网络基础及家庭网络设计计算机及网络基础知识三.docx
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网络基础及家庭网络设计计算机及网络基础知识三
***网络基础及家庭网络设计***
1、网络基本概念
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联成一个规模大、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。
通俗来说，网络就是通过电缆、电话线或无线通讯等互联的计算机的集合。
网络的功能：
通过网络，您可以和其他连到网络上的用户一起共享网络资源，如磁盘上的文件及打印机等，也可以和他们互相交换数据信息。
网络的分类：
按计算机连网的区域大小，我们可以把网络分为局域网（LAN，LocalAreaNetwork）和广域网（WAN，WideAreaNetwork）。
局域网（LAN）是指在一个较小地理范围内的各种计算机网络设备互联在一起的通信网络，可以包含一个或多个子网，通常局限在几千米的范围之内。
如在一个房间、一座大楼，或是在一个校园内的网络就称为局域网，广域网（WAN）连接地理范围较大，常常是一个国家或是一个洲。
其目的是为了让分布较远的各局域网互联。
我们平常讲的Internet就是最大最典型的广域网。
什么是网络协议：
网络上的计算机之间又是如何交换信息的呢？
就象我们说话用某种语言一样，在网络上的各台计算机之间也有一种语言，这就是网络协议，不同的计算机之间必须使用相同的网络协议才能进行通信。
当然了，网络协议也有很多种，具体选择哪一种协议则要看情况而定。
Internet上的计算机使用的是TCP/IP协议。
什么是Internet：
从广义上讲，Internet是遍布全球的联络各个计算机平台的总网络，是成千上万信息资源的总称；从本质上讲，Internet是一个使世界上不同类型的计算机能交换各类数据的通信媒介。
从Internet提供的资源及对人类的作用这方面来理解，Internet是建立在高灵活性的通信技术之上的一个已硕果累累，正迅猛发展的全球数字化数据库。
TCP/IP协议：
TCP/IP协议（TransferControlnProtocol/InternetProtocol）叫做传输控制/网际协议，又叫网络通讯协议，这个协议是Internet国际互联网络的基础。
TCP/IP是网络中使用的基本的通信协议。
虽然从名字上看TCP/IP包括两个协议，传输控制协议（TCP）和网际协议（IP），但TCP/IP实际上是一组协议，它包括上百个各种功能的协议，如：
远程登录、文件传输和电子邮件等，而TCP协议和IP协议是保证数据完整传输的两个基本的重要协议。
通常说TCP/IP是Internet协议族，而不单单是TCP和IP。
TCP/IP是70年代中期美国国防部为其ARPANET广域网开发的网络体系结构和协议标准，以它为基础组建的INTERNET是目前国际上规模最大的计算机网络，正因为INTERNET的广泛使用，使得TCP/IP成了事实上的标准。
之所以说TCP/IP是一个协议族，是因为TCP/IP协议包括TCP、IP、UDP、ICMP、RIP、TELNETFTP、SMTP、ARP、TFTP等许多协议，这些协议一起称为TCP/IP协议。
以下我们对协议族中一些常用协议英文名称和用途作一介绍：
TCP（TransportControlProtocol）传输控制协议
IP（InternetworkingProtocol）网间网协议
UDP（UserDatagramProtocol）用户数据报协议
ICMP（InternetControlMessageProtocol）互联网控制信息协议
SMTP（SimpleMailTransferProtocol）简单邮件传输协议
