计算机网络基础知识

主要内容 计算机网络的基本概念 网络通信协议概念 局域网基本技术 因特网基本技术 网络接入基本技术

第一节 计算机网络的基本概念

计算机网络的产生与发展 计算机网络是计算机技术和通信技术紧密结合的产物，它涉及通信与计算机两个领域。 计算机网络的发展水平不仅反映了一个国家的计算机科学和通信技术水平，而且已经成为衡量国力及现代化程度的重要标志之一。

计算机网络的发展的四个阶段 远程联机系统阶段 互连网络阶段 标准化网络阶段 网络互连与高速网络阶段

远程联机系统 中央主机连接大量的、地理位置上处于分散的终端结构的系统。 只有主机有处理功能，终端没有 调制解调器（Modem)的作用:信号转换 线路控制器的作用(line controller)：串行和并行传输的转换。计算机是并行传输

概 述 计算机网络的发展 50年代 计算机-终端 终端 中央主机 多机系统 前置处理机 终端 中央主机 集中器

计算机互连网络 最早的计算机互联网络ARPA 计算机与计算机之间的通信 从单主机到多主机的发展

概 述 计算机网络的发展 前置处理机 中央主机 60年代末 计算机-计算机 典型代表ARPA网

标准化网络阶段 第一个网络体系结构IBM SNA 开放系统互连基本参考模型（OSI）

概 述 计算机网络的发展 70年代中期 局域网 80年代局域网迅速发展 90年代网络互连，Internet崛起

网络互连与高速网络 国家信息基础设施NII 全球以Internet为核心的高速计算机网络

什么是计算机网络 计算机网络是计算机技术和通信技术发展的产物,是用通信线路将分散在不同地理位置，并具有独立功能的多个计算系统用一定的方式互相连接起来，按照网络协议进行信息传递，实现资源共享的计算机集合。

计算机网络的特点 计算机之间的数据交换 各计算机间的相对独立性 建网周期短，见效快 成本低，效益高 用户使用简单 易于分布处理 系统灵活性，适应性强

计算机网的分类 1、按距离划分 局域网，广域网，城域网 2、按通信媒体划分 有线网，无线网 3、按使用范围划分 公用网，专用网 4、按通信传播方式 点到点传播方式和广播式传播结构网

5、按通信速率划分 低速网、中速网和高速网 6、按拓扑结构划分 总线型、星型、环型、树型和网状型 7、按信息交换方式划分 线路交换网、存储转发交换网和混合交换网 8、按使用的操作系统划分 NetWare网、Windows NT网和Unix网

计算机网络的组成 通信子网 资源子网 计算机网络系统 系统以通信子网为中心。 资源子网代表着网络的数据处理资源和数据存储资源，负责全网数据处理和向网络用户提供资源及网络服务。 通信子网是由负责数据通信处理的通信控制处理机和传输链路组成的独立的数据通信系统。 资源子网

计算机网络的主要功能 数据通信 资源共享 负荷均衡和分布处理 提高系统的可靠性和可用性

概 述 计算机网络的功能 共享资源 实现数据传输 我的东西 丢失了！！ 没关系！ 分布式数据处理 提高可靠性 打印文件mail 给你发E-mail 分布式数据处理 提高可靠性

第二节 网络通信协议概念

网络协议 概 述 协议是指通信双方必须遵循的控制信息交换的规则之集合。 语法 语义 定时规则 喂，请用中文, 慢一点！ 出错了， 请重发！ 打印文件mail 发E-mail 语法 语义 定时规则

网络体系结构与协议 通信协议：协议是一组规则的集合，是进 行交互的双方必须遵守的约定。 特点：1、层次性 2、可靠性和有效性 特点：1、层次性 2、可靠性和有效性 协议的组成：1、语法 2、语义 3、变换规则

OSI模型的基本概念 将通信的功能划分为很多层次，每个层次只执行一部分功能，各层可以单独进行开发，某层的改变不影响其它层。 每层只与相邻的两层打交道

OSI参考模型 应用层 提供网络访问的用户接口 进行数据转换 表示层 建立/验证连接 会话层 保证端到端的可靠性连接 传输层 网络寻址、路由、流量控制等 网络层 数据链路层 分组建立、传送和接收 物理层 定义通信介质的物理特性

