第九章 计算机网络

计算机网络的定义：计算机网络 = 不同位置的计算机 + 通信线路 + 通信设备 + 网络软件

计算机网络的基本功能：

• 最基本功能：数据传输
• 最主要的功能：资源共享。（资源指：网络中所有软硬件资源和数据资源）

计算机网络的发展阶段

• 面向终端的第一代计算机网络（不可资源共享，可数据通信）
• 以分组交换网为中心的第二代计算机网络（资源共享、可数据通信）1969: ARPANET（Internet前身）
• 体系结构标准化的第三代计算机网络
• 以网络互连为核心的第四代计算机网络

网络传输数据是以 数据包（分组） 单位传递数据

Internet传输时遵循的协议是TCP/IP协议

Internet采用的分组交换技术

计算机网络的基本组成

1.网络硬件

（1）网络硬件的构成：网络服务器、网络通信设备、传输介质、客户工作站。

（2）网络服务器（主机）：为整个网络提供资源共享和服务，是整个网络系统的核心

2.网络软件

（1）网络软件的构成：网络协议软件、网络通信软件、网络操作系统（Windows Server、Unix、Linux）

（2）网络操作系统是核心

（3）网络协议包含：语法、语义和时序（同步）

计算机网络系统的逻辑构成

1.资源子网

资源子网只要负责全网的数据处理业务，向网络用户提供各种网络资源和网络服务

2.通信子网

完成网络数据传输和转发等通信处理任务，为网络提供通信功能

计算机网络的分类

1.局域网（LAN）：专用网络，通常位于一个建筑内或一个校园内，也可以是几公里的范围。（常用局域网：以太网IEEE802.3；无线局域网：IEEE802.11）

2.城域网（MAN）：覆盖一个城市（常用城域网：有线电视网、宽带无线接入系统IEEE802.16）

3.广域网（WAN）：跨越很大的地理区域，通常一个国家或者一个洲

拓扑结构分类

总线型

所有计算机都接入到同一条通信线路（传输总线）上。计算机之间按广播方式进行通信，每个计算机能接收到总线上传播的信息，但每次只允许一个计算机发送信息。

优点：成本低、布线简单、计算机增删容易

缺点：由于通信信道共享，连接的节点不宜过多，并且总线自身缘故可能导致系统崩溃

环形结构

每个计算机都与相邻计算机相连，计算机之间采用通信线路直接连接，网络中所有计算机构成一个闭合的环，数据沿着一个方向逐站传输。

优点：安装容易费用较低，电缆故障容易查找和排除。

缺点：当某个节点发生故障时，整个网络不能正常工作，难以进行故障诊断。

星型结构

每一台计算机或者设备通过一根通信线路链接到一个中心设备（通常是交换机HUB）。计算机之间不能直接通信，必须由中心设备进行转发。中心设备具有较强的功能和较高的可靠性

优点：安装容易，结构简单，费用低，便于维护和管理

缺点：对中央设备要求较高，如果中心设备出现故障，则整个网络通信就会瘫痪。

树型结构

是星型结构的一种变形，它是一种分级结构，计算机按层次进行连接，树枝节点通常采用集线器或交换机，叶子结点就是计算机。计算机之间通信需要通过不同层次的交换机进行。

优点：容易扩展，故障也容易分离处理

缺点：整个网络对根的依赖性强，一旦网络根发生故障，整个系统不能工作

网状型结构

是不规则形式，主要用于广域网。网状型拓扑结构中任意两个点之间存在通信线路，若某条通路出现故障或阻塞时，可绕道其他通路传输信息。

优点：可靠性高、容错性强、可扩充性好

缺点：结构复杂、费用高

国内四大网络中采用的网状型结构

（1）教育科研网（中国教育和科研计算机网）：CERNET

（2）公用计算机互联网：CHINANET

（3）中国金桥网：CHINAGBN

（4）中国科技网：CSTNET

传输介质分类

有线

光纤，双绞线（网线），同轴电缆

1.光缆

又称为光纤和光导纤维，是由玻璃或者塑料制成，利用光的全反射原理设计而成的，主要特点：受干扰最小，传输距离最远，速度最快，可靠性高。单向传输、成本高，连接技术复杂、分类：单模、多模