SNMP（SimpleNetworkmanageProtocol）简单网络管理协议
FTP（FileTransferProtocol）文件传输协议
ARP（AddressResolationProtocol）地址解析协议
从协议分层模型方面来讲，TCP/IP由四个层次组成：
网络接口层、网间网层、传输层、应用层。
网络接口层这是TCP/IP软件的最低层，负责接收IP数据报并通过网络发送之，或者从网络上接收物理帧，抽出IP数据报，交给IP层。
网间网层负责相邻计算机之间的通信。
其功能包括三方面。
一、处理来自传输层的分组发送请求，收到请求后，将分组装入IP数据报，填充报头，选择去往信宿机的路径，然后将数据报发往适当的网络接口。
二、处理输入数据报：
首先检查其合法性，然后进行寻径--假如该数据报已到达信宿机，则去掉报头，将剩下部分交给适当的传输协议；假如该数据报尚未到达信宿，则转发该数据报。
三、处理路径、流控、拥塞等问题。
传输层提供应用程序间的通信。
其功能包括：
一、格式化信息流；二、提供可靠传输。
为实现后者，传输层协议规定接收端必须发回确认，并且假如分组丢失，必须重新发送。
应用层向用户提供一组常用的应用程序，比如电子邮件、文件传输访问、远程登录等。
远程登录TELNET使用TELNET协议提供在网络其它主机上注册的接口。
TELNET会话提供了基于字符的虚拟终端。
文件传输访问FTP使用FTP协议来提供网络内机器间的文件拷贝功能。
按照OSI参考模型的相关概念，我们来看一看，相对于七层协议参考模型，TCP/IP协议是如何实现网络模型的。
OSI参考模型：
国际标准化组织（ISO）在1979年建立了一个分委员会来专门研究一种用于开放系统互联的体系结构（OpenSystemsInterconnection）简称OSI，”开放”这个词表示：
只要遵循OSI标准，一个系统可以和位于世界上任何地方的、也遵循OSI标准的其他任何系统进行连接。
这个分委员提出了开放系统互联，即OSI参考模型，它定义了连接异种计算机的标准框架。
数据链路层包括了硬件接口和协议ARP，RARP，这两个协议主要是用来建立送到物理层上的信息和接收从物理层上传来的信息；
网络层中的协议主要有IP，ICMP，IGMP等，由于它包含了IP协议模块，所以它是所有机遇TCP/IP协议网络的核心。
在网络层中，IP模块完成大部分功能。
ICMP和IGMP以及其他支持IP的协议帮助IP完成特定的任务，如传输差错控制信息以及主机/路由器之间的控制电文等。
网络层掌管着网络中主机间的信息传输。
传输层上的主要协议是TCP和UDP。
正如网络层控制着主机之间的数据传递，传输层控制着那些将要进入网络层的数据。
两个协议就是它管理这些数据的两种方式：
TCP是一个基于连接的协议（还记得我们在网络基础中讲到的关于面向连接的服务和面向无连接服务的概念吗？
忘了的话，去看看）；UDP则是面向无连接服务的管理方式的协议。
应用层位于协议栈的顶端，它的主要任务就是应用了。
上面的协议当然也是为了这些应用而设计的，具体说来一些常用的协议功能如下：
Telnet：
提供远程登录（终端仿真）服务，好象比较古老的BBS就是用的这个登陆。
FTP：
提供应用级的文件传输服务，说的简单明了点就是远程文件访问等等服务；
SMTP：
不用说拉，天天用到的电子邮件协议。
TFTP：
提供小而简单的文件传输服务，实际上从某个角度上来说是对FTP的一种替换（在文件特别小并且仅有传输需求的时候）。
SNTP：
简单网络管理协议。
看名字就不用说什么含义了吧。
DNS：
域名解析服务，也就是如何将域名映射城IP地址的协议。
HTTP：
不知道各位对这个协议熟不熟悉啊？
这是超文本传输协议，你之所以现在能看到网上的图片，动画，音频，等等，都是仰仗这个协议在起作用。
