第 9 章计算机网络基础与因特网

第 9 章计算机网络基础与因特网

基本内容 计算机网络基础 Internet基础接入Internet IE浏览器电子邮件

9.1计算机网络基础 计算机网络(技术)是现代计算机技术与通信技术相互渗透、密切结合而形成的一门交叉学科。 1.计算机网络的概念计算机网络（Computer Network)就是将地理上分散布置的具有独立功能的多台计算机（系统）或由计算机控制的外部设备，利用通信手段通过通信设备和线路连接起来，按照特定的通信协议进行信息交流，实现资源共享的系统。

2.计算机网络的基本特征： （1）网络连接对象：两台以上的、功能独立的计算机。（2）通信介质：介质分为有线和无线。（3）通信协议：通信中各种规定的集合。（4）以资源共享为目的：硬件、软件和数据资源。

3.计算机网络的功能 （1）数据传输（2）资源共享（3）协同处理（4）分布计算

4.计算机网络的分类 (1)按距离划分 .局域网 (LAN，Local Area Network) 这种类型的网络工作范围在十几米到1公路左右，如：同一个房间、一幢楼房或一个校园之内。 .广域网 (WAN，Wide Area Network) 其工作范围在几十公里到几千公里，它可以在一个省、一个国家内，或者跨越几个洲，遍布全世界。 .城域网MAN（Metropolitan Area Network）介于局域网和广域网之间的网络。城域网是一种大型的局域网，因此使用类似于局域网的技术，它可能覆盖一个城市。传输速率通常在10Mbps以上，作用距离在10到50公里之间。

(2)按网络技术分 • 以太网（Ethernet） • 令牌环网（Token Ring） • 光纤分布数据接口网（FDDI，Fiber Distributed Data Interface） • 异步传输模式网（ATM，Asynchronous Transfer Mode）帧中继（FR，Frame Relay） • 数字数据网（DDN，Digital Data Network） • 综合服务数字网（ISDN，Integrated Services Digital Network） • 非对称数字用户环线（ADSL，Asymmetrical Digital Subscriber Loop）

(3)按使用协议分 • TCP/IP • Novell • Microsoft

(4)按传输介质分类 .有线网：采用同轴电缆、双绞线和光纤来连接的计算机网络。同轴电缆网是常见的一种连网方式。它比较经济，安装较为便利，传输率和抗干扰能力一般，传输距离较短。双绞线网是目前最常见的连网方式。它价格便宜，安装方便，但易受干扰，传输率较低，传输距离比同轴电缆要短。光纤网：光纤网也是有线网的一种，但由于其特殊性而单独列出，光纤网采用光导纤维作传输介质。光纤传输距离长，传输率高，可达数千兆bps ，抗干扰性强，不会受到电子监听设备的监听，是高安全性网络的理想选择。不过由于其价格较高，且需要高水平的安装技术，所以现在尚未普及。

.无线网：采用空气作传输介质，用电磁波作为载体来传输数据，由于联网方式灵活方便，是一种很有前途的连网方式。目前无线网联主要通过微波和卫星实现。.无线网：采用空气作传输介质，用电磁波作为载体来传输数据，由于联网方式灵活方便，是一种很有前途的连网方式。目前无线网联主要通过微波和卫星实现。

5.计算机网络的拓扑结构 （1）网络的拓扑结构网络的拓扑结构是指抛开网络中的具体设备，把向工作站、服务器等网络单元抽象成为“点”，把网络中的电缆等通信媒体抽象为“线”，从而抽象出了网络系统的几何结构，即为逻辑结构。（2）网络的的拓扑结构重要性网络的的拓扑结构对于网络的性质、成本、可靠性都有很大的影响。

（3）常见的网的拓扑结构 星型结构总线结构环型结构树型结构网型结构

拓扑结构图：

星型结构 星型结构的网络要用一台计算机或其他设备作为中心节点，其他的计算机通过线路和中心节点相连接。在一个星型网局域网中，网络上各计算机之间的通信都要通过中央结点的转发完成通信。星型结构的特点：星型拓扑结构简单，便于管理和维护；星型结构易扩充，易升级；对中心结点的要求比较高，一旦出现故障，全网瘫痪。

总线型结构 总线型结构中，所有的计算机都使用同一条总线传输数据，出现传输冲突的可能性是很大的，必须用专门的通信协议来保证传输的正常进行。总线型结构特点：组网比较简单，扩展网络的结点也比较简单。但对网络的连接较高，一个结点出问题，将影响整个网络。

