计算机网络基础知识学习资料2.docx
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计算机网络基础知识学习资料2
计算机网络基础知识
1、什么是计算机网络
计算机网络，是指将地理位置不同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，网络管理软件及网络通信协议的管理和协调下，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。
计算机网络的发展经历了面向终端的单级计算机网络、计算机网络对计算机网络和开放式标准化计算机网络三个阶段。
2、计算机网络的结构组成
一个完整的计算机网络系统是由网络硬件和网络软件所组成的。
网络硬件是
计算机网络系统的物理实现，网络软件是网络系统中的技术支持。
两者相互作用共同完成网络功能。
1网络软件二网络操作系统+通信软件+网络通信协议
2网络硬件二网络拓朴结构+网络服务器+网络工作站+传输介质+网络设备
■络服务器：
是网络的核心，为使用者提供了主要的网络资源。
网络服务器应是一台功能较强的计算机，一般用高档微型机或小型机作服务器。
与一般计算机相比主要区别：
一是运算速度快；二是存储容量（包括内存和硬盘）大；三是可靠性、稳定性好。
另外，为了保证数据的安全，一般服务器应装两套完全相同的硬盘，且处于热备份状态。
服务器一般分为文件服务器和打印服务器现类。
酗络工作站（客户机）:
是指供用户直接使用入网的计算机，只要求一般的计算机即可。
但在硬件上应配备网卡，软件上配备相应的网络软件。
■!
信处理机：
一方面作为资源子网的主机、终端连接的接口，将主机和终端连入网内；另一方面它又作为通信子网中分组存储转发结点，完成分组的接收、校验、存储和转发等功能。
■言息变换设备：
对信号进行变换，包括：
调制解调器、无线通信接收和发送器、用于光纤通信的编码解码器等。
■卡：
网络与计算机相连的接口电路。
网卡是连接计算机与网络的基本硬件设备。
网卡插在计算机或服务器扩展槽中，通过网络线（如双绞线、同轴电缆或光纤）与网络交换数据、共享资源。
由于网卡类型的不同，使用的网卡也有很多种。
如以太网、FDDI、AIM、
无线网络等，但都必须采用与之相适应的网卡才行。
目前，绝大多数网络都是以太网连接形式，使用的便是与之配套的以太网网卡。
网卡虽然有多种，不够有一个共同点就是每块网卡都拥有唯一的ID号，也叫做MAC地址（48位），MAC地址被烧录在网卡上的ROM中。
安装网卡后，还要进行协议的配置。
例如，IPX/SPX协议、TCP/IP协议。
网卡的功能：
网卡的功能主要有两个，一是将计算机的数据进行封装，并通过网线将数据发送到网络上；二是接收网络上传过来的数据，并发到计算机中。
网卡的分类：
按总线分类：
ISA总线、PCI总线、PCMCIA总线；
按端口分类：
RJ-45端口、AUI粗缆端口、BNC细缆端口。
按带宽分类：
10Mb/s、1000Mb/s、10/100Mb/s、1000Mb/s
■输介质：
是指连接计算机网络的信号线，是网络中信息传递的载体。
其性能好坏直接影响网络的运行，常用的介质有同轴电览、双绞线和光览等:
同轴电缆:
同轴电缆的核心部分是一根导线，导线外有一层起绝缘作用的塑性材料，再包上一层金属网，用于屏蔽外界的干扰，最外面是起保护作用的塑性外套。
同轴电缆的抗干扰特性强于双绞线，传输速率与双绞线类似，但它的价格接近双绞线的两倍。
同轴电缆分类：
A.细同轴电缆（RG58）,主要用于建筑物内网络连接；
B.粗同轴电缆（RG11）,主要用于主干或建筑物间网络连接；
对比项
细缆
粗缆
直径
0.25英寸
0.5英寸
传输距离
185米
500米
接头
BNC头、T型头
AUI
阻抗
50?
50?