三次握手：
在TCP/IP协议中，TCP协议提供可靠的连接服务，采用三次握手建立一个连接。
第一次握手：
建立连接时，客户端发送syn包（syn=j）到服务器，并进入SYN_SEND状态，等待服务器确认；
第二次握手：
服务器收到syn包，必须确认客户的SYN（ack=j+1），同时自己也发送一个SYN包（syn=k），即SYN+ACK包，此时服务器进入SYN_RECV状态；
第三次握手：
客户端收到服务器的SYN＋ACK包，向服务器发送确认包ACK（ack=k+1），此包发送完毕，客户端和服务器进入ESTABLISHED状态，完成三次握手。
完成三次握手，客户端与服务器开始传送数据。
IP地址：
它是为标识Internet上主机位置而设置的。
Internet上的每一台计算机都被赋予一个世界上唯一的32位Internet地址（InternetProtocolAddress，简称IPAddress），这一地址可用于与该计算机机有关的全部通信。
为了方便起见，在应用上我们以8bit为一单位，组成四组十进制数字来表示每一台主机的位置。
一般的IP地址由4组数字组成，每组数字介于0-255之间，如某一台电脑的IP地址可为：
202.206.65.115，但不能为202.206.259.3。
域名地址：
尽管IP地址能够唯一地标识网络上的计算机，但IP地址是数字型的，用户记忆这类数字十分不方便，于是人们又发明了另一套字符型的地址方案即所谓的域名地址。
IP地址和域名是一一对应的，我们来看一个IP地址对应域名地址的例子，譬如：
新浪网的IP地址是12.130.132.30，对应域名地址为。
这份域名地址的信息存放在一个叫域名服务器（DNS，DomainNameServer）的主机内，使用者只需了解易记的域名地址，其对应转换工作就留给了域名服务器DNS。
DNS就是提供IP地址和域名之间的转换服务的服务器。
域名地址的意义：
域名地址是从右至左来表述其意义的，最右边部分为顶层域，最左边则是这台主机的机器名称。
一般域名地址可表示为：
主机机器名.单位名.网络名.顶层域名。
如：
，这里的dns是河北科技大学的一个主机的机器名，hebust代表河北科技大学大学，edu代表中国教育科研网，cn代表中国，顶层域一般是网络机构或所在国家地区的名称缩写。
域名由两种基本类型组成：
以机构性质命名的域和以国家地区代码命名的域。
常见的以机构性质命名的域，一般由三个字符组成，如表示商业机构的“com”,表示教育机构的“edu”等。
以机构性质或类别命名的域如下：
Com：
商业机构
Edu：
教育机构
Gov：
政府部门
Mil：
军事机构
Net：
网络组织
Int：
国际机构（主要指北约）
Org：
其他非盈利组织
以国家或地区代码命名的域，一般用两个字符表示，是为世界上每个国家和一些特殊的地区设置的，如中国为“cn”、香港为“hk”、日本为“jp”、美国为“us”等。
但是，美国国内很少用“us”作为顶级域名，而一般都使用以机构性质或类别命名的域名。
统一资源定位器：
统一资源定位器，又叫URL（UniformResourceLocator），是专为标识Internet网上资源位置而设的一种编址方式，我们平时所说的网页地址指的即是URL，它一般由三部分组成：
传输协议：
//主机IP地址或域名地址/资源所在路径和文件名，如趣味&创意网中的一篇文章，其地址为：
标识Internet网上资源位置的三种方式：
IP地址：
202.206.64.33
域名地址：
URL：
http:
//china-
下面列表是常见的URL中定位和标识的服务或文件：
http：
文件在WEB服务器上
file：
文件在您自己的局部系统或匿名服务器上
ftp：
文件在FTP服务器上
gopher：
文件在gopher服务器上
