对口高考计算机原理.doc

计算机网络是计算机技术与通信技术发展的必然产物，其形成与发展大致可分为以下四个阶段：第一阶段：20世纪50年代，面向终端的计算机网络，该阶段的计算机网络是以单个计算机为中心的远程联机系统，构成面向终端的计算机网络，因此被称为多用户联机系统或具有通信功能的多机系统。第二阶段：20世纪60年代，数据通信网络，将多个计算机的终端网络系统连接起来，形成以传递信息为主要目的的计算机网络系统。第三阶段：20世纪70年代，开放的标准化网络，随着各种计算机网络系统的迅速发展，出现了网络体系结构和网络协议等，实现了不同网络系统之间的互联。第四阶段：20世纪90年代，Internet时代。 Internet是一个将全球成千上万的计算机网络连接起来而形成的全球性计算机网络。它使得全球联网的计算机之间可以相互交换信息或共享资源。计算机网络是指将不同地理位置、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连接起来，通过网络软件（包括网络通信协议、数据交换方式及网络操作系统等）实现信息资源共享的系统。 计算机网络的主要的功能体现在数据通信、资源共享、分布式处理、集中管理、提高兼容性和安全性等。数据通信：计算机网络最基本的功能，它用来快速传送计算机与终端、计算机与计算机之间的各种信息，包括文字信件、新闻消息、咨询信息、图片资料等。资源共享：通过计算机网络系统，我们可以共享他人的硬件资源、软件资源、数据与信息资料。分布式处理：对于大型的综合性任务，计算机网络可以合理选择网上资源，将任务有效地、及时地分配给不同的计算机去完成，以达到协调工作、提高效率的目的。集中管理：对于那些在地理位置上分散的组织、部门集中管理的事务，可通过计算机网络来实现对数据进行集中处理，如飞机、火车订票系统。提高安全性：计算机网络中的各种设备既相互连接又相对独立，既便于进行分散处理，又能保证当网络中某个设备发生故障时，可通过多种路径将任务传送到别的系统中处理，从而确保任务及时完成。为了有效地传递网络中的信息，计算机网络采用层次结构模型，将网络分成若干层次，每个层次负责不同的功能。每一个功能层中，通信双方都要共同遵守相应的约定，我们把这种约定称为协议。 网络协议就像网络通信中的共同语言，保证通信的顺利进行。国际标准化组织于1977年提出世界范围内互联的网络体系结构标准框架，这就是开放系统互联参考模型，英文简称OSI。OSI参考模型将网络结构划分成七层，见下表。层名英文名称主要功能应用层Application Layer在网络应用程序之间传递信息表示层Presentation Layer处理文本格式化，显示代码转换会话层Session Layer建立、维持、协调通信传输层Transport Layer确保数据正确发送网络层Network Layer决定传输路由，处理信息传递数据链路层Data Link Layer编码、编址、传输信息物理层Physical Layer管理硬件连接OSI模型只是一种理想的概念模型，在实际应用中常用的协议有TCP/IP、IPX/SPX、NetBEUI、AppleTalk协议等。TCP/IP因其低成本以及在多个不同平台间通信的可靠性，而成为目前因特网中使用最为广泛的协议，它大致可分为四个层次，如下：网络层包含了OSI参考模型中的物理层和数据链路层，也叫网络接口层或网络存取层，是模型的底层，负责通过网络发送和接受IP数据包。这一层允许主机连入网络时使用多种协议。网际层是整个体系结构的关键部分，使主机可以把信息分组发往任何网络并到达目的主机，主要处理路由选择、流量控制和网络拥塞，这一层的主要协议是IP协议。 传输层的主要功能是实现网络中源主机与目标主机的对等实体之间建立基于会话的端到端的连接。这一层定义了两个端到端的协议：一个是TCP(传输控制协议)，另一个是UDP（用户数据报协议）。这一层层包含所有的高层协议（应用层协议），如网络终端协议（Telnet）、文件传输协议（FTP）、简单邮件传输协议（SMTP）、简单网络管理协议（SNMP）、超文本传输协议等(HTTP)。 数据交换技术主要有三种类型：电路交换、报文交换和分组交换。电路交换技术，就像老式的有线电话，当甲方需要与乙方通话时，要先由接线员将甲乙双方的线路连起来，双方之间建立了一条实际的物理线路。它只是一条临时的、专用的传输通道，通话结束后，这条通信线路就被断开。报文交换技术不需要事先建立物理线路，它将发送的数据作为一个整体发送给中间交换设备。