大学计算机基础第七章讲义.docx
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大学计算机基础第七章讲义
第七章Internet与Intranet
内容综述：
计算机网络的出现是20世纪最伟大的科学成就之一，而计算机网络的发展速度又超过了世界上任何一种其他科学技术的发展速度。
计算机网络以及它的代表性产品—Internet则已经开始在世界范围内连接不同专业、不同领域的组织机构和人员，成为人们打破时间和空间限制的有力手段。
第一节网络互连与Internet
Internet就是因特网，是以美国国家科学基金会NSF（NationalScienceFoundation）的主干网NSFnet为基础的计算机互联网。
Internet遵循TCP/IP协议，将全球大大小小的各种计算机网络互连起来成为全球最大的计算机网络。
一、网络互连
1.1、网络互连（Interconnection）的概念：
利用网络设备把不同的网络连接起来，让不同网络整的计算机能够相互通信。
1.2、网络互连的目的：
1.2.1解决网络长度的物理限制。
1.2.2提高网络效率和管理。
1.2.3人们使用的计算机网络的各种不同体系结构间的兼容。
注意：
通过互连设备连接起来的两个网络之间要进行通信，网络上的计算机使用的协议必须在某一个协议层以上是一致的。
1.3、网络互连设备与互连方式：
1.3.1网络互连设备
1.3.1.1中继器（Repeater）：
中继器是网络物理层上面的连接设备。
适用于完全相同的两类网络的互连，主要功能是通过对数据信号的重新发送或者转发，来扩大网络传输的距离，用来防止信号在不同的网络中的衰减。
1.3.1.2集线器（HUB）：
“Hub”是“中心”的意思，集线器的主要功能是对接收到的信号进行再生整形放大，以扩大网络的传输距离，同时把所有节点集中在以它为中心的节点上。
它工作于OSI（开放系统互联参考模型）参考模型第一层，即“物理层”。
集线器与网卡、网线等传输介质一样，属于局域网中的基础设备，采用CSMA/CD（一种检测协议）访问方式。
集线器属于纯硬件网络底层设备，基本上不具有类似于交换机的"智能记忆"能力和"学习"能力。
它也不具备交换机所具有的MAC地址表，所以它发送数据时都是没有针对性的，而是采用广播方式发送。
也就是说当它要向某节点发送数据时，不是直接把数据发送到目的节点，而是把数据包发送到与集线器相连的所有节点，如图7-1所示。
图7-1HUB的广播数据传输
1.3.1.3交换机（Switch）：
交换机（Switch）也叫交换式集线器，是一种工作在OSI第二层（数据链路层，参见“广域网”定义）上的、基于MAC（网卡的介质访问控制地址）识别、能完成封装转发数据包功能的网络设备。
它通过对信息进行重新生成，并经过内部处理后转发至指定端口，具备自动寻址能力和交换作用。
交换机不懂得IP地址，但它可以“学习”MAC地址，并把其存放在内部地址表中，通过在数据帧的始发者和目标接收者之间建立临时的交换路径，使数据帧直接由源地址到达目的地址。
交换机上的所有端口均有独享的信道带宽，以保证每个端口上数据的快速有效传输。
由于交换机根据所传递信息包的目的地址，将每一信息包独立地从源端口送至目的端口，而不会向所有端口发送，避免了和其它端口发生冲突，因此，交换机可以同时互不影响的传送这些信息包，并防止传输冲突，提高了网络的实际吞吐量。
1.3.1.4路由器（Router）：
路由器是一种具有多个输入端口和多个输出端口的专用计算机，起任务是转发分组。
换句话说，将路由器某个输入端口收到的分组，按照分组要去的目标主机，将该分组从某个合适的输出端口转发到下一个路由器，下一个路由器仍然按照这种方法处理分组，直到到达目标主机为止。
下图是路由器的典型框图。
图7-2路由器的典型框图
1.3.1.5网关（Gateway）：
网关又称网间连接器、协议转换器。
网关在传输层上以实现网络互连，是最复杂的网络互连设备，仅用于两个高层协议不同的网络互连。
网关的结构也和路由器类似，不同的是互连层。
网关既可以用于广域网互连，也可以用于局域网互连。
1.3.2网络互连方式：
1.3.2.1通过中继系统实现网络互连
图7-3通过中继系统实现网络互连
常用的中继设备有中继器、集线器、交换机、路由器和网关，在互连网中，许多不同类型的网络都是通过许许多多的路由器连接起来的。
当主机A要向另一个主机B发送数据时，先要检查目的主机B是否与源主机A连接在同一个网络上。
如果是，就将数据直接交付给目的主机B而不需要通过路由器。