wais：
文件在wais服务器上
news：
文件在Usenet服务器上
telnet：
连接到一个支持Telnet远程登录的服务器上
2、Internet的工作原理
当一个用户想给其他用户发送一个文件时，TCP先把该文件分成一个个小数据包，并加上一些特定的信息（可以看成是装箱单），以便接收方的机器确认传输是正确无误的，然后IP再在数据包上标上地址信息，形成可在Internet上传输的TCP/IP数据包。
使用TCP/IP传送数据。
当TCP/IP数据包到达目的地后，计算机首先去掉地址标志，利用TCP的装箱单检查数据在传输中是否有损失，如果接收方发现有损坏的数据包，就要求发送端重新发送被损坏的数据包，确认无误后再将各个数据包重新组合成原文件。
就这样，Internet通过TCP/IP协议这一网上的"世界语"和IP地址实现了它的全球通信的功能。
3、网络连接设备
3.1同轴电缆
同轴电缆可分为两类：
粗缆和细缆，这种电缆在实际应用中很广，比如有线电视网，就是使用同轴电缆。
不论是粗缆还是细缆，其中央都是一根铜线，外面包有绝缘层。
同轴电缆由内部导体环绕绝缘层以及绝缘层外的金属屏蔽网和最外层的护套组成。
这种结构的金属屏蔽网可防止中心导体向外辐射电磁场，也可用来防止外界电磁场干扰中心导体的信号。
3.2双绞线
双绞线（TP:
TwistedPairwire）是布线工程中最常用的一种传输介质。
双绞线是由相互按一定扭距绞合在一起的类似于电话线的传输媒体，每根线加绝缘层并有色标来标记。
成对线的扭绞旨在使电磁辐射和外部电磁干扰减到最小。
目前,双绞线可分为非屏蔽双绞线（UTP:
UnshildedTwistedPair）和屏蔽双绞线（STP:
ShieldedTwistedPair）。
我们平时一般接触比较多的就是UTP线。
目前EIA/TIA（电气工业协会／电信工业协会）为双绞线电缆定义了五种不同质量的型号。
这五种型号如下：
1、第一类：
主要用于传输语音（一类标准主要用于八十年代初之前的电话线缆），该类用于电话线，不用于数据传输。
2、第二类：
该类包括用于低速网络的电缆，这些电缆能够支持最高4Mbps的实施方案，这两类双绞线在LAN中很少使用。
3、第三类:
这种在以前的以太网中（10M）比较流行，最高支持16Mmbps的容量，但大多数通常用于10Mbps的以太网，主要用于10base-T。
4、第四类:
该类双绞线在性能上比第三类有一定改进,用于语音传输和最高传输速率16Mbps的数据传输。
4类电缆用于比3类距离更长且速度更高的网络环境。
它可以支持最高20Mbps的容量。
主要用于基于令牌的局域网和10base-T/100base-T。
这类双绞线可以是UTP，也可以是STP。
5、第五类:
该类电缆增加了绕线密度,外套一种高质量的绝缘材料,传输频率为100MHz,用于语音传输和最高传输速率为100Mbps的数据传输，这种电缆用于高性能的数据通信。
它可以支持高达100Mbps的容量。
主要用于100base-T和10base-T网络，这是最常用的以太网电缆。
最近又出现了超5类线缆，它是一个非屏蔽双绞线（UTP）布线系统,通过对它的"链接"和"信道"性能的测试表明,它超过5类线标准TIA/EIA568的要求。
与普通的5类UTP比较,性能得到了很大提高。
如今市场上5类布线和超5类布线应用非常广泛，国际标准规定的5类双绞线的频率带宽是100MHz，在这样的带宽上可以实现100M的快速以太网和155M的ATM传输。
计算机网络综合布线使用第三、四、五类。
使用双绞线组网，双绞线和其他网络设备（例如网卡）连接必须是RJ45接头（也叫水晶头）。
EIA／TIA的布线标准中规定了两种双绞线的线序568A与568B。
568A标准：
绿白——1，绿——2，橙白——3，蓝——4，蓝白——5，橙——6，棕白——7，棕——8
