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1、网络基础全等级考试一级教程讲义全部原稿第6章 因特网基础与简单应用因特网是20世纪最伟大的发明之一。因特网是由成千上万个计算机网络组成的，覆盖 范围从大学校园网、商业公司的局域网到大型的在线服务提供商，几乎涵盖了社会的各个应 用领域(如政务、军事、科研、文化、教育、经济、新闻、商业和娱乐等)。人们只要用鼠标、键盘 就可以从因特网上找到所需要的任何信息，可以与世界另一端的人们通信交流，甚至一起参 加视频会议。因特网已经深深地影响和改变了人们的工作、生活方式，并正以极快的速度在不断发展和更新。本章主要介绍因特网的基础知识和一些简单的应用。通过本章的学习，应该掌握： 1计算机网络的基本概念。 2因特

2、网基础：TCPIP协议、CS体系结构、IP地址和接入方式。 3使用简单的因特网应用：浏览器(IE)的使用，信息的搜索、浏览与保存，FTP下载，电子邮件的收发，以及流媒体和手机电视的使用。 6.1 计算机网络611计算机网络 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。在计算机网络发展过程 的不同阶段，人们对计算机网络提出了不同的定义。当前较为准确的定义为“以能够相互共享资源的方式互联起来的自治计算机系统的集合”，即分布在不同地理位置上的具有独立功能的多个计算机系统，通过通信设备和通信线路互相连接起来，实现数据传输和资源共享的系统。从资源共享的角度理解计算机网络，需要把握以下两点：

3、 (1)计算机网络提供资源共享的功能。资源包括硬件资源和软件资源以及数据信息。硬件包括各种处理器、存储设备、输入输出设备等，比如打印机、扫描仪和DVD刻录机。软件包括操作系统、应用软件和驱动程序等。对于当今越来越依赖于计算机化管理的公司、企业和政府部门来讲，更重要的是共享信息，共享的目的是让网络上的每一个人都可以访问所有的程序、设备和特殊的数据，并且让资源的共享摆脱地理位置的束缚。 (2)组成计算机网络的计算机设备是分布在不同地理位置的独立的“自治计算机”。每台计算机核心的基本部件，如CPU、系统总线、网络接口等都要求存在并且独立。这样，互联的计算机之间没有明确的主从关系，每台计算机既可以联网

4、使用，也可以脱离网络独立工作。612数据通信 数据通信是通信技术和计算机技术相结合而产生的一种新的通信方式。数据通信是指在两 个计算机或终端之间以二进制的形式进行信息交换，传输数据。关于数据通信的相关概念，下面介绍几个常用术语。 1信道 信道是信息传输的媒介或渠道，作用是把携带有信息的信号从它的输入端传递到输出端。 根据传输媒介的不同，信道可分为有线信道和无线信道两类。常见的有线信道包括双绞线、同轴电缆、光缆等。无线信道有地波传播、短波、超短波、人造卫星中继等。 2数字信号和模拟信号 通信的目的是为了传输数据，信号是数据的表现形式。对于数据通信技术来讲，它要研究的 是如何将表示各类信息的二进制

5、比特序列通过传输媒介在不同计算机之间传输。信号可以分为数字信号和模拟信号两类。数字信号是一种离散的脉冲序列，计算机产生的电信号用两种不同的电平表示0和1。模拟信号是一种连续变化的信号，如电话线上传输的按照声音强弱幅度连续变化所产生的电信号，就是一种典型的模拟信号，可以用连续的电波表示。 3调制与解调普通电话线是针对语音通话而设计的模拟信道，适用于传输模拟信号。但是计算机产生的是离散脉冲表示的数字信号，因此要利用电话交换网实现计算机的数字脉冲信号的传输，就必须首先将数字脉冲信号转换成模拟信号。将发送端数字脉冲信号转换成模拟信号的过程称为调制(Modulation)；将接收端模拟信号还原成数字脉冲

