《計算機網(wǎng)絡(luò)技術(shù)及應(yīng)用(第二版)》第1章計算機網(wǎng)絡(luò)概述

《計算機網(wǎng)絡(luò)技術(shù)及應(yīng)用(第二版)》第1章計算機網(wǎng)絡(luò)概述計算機網(wǎng)絡(luò)基本概念計算機網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)計算機網(wǎng)絡(luò)硬件設(shè)備計算機網(wǎng)絡(luò)軟件設(shè)備計算機網(wǎng)絡(luò)傳輸介質(zhì)計算機網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)計算機網(wǎng)絡(luò)基本概念01計算機網(wǎng)絡(luò)的定義計算機網(wǎng)絡(luò)是由多臺地理上分散的、具有獨立功能的計算機通過通信設(shè)備和線路連接起來，在相應(yīng)軟件的支持下實現(xiàn)數(shù)據(jù)通信和資源共享的系統(tǒng)。計算機網(wǎng)絡(luò)是計算機技術(shù)與通信技術(shù)相結(jié)合的產(chǎn)物，是信息社會的基礎(chǔ)設(shè)施，是現(xiàn)代社會的重要組成部分。010204計算機網(wǎng)絡(luò)的分類按地理范圍分類：局域網(wǎng)（LAN）、城域網(wǎng)（MAN）、廣域網(wǎng)（WAN）。按拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)分類：星型網(wǎng)絡(luò)、環(huán)型網(wǎng)絡(luò)、總線型網(wǎng)絡(luò)、樹型網(wǎng)絡(luò)、網(wǎng)狀型網(wǎng)絡(luò)。按傳輸介質(zhì)分類：有線網(wǎng)絡(luò)、無線網(wǎng)絡(luò)。按使用性質(zhì)分類：公用網(wǎng)、專用網(wǎng)。03面向終端的計算機網(wǎng)絡(luò)，以單個計算機為中心的遠程聯(lián)機系統(tǒng)，構(gòu)成面向終端的計算機通信網(wǎng)。第一代計算機網(wǎng)絡(luò)計算機通信網(wǎng)絡(luò)，多個主計算機通過通信線路互聯(lián)起來，為用戶提供服務(wù)。第二代計算機網(wǎng)絡(luò)具有統(tǒng)一的網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)并遵循國際標(biāo)準(zhǔn)的開放式和標(biāo)準(zhǔn)化的網(wǎng)絡(luò)，即ISO提出的OSI七層模型。第三代計算機網(wǎng)絡(luò)寬帶綜合業(yè)務(wù)數(shù)字網(wǎng)（B-ISDN），采用異步傳輸模式（ATM）技術(shù)，將話音、數(shù)據(jù)、圖像及多媒體通信業(yè)務(wù)綜合到一個網(wǎng)絡(luò)中。第四代計算機網(wǎng)絡(luò)計算機網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展歷史計算機網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)02數(shù)據(jù)鏈路層在物理層提供比特流服務(wù)的基礎(chǔ)上，建立相鄰結(jié)點之間的數(shù)據(jù)鏈路，通過差錯控制提供數(shù)據(jù)幀在信道上無差錯的傳輸，并進行各電路上的動作系列。物理層提供為建立、維護和拆除物理鏈路所需要的機械的、電氣的、功能的和規(guī)程的特性。網(wǎng)絡(luò)層在網(wǎng)絡(luò)層實體間進行邏輯連接的建立、維持和終止，同時通過差錯控制和流量控制等方法，進行數(shù)據(jù)包的正確傳輸。OSI七層模型向用戶提供可靠的端到端的差錯和流量控制，保證報文的正確傳輸。傳輸層組織和協(xié)調(diào)兩個會話進程之間的通信，并對數(shù)據(jù)交換進行管理。