第一章 計算機網絡基礎知識

網絡管理員計算機網絡基礎計算機網絡基礎編著：王建平②系統(tǒng)組成③分類

網絡標準化組織①基礎知識第一章

計算機網絡基礎知識結束演示結束演示④協(xié)議和體系結構第一節(jié)計算機網絡概述

最簡單的計算機網絡

有兩種方法可以組成最簡單的計算機網絡，一是用通信線路將兩臺微機通過后面板上的通信端口COM1和COM2或打印端口LPT1連接起來，二是用雙絞線（交叉線）將兩臺微機通過網卡進行連接，如右圖所示。

線纜直接連接計算機

計算機網絡的本質是把兩臺以上具有獨立功能的計算機系統(tǒng)互連起來，以達到資源共享和遠程通信的目的。一、兩級結構模式

根據計算機網絡各組成部分的功能，將計算機網絡劃分為兩個功能子網，即資源子網和通信子網。這就是計算機網絡的邏輯結構。1．數據通信

數據通信用以實現計算機與終端或計算機與計算機之間傳送各種信息，利用這一功能，將地理位置分散的數據終端或計算機通過計算機網絡連接起來進行集中的控制和管理二、計算機網絡的基本功能

數據通信是計算機網絡的基本功能，資源共享是計算機網絡的核心。

A.共享數據2.資源共享B.共享應用程序

C．共享外圍設備

資源共享包括軟件資源共享和硬件資源共享。共享的軟件資源包括程序、文件和數據等；共享的硬件資源包括各種硬件設備以及存儲空間等。利用計算機網絡共享硬件設備可以避免重復購置，提高計算機硬件的利用率。第二節(jié)計算機網絡系統(tǒng)的構成一個完整的計算機網絡系統(tǒng)由網絡硬件系統(tǒng)和網絡軟件系統(tǒng)構成。一、網絡硬件系統(tǒng)計算機系統(tǒng)（服務器、工作站）；數據通信系統(tǒng)（通信控制處理機、網絡互連設備、傳輸介質）。計算機設備傳輸介質光纖傳輸介質雙絞線傳輸介質同軸電纜網絡連接設備交接機、路由器二、軟件系統(tǒng)網絡操作系統(tǒng)（UNIXNetWareWindowsNT/XP/2000/2003Linux)；網絡管理軟件網絡服務器軟件網絡應用軟件網絡通信協(xié)議（TCP/IPIPX/SPX）1、局域網（LAN）第三節(jié)計算機網絡的分類一、按地理范圍分類

個人計算機的大量涌現和廣泛分布，基于信息交換和資源共享的需求越來越迫切。一個辦公室、一棟樓或一個園區(qū)內的計算機互相連接起來，交換信息、交互工作，共享硬件、軟件和信息資源。2、城域網（MAN）

城域網(MetropolitanAreaNetwork)是在一個城市范圍內所建立的計算機通信網，簡稱MAN。這是80年代末，在LAN的發(fā)展基礎上提出的，在技術上與LAN有許多相似之處，而與廣域網(WAN)區(qū)別較大。

MAN的傳輸媒介主要采用光纜，傳輸速率在l00兆比特/秒以上。所有聯(lián)網設備均通過專用連接裝置與媒介相聯(lián)連，只是媒質訪問控制在實現方法上與LAN不同。

MAN的一個重要用途是用作骨干網，通過它將位于同--城市內不同地點的主機、數據庫，以及LAN等互相聯(lián)接起來

ARPANET是第一個分組交換網，它的出現標志著以資源共享為目的的計算機網絡的誕生，廣域網（WAN）的發(fā)展也是從ARPAENT的誕生開始的。這一時期美國許多計算機公司開始大力發(fā)展計算機網絡，紛紛推出自己的產品和結構。3、廣域網

目前，一些高速的廣域網技術相繼問世，如POS（Packet-Over-SDH/SONET）技術，波分多路復用技術（WDM/DWDM）等都能為廣域網連接提供高帶寬，這些技術將廣域網的傳輸速率提高到10Gbps。另外，最新的萬兆以太網技術也可以支持廣域網連接，傳輸速率也是10Gbps。這些高速廣域網技術的出現使廣域網的發(fā)展開始了一個新的里程碑。網絡類型英文縮寫覆蓋范圍計算機相對位置傳輸速率局域網LAN10米房間1Mbps—10Gbps100米建筑物1000米校園城域網MAN10公里城市50Kbps—100Mbps廣域網WAN25公里洲或國家9.6Kbps—45Mbps1.總線型結構網絡二、按網絡拓撲結構分類

