第 7 章计算机网络技术

第 7 章计算机网络技术

计算机网络的形成 • 1952美国的半自动地面防空系统——世界最早网络雏形。 • 20世纪60年代，美国航空公司和IBM公司联合研发——全国航空公司飞机订票系统 • 上述均属于由一台计算机经过通信线路与若干个终端直接连接的方式称为面向终端的计算机网络。 • 20世纪60年代中期，由于资源共享的需要，实现了计算机之间的通信。 • 1969年美国国防部研制的高级研究计划局网络（ARPANET），是仅有4个结点的分组交换网，标志着计算机通信网络的诞生。

计算机网络的发展 • 计算机网络发展经历了从简单、低级到复杂、高级的四个阶段： • 20世纪50年代，人们将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。 • 20世纪60年代，美国的ARPANET与分组交换技术是计算机网络的一个里程碑。 • 20世纪70年代中期，国际上各种广域网、局域网与公用分组交换网发展十分迅速。 • 20世纪90年代，局域网技术发展成熟，出现了光纤、高速网络技术、无线网络与信息安全技术、多媒体和智能网络。

什么是计算机网络？ 简单地说，计算机网络的定义就是，相互连接的、实现资源共享的独立自主的计算机的集合。资源共享观点的定义：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。较为严格的定义是：将地理位置不同，具有独立功能的多个计算机系统通过通信设备和线路连接起来，以功能完善的网络软件实现网中资源共享的系统。三个要素：地理位置不同，具有独立功能的计算机系统，通信设备、线路和网络软件。一个目的：实现网中资源共享。

计算机网络的分类 • 计算机网络从不同角度有多种分类方法，最主要的有： • 从适用地区范围或规模来划分： • 局域网，LAN（Local Area Network） • 城域网，MAN（ Metropolitan Area Network）广域网，WAN（ Wide Area Network） • 按通信方式来划分： • 点对点传输网络：中间结点的接收、存储与转发 • 广播式传输网络：共享公共通信信道

局域网（LAN） • 局域网是将小范围的计算机、打印机等互联在一起的计算机网络，用来实现信息共享和相互通信。 • 局域网的速度：10~1000Mbps • 组建技术有：Ethrnet技术、FDDI技术、ATM技术。 Back

城域网（MAN） 城域网是位于一座城市内的一组局域网。实际上是将分布在一个城市内不同地点的局域网互联起来的较大范围内的网络。速率一般低于1Mbps. 例如：闭路电视（CATV）网 Back

广域网（WAN） • 广域网：覆盖一个城市, 国家, 乃至全球。广域网由相距较远的局域网或城域网互联而成。例如中国教育科研网就是广域网。传输速率比MAN低。

计算机网络的分类 • 从信号传输使用的频带或传输介质来划分基带网：双绞线，传输数字信号，输率0～10Mbps。宽带网：同轴电缆，传输模拟信号，输率0～400Mbps 如CATV。 • 从网络的功能和结构来划分通信子网：负责全网中的信息传递。由线缆、网卡、集线器、交换机和路由器等设备构成。资源子网：为用户提供信息资源。通常指的是计算机。集线器(hub)

计算机网络系统的基本组成 • 计算机网络系统由网络硬件和网络软件两部分组成。 • 网络硬件对网络的性能起着决定性作用，是网络运行的实体； • 网络软件是支持网络运行、利用网络资源的工具

网络硬件 • 服务器：用来管理网络并为网络用户提供网络服务； • 客户机：通过网络适配器连接到网络上的计算机，可作为独立的计算机供用户端使用，同时又可以访问服务器。 • 网络适配器：简称网卡，是计算机与通信介质的接口 • 共享的外部设备：连接在服务器上的硬盘、打印机等 • 传输介质：传送信息的载体，是网络传输信息的通道。 • 网络通信设备：交换机，中继器，集线器 • 网络互连设备：网桥、网关、路由器，调制解调器

网络软件 • 网络操作系统：运行在网络硬件之上的，为网络用户提供共享资源管理服务、基本通信服务、网络系统安全服务及其他网络服务的软件系统。承担整个网络的任务管理和资源管理、分配，是网络中各个计算机及其他设备遵守协议，协调一致的工作。 • 网络应用软件：用于提高网络本身的性能，改善网络的管理能力。 • 网络通信协议：通信双方在通信时遵循的规则和约定，是信息网络中使用的特性语言。TCP/IP是Internet上进行的通信的标准协议