但如果目的主机C或D与源主机A不是连接到同一个网络上，则应将数据发送到本网络上的某个路由器，该路由器按照转发表指出的路由将数据发给下一个路由器，然后将数据发送到目的主机C或D上，这就叫间接交付。
如图7-3。
可见离开路由器无法在互连网上发送数据。
1.3.2.2通过互联网进行网络互连
图7-4通过互连网实现网络互连
互联网络的数目较多时，常用的方法是：
先用网关构成一个互联网，并制定一个共同遵守的数据格式（协议），再把各个网络联接到网关上，于是就形成了互联网络，如图7-4所示。
该方式在数据从源到目的地必须进行两次协议转换，即：
源网络协议→互联网协议；互联网协议→目的网络协议。
二Internet的发展历史
2.1、Internet的起源
Internet是在美国较早的军用计算机网ARPAnet的基础上经过不断发展变化而形成的。
Internet的起源主要可分为以下几个阶段：
2.1.1Internet的雏形形成阶段。
1969年，美国国防部研究计划管理局（ARPA--AdvancedResearchProjectsAgency）开始建立一个命名为ARPANET的网络，当时建立这个网络的目的只是为了将美国的几个军事及研究用电脑主机连接起来，人们普遍认为这就是Internet的雏形。
2.1.2发展Internet时沿用了ARPANET的技术和协议
2.1.3Internet的发展阶段美国国家科学基金会（NFS）在1985开始建立NSFNET。
NSF规划建立了15个超级计算中心及国家教育科研网，用于支持科研和教育的全国性规模的计算机网络NSFNET，并以此作为基础，实现同其他网络的连接。
NSFNET成为Internet上主要用于科研和教育的主干部分，代替了ARPANET的骨干地位。
2.1.41989年MILNET（由ARPANET分离出来）实现和NSFNET连接MILNET（由ARPANET分离出来）实现和NSFNET连接后，就开始采用Internet这个名称。
自此以后，其他部门的计算机网相继并入Internet，ARPANET就宣告解散。
1.5Internet的商业化阶段90年代初，商业机构开始进入Internet，使Internet开始了商业化的新进程，也成为Internet大发展的强大推动力。
2.2、Internet的发展阶段
2.2.1实验研究阶段（1969年-1985年）。
1969,ARPA,美国国防科研用网ARPANET。
2.2.2学术性网络（1986年-1995年）。
1986，美国国家科学基金会（NSF）建立了NSFNET,即以ARPANET为基础的学术性网络。
1995年NSFNET从学术性转化为商业网络。
2.2.3商业化网络（1997年以后）。
以达到5000万用户为例，电视用了13年，收音机用了38年，电话更长。
而Internet只用了4年时间。
Internet正在以超过摩尔定理的速度发展。
2.2.4高速信息网络。
以1992年美国政府的“国家信息基础设施NII”及1993年西方七国的“全球信息基础设施GII”为里程碑，全球进入高速信息网络技术的研究。
2.3、信息高速公路
国家信息基础设施（NationalInformationInfrastructure,NII）是各种相关硬件、软件、技能的综合，是一个由通信网、计算机、信息资源、用户信息设备与人构成互联互通的信息网络。
它可以把人、家庭、学校、图书馆、医院、政府与企业一一关联起来。
通过它可以获得各种各样公用和专用的信息，可以传送音频、数据、图文、视像和多媒体等各种形式的信息。
它使人与人之间、人与计算机和业务机构之间的联系更加迅捷而便利。
因而人们形象地称它为“信息高速公路”。
下一代的互联网与第一代互联网的区别在于：
更大、更快、更安全、更及时、更方便。
更大：
下一代互联网将逐渐放弃Ipv4，启用Ipv6地址协议（二者的区别类似于电话号码的升级）。
建成之后，它几乎可以给家庭中的每一个可能的家电产品分配一个IP地址，从而让数字化生活变成现实。
更快：
与现在的网络传输速度相比，下一代互联网将提高1000—10000倍。
2.4、Internet中国网的基本情况
我国Internet的发展经历了三个阶段：
第一阶段（1987年~1993年）实现了与Internet电子邮件的连通；
第二阶段（1994年~1995年）实现了Internet的TCP/IP连接，提供了Internet的全能服务；第三阶段（1995至今），开始了以CHINANET作为中国Internet主干网的阶段。
我国制订了“应用为主导、面向市场、联合共建、资源共享、技术创新、竞争开放”的方针，国家信息基础设施CNII计划于2020年建成。