這種結構的典型代表就是使用粗、細同軸電纜所組成的以太網。總線型拓撲結構的特點如下：

結構簡單，易于擴展。共享能力強，便于廣播式傳輸。網絡響應速度快；但負荷重時則性能迅速下降，易于安裝，費用低。網絡效率和帶寬利用率低。采用分布控制方式，各節(jié)點通過總線直接通信。各工作節(jié)點平等，都有權爭用總線，不受某節(jié)點仲裁。2.環(huán)形結構

在環(huán)型拓撲結構中，各個網絡節(jié)點通過環(huán)節(jié)點連在一條首尾相接的閉合環(huán)狀通信線路中。

環(huán)型拓撲結構有兩種類型，單環(huán)結構和雙環(huán)結構。

令牌環(huán)（TokenRing）網采用單環(huán)結構，而光纖分布式數據接口（FDDI）是雙環(huán)結構的典型代表。

環(huán)型拓撲結構的主要特點如下：（1）各工作站間無主從關系，結構簡單。（2）信息流在網絡中沿環(huán)單向傳遞，延遲固定，實時性較好。（3）兩個節(jié)點之間僅有惟一的路徑，簡化了路徑選擇。（4）可靠性差，任何線路或節(jié)點的故障，都有可能引起全網故障，且故障檢測困難。（5）可擴充性差。

3.星形結構計算機二機房網絡拓樸圖中心節(jié)點的設備：

集線器（HUB）、中繼器、交換機。星型結構的主要特點如下：結構簡單，便于管理和維護。

容易實現結構化布線。星型結構的網絡容易擴展、升級。通信線路專用，電纜成本高。星型結構的網絡由中心節(jié)點控制與管理，中心節(jié)點的可靠性基本上決定了整個網絡的可靠性，中心節(jié)點一旦出現故障，會導致全網癱瘓。中心節(jié)點負擔重，易成為信息傳輸的瓶頸。4.樹形結構

樹型拓撲結構是從總線型和星型演變而來的。在樹型拓撲結構中，頂端有一個根節(jié)點，它帶有分支，每個分支還可以有子分支，其幾何形狀像一棵倒置的樹，故得名樹型拓撲結構。樹型拓撲結構的主要特點如下：

天然的分級結構，各節(jié)點按一定的層次連接。

易于擴展。易進行故障隔離，可靠性高。對根節(jié)點的依賴性大，一旦根節(jié)點出現故障，將導致全網癱瘓。電纜成本高。5.混合型

網狀型拓撲結構又稱完整結構。在網狀型拓撲結中,網絡節(jié)點與通信線路互連成不規(guī)則的形狀，節(jié)點之間沒有固定的連接形式。一般每個節(jié)點至少與其他兩個節(jié)點相連。一般用在廣域網中。網狀拓撲結構