會話層處理在兩個通信系統(tǒng)中交換信息的表示方式，包括數(shù)據(jù)格式變換、數(shù)據(jù)加密與解密、數(shù)據(jù)壓縮與恢復(fù)等功能。表示層為應(yīng)用軟件提供了很多服務(wù)，例如文件服務(wù)器、數(shù)據(jù)庫服務(wù)、電子郵件、萬維網(wǎng)等。應(yīng)用層OSI七層模型TCP/IP四層模型網(wǎng)絡(luò)接口層：負(fù)責(zé)接收IP數(shù)據(jù)報并通過網(wǎng)絡(luò)發(fā)送之，或者從網(wǎng)絡(luò)上接收物理幀，抽出IP數(shù)據(jù)報，交給IP層。網(wǎng)際層：負(fù)責(zé)相鄰計算機之間的通信。其功能包括三方面。一、處理來自傳輸層的分組發(fā)送請求，收到請求后，將分組裝入IP數(shù)據(jù)報，填充報頭，選擇去往信宿機的路徑，然后將數(shù)據(jù)報發(fā)往適當(dāng)?shù)木W(wǎng)絡(luò)接口。二、處理輸入數(shù)據(jù)報：首先檢查其合法性，然后進行尋徑--假如該數(shù)據(jù)報已到達信宿機，則去掉報頭，將剩下部分交給適當(dāng)?shù)膫鬏攨f(xié)議；假如該數(shù)據(jù)報尚未到達信宿，則轉(zhuǎn)發(fā)該數(shù)據(jù)報。三、處理路徑、流控、擁塞等問題。傳輸層：提供應(yīng)用程序間的通信。其功能包括：一、格式化信息流；二、提供可靠傳輸。為實現(xiàn)后者，傳輸層協(xié)議規(guī)定接收端必須發(fā)回確認(rèn)，并且假如分組丟失，必須重新發(fā)送。應(yīng)用層：向用戶提供一組常用的應(yīng)用程序，比如電子郵件、文件傳輸訪問、遠程登錄等。遠程登錄TELNET使用TELNET協(xié)議提供在網(wǎng)絡(luò)其它計算機上注冊的接口。TELNET會話提供了基于字符的虛擬終端。文件傳輸訪問FTP使用FTP協(xié)議來提供網(wǎng)絡(luò)內(nèi)機器間的文件拷貝功能。五層協(xié)議體系結(jié)構(gòu)應(yīng)用層：體系結(jié)構(gòu)中的最高層。應(yīng)用層確定進程之間通信的性質(zhì)以滿足用戶的需要。這里的進程就是指正在運行的程序。應(yīng)用層不僅要提供應(yīng)用進程所需要的信息交換和遠程操作，而且還要作為應(yīng)用進程的用戶代理，來完成一些為進行信息交換所必需的功能。應(yīng)用層直接為用戶的應(yīng)用進程提供服務(wù)。網(wǎng)絡(luò)層：網(wǎng)絡(luò)層負(fù)責(zé)為分組交換網(wǎng)上的不同主機提供通信服務(wù)。在發(fā)送數(shù)據(jù)時，網(wǎng)絡(luò)層把運輸層產(chǎn)生的報文段或用戶數(shù)據(jù)報封裝成分組或包進行傳送。在TCP/IP體系結(jié)構(gòu)中，由于網(wǎng)絡(luò)層使用IP協(xié)議，因此分組也叫IP數(shù)據(jù)報，或簡稱為數(shù)據(jù)報。網(wǎng)絡(luò)層的另一個任務(wù)就是選擇合適的路由，使源主機運輸層所傳下來的分組能夠交付到目的主機。數(shù)據(jù)鏈路層：數(shù)據(jù)鏈路層的任務(wù)是將網(wǎng)絡(luò)層交下來的IP數(shù)據(jù)報組裝成幀，在兩個相鄰結(jié)點間的鏈路上實現(xiàn)幀的無差錯傳輸。每一幀包括數(shù)據(jù)和必要的控制信息（如同步信息、地址信息、差錯控制等）。接收方要檢查幀的傳送是否有誤，若有誤則要求重發(fā)此幀；若無誤則去除控制信息并傳送幀中的數(shù)據(jù)部分到上一層（網(wǎng)絡(luò)層）。在物理層上所傳送的數(shù)據(jù)單位是比特。發(fā)送方發(fā)送1（或0）時，接收方應(yīng)當(dāng)收到1（或0）而不是0（或1）。因此物理層要考慮用多大的電壓代表“1”或“0”，以及接收方如何識別出發(fā)送方所發(fā)送的比特。物理層還要確定連接電纜插頭的定義及連接法。物理層：在物理信道上傳輸原始的數(shù)據(jù)比特流，提供為建立、維護和拆除物理鏈路所需要的機械的、電氣的和規(guī)程的特性。