计算机网络基础电子版_计算机网络基础讲义

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第一章 Internet基础知识

当今风靡全球的Internet正在改变着我们的生活,并将远远超过电话、汽车和电视对人类生活的影响。Internet可以在极短时间内把电子邮件发送到世界任何地方;可以提供只花市话费的国际长途业务;可以提供全球信息漫游服务。Internet不仅仅是电脑爱好者的专利,它更能为社会大众带来极大方便。

具体地说,科学家能利用Internet来解决各种问题:能和全世界的同行交流科研成果,能使用自己所不具备的各种官息资源,能连接到全世界各大图书馆去查阅资料;教育工作者用它来从事教育:开设电子教室,提供网络教学;专业人员能用它来咨询:医院能实现全球会诊,记者能迅速组稿和发稿,作家能和异地的编辑讨论书稿;公司和企业借助Internet来进行市场竞争、搜集商业情报、与各地的子公司及时通信、在网络做广告、做市场调查、提供电子商务服务等;政府部门能用它来宣传发布政策法规,节省大量办公经费筝。

Internet能帮助科学发明,使得研究和合作开发成为可能;它有助于环境保护,节省大量纸张;它免费向全世界用户提供电子书籍、电子报刊、软件、消息、新闻、艺术精品、音乐、歌曲等;它还能创造新的商业机会,如电子银行、在线商店、网络广告服务、联机娱乐等;通过电子邮件、网络新闻及邮件列表,它能把全世界所有上网的人联系在一起。

1.1计算机网络基础

计算机网络是计算机技术与通信技术相结合的专门技术。它将分布在不同地理位置、功能独立的多个计算机系统、网络设备和其他信息系统互联起来,以功能强大的网络软件、网络协议、网络操作系究等为基础,实现了资源共享和信息传递。

计算机网络能够实现:

1.资源共享:包括程序共享、数据共享、文件共享及设备共享等;

2.数据通信;

3.分布式计算;

4.广泛应用。

1.1.1计算机网络原理

1.拓扑结构

(1)拓扑结构:网络中计算机与其他设备的连接关系。网络拓扑是指网络形状,、或者是它在物理上的连通结构。

(2)总线型结构:网络上的各节点连接在同一条总线上。连接在同一公共传输介质土的总线型方法的主要特点:易扩充、介质冲突较频繁;结构简单,便于扩充;网络响应速度快,便于广播式工作;设备量少,价格低廉;节点多时网络性能有所下降。

(3)星型结构:网络以中央节点为中心,各个节点通过中央节点构成点对点的连接方式。其主要特点:中心节点易于集中管理、控制;传输率高,各节点可同时传输;可靠性高,某个飞节点(非中央节点)故障不影响整个网络。

(4)环型结构:网络中各个节点通过环路接口连接在闭合环型线路中。其主要特点:封闭环、不适于大流量;信息在环路中沿固定方向流动,两节点问只有唯一的通路;传输速度可以预期,适用于实时控制的场合;任意节点的故障都可能导致全网络的失效。

其他类型的拓扑结构还包括:树形拓扑、混合拓扑

及网形拓扑等。

2.网络分类

计算机网络可按多种方式进行分类。

按分布范围分类:广域网(WAN)、局域网(LAN)、城域网(MAN)

按交换方式分类:电路交换网、报文交换网、分组交换网;

按拓扑结构分类:总线网、星形网、环形网、树形网、网状网;

按传输媒体分类:双绞线网络、同轴电缆网络、光纤网络、无线网络;

按信道带宽分类:窄带网、宽带网;

按信息交换范围分类:内部网、外部网:

按社会职能分类:公用网、专用网:

按用途分类:教育网、校园网、科研网、商业网、企业网4军事网等。

目前,网络主要以分布范围为参考进行分类。

(l)局域网

局域网(LAN, Local Area Network):在有限的几百米至几公里的局部地域范围内,将计算机、外设和网络设备互联构成的计算机网络系统。主要涉及到以太网、快速以太网、令牌环网、FDDI、无线网(802.11)、蓝牙等技术。

区别于其他网络,局域网具有以下特点:

l)地理分布范围较小,一般为几百米至几公里。可覆盖一幢大楼、一所校园或一个企业。2)数据传输速率较高,一般为10~1000Mbps,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,一般在10一ll~104以下。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)以计算机为主体,包括终端及各种外设,一般不包含大型网络设备。

    5)结构灵活、建网成本低、周期短、便于管理和扩充。

    (2)城域网

    城域网(MAN,MetropolitanAreaNetwork):覆盖城市范围的计算机网络系统,范围介于局域网与广域网之间。

    (3)广域网

    广域网(WAN,WideAreaNetwork):分布距离远,包含复杂的网络互联设备。无明确拓扑结构,多采用点对点传输。主要涉及到ISDN,FrameRelay,ATM,DDN,SDH,MPLS  技术。

    (4)因特网

    因特网(Internet)也称互联网或万维网,是采用TCP/IP通信协议的全球性计算机网络,

由全球数以千万计的各种类型和不同规模的计算机网络组成,是全世界所有公开使用的计算机网络的互联总和。

    互联网通过普通电话、高速率专用线路、卫星、微波和光缆等通信线路把不同国家的大

学、公司、科研机构以及军事和政治等组织的网络连接起来。

1.1.2计算机网络组成

1.计算机网络的软件系统计算机网络的软件系统主要包括操作系统、应用软件、网络管理软件、协议软件(TCP/IP,NETBEULIPX/SPX等)。

    其中,操作系统提供系统操作基本环境、资源管理、信息管理、设备驱动和设备设置软件,服务器端还具有网络用户管理、网络运行状况统计、网络安全性建立、网络信息通信等管理功能。

