第一部分 网络技术基础

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第一章 网络技术入门

一、 Internet 连接的基本原理 1 、物理连接 2、逻辑连接——TCP/IP协议简述 （协议的定义） 3、应用程序

二、关于PC 1、PC基础知识（主板、I/O总线） 2、网卡（NIC） 3、web浏览器 4、ping 命令 5、ipconfig命令 6、数据的表示 7、IP地址的表示方法

十进制转换为二进制

十进制转换为二进制

第二章 网 络 技术基 础

2.1 网络术语 1、数据网定义与发展历史 2、网络拓扑结构 3、网络通信协议 4、局域网(LAN)及局域网设备 2.1 网络术语 1、数据网定义与发展历史 2、网络拓扑结构 3、网络通信协议 4、局域网(LAN)及局域网设备 5、广域网(WAN)及广域网设备 6、城域网(MAN)简介 7、Intranets and extranets

网络 Examples of Networks Transportation （运输） Communications （通信） Biological （生物学） Social （社会）

计算机网络的概念 互连的手段：在各种各样的协议(Protocol)支持下进行工作 被操作对象：一些独立自主的计算机系统 计算机网络 — 将地理位置不同并且具有独立功能的多个计算机系统，通过通信设备和通信线路连接起来，在网络软件的支持下实现彼此之间的数据通信和资源共享的系统，称之为计算机网络。 互连的手段：在各种各样的协议(Protocol)支持下进行工作 被操作对象：一些独立自主的计算机系统

网络设备 终端用户设备: Workstation（工作站）等 此类设备需要有物理连接到网络 物理连接设备都有MAC地址 网络设备: 第一层: Repeater Hub 第二层: Bridges 　　　　 Switch 第三层: Router

网络设备

网络类型 按照网络拓扑结构划分 按照网络覆盖范围划分 按照网络体系结构划分 按照网络服务性质划分 总线型、星型、环型、混合型 局域网、城域网、广域网、互联网 按照网络体系结构划分 TCP/IP、ISO/OSI、IPX/SNA、X.25/FR/ATM 按照网络服务性质划分 公用计算机网络：为公众提供商业性和公益性通信，如Internet。 专用计算机网络：为政府、企业等部门提供具有特定应用服务的网络，如Intranet。

2.1.1数据网络 1、数据通信网的定义（以计算机通信网络为例） 怎样避免设备和资源的重复 怎样有效的通信 怎样建立和管理网络 Sneakernet WAN LAN 网云 怎样避免设备和资源的重复 怎样有效的通信 怎样建立和管理网络

数据网络的产生和发展

2.1.2计算机网络的历史

早期的数据传输 早期的数据传输一般使用磁盘为介质人工传递 缺点： 设备的浪费 传输上很困难 需要人工操作 不利于管理

第一代计算机网络 面向终端的计算机网络 —— 单个计算机为中心的远程联机系统 1946年，出现第一台计算机ENIAC 早期的计算机系统没有管理程序和操作系统，用户必须到计算机的所在地进行手工方式地上机，消耗了大量的精力。 50年代末，计算机软件方面出现了批处理系统，为计算机网络的产生提供了基本条件。 如何将分散在各处的数据统一处理，就出现了将计算机与通信结合起来的需求。

第一代计算机网络 面向终端的计算机网络 —— 单个计算机为中心的远程联机系统 1958年，美国半自动地面防空系统SAGE项目首次将计算机技术和通信技术结合起来，成为第一个联机数据通信系统。 1963年建成的美国航空公司飞机定票系统SABRAI，由一台在纽约的中央处理器和2000个遍布各地的终端组成。 只有中心计算机具备自处理能力，通讯存在于终端和中心计算机之间。

面向终端的计算机网络 中 心计算机 前 端 处 理 机 M 集 中 器 T ... 远程高速线路 近程低速线路

第二代计算机网络 多个自主计算机通过通信线路互连 —— 形成计算机网络 多个计算机都具有自处理能力 计算机之间不存在主从关系 通信存在于计算机和计算机之间 1968年，美国国防部高级研究计划局ARPA（Advanced Research Projects Agency）提出研究网络ARPANET的计划。 1969年在美国四所著名的大学建成了具有4个节点的实验网。

第二代计算机网络 多个自主计算机通过通信线路互连 —— 形成计算机网络 ARPANET被开发成功之后，各个国家都开始投入大量的人力和物力研制计算机网络。例如，加拿大的DATAPAC，法国的CYCLANDES，英国的NPL，日本的JIPNET，我国的CNPAC。 第二代计算机网络侧重于资源共享，数据传输率较低，一般为几十kbps到几百kbps。 ARPANET对当代计算机网络的发展有着深远的影响，很多概念和思路被继承了下来。