环型结构 环型结构是各个网络结点通过环接口连在一条首尾相接的闭合环型通信线路中。环型结构有两种类型，即单环结构和双环结构。例如：单环结构的网络有令牌环（Token Ring）。双环结构的网络有光纤分布式数据接口（FDDI）。特点：在环型网络中，各工作站间无主从关系，结构简单；信息流在网络中沿环单向传递，延迟固定，实时性较好；可扩充性和可靠性都差。

树型结构 树型结构是星型结构的扩展，或者说是从总线型和星型结构演变来的，它有两种类型，一种是由总线型拓扑结构派生出来的，它由多条总线连接而成。另一种是星型结构的扩展，各结点按一定的层次连接起来，形状像一棵倒置的树，因此称为树型结构。在树型结构的顶端有一个根结点，它带有多分支，每个分支还可以再带子分支。

树型结构的网络特点： 易于扩展，可靠性高；根结点的依赖性大，根结点出现故障，将导致全网不能工作。

网状结构 网状结构是一种不规则的网络结构，这种结构中的每一个结点和另一个之间至少有两条链路。大型互联网一般都采用这种结构，例如：我国的教育科研示范网CERNET、国际互联网Internet的主干网都采用网状结构。

网状结构的特点：每个结点都有冗余链路 ，可靠性高；因为有多条路径，所以可以选择最佳路径，但路经选择比较复杂；结构复杂，不易管理和维护；适用于大型广域网；线路成本高。

6.计算机网络的硬件 计算机网络的组成：由硬件系统和软件系统组成。（1）硬件系统主要由： • 网络服务器（Server) • 网络工作站（Station) • 网络适配器（Net word Adapter)（网卡） • 传输介质 • 网络连接设备：集线器（HUB）或其他连接设备（交换机、路由器）。

服务器与客户机： • 服务器是一台高性能计算机，用于网络管理、运行应用程序、处理各网络工作站成员的信息请示等，并连接一些外部设备如打印机、CD－ROM等。网络中的服务器运行网络操作系统，负责对网络的管理，提供网络的服务功能，提供网络的共享资源。 • 客户机也称工作站，由服务器进行管理和提供服务的、连入网络的任何计算机都属于客户机，其性能一般低于服务器。工作站上要安装和运行网络操作系统的客户机部分。还要安装和运行相应的网络通信协议。

对等网络和客户机/服务器式的网络： 说明：（1）对等式网络不需要专门的服务器。（2）客户机/服务器式网络必须有网络服务器。客户机和服务器都是独立的计算机。（3）对于大型网络，可以有多台服务器，分别完成各种网络功能。服务器可分为：网络服务器，网络打印服务器，网络数据库服务器，电子邮件服务器，WWW服务器，FTP服务器，等等。这些服务器协同工作，提供了强大的网络功能。

网卡 • 网卡(NIC)又叫网络接口卡或网络适配器，是将计算机连接到网络上的硬件设备。网卡是局域网中的通信设备，负责计算机与网络介质之间的电气连接 ,比特数据流的传输和网络地址确认。 • 目前常用的网卡类型有：10Mbps、100Mbps、10/100Mbps自适应网卡等几种。 • 常见网卡按总线类型可分为ISA网卡、PCI网卡等。ISA网卡以16位传送数据，标称速度能够达到10M。PCI网卡以32位传送数据，速度更快。 • 网卡的主要技术参数为网络通信协议、带宽速度、总线方式、电气接口方式。

网卡：

集线器 • 集线器（HUB）是局域网的一种重要设备，双绞线通过集线器将网络中的计算机连接在一起，完成网络的通信功能。集线器的功能就是分配频宽，将局域网内各自独立的电脑连接在一起并能互相通信的设备。当一台计算机从一个端口将信息发送到集线器后，集线器就把该端口接收的所有信号向其他端口分发出去（广播），其他端口上的计算机根据信息所包含的接收地址来决定是否要接收这个信息。集线器完成了发送和接收的过程。

按端口分类：集线器有4端口、8端口、16端口和32端口等不同规格。其中一个端口和网络连接，其他的端口和网络中的计算机连接。 当网络中接入的计算机比较多时，一级集线器可能不够用，就可以使用多个集线器，形成树型的网络结构 • 按总线结构分类：可分为ISA卡和PCI卡。 • 按其传输速率可分为10M、100M、10/100M自适应、1000M。

Hub的特点： • 在星型结构中，它是连接的中间结点，它起放大信号的作用。 • 所有设备共享Hub的带宽，也就是说，如果hub的带宽是10OM，连结了10了设备，每个设备就是10M。 • Hub所有端口共享一个MAC地址。