物理层 物理层的任务是为其上一层提供一个物理链接，以便能够透明的传递比特流 物理层的主要任务是传输媒体的接口特性： 机械特性：接线器的形状等 电气特性：物理电压 功能特性：每条线上的电压的含义 规程特性：不同功能的电压在时间上出现的顺序 在通信结束后要去掉连接，以释放这个连接所占用的资源

数据链路层 主要作用是保证相邻两个节点之间线路上无差错传输数据。 基本功能： 链路管理：链路的管理、维持和释放 流量控制：用以保证数据流量的平衡，以 及双方速度的一致。 寻 址：保证在多点连接的情况下，发方数据的每一帧都能正确的到达目的地。

网络层 处理数据的地址与发送，对数据报的大小有限制。 主要任务： 1、为传输层提供建立、维持、释放网络连接的手段，完成路由选择。 2、根据传输层要求选择服务质量 3、进行流量控制、差错控制和顺序控制

传输层 任务是向其高层提供一个可靠的端到端连接和数据无差错传输，对数据进行细分，分段和重组 主要功能： 1、为网络层选择合适的服务 2、 向会话层提供独立于网络层的透明数据传送

会话层和表示层 会话层： 在不同计算机的两个应用程序之间建立、维持和结束确定的连接 表示层： 进行数据压缩、翻译、数据加密

应用层 帮助用户完成想完成的工作 直接面向应用程序

第三节 局域网基本技术

局域网的组成 主机 网络适配器 传输介质 网络互联设备 软件系统

网络拓扑结构 星型拓扑 总线型拓扑 环型拓扑 树型拓扑 网状拓扑结构

计算机网 络的类型 按网络拓扑结构分类 拓扑是研究点和线组成的几何图形的特性的学科 总线型 环型 中心 处理机 星型 树型

计算机网 络的类型 按网络拓扑结构分类 终端 节点 网状结构

局域网组网常用技术 交换式以太网 异步传输模式 光纤分布数据接口 100BASE-T快速以太网 千兆位高速以太网

第 四 节 因特网基本技术

因特网基本技术 因特网是开放的、互联的，为了实现异构网络或异种计算机的互联通信，接入因特网的计算机必须使用TCP/IP通信协议。因特网提供的服务是多样的，但所有服务采用的都是统一的客户机/服务器交互模式。因特网中数据传输都采用分组交换技术。因此，分组交换技术、TCP/IP通信协议、客户机/服务器工作模式构筑了因特网众多技术的基础。

TCP/IP协议 TCP/IP协议的核心思想是：对于OSI7层协议，把千差万别的底两层协议（物理层和数据链路层）有关部分称为物理网络，而在传输层和网络层建立一个统一的虚拟逻辑网络，以这样的方法来屏蔽或隔离所有物理网络的硬件差异，包括异构型的物理网络和异种计算机在互联网上的差异，从而实现普遍的连通性。

TCP/IP协议模型 分层结构 传输实体 应用层 数据流或报文 传输层 传输分组 网络层 IP数据报 网络接口层 物理帧 硬件链路

Ethernet ATM FDDI ISDN TDMA X.25 TCP/IP与OSI的关系 应用层 Telnet FTP XMTP DNS TFTP NFS SNMP BOOTP 表示层 会话层 传输层 TCP DUP 网络层 IP ICMP ARP RARP 数据链路层 Ethernet ATM FDDI ISDN TDMA X.25 物理层

TCP/IP协议族 传输控制协议TCP 1、面向连接的服务：通信之间建立连接 2、完全的可靠性：最基本特征 3、全双工通信：允许通信双方同时发送和接收数据 4、无结构的数据流：无结构的平滑数据流 5、点到点通信：每个TCP连接只能有一个收方和一个发方

INTERNET协议IP 提供的服务： 1、无连接服务：只负责将报文发往相应的目的地。 2、点到点的传送

TCP/IP之上的网络服务和高层协议 1、域名服务DNS 2、超文本传输协议HTTP 3、终端仿真协议TELNET 4、文件传送协议FTP 5、简单邮件传送协议SMTP 6、POP3（全部）与IMAP（部分） 7、简单网络管理协议SNMP