目前我国已初步建成了光缆、微波和通信卫星所构成的通达各省、自治区、直辖市的主干信息网络，但是其速度和密度均未达到信息高速公路的要求。
创建和发展国家地球空间数据基础设施已作为“十五”的重大建设项目。
2.4.1中国公用计算机互联网（CHINANET）
CHINANET（ChinaPublicComputerNetwork）由邮电部主管。
其主干网覆盖全国各省（市），并在北京（170M）、上海（214M）和广州（327M）三个城市接入国际Internet，其主要服务对象为科研、教育领域和部分信息服务公司，可以提供接入Internet的服务、信息服务等。
2.4.2中国国家计算机与网络设施（NCFC）
NCFC（TheNationalComputerandNetworkingFacilityofChina）亦称中国科技网（CSTNET），由中科院主持，联合北京大学、清华大学共同建设的全国性的网络，如图7-6所示。
该工程于1990年4月启动，1993年正式开通与Internet的专线连接，1994年5月21日完成了我国最高域名cn主要服务器的设置。
标志着我国正式接入Internet。
其主导思想是为科研、教育和非盈利性政府部门服务，提供科技数据库、科研成果、信息服务等。
目前已经连接了全国各主要城市的上百个研究所。
2.4.3中国教育和科研计算机网（CERNET）
CERNET（ChinaEducationandResearchNetwork）是1994年由国家计委，国家教委组建的一个全国性的教育科研基础设施。
CERNET完全是由我国技术人员独立自主设计、建设和管理的计算机互联网。
它主要为高等院校和科研单位服务，其目标视建立一个全国性的教育科研信息基础设施，利用计算机技术和网络技术把全国大部分高校和有条件的中小学连接起来，推动教育科研信息的交流和共享，为我国信息化建设培养人才。
2.4.4CERNET分四级管理，分别是：
全国网络中心；地区网络中心和地区主结点；省教育科研网；校园网，CERNET全国网络中心设在清华大学，负责全国主干网的运行管理。
地区的网络中心作为主干网的结点负责本地区校园网的接入。
CERNET已经有28条国际和地区性信道，与美国、加拿大、英国、德国、日本和香港特区联网，总带宽达到447Mb/s。
与CERNET联网的大学、中小学等教育和科研单位达1000多家，联网主机120万台，个人用户达到800多万人。
是我国最大的公益性互联网络。
CHRNET在全国第一个实现了与国际下一代高速网Internet2的互联。
2004年3月，第二代CERNET2已正式开通。
2.4.5中国国家公用经济信息通信网（CHINAGBN）
自1993年开始建设的CHINAGBN（ChinaGoldenBridgeNetwork）即金桥网，是配合中国的四金工程[金税（即银行）、金关（即海关）、金卫（即卫生部）和金盾（即公安部）]的计算机网络。
CHINAGBN以卫星综合数字业务网为基础，以光纤、无线移动等方式形成的立体网络结构，覆盖全国各省市与自治区。
目前已经建成了金桥网控制中心与首批网络分中心，并已在全国24个省市联网开通。
与CHINANET一样，CHINAGBN也是可在全国范围内提供Internet商业服务的网络。
小结
本节内容主要讲述了网络互连的基本知识，以及INTERNET的相关知识，大家要对相关概念和术语要掌握。
第二节接入Internet
图7-5Internet的连接方式
对于Internet用户而言，接入Internet的方式有两种：
即局域网和电话拨号。
两种入网的方式分别对应于两种计算机通信的数据传输模式，即同步传输和异步传输。
对于想要加入Internet的用户，首先要选择提供Internet服务的提供商（InternetServiceProvider,ISP），它是众多企业和个人用户接入Internet的驿站和桥梁。
国内最大的ISP有四个，他们是中国教育和科研网（CERNET）、中国科技网（CSTNET）、中国公用互联网（CHINANET）和中国金桥信息网（CHINAGBN）。
前两个是学术网络，可以为教育和科研单位、政府部门及其它非盈利社会团体提供接入Internet的服务；后两者是商业网络，为全社会提供Internet服务。
Internet接入方式可以从不同角度来分类。
从通信介质角度来看，有专线接入和拨号接入；从组网架构角度来看，连接方式可分为单机连接和局域网连接。
事实上，与Internet的接入只有三种方法，即通过局域网和路由器设备与ISP连接进入Internet、通过电话线路以及调制解调器与路由器连接之后进入Internet，以及通过ISDN设备与Internet连接，如图7-8所示。
一、单机连接方式