ARPANET 组成元素 传送方式 网络划分 IMP(Interface Message Processor) 接口报文处理机 主机 H(Host) 分组 Packet 传送方式 Store and Forward 存储转发 网络划分 通信子网、资源子网

ARPANET H HA HB IMP5 IMP2 IMP1 IMP3 IMP4

ARPANET 传送方式 — Store and Forward 存储转发 IMP4 IMP3 IMP5 HB H HA IMP1 IMP2

ARPANET 分组 M M1 M3 M2 H M1 M2 M3 M1 M2 M3 HA IMP5 IMP2 IMP1 IMP3 IMP4 HB M1 M2 M3 M1 M2 M3

第三代计算机网络 国际标准化的网络 具有统一的网络体系结构遵循国际标准化协议的计算机网络

Internet 的发展历史 1960s Modem提供了计算机之间的连接 速度300 bps（bits per second） 每秒钟传输大约30个字符 1970s BBS（Bulletin Board Systems） 1980s 文件传输实现 1990s Modem速度提升为56kbps 2000s 高速服务

当今流行的通信技术 在一个世纪之前，电信网开始出现，并且在政府的支持下渐渐形成规模，逐渐成为当时最流行的最先进的通信技术。 在近半个世纪以前，计算机网络开始出现，并且以惊人的速度发展起来，成为当今最流行的最先进的通信技术。 同时，现代生活中还存在着另外一种单向广播式的网络 --- 有线电视网。 所谓的“三网合一”中的三网就是计算机网络、电信网和有线电视网。

跨世纪的主流技术 18世纪 — 机械时代 19世纪 — 蒸汽机时代 20~21世纪 — 信息时代 机械替代手工 18世纪 — 机械时代 机械替代手工 19世纪 — 蒸汽机时代 蒸汽机替代机械，进一步解放了生产力 20~21世纪 — 信息时代 信息的收集、处理和发布 信息高速公路 网络开始深入到社会的各个方面 网络正在改造整个世界

2.1.3网络协议 协议集(protocol suite)-----协议的集合 标准委员会: 电气和电子工程师协会(IEEE). 美国国家标准协会(ANSI). 电信工业协会(TIA) 电子工业联合会(EIA) 国际电信联盟(ITU),前身为国际电报电话咨询委员会(CCITT)

标准化组织机构 IEEE ANSI TIA EIA ITU (CCITT) Institute of Electrical and Electronic Engineers ANSI American National Standards Institute TIA Telecommunications Industry Association, EIA Electronic Industries Alliance ITU (CCITT) International Telecommunications Union, formerly known as the Comité Consultatif International Téléphonique et Télégraphique.

协议 协议Protocols ：算法编写出的规则，按最优方式表述数据传输 物理网络是怎样建立的 计算机怎样被连接到网络 传输的数据的格式是怎样的 数据是怎样被传输的 各种错误是怎样被处理的 网络设备进行数据通讯时采用OSI模型7层结构并且各层是一一对应的关系 OSI（Open System Interconnection Reference Model） 国际标准化组织ISO (International Standards Organization)

2.1.4局域网(LAN) LAN-----local –area network 由计算机、网络接口卡、外围设备、网络介质以及网络通信控制设备组成； 主要完成的工作： 1、在有限的地理范围内运作； 2、允许多个用户同时接入高带宽介质； 3、提供实时的本地服务的连接； 常用的技术：以太网、令牌环、光纤分布数据接口（FDDI)

LAN的设计目的 在受限的区域内工作 对高带宽介质的多路访问 在本地管理的私有网络控制 对本地服务提供全天候的连接性 与邻接设备物理的连接

局域网及局域网设备

局域网的组成部分 计算机Computers 网卡Network interface cards 外围设备Peripheral devices 网络介质Networking media 网络设备Network devices

局域网拓扑 以太网Ethernet 令牌环网Token Ring 光纤分布式数据接口网FDDI

2.1.5广域网(WAN) WAN--- wide-area network 常见广域网设备

广域网的设计目的 在极为广阔的区域内进行通信 使不同地点的人们可以实时的进行通讯 提供将远程资源连接到本地的全时访问 提供 e-mail, World Wide Web, file transfer, and e-commerce 服务 通过设备串行口在低速的链路上连接广阔范围内的设备进行通讯

常用广域网技术 拨号与Modems Integrated Services Digital Network (ISDN) Digital Subscriber Line (DSL) ATM与Frame Relay T1, E1, T3, E3 Synchronous Optical Network (SONET ) Synchronous Digital Hierarchy （SDH）