計算機網(wǎng)絡(luò)硬件設(shè)備03網(wǎng)卡是計算機與網(wǎng)絡(luò)相連的接口卡，主要功能是處理網(wǎng)絡(luò)傳輸介質(zhì)上的信號，并在計算機和媒介間建立邏輯連接。網(wǎng)卡的功能按照網(wǎng)卡支持的計算機種類分類，主要分為標(biāo)準(zhǔn)以太網(wǎng)卡和PCMCIA網(wǎng)卡。按照網(wǎng)卡支持的傳輸速率分類，主要分為10Mbit/s網(wǎng)卡、100Mbit/s網(wǎng)卡、10/100Mbit/s自適應(yīng)網(wǎng)卡和1000Mbit/s網(wǎng)卡四種。按網(wǎng)卡所支持的總線類型分類，主要分為ISA、EISA、VESA、PCI和PCMCIA等。網(wǎng)卡的分類網(wǎng)卡中繼器的功能中繼器是網(wǎng)絡(luò)物理層上面的連接設(shè)備，適用于完全相同的兩個網(wǎng)絡(luò)的互連，主要功能是通過對數(shù)據(jù)信號的重新發(fā)送或者轉(zhuǎn)發(fā)，來擴大網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)木嚯x。中繼器的分類中繼器分為無源中繼器和有源中繼器，無源中繼器只負(fù)責(zé)把多段介質(zhì)連在一起，不對信號作任何處理。有源中繼器則具有放大和處理信號的功能。中繼器集線器的主要功能是對接收到的信號進行再生整形放大，以擴大網(wǎng)絡(luò)的傳輸距離，同時把所有節(jié)點集中在以它為中心的節(jié)點上。集線器的功能集線器分為無源集線器、有源集線器和智能集線器。無源集線器只負(fù)責(zé)把多段介質(zhì)連在一起，不對信號作任何處理，只提供簡單的多端口連接功能。有源集線器類似于多口中繼器，可連接多個網(wǎng)段，對接收到的信號有放大、整形和轉(zhuǎn)發(fā)的作用。智能集線器則增加了很多交換機的功能，除了具有普通集線器的所有功能外，還有網(wǎng)絡(luò)管理、自動檢測端口、端口速度匹配等功能。集線器的分類集線器網(wǎng)橋與交換機網(wǎng)橋工作在數(shù)據(jù)鏈路層，將兩個LAN連起來，根據(jù)MAC地址來轉(zhuǎn)發(fā)幀，可以看作一個“低層的路由器”。網(wǎng)橋的功能交換機是數(shù)據(jù)鏈路層的設(shè)備，它的多個端口之間可以提供并發(fā)連接，實現(xiàn)多用戶之間同時通信的功能。交換機具有物理編址、網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)、錯誤校驗、幀序列以及流控等功能。交換機還具備了一些新的功能，如對VLAN（虛擬局域網(wǎng)）的支持、對鏈路匯聚的支持，甚至有的還具有防火墻的功能。交換機的功能計算機網(wǎng)絡(luò)軟件設(shè)備04網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)是控制和協(xié)調(diào)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)中計算機硬件和軟件資源的管理程序，它提供網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的各種服務(wù)，如文件共享、打印服務(wù)、電子郵件服務(wù)等。定義網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)的主要功能包括資源管理、進程管理、網(wǎng)絡(luò)通信和安全管理等。功能常見的網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)有WindowsServer、Linux、Unix等。常見類型網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)協(xié)議軟件是實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)協(xié)議功能的軟件，它使得不同計算機之間能夠通過網(wǎng)絡(luò)進行通信和數(shù)據(jù)交換。定義網(wǎng)絡(luò)協(xié)議軟件的主要功能包括數(shù)據(jù)封裝與解封裝、數(shù)據(jù)傳輸、錯誤檢測和流量控制等。功能常見的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議軟件有TCP/IP協(xié)議棧、HTTP協(xié)議軟件、FTP協(xié)議軟件等。常見類型網(wǎng)絡(luò)協(xié)議軟件

