计算机网络基础知识及应用

LOGO第第4章章计算机网络根底知识及应用计算机网络根底知识及应用LOGO本章要点：本章要点：计算机网络根底计算机网络根底1计算机局域网计算机局域网Internet根底根底网页设计根底网页设计根底234LOGOv当今世界，计算机网络无处不在，给我们的学习、当今世界，计算机网络无处不在，给我们的学习、生活、工作带来了翻天覆地的变化。不管你是身处生活、工作带来了翻天覆地的变化。不管你是身处校园内还是校园外都可以方便的接入计算机网络，校园内还是校园外都可以方便的接入计算机网络，畅游于畅游于Internet之中，获取信息、娱乐休闲、聊天之中，获取信息、娱乐休闲、聊天通信通信v计算机网络由计算机和通信网络两局部组成，计算计算机网络由计算机和通信网络两局部组成，计算机是通信网络的终端或信源。通信网络为计算机之机是通信网络的终端或信源。通信网络为计算机之间的数据传输和交换提供了必要的手段；同时，计间的数据传输和交换提供了必要的手段；同时，计算机技术不断地渗透到通信技术中，又提高了通信算机技术不断地渗透到通信技术中，又提高了通信网络的性能。正是这两者的紧密结合，促进了计算网络的性能。正是这两者的紧密结合，促进了计算机网络的开展和繁荣，并对人类社会的开展和进步机网络的开展和繁荣，并对人类社会的开展和进步产生了巨大的影响。产生了巨大的影响。LOGO4.1 计算机网络根底计算机网络根底v1946年世界上第一台电子计算机年世界上第一台电子计算机ENIAC诞生，给人诞生，给人类社会带来了一次前所为有的创新。随后，微型计类社会带来了一次前所为有的创新。随后，微型计算机的出现，使得计算机从实验室和少数高科技人算机的出现，使得计算机从实验室和少数高科技人员中的手中，飞入了员中的手中，飞入了“寻常百姓家，使学校、政寻常百姓家，使学校、政府、企业等单位甚至是普通的个人感受到了计算机府、企业等单位甚至是普通的个人感受到了计算机为生活带来的巨大改变。为生活带来的巨大改变。v但是，以前很长一段时间，绝大多数微型机算计都但是，以前很长一段时间，绝大多数微型机算计都是以单机的形式存在，没有网络的互联，尽管单机是以单机的形式存在，没有网络的互联，尽管单机为人们的学习、生活、工作带来了很大的改变，但为人们的学习、生活、工作带来了很大的改变，但是计算机处理数据、事务的更大优势并没有能够完是计算机处理数据、事务的更大优势并没有能够完全表达。全表达。LOGOv一些有远见的计算机工程师预见计算机如果能够联一些有远见的计算机工程师预见计算机如果能够联合在一起工作，联网的计算机将能提供单机所无法合在一起工作，联网的计算机将能提供单机所无法带来的更为强大的功能和收益。其中关于计算机网带来的更为强大的功能和收益。其中关于计算机网络互联最重要的思想之一是由络互联最重要的思想之一是由Bob Metcalfe 于于1976年提出的，他设计的计算机之间互联传输数据的思年提出的，他设计的计算机之间互联传输数据的思想如图想如图4-1所示，他所示，他 称之为称之为 Ethernet，也就是现在所说的也就是现在所说的 以太网，这便是后以太网，这便是后 来计算机网络甚至来计算机网络甚至 是是 Internet 的关键的关键 理论。理论。图图4-1 Bob Metcalfe的网络示意图的网络示意图LOGO4.1.1 计算机网络的优点和面临的挑战计算机网络的优点和面临的挑战v如今，已经深具影响力的计算机网络，展现在人们面如今，已经深具影响力的计算机网络，展现在人们面前的不仅仅是它强大的科学计算功能，对于我们，更前的不仅仅是它强大的科学计算功能，对于我们，更多的表达在它可以为我们方便的共享各种资源，软件多的表达在它可以为我们方便的共享各种资源，软件共享、硬件共享、数据共享等等。计算机网络为我们共享、硬件共享、数据共享等等。计算机网络为我们提供了以下优点：提供了以下优点：v 硬件共享节约本钱硬件共享节约本钱v 例如，我们可以为办公室只购置一台价格昂贵例如，我们可以为办公室只购置一台价格昂贵的彩色激光打印机，将其连入办公室的网络，这样，的彩色激光打印机，将其连入办公室的网络，这样，办公室的任何成员都可以用自己的计算机通过网络来办公室的任何成员都可以用自己的计算机通过网络来使用它，打印出自己所需的彩色图片，而不用给每个使用它，打印出自己所需的彩色图片，而不用给每个需要打印彩色图片的人员都购置一台价格昂贵的彩色需要打印彩色图片的人员都购置一台价格昂贵的彩色激光打印机连接在他自己使用的计算机上。激光打印机连接在他自己使用的计算机上。v 不仅仅如此，网络还允许我们整个办公室的所不仅仅如此，网络还允许我们整个办公室的所有计算机通过网络设备共享一个有计算机通过网络设备共享一个Internet连接，共享连接，共享使用扫描仪、照片打印机、绘图仪等。使用扫描仪、照片打印机、绘图仪等。LOGO 软件共享节约本钱软件共享节约本钱 从技术上来讲，可以只购置一套单机版的软件，为从技术上来讲，可以只购置一套单机版的软件，为实验室每台计算机都安装上它，并且使用它，但是，很明实验室每台计算机都安装上它，并且使用它，但是，很明显这是不合法的，因为，单机版软件往往申明了单用户使显这是不合法的，因为，单机版软件往往申明了单用户使用许可协议，它是不允许装在多台计算机上使用的。这样，用许可协议，它是不允许装在多台计算机上使用的。这样，软件的网络版就出现了，在一个拥有多台计算机的实验室软件的网络版就出现了，在一个拥有多台计算机的实验室中，安装网络版的软件所需的本钱要大大低于为每台计算中，安装网络版的软件所需的本钱要大大低于为每台计算机单独购置安装单机版软件的本钱。机单独购置安装单机版软件的本钱。文件共享简单可行文件共享简单可行 以往，我们为了将一台计算机上的文件拷贝到另一以往，我们为了将一台计算机上的文件拷贝到另一台计算机上，往往需要借助软盘、闪盘等其他的可移动存台计算机上，往往需要借助软盘、闪盘等其他的可移动存储设备，操作起来比较繁琐，而如果我们将计算机互联成储设备，操作起来比较繁琐，而如果我们将计算机互联成网，那么互相信任的计算机间，可以方便、自由、快速的网，那么互相信任的计算机间，可以方便、自由、快速的传输各种文件。