2.1.6城域网(MAN）

城域网简介(MAN) MAN ---- Metropolitan-area networks（城域网） 在一个城市里由一个或多个LAN组成的大型网络群 MAN可以使用传统的局域网连接介质，如：双绞线、光纤等。也可以采用新型的无线网络

城域网划分 CISCO对城域网的划分：IP城域网、 光城域网、 以太城域网等等 城域网的相关提法还有宽带城域网、IP城域网、宽带IP城域网、无线城域网等，主要应用包括： 通过互联网发布信息、高速上网、网络高速互联、远程医疗、互动的远程教育、实时网上交易、实现视频点播。

三者规模的划分 10m 同一房间 100m 同一建筑物 1km 同一园区 10km 同一城市 100km 同一国家 1,000km 同一洲内 同一行星上 局 域 网 城 域 网 广 域 网 互 联 网

企业内部互联网和企业外部互联网(intranet and extranet) 企业内部网（intranet)----是设计给那些具有访问某个组织内部LAN的权限的用户访问的。 企业外部网(extranet)-----是允许经授权的外部用户访问部分内部网络的企业内部网。

企业内部互联网和企业外部互联网(intranet and extranet)

虚拟专用网VPN VPN-----在一个公共网络基础设施之上构建的专用网络，提供可靠、安全的连接服务。

2.2和2.3数字带宽 1、理解带宽的含义 2、带宽(bandwidth)的重要性 3、带宽的计算Measurement 4、带宽的大小与介质长度限制Limitations 5、数据吞吐率Throughput 6、数据传输速率计算Data transfer calculation 7、数字与模拟

带宽的含义 带宽(bandwidth)----在某给定时间内通过某个网络连接的信息量。 在模拟通信系统或传输介质中，所说的“带宽”是指信号频率的通频范围，单位为“赫兹”。而数字通信系统中“带宽”，理论上是指传输信道的信道容量，也即信道中传递信息的最大值，单位为“比特/秒”。

(300Hz——3400Hz为语音通信频带，25KHz——1.1MHz为ADSL频带) 理解带宽的含义 模拟电话线的频带 (300Hz——3400Hz为语音通信频带，25KHz——1.1MHz为ADSL频带)

带宽

带宽的重要性 1、带宽是有限的，受物理和技术的双重限制 2、带宽不是免费的 3、带宽是分析网络性能、设计网络、理解互联网的关键因素 4、对带宽的需求飞速增长、是无限的

带宽的计算Measurement

在我们常说的56K拨号，100M局域网都是bps计量，当用于软件下在时，下载工具一般又以Bps计算，所以它们之间有 8 bit=1 Byte 的换算关系。 56Kbps拨号极限下载速度是 56Kbps/8=7KBps 每秒下载7K字节 例题： 如果在10Mbps上下载10M字节的数据需要几秒钟？

长度与带宽

数据吞吐量Throughput 数据吞吐量指的是在一天的某段时间内使用特定的路由下载一个文件时所获得的实际带宽。由于很多种原因，吞吐量远远小于传输使用介质所能达到的最大带宽。影响数据吞吐量的因素有： 互联网上的设备 被传输的数据类型 网络拓扑形式 用户数量 计算机 服务器 电源状况

带宽的度量值 bps—bits/sec T3 44.736Mbps T1 1.544Mbps 长度与带宽成反比 吞吐量：吞吐量<带宽 计算：

ISP GE 100/1000M 10/100M 内容提供商 企业路由器 专线路由器 专线 企业用户 Internet

2.4网络模型 ISO/OSI 模型----国际标准化组织ISO (International Standard Organization)于1984年正式颁布了一个称为“开放系统互连基本参考模型”(Open System Interconnection Basic Reference Model)的国际标准ISO7498，简称OSI参考模型或OSI/RM由七层组成，也称为OSI七层模型。

网络模型 自1983年TCP/IP成为ARPANET上唯一的正式协议后，逐渐形成以ARPANET为主干、TCP/IP协议为核心的因特网原型。 因特网体系结构参考模型ARM(ARPANET Reference Model)早于OSI模型的诞生，与OSI模型不完全一致。

网络模型 1、OSI 模型 2、OSI 的层次 3、点对点的通信Peer-to-peer communications 4、TCP/IP 模型 5、封装的含义与封装的过程