6、信号的过程称为解调(Demodulation)。将调制和解调两种功能结合在一起的设备称为调制解调器(Modem)。 4带宽(Bandwidth)与传输速率 在模拟信道中，以带宽表示信道传输信息的能力。带宽是以信号的最高频率和最低频率之差表示，即频率的范围。频率(Frequency)是模拟信号波每秒的周期数，用Hz、kHz、MHz或GHz作为单位。在某一特定带宽的信道中，同一时间内，数据不仅能以某一种频率传送，而且还可以用其他不同的频率传送。因此，信道的带宽越宽(带宽数值越大)，其可用的频率就越多，其传输的数据量就越大。 在数字信道中，用数据传输速率(比特率)表示信道的传输能力，即每秒传输的二进

7、制位数 (bps，比特秒)，单位为：bps、kbps、Mbps、Gbps与Tbps。其中： 1 kbps=1103 bps1 Mbps=1x106 bps1 Gbps=1x109 bps1 Tbps=11012 bps研究证明，信道的最大传输速率与信道带宽之间存在着明确的关系，所以人们经常用“带宽”来表示信道的数据传输速率，“带宽”与“速率”几乎成了同义词。带宽与数据传输速率是通信系统的主要技术指标之一。 5误码率 误码率是指二进制比特在数据传输系统中被传错的概率，是通信系统的可靠性指标。数据在通信信道传输中一定会因某种原因出现错误，传输错误是正常的和不可避免的，但是一定要控制在某个允许的范围

8、内。在计算机网络系统中，一般要求误码率低于l0-6。613计算机网络的形成与分类计算机网络技术自诞生之日起，就以惊人的速度和广泛的应用程度在不断发展。计算机网络是随着强烈的社会需求和前期通信技术的成熟而出现的。虽然计算机网络仅有几十年的发展历史，但是它经历了从简单到复杂、从低级到高级、从地区到全球的发展过程。纵观计算机网络的形成与发展历史，大致可以将它分为四个阶段。第一阶段是20世纪五六十年代，面向终端的具有通信功能的单机系统。那时人们将独立的计算机技术与通信技术结合起来，为计算机网络的产生奠定了基础。人们通过数据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，由一台计算

9、机以集中方式处理不同地理位置用户的数据。 计算机网络的分类标准有很多种，主要的分类标准有根据网络所使用的传输技术分类、根据网络的拓扑结构分类、根据网络协议分类等。各种分类标准只能从某一方面反映网络的特征。根据网络覆盖的地理范围和规模分类是最普遍采用的分类方法，它能较好地反映出网络的本质特征。由于网络覆盖的地理范围不同，它们所采用的传输技术也就不同，因此形成不同的网络技术特点与网络服务功能。依据这种分类标准，可以将计算机网络分为三种：局域网、城域网和广域网。1局域网局域网(Local Area Network，LAN)是一种在有限区域内使用的网络，在这个区域内的各种计算机、终端与外部设备互联成网

10、，其传送距离一般在几公里之内，最大距离不超过10公里，因此适用于一个部门或一个单位组建的网络。典型的局域网例如办公室网络、企业与学校的主干局域网、机关和工厂等有限范围内的计算机网络。局域网具有高数据传输速率(10 Mbps10 Gbps)、低误码率、成本低、组网容易、易管理、易维护、使用灵活方便等优点。2城域网 城域网(Metropolitan Area Network，MAN)是介于广域网与局域网之间的一种高速网络，它的 设计目标是满足几十公里范围内的大量企业、学校、公司的多个局域网的互联需求，以实现大量用户之间的信息传输。 3广域网 广域网(Wide Area Network，WAN)又称

11、为远程网，所覆盖的地理范围要比局域网大得多，从 几十公里到几千公里，传输速率比较低，一般在96 kbps一45 Mbps左右。广域网覆盖一个国家、地区，甚至横跨几个洲，形成国际性的远程计算机网络。广域网可以使用电话交换网、微波、卫星通信网或它们的组合信道进行通信，将分布在不同地区的计算机系统互联起来，达到资源共享的目的。 614网络拓扑结构 拓扑学是几何学的一个分支：从图论演变过来，是研究与大小、形状无关的点、线和面构成的图形特征的方法。计算机网络拓扑是将构成网络的结点和连接结点的线路抽象成点和线，用几何关系表示网络结构，从而反映出网络中各实体的结构关系。常见的网络拓扑结构主要有星型、环型、总