传输各种文件。LOGO 网络互联可以使工作跨越地域和时间网络互联可以使工作跨越地域和时间 借助一些软件，可以将一个公司不同地域的工作人员借助一些软件，可以将一个公司不同地域的工作人员联合起来，召开网络视频会议；也可以让不同时差的工联合起来，召开网络视频会议；也可以让不同时差的工作人员通过计算机网络例如使用电子邮件共享操作作人员通过计算机网络例如使用电子邮件共享操作同一个文档。同一个文档。以上我们说的都是计算机网络的优点，那么计算机网络有以上我们说的都是计算机网络的优点，那么计算机网络有什么缺乏的地方？它面临着怎样的挑战？计算机网络最什么缺乏的地方？它面临着怎样的挑战？计算机网络最大的缺点就在于，它可能会被未经授权的用户入侵。对大的缺点就在于，它可能会被未经授权的用户入侵。对于单机来讲，如果想删除或损坏它的数据，往往只能通于单机来讲，如果想删除或损坏它的数据，往往只能通过用户使用了含有病毒的光盘或软盘等造成计算机感染过用户使用了含有病毒的光盘或软盘等造成计算机感染病毒这种方法，而对于网络上的计算机来讲，它们面临病毒这种方法，而对于网络上的计算机来讲，它们面临的攻击却是有多种途径的。的攻击却是有多种途径的。LOGOv通过未经授权的工作站工作站本章含义：一台已经连通过未经授权的工作站工作站本章含义：一台已经连入本地网络的微型计算机，入侵者可以通过一些技术入本地网络的微型计算机，入侵者可以通过一些技术手段访问到存储在效劳器或其他工作站上的数据。对于手段访问到存储在效劳器或其他工作站上的数据。对于接入接入 Internet的计算机局域网络，那么面临着来自其他的计算机局域网络，那么面临着来自其他地区甚至其他国家的远程计算机带来的攻击。地区甚至其他国家的远程计算机带来的攻击。v 计算机网络比单机更容易受到网络恶意代码的攻击，在计算机网络比单机更容易受到网络恶意代码的攻击，在网络中极易传播的蠕虫病毒、特洛伊木马以及混合的病网络中极易传播的蠕虫病毒、特洛伊木马以及混合的病毒代码，都给网络带来了威胁。但是，绝大多数的人还毒代码，都给网络带来了威胁。但是，绝大多数的人还是认为网络带来的利益要远远超过网络的缺点，并且相是认为网络带来的利益要远远超过网络的缺点，并且相信，只要通过一些保护平安的技术手段，例如安装防病信，只要通过一些保护平安的技术手段，例如安装防病毒软件、网络防火墙等，是可以保护计算机网络的平安毒软件、网络防火墙等，是可以保护计算机网络的平安的。的。LOGO4.1.2 计算机网络的定义计算机网络的定义v计算机网络的精确定义并没有统一，一般认为：计算机网络的精确定义并没有统一，一般认为：计算机网络是利用通信设备和线路将地理位置不计算机网络是利用通信设备和线路将地理位置不同、功能独立的多个计算机系统连接起来，以功同、功能独立的多个计算机系统连接起来，以功能完善的网络软件实现网络的资源共享和信息传能完善的网络软件实现网络的资源共享和信息传递的系统。递的系统。v计算机网络主要包括以下三局部：计算机网络主要包括以下三局部：v 主机主机为用户提供效劳。为用户提供效劳。v 通信子网通信子网提供数据传输和交换功能。提供数据传输和交换功能。v 通信协议通信协议根据事先约定好的和必须遵守根据事先约定好的和必须遵守的规那么，保证通信顺利的进行。的规那么，保证通信顺利的进行。v计算机网路要实现的主要目标是资源共享，资源计算机网路要实现的主要目标是资源共享，资源包括计算机硬件如打印机等、软件和数据。包括计算机硬件如打印机等、软件和数据。LOGO4.1.3 计算机网络的分类计算机网络的分类v在过去，计算机工程师们为了追求网络数据传输在过去，计算机工程师们为了追求网络数据传输的速度、更高的效率，以及更高的平安性能等，的速度、更高的效率，以及更高的平安性能等，提出了大量不同的计算机网络互联技术，并付诸提出了大量不同的计算机网络互联技术，并付诸了实施，产生了多种不同的网络类别。今天，网了实施，产生了多种不同的网络类别。今天，网络互联的技术已经越来越标准化了，不同的网络络互联的技术已经越来越标准化了，不同的网络技术差异在减少，但是对于不同的应用来讲，保技术差异在减少，但是对于不同的应用来讲，保存不同的网络类别仍然是必须的。存不同的网络类别仍然是必须的。v我们可以按不同的方式对计算机网络进行分类，我们可以按不同的方式对计算机网络进行分类，例如：学校实验室的计算机网络你可以说它是局例如：学校实验室的计算机网络你可以说它是局域网，也可以说它是以太网，也可以说它是由双域网，也可以说它是以太网，也可以说它是由双绞线而联成的网络等，分类方式不同而已。表绞线而联成的网络等，分类方式不同而已。表4.1列出了几种不同的分类方式以及分类的结果。列出了几种不同的分类方式以及分类的结果。LOGO表表4.1 计算机网络的分类计算机网络的分类地理范围地理范围按照联网计算机的距按照联网计算机的距离和覆盖的地域范围离和覆盖的地域范围WAN、MAN、LAN拓扑结构拓扑结构网络互联设备之间的网络互联设备之间的结构关系结构关系Star、Bus、Ring、Mesh、Tree组织方式组织方式网络互联设备如何连网络互联设备如何连接工作接工作Client/Server、Peer-to-Peer传输介质传输介质互联设备传输数据和互联设备传输数据和信号所采用的介质信号所采用的介质双绞线、同轴电缆、光双绞线、同轴电缆、光纤、无线射频、微波、纤、无线射频、微波、红外线、电话线、电力红外线、电话线、电力线线带宽带宽网络传输数据的速度网络传输数据的速度能力能力宽带、窄带宽带、窄带LOGO1.按地理范围分类按地理范围分类v 按照联网的计算机之间的距离和覆盖范围来按照联网的计算机之间的距离和覆盖范围来分类是应用最广的一种分类方式。