中间交换设备先将数据存储起来，然后寻找一条合适的线路，将数据转发下一个交换设备，直至数据发送到目标节点或终端。分组交换技术将数据分成一个个分组，中间交换设备在接收第二个分组之前，就可以转发已经接收的第一个分组。分组交换技术除了提高了网络的工作效率和吞吐量外，还提供一定程度的差错检测和代码转换，因此计算机网络常常使用分组交换技术。计算机网络的结构1.星型拓扑结构：最基本的一种连接方式。大家每天都使用的电话网络就属于这种结构。星形结构的中心节点是主节点，它接收各分散节点的信息，再转发给其他相应节点，采用集中控制方式管理。特点：结构简单，易于实现，便于管理。但网络的中心节点是全网可靠性的关键，中心节点的任何故障都可能导致全网的瘫痪。2.环型网络拓扑结构：局域网中使用较多，各节点通过接口连接于一条封闭的环形通信线路中，传输信息绕环传送，任何一个节点发送的信息都必须经过环路中的全部接口。特点：结构简单，所有路径选择、接口通信、软件管理都比较简单，实现起来容易。但当网络中的任何一台计算机发生故障，整个网络就会瘫痪；另外，如果节点过多，会影响传输效率，使网络响应时间变长。3.总线拓扑结构：将所有需要连接的计算机都连接到一条作为公共传输介质的总线上，数据可以向任一方向传输。特点：费用低、数据端用户入网灵活、站点或某个端用户出现故障不影响其他站点通信的优点，是目前网络技术中使用较普遍的一种。但一旦总线出现故障，整个网络将受到影响。计算机网络的类型：局域网：在局部范围内的网络，它所覆盖的地区范围较小。局域网在计算机数量配置上没有太多的限制，少的可以只有两台，多的可达几百台。在网络所涉及的地理距离上一般来说可以是几米至几公里以内。 特点：组建方便，使用灵活，成本低，应用广，传输速率高。局域网的网络系统中需要有计算机、网络适配卡、连接计算机或网络设备的局域网电缆、网络操作系统、通信协议以及必要的应用软件。城域网：在一个城市范围内的计算机互联。这种网络的连接距离可以在10-100公里。MAN与LAN相比扩展的距离更长，连接的计算机数量更多，在地理范围上可以说是LAN网络的延伸。城域网多采用ATM技术做骨干网。ATM是一个用于数据、语音、视频以及多媒体应用程序的高速网络传输方法。ATM包括一个接口和一个协议，该协议能够在一个常规的传输信道上，在比特率不变及变化的通信量之间进行切换。ATM也包括硬件、软件以及与ATM协议标准一致的介质。ATM提供一个可伸缩的主干基础设施，以便能够适应不同规模、速度以及寻址技术的网络。广域网：也称为远程网，所覆盖的范围比城域网（MAN）更广，它一般是在不同城市之间的LAN或者MAN网络互联，地理范围可从几百公里到几千公里。因为距离较远，信息衰减比较严重，所以这种网络一般是要租用专线，通过IMP（接口信息处理）协议和线路连接起来，构成网状结构。互联网：又称为“英特网”，在互联网应用如此发展的今天，它已是我们每天都要打交道的一种网络，无论从地理范围，还是从网络规模来讲它都是最大的一种网络。从地理范围来说，它可以是全球计算机的互联。这种网络的最大的特点就是不定性，整个网络的计算机每时每刻随着网络的不断接入而不断的发生变化。当您连在互联网上的时候，您的计算机可以算是互联网的一部分，但一旦当您断开互联网的连接时，您的计算机就不属于互联网了。但它的优点也是非常明显的，就是信息量大，传播广，无论你身处何地，只要连上互联网你就可以对任何可以联网用户发出你的信函和广告。局域网的特征：1.地理分布范围较小，一般为数百米至数公里，可覆盖一幢大楼、一所校园或一个企业。2.数据传输速率高，一般为0.1100Mbps，目前已出现速率高达1000Mbps的局域网，可交换各类数字和非数字(如语音、图像、视频等)信息。3.误码率低。这是因为局域网通常采用短距离基带传输，可以使用高质量的传输媒体，从而提高了数据传输质量。4.以PC为主体，包括终端及各种外围设备，网中一般不设中央主机系统。5.协议简单、结构灵活、建网成本低、周期短、便于管理和扩充。按照网络的传输介质分类可以将计算机网络分为有线网络和无线网络两种。有线网络指采用同轴电缆、双绞线、光纤等有线介质来连接的计算机网络。无线网络采用微波、红外线、无线电等电磁波作为传输介质。局域网的一般技术规范：1.局域网中的主机(计算机，服务器和其它局域网组件)通过集线器或交换机连接到网络上，形成多层次的星型网络拓朴结构。2.局域网符合开放式系统互联（OSI）参考模型统一标准。3.局域网的数据链路协议包括：百兆以太网，千兆以太网，令牌环网，光纤分布式数据接口（FDDI），异步转移模式（ATM）。4.