计算机网络的基本功能 • 资源共享：硬件、软件和数据资源的共享 • 数据通信：网络的最基本功能，在计算机之间快速传递各种信息。 • 分布处理：均衡各计算机的负载，协同工作，分布式处理，调节系统忙闲不均状态。 • 负载平衡：工作被均匀的分配给网络上的各台计算机。网络中心负责分配和超载检测。 • 提高系统的安全性和可靠性。 • 合理配置系统，节省软、硬件设备的开销。 • 提高系统兼容性，方便用户扩充，提高处理能力。

计算机网络的拓扑结构 基本概念网络拓扑结构——通过网中结点和通信线路之间的几何关系表示网络结构，反映出网络中各实体的结构关系。它其实就是抛开网络中的具体设备，利用拓扑学观点，把计算机、打印机等通信设备抽象地看成“节点”，把电缆等通信介质看成“链路”。这样，从拓扑学的观点看，计算机网络就变成节点和链路组成的几何图形，我们就称之为网络的拓扑结构。

计算机网络的拓扑结构 拓扑结构的分类拓扑结构影响着整个网络的设计、功能、可靠性和通信费用用，是设计计算机网络时值得注意的重要问题。根据通信子网设计方式的不同，网络可以分成不同的拓扑结构：最基本的拓扑结构有：星型、环型、总线型、树型、网状型五种。

传输介质 传输介质又称为传输媒体，是传输信息的载体，也即是将信息从一个结点向另一个结点传送的连接线路实体。 • 同轴电缆（50欧姆电缆和75欧姆电缆） • 绞线（UTP和STP） • 光纤（用于高速网中） • 无线传输介质 • 微波通信 • 红外系统

传输介质 • 同轴电缆：由内部导体、环绕绝缘层、金属屏蔽网、外层护套组成抗干扰能力强，传输数据稳定、价格便宜；主要用于中、高档局域网及电话系统。分50和70欧姆两种。

传输介质 • 双绞线：将一对或一对以上的双绞线封装在一个绝缘外套中的一种传输介质。分为非屏蔽双绞线（UTP）和屏蔽双绞线(STP)两种主要用于：中、低档局域网及电话系统。

传输介质 • 光纤：由纤芯、包层以及护套构成不受外界电磁干扰与影响，信号衰变小，频带较宽，传输距离远，传输速度快；主要用于高速局域网中。

计算机网络协议 • 网络协议是管理网络上所有实体（服务器、计算机、交换机、路由器、防火墙等）之间通信规则的集合，是用来控制计算机之间数据传输的计算机软件。 • 计算机之间相互通信时共同遵守一定的规则，这些规则就称为网络协议，使网络上各种设备能够相互交换信息，不同计算机之间必须使用相同的网络协议才能进行通信。 • 网络协议的多样性，以ISO/OSI模型作为标准：TCP/IP协议、 IPX/SPX协议等

局域网 • 局域网：将小范围内的有限的通信设备互联在一起的通信网。 • IEEE802的定义：局域网是一个数据通信系统，其传输范围在中等地区领域，使用中等或高等的传输速率，可连接最大独立设备，在物理信道上互相通信。

局域网 • 基本特点： • 局域网联网范围较小 • 局域网传输速率高 • 可连接大量独立设备 • 局域网误码率低 • 可方便的共享网络资源 • 能进行组播和广播

局域网 • 基本组成 • 服务器和客户机 • 网卡 • 通信线路 • 网络通信设备 • 网络互连设备 • 网络软件

局域网 • 决定局域网特性的三个主要技术要素： • 网络拓扑结构：总线型、星型、环型、树型、网状型 • 传输介质：双绞线、光纤、微波、激光、红外线 • 介质访问控制方法，也称介质存取控制技术，是对传输信道的控制和使用的技术标准，其功能在于合理完成传信道使用的分配。

访问控制方式 在计算机网络中，特别是局域网的广播信道中，各个节点都通过公共传输信道相互通信，但任何一个时刻，一个信道只能被一个用户占用。常常会产生多个用户竞争信号传输权时，如何处理合理分配信道的技术难题？ • CSMA／CD总线式（载波侦听多路访问/冲突检测方式），目前应用最广。 • 令牌总线传递方式（Token Passing Bus） • 令牌环传递方式（Token Ring）