对于一个只有分类是应用最广的一种分类方式。对于一个只有几台计算机的网络来讲，我们只需要用一些简单几台计算机的网络来讲，我们只需要用一些简单而又根本的设备就可以将它们互联成网。但是当而又根本的设备就可以将它们互联成网。但是当网络覆盖的范围越来越大时，我们就需要考虑使网络覆盖的范围越来越大时，我们就需要考虑使用更多的网络互联器材以及一些特殊的多样化的用更多的网络互联器材以及一些特殊的多样化的设备来推进数据的远距离传输，满足各种不同的设备来推进数据的远距离传输，满足各种不同的需求。按照地理范围分类，网络一般可分为以下需求。按照地理范围分类，网络一般可分为以下三种类型。三种类型。LOGOv局域网局域网LAN，local area networkv 局域网用于将有限范围内的各种计算机和外部设备局域网用于将有限范围内的各种计算机和外部设备等互联成网。其作用范围通常为几米到十几千米，提供高等互联成网。其作用范围通常为几米到十几千米，提供高数据传输速率。局域网连接可以采用多种技术手段，如有数据传输速率。局域网连接可以采用多种技术手段，如有线或无线连接方式。公司的办公室或学校的计算机实验室线或无线连接方式。公司的办公室或学校的计算机实验室常常采用这种方式。常常采用这种方式。v广域网广域网WAN，wide area networkv 广域网的作用范围一般为几十千米到几千千米，可广域网的作用范围一般为几十千米到几千千米，可以跨省、跨国或跨洲。可以实现计算机更广阔范围上的互以跨省、跨国或跨洲。可以实现计算机更广阔范围上的互联，实现世界级范围内的信息数据共享。我们所熟悉的联，实现世界级范围内的信息数据共享。我们所熟悉的Internet就是广域网的典型应用。就是广域网的典型应用。v城域网城域网MAN，metropolitan area networkv 城域网的作用范围介于城域网的作用范围介于LAN和和WAN之间，可以认为之间，可以认为是一种大型的局域网是一种大型的局域网LAN，通常使用与局域网相似的，通常使用与局域网相似的技术，它可以覆盖一个城市的范围，并且城域网有可能连技术，它可以覆盖一个城市的范围，并且城域网有可能连接当地的有线电视网络，提供更丰富的数据信息资源。接当地的有线电视网络，提供更丰富的数据信息资源。LOGO2.按拓扑结构分类按拓扑结构分类v 任何一个连接在网络上的设备都称作节点，任何一个连接在网络上的设备都称作节点，一个网络的节点往往代表以下设备：一个网络的节点往往代表以下设备：v 效劳器效劳器Server：一台用来存储数据：一台用来存储数据或提供网络效劳的计算机。或提供网络效劳的计算机。v 工作站工作站Workstation：一台已经连：一台已经连入本地网络的计算机。入本地网络的计算机。v 网络外设网络外设Networked peripheral：打印机、扫描仪等连入本地网络的设备。打印机、扫描仪等连入本地网络的设备。v 网络设备网络设备Networked device：一种：一种用来播送网络数据、传输电子信号或路由数据到用来播送网络数据、传输电子信号或路由数据到它的目的地的电子设备。它的目的地的电子设备。LOGOv 计算机网络拓扑结构是通过网络中节点与计算机网络拓扑结构是通过网络中节点与通信线路之间的几何关系来表示网络结构，反通信线路之间的几何关系来表示网络结构，反映出网络中各实体间的结构关系。简单的说网映出网络中各实体间的结构关系。简单的说网络拓扑就是网络中计算机、缆线以及其他组件络拓扑就是网络中计算机、缆线以及其他组件的物理布局。按照网络拓扑结构，一般分为星的物理布局。按照网络拓扑结构，一般分为星状、总线、环状、网状和树状状、总线、环状、网状和树状5种。种。LOGO星状拓扑星状拓扑Starv星状拓扑中的所有设备都与中心节点相连，如图星状拓扑中的所有设备都与中心节点相连，如图 v 4-2 所示。中心节点提供数据交换功能，中心所示。中心节点提供数据交换功能，中心节点可以是一台效劳器，但更多时候是一个叫做节点可以是一台效劳器，但更多时候是一个叫做集线器集线器Hub的网络设备，它的作用是在各节的网络设备，它的作用是在各节点之间播送传输数据；中心节点也常采用交换机点之间播送传输数据；中心节点也常采用交换机Repeater，交换机的特点是允许多对接点同，交换机的特点是允许多对接点同时传输数据，从而提供比时传输数据，从而提供比Hub更大的数据传输带更大的数据传输带宽。宽。图图4-2 星状结构星状结构LOGOv星状拓扑的优点是：易于管理、维护，平安，星状拓扑的优点是：易于管理、维护，平安，其中的一个节点发生了故障，不会影响网络的其中的一个节点发生了故障，不会影响网络的运行。缺点是：中心节点必须具有很高的可靠运行。缺点是：中心节点必须具有很高的可靠性，因为中心节点一旦发生故障，整个网络就性，因为中心节点一旦发生故障，整个网络就会瘫痪。会瘫痪。LOGOv总线拓扑中的所有设备都直接连接到一条数据传总线拓扑中的所有设备都直接连接到一条数据传输主干线缆上，如图输主干线缆上，如图4-3所示。在主干线缆的两所示。在主干线缆的两端以特殊的设备端以特殊的设备终结器终结器Terminator结束。结束。Bob Metcalfe在在1976年提出的网络思想就是这年提出的网络思想就是这种总线网络理念。种总线网络理念。总线拓扑总线拓扑Bus图图4-3 总线结构总线结构LOGOv总线拓扑的优点是：费用低，设备接入网络灵活，总线拓扑的优点是：费用低，设备接入网络灵活，某个节点发生故障不影响其他用户。缺点是：由某个节点发生故障不影响其他用户。缺点是：由于所有数据交互通过总线，故一次仅能有一个用于所有数据交互通过总线，故一次仅能有一个用户发送数据，其他用户必须等待得到发送权，才户发送数据，其他用户必须等待得到发送权，才能发送数据。总线拓扑常常应用在较少的设备需能发送数据。