局域网使用的网络层及传输层协议主要为TCP/IP。其它的网络协议还有：NetBIOS （网络基本输入输出系统），扩展用户接口（NetBEUI），IPX/SPX（网间消息传递协议），系统网络体系结构（SNA）。5.应用层的协议有电子邮件协议、HTTP和文件传输协议（FTP）等。6.局域网的组件主要包括交换机、集线器、防火墙设备、负载均衡设备。路由器是局域网的终点，也是其接入广域网的起点。7.局域网设计需考虑的问题有：负载平衡、瓶颈问题、子网划分、容量规划、与广域网连接、防火墙、局域网组件（交换机，集线器）的选择等。5.2 局域网组成与工作原理 5.2.2 局域网的组成完整的计算机网络系统一般由硬件系统和软件系统组成。局域网的硬件系统一般由服务器、用户工作站、网络适配器（网卡）和传输介质（连接线）四部分组成。网络软件系统包括网络操作系统（NOS）和网络协议。硬件系统：服务器、工作站、网卡、传输介质（双绞线、同轴电缆、光导纤维）。（详参P119） 通信连接设备：中继器、集线器、网桥、交换机、路由器。（详参P120）软件系统：网络操作系统：负责管理整个网络的资源。它是能使网络各台计算机方便有效地共享网络资源，并为用户提供所需要的各种服务的操作系统软件。作为网络用户和计算机网络之间的接口，网络操作系统具有以下特征：硬件无关性、支持多用户和多任务、网络管理。（详参P122）网络应用软件：如浏览器软件、网络媒体播放器、解压缩工具、文件下载工具、网络聊天工具、网络电视、网络收音机、网络IP电话软件等。局域网的工作模式是指在局域网中各个节点之间的关系。按照工作模式的划分可以大致将其分为专用服务器结构、客户机/服务器模式和对等模式3种。专用服务器结构：又称为“工作站/文件服务器”结构，由若干台微机工作站与一台或多台文件服务器通过通信线路连接起来组成工作站存取服务器文件，共享存储设备。客户机/服务器模式：简称C/S模式。其中一台或几台较大的计算机集中进行共享数据库的管理和存取，称为服务器。而将其他的应用处理工作分散到网络中其他微机上去做，构成分布式的处理系统，服务器控制管理数据的能力已由文件管理方式上升为数据库管理方式。浏览器/服务器：一种特殊形式的C/S模式，在这种模式中客户端为一种特殊的专用软件浏览器。这种模式下由于对客户端的要求很少，不需要另外安装附加软件，在通用性和易维护性上具有突出的优点。这也是目前各种网络应用提供基于Web的管理方式的原因。 对等网模式，与C/S模式不同的是，在对等式网络结构中，每一个节点之间的地位对等，没有专用的服务器，在需要的情况下每一个节点既可以起客户机的作用也可以起服务器的作用。对等网也常常被称作工作组。对等网络一般常采用星型网络拓扑结构，最简单的对等网络就是使用双绞线直接相连的两台计算机。在对等网络中，计算机的数量通常不会超过20台，网络结构相对比较简单。广域网(WAN)：一种跨越远距离连接多个局域网的网络。现有最大的广域网就是互联网(Internet)。在广域网中占主导地位的协议是TCP/IP(传输控制协议/互联网协议)。互联网(Internet)即是建立在TCP/IP协议的基础之上。TCP/IP是一种和OSI兼容的层次网络技术，克服了不同平台可能存在的不兼容性，它使互联网得以正常工作。IP地址解决了互联网地址编制的问题，使计算机可以容易地找到目标。而URL(统一资源地址)用来简化地址的记忆。 广域网的传输技术1.租用线路。提供有效的连接。按月收取固定的费用。2.T1线路。是最通用的数字线路技术。使用时分多路复用（TDM）电信技术。大部分互联网服务提供商(ISP)通过T1线路或者更宽的线路和互联网相连。3.T3线路。是继T1后出现的专用电话连接线路。T3的大部分用户是一级ISP以及大型企业。4.帧中继。采用报文交换技术，利用本地电话线路进行远程连接，将数据分为可变长度的报文单元，将通信控制和纠错功能交由各种类型的网络节点完成，从而提高的网络性能，降低网络费用。5.异步传输模式(ATM)，是一种基于信元中继的技术。它的普及性得到不断的提高。用于组建大型高容量广域网络的干线。ATM除了具有越来越高的带宽，最直接的优点就是在同一个平台上把语音和Internet中常用的术语1超文本传输协议（Hyper Text Transport Protocol，简称HTTP）。它是网络进行信息传输使用最为广泛的一种通信协议。通过该协议可以对某个服务器的文件进行访问，包括对该服务器上指定文件的浏览、运行和下载。2URL（Uniform Resource Locator，简称URL）的意思是统一资源定位器。