568B标准：
橙白——1，橙——2，绿白——3，蓝——4，蓝白——5，绿——6，棕白——7，棕——8
为了保持最佳的兼容性，普遍采用EIA／TIA568B标准来制作网线。
注意：
在整个网络布线中应该只采用一种网线标准。
如果标准不统一，几个人共同工作时准会乱套；更严重的是施工过程中一旦出现线缆差错，在成捆的线缆中是很难查找和剔除的。
3.3光缆
光缆不仅是目前可用的媒体，而且是今后若干年后将会继续使用的媒体，其主要原因是这种媒体具有很大的带宽。
光缆是由许多细如发丝的塑胶或玻璃纤维外加绝缘护套组成，光束在玻璃纤维内传输，防磁防电，传输稳定，质量高，适于高速网络和骨干网。
光纤与电导体构成的传输媒体最基本的差别是，它的传输信息是光束，而非电气信号。
因此，光纤传输的信号不受电磁的干扰。
利用光缆连接网络，每端必须连接光/电转换器，另外还需要一些其它辅助设备。
下表是三种传输媒介的比较。
3.4无线媒体
无线媒体不使用电子或光学导体。
大多数情况下地球的大气便是数据的物理性通路。
从理论上讲，无线媒体最好应用于难以布线的场合或远程通信。
无线媒体有三种主要类型：
无线电、微波及红外线。
3.5网络适配器
网络适配器又称网卡或网络接口卡（NIC），英文名NetworkInterfaceCard。
它是使计算机联网的设备。
平常所说的网卡就是将PC机和LAN连接的网络适配器。
网卡（NIC）插在计算机主板插槽中，负责将用户要传递的数据转换为网络上其它设备能够识别的格式，通过网络介质传输。
网卡必须具备两大技术：
网卡驱动程序和I/O技术。
驱动程序使网卡和网络操作系统兼容，实现PC机与网络的通信。
I/O技术可以通过数据总线实现PC和网卡之间的通信。
网卡是计算机网络中最基本的元素。
在计算机局域网络中，如果有一台计算机没有网卡，那么这台计算机将不能和其他计算机通信，也就是说，这台计算机和网络是孤立的。
3.6集线器
集线器（HUB）是对网络进行集中管理的最小单元，像树的主干一样，它是各分枝的汇集点。
HUB是一个共享设备，其实质是一个中继器，而中继器的主要功能是对接收到的信号进行再生放大，以扩大网络的传输距离。
正是因为HUB只是一个信号放大和中转的设备，所以它不具备自动寻址能力，即不具备交换作用。
所有传到HUB的数据均被广播到之相连的各个端口，容易形成数据堵塞，因此有人称集线器为“傻HUB”。
HUB在网络中所处的位置。
HUB主要用于共享网络的组建，是解决从服务器直接到桌面的最佳，最经济的方案。
在交换式网络中，HUB直接与交换机相连，将交换机端口的数据送到桌面。
使用HUB组网灵活，它处于网络的一个星型结点，对结点相连的工作站进行集中管理，不让出问题的工作站影响整个网络的正常运行，并且用户的加入和退出也很自由。
HUB的分类。
依据总线带宽的不同，HUB分为10M，100M和10/100M自适应三种；若按配置形式的不同可分为独立型HUB，模块化HUB和堆叠式HUB三种；根据管理方式可分为智能型HUB和非智能型HUB两种。
目前所使用的HUB基本是以上三种分类的组合，例如我们经常所讲的10/100M自适应智能型可堆叠式HUB等。
HUB根据端口数目的不同主要有8口，16口和24口等。
HUB在组网中的应用。
由于10M非智能型HUB的价格已经接近于款网卡的价格，并且10M的网络对传输介质及布线的要求也不高，所以许多喜欢“DIY”的网友完全可以自己动手，组建自己的家庭局域网或办公局域网。
在前些年组建的网络中，10M网络几乎成为网络的标准配置，有相当数量的10MHUB作为分散式布线中为用户提供长距离信息传输的中继，或作为小型办公室的网络核心。
但这种应用在今天已不再是主流，尤其是随着100M网络的日益普及，10M网络及其设备将会越来越少。