总线拓扑常常应用在较少的设备需要互连时，当互连设备较多时，将会导致整个网要互连时，当互连设备较多时，将会导致整个网络运行缓慢，并且，一旦主干线缆发生故障，那络运行缓慢，并且，一旦主干线缆发生故障，那么整个网络将会瘫痪。么整个网络将会瘫痪。LOGOv环状拓扑中所有设备通过链路连接成环，如图环状拓扑中所有设备通过链路连接成环，如图4-4所示。所示。v环状拓扑中传送的数据信号始终按一个方向一环状拓扑中传送的数据信号始终按一个方向一个节点一个节点的向下传输，每台计算机都是个节点一个节点的向下传输，每台计算机都是一个中继器，把信号放大并传输给下一台计算一个中继器，把信号放大并传输给下一台计算机。但是由于信号通过每一台计算机，所以任机。但是由于信号通过每一台计算机，所以任何一台计算机出现故障都会影响整个网络，从何一台计算机出现故障都会影响整个网络，从而导致网络瘫痪。而导致网络瘫痪。环状拓扑环状拓扑Ring图图4-4 环状结构环状结构 LOGOv网状拓扑中的节点通过假设干条路径与其他节网状拓扑中的节点通过假设干条路径与其他节点相连，数据从一个节点传输到另外一个节点点相连，数据从一个节点传输到另外一个节点往往有多条路径可以选择，如图往往有多条路径可以选择，如图4-5所示。所示。v这种冗余的数据传输路线，使得网状拓扑非常这种冗余的数据传输路线，使得网状拓扑非常可靠，即使其中的几条数据链路发生了故障，可靠，即使其中的几条数据链路发生了故障，那么数据仍然可以通过其他的路线传输到它的那么数据仍然可以通过其他的路线传输到它的目的节点。目的节点。Internet的最初网络的互连规划就的最初网络的互连规划就是建立在网状拓扑概念之上。是建立在网状拓扑概念之上。网状拓扑网状拓扑Mesh图图4-5 网状结构网状结构 LOGOv树状拓扑是星状拓扑和总线拓扑的混合体，如树状拓扑是星状拓扑和总线拓扑的混合体，如图图 4-6 所示。假设干个星状网络连接在总线网所示。假设干个星状网络连接在总线网络的总线上，这种网络拓扑的功能弹性很大，络的总线上，这种网络拓扑的功能弹性很大，同时具有了总线网络和星状网络的优点，可以同时具有了总线网络和星状网络的优点，可以方便的将一个个星状网络通过总线连接在一起方便的将一个个星状网络通过总线连接在一起工作。如今，大局部的校园网或商业网都是应工作。如今，大局部的校园网或商业网都是应用这种网络拓扑结构。用这种网络拓扑结构。树状拓扑树状拓扑Tree图图4-6 树状拓扑树状拓扑 LOGOv上上面面的的介介绍绍的的网网络络结结构构可可以以彼彼此此互互联联成成为为更更大大的的网网络络么么？当当然然可可以以。两两个个类类似似的的网网络络可可以以经经由由网网桥桥Bridge实实现现互互连连，网网桥桥的的功功能能是是转转发发两两个个网网络络之之间间的的数数据据，而而不不管管传传输输的的数数据据格格式式。如如果果需需要要把把两两个个网网络络拓拓扑扑和和技技术术不不同同的的网网络络 实实 现现 互互 联联，我我 们们 往往 往往 需需 要要 使使 用用 网网 关关 Gateway，网网关关是是把把两两个个不不同同的的网网络络实实现现互互联联，并并转转换换两两个个不不同同的的网网络络之之间间的的数数据据格格式式的的网网络络设设备备或或软软件件的的统统称称。网网关关可可以以完完全全通通过过软软件件来来实实现现，也也可可以以完完全全通通过过硬硬件件来来实实现现，当当然然，也可以是两者的组合。也可以是两者的组合。LOGOv网网关关的的实实现现通通常常是是使使用用一一种种叫叫做做路路由由器器Router的的网网络络设设备备。路路由由器器是是一一种种用用来来连连接接两两个个或或者者多多个个网网络络的的电电子子设设备备。例例如如：一一个个单单位位内内部部的的局局域域网网LAN可可以以使使用用路路由由器器连连接接到到Internet广广域域网网WAN。在在这这里里，路路由由器器作作为为局局域域网网和和广广域域网网的的接接入入点点，起起到到了了网网关关的的功功能能，通通过过它它可可以以交交互互局局域域网网和和广广域域网网之之间间的的数数据据，实实现现不不同同类类型型的的网网络络互互联联功功能能。路路由由器器将将它它接接收收到到的的数数据据转转换换并并分分发发到到局局域域网网中中的的相相应应设设备备上上，它它也也将将局局域域网网中中设设备备需需传传出出的的数数据据发发送送到到其其他他网网络络中中去去。如如图图4-7所所示示，路路由由器器通通常常用用来来连连接接局局域域网网和和广广域域网网。路路由由器器将将局局域域网网发发送送给给其其他他网网络络的的数数据据送送出出白白色色信信封封，并并保保存存不不需需发发送送到到外外部部的的数数据据灰灰色色信信封，使其在局域网内部流通。封，使其在局域网内部流通。LOGO路由器路由器局域网内部发局域网内部发送的数据送的数据发往局域网外发往局域网外部的数据部的数据图图4-7 4-7 路由器工作原理图路由器工作原理图LOGO3.按组织方式分类按组织方式分类v 按组织方式分类可以分为：客户机按组织方式分类可以分为：客户机/效劳器模式效劳器模式v 和对等网模式两种。和对等网模式两种。v客户机客户机/效劳器模式效劳器模式Client/Serverv 客户机客户机/效劳器模式网络包含了一台或多台安装了效劳器模式网络包含了一台或多台安装了效劳器软件的计算机，以及连接到效劳器上的安装了效劳器软件的计算机，以及连接到效劳器上的安装了客户端软件的一台或多台计算机。效劳器为网络的中客户端软件的一台或多台计算机。效劳器为网络的中心，承担着提供整个网络数据存储和转发的功能。网心，承担着提供整个网络数据存储和转发的功能。网络数据库、网络在线游戏等都是客户机络数据库、网络在线游戏等都是客户机/效劳器模式效劳器模式网络的典型应用。网络的典型应用。v对等网模式对等网模式Peer-to-Peer，也常常称作，也常常称作P2Pv 对等网模式的网络，将网络中的所有互联设备等同对等网模式的网络，将网络中的所有互联设备等同对待，所以，这些网络设备都可以单独存储数据，直对待，所以，这些网络设备都可以单独存储数据，直接传输数据而不需要中心效劳器的参与。