2.双绞线

采用一对互相绝缘的金属导线相互绞合的方式来抵御一部分外界电磁波干扰，降低信号干扰。

双绞线是最早出现的传输介质，也是目前最常用的传输介质，最大的网线长度为100M，通过安装中继器延长连接距离，最大范围可达到五百米。

分类：隐蔽双绞线（STP）、非隐蔽双绞线（UTP）

3.同轴电缆

由空心的外圆柱导图和一根位于中心线轴的内导线组成。

是一种有线电视运营商用来连接天线和家庭用户的铜质电缆，直径越大，损耗越低，传输速率越高

无线

无线电波、微波、红外线、激光

按服务模式分类

客户机/服务器方式（C/S）

网络中至少有一台计算机充当服务器，为整个网络提供共享资源和服务；客户机从服务器获得所需的网络和服。

浏览器/服务器方式（B/S）

用户通过浏览器向上分布在网络上许多服务器发出请求，服务器对浏览器的请求进行处理再将用户所需返回到浏览器。

对等网方式（P2P）

每一台计算机即是服务器有啥客户机的局域网。在对等网中，所有计算机都具有同等地位没有主次之分，任何一台计算机可以相互共享资源。

按通信服务分类

点对点式传输网络

广播式传输网络

网络设备

网卡（网络适配器）

简称NIC，局域网最基本的部件，是连接计算机与网络的硬件设备。

主要作用：整理计算机发往网络的数据，并将数据分解为适合大小的数据包后，从网络上发出去，实现数据的串并转换。

每块网卡都有一个唯一的网络节点地址，把它称为物理地址（MAC），且保证绝对不会重复。网络节点地址放入ROM中

物理地址（MAC地址）：用一串数字标识网卡，定义网络设备位置，全球唯一

表示规则：6段（16进制），共48位，6字节，以“-”分隔，每段范围00~ff

windows 下查询MAC地址的CMD命令

ipconfig

中继器（repeater）

解决信号传输过程中放大信号的设备，是网络物理层的一种介质连接设备。

中继器可以使信号传送到更远的距离，但不能无限延长。

可以将弱信号放大以保持与原数据相同，在一定的范围内传送

集线器（HUB）

主要功能：对接收信号进行再生整形放大，以扩大网络的传输距离。同时把所有 节点 集中在以它为中心的节点上。 它工作于OSI（ 开放系统互联 参考模型）参考模型第一层，即“ 物理层 ”

