第四章 计算机网络与因特网

1. 第四章 计算机网络与因特网

2. 学习目标与要求 1.了解计算机网络的分类，熟悉计算机网络所能提供的服务及常用的网络软件，初步理解客户/服务器工作模式。 2.掌握局域网的特点与组成，了解几种常用的局域网，熟悉局域网提供的功能与服务，初步理解网络的两种工作模式 3.了解构成广域网的远程数字通信线路的性能及几种常用的接入技术，懂得广域网的构成和分组交换机的功能，理解广域网的通信过程与路由表的作用

3. 学习目标与要求 4.初步了解TCP/IP协议的作用，熟悉IP地址的格式与分类，初步懂得路由器的功能与通信过程 5.熟悉域名与IP地址的关系，理解域名系统的作用和工作过程 6.了解电子邮件系统和远程文件传输系统（FTP）的大体原理与工作过程 7.了解WWW的功能、组成及其应用，掌握HTML、URL、http和Web浏览器等的作用与原理 8.初步理解网络信息安全措施如身份证、访问控制、数据加密、数字签名、防火墙、病毒防范等的原理与作用

4. 4.1 计算机网络基础

5. 4.1.1 计算机网络的组成与分类

6. 计算机网络的定义与组成 计算机网络定义： 利用通信设备、通信线路和网络软件，把地理上分散且各自具有独立工作能力的计算机（及其他智能设备）以相互共享资源（硬件、软件和数据等）和信息传递为主要目的连接起来的一个系统。 计算机网络系统是一个集计算机硬件设备、软件系统、通信设施、网络信息为一体的，能够实现资源共享的现代化综合服务系统。

7. 计算机网络的3个主要组成部分 • 若干个主机（host） • 一个通信子网 • 一系列的通信协议及相关的网络软件 通信协议： 是通信双方事先约定好的必须遵守的规则（例如TCP/IP），用于主机与主机之间、主机与通信子网之间、通信子网中各结点之间的通信，是计算机网络必不可少的组成部分。

8. 计算机组网的目的 • 数据通信：就是在计算机之间进行通信，相互传递数据，进行信息交换。 • 例子：访问其他计算机的文件；收发电子邮件；网上聊天。 • 资源共享：最主要的目的， • 例子：1、利用浏览器浏览和下载远程WEB网站上的信息；2、共享打印机

9. 实现分布式的信息处理 • 例子：合作完成大型信息处理问题： • 提高计算机系统的可靠性和可用性 • 例子：后备计算机； 其他计算机分担任务。

10. 计算机网络的分类 按网络所覆盖的地域范围分： • 局域网(Local Area Network，简称LAN) • 广域网(Wide Area Network，简称WAN) • 城域网（Metropolitan Area Network，简称MAN）

11. 计算机网络的分类 • 按网络的使用性质分： • 公用网 • 专用网 • 按网络的使用范围和对象分： • 企业网 • 政府网 • 金融网 • 校园网

12. 4.2 计算机局域网

13. 4.2.1 局域网的特点与组成

14. 计算机局域网定义 Local Area Network，简称LAN 较小地域范围（10公里范围内）内的计算机网络，一般是一幢建筑物内或一个单位几幢建筑物内使用专用的高速通信线路把多台计算机相互连接互连成网。

15. 网络工作站 网络接口卡 共享的传输介质 网络服务器 网络打印机 计算机局域网的组成 工作站(含网络接口卡) 、服务器(含网络接口卡)、网络打印机、传输介质、网络互连设备（例如：集线器，交换机）等。

16. 网络工作站 • 一台独立的计算机使用电缆或其他通信介质与一个局域网进行了连接时，它就成为网络上的一个工作站，使用这台计算机的用户就成了一个网络用户。 工作站本身所具有的硬盘、光盘、程序、数据、打印机等都是该用户的本地资源，网络上其他工作站和服务器的资源称为网络资源。

17. 网络服务器 • 网络服务器 网络中为所有用户提供应用软件服务及数据存储空间的计算机。 根据其提供的服务可以将服务器分为： • 文件服务器 • 应用服务器 • 打印服务器 有些网络服务器不仅为网络用户提供共享资源，而且还具有网络的管理功能。

18. 网络打印机 为所有网络用户提供打印服务的一台共享的打印机。通常它有一个打印队列，各个工作站发送来的打印文件均存储在打印队列中，然后逐个进行打印。打印队列由打印服务器管理，打印服务器可以与文件服务器是同一台计算机，也可以是连接在网上的另一台专门的计算机。