应用的局域网
10BASE2
10BASE5
双绞线：
是两条相互绝缘的导线按一定距离绞合若干次，使得外部的电磁干扰降到最低限度，以保护信息和数据。
双绞线的广泛应用比同轴电缆要迟得多，但由于它提供了更高的性能价格比，而且组网方便，成为现在应用最广泛的铜基传输媒体。
缺点是传输距离受限。
双绞线分为非屏蔽双绞线（UTP）和屏蔽双绞线（STP）。
屏蔽双绞线外护套加金属材料，减少辐射，防止信息窃听，性能优于非屏蔽双绞线，但价格较高。
而且安装比非屏蔽双绞线复杂。
所以，在组建局域网时通常使用非屏蔽双绞线。
但如果是室外使用，屏蔽线要好些。
目前共有6类双绞线，各类双绞线均为8芯电缆，双绞线的类型由单位长度内的绞环数确定。
1类双绞线通常在局域网中不使用，主要用于模拟话音，传统的电话线即为
1类线；
2类双绞线支持4Mb/s传输速率，在局域网中很少使用；
3类双绞线用于10Mb/s以太网；
4类双绞线适用于16Mb/s令牌环局域网；
5类和超5类双绞线带宽可达100Mb/s，用于构建100Mb/s以太网，是目前最常用的线缆；
另外还有6类、7类，能提供更高的传输速率和更远的距离。
应用最广的是五类双绞线，最大传输率为100Mbps，最大传输距离100米。
双绞线的连接：
在制作网络时，要用的RJ-45接头，俗称“水晶头”的接
头，在将网络插入水晶头前，要对每条线排序。
根据EIA/TIA接线标准，RJ-45
接口制作有两种排序标准：
EIA/TIA568A标准的线序为：
白绿、绿、白橙、蓝、白蓝、橙、棕、白棕
EIA/TIA568B白棕的线序为：
白橙、橙、白绿、蓝、白蓝、绿、白棕、棕
另外，根据双绞线两端线序的不同，有两种不同的连接方法
直线连接法：
直线连接法是将电缆的一端按一定顺序排序后接入RJ-45接
头，线缆的另一端也用相同的顺序排序后接入RJ-45接头。
直接连接法通常用
于不同类型的设备的互相连接。
交叉连接法：
交叉连接法是线缆的一端用一种线序排列，如T568B标准线
序，而另一端用不同的线序，如T568A标准线序，这种线序用于连接同种设备。
具体连接情况如表
PC网卡
PC网卡（对等网）
交叉线
PC网卡
集线器Hub
直通线
集线器Hub
集线器Hub（普通口）
交叉线
集线器Hub
集线器Hub（级连口--级连口）
交叉线
集线器Hub
集线器Hub（普通口--级连口）
直通线
集线器Hub
交换机Switch
交叉线
集线器Hub（级连口）
交换机Switch
直通线
交换机Switch
交换机Switch
交叉线
交换机Switch
路由器Router
直通线
路由器Router
路由器Router
交叉线
光纤：
光缆则是由一组光导纤维组成的用来传播光束的、细小而柔韧的传输介质。
与其它传输介质相比较，光缆的电磁绝缘性能好，信号衰变小，频带较宽，传输距离较大。
光缆主要是在要求传输距离较长，布线条件特殊的情况下用于主干网的连接。
光缆通信由光发送机产生光束，将电信号转变为光信号，再把光信号导
入光纤，在光缆的另一端由光接收机接收光纤上传输来的光信号，并将它转变成
电信号，经解码后再处理。
光缆的最大传输距离远、传输速度快，是局域网中传输介质的姣姣者。
光缆是数据传输中最有效的一种传输介质。
它有以下几个优点：
频带极宽
（GB）;抗干扰性强（无辐射）；保密性强（防窃听）；传输距离长（无衰减）；电磁绝缘性能好；中继器的间隔较大。
主要用途：
长距离传输信号，局域网主干部分，传输宽带信号。
网络距离：
一般为2000米。
每干线最大节点数：
无限制。
光纤跳线连接：
在1000M局域网中，服务器网卡具有光纤插口，交换机
也有相应的光纤插口，连接时只要将光纤跳线进行相应的连接即可。
在没有专用仪器的情况下，可通过观察让交换机有光亮的一端连接网卡没有光亮的一端，让交换机没有光亮的一端连接网卡有光亮的一端。
多模光纤：
由发光二极管产生用于传输的光脉冲，通过内部的多次反射沿芯线传输。
可以存在多条不同入射角的光线在一条光纤中传输。
单模光纤：
使用激光，光线与芯轴平行，损耗小，传输距离远，具有很高的带宽，但价格更高。
在2.5Gb/s的高速率下，单模光纤不必采用中继器可传输数十公里。
■无线传输介质：
无线传输指在空间中采用无线频段、红外线激光等进行传输，不需要使用线缆传输。
不受固定位置的限制，可以全方位实现三维立体通信和移动通信。
目前主要用于通信的有：
无线电波、微波、红外、激光
计算机网络系统中的无线通信主要指微波通信，分为两种形式：
地面微波
通信和卫星微波通信。
