第一章计算机网络基础

计算机网络基础与Internet应用
主讲教师：顾顺德 (五号楼301室) gushunde@https://www.360docs.net/doc/dd12202923.html,
联系电话：776457，776486分机

教材：1、Internet应用培训教程
张含立主编田力主审电子工业出版社

2、网页制作技术
谭浩强主编蔡翠平等编著电子工业出版社

参考书：网页设计三剑客
北京计算机教育培训中心组编清华大学出版社

考核方式：理论/上机

第1章计算机网络基础
1.1 计算机网络的基本概念
* 计算机网络的定义：
计算机网络就是现代计算机技术和通信技术相结合的产物。它是用通信线路和通信设备将分布在不同地点的具有独立功能的多个计算机系统互相连接起来，在网络软件的支持下实现彼此之间的资源共享和数据通信的系统。

* 计算机网络连接对象：
各种类型的计算机和数据终端设备。

* 计算机网络的连接介质：
通信线路 (光缆、同轴电缆、双绞线、微波、卫星) 和通信设备 (网桥、网关、路由器和调制解调器)。

* 计算机网络的软件：
网络协议、网络操作系统和各种网络应用软件。

1.2 计算机网络的产生与发展
1. 第一代计算机网络---远程终端联机阶段
* 远程终端联机的初级阶段：
由一台中心计算机和若干个终端通过通信线路联接起来，进行远程批处理业务。
例：1963年，美国空军建立半自动化地面防空系统SAGE。(Page2图1-1)
缺点：主机负担过重（数据与通信）、线路利用率低
* 具有通信控制功能的远程终端联机阶段：
多机联机系统增加了一种前端通信处理机的硬件设备，它承担了所有的通信任务以减少主机的负荷，提高主机处理数据的效率。
例：1963年，美国民航全国定票系统SABRE-I，其中心在纽约，2000个售票终端遍布全国，使用通信线路与中央计算机联接。(Page2图1-2)
2. 第二代计算机---计算机网络阶段
将分布在不同地区的多台计算机用通信线路连接起来，彼此交换数据、传递信息，而每个相联的计算机都是具有独立功能的计算机，称为：计算机-计算机网络。
计算机网络在逻辑上可分为两大部份：通信子网和资源子网。这两部份可构成以通信子网为核心，以资源共享为目的的计算机网络。
例：1968年，美国国防部高级研究计划局，ARPAnet，到1969年建有4个节点的实验网，联网主机数超过100台，覆盖美国很多州。―― 现代计算机网络诞生的标志。
1972年，美国，Xerox公司，Ethernet网（以太网）技术，局域网技术成熟。
缺点：自行研制、没有标准、难以互联
3. 第三代计算机网络---计算机网络互联阶段
1984年，ISO

（国际标准化组织）公布了OSI系
统（Open System Interconnection开放系统互联模式），使各种不同的网络之间互联、互相通信成为可能，实现了更大范围内的计算机资源共享。
OSI/RM已被国际社会广泛认可，它对推动计算机网络的理论与技术的发展，对统一网络体系结构和协议起到了积极的作用。
4. 第四代计算机网络---国际互联网与信息高速公路阶段
以ARPAnet为主干发展国际互联网Internet，覆盖范围遍及全世界160个国家和地区，1亿多台主机。
以光纤为传输媒体，传输速率极高，集电话、数据、电报、有线电视、计算机网络等所有网络为一体的信息高速公路网。
促使Internet迅速发展的技术与事件：
* 1986年，美国国家科学基金会(NSF)资助建立NSFnet，全美高校和科研单位纷纷使用TCP/IP接入网络
* 1986年，Cisco公司的多协议路由器，使异构网互联成为可能
* 1989年，欧洲开发万维网WWW，从而可以传输超文本的多媒体信息
* 1990年，电子邮件（E_mail），FTP（File Transmission Protocol）、新闻组（News）广泛应用。TCP/IP在UNIX中实现
* 1993年，浏览器相继出现，Mosaic-Netscape IE(Internet Explorer)
* 20世纪90年代，交换式网络技术、ATM和千兆以太网应用于Internet
* Internet的商业化
1.3 计算机网络的基本组成
计算机网络必须包括硬件和软件两大部分。计算机硬件提供的是数据处理、数据传输和建立通信通道的物质基础，而网络软件是控制数据通信的核心,但软件的网络功能都必须依赖硬件去完成。