CERNET主干網拓撲結構

三、其他分類方式

1.按使用范圍分類(1)公用網公用網（PublicNetwork）是為公眾提供各種信息服務的網絡系統(tǒng)，如Internet，只要用戶能夠遵守網絡服務商（ISP，InternetServiceProvider）的使用和管理規(guī)則，都可以申請使用。我國的公用網通常由電信部分負責建設和營運。(2)專用網專用網（PrivateNetwork）由企業(yè)組織或部門根據需要自己投資建立，僅為網絡擁有者提供服務，這種網絡一般具備較強的安全控制性能，例如軍隊、公安、鐵路、電力等系統(tǒng)均擁有本系統(tǒng)的專用網。在廣播式網絡中，所有連網計算機都共享一條公共通信信道。當一臺計算機利用共享通信信道發(fā)送報文分組時，所有其他的計算機都會“收聽”到這個分組。由于發(fā)送的分組中帶有目的地址與源地址，接收到該分組的計算機將檢查目的地址是否與本結點地址相同。如果被接收報文分組的目的地址與本結點地址相同，則接收該分組，否則丟棄該分組。2.按網絡傳輸方式分類（1）廣播式網絡在點到點網絡中，每條物理線路連接一對計算機。假如兩臺計算機之間沒有直接連接的線路，那么它們之間的分組傳輸就要通過中間結點的接收、存儲與轉發(fā)，直至目的結點。由于連接多臺計算機之間的線路結構可能很復雜，因此從源結點到目的結點可能存在多條路由。決定分組從通信子網的源結點到達目的結點的路由需要由路由選擇算法實現。采用分組存儲轉發(fā)與路由選擇機制是點到點式網絡與廣播式網絡的重要區(qū)別之一。（2）點到點式網絡第四節(jié)計算機網絡協(xié)議和體系結構一、網絡通信協(xié)議的概念網絡與網絡、網絡節(jié)點與網絡、節(jié)點與節(jié)點間的通信通常采用多層結構，每一層都宣言有相應的通信約定，各層之間也規(guī)定了相應的接口標準，這些正是計算機網絡通信協(xié)議研究的主要內容。1.網絡協(xié)議計算機網絡是由多種類型的計算機和終端通過通信線路連接起來的復合系統(tǒng)，這些計算機和終端就是通常據說的計算機網絡中的節(jié)點，節(jié)點之間需要不斷地交換數據和控制信息。要在計算機網絡中有條紊地交換數據，做到信息的正常傳輸，就要求信息的內容、格式、傳輸順序等有一整套的規(guī)則、標準的約定，這些為網絡數據交換而制定的規(guī)則，約定與標準被稱為網絡協(xié)議（Protocol）。一個網絡協(xié)議主要由以下三個要素組成語法：數據與控制信息的結構或格式（即“怎么講”）。語義：控制信息的含義，需要做出的動作及響應（即“講什么”）同步（時序）：規(guī)定了操作的執(zhí)行順序2.協(xié)議的層次結構及其分層原則由于節(jié)點之間聯(lián)系的復雜性，在制定協(xié)議時，通常把復雜成份分解成一些簡單成分，然后再將它們復合起來。最常用的復合技術就是層次方式。協(xié)議分層是描述協(xié)議軟件的基本結構，也是網絡系統(tǒng)的重要內容之一。不同層次的協(xié)議完成不同任務，各層次之間協(xié)調工作實現網絡通信。協(xié)議分層的方法很多，ISO/OSI模型和TCP/IP模型是典型的分層模型。無論哪個模型，分層協(xié)議的操作都具有一個相同的原則，即住宿機第n層接收到的對象應當與信源機第n層發(fā)出的對象完全一致。層次結構有如下特點：結構中的每一層都規(guī)定有明確的任務及接口標準。把用戶的應用程序作為最高層。除了最高層外，中間的每一層都向上一層提供服務，又是下一層的用戶。把物理通信線路作為最低層。它使用從高層傳送來的參數，是提供服務的基礎。二、OSI體系結構國際標準化組織于1983年提出了開放式系統(tǒng)互聯(lián)參考模型OSI/RM（TheReferenceModelofOpenSystemInterconnection），即著名的ISO7498國際標準，記為OSI/RM，簡稱OSI。該模型把計算機網絡劃分為物理層、數據鏈路層、網絡層、傳輸層、會話層、表示層、應用層共七個層次。（如下圖：OSI參考模型）。其中1~3層為低層，負責設備間的通信；5~7層為高層，主要任務是負責信息的處理；第4層是傳輸層，它作為高層與低層的接口，將高層和低層連接起來。ISO/OSIRM中各層的主要功能物理層在數據鏈路層的兩個實體之間建立、維持和釋放物理連接規(guī)定在物理層傳送0、1數據的電參數（波形、頻率、電平）規(guī)定所用的連接器傳送二進制比特流數據鏈路層數據鏈路的建立、維持和釋放幀的分界和同步差錯檢測與控制順序控制及層內管理流量控制傳送幀ISO/OSIRM中各層的主要功能網絡層路徑選擇網絡中擁擠控制傳送分組ISO/OSIRM中各層的主要功能傳輸層提供兩個端系統(tǒng)之間可靠、透明的數據傳送差錯控制順序控制流量控制傳送報文ISO/OSIRM中各層的主要功能會話層傳送報文為通信的兩個進程建立會話連接，進行交換會話管理令牌管理同步管理ISO/OSIRM中各層的主要功能表示層信息格式的轉換數據的加密和解密OSI內部語法ISO/OSIRM中各層的主要功能ISO/OSIRM中各層的主要功能應用層為用戶使用網絡提供接口ISO/OSIRM中各層的主要功能小結