集线器与网卡网线等传输介质一样，属于局域网中的基础设备。

集线器工作是所有端口共享10M或100M

交换机（SWITCH）

用于电信号转发的网络设备。可以作为交换机的任意两个网络节点提供独享的电信号通路。

交换机的工作是每个端口独占10M或者100M，网络效率高于集线器

将多个局域网（子网）连接形成一个较大的局域网统一管理，或者将一个较大的局域网划分为几个小的局域网

路由器（router）

连接不同网络或网段（局域网）

连接广域网和局域网

最佳路由选择

网关（Gateway）

连接两个不同网络协议，不同体系结构的计算机网络设备。

可以实现不同网络之间的转换。可以在不同类型的网络系统之间进行通信，把协议进行转换，将数据重新分组、包装和转换

总结

中继器（repeater）：放大信号，传输有限的距离

集线器（hub）：多端口放大信号，带宽分享

交换机（switch）：扩展端口，端口独享。多个局域网合成一个局域网 或者 一个局域网划分为多个局域网

网桥（bridge）:两个局域网合成一个局域网 或者 一个局域网划分为两个局域网

路由器（router）：连接不同的网络或网段（局域网），连接广域网和城域网的最佳路由选择。

网关（Gateway）：连接不同协议

数据通信常识

信道

意义：信道是信号的传输媒介

分类：分为有限信道和无线信道

有线是指传输媒介为明线有线信道示意图、对称电缆、同轴电缆、光缆及波导等可见媒介

无线是指有地波传播、短波电离层反射、超短波或者微波视距中继、人造卫星中继以及各种散射信道等

计算机网络中常用的传输介质有：双绞线、同轴电缆、光缆、无线电波

数字信号和模拟信号

信号是数据的表现形式，信号分为数据信号和模拟信号。

数字信号是一种离散的，脉冲有无的组合形式，是负载数字信息的信号。常用脉冲表示一位二进制数。

模拟信号是一种连续变化的依赖。

计算机内部处理的都是数字信号。

调制解调器

【考点】作用：实现模拟信号和数字信号的转换。

调制：发送端。将数字脉冲信号转换成能在模拟信道上传输的模拟信号。

解调：接收端。将模拟信号转换还原成数字脉冲信号。

带宽与传输速率

在模拟信道中，以带宽表示信道传输信息的能力

它用传送信息信号的高频率与低频率之差表示，以Hz、 Khz、Mhz和Ghz为单位。

在数字信道中，有数据传输速率( 比特率)表示信道的传输能力，即每秒传输的二进制位数(bps)单位为bps，Kbps,

带宽：在单位时间内的最高传输速率

误码率

误码率是最常用的数据通信质量指标。他表示数字系统传输质量是“在多少位数据中出现一位差错”

计算机通信的质量

计算机通信质量的指标：数据传输率（表示数据传输的有效性，是最重要的指标）、误码率（表示数据传输的可靠性，是主要指标）

计算机网络质量的主要指标：带宽（最高传输速率）、数据传输速率（实际传输速率）

计算机网络的应用

• 办公自动化（OA）
• 电视数据检索（Videotex）
• 工业过程控制
• 金融电子化
• 电子商贸

局域网的基本知识

局域网的定义

局域网LAN

主要特点

• 网络覆盖的地理范围较小（＜10KM）
• 数据的传输速率较高
• 较低的延迟和误码率
• 局域网的经营权和管理权属于某个单位所有

ISO/OSI 模型

ISO公布了“开放系统互连”OSI参考模型。这是指导信息处理系统互连、互通、协作的国际标准。

OSI七层模型，从上到下：应用层、表示层、会话层、传输层、网络层、数据链路层、物理层

应用层：最高层。解决应用程序执行过程中的问题。

表示层：表示 数据管理的表示方式

会话层：利用传输层来提供会话服务

传输层：解决数据在网络之间传输质量的问题。用于提高网络层服务质量，提供可靠的端到端数据传输。主要使用的网络设备是“网关”，传送单位为“报文”

网络层：传送单位为“分组”，统称为“数据包“。解决网络与网络之间通信问题。主要功能是提供路由选择，即选择到达目标的最佳路径，并沿着该路径传送数据包。

数据链路层：建立在物理传输能力的基础上，以帧为单位传输数据。主要任务是进行数据封装和数据链接的建立。一般使用的设备是交换机和网桥。

物理层:最底层。提供网络的物理连接，传送单位为比特bit

局域网的技术要术

决定局域网主要技术要素：网络拓扑结构、传输介质、介质访问控制方法。

介质访问控制方法：解决局域网当中共用信道的使用产生竞争如何分配信道的使用权的问题

局域网中广泛采用的两种介质访问控制方法：

1.载波侦听多路访问/冲突检测（CSMA/CD）控制方法（先听后发、边听边发、冲突停止、延迟重发）

2.令牌（Token）方式控制方法：使用y令牌沿着环循环，且应确保令牌为环中唯一的。

例题

1.在局域网中，运行网络操作系统的设备是：网络服务器。

2.计算机网络中，交换机是将多台计算机连接起来组成局域网的设备，实现每台计算机独享宽带。

3.将两个不同网段的局域网连接起来，使用的网络是路由器

4.调制解调器的传输速率单位bps是指每秒传递的二进制位数