19. 网络适配器（网卡） 局域网的组成 • 结点（node） 网络上的每一台设备，包括工作站、服务器以及打印机等都称为网络上的一个结点。 • 网卡（网络适配器） 网络上的每一个结点都有一块网络接口卡（简称网卡）。网卡和电缆负责把结点与网络连接起来，将需要发送的数据从计算机传送到网络，需要接收的数据从网络传送到结点。 不同类型的网络使用不同类型的网卡。

21. 决定局域网性能的主要技术 • 用以传输数据的传输介质 • 用以连接各种设备的网络拓扑结构 • 对于共享资源（传输介质）的介质访问控制方法

22. 局域网的分类 • 按照使用的传输介质可分为 有线网，无线网 • 按照网中各种设备互连的拓扑结构可分为 星型，环型，总线型，树型，混合型 • 按照所使用的介质访问控制方法可分为 以太网、交换式局域网、标记环网、FDDI网等

23. 网络传输介质 数据传输的信道。是局域网中各结点共享的资源。 • 有线局域网 • 无线局域网

24. 总线结构 局域网拓扑结构 网络中各个结点相互连接的方法和形式。 • 总线型局域网 连线线长度小于星型结构，站点容易扩充和删除 总线任务重，易产生瓶颈问题 例如：以太网（IEEE802.3）

25. 星型结构 环型结构 局域网拓扑结构 • 环型局域网 传输速率高，传输距离远。 一个站点的故障会形起整个网络的崩溃。 例如：IBM令牌环网 • 星型局域网 通信协议简单 站点故障容易检测和隔离 连线费用大 中央结点要求高 例如：ATM交换式局域网

26. 树型结构 混合型结构 局域网拓扑结构 • 树型局域网 容易扩展，故障容易分离处理。 对根的依赖性很大，根发生故障整个系统就崩溃。 • 混合型局域网 结合不同拓扑结构的优点。

27. 介质访问控制方法 • 带冲突检测的载波侦听多路访问(CSMA/CD)方法（总线结构局域网使用） 以太网采用此方法 • 标记环法（环形结构局域网使用）

28. 计算机局域网主要特点 • 地理范围有限 • 网络中多台计算机共享一个传输介质，数据传输速率高(10Mbps～1Gbps) • 能按广播方式或组播方式通信 • 通信延迟时间较低，可靠性较好(10-8～10-11)

29. 4.2.2 常用局域网简介

30. 终端器 终端器 以太网拓扑结构示意图 以太网（Ethernet） 拓扑结构： 总线结构

31. 以太网物理结构(小型) 以太网（Ethernet） 物理结构： 以集线器为中心，网络中的每个结点通过网卡和网线（一般是5类双绞线）连接到集线器。

32. 集线器 集线器 集线器 集线器 集线器 以太网物理结构（中、大型） 以太网（Ethernet）

33. 以太网（Ethernet） 集线器： 简称Hub，用来连接网络中各个结点 基本功能: 把一个端口接收到的信息向所有端口分发出去 能对接收到的信号进行放大，以扩大网络的传输距离，起着中继器的作用

34. 以太网（Ethernet） 通信方式： 广播方式通信。 一个结点发送的信息，可以送达网上的所有其他结点。结点之间传输数据时，计算机必须把数据分成一个一个帧（frame），每个结点每次只能使用总线传输一个帧，然后把总线的使用权交出来，这样就可以让所有结点公平地使用总线。

35. 以太网（Ethernet） 介质访问控制方法： 带冲突检测的载波侦听多路访问(CSMA/CD)方法，由网卡来完成，以保证在结点相互通信时任何时候只有一个结点发送信息。 载波侦听 冲突检测

36. 以太网（Ethernet） 介质访问地址（简称MAC地址）： 为实现总线上任意两个结点之间的通信，局域网中的每个结点的网卡都有的一个唯一的地址（48位二进制数）。 当发送结点发送一帧信息时，帧中必须包含自己的MAC地址和接收结点的MAC地址。 每次通信时，连接在总线上的所有结点的网卡都要检测信息帧中的MAC地址，来决定是否应该接收该信息帧。 信息帧的接收方，可以是一个结点，也可以是一组结点（称为组播），甚至是网络上所有其他的结点（称为广播）。

37. 同步码 接收结点MAC地址 发送结点MAC地址 帧类型 发送的数据 CRC 8B 6B 6B 2B 46~1500B 4B 帧头部 帧数据区 以太网（Ethernet） 信息帧的格式：