计算机网络的基本组成包括四大部分：
1. 计算机系统
* 服务器：为网络提供共享资源并对这些资源进行管理的计算机
文件服务器、打印服务器、异步通信服务器、远程访问服务器、
文件传输服务器、远程登录服务器等
* 工作站：是用户在网络上进行操作的计算机

2. 通信介质和通信设备
* 通信介质：
光缆、同轴电缆、双绞线、微波、卫星等
* 通信设备：
网络适配器（网卡Network Adapter）：连接网络电缆，接收和发送网络信息。
中继器（Repeater）：对传输信号进行放大和整形，常用于局域网的扩展。
集线器（Hub）：特殊的中继器，通过多条电缆将信号发送到另一段电缆。
交换机（Switch）：连接远距离的主机，放大电信号和延伸传输介质的作用。
网桥（Bridge）：主要用于局域网之间的互联，具有网络延伸和网络隔离的作用。
路由器（Router）：用于局域网和广域网的互联。
调制解调器（Modem）：调制（数/模）和解调（模/数）。
网关（Gateway）：可以实现两个不同体系结构的网络之间的相互通信。

3. 网络协议
协

议是指通信双方必须共同遵守的约定和通信规则。一般地，协
议的实现由软件和硬件分别或配合完成、或由联网设备来实现。

4. 网络软件
* 网络系统软件：
网络服务器上运行的网络操作系统软件（多用户）
网络工作站上运行的操作系统软件（单用户）
实现各种网络协议的网络协议软件（如TCP/IP）
* 网络数据库软件：
基于网络操作系统上的数据库软件，它可同时供多用户查询
* 网络应用软件：
根据用户需要，用开发工具开发出来的基于网络操作系统的用户软件
1.4 计算机网络的功能与应用
功能：
1. 硬件、软件资源共享：
共享是指网络中的计算机能够使用网络中其他计算机的部分硬件、部分软件和部分数据等资源。
* 硬件资源共享：
高性能计算机、大容量磁盘、打印机、扫描仪、绘图仪、光驱等。
* 软件资源共享：
数据库管理系统、各种Internet信息服务软件。共享软件允许多个用户同时使用，并能保持数据的完整性和一致性。
例：客户机/服务器(C/S)和浏览器/服务器(B/S)模式。
2. 数据（Internet信息）共享：
信息也是一种资源，Internet是一个巨大的信息资源宝库。
WEB服务器上的主页及链接、FTP服务器中软件、电子出版物、网上大学网上图书馆和网上各种消息等。
3. 数据通信：
数据通信是计算机网络的最基本功能。E-Mail，FTP，CHAT，语音对话，视频通信等。

应用：
1. 网络在教育和科研中的应用
查询资料、网上学术交流；网上学校、远程教学

2. 网络在企事业单位中的应用
实现办公自动化，信息资源共享，家庭办公，异地办公，无纸办公。

3. 网络在商业上的应用
电子资料交换EDI、电子商务、网上商店

1.5 计算机网络的分类
1. 按覆盖范围分：
1) 局域网LAN（Local Area Network）
覆盖范围在10公里以内，传输速率比较高，一般可达10Mb/s ~ 100Mb/s，高速局域网可达1000Mb/s
2) 广域网WAN（Wide Area Network）
远距离、大范围的计算机网络。一般地，跨超市、跨地区、跨国家的网络都是广域网，其信息量大，共享资源丰富。Internet是全球最大的广域网
3) 城域网MAN（Metropolitan Area Network）
覆盖范围介于局域网和广域网之间，一般为覆盖一个城市的网络。
2. 按网络的拓朴结构分：
拓朴结构：指的是网络上的计算机、电缆和别的部件的布局或物理连接
三种基本的拓朴结构：总线型、环型、星型
1) 总线结构（Bus）
采用单根传输线（同轴电缆）作为传输介质，所有的站点都通过相应的硬件接口直接连接到传输介质或称总线上。电