接传输数据而不需要中心效劳器的参与。P2P技术是技术是网络文件共享效劳的根底，例如互联网上著名的网络文件共享效劳的根底，例如互联网上著名的P2P软件软件BT下载，以及微软的下载，以及微软的Windows对等网络等对等网络等都是以此模式为理论依据的。都是以此模式为理论依据的。LOGO图图4-8是客户机是客户机/效劳器模式和对等网模式的比较图。效劳器模式和对等网模式的比较图。图图4-8 Client/Server与与Peer-to-Peer的比照的比照LOGO4.按传输介质分类按传输介质分类v网络中常见的传输介质有双绞线、同轴电缆、光网络中常见的传输介质有双绞线、同轴电缆、光纤、无线射频、微波、红外线、纤、无线射频、微波、红外线、线、电力线等。线、电力线等。v 双绞线双绞线v 双绞线是一种应用广泛、价格低廉的网络双绞线是一种应用广泛、价格低廉的网络线缆。它的内部包含线缆。它的内部包含 4 对铜线，每对铜线相互绝对铜线，每对铜线相互绝缘并被绞合在一起，所以其得名双绞线。双绞线缘并被绞合在一起，所以其得名双绞线。双绞线可以分为屏蔽双绞线可以分为屏蔽双绞线STP:v Shielded Twisted Pairv 和非屏蔽双绞线和非屏蔽双绞线UTP:v Unshilded Twisted Pairv 两大类，我们通常用的都是两大类，我们通常用的都是v 非屏蔽双绞线如图非屏蔽双绞线如图4-9。v 双绞线现在正被广泛的应用双绞线现在正被广泛的应用v 于局域网中。于局域网中。图图4-9 非屏蔽双绞线的结构非屏蔽双绞线的结构LOGO 国际电气工业协会国际电气工业协会EIA为非屏蔽双绞线电缆为非屏蔽双绞线电缆定义了多种不同的质量类别。计算机网络中最常定义了多种不同的质量类别。计算机网络中最常用的是第用的是第3、5、6类等。其类别定义如下：类等。其类别定义如下：第第3类类:此类别是指目前在此类别是指目前在 ANSI和和EIA/TIA-568 标标准中指定的电缆。其传输带宽准中指定的电缆。其传输带宽 为为20MHz，用于，用于语音和数据的最高传输速率为语音和数据的最高传输速率为10Mb/s，可用于，可用于IEEE802.5令牌环网、令牌环网、IEEE802.3 10Base-T以太以太网和网和100Base-T4快速以太网。快速以太网。第第5类：传输带宽最高位类：传输带宽最高位100MHz，用于语音和数据，用于语音和数据的传输最高传输速率为的传输最高传输速率为155Mb/s。可用于。可用于IEEE802.3z 100Base-T快速以太网。快速以太网。LOGO第第6类：传输带宽最高为类：传输带宽最高为250MHz，主要用于，主要用于100Base-T和和1000Base-T以太网中，特别在千以太网中，特别在千兆以太网中传输距离可达兆以太网中传输距离可达100m。使用双绞线组。使用双绞线组网，双绞线和其他网络设备例如网卡连接网，双绞线和其他网络设备例如网卡连接必须是必须是RJ45接头也叫水晶头。以下图是接头也叫水晶头。以下图是RJ45接头，左图为示意图，右图为实物图。接头，左图为示意图，右图为实物图。LOGO 双绞线双绞线10BASE-T以太网技术标准可归结为以太网技术标准可归结为 5-4-3-2-1规那么规那么:允许允许5个网段，每网段最大长度个网段，每网段最大长度100米米在同一信道上允许连接在同一信道上允许连接4个中继器或集线器个中继器或集线器在其中的三个网段上可以增加节点在其中的三个网段上可以增加节点在另外两个网段上，除做中继器链路外，不能接任何在另外两个网段上，除做中继器链路外，不能接任何节点节点上述将组建一个大型的冲突域，最大站点数上述将组建一个大型的冲突域，最大站点数1024，网，网络直径达络直径达2500米米 上述规那么只是一个粗略的设计指南，实际的上述规那么只是一个粗略的设计指南，实际的数据因厂家不同而异。利用双绞线组网，可以获得数据因厂家不同而异。利用双绞线组网，可以获得良好的稳定性，在实际应用中越来越多。尤其是近良好的稳定性，在实际应用中越来越多。尤其是近年来，快速以太网的开展，利用双绞线组建不须再年来，快速以太网的开展，利用双绞线组建不须再增加其它设备，因此被业界人士看好。增加其它设备，因此被业界人士看好。LOGO 同轴电缆同轴电缆 同轴电缆可分为两类：粗缆和细缆，这种电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，比方有线电视网，就是使缆在实际应用中很广，比方有线电视网，就是使用同轴电缆。不管是粗缆还是细缆，其中央都是用同轴电缆。不管是粗缆还是细缆，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，如图层的护套组成，如图4-10所示。这种结构的金属所示。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。来防止外界电磁场干扰中心导体的信号。图图4-10 同轴电缆的结构同轴电缆的结构LOGO 细缆连接设备及技术参数细缆连接设备及技术参数 采用细缆组网，除需要电缆外，还需要采用细缆组网，除需要电缆外，还需要BNC头、型头及终端匹配器等；同轴电缆头、型头及终端匹配器等；同轴电缆组网的网卡必须带有细缆连接接口通常在网组网的网卡必须带有细缆连接接口通常在网卡上标有卡上标有BNC字样。字样。5-4-3-2-1规那么规那么:下面是细缆组网的技术参数：下面是细缆组网的技术参数：最大的干线段长度；最大的干线段长度；185米米最大网络干线电缆长度：最大网络干线电缆长度：925米米每条干线段支持的最大结点数：每条干线段支持的最大结点数：30BNC、T型连接器之间的最小距离：型连接器之间的最小距离：0.5米米LOGO 粗缆连接设备及技术参数粗缆连接设备及技术参数 粗缆连接设备包括转换器、粗缆连接设备包括转换器、DIX连接器及电连接器及电缆、缆、N系列插头、系列插头、N系列匹配器，如以下图。