12、线型、树型和网状等几种。 1星型拓扑图61(a)描述了星型拓扑结构。星型拓扑是最早的通用网络拓扑结构形式。在星型拓扑中，每个结点与中心结点连接，中心结点控制全网的通信，任何两个结点之间的通信都要通过中心结点。因此，要求中心结点有很高的可靠性。星型拓扑结构简单，易于实现和管理，但是由于它是集中控制方式的结构，一旦中心结点出现故障，就会造成全网的瘫痪，可靠性较差。2环型拓扑_图61(b)描述了环型拓扑结构。在环型拓扑结构中，各个结点通过中继器连接到一个闭合的环路上，环中的数据沿着一个方向传输，由目的结点接收。环型拓扑结构简单，成本低，适用于数据不需要在中心结点上处理而主要在各自结点上进行处理的情况

13、。但是环中任意一个结点的故障都可能造成网络瘫痪，成为环型网络可靠性的瓶颈。 3总线型拓扑 图61(c)描述了总线型拓扑结构。网络中各个结点由一根总线相连，数据在总线上由一个 结点传向另一个结点。总线型拓扑结构的优点是：结点加入和退出网络都非常方便，总线上某个结点出现故障也不会影响其他站点之间的通信，不会造成网络瘫痪，可靠性较高，而且结构简单，成本低，因此这种拓扑结构是局域网普遍采用的形式。 4树型拓扑 图61(d)描述了树型拓扑结构。结点按层次进行连接像树一样，有分支、根结点、叶子结 点等，信息交换主要在上、下结点之间进行。树型拓扑可以看作是星型拓扑的一种扩展，主要适用于汇集信息的应用要求。

14、5网状拓扑 615 网络硬件1传输介质(Media)2网络接口卡(NIC)3交换机(Switch)交换概念的提出是对于共享工作模式的改进，而交换式局域网的核心设备是局域网交换机。 共享式局域网在每个时间片上只允许有一个结点占用公用的通信信道。交换机支持端口连接的结点之间的多个并发连接，从而增大网络带宽，改善局域网的性能和服务质量。 4无线AP(Access Point)无线AP也称为无线访问点或无线桥接器，即是当作传统的有线局域网络与无线局域网络之间的桥梁。通过无线AP，任何一台装有无线网卡的主机都可以去连接有线局域网络。无线AP含义较广，不仅提供单纯性的无线接人点，也同样是无线路由器等类设备

15、的统称，兼具路由、网管等功能。单纯性的无线AP就是一个无线交换机，仅仅是提供无线信号发射的功能，其工作原理是将网络信号通过双绞线传送过来，AP将电信号转换成无线电信号发送出来，形成无线网的覆盖。不同的无线AP型号具有不同的功率，可以实现不同程度、不同范围的网络覆盖，一般无线AP的最大覆盖距离可达300米，非常适合于在建筑物之间、楼层之间等不便于架设有线局域网的地方构建无线局域网。5路由器(Router)处于不同地理位置的局域网通过广域网进行互联是当前网络互联的一种常见的方式。路由 器是实现局域网与广域网互联的主要设备。路由器检测数据的目的地址，对路径进行动态分配，根据不同的地址将数据分流到不同

16、的路径中。如果存在多条路径，则根据路径的工作状态和忙闲情况，选择一条合适的路径，动态平衡通信负载。616网络软件 计算机网络的设计除了硬件，还必须要考虑软件，目前的网络软件都是高度结构化的。为了 降低网络设计的复杂性，绝大多数网络都通过划分层次，每一层都在其下一层的基础上，每一层 都向上一层提供特定的服务。提供网络硬件设备的厂商很多，不同的硬件设备如何统一划分层次，并且能够保证通信双方对数据的传输理解一致，这些就要通过单独的网络软件协议来实现。 通信协议就是通信双方都必须遵守的通信规则，是一种约定。打个比方，当人们见面，某一 方伸出手时，另一方也应该伸手与对方握手表示友好，如果后者没有伸手，则