子信号形式的网络数据被发送到网络上所有的计算机，只有地址与最初地址相匹配的计算机才能接收
信息。一个时刻只有一个计算机发送数据。
2) 环型结构（Ring）
是由一些中继器和连接到中继器的点到点链路组成一个闭合环。
（中继器是一种比较简单的设备，它能够接收一条链路上的数据，并以同样的速度串行地把该数据送到另一条链路上，而不在中继器中缓冲。）
3) 星型结构（Star）
是由中央节点（服务器，经Hub集线器）和通过点到点链路接到中央节点的
4) 树型结构（Tree）
是从总线结构演变而来，形状象一棵倒置的树，顶端有一个带分支的根，每个分支还可以延伸出子分支。
5) 星型环结构（Mesh）
是将星型结构和环型结构混合起来的一种结构。
3. 按网络协议分：
1) 以太网Ethernet，使用IEEE802.3标准协议（采用总线型、星型拓扑）
2) 令牌环网Token Ring，使用IEEE802.5标准协议（采用环型拓扑）
3) FDDI网（采用环型拓扑）、ATM网、X.25网，TCP/IP网等
4. 按物理传输介质分：
1) 有线传输介质
双绞线、同轴电缆、光缆
2) 无线传输介质
长波、微波、卫星信道、激光

5. 按网络操作系统分：
1) Novell Netware网
2) UNIX网
3) Linux网
4) Windows NT网
5) 3+网
6. 按传输技术分：
1) 广播式网络
2) 点到点网络
1.6 计算机网络的协议
协议（Protocol）
协议是指通信双方必须共同遵守的约定和通信规则。一般地，协议的实现由软件和硬件分别或配合完成、或由联网设备来实现。
由于计算机网络是一个相当复杂的系统，网络的设计通常分为多个层次，相应的协议也被分为多个层次。分层目的可将庞大而复杂的问题转化为若干较小的局部问题，而这些较小的局部问题就比较容易研究和处理。分层好处使复杂的网络系统变得层次分明，结构清晰，使整个网络的设计变成了对各层及层间接口的设计，因此容易设计和实现。
如何分层，以及各层中具体采用的协议总和，称为网络的体系结构，其具体的实现是通过特定的硬件和软件来完成的。
1. OSI参考模型
OSI参考模型：1984年，ISO（国际标准化组织）公布了OSI/RM系统（Open System Interconnection/Reference Model开放系统互联参考模型），使各种不同的网络之间互联、互相通信成为可能，实现了更大范围内的计算机资源共享。
OSI采用分层体系结构，包括七个层次：物理层、链路层、网络层、传输层、会话层、表示层、应用层。
*巧记OSI模型各层英文名称
窍门就是：All People Seem To Need Data Processing(所有的人看起来都需要数据处

理)。这句话每单词的第一个字母，分别代表应用层(Application)、表示层(Presentation)、会话层(Session)、传输层(Transport)、网络层(Network)、数据链
路层(Data Link)、物理层(Physical)。
OSI各层间的关系：服务与被服务的关系，每一层的目的是向相邻的上层提供服务并且屏蔽服务实现的细节。相邻各层通过接口进行通信。在发送端，在每一层，软件给数据包添加额外的格式或地址信息（打包）；在接收端，各层的软件将多余的信息去掉，并将数据包传往上一层（解包）。
2. TCP/IP协议集
TCP/IP（Transmission Control Protocol / Internet Protocol）协议是针对Internet开发的通信结构和协议标准，它是一个Internet协议系列，目前已包含了100多个协议，用来将各种计算机和数据通信设备组成计算机网络。在这一协议系列中，TCP与IP是其中两个最基本重要的协议。
1) 互联层（Internet Layer）
负责在互联网上传输数据分组。主要定义了IP协议和数据分组格式。
IP协议：路由选择和拥塞控制。
2) 传输层（Transport Layer）
负责端到端的对等实体之间进行通信。主要定义了TCP协议和UPD（User Datagram Protocol）协议。
TCP协议：保证主机之间有可靠的字节流传输。
UPD协议：不可靠的、无连接协议。
3) 应用层（Application Layer）
SMTP 简单的邮件传输协议
HTTP 使用浏览器查询Web服务器上超文本消息所使用的协议
TELNET 远程登录协议
FTP 主机之间进行文件交换所使用的协议
POP 邮局协议
DNS 域名和IP地址之间的转换所使用的协议