网络管理软件:对网络运行状态信息进行统计、报告、监控;设置网络设备状态、模式、配置、功能等指标。

网络协议软件:网络中计算机、网络设备、各类系统之间进行信息交换的规则。

2.计算机网络的硬件系统

    计算机网络的硬件是由传输介质(连接线缆、连接端子等)、接入端口设备(网卡、调制解调器、中继器、收发器和各类接口卡等)、网络设备(集线器、交换机、路由器、网桥等)、安全设备(防火墙、保密系统等)和资源设备(服务器、工作站、外部设备等)构成。

传输介质提供连接网络设备,提供数据传输的线路,主要包括非屏蔽双绞线(UTP,UnshieldedTwistedPaited)、屏蔽双绞线(STP,ShieldedTwistedPaired)、光缆、电话线、细同轴电缆(简称细缆)、粗同轴电缆(简称粗缆)、无线通信等。

目前,在用户端和局域网环境中双绞线使用得非常广泛,因为双绞线具有低成本、使用方便等优点。双绞线有两种基本类型:屏蔽双绞线和非屏蔽双绞线,它们都由多对两根绞在一起的导线来形成传输电路,每对导线绞在一起主要是为了防止干扰。在一条双绞线电缆中,有四对或多对双绞线。目前常用的是四对八芯的。还有更多对的,用于智能大楼结构化布线系统中的垂直布线子系统中。双绞线通过RJ45接头(俗称水晶头)与网络设备等相连接cRJ45头有八个铜片,将双绞线的四对八芯线插入RJ45头中,用专用的RJ45压线器将铜片压入线中,使之连接牢固。RJ45头的线序排列为:铜片方朝上、头朝前,左边第一脚为"1罚,从左到右顺序排列l~8,其每脚的定义见表1-1和表1-2。双绞线四对的颜色按标准分为:绿白/绿、橙白/橙、蓝白/蓝、棕臼/棕(棕白为白色和棕色相间,其他类似)。四对八芯线与RJ45头连接的方法:按照EIA/TIA568A或568B标准,同一根双绞线两端分别按这两个标准做RJ45头,这根双绞线就是信号交叉连接线;两端用同一个标准做RJ45头,则是信号直通连接线。

接入端口设备主要指网卡、Modem(调制解调器)、桥接器。网卡:网络主机发送和接收数据的接口卡。Modem:拨号上网用的连接计算机和电话线路的设备。网卡是最常用的接入端口设备。网卡插在每台工作站和服务器主机板的扩展槽里。工作站通过网卡向服务器发出请求,当服务器向工作站传送数据时,工作站也通过网卡完成有关操作。

网络设备主要包括集线器(Hub)、交换机(Switch)、路由器(Router)。集线器可以说是一种共享设备,是计算机在网络中常用的直接互联设备。交换机在计算机之间提供专用的交换式通信信道,使单台计算机占有更大带宽,不受其他设备影响。

    集线器可分为独立式、堆叠式;常见有8端口、16端口、24端口等多种规格:传输速率主要分为:10Mbps,10OMbps和1000Mbps等。

1)独立式(Standalorm)集线器主要是为了克服总线结构的网络布线困难和易出故障的问题而引入,一般不带管理功能,没有容错能力,不能支持多个网段,不能同时支持多协议。这类集线器适用于小型网络,一般支持8~24个节点,可以利用串接方式连接多个集线器来扩充端口。

2)堆叠式(Stackable)集线器叠加连接,各集线器用高速链路连接起来,一般可以堆叠4~8个,适用于网络节点密集的工作组网络和大楼水平子系统的布线。

交换机采用模块化结构,由机柜、电源、面板、插卡和管理模块等组成。支持多种局域网标准和多种类型的连接,根据需要可以插入各类局域网模块,另外还有网管模块、路由模块等。它与Hub不同之处在于每个端口都可以获得同样的带宽。如lOOMbps交换机,每个端口都可以获得100Mbps的带宽,而10OMbps的Hub则是多个端口共享100Mbps带宽。很多交换机还有若干个比一般端口更高速的端口,用于连接高速主干网或直接连到高性能服务器上,这样可以有效地克服网络瓶颈。

路由器是实现在网络层的一种网络互联设备。它能实现很多复杂的功能,如路由选择、多路重发以及错误检测等。路由器是网络之间进行互联的关键设备。通常的路由器都具有负载平衡、阻止广播风暴、控制网络流量以及提高系统容错能力等功能。一般来说,路由器可支持多种协议,提供多种不同的接口,从而使不同厂家、不同规格的网络产品之间,以及不同协议的网络之间可以进行非常有效的网络互联。

安全设备:防火墙、入侵检测系统、认证系统、加密解密系统、防病毒工具、漏洞扫描系统、审计系统、访问控制系统等。

资源设备:包括连在网络上的所有存储数据、提供信息、使用数据和输入输出数据的设备。常用的有服务器、工作站、数据存储设备、网络打印设备等。

服务器是指提供信息服务的高档计算机系统。按服务器所提供的功能不同又分为:文件服务器(FileServer)、域名服务器(DomainServer)和应用服务器(ApplicationServer)。文件服务器通常提供文件和打印服务;应用服务器包括数据库服务器、电子邮件服务器、专用服务器等。根据硬件配置不同,服务器又可分为工作组服务器和部门级服务器。

工作站(WorkStatio丑)是连接到网络上的计算机。这些计算机是网络中的节点,称为网络工作站,简称为工作站。工作站仅仅为它们的操作者服务,而服务器则为网络上的其他服务器和工作站共同服务。

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