单机连接方式由拨号用户主机、电话线路和ISP提供的远程服务器组成，它是遵循TCP/IP协议中的电话线传输数据的通信协议，通过计算机通信软件，建立用户和服务器点到点的连接，在电话线上传输分组信息包。
在用户和远程服务之间建立连接时需要配置一下参数：
（1）用户主机配置参数：
连接Modem的串行端口，Modem的产品类型、传输速率等。
本机的IP地址、主机名及所属域名等。
由于目前ISP都是采用动态分配地址的方法，预先配置的本机IP地址没有实际意义。
（2）远程服务器配置参数：
ISP提供的电话号码，呼叫持续时间等参数。
ISP为用户开设的账户：
用户名和口令。
通信软件支持的协议SLIP和PPP。
能为用户提供域名的域名服务器DNS的IP地址。
二、局域网连接方式
将LAN接入Internet的方法很多，可以分为软件方法和硬件方法两类。
2.1.用软件方法实现LAN的接入
软件方法是利用代理服务器（ProxyServer）软件实现小型LAN的接入。
此时需以下条件：
（1）在LAN的网络服务器上安装相应的代理服务器软件，并且每台机器上都有Proxy的设置项。
（2）将装有代理服务器软件的服务器通过一条电话线和解调器连接到PSTN上，这样便可以通过电话拨号入网。
（3）向本地的ISP申请一个静态的IP地址和一个域名，将该IP地址分配给服务器。
2.2.用硬件的方式实现LAN的接入
硬件方法是利用路由器等硬件来实现大、中型LAN的接入。
大、中型的LAN如果想获得最好的访问速率，需采用硬件方式接入Internet。
在硬件方式中又可分为专线方式和电话拨号方式两种。
（1）专线方式：
这是对Internet访问最快的一种接入方式。
通常需要一个路由器，并使用专线与Internet相连。
但该方式价格高，构造复杂且需要专业人员进行维护，一般较少采用。
（2）电话拨号方式：
为了降低费用，不少厂商已经开发出价位较低的，可以通过电话拨号方式访问Internet的专用硬件设备。
该设备实际上是以硬件的方式完成代理服务功能，且具有路由功能，因此可称此类设备为代理路由器（ProxyRoute）。
小结
本节内容主要讲述了接入Internet的方法与相关知识。
第三节IP地址
IP地址（InternetProtocolAddress），也称作网际地址。
通过IP地址就可以访问到每一台主机。
IP地址由32位表示，包含4个字节，每个字节间用圆点“.”分隔，每个字节都不大于256。
为了表示方便，通常将每个字节用其等效的十进制数字表示，例如：
IP地址可以是
10000000.00001011.00000011.00011111或者128.11.3.31
IP地址是层次性的地址，分为网络地址（又叫网络ID）和主机地址（又叫主机ID）两个部分。
处于同一处网络内的各主机，其IP地址中的网络地址部分是相同的，主机地址部分则标识了该网络中的某个具体节点，如工作站、服务站、路由器或其它TCP/IP设备等。
一、IP地址的分类
IP地址分为5类：
A类、B类、C类、D类和E类。
其中A类、B类、C类地址是单目传送（unicast）地址，D类地址为组播（Multicast）地址，E类地址保留，以备将来的特殊用途。
如表7-1所示。
表7-1IP地址分类表
类别
网络ID值
网络ID
主机ID
网络数量
每个网络上主机数量
A
1–126
第一个字节
第二、三、四个字节
126
16777214
B
128–191
前两个字节
第三、四个字节
16384
65534
C
192–223
前三个字节
第四个字节
2097152
254
D
224–239
为多路广播保留
N/A
N/A
N/A
E
240–254
为实验性应用保留
N/A
N/A
N/A
网络地址127是用来做循环测试用的，不可做其他用途。
例如，可利用ping127.0.0.1命令进行循环测试,以检查网卡和驱动程序是否正常工作。
如果IP地址的4个字节中出现255，表示广播，例如，发送信息给255.255.255.255，表示将信息给网络中的每一台主机。
IP地址中的第四个字节不可为0。
二、子网（subnet）与掩码（mask）
由于IP地址只有32位，对于A、B两类编码方式，经常会遇到网络编码范围不够的情况。
为了解决这个问题，可以在IP编址中增加一个子网标识成分，此时的IP地址应包含网络标识、子网标识和主机标识三个部分，其中的子网标识占用一部分主机标识，至于占几位可视具体情况而定。
在组建计算机网络时，通过子网技术将单个大网划分为多个小的网络，并由路由器等网络互联设备连接，可以减轻网络拥挤，提高网络性能。
在TCP/IP中是通过子网掩码来表明本网是如何划分子网的。