虽然纯100M的HUB给桌面提供了100M的传输速度，但当网络升级到100M后，原来众多的10M设备将无法再使用，所以只有在近期才开始组建的网络，才会无任何顾虑地考虑100M的HUB。
很多网络设备生产商正是瞄准了10M与100M之间的转换的这个时机，纷纷推出了既兼容10M的10/100M自适应HUB。
10/100M自适应HUB在工作中的端口速度可根据工作站网卡的实际速度进行调整：
当工作站网卡的速度为10M时，与之相连的端口的速度也将自动调整为10M；当工作站网卡的速度为100M时，对应端口的速度也将自动调整到100M。
10/100M自适应HUB也叫做“双速HUB”。
从技术角度来看，双速HUB有内置交换模块与无交换模块两类，前者一般作为小型局域网的主干设备，后者一般处于吕中型网络应用的边缘。
在实际应用中，有些用户为减少交换机的负载，提高网络的速度，在选用与交换机相连的HUB时，也选择具有交换模块的双速HUB，因此内置交换模块的双速HUB将是从10M升级到100M时的最佳选择。
在选用HUB时，还要注意信号输入口的接口类型，与双绞线连接时需要具有RJ-45接口；如果与细缆相连，需要具有BNC接口；与粗缆相连需要有AUI接口；当局域网长距离连接时，还需要具有与光纤连接的光纤接口。
早期的10MHUB一般具有RJ-45，BNC和AUI三种接口。
100MHUB和10/100MHUB一般只有RJ-45接口，有些还具有光纤接口。
3.7交换机
交换技术是一个具有简化、低价、高性能和高端口密集特点的交换产品，体现了桥接技术的复杂交换技术在OSI参考模型的第二层操作。
与桥接器一样，交换机按每一个包中的MAC地址相对简单地决策信息转发。
而这种转发决策一般不考虑包中隐藏的更深的其他信息。
与桥接器不同的是交换机转发延迟很小，操作接近单个局域网性能，远远超过了普通桥接互联网络之间的转发性能。
交换技术允许共享型和专用型的局域网段进行带宽调整，以减轻局域网之间信息流通出现的瓶颈问题。
现在已有以太网、快速以太网、FDDI和ATM技术的交换产品。
类似传统的桥接器，交换机提供了许多网络互联功能。
交换机能经济地将网络分成小的冲突网域，为每个工作站提供更高的带宽。
协议的透明性使得交换机在软件配置简单的情况下直接安装在多协议网络中；交换机使用现有的电缆、中继器、集线器和工作站的网卡，不必作高层的硬件升级；交换机对工作站是透明的，这样管理开销低廉，简化了网络节点的增加、移动和网络变化的操作。
利用专门设计的集成电路可使交换机以线路速率在所有的端口并行转发信息，提供了比传统桥接器高得多的操作性能。
如理论上单个以太网端口对含有64个八进制数的数据包，可提供14880bps的传输速率。
这意味着一台具有12个端口、支持6道并行数据流的“线路速率”以太网交换器必须提供89280bps的总体吞吐率（6道信息流×14880bps/道信息流）。
专用集成电路技术使得交换器在更多端口的情况下以上述性能运行，其端口造价低于传统型桥接器。
3.8路由器
路由器是用来实现路由选择功能的一种媒介系统设备。
所谓路由就是指通过相互联接的网络把信息从源地点移动到目标地点的活动。
一般来说，在路由过程中，信息至少会经过一个或多个中间节点。
通常，人们会把路由和交换进行对比，这主要是因为在普通用户看来两者所实现的功能是完全一样的。
其实，路由和交换之间的主要区别就是交换发生在OSI参考模型的第二层（数据链路层），而路由发生在第三层，即网络层。
这一区别决定了路由和交换在移动信息的过程中需要使用不同的控制信息，所以两者实现各自功能的方式是不同的。
路由器是互联网的主要节点设备。
路由器通过路由决定数据的转发。
转发策略称为路由选择（routing），这也是路由器名称的
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