集线器：

交换机 • 交换机原来是公用电话网中的关键设备，用来实现主叫和被叫之间的接续。将这种交换技术的基本原理应用于计算机网络，就形成了网络交换机。 • 网络交换机在许多情况下可以代替网络集线器，或者将交换功能置入集线器中，形成交换式集线器。前面已经提到，集线器主要是通过广播方式来完成计算机之间的连接和通信，而交换式集线器或者交换机则是通过端口到端口的传递来完成计算机之间的接续。使用交换机或者交换式集线器可以极大地改善网络的传输性能，使用户得到满意的服务。因此，网络交换机以及交换式集线器的应用是越来越普遍。

交换机分类： • 从传输介质和传输速度上看，交换机可以分为以太网交换机、快速以太网交换机、千兆以太网交换机、FDDI交换机、ATM交换机和令牌环交换机等多种。 • 从所应用的网络规模上可分为，局域网交换机可以分为企业级交换机、部门级交换机和工作组级交换机三类。分别支持500、300和100信息点。一般支持100 以内的小型企业所应用的交换机一般作为工作组级交换机。 • 按应用范围可分为桌面型交换机（Desktop Switch）、组型交换机（Workgroup Switch）和校园网交换机（Campus Switch）三类。

Switch 的特点： • 用于星型结构时，它作为中心结点起放大信号的作用； • 端口不共享带宽，如果是一个10M的switch，那么每个端口的带宽就是10M； • 每个端口拥有自己的MAC地址。 • 它是一个网络设备，拥有路由器的一部分功能，它可以决定接收到的数据向什么地方发送，它的速度比路由器要快。

交换机和集线器的区别： • 交换机和集线器都遵循IEEE802.3,IEEE802.3U(美国电气和电子工程师学会制定的以太网标准)。其介质存取方式均为CSMA/CD（带有检测冲突的载波侦听多路存取协议），但它们有着根本的区别。 • 集线器为共享方式，即同一网段的计算机共享固有的带宽，传输通过碰撞检测进行，计算机越多，传输速率越慢，交换机则采用一种端口对端口的传输方式。无论网卡还是交换机端口，都具有独一无二的MAC地址。因此MAC地址便可以用作识别其身份的号码，而交换机上的每个端口都能在其地址表中记忆若干个MAC地址，从而建立一张端口号与MAC相对应的地址表。 • 另外，由于交换机有全双工功能，即同时接收数据也能够发送数据，因此其潜在的带宽的两倍。

交换机和集线器的区别： • 当交换机控制电路从某一端口收到一个Ethernet包后，将立即在其内存中的地址表（端口号-MAC地址）进行查找，以确认该目的MAC的网卡连接在哪一个端口上，然后将该包转发至该端口，如果地址表中没找到该MAC地址，也就是说该目的的MAC网卡在接收到该广播包后将立即给出应答，从而使交换机将其端口号-MAC地址对照表添加到地址表中。 • 交换机和集线器最大的差别在于交换机能够记忆用户（即MAC地址）连接的端口。

路由器 • 路由器(Router)—路广域网的通信过程与邮局中信件传递的过程类似,都是根据地址来寻找到达目的地的路径,这个过程在广域网中成为“路由(Routing)”.路由器负责不同广域网中各局域网之间的地址查找(建立路由)、信息包翻译和交换；实现计算机网络设备与电信设备电气连接和信息传递.因此,路由器必须具有广域网和局域网两种网络通信接口。

路径表 • 路由器的主要工作就是为经过路由器的每个数据帧寻找一条最佳传输路径，并将该数据有效地传送到目的站点。由此可见，选择最佳路径的策略即路由算法是路由器的关键所在。为了完成这项工作，在路由器中保存着各种传输路径的相关数据——路径表（Routing Table），供路由选择时使用。路径表中保存着子网的标志信息、网上路由器的个数和下一个路由器的名字等内容。路径表可以是由系统管理员固定设置好的，也可以由系统动态修改，可以由路由器自动调整，也可以由主机控制。

路由器的分类： • 路由器分本地路由器和远程路由器，本地路由器是用来连接网络传输介质的，如光纤、同轴电缆、双绞线。 • 远程路由器是用来连接远程传输介质，并要求相应的设备，如电话线要配调制解调器，无线要通过无线接收机、发射机。

路由器的功能： • 在网络间截获发送到远地网段的报文，起转发的作用。 • 选择最合理的路由，引导通信。 • 路由器在转发报文的过程中，为了便于在网络间传送报文，按照预定的规则把大的数据包分解成适当大小的数据包，到达目的地后再把分解的数据包包装成原有形式。 • 能实现异种网之间的传输层以上的协议转换。 • 路由器的主要任务是把通信引导到目的地网络，然后到达特定的节点站地址。 • 能过滤出广播信息以避免网络拥塞；通过设定隔离和安全参数，禁止某种数据传输到网络，并具有网络流量控制功能。