17、违反了礼仪规则，那么他们后面的交往可能就会出现问题。 计算机网络中的协议是非常复杂的，因此网络协议通常都按照结构化的层次方式来进行组 织。TCPIP协议是当前最流行的商业化协议，被公认为是当前的工业标准或事实标准。1974年，出现了TCPIP参考模型，图6-2给出了TCPIP参考模型的分层结构，它将计算机网络划分为四个层次： 应用层(Application Layer)：负责处理特定的应用程序数据， 为应用软件提供网络接口，包括HTTP(超文本传输协议)、Telnet(远程登录)、FTP(文件传输协议)等协议。 传输层(Transport Layer)：为两台主机间的进程提供端到端的通信。主要

18、协议有TCP(传输控制协议)和UDP(用户数据报协议)。 互联层(Internet Layer)：确定数据包从源端到目的端如何选择路由。互联层主要的协议有IPv4(网际网协议版本4)、ICMP(网际网控制报文协议)以及IPv6(IP版本6)等。 主机至网络层(Host-to-Network Layer)：规定了数据包从一个设备的网络层传输到另一 个设备的网络层的方法。617无线局域网 随着计算机硬件的快速发展，笔记本电脑、掌上电脑等各种移动便携设备迅速普及，人们希望在家中或办公室里也可以一边走动一边上网，而不是被网线牵在固定的书桌上。于是许多研究机构很早就开始对计算机的无线连接而努力，使它们之

19、间可以像有线网络一样进行通信。常见的有线局域网建设，其中铺设、检查电缆是一项费时费力的工作，在短时间内也不容易完成。而在很多实际情况中，一个企业的网络应用环境不断更新和发展，如果使用有线网络重新布局，则需要重新安装网络线路，维护费用高、难度大。尤其是在一些比较特殊的环境当中，例如一个公司的两个部门在不同楼层，甚至不在一个建筑物中，安装线路的工程费用就更高了。因此，架设无线局域网络就成为最佳解决方案。在无线网络的发展史上，从早期的红外线技术，到蓝牙(Bluetooth)，都可以无线传输数据，多用于系统互联，但却不能组建局域网。如将一台计算机的各个部件(鼠标、键盘等)连接起来，再如常见的蓝牙耳机。

20、如今新一代的无线网络，不仅仅是简单地将两台计算机相连，更是建立无需布线和使用非常自由的无线局域网WLAN(Wireless LAN)。在WLAN中有许多计算机，每台计算机都有一个无线调制解调器和一个天线，通过该天线，它可以与其他的系统进行通信。通常在室内的墙壁或天花板上也有一个天线，所有机器都与它通信，然后彼此之间就可以相互通信了，如图63所示。 在无线局域网的发展中，WiFi(Wireless Fidelity)由于其较高的传输速度、较大的覆盖范围等优点，发挥了重要的作用。WiFi不是具体的协议或标准，它是无线局域网联盟，(WLANA)为了保障使用WiFi标志的商品之间可以相互兼容而推出的，

21、在如今许多的电子产品如笔记本电脑、手机、PDA等上面都可以看到WiFi的标志。针对无线局域网，IEEE(Institute of Electrical andElectronics Engineers，美国电气和电子工程师协会)制定了一系列无线局域网标准，即IEEE80211家族，包括8021la、8021lb、802119等，80211现在已经非常普及了。随着协议标准的发展，无线局域网的覆盖范围更广，传输速率更高，安全性、可靠性等也大幅提高。6.2 因特网基础因特网是Internet的音译，因特网建立在全球网络互联的基础上，是一个全球范围的信息资 源网。因特网大大缩短了人们的生活距离，世界因

