计算机网络基础

Posted 2022-05-24 杨亦涛

介绍计算机网络的基本概念和因特网（Internet）的基本知识。

包括：计算机网络的定义、计算机网络发展和形成、计算机的拓扑等 

掌握计算机网络的概念。

了解计算机的拓扑和计算机网络的分类。
掌握OSI参考模型、重点掌握TCP/IP模型。
熟悉IP地址的结构。
熟悉Internet的基本应用。
了解网络的分类和计算机网络的发展与形成 

计算机网络基础知识

计算机网络是把分布在不同地点，并具有独立功能的多个计算机系统通过通信设备和线路连接起来，在功能完善的网络软件和协议的管理下，以实现网络中资源共享为目标的系统。

计算机网络是计算机技术与通信技术相结合的产物，它的诞生使计算机的体系结构发生了巨大变化。 

计算机网络的发展

计算机网络从20世纪60年代开始发展至今，经历了四个阶段。

1．远程联机阶段 

体系架构是：一台具有计算能力的计算机主机挂接多台终端设备。

2．多机互联网络阶段

多个主计算机通过通信线路互联起来为用户提供服务。

3．标准化网络阶段 

国际标准化组织（ISO）于1977年成立。

1981年正式颁布了“开放系统互联基本参考模型”的国际标准OSI/RM。 

4．网络互联与高速网络阶段 

1993年美国宣布建立国家信息基础设施（National Information Infrastructure，NII）

计算机网络是将分布在不同地点，并具有独立功能的多个计算机系统通过通信设备和线路连接起来，在功能完善的网络软件和协议的管理下，以实现网络中资源共享为目标的系统。 

计算机网络的功能主要体现: 

（1）资源共享 

（2）网络通信

网络通信可以传输各种类型的信息，包括数据信息和图形、图像、声音、视频流等各种多媒体信息。

（3）分布处理 

把要处理的任务分散到各个计算机上运行，而不是集中在一台大型计算机上。这样，不仅可以降低软件设计的复杂性，还可以大大提高了工作效率和降低成本。 

（4）集中管理 

对地理位置分散的组织和部门，可通过计算机网络来实现集中管理，如数据库情报检索系统、交通运输部门的订票系统、军事指挥系统等。 

（5）均衡负荷 

当网络中某台计算机的任务负荷太重时，通过网络和应用程序的控制和管理，将作业分散到网络中的其他计算机中，由多台计算机共同完成。

计算机网络的组成 

一个完整的计算机网络系统是由网络硬件和网络软件所组成的。网络硬件是计算机网络系统的物理实现，网络软件是网络系统中的技术支持，两者相互作用，共同完成网络功能。

1．网络硬件的组成

计算机网络硬件系统是由计算机（服务器、网络客户机）、通信设备（集线器、交换机、路由器）、传输介质（同轴电缆、双绞线、光纤）、信息变换设备（Modem，即编码解码器）等构成。 

（1）服务器 

服务器是为客户提供各种服务的计算机，是计算机网络的核心设备，因此对其有一定的技术指标要求，特别是对主、辅存储容量及其处理速度要求较高。

根据服务器在网络中所提供的服务不同，可将其划分为文件服务器、打印服务器、通信服务器等。

（2）网络客户机

除服务器外，网络上的其余计算机主要是通过执行应用程序来完成工作任务的，将这种计算机称为网络工作站或网络客户机，它是网络数据主要的发生场所和使用场所，用户主要是通过使用工作站来利用网络资源并完成自己作业的。 

（3）通信设备 

一方面作为资源子网的主机和终端连接的接口，将主机和终端连入网内；

另一方面它又作为通信子网中分组存储转发结点，完成分组的接收、校验、存储和转发等功能。 

（4）传输介质 

传输介质为通信设备与通信设备、通信设备与计算机之间提供通信信道。 

市面上出售的UTP有3类、4类、5类、超5类和6类五种，胶皮上通常注有“cat3”“cat5”等型号。

3类的传输速率支持10 Mbps，外层保护胶皮较薄；
4类在网络中不常用；
5类：传输速率支持100 Mbps或10 Mbps，外层保护胶皮较厚；
超5类在传送信号时比普通5类的衰减更小，抗干扰能力更强；
6类一般用在千兆网络中。
STP分为3类和5类两种，STP的内部与UTP相同，但外包为铝箔，抗干扰能力强、传输速率高，价格昂贵。

粗缆传输距离长，性能好但成本高，网络安装和维护困难，一般用于大型局域网的干线，连接时两端需终接器。粗缆与外部收发器相连。收发器与网卡之间用AUI电缆相连。每段500米，100个用户，四个中继器可达2500米，收发器之间最小2.5米，收发器电缆最大50米。

细缆与BNC网卡相连，两端装50欧的终端电阻。用T型头连接，T型头之间最小0.5米。细缆网络每段干线长度最大为185米，每段干线最多接入30个用户。如采用四个中继器连接5个网段，网络最大距离可达925米。细缆安装较容易，造价较低，但日常维护不方便，一旦一个用户出故障，便会影响其他用户的正常工作。 