在WWW中信息以网页为单位分散在不同地点。为了便于查找，每个网页要有一个格式统一的唯一标志，以便确定网页的位置，这个唯一标志就是URL。URL的一般形式如下：/：端口路径3超文本标记语言（Hyper Text Markup Language，简称HTML）是一种专门用于WWW的编程语言。 5.3 广域网与Internet （二）互联网提供的服务1WWW服务 WWW是由欧洲粒子物理研究中心（CERN）研制的，它基于超文本（Hypertext）和超媒体（Hypermedia）技术，将许多信息资源联结成一个信息网，用户通过统一的资源定位符URL来访问WWW上特定的信息。WWW上的Web服务器通过超文本传输协议HTTP向用户提供多媒体信息，所提供信息的基本单位是按照超文本标记语言HTML确定的规则写成的网页。2文件传输服务文件传输服务可以通过文件传输协议来实现，文件传输协议（File Transfer Protocol，简称FTP）解决了远程传输文件的问题。只要两台计算机都加入互联网且都支持FTP协议，它们之间就可以进行文件传送。5.3 广域网与Internet 3电子邮件服务（E-mail）电子邮件（E-mail）是自前使用最广泛和最受欢迎的服务，它是网络用户之间进行的快速、简便、可靠现代通信手段。电子邮件使网络用户能够发送和接收文字、图像和语音等多种形式的信息。使用电子邮件的前提是拥有自己的电子信箱，即E-mail地址，实际上就是在邮件服务器上建立一个用于存储邮件的磁盘空间。电子邮件地址的典型格式为usernamemailserver.com ，其中mailserver.com 代表邮件服务器的域名，username代表用户名，符号读作at 。5.3 广域网与Internet 4远程登录服务远程登录服务通过远程登录协议（Telnet）实现，远程登录也是互联网提供的最基本的服务之一。用户的远程登录是在网络通信Telnet的支持下，使自己的计算机暂时成为远程计算机仿真终端的过程。要在远程计算机上登录 首先应给出远程计算机的域名或IP地址。另外，事先应该成为该远程计算机系统的合法用户并拥有相应的账号和口令。5.3 广域网与Internet 5电子商务电子商务是一种在Web上实施商务的方式，这种商务可以是零售、银行、证券、期货交易、咨询和培训等。任何通过网络进行产品或服务的出售和买入的行为均属于电子商务的范畴。电子商务与传统商务相比有明显的优势,主要表现在以下几个方面：(1) 速度快。以前需要几天甚至几周才能到达的商务信息，现在通过Internet几秒钟即能收到。(2) 环节少。企业和客户通过Internet可以直接掌握所需要的最新信息。(3) 没有商品库存压力。一个经营良好的电子商场可以做到零库存。 5.3 广域网与Internet （三）互联网的接入1拨号连接如果有一台计算机与一部电话，只需要为计算机安装一个调制解调器（Modem）就可以实现拨号上网，上网速率最高为56Kb/S。调制解调器的作用是实现模拟信号与数字信号的相互转换。作为数据发送端时，将计算机的数字信号转换成能够在电话线中传输的模拟信号；作为数据接受端时，将电话线中的模拟信号转换成计算机能够识别的数字信号。用户计算机利用调制解调器（Modem），通过电话网与网络服务提供商（Internet Service Provider，简称ISP）的访问服务器或终端服务器相连接，再通过ISP的连接通道接入Internet，如右图所示。5.3 广域网与Internet 2. 局域网连接如果用户的计算机在某个局域网中，并且该局域网与Internet实现了互连，则用户的计算机可通过局域网访问Internet。当用户连接Internet时，首先用户局域网使用路由器，通过数据通信网与ISP相连接，再通过ISP的连接通道接入Internet，如右图所示。5.3 广域网与Internet 3宽带连接宽带网建设分三层：骨干网、城域网和社区接入网。骨干网解决的是城市之间的网络通信，城域网解决的是城市市区内的网络通信，社区接入网解决的是将网络接入到每个用户的问题。目前，社区宽带网的用户端接入方式主要有以下几种：（1）ISDN 综合业务数字网络（Integrate Service Digital Network，简称ISDN）。（2）DDN专线接入方案。数字数据网（Digital Data Network，简称DDN）。（3）ADSL方案。非对称数字用户线路（Asymmetrical Digital Subscriber Loop，简称ADSL）。本章回顾