22、此变得越来越小。因特网提供资源共享、数据 通信和信息查询等服务，已经逐步成为人们了解世界、学习研究、购物休闲、商业活动、结识朋友 的重要途径。显然，掌握因特网的使用已经是现代人必不可少的技能。 本节将介绍因特网的基本概念和原理。 6.2.1什么是因特网 Internet始于l968年美国国防部高级研究计划局(ARPA)提出并资助的ARPANET网络计划，其目的是将各地不同的主机以一种对等的通信方式连接起来，最初只有四台主机。此后。大 量的网络、主机与用户接入ARPANET，很多地区性网络也接人进来，于是这个网络逐步扩展到其 他国家与地区。在ARPANET的发展过程中，提出了TCPIP协议，为I

23、nternet的发展奠定了基 础。l985年，美国国家科学基金会(。NSF)发现Internet在科学研究上的重大价值，投资支持 internet和TCPIP的发展，将美国五大超级计算机中心连接起来，组成NSFNET，推动了Internet的发展。l992年美国高级网络和服务公司(ANS)组建了新的广域网ANSNET，传输容量是NSFNET的30倍，传输速度达到45 Mbps，成为intemet的主干网。20世纪80年代，世界先进工业国家纷纷接入Internet，使之成为全球性的互联网络。20世纪90年代是Internet历史上发展最为迅速的时期，互联网的用户数量以平均每年翻一番的速度增长。据

24、不完全统计，全世界已有180多个国家和地区加入到Internet中。 由此可以看出，因特网是通过路由器将世界不同地区、规模大小不一、类型不一的网络互相 连接起来的网络，是一个全球性的计算机互联网络，因此也称为“国际互联网”，是一个信息资源 极其丰富的世界上最大的计算机网络。 我国于1994年4月正式接入因特网，从此中国的网络建设进入了大规模发展阶段。到l996年初，中国的Internet已经形成了中国科技网(CSTNET)中国教育和科研计算机网(CERNET)、 中国公用计算机互联网(CHINANET)和中国金桥信息网(CHINAGBN)四大具有国际出口的网络 体系。前两个网络主要面向科研和研

25、究机构，后两个网络向社会提供Internet服务，以经营为目的，属于商业性质。622 TCPIP协议的工作原理 TCPIP协议在因特网中能够迅速发展，不仅因为它最早在ARPANET中使用，由美国军方指定，更重要的是它恰恰适应了世界范围内的数据通信的需要。TCPIP是用于因特网计算机通 信的一组协议，其中包括了不同层次上的多个协议。图62中的主机至网络层是最底层，包括各种硬件协议，面向硬件；应用层面向用户，提供一组常用的应用层协议，如文件传输协议、电子邮件发送协议等。而传输层的TCP协议和互联层的IP协议是众多协议中最重要的两个核心协议。 1IP(Internet Protoc01)协议 IP协

26、议是TCPIP协议体系中的网络层协议，它的主要作用是将不同类型的物理网络互联 在一起。为了达到这个目的，需要将不同格式的物理地址转换成统一的IP地址，将不同格式的帧(物理网络传输的数据单元)转换成“IP数据报”，从而屏蔽了下层物理网络的差异，向上层传输层提供IP数据报，实现无连接数据报传送服务；IP的另一个功能是路由选择，简单说，就是从网上某个结点到另一个结点的传输路径的选择，将数据从一个结点按路径传输到另一个结点。 2TCP(Transmission Control Protoc01)协议 TCP即传输控制协议，位于传输层。TCP协议向应用层提供面向连接的服务，确保网上所发送的数据报可以完整

27、地接收，一旦某个数据报丢失或损坏，TCP发送端可以通过协议机制重新发送这个数据报，以确保发送端到接收端的可靠传输。依赖于TCP协议的应用层协议主要是需要大量传输交互式报文的应用，如远程登录协议Telnet、简单邮件传输协议SMTP、文件传输协议FTP、超文本传输协议HTTP等。 623因特网中的客户机服务器体系结构 计算机网络中的每台计算机都是“自治”的，既要为本地用户提供服务，也要为网络中其他 主机的用户提供服务。因此每台联网计算机的本地资源都可以作为共享资源，提供给其他主机用户使用。而网络上大多数服务是通过一个服务程序进程来提供的，这些进程要根据每个获准的网络用户请求执行相应的处理，提供相