光纤应用光学原理，由光发送机产生光束，将电信号变为光信号，再将光信号导入光纤，在另一端由光接收机接收光纤上传来的光信号，并将其变为电信号，经解码后再处理。与其他传输介质比较，光纤的电磁绝缘性能好、信号衰小、频带宽、传输速度快、传输距离大，主要用于要求传输距离较长、布线条件特殊的主干网连接。

②无线传输介质：可以在自由空间利用电磁波发送和接收信号进行通信。地球上的大气层为大部分无线传输提供了物理通道，就是常说的无线传输介质。无线传输所使用的频段很广，人们现在已经利用了多个波段进行通信。 

（5）信息变换设备

对信号进行变换的设备包括：调制解调器、无线通信接收和发送器、用于光纤通信的编码解码器等。 

网络协议

1．TCP/IP协议

TCP/IP协议是三大协议中最重要的。作为互联网的基础协议，任何和互联网有关的操作都离不开TCP/IP协议，如果没有它，根本不可能上网。

TCP/IP协议也是这三大协议中配置起来最麻烦的一个，TCP/IP尽管是目前最流行的网络协议，但TCP/IP协议在局域网中的通信效率并不高，使用它在浏览“网上邻居”中的计算机时，经常会出现不能正常浏览的现象。此时，安装NetBEUI协议即可解决这个问题。

2．NetBEUI协议 

NetBEUI协议是Windows 98之前的操作系统的缺省协议，是一种短小精悍、通信效率高的广播型协议，安装后不需要进行设置，特别适合于在“网络邻居”传送数据。

因此，建议除了TCP/IP协议之外，小型局域网的计算机可安装NetBEUI协议。 

3．IPX/SPX协议 

IPX/SPX协议虽然是Novell开发的专用于NetWare网络中的协议，但也非常常用，大部分可以联机的游戏都支持IPX/SPX协议，如星际争霸，反恐精英等。虽

然这些游戏通过TCP/IP协议也能联机，但通过IPX/SPX协议不需要任何设置，使用更方便。 

OSI是一个定义良好的协议规范集，并有许多可选部分完成类似的任务。它定义了开放系统的层次结构、层次之间的相互关系及各层所包括的可能的任务。OSI并没有提供一个可以实现的方法，而是描述了一些概念，用来协调进程间通信标准的制定，即OSI参考模型并不是一个标准，而是一个在制定标准时所使用的概念性框架。 

局域网是指在一个局部的地理范围（如学校、工厂和机关等，一般是方圆几千米范围以内）内，将各种计算机、外部设备和数据库等互相连接起来组成的计算机通信网。它可以通过数据通信网或专用数据电路，与远方的局域网、数据库或处理中心相连接，构成一个较大范围的信息处理系统。 

局域网可以实现文件管理，应用软件、打印机和扫描仪共享，工作组内的日程安排，以及电子邮件和传真通信服务等功能。局域网严格意义上是封闭型的，它可以由办公室内几台甚至成千上万台计算机组成。 

2．局域网的分类 

按网络使用的传输介质分类：有线网、无线网 

按网络拓扑结构分类：总线型、星型、环型、树型、混合型等 

按传输介质所使用的访问控制方法分类：以太网（当前应用最普遍的局域网技术。 ）、令牌环网、FDDI网和无线局域网等 

3．局域网通信协议

1980年2月，电器和电子工程师协会（IEEE）成立了局域网标准委员会。

IEEE 802标准 

802.1：定义了局域网体系结构、网络互连、网络管理与性能测试。

802.2：定义了局域网逻辑链路控制LLC子层的功能与服务。
802.3：定义了局域网CSMA/CD总线介质访问控制子层及物理层规范。
802.4：定义了局域网令牌总线介质访问控制子层及物理层规范。
802.5：定义了局域网令牌环介质访问控制子层及物理层规范。
802.6：定义了局域网MAN介质访问控制子层及物理层规范。
802.7：定义了局域网宽带技术（咨询和物理层课题与建议实施）。 

4．虚拟局域网 （Virtual Local Area Network，VLAN） 

为解决以太网的广播问题和安全性而提出的一种协议，对简化校园网的管理，保证校园网的高速可靠运行起到非常重要的作用。 

是指在逻辑上可以通过网络管理来划分逻辑工作组的物理网络，物理用户可以根据自己的需求，而不是根据用户在网络中的物理位置来划分网络。 

VLAN技术出现以前，为了在对网络进行分段的同时，还要达到抑制网络中的广播信息的目的，采用的方法是根据路由器端口将用户分成若干个逻辑组，每个组以本楼层的集线器或交换机为核心构成一个子网。 

5．无线局域网（Wireless Local-Area Network，WLAN）

是计算机网络与无线通信技术相结合的产物，它提供了使用无线多址通道的一种有效方法，用来支持计算机之间的通信，并为通信的移动化、个性化和多媒体应用提供了潜在手段。