OSI參考模型的低三層是屬于通信子網，涉及為用戶間提供透明連接。高三層屬于資源子網，主要保證信息以正確可理解的形式傳送。傳輸層是高三層和低三層之間的接口，它是第一個端到端的層次，保證可靠的端到端連接。三、TCP/IP體系結構

ISO/OSI參考模型在計算機網絡發(fā)展史上具有里程牌的意義。

共有四層：應用層、傳輸層、網際層和網絡接口層，TCP/IP網絡體系結構如右圖所示。應用層傳輸控制層網絡接口層網絡互連層

處理網絡應用端到端的連接尋址和最短路徑（由具體物理網絡提供相應功能）1.網絡接口層（主機-網絡層）

網絡接口層是TCP/IP體系的最低層，負責接收從IP層送來的IP數據報，并通過底層物理網絡發(fā)送出去，或者從底層物理網絡上接收物理幀，抽出IP數據報交給IP層。網絡接口層的作用是傳輸經IP層處理過的信息，并提供一個主機與物理網絡的接口。TCP/IP實際并未定義任何數據鏈路層協(xié)議和物理層協(xié)議，它可運行在現有的任何一種數據鏈路層和物理層之上。2.網絡互聯(lián)層網絡互連層在功能上類似于OSI參考模型中的網絡層，它的任務是使主機可以把分組發(fā)往任何網絡，并使各分組獨立地傳向目的地。網絡互連層的主要功能包括三個方面：第一，處理來自傳輸層的數據發(fā)送請求。第二，處理輸入數據報。第三，處理ICMP（Internet控制報文協(xié)議）報文。

應用層傳輸控制層網絡接口層網絡互連層●IP●ICMP●ARP●RARP網絡互聯(lián)層的四個主要協(xié)議網絡互連層主要的協(xié)議就是無連接的網絡互連協(xié)議（IP—InternetProtocol）。與IP協(xié)議配合使用的還有三個協(xié)議——Internet控制報文協(xié)議ICMP、地址解析協(xié)議ARP和逆地址解析協(xié)議RARP。

3.傳輸控制層傳輸控制層的作用與OSI參考模型中傳輸層的作用是一樣的，即在源節(jié)點和目的節(jié)點的兩個進程實體之間提供可靠的端到端的數據通信。應用層傳輸控制層網絡接口層網絡互連層面向連接的

●TCP無連接的

●UDPUDP協(xié)議是一個不可靠的、無連接的傳輸層協(xié)議，UDP協(xié)議將可靠性問題交給應用程序解決。TCP協(xié)議是一個可靠的面向連接的傳輸層協(xié)議，以建立高可靠性的消息傳輸連接為目的。4.應用層應用層傳輸控制層網絡接口層網絡互連層文件傳輸

●FTP、TFTP、NFS電子郵件

●SMTP、POP3WWW應用

●HTTP遠程登錄

●Telnet、rlogin網絡管理

●SNMP域名管理

●DNS

TCP/IP的最高層是應用層。應用層為用戶提供所需要的各種服務。TCP/IP與ISO-OSI體系結構的對比

面向連接面向連接無連接面向連接無連接無連接第五節(jié)網絡標準化組織一、ISO

ISO（國際標準化組織）是一個代表了130個國家的標準組織的集體，它的總部設在瑞士的日內瓦。ISO的目標是制定國際技術標準以促進全球信息交換和無障礙貿易。在希臘語中，“ISO”意味著“平等”。通過這個詞匯表達了組織對標準的貢獻。ISO的權威性不僅限于信息處理和通信工業(yè)，它還適用于紡織品業(yè)、包裝業(yè)、貨物分發(fā)、能源生產和利用、造船業(yè)，以及銀行業(yè)務和金融服務。關于螺紋、銀行信用卡，甚至貨幣名稱的通用協(xié)議都是ISO的工作產物。二、ITU

ITU（國際電信同盟）是聯(lián)合國特有的管理國際電