IP地址 结构 简单地说，IP地址就是给网络节点一个32位地址（IPV4） 层 次 因特网主干网 网络M1 网络M2 主机N1 主机N2 层 次 网络M1 网络M2 主机N1 主机N2 主机N3 主机N4 结构 网络地址M 主机地址N

网络ID和主机ID 一个IP地址分为网络ID和主机ID 网络 ID不能全0，不能全1 主机ID不能全0，全0为网络ID

A类IP地址 0开头的网络为A类地址 0xxxxxx1.00000000.00000000.00000000 01111111. 00000000.000000000.00000000 1.0.0.0-------126.0.0.0 1.0.0.1-----------126.255.255.254 网络数2的7次方 主机数：2的24次方减2

B类以10开头 10xxxxxx.xxxxxxxx.00000000.00000000 10111111.11111111.00000000.00000000 128.0.0.0------191.255.0.0 网络数为2的14次方 主机数为2的16次方减2

C类 110xxxxx.xxxxxxxx.xxxxxxxx.00000000 11000000.00000000.00000000.00000000 11011111.11111111.11111111.00000000 192.0.0.0--------223.255.255.0 网络数是2的21次方 主机数为2的8次方减2

D类和E类IP地址 D类是1110开头，多路广播地址 E类是1111开头， 特殊ID：0.0.0.0 缺省路由的目标地址 255.255.255.255全网广播地址 127.0.0.1 缺省本机IP

F 1. IP 地址 2. 电子邮件(e-mail) 3. 万维网 WWW 4. 因特网上的实时通信量 5. 结束语 IP 地址的作用 域名服务器 DNS 2. 电子邮件(e-mail) 3. 万维网 WWW 4. 因特网上的实时通信量 5. 结束语

IP 地址的惟一性 连接在因特网的每一台计算机都有一个 IP 地址。这个 IP 地址在世界范围内必须是惟一的。

每个分组的首部都有 IP 地址信息 根据目的 IP 地址 查找路由表 查出下一跳路由器的地址 根据目的 IP 地址 查找路由表 网络 路由器 网络 常见的几种计算机网络类型 路由器 网络 路由器 网络 路由器

IP 网络是虚拟网络 IP 网络是虚拟的。在 IP 网络上传送的是 IP数据报（IP 分组）。 实际上在网络链路上传送的是“帧”，使用的是帧的硬件地址（MAC 地址）。 地址解析协议 ARP 用来把 IP 地址（虚拟地址）转换为硬件地址（物理地址）。

F 1. IP 地址 2. 电子邮件(e-mail) 3. 万维网 WWW 4. 因特网上的实时通信量 5. 结束语 IP 地址的作用 域名服务器 DNS 2. 电子邮件(e-mail) 3. 万维网 WWW 4. 因特网上的实时通信量 5. 结束语

二进制与点分十进制 IP 协议规定：IP 地址是 32 位二进制数字： 11001010011011001111100111001110 为方便阅读和从键盘上输入，可把每 8 位二进制数字转换成一个十进制数字，并用小数点隔开： 202.108.249.206 这就是“点分十进制”记法。我们从键盘上输入点分十进制的 IP 地址，计算机就把它转换为 32位的二进制数字。

F 1. IP 地址 2. 电子邮件(e-mail) 3. 万维网 WWW 4. 因特网上的实时通信量 5. 结束语 IP 地址的作用 域名服务器 DNS 2. 电子邮件(e-mail) 3. 万维网 WWW 4. 因特网上的实时通信量 5. 结束语

IP 地址是宝贵的网络资源 IP 地址的总数：232 = 4 294 967 296 个，接近 43 亿个。 由于 IP 地址的总数有限，因此 IP 地址是非常宝贵的资源。需要使用大量 IP 地址的单位必须向有关机构进行申请。 考虑到 IP 地址不久会用尽，因此现在已考虑对 IP 协议进行版本升级，即从现在的 IPv4 升级到新的版本 IPv6。

个人用户怎样获得 IP 地址？ 向某个本地因特网服务提供者 ISP 注册申请，并按月交付费用。 购买某个 ISP 的上网卡。 ISP (Internet Service Provider)已经向有关机构申请到了批量的 IP 地址（相当于批发商） 购买某个 ISP 的上网卡。