无线局域网通常采用无线电波和红外线作为传输介质。
其中红外线的基本速率为1MB/S，仅适用于近距离的无线传输，而且有很强的方向性，而无线电波的覆盖范围较广，应用较广泛，是常用的无线传输媒体。
我国一般使用
2.4-2.4835GHZ频段的无线电波进行局域网的光线通信。
■集线器（HUB）:
集线器是目前使用较广泛的网络设备之一，主要用来组建星型拓扑的网络。
在网络中，集线器是一个集中点，通过众多的端口将网络中的计算机连接起来，使不同计算机能够相互通信。
集线器的基本功能是信息分发，它将一个端口收到的信号转发给其他所有端口。
同时，集线器的所有端口共享集线器的带宽。
当我们在一台10Mb/s带宽
的集线器上只连接一台计算机时，此计算机的带宽是10Mb/s;而当我们连接两台计算机，每台计算机的带宽是5Mb/s;当连接10计算机时，带宽则是1Mb/s。
即用集线器组网时，连接的计算机越多，网络速度越慢。
集线器按通信特性分为无源集线器和有源集线器。
无源集线器只能转发信号，不能对信号作任何处理。
有源集线器会对所传输的信号进行整形、放大并转
发，并可以扩展传输媒体的传输距离。
目前市面上的集线器属于有源集线器，无源集线器已被淘汰。
按带宽分，集线器分为10Mb/s、10/100Mb/s、100Mb/s集线器。
我们
通常选择10/100Mb/s自适应的集线器。
因为这种集线器可以根椐网卡和网线
所提供的带宽而自动调整带宽。
当网线和网网卡为
10Mb/s时，集线器以
10Mb/s的速率通信。
当网线与网卡达到100Mb/s时，集线器则以100Mb/s
的速率通信。
集线器分为5口、8口、16口、24口等。
集线器的连接
集线器通过其端口实现网络连接。
集线器主要有RJ-45接口和级联口两种接
口。
RJ-45接接口：
集线器的大部分接口属于这种接口，主要用于连接网络中的
计算机，从而组建计算机网络。
级联口：
级联口主要用于连接其他集线器或网络设备。
比如我们在组网时，
集线器的端口数量不够，可以通过级联口将两个或多个集线器级联起来，达到拓
展端口的目的。
级联口一般标有“UPLINK”或“MDI”等标志。
在级联时，我
们可以通过直连接线将集线器的级联口与另一台集线器的RJ-45接口连接起来，
从而组建更大的网络。
■交换机：
交换机也是目前使用较广泛的网络设备之一，同样用来组建星型拓扑的网
络。
从外观上看，交换机与集线器几乎一样，其端口与连接方式和集线器几乎也
是一样，但是，由于交换机采用了交换技术，其性能优于集线器。
交换机的通信特性：
由于交换机采用交换技术，使其可以并行通信而不像集线器那样平均分配带
宽。
如一台100Mb/s交换机的每端口都是100Mb/s，互连的每台计算机均以
100Mb/s的速率通信，而不像集线器那样平均分配带宽，这使交换机能够提供
更佳的通信性能。
交换机的分类：
按交换机所支持的速率和技术类型，可分为以太网交换机、千兆位以太网交换机、ATM交换机、FDDI交换机等。
按交换机的应用场合，交换机可分为工作组级交换机、部门级交换机和企业级交换机三种类型。
工作组级交换机：
是最常用的一种交换机，主要用于小型局域网的组建，如办公室局域网、小型机房、家庭局域网等。
这类交换机的端口一般为10/100Mb/s自适应端口。
部门级交换机：
常用来作为扩充设备，当工作组级交换机不能满足要求时可考虑使用部门级交换机。
这类交换机只有较少的端口，但支持更多的MAC地址。
端口传输速率一般为100Mb/s。
企业级交换机：
用于大型网络，且一般作为网络的骨干交换机。
企业级交换机一般具有高速交换能力，并且能实现一些特殊功能。
交换机的连接：
像集线器一样，交换机的接口也分为RJ-45接口和级联口，其中RJ-45接口用于连接计算机，级联口用于连接其他交换机或集线器。
连接方式也与集线器相同。
交换机工作原理：
当交换机从某一节点收到一个以太网帧后，将立即在其内存中的地址表（端口号—MAC地址）进行查找，以确认该目的MAC的网卡连接在哪一个接口上，然后将该帧转发至相应的接口，如果在地址表中没有找到该MAC地址，也就是说，该目的MAC地址是首次出现，交换机就将数据包广播到所有节点。
拥有该
MAC地址的网卡在接收到该广播帧后，将立即做出应答，从而使交换机将其节点的“MAC地址”添加到MAC地址表中。
交换机的主要功能包括物理编址、网络拓扑结构、错误校验、帧序列以及流量控制。
MAC（MediaAccessControl）地址，或称为MAC位址、硬件位址，用来定义网络设备的位置。
