工作过程类似。
2.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
（1）线路建立：
两台主机要传输数据，首先通过子网建立两台主机之间的线路连接。
（2）数据传输：
线路连接后，可以实现实时、双向的交换数据。
（3）线路释放：
数据传输结束后，原点想目的主机发送释放请求，目的同意后逐步释放连接。
3.电路交换方式的优点是：
通信实时性强，适用于交互式会话类通信。
4.电路交换方式的缺点是：
对突发性通信不适应，系统效率低，同时不具备数据存储能力和差错控制能力，不能平滑通信量，也无法发现和纠正传输过程中发生的差错。
因此，在进行电路交换研究的基础上，人们提出了存储转发交换方式。
2.3.2存储转发交换
（存储转发交换也是一种早期广域网中使用的数据交换方式）
1.存储转发交换与电路交换的区别：
①它将发送的数据与目的地址、源地址、控制信息按照一定的格式组成一个数据单元（报文或报文分组）进入通信子网
②通信子网中的结点是通信控制处理机，负责完成数据单元的接收、差错验证、存储、路由选择和转发功能。
存储转发交换方式分为报文交换和报文分组交换。
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：
报文与报文分组。
Ⅰ.报文交换中不控制数据的长度，在发送数据时，只把数据当作一个逻辑单元，在数据中加上目的地址、源地址与控制信息后，按一定格式打包后组成一个报文
Ⅱ.分组交换则限制数组的最大长度，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顺序重新组织成报文。
2.存储转发交换方式，它克服了电路交换方式的缺点，具有明显的优点。
①通信子网的路由器可以存储分组，因此多个分组可以共享通信信道，线路利用率高。
②路由器具有路由选择功能，可以动态选择分组通过通信子网的最佳路径，同时可以平滑通信量，提高系统的效率。
③分组在通过通信子网中的每个路由时，都需要进行差错检查和纠错处理，因此可以减少传输错误，提供系统的可靠性。
④路由器可以对不同通信速率的线路进行速率转换，也可以对不同的数据代码格式进行转换。
2.3.3数据报方式和虚电路方式
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
一、数据报方式:
数据报是报文分组存储转发的一种形式。
在数据报方式中，分组传输不需要预先在源主机和目的主机之间建立“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。
1.具体步骤：
①源主机将报文分成若干个分组，发送给直接相连的处理机，收到的处理机存储分组；
②每个收到分组的处理机都进行差错检验，然后收到分组的处理机向发送处理机返还确认信息。
③如果分组发送正确，源处理机丢弃副本然后进行路径选择发送给下一个处理机。
④如果分组发送错误，则要求重发；
⑤直到到达目的地。
2.数据报方式具有以下特点：
①同一报文的不同分组可能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节点可能出现乱序、重复或丢失现象。
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。
二、虚电路方式：
虚电路方式试图将数据报和电路交换方式结合起来，发挥其各自的优点，以达到最佳的数据交换效果。
1.虚电路方式在分组发送前，在发送方和接收方之间建立一条逻辑连接的虚电路，在这点上与电路交换方式类似，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。
2.在数据传输阶段，利用已经建立的虚电路以存储转发方式顺序传送分组，在这点上与数据报方式类似。
3.虚电路方式主要有以下特点。
①在每次分组传输前，需要在源主机和目的主机之间建立一条逻辑电路，而不需要真正去建立一条物理连接。
②一次通信的所有分组都通过虚电路顺序传递，因此分组中不必带目的地址、源地址等信息，分组到达目的结点时不会出现乱序、重复或丢失现象。
③分组通过虚电路上的每个节点时，结点只需要进行差错校验，不需进行路由选择。
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。
⒋虚电路与
升级会员 