38. 以太网（Ethernet） 以太网卡： • 按传输速度可以分为 10M网卡 100M网卡 10/100M自适应网卡（目前使用最多） • 每块网卡有一个全球唯一的48位二进制数表示的MAC地址

39. 以太网（Ethernet） 总线结构以太网的特点： • 维护方便 • 增／删结点容易 • 轻负载时（结点少，或者信息发送不频繁）效率较高 重负载时，网络性能将急剧下降 以太网并不适合实时性要求较高的环境 以太网总线的最高数据传输速率为： 10Mbps（10BASE-T） 100Mbps（100BASE-T） 1Gbps（千兆位）

40. 交换器 交换器 交换式以太网 一种交换式局域网 拓扑结构：星形结构 物理结构：以以太网交换器为中心，网络中的每个结点通过网卡和网线连接在交换器上，并通过交换器进行相互通信。交换器从发送结点接收数据后，直接传送给指定的接收结点，不向任何其他结点传送数据。

41. 交换式以太网 以太网交换器（交换式集线器） 内部有一个核心交换式背板，采用一个纯粹的交换系统代替传统集线器的共享介质中继网段。连接在交换器上的每一个结点各自独享一定的带宽（10Mb/s或100 Mb/s）。 为数据帧从一个端口到另一个任意端口的转发提供了低时延、低开销的通路。 交换式集线器可以按层次方式互相连接起来，构成工作组—部门—公司的多层次的局域网。

42. 交换式以太网 交换式以太网组网示意图： 10Mbps/100Mbps至桌面 工作组交换器2 工作组交换器1 部门服务器 部门交换器 1000Mbps至中央服务器

43. 交换式以太网 交换式以太网与总线结构以太网的区别： 交换式以太网： 连接在交换器上每一个结点各自独享一定的带宽。 总线式以太网： 连接在集线器上所有结点共享一定的带宽（总线的带宽）

44. ATM交换式局域网 使用ATM交换机构建的局域网。 ATM交换机： 采用ATM交换技术，它既能 提供分组交换方式的常规 数据传输服务，又能提供 电路交换方式的实时数据 传输服务（如音频、视频 等应用），数据传输速率 高（每个端口独享155Mbps或622Mbps），能方便地与ATM广域网进行互连。ATM局域网一般用作校园网或企业网的骨干网。

45. 光纤传输线 光纤分布式数字接口网（FDDI） FDDI拓扑结构：环型，双环结构，每个设备可以挂接到两个环路结点上 环上的结点依次获得对环路的访问权。为提高可靠性，FDDI采用双环结构(分别称为主/副环)，主环支持正常情况下的数据传输工作，副环作为—种冗余设施，保证在主环故障或者结点故障时环路仍然可以正常地工作。

46. 光纤分布式数字接口网（FDDI） FDDI使用的传输介质：光纤 传输速率为100Mb/s。由于光纤特有的低损耗特性，使得线路的不间断距离增大，可用于长距离通信。多模光纤可达2 km，单模光纤可达100km。具有高可靠性，数据传输的保密性。

47. FDDI网 以太网 以太网 光纤分布式数字接口网（FDDI） FDDI网络可以覆盖较大的范围，能支持较高的数据传输速率(100Mb/s) ，实用中常用于构造局域网的主干部分，它把许多不同部门的局域网互相连接起来。 由于FDDI的帧格式和其他常用局域网的帧格式不同，因此与其他局域网进行互连时，需要通过网关或路由器才能实现。

48. 无线局域网（Wireless Local Area Network，WLAN） 局域网与无线通信技术相结合的产物。 采用红外线（IR）或者无线电波（RF）进行数据通信，能提供有线局域网的所有功能，同时还能按照用户的需要方便地移动或改变网络。 无线电波作为无线局域网的传输介质是目前用得最多的，它使用的无线电波频段主要是S频段（2.4GHz～2.4835GHz），它覆盖范围广，使用扩频方式通信时，抗干扰、抗噪声、抗衰落能力强，通信安全，基本避免了通信信号的偷听和窃取，具有很高的可用性。

49. 集线器 无线接入点 无线接入点 无线局域网 无线局域网实现无线通信的设备： 无线网卡、无线HUB、无线网桥等

50. 无线局域网 无线局域网采用的协议主要有： • IEEE 802.11 • 蓝牙（IEEE 802.15）