在OSI模型
中，第三层网络层负责IP地址，第二层资料链结层则负责MAC位址。
因此一个主机会有一个IP地址，而每个网络位置会有一个专属于它的MAC位址。
■洛由器：
路由器并不是组建局域网所必需的设备，但随着企业网规模的不断扩大和企业网接入互联网的需求，使路由器的使用率越来越高。
路由器的功能：
路由器是工作在网络层的设备，主要用于不同类型的网络的互联。
概括起来，路由器的功能主要体现在以下几个方面。
路由功能：
所谓路由，即信息传输路径的选择。
当我们使用路由器将不同网络连接起来后，路由器可以在不同网络间选择最佳的信息传输路径，从而使信息
更快地传输到目的地。
事实上，我们访问的互联网就是通过众多的路由器将世界各地的不同网络互联起来的，路由器在互联网中选择路径并转发信息，使世界各地的网络可以共享网络资源。
隔离广播、划分子网：
当我们组建的网络规模较大时，同一网络中的主机台数过多，会产生过多的广播流量，从而使网络性能下降。
为了提高性能，减少广播流量，我们可以通过路由器将网络分隔为不同的子网。
路由器可以在网络间隔离广播，使一个子网的广播不会转发到另一子网，从而提高每个子网的性能，当一个网络因流量过大而性能下降时，可以考虑使用路由器来划分子网。
广域网接入：
当一个较大的网络要访问互联网并要求有较高带宽时，通常采用专线接入的方式，一些大型网吧、校园网、企业网等往往采用这种接入方法。
当通过专线使局域网接入互联网时，贝嚅要用路由器实现接入。
路由器的接接口：
路由器的接口主要有串口、以太口和CONSOLE口等，通常，串口连接广域网，以太口连接局域网，而CONSOLE口用于连接计算机或终端，配置路由器。
■调制解调器：
调制解调器（Modem，俗称“猫”）的功能就是将电脑中表示数据的数字信号在模拟电话线上传输，从而达到数据通信的目的，主要由两部分功能构成：
调制和解调。
调制是将数字信号转换成适合于在电话线上传输的模拟信号进行传输，解调则是将电话线上的模拟信号转换成数字信号，由电脑接收并处理。
调制解调器根据形态和安装方式，可以大致可以分为以下四类：
外置式Modem:
外置式Modem放置于机箱外，通过串行通讯口与主机连接。
这种Modem方便灵巧、易于安装，闪烁的指示灯便于监视Modem的
工作状况。
但外置式Modem需要使用额外的电源与电缆。
内置式Modem:
内置式Modem在安装时需要拆开机箱，并且要对终端和COM口进行设置，安装较为繁琐。
这种Modem要占用主板上的扩展槽，但无需额外的电源与电缆，且价格比外置式Modem要便宜一些。
PCMCIA插卡式Modem:
插卡式Modem主要用于笔记本电脑，体积纤巧。
配合移动电话，可方便地实现移动办公。
机架式Modem:
机架式Modem相当于把一组Modem集中于一个箱体或外壳里，并由统一的电源进行供电。
机架式Modem主要用于
Internet/lntranet、电信局、校园网、金融机构等网络的中心机房。
■中断器：
位于OSI协议层次最低层（物理层），解决传输距离短的问题。
■网桥：
位于OSI协议层次低两层（链路层、物理层），用于连接两个不同的网络，但通信协议应相同。
■网关：
用于完全不同网络间的连接，使用于七层。
网络软件：
■网络操作系统：
网络操作系统是网络软件中最主要的软件，用于实现不同主机之间的用户通信，以及全网硬件和软件资源的共享，并向用户提供统一的、方便的网络接口，便于用户使用网络。
目前网络操作系统有三大阵营：
UNIX、
NetWare和Windows。
目前，我国最广泛使用的是Windows网络操作系统。
■网络协议软件：
网络协议是网络通信的数据传输规范，网络协议软件是用于实现网络协议功能的软件。
目前,典型的网络协议软件有TCP/IP协议、
IPX/SPX协议、IEEE802标准协议系列等。
其中,TCP/IP是当前异种网络互连应用最为广泛的网络协议软件。
■网络管理软件：
网络管理软件是用来对网络资源进行管理以及对网络进行维护的软件，如性能管理、配置管理、故障管理、记费管理、安全管理、网络运行状态监视与统计等。
■网络通信软件：
是用于实现网络中各种设备之间进行通信的软件，使用户能够在不必详细了解通信控制规程的情况下，控制应用程序与多个站进行通信，
并对大量的通信数据进行加工和管理。
■网络应用软件：
网络应用软件是为网络用户提供服务，最重要的特征是研究重点不是网络中独立的计算机本身的功能，而是如何实现网络特有的功能。
3、计算机网络的拓扑结构