访问控制方式

Internet基础

Internet是什么？ • Internet是国际计算机互联网的英文简称，因特网，国际互联网。指全球最大的、开放的、由众多网络相互联结而构成的世界范围的计算机网络，是世界上规模最大的计算机网络， “计算机网络的网络”。 • Internet的起源：1969年美国国防部高级研究计划局用于军事试验的ARPAnet。该项目与1969年开始研制，80年代中期又设计出了TCP/IP协议。

Internet的发展历史 • 1981年，ARPAnet 被分成两个网络：ARPAnet 和 MILnet，1982年，两个网成功实现互连，组成了最早的Internet雏形 • 1986年，美国国家科学基金会（National Science Foundation）认识到 Internet 在科研方面的价值，投入巨资主持发展 Internet 和 TCP/IP，实现了多所机构的互连，组成了NSFnet 网络

Internet的发展历史 • 1990年7月 ANSnet完全取代 NFSnet。为了解决 NSFnet 的通信能力和满足不断增长的用户需求，美国高级网络和服务组织（Advanced Network & Service）重新建立了 ANSnet 网，比 NFSnet的网络容量扩充了30倍，这就是今天的 Internet 主干。 • 1996年，美国政府提出了下一代Internet（NGI，Next Generation Internet）的规划。该规划的目的是将多媒体信息集成在大型计算机上，以便能在网络上展示、建立一个工作、学习、购物、金融服务以及休闲的环境。

Internet在我国的发展 • 1987年9月，北京计算机应用技术研究所与德国卡尔斯鲁厄大学合作，建成CANET中国学术网，它是我国第一个Internet电子邮件服务结点，并于1990年10月正式向Internet信息中心InterNIC注册了我国的顶级域cn。 • 1987年至1993年，我国与Internet的连接仅是电子函件的转发联接，并只在少数高校和科研机构提供电子邮件服务

Internet在我国的发展 • 1994年3月，Internet管理委员会正式批准中国进入Internet，中国政府也批准Internet与中国连通。1994年，我国第一条Internet专线在中国科学院高能物理研究所正式接通。 • 1994年4月20日，由中国科学院主持的中国国家计算与网络设施工程（NCFC）通过美国Sprint公司连入Internet的64Kbps国际专线开通，实现了与Internet的全功能连接。从此中国被国际上正式承认为真正拥有全功能Internet的国家。

国内著名的Internet 骨干网 • 中国互联网络信息中心（CCNIC,www.cnnic.net.cn），非营利管理与服务机构，行使国家互联网络信息中心的职责。 • 中国科技网 (CSTNET,www.cstnet.net.cn)中国科学院建设 • 中国国家公用经济信息通信网 • (CHINAGBNET,www.chinagbn.com)金桥网，面向社会提供商业性服务。 • 中国公用计算机互联网 • (CHINANET),中国电信建设 • 中国教育和科研计算机网 • (CERNET,www.edu.cn)国家教委建设教育网

中国教育与科研网（CERNET） CERNET是中国教育与科研网的英文缩写。它是1994年8月经国家计委批准，由原国家教委组织实施的。其目标是把全国大部分高等学校连接起来，推进各个高校校园网的建设和信息资源的交流与共享，与国际学术性计算机网络互联。CERNET将建成包括全国主干网、地区网、省教育科研网和校园网在内的四级层次结构的网络。主干网的网络中心建在清华大学，八个地区网的网络中心分别设在北京、上海、南京、西安、广州、武汉、成都和沈阳。

主干网 CERNET中心地区网 … 北京上海广州南京武汉省教育科研网 … 南宁桂林校园网 … 师大桂电

Internet使用初步 （1）通信线路问题Internet因为要连接世界范围的计算机，不同距离及地理环境的地段需采取不同的结构，如光纤、微波或者卫星信道。这样庞大的架网工程通常由邮电部门或电话电报公司承担。而普通用户只需向这些部门租用线路即可。（2）通信协议问题在Internet网上的计算机种类繁多，要在不同计算机之间通信，犹如俩人交流思想一样，必须使用“同一语言”，才能进行交流。这个“同一语言”就是TCP/IP协议。根据工作原理，它主要包括两种协议：网际协议IP和传输控制协议TCP。

TCP/IP协议 TCP/IP 协议实际上是一组网络协议的集合。 • TCP：传输控制协议，负责提供可靠和高效的数据传送服务。 • IP：网际互联协议，它负责将信息从一台主机传送到指定接收的另一台主机。 • TCP/IP 协议分为四个层次 • 应用层：包括HTTP、FTP、Telnet、SMTP • 传输层：包括TCP、UDP协议 • 网络层：包括IP、ICMP(网际报文控制协议)、ARP（地址解析协议）和RARP(反响地址解析协议) • 主机-网络层：各种低层协议。