28、应的服务，以满足网络资源共享的需要，实质上是进程在网络环境中进行通信。在因特网的TCPIP环境中，联网计算机之间进程相互通信的模式主要采用客户机服务器(ClientServer)模式，简称为CS结构。在这种结构中，客户机和服务器分别代表相互通信的两个应用程序进程，所谓“Client”和“Server”并不是人们常说的硬件中的概念，特别要注意与通常称作服务器的高性能计算机区分开。图64给出了CS结构的进程通信相互作用示意图，其中客户机向服务器发出服务请求，服务器响应客户机的请求，提供客户机所需要的网络服务。提出请求，发起本次通信的计算机进程叫做客户机进程，而响应、处理请求，提供服务的计算机进程叫

29、做服务器进程。因特网中常见的CS结构的应用有Telnet远程登录、FTP文件传输服务、HTTP超文本传输服务、电子邮件服务、DNS域名解析服务等。624 因特网IP地址和域名的工作原理因特网通过路由器将成千上万个不同类型的物理网络互联在一起，是一个超大规模的网络。为了使信息能够准确到达因特网上指定的目的结点，必须给因特网上每个结点(主机、路由器等)指定一个全局唯一的地址标识，就像每一部电话都具有一个全球唯一的电话号码一样。在因特网通信中，可以通过IP地址和域名，实现明确的目的地指向。1IP地址IP地址是TCPIP协议中所使用的互联层地址标识。IP协议经过近30年的发展，主要有两个版本：IPv4

30、协议和IPv6协议，它们的最大区别就是地址表示方式不同。目前因特网广泛使用的是IPv4，即IP地址第四版本，在本书中如果不加以说明，IP地址是指IPv4地址。IPv4地址用32个比特(4个字节)表示，为了便于管理和配置，将每个IP地址分为四段(一个字节为一段)，每一段用一个十进制数来表示，段和段之间用圆点隔开。可见，每个段的十进制数范围是0255。例如，2022051623和102811都是合法的IP地址。一台主机的IP地址由网络号和主机号两部分组成，IP地址的结构如图65所示。IP地址由各级因特网管理组织进行分配，它们被分为不同的类别。根据地址的第一段分为5类：0127为A类；l28191为

31、B类；l92223为c类，D类和E类留做特殊用途。但是，由于近年来因特网上的结点数量增长速度太快，IP地址逐渐匮乏，很难达到IP设计初期希望给每一台主机都分配唯一IP地址的期望。因此在标准分类的IP地址上，又可以通过增加子网号来灵活分配IP地址，减少IP地址浪费。20世纪90年代又出现了无类别域问路由技术与NAT网络地址转换技术等对IPv4地址进行改进的方法。网络号主机号图6-5 IP地址结构图为了解决IPv4协议面临的各种问题，新的协议和标准诞生了IPv6。在IPv6协议中包括新的协议格式、有效的分级寻址和路由结构、内置的安全机制、支持地址自动配置等特征，其中最重要的就是长达128位的地址长

32、度。IPv6地址空间是IPv4的296倍，能提供超过3410 38个地址。可以说，有了IPv6，在今后因特网的发展中，几乎可以不用再担心地址短缺的问题了。2域名 用数字形式的IP地址标识因特网上的结点，对于计算机来说是合适的。但是对于用户来 说，记忆一组毫无意义的数字相当困难。为此，TCPIP引进了一种字符型的主机命名制，这就是域名(Domain Name)。 域名的实质就是用一组由字符组成的名字代替IP地址。为了避免重名，域名采用层次结 构，各层次的子域名之间用圆点“”隔开，从右至左分别是第一级域名(或称顶级域名)，第二级域名，直至主机名。其结构如下：主机名第二级域名第一级域名国际上，第一级域名采用通用的标准代码，它分组织机构和地理模式两类。由于因特网诞生在美国，