網(wǎng)絡(luò)管理軟件定義網(wǎng)絡(luò)管理軟件是用于監(jiān)視和控制網(wǎng)絡(luò)運行狀態(tài)的軟件，它可以幫助網(wǎng)絡(luò)管理員及時發(fā)現(xiàn)和解決網(wǎng)絡(luò)故障，確保網(wǎng)絡(luò)的穩(wěn)定運行。功能網(wǎng)絡(luò)管理軟件的主要功能包括網(wǎng)絡(luò)性能監(jiān)視、故障檢測與診斷、配置管理和安全管理等。常見類型常見的網(wǎng)絡(luò)管理軟件有SNMP網(wǎng)絡(luò)管理軟件、Cisco網(wǎng)絡(luò)管理軟件、Microsoft網(wǎng)絡(luò)管理軟件等。計算機網(wǎng)絡(luò)傳輸介質(zhì)05定義優(yōu)點缺點應(yīng)用場景雙絞線01020304雙絞線是由兩根具有絕緣保護層的銅導(dǎo)線相互纏繞而成，可傳輸模擬信號和數(shù)字信號。成本低、易于安裝和維護、適用于短距離通信。傳輸帶寬有限、易受電磁干擾、不適合長距離通信。局域網(wǎng)（LAN）中的計算機與集線器、交換機等設(shè)備之間的連接。定義優(yōu)點缺點應(yīng)用場景同軸電纜同軸電纜由內(nèi)導(dǎo)體、絕緣層、外導(dǎo)體和護套組成，內(nèi)外導(dǎo)體處于同一軸線上，故稱為同軸電纜。成本高、不易安裝和維護。傳輸帶寬較寬、抗干擾能力強、適用于長距離通信。有線電視網(wǎng)（CATV）、寬帶綜合業(yè)務(wù)數(shù)字網(wǎng)（B-ISDN）等。光纖是光導(dǎo)纖維的簡稱，是一種利用光在玻璃或塑料制成的纖維中的全反射原理而達成的光傳導(dǎo)工具。定義優(yōu)點缺點應(yīng)用場景傳輸帶寬極寬、抗干擾能力強、保密性好、適用于長距離通信。成本高、需要專門的光纖接口和光纖收發(fā)器。廣域網(wǎng)（WAN）、城域網(wǎng)（MAN）等高速網(wǎng)絡(luò)傳輸，以及數(shù)據(jù)中心、云計算等場景。光纖無線傳輸介質(zhì)是指利用電磁波在自由空間中傳播的特性進行信息交換的通信方式。定義無需布線、靈活性高、適用于移動設(shè)備和遠程通信。優(yōu)點易受干擾和竊聽、傳輸帶寬有限、安全性相對較低。缺點無線局域網(wǎng)（WLAN）、移動通信網(wǎng)（如4G、5G）、衛(wèi)星通信等。應(yīng)用場景無線傳輸介質(zhì)計算機網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)06定義所有設(shè)備都連接在一條公共傳輸線路上，該線路稱為總線。優(yōu)點結(jié)構(gòu)簡單、易于擴展、成本低。缺點故障診斷和隔離困難、傳輸效率低、總線長度有限。應(yīng)用場景小型局域網(wǎng)、某些工業(yè)自動化領(lǐng)域。總線型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)定義所有設(shè)備都連接到一個中心節(jié)點上，該節(jié)點稱為集線器或交換機。優(yōu)點故障診斷和隔離容易、傳輸效率高、易于管理和維護。缺點中心節(jié)點故障會導(dǎo)致整個網(wǎng)絡(luò)癱瘓、成本高。應(yīng)用場景局域網(wǎng)、廣域網(wǎng)、數(shù)據(jù)中心等。星型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)定義設(shè)備連接成一個閉合的環(huán)，每個設(shè)備只