子网掩码也是一个32位二进制数，用圆点分隔成四段。
其标识方法是：
IP地址中网络和子网部分用二进制数1表示；主机部分用二进制数0表示。
A、B、C三类IP地址的缺省子网掩码如下：
A类：
255.0.0.0
B类：
255.255.0.0
C类：
255.255.255.0
对划分了子网的网络不能采用缺省子网掩码，而必须根据其划分的情况来确定。
将子网掩码和IP地址进行“与”运算，就可以区分一台计算机是在本地网络还是远程网络上。
如果两台计算机IP地址和子网掩码“与”运算后结果相同，则表示两台计算机处于同一网络内。
三、默认网关地址
默认网关地址指定了本地子网中路由器的IP地址。
如果发送数据的计算机发现目的地址不处于本地子网之内，就会将数据发送给默认网关，而不是直接发送给目的计算机。
如果一个路由器用于连接两个不同的网络，那么它就有两个网络接口和两个IP地址，如图7-6所示，A网络上的计算机默认网关地址配置必须和路由器X连接到A网络的接口的IP地址（192.168.0.1）匹配，B网络的计算机的缺省网关地址配置也必须和路由器X连接到B网络的接口的IP地址（210.43.0.1）匹配。
图7-6默认网关地址的配置
第四节域名系统原理
域名系统（DomainNameSystem，DNS）在Internet中使用的分配名字和地址的机制。
域名系统允许用户使用友好的名称而不是IP来访问Internet上的主机。
如访问北大主页，我们使用，而不是直接使用其IP地址“192.105.129.12”。
显然，前面的名字好记。
在Internet早期，整个网络上的计算机数目有限。
如果要使用一个对照文件，列出所有主机名称和其对应的IP地址，用户只要输入主机的名称，计算机就可以很快地将其转换成IP地址。
但是随着网上主机数目的迅速增加，如果仅使用一台域名服务器来负责域名到IP地址的转换，一方面该域名服务器的负荷过重，另方面如果该服务器出现故障，域名解析将全部瘫痪。
为此，自1983年起，Internet开始采用一种树状、层次化的主机命名系统，即域名系统DNS。
域名系统DNS是一个遍布在Internet上的分布式主机信息数据库系统，采用客户机／服务器的工作模式。
域名系统的基本任务是将文字表示的域名，如www．metahouse．com，“翻译”成IP协议能够理解的IP地址格式，如123．23．43．121，亦称为域名解析。
域名解析的工作通常由域名服务器来完成。
域名系统是一个高效、可靠的分布式系统。
域名系统确保大多数域名在本地与IP地址进行解析，仅少数需要向上一级域名服务器请求，使得系统高效运行。
同时域名系统具有可靠性，即使某台计算机发生故障，解析工作仍然能够进行。
域名系统是一种包含主机信息的逻辑结构，它并不反映主机所在的物理位置。
同IP地址一样，Internet上主机的域名具有唯一性。
一、域名系统的分级结构
只有获得网上唯一的IP地址和对应的域名，计算机才能接入Internet。
按照Internet的域名管理系统规定，入网的计算机应具有类似于下列结构的域名（非固定的）：
计算机主机名．机构名．网络名．顶级域名
与IP地址格式相同，域名的各部分之间也用“．”隔开。
例如北京大学的主机域名为：
。
其中：
www表示这台主机的名称；puk表示北京大学；edu表示教育机构；cn表示中国。
域名系统负责对域名进行转换，为了提高转换效率，Internet上的域名采用了一种由上到下的层次关系。
在最顶层的称为顶级域名。
顶级域名目前采用两种划分方式：
以所从事的行业领域作为顶级域名；以国别作为顶级域名。
以行业领域作为顶级域名的行业见表7-2。
美国没有自己的国别顶级域名，通常所见到的是采用行业领域的顶级域名。
相对于国别顶级域名，行业领域的顶级域名称为国际域名。
顶级域名由Internet网络中心负责管理。
在国别顶级域名下的二级域名由各个国家自行确定。
我国顶级域名cn由CNNIC负责管理，在cn下可由经国家认证的域名注册服务结构注册二级域名。
我国将二级域名按照行业类别或行政区域来划分。
行业类别大致分为ac（科研机构）、com（商业企业）、edu（教育机构）、gov（政府部门）、net（网络机构和中心）等；行政区域二级域名适用于各省、自治区、直辖市，共34个，采用省市名的简称，如bj为北京市，sh为上海市，gd为广东省等。
自2003年始，在我国国家顶级域名cn下也可以直接申请注册二级域名，由CNNIC负责管理。
表7-2行业领域的顶级域名
com一商业
edu一教育机构
gov一政府机构
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