网桥 • 网桥(Bridge)又称桥接器,网桥工作在数据链路层,它能将一个较大的LAN 分割为多个网段，或将两个以上相同或不相同的 LAN互连组成一个扩展的逻辑局域网络，LAN上的所有用户都可访问服务器。若将两个LAN连起来，根据MAC地址来转发帧实现局域网互连的存储转发设备。网桥从一个局域网接收MAC帧，拆封、校对、校验之后,按另一个局域网的格式重新组装，发往它的物理层。由于网桥是链路层设备，因此不处理数据链路层以上协议所加的报头，不作这些层次的修改。

网桥用途: (1)连接同构型LAN;(2)扩展工作站的平均占有频带; 　(3)扩展LAN的地址范围;(4)提高网络性能及可靠性;(5)灵活地适应各种不同应用的需要。

网关 • 网关(Gateway)又称网间连接器或协议转换器。网关在传输层上以实现网络互连，是最复杂的网络互连设备，仅用于两个高层协议不同的网络互连。网关的结构也和路由器类似，不同的是互连层。网关既可以用于广域网互连，也可以用于局域网互连。其功能如下：（1）用于连接网络层之上执行不同协议的子网，组成异构的互连网。（2）网关能实现异构设备之间的通信，对不同的传输层、会话层、表示层、应用层协议进行翻译和变换。（3）网关具有对不兼容的高层协议进行转换的功能，

防火墙 • 防火墙 (firewall)是指一个由软件或硬件设备组合而成，处于网络与外界通道(Internet)之间，限制外界用户对内部网络访问及管理内部用户访问外界网络的权限。如购买硬件防火墙设备，其实就是一个计算机加上控制软件。 • 防火墙的作用：它能增强机构内部网络的安全性。

调制解调器 调制解调器是一种特殊的信号转换设备，它将计算机发出的数字信号转换成可以在电话线上传送的模拟信号（音频信号），从电话线的这一端传送到那一端。远端的调制解调器再把模拟信号还原成数字信号，送到网络上去，从而使用户可以通过电话线使用网络。

9.计算机网络的软件 计算机网络的软件主要包括：（1）网络操作系统（2）网络通信协议（3）网络应用软件

(1)网络操作系统 • 网络操作系统是计算机网络的核心软件。网络操作系统要负责网络服务器和网络工作站之间的通信，接收网络工作站的请求，按照网络工作站的请求提供网络服务，或者将工作站的请求转发到网络以外的结点，请求服务。网络通信功能的核心是执行网络通信协议。不同的网络操作系统可以有不同的通信协议，要根据需要来进行选择和安装通信协议。 • 一般的操作系统有五种基本的管理功能：处理器管理、作业管理、存储管理、文件管理和设备管理。网络操作系统除了这些管理功能外，还要有共享资源管理，用户管理，安全管理等管理功能。

网络操作系统的特征： • 硬件独立，网络操作系统可以在不同的网络硬件上运行。 • 可以通过网桥、路由功能和其他网络连接。 • 在多用户环境下，网络操作系统给应用程序及其数据文件足够的保护。 • 支持网络实用程序及其管理功能，如系统配置、系统备份、安全性管理、容错管理和性能控制等。

常用的网络操作系统有： 网络操作系统为网络用户提供了便利的操作和管理平台。在局域网应用中，一般常用的网络操作系统有：如NetWare、 UNIX 、Linux、Windows NT和Windows 2000等。 UNIX UNIX出现于20世纪60年代末到70年代初，除主要作为网络操作系统外，还可以作为单机操作系统使用。

UNIX的特点和用途： UNIX的特点： • 安全可靠。 • 可方便地接入Internet。 • 在硬件的兼容性方面不够好。 UNIX 操作系统的用途： • 作为一种开发平台和台式操作系统； • 主要用于工程应用、计算机辅助设计和科学计算等。

NetWare Novell公司的NetWare是基于Intel系列计算机的网络服务器操作系统，在20世纪80年代末到90年代初，随着微型计算机的大量应用， NetWare曾经风摩一时。近年来， NetWare的应用正逐渐减少。 NetWare的特点： • 对DOS兼容。 • 需要专用的服务器。 • 存在不足。Novell的NetWare过于强调和依赖自己开发的IPX/SPX通信协议，直到20世纪90年代才支持TCP/IP协议。

Windows NT 微软的Windows NT产品分为单机操作系统（Windows NT Workstation)和网络操作系统（ Windows NT Server)两种。 Windows NT4.0的特点： • 内置的网络功能。 • 可实现“复合型网络”结构。 • 良好的用户界面。 • 组网简单。 • 机器配置要求较高。

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