ISP 向用户 PC 机提供临时 IP 地址 （以拨号上网为例） 调制 解调器 调制 解调器 IP 地址1 市 话 交 换 机 用户线 路由器 IP 地址2 至因特网 … 若同一时间拨号上网用户数 超过 ISP 所能提供的 IP 地址数， 则有部分用户将得不到 IP 地址。 IP 地址n ISP 把 IP 地址 临时租给用户使用 …

中国的单位用户怎样获得 IP 地址？ 长期使用大量 IP 地址（例如，几千个） 长期使用少量 IP 地址 向中国互联网络信息中心 CNNIC 申请 CNNIC 的网址：www.cnnic.cn 长期使用少量 IP 地址 向就近的本地因特网服务提供者 ISP 申请

F 1. IP 地址 2. 电子邮件(e-mail) 3. 万维网 WWW 4. 因特网上的实时通信量 5. 结束语 IP 地址的作用 域名服务器 DNS 2. 电子邮件(e-mail) 3. 万维网 WWW 4. 因特网上的实时通信量 5. 结束语

用名字表示 IP 地址 IP 地址既难记忆，又很难从键盘输入。 一个事实： 因此想到把 IP 地址变成名字。 因特网设立专门的机构管理名字： 人不擅长于记忆长串数字， 但记忆名字却比较容易。 因此想到把 IP 地址变成名字。 因特网设立专门的机构管理名字： 采用分级管理名字的方法。 每一级的名字都是各不相同的。

因特网的域名 域名其实就是名字。只是因为使用分级管理，因特网使用多级的域，因此就出现了“域名”这个名词。 因特网的域名分为： 顶级域名 二级域名 三级域名 四级域名 ……

因特网的域名举例 三级域名.二级域名.顶级域名 中央电视台向因特网提供万维网服务的计算机的域名是： www.cctv.com 意思是： 提供万维网服务的计算机名 中央电视台 商业机构 意思是： ←顶级域名 ←二级域名 ←三级域名

因特网的域名举例 四级域名.三级域名.二级域名.顶级域名 清华大学向因特网提供网站服务的计算机的域名是： www.tsinghua.edu.cn 网站服务器的计算机名字 ←四级域名 清华大学 ←三级域名 教育机构 ←二级域名 中国 ←顶级域名 意思是：

域名服务器 DNS (Domain Name Server) 因特网中设有很多的域名服务器 DNS，用来把域名转换为 IP 地址。 例如，DNS 收到 www.cctv.com 后，经过查询过程，就把这个域名转换为 IP 地址： 11001010011011001111100111001110 用点分十进制表示就是： 202.108.249.206

分布在因特网中 DNS 服务器 可将名字转换为 IP 地址 www.cctv.com 的 IP 地址？ 不知道 DNS 服务器 不知道 DNS 服务器 因特网 DNS 服务器 DNS 服务器 常见的几种计算机网络类型 不知道 www.cctv.com 的 IP 地址是 202.108.249.206 DNS 服务器 DNS 服务器 查到了 DNS 服务器

域名系统 因特网提供了一种域名系统（DNS），为主机分配一个由多个部分组成的域名。各部分之间用圆点“.”分隔。它的层次从左到右，依次升高。 格式： 计算机名.组织机构名.二级域名.顶级域名

Client/Server计算模式 此系统结构是把一个大型的计算机应用系统变为多个能互为独立的子系统，而服务器便是整个应用系统资源的存储和管理中心，系统中的多台客户机则向服务器提出数据请求和服务请求，共同实现完整的应用。

客户服务器方式 在用户 PC 机上运行的浏览器程序也叫做客户程序，简称客户(client)。 在因特网中服务器上运行的服务器程序也叫做服务器(server)。 客户服务器方式 客户向服务器发出请求； 服务器向客户返回所请求的文档。

第 五 节 网络接入基本技术

网络接入基本技术 骨干网和接入网的概念 常用的宽带接入技术 基于铜线的xDSL接入技术 光纤同轴混合技术 光纤接入技术 无线接入技术 ADSL技术 HDSL技术 RADSL技术 VDSL技术 光纤同轴混合技术 光纤接入技术 无线接入技术