当我们组建计算机网络时，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，是决定局域网性能优劣的重要因素之一。
总线型拓扑结构
总找裂捉卄结枸示意图
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相互连接起来。
总线上的通信：
在总线上，任何一台计算机在发送信息时，其他计算机必须等待。
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，还取决于信息的目标地址是否与网络主机地址相一致，若一致，则接受；若不一致，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，从而使通信中断。
为了防止通信中断，必须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维护困难：
因为网络一旦出现断点，整个网络将瘫痪，而且故障点很难查找。
星型拓扑结构：
服务容ZX
/“讣
工作站UP工作砧
星型拓扑结枸示意图
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普遍的拓扑结构，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、便于维护和管理，因为当中某台计算机或头条线缆出现问题时，不会影响其他计算机的正常通信，维护比较容易。
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，中心结点出现故障会导致网络的瘫痪。
环型拓扑结构:
严作站工命站
环型拓卄结构示趣旳
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方向传播，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。
令牌按顺时针方向传输。
当某台计算机要发送信息时，必须先捕获令牌，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。
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。
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。
优点：
结构比较简单，成本低。
扩充节点方便灵活。
缺点：
对根结点的依赖性大，一旦根结点出现故障，将导致全网不能工作；电缆成本高。
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规则的形状，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。
大型互联网一般都采用这种结构，如我国的教育科研网CERNET、Internet的主干网都采用网状结构。
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，改善流量分配，提高网络性能，但路径选择比较复杂。
缺点：
结构复杂，不易管理和维护；线路成本高；适用于大型广域网。
4、计算机网络的协议层次
网络协议：
指的是计算机之间实现数据通信所遵循的规则
OSI协议：
OSI即开放系统互连模型，国际标准化组织ISO提出的网络通信的基本议。
OSI协议层次：
计算机网络分成七层，前四者称为高四层，后面的称为低三层。
1应用层：
最高层，直接为最终的用户服务。
2表达层：
提供由应用层选择的服务，解释交换数据的含义，管理数据的交换显示和控制。
3会话层：
帮助联合起来表达实体之间的相互作用，提供会话管理服务和对话服务。
4传输层：
提供一个综合的传输服务，真正实现了端到端的连接和传输。
5网络层：
为一个网络连接的两个传输实体之间进行网络服务数据单元的交换提供功能手段和过程手段。
6数据链路层：
为网络实体间数据链路的建立、维持和释放提供功能手段和过程手段。
7物理层：
最低层，是最基本的通信信道。
目前各种网络协议都向OSI协议靠拢，此外常见的网络协议还有：
TCP/IP协议：
TCP是传输控制协议，IP是网间互连协议，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
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