IP地址 IP协议为每一个网络接口分配一个IP地址。IPv4协议规定IP地址的长度为32为，分为4个字节。为便于记忆，通常写成4个十进制的整数，每个整数对应一个字节，用小数点把它们隔开。这种表示方法为“点分十进制表示法”，每个整数取值的范围为0~255。 IP地址由两部分组成：第一部分为网络地址（类似于电话号码中的区号）：标识一个逻辑网络的地址，也称网络号；第二部分称为本地主机地址：标识该网络中一台主机的地址，也称主机号。

IP地址 例如某台主机的IP地址： 11001010. 11000001. 01000001 .00100011 对应十进制表示：202.193.65.35

网络号(7) 主机号(24) 0 A类网络号(14) 主机号(16) 1 0 B类网络号(21) 主机号(8) 1 0 1 C类 IP地址分类根据IP地址的用途和每个网络中可以包含的主机数不同，IP地址可以划分为A、B、C三类。 A类：1.0.0.0~126.255.255.255 （0和127保留作特殊用途） B类：128.0.0.0~191.255.255.255 C类：192.0.0.0~223.255.255.255 A类为大型网络，B类为中型网络，C类为小型网络。

IP地址 思考？ • 202.193.65.35地址分析： • 第一段数字202属于192~223范围，是（C类）小型网络中的主机，其IP地址由两部分组成： • 网络地址：202.193.65 • 主机地址：35 202.193.65.35属于那类地址？

IPv6 • 互联网协议第6版，简称IPv6，又称为下一代互联网协议，其最显著的特征就是通过采用2128个地址空间替代IPv4的232个地址空间来提高下一代互联网的地址容量。 • IPv6提出的最初目的是为了获得更多的IP地址，但在设计和完善过程中还考虑了IPv4中解决不了的其他问题：端到端的IP连接、服务质量、安全性、移动性、即插即用等。 • IPv6是未来数据通信领域内的主流发展趋势，将成为下一代网络的核心技术。

域名系统DNS 域名是网络上用来表示和定位网络主机的字符串组合，并由“.”分隔成若干部分。主机的IP地址用二进制（或十进制）代码表示，太抽象，不易记忆，因此像www.gxnu.edu.cn这种域名更容易为人们接受。访问该域名等同于访问IP地址: 202.193.160.40 域名具有实际含义，比IP地址使用方便域名一般用小写。主机命名的这套方法称为域名系统，英文缩写为DNS（Domain Name System）。

www.gxnu.edu.cn 主机名组织名顶级域名解读DNS域名表示中国、教育部门、广西师大的一台www服务器。域名系统采用层次型的结构，域名一般格式为：计算机主机名. … .三级域名.二级域名.顶级域名每级域名都是有英文字母和数字组成，最右边为级别最高的顶级域名，最左边为主机名。

组织性质顶级域名 com商业机构 edu 教育机构 gov政府部门 int 国际组织 org 组织、非盈利性机构 mil 军事机构 net网络机构

地理性质顶级域名

注意： （1）虽然主机的域名也用小数点将全名分段，但它与用小数点分隔IP地址的分段是没有必然的对应关系，只是采用小数点将长字符串分成几段而已。（2）计算机是不认识域名的，Internet上的计算机只认识IP地址，因此发送信息时必须由域名服务器来将域名翻译成IP地址。域名服务器：安装有解析处理软件的主机，用于实现域名解析。将域名解析成IP地址的工作由域名服务器来完成。

接入Internet • 对于小型用户或个人来说，是不能直接接入Internet网的，要接入，均需通过国家骨干网中的一个与国际Internet互联。具体来说，要接入国家骨干网，还需要通过“互联网服务商（ISP）”来实现，即将ISP作为一个入口。国内有很多ISP，如中国电信、中国铁通等。 • 选择了接入ISP对象后，用户可根据规模、用途等要求，选择不同的入网方式。

接入Internet • 宽带ADSL接入 • 又称非对称数字用户环路，是一种通过现有普通电话线为家庭、办公室提供高速数据传输服务的技术。为目前最主流的家庭上网方式。 • 电话拨号接入 • 安装和配置Modem等连接设备后通过普通电话线接入Internet。 • Modem，即调制解调器，是数字信号与模拟信号之间的转换设备，分内置式和外置式。

接入Internet 拨号上网或ADSL宽带上网

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