系列匹配器，如以下图。使用粗缆组网，网卡必须有使用粗缆组网，网卡必须有DIX接口一般标接口一般标有有DIX字样。字样。下面是采用粗缆组网的技术参数：下面是采用粗缆组网的技术参数：最大的干线长度：最大的干线长度：500米米最大网络干线电缆长度：最大网络干线电缆长度：2500米米每条干线段支持的最大结点数：每条干线段支持的最大结点数：100收发器之间的最小距离：收发器之间的最小距离：2.5米米收发器电缆的最大长度：收发器电缆的最大长度：50米米BNC、T型连接器之型连接器之间的最小距离：间的最小距离：0.5米米LOGOv在早期的局域网络中经常采用同轴电缆作为传在早期的局域网络中经常采用同轴电缆作为传输介质。同轴电缆适用于总线网络拓扑结构。输介质。同轴电缆适用于总线网络拓扑结构。在现代网络中，同轴电缆构成的网络已逐步被在现代网络中，同轴电缆构成的网络已逐步被由非屏蔽双绞线或光纤构成的网络所淘汰。由非屏蔽双绞线或光纤构成的网络所淘汰。LOGO 光纤光纤 光纤是一束极细的玻璃纤维的组合体。每一光纤是一束极细的玻璃纤维的组合体。每一根玻璃纤维都称为一条光纤，它要比人们的头发根玻璃纤维都称为一条光纤，它要比人们的头发丝还要细很多。由于玻璃纤维及其脆弱，因此，丝还要细很多。由于玻璃纤维及其脆弱，因此，每一根光纤都有外罩保护，最后用一个极有韧性每一根光纤都有外罩保护，最后用一个极有韧性的外壳将假设干光纤封装，就成了我们看到的光的外壳将假设干光纤封装，就成了我们看到的光纤线缆，如图纤线缆，如图4-11所示。所示。图图4-11 光纤线缆光纤线缆LOGO 光纤不同于双绞线和同轴电缆将数据转换光纤不同于双绞线和同轴电缆将数据转换为电信号传输，而是将数据转换为光信号在其为电信号传输，而是将数据转换为光信号在其内部传输，从而拥有了强大的数据传输能力。内部传输，从而拥有了强大的数据传输能力。目前光纤的数据传输速率可达目前光纤的数据传输速率可达2.4Gbps，传输，传输距离可达上百千米。距离可达上百千米。Internet的主干网络就是的主干网络就是采用光纤线缆搭建而成，并且，光纤也越来越采用光纤线缆搭建而成，并且，光纤也越来越多地应用于商业网络和校园网络之中。多地应用于商业网络和校园网络之中。LOGO 基于光缆的网络，国际标准化组织基于光缆的网络，国际标准化组织ISO制定了许制定了许多标准，具体如下：多标准，具体如下：10BASE-FL10BASE-FB10BASE-FP 其中其中10BASE-FL是使用最广泛的数据格式，是使用最广泛的数据格式，下面是其组网规那么：下面是其组网规那么：最大段长：最大段长：2000M每段最大节点每段最大节点NODE数：数：2每网络最大节点每网络最大节点NODE数：数：1024每链的最大每链的最大HUB数：数：4 除以上有线线缆外，我们还可以使用除以上有线线缆外，我们还可以使用USB线缆、线缆、线、平行线缆甚至是电力线缆来传输数据。线、平行线缆甚至是电力线缆来传输数据。LOGO 无线传输介质无线传输介质 常用的无线传输介质主要有微波、红外线、常用的无线传输介质主要有微波、红外线、无线电、激光和卫星等。无线电、激光和卫星等。无线网络的特点是传输数据受地理位置的限无线网络的特点是传输数据受地理位置的限制较小、使用方便，其缺乏之处是容易受到障碍制较小、使用方便，其缺乏之处是容易受到障碍物和天气的影响。物和天气的影响。无线介质和无线传输技术是计算机网络的重无线介质和无线传输技术是计算机网络的重要开展方向之一。要开展方向之一。LOGO 无线电的频率范围在无线电的频率范围在10KHz-16KHz之间。在电之间。在电磁频谱里，属于磁频谱里，属于对频对频。使用无线电的时候，需要。使用无线电的时候，需要考虑的一个重要问题是电磁波频率的范围频谱考虑的一个重要问题是电磁波频率的范围频谱是相当有限的。其中大局部都已被电视、播送以及是相当有限的。其中大局部都已被电视、播送以及重要的政府和军队系统占用。因此，只有很少一局重要的政府和军队系统占用。因此，只有很少一局部留给网络电脑使用，而且这些频率也大局部都由部留给网络电脑使用，而且这些频率也大局部都由国内国内无线电管理委员会无委会无线电管理委员会无委会统一管制。要统一管制。要使用一个受管制的频率必须向无委会申请许可证，使用一个受管制的频率必须向无委会申请许可证，这在一定程度上会相当不便。如果设备使用的是未这在一定程度上会相当不便。如果设备使用的是未经管制的频率，那么功率必须在经管制的频率，那么功率必须在1W以下，这种管制以下，这种管制目的是限制设备的作用范围，从而限制对其它信号目的是限制设备的作用范围，从而限制对其它信号的干扰。用网络术语来说，这相当于限制了未管制的干扰。用网络术语来说，这相当于限制了未管制无线电的通信带宽。无线电的通信带宽。LOGO下面这些频率是未受管制的：下面这些频率是未受管制的：902 925MHz2.4GHz(全球通用全球通用)5.72 5.85 GHz 无线电波可以穿透墙壁，也可以到达普通网无线电波可以穿透墙壁，也可以到达普通网络线缆无法到达的地方。针对无线电链路连接的络线缆无法到达的地方。针对无线电链路连接的网络，现在已有相当坚实的工业根底，在业界也网络，现在已有相当坚实的工业根底，在业界也得到迅速开展。得到迅速开展。LOGO5.按带宽分类按带宽分类v计算机网络传输数据的速度越快越好。带宽说的计算机网络传输数据的速度越快越好。带宽说的正是网络信道传输数据的能力。按带宽分类可以正是网络信道传输数据的能力。按带宽分类可以将网络分为：宽带网络和窄带网络。这就好似将网络分为：宽带网络和窄带网络。这就好似 6车道的高速公路的运输能力要远远高于车道的高速公路的运输能力要远远高于 2车道的车道的普通公路一样。宽带网络可以比窄带网络更快的普通公路一样。宽带网络可以比窄带网络更快的传输数据。传输数据。v我们家庭使用的我们家庭使用的ADSL或者有线电视网络一般来或者有线电视网络一般来讲都是宽带网络，它们拥有高速传输数据的能力；讲都是宽带网络，它们拥有高速传输数据的能力；而而 拨号网络往往是是窄带的，它的传输速率一拨号网络往往是是窄带的，它的传输速率一般很低。般很低。LOGO4.1.4 计算机网络通信协议计算机网络通信协议v1946年，久负盛名的贝尔实验室的工程师年，久负盛名的贝尔实验室的工程师Claude Shannon香农，发表了一篇影响至香农，发表了一篇影响至今的文章，文中描述了数据传输系统模型，如图今的文章，文中描述了数据传输系统模型，如图4-12所示。所示。图图4-12 香农的数据通信系统模型香农的数据通信系统模型LOGOv在香农的模型中，数据源例如工作站产生的在香农的模型中，数据源例如工作站产生的数据被编码，经由通信信道传输至它的目的地数据被编码，经由通信信道传输至它的目的地例如其他工作站、效劳器、网络打印机等，当例如其他工作站、效劳器、网络打印机等，当数据传输到目的地后，其被解码复原。数据在传数据传输到目的地后，其被解码复原。数据在传输过程中，可能会被一些不可预测的冲突也称输过程中，可能会被一些不可预测的冲突也称之为之为“噪声所破坏，导致到达目的地后的数噪声所破坏，导致到达目的地后的数据发生了错误而无法使用。计算机网络使用协议据发生了错误而无法使用。计算机网络使用协议来对数据编码、解码，引导数据向目的地传输，来对数据编码、解码，引导数据向目的地传输，并消减传输中受到的并消减传输中受到的“噪声干扰。那么究竟什噪声干扰。那么究竟什么是网络通信协议，网络通信协议的功能是什么，么是网络通信协议，网络通信协议的功能是什么，网络通信协议如何工作呢？网络通信协议如何工作呢？LOGO1.计算机网络通信概念计算机网络通信概念 v计算机网络通信协议，是为了保证数据从一个网计算机网络通信协议，是为了保证数据从一个网络节点正确高效地传输到另外一个网络节点的一络节点正确高效地传输到另外一个网络节点的一组规那么的集合。计算机网络通信协议中最为重组规那么的集合。计算机网络通信协议中最为重要、最有影响力的协议就是要、最有影响力的协议就是TCP/IP协议，它的流协议，它的流行源于它是行源于它是Internet数据通信公认的标准协议。数据通信公认的标准协议。表表4.2列出了常见的网络通信协议。列出了常见的网络通信协议。表表4.2 常见网络通信协议常见网络通信协议网络通信协议网络通信协议主要用途主要用途TCP/IPInternetNetBIOS/NetBEUI微软微软Windows网络网络Apple Talk苹果苹果Macintosh网络网络IPX/SPXNovell网络网络LOGOv网络通信协议主要由网络通信协议主要由3方面组成：方面组成：v 语法：数据和控制信息的结构或格式即：语法：数据和控制信息的结构或格式即：“怎么说怎么说v 语义：控制信息的含义，需要做出的动作语义：控制信息的含义，需要做出的动作及响应即：及响应即：“说什么说什么v 语序：规定了各种操作的执行顺序即：语序：规定了各种操作的执行顺序即：“什么时候说什么时候说LOGO2.计算机网络通信协议的主要任务计算机网络通信协议的主要任务v 网络通信协议的任务是负责完成网络中的数网络通信协议的任务是负责完成网络中的数据传输，主要包括以下几方面内容：据传输，主要包括以下几方面内容：v 将需传送数据分割为小的数据包将需传送数据分割为小的数据包Packet。v 将数据传送目的地地址附加于数据包上。将数据传送目的地地址附加于数据包上。v 传输数据包。传输数据包。v 控制传输中的数据包流向。控制传输中的数据包流向。v 检测传输中的错误。检测传输中的错误。v 确认数据已经接收。确认数据已经接收。LOGOv那么，什么是数据包那么，什么是数据包(Packet)？为什么要使用数据包呢？为什么要使用数据包呢？当我们通过网络传输一个文件，或发送电子邮件时，我们当我们通过网络传输一个文件，或发送电子邮件时，我们可能会认为，它们被作为一个整体发送到了目的地，而事可能会认为，它们被作为一个整体发送到了目的地，而事实上，情况却不是这样。在网络传输文件之前，首先是把实上，情况却不是这样。在网络传输文件之前，首先是把它们切割为一个个小的数据块并附加上一些其他信息，然它们切割为一个个小的数据块并附加上一些其他信息，然后送到网络上传输，这些小的数据块就被称为数据包。每后送到网络上传输，这些小的数据块就被称为数据包。每个数据包都包含了数据源的地址、目的地的地址、一个顺个数据包都包含了数据源的地址、目的地的地址、一个顺序号、和一些数据。当这些数据包到达目的地以后，通过序号、和一些数据。当这些数据包到达目的地以后，通过携带的顺序号它们被重新组合为原始的数据文件，从而完携带的顺序号它们被重新组合为原始的数据文件，从而完成了整个文件的传输，如图成了整个文件的传输，如图4-13所示。所示。图图4-13 数据的传输过程数据的传输过程LOGOv为何不一次发送整个文件呢？我们来举一个例为何不一次发送整个文件呢？我们来举一个例子：对于生活中的子：对于生活中的 网络来讲，当两个人彼此网络来讲，当两个人彼此通话时，那么它们之间就建立了电路的连接，通话时，那么它们之间就建立了电路的连接，此时，这个连接就归通话两人所独用，其他人此时，这个连接就归通话两人所独用，其他人再无法接入进来。这就像我们要在两个网络设再无法接入进来。这就像我们要在两个网络设备之间一次传输整个文件一样，它们之间的线备之间一次传输整个文件一样，它们之间的线路将被此次传输所独占，其他传输必须等待此路将被此次传输所独占，其他传输必须等待此次传输完成以后才可以进行。很明显，将需传次传输完成以后才可以进行。很明显，将需传输的文件分成大小相等的假设干个数据包，再输的文件分成大小相等的假设干个数据包，再将这些数据包通过不同路径单独发送、路由至将这些数据包通过不同路径单独发送、路由至目的地的方法更好。目的地的方法更好。LOGOv如图如图4-14所示，不同的文件被分为小的数据包所示，不同的文件被分为小的数据包后传输，它们可以共享一个通信线路通信信后传输，它们可以共享一个通信线路通信信道，网络设备按照道，网络设备按照“先来先处理的原那么先来先处理的原那么对待它们。如果一个文件的一些数据包在传输对待它们。如果一个文件的一些数据包在传输过程中发生了丧失现象，那么系统无需等待它过程中发生了丧失现象，那么系统无需等待它们，而是继续处理来自于其他文件的数据包。们，而是继续处理来自于其他文件的数据包。图图4-14 数据包共享通信信道数据包共享通信信道LOGO3.OSI3.OSI和和TCP/IPTCP/IP协议协议 下面，我们介绍两种比较典型的协议模型：下面，我们介绍两种比较典型的协议模型：OSI 和和TCP/IP。OSI模型模型在最早的计算机网络通信中，并没有统一的网络通在最早的计算机网络通信中，并没有统一的网络通信标准或协议，往往是各计算机硬件软件厂商各信标准或协议，往往是各计算机硬件软件厂商各自为战，制定或定义自己的网络协议或体系结构，自为战，制定或定义自己的网络协议或体系结构，从而导致了不同厂商的计算机很难实现网络互联从而导致了不同厂商的计算机很难实现网络互联和通信。和通信。为了改变这种情况，为了改变这种情况，1976年国际标准化组织年国际标准化组织ISOInternational Standards Organization发布发布了一系列标准，提出了一个连接不同设备的网络了一系列标准，提出了一个连接不同设备的网络体系结构。体系结构。LOGOv1964年，年，ISO公布了一个修订版本，称之为开放公布了一个修订版本，称之为开放式系统互联参考模型的式系统互联参考模型的OSI模型模型open system interconnection reference model。该模型。该模型用于指导网络互联，用于指导网络互联，OSI描述了网络硬件和软件描述了网络硬件和软件如何以层的方式协同工作，使得网络通信成为可如何以层的方式协同工作，使得网络通信成为可能。所以，生产厂商只要按照能。所以，生产厂商只要按照OSI模型的标准设模型的标准设计生产自己的产品，就可以与满足同样标准的其计生产自己的产品，就可以与满足同样标准的其他厂商的产品进行数据通信。他厂商的产品进行数据通信。OSI模型是第一个模型是第一个在世界范围内被广泛接受的网络体系结构。在世界范围内被广泛接受的网络体系结构。LOGOvOSI模型分为模型分为7层，如图层，如图4-15所示。各层的作用为：所示。各层的作用为：v应用层应用层Application Layer：OSI的的v 最高层，为用户提供效劳，直接面向最最高层，为用户提供效劳，直接面向最v 终用户，如电子邮件、文件传输、远程终用户，如电子邮件、文件传输、远程v 登录等。登录等。v表示层表示层Presentation Layer：负责：负责v 处理不同的数据表示上的差异及其相互处理不同的数据表示上的差异及其相互v 转换，即协议转换、数据翻译、数据加转换，即协议转换、数据翻译、数据加v 密、数据压缩等。密、数据压缩等。v会话层会话层Session Layer：在不同计算：在不同计算v 机的两个应用程序进程之间建立、维持机的两个应用程序进程之间建立、维持v 和结束确定的通信连接。应用程序进程和结束确定的通信连接。应用程序进程v 是指如电子邮件、文件传输等一次独立是指如电子邮件、文件传输等一次独立v 的程序执行。的程序执行。图图4-15 OSI 7层模型层模型LOGO传输层传输层Transport Layer：负责对传输数据：负责对传输数据报文的分段和重组，即，将上一层会话层需要传报文的分段和重组，即，将上一层会话层需要传输的数据拆分为适合网络传输的数据段数据分组、输的数据拆分为适合网络传输的数据段数据分组、报文分组，并传输给下一层网络层；或将下一层报文分组，并传输给下一层网络层；或将下一层网络层提供的数据段数据分组、报文分组重组网络层提供的数据段数据分组、报文分组重组为会话层可理解的数据格式，并传输给上一层会话为会话层可理解的数据格式，并传输给上一层会话层。本层对上一层屏蔽底层网络传输的网络细节。层。本层对上一层屏蔽底层网络传输的网络细节。网络层网络层Network Layer：处理数据传输的网络：处理数据传输的网络地址信息，进行报文寻址。包括处理输出数据报地址信息，进行报文寻址。包括处理输出数据报文分组的地址并决定从发送方计算机到接收方计文分组的地址并决定从发送方计算机到接收方计算机的路径选择路由，和解释解码输入数算机的路径选择路由，和解释解码输入数据报文分组的地址。据报文分组的地址。数据链路层数据链路层Data Link Layer：完成对数据报：完成对数据报文的最后封装，形成在网络上传输的数据单位文的最后封装，形成在网络上传输的数据单位帧数据包。网卡工作在这一层。帧数据包。网卡工作在这一层。物理层物理层Physical Layer：负责每一位数据的正：负责每一位数据的正确传输，保证数据通过物理介质传送和接受二进制确传输，保证数据通过物理介质传送和接受二进制数据位流。数据位流。LOGOvOSI传输数据的模型图如图传输数据的模型图如图4-16所示。在网络上传输的数所示。在网络上传输的数据报文是在应用层开始创立的，然后向下依次穿过各据报文是在应用层开始创立的，然后向下依次穿过各层。每一层都会将与该层相关的信息加到数据中称为头层。每一层都会将与该层相关的信息加到数据中称为头部。在接收方部。在接收方,报文按相反顺序传递，每一段信息会被报文按相反顺序传递，每一段信息会被相应层处理掉。当报文到达应用层时，地址信息头部相应层处理掉。当报文到达应用层时，地址信息头部已经被去掉，只剩下原始数据，接收方就可以处理了。已经被去