OSI 模型 数据流层 传输层 数据链路层 网络层 物理层 应用层 (高) 会话层 表示层

OSI模型 分层模型的目的和优点： 1、化解复杂性 2、标准化接口 3、模块化，易于工程 4、确保技术的通用 5、加速发展 6、简化教学和学习

OSI模型 应用层：与用户最接近的一层 表示层：通用的数据格式，语法 会话层：控制会话 传输层：流控、保证可靠性 网络层：路径选择、路由及逻辑选路 数据链路层：帧、介质访问控制 物理层：规定信号和介质 练习：OSI的七层模型

OSI模型——应用层作用（高层） 例子 Telnet HTTP ASCII EBCDIC JPEG Operating System/ 用户接口、为应用处理提供网络服务 Telnet HTTP ASCII EBCDIC JPEG Operating System/ Application Access Scheduling 应用层 数据表示、数据格式、结构 加密等特殊处理过程 协商数据传输语法 表示层 建立、管理、终结应用间的会话，保证不同应用间的数据区分 会话层 传输层 网络层 数据链路层 物理层

OSI模型——数据流层的作用 例子 TCP UDP SPX IP IPX 802.3 / 802.2 HDLC 应用层 表示层 例子 会话层 端到端的连接，可靠或不可靠的数据传输 数据重传前的错误纠正、流控 建立、维护、终止虚电路 TCP UDP SPX 传输层 提供路由器用来决定路径的逻辑寻址 IP IPX 网络层 将比特组合成字节进而组合成帧 用MAC地址访问介质、网络拓扑 错误发现、通知但不能纠正 提供穿越介质的可靠数据传输 802.3 / 802.2 HDLC 数据链路层 设备间接收或发送比特流 说明电压、线速和线缆等 EIA/TIA-232 V.35 物理层

TCP/IP 模型

TCP/IP 模型 :Very little focus TR FDDI PPP ATM FR 应用层 表达层 会话层 传输层 网络层 数据链路层 物理层 Internet层 ETHERNET TR FDDI PPP ATM FR 2 IP ROUTE DATAGRAMS 3 TCP END TO END CONNECTIONS UDP SINGLE MESSAGES 5 7 WWW FTP NEWS TELNET SMTP NFS DNS SNMP ICMP ARP/RARP :Very little focus 4 1

TCP/IP模型 OSI模型和TCP/IP模型的比较

OSI模型的对等层对应关系 源的某一层进行的工作在目的地的对应层上作相反的工作。我们称源的工作叫做封装，目的地所作的工作叫做解封装

点对点的通信Peer-to-peer communications 传输层 数据链路层 网络层 物理层 会话层 表示层 应用层 Data Segments Packets Frames Bits PDU—protocol data units

封装的含义与封装的过程 段 传输层 网络层 包 数据链路层 帧 物理层 比特 应用层 表示层 会话层 上层数据 TCP 头 上层数据 IP 头 数据 LLC 头 数据 FCS 数据链路层 帧 MAC 头 数据 FCS 物理层 比特 0101110101001000010

数据的解封装过程 传输层 网络层 数据链路层 物理层 应用层 表示层 会话层 上层数据 上层数据 TCP 头 TCP+上层数据 IP 头 IP + TCP +上层数据 数据链路层 LLC 头 LLC 头 + IP + TCP + 上层数据 MAC 头 物理层 0101110101001000010

数据封装

LAN连接的设备 Repeater Hub Wireless media Bridge Switch NIC

中继器和集线器 中继器（Repeater）——物理层设备，作用是放大数据信号，扩展通信距离。特点是简单，不能隔离广播。 集线器（HUB）-----纯粹物理层的设备、网络上的所有节点争用总线收发数据，集线器即为总线的变型。在以太网中，集线器又称多口中继器

网桥和交换机 网桥（Bridge）———数据链路层设备，作用是将多个网段/子网互连构成新的局域网。特点是可将网络中的业务分段处理，但不可隔离广播。如可将插有两块网卡的计算机作为网桥。 交换机（Switch）---------多端口网桥的作用，单与网桥不同，交换机使用硬件处理数据帧，具有较高的智能性。直通式（cut throuth）、存贮转发式（store-and-forward）、自由分段式。减小和避免局域网中的冲突。交换机完成两个基本任务：1、快速交换数据；2、建立交换表检测环路。

Repeater 中继器（Repeater） 一种简单的工作在物理层的网络设备，可以接收一条链路上的数据，并以同样的速度将数据发送到另一条链路上，而不滞留。 中继器目的是在比特级对网络信号具有进行再生和重定时，以使其能在介质上传输更长的距离。即具有放大器功能；如果存在太多的网络节点，或线缆数量不足时，通常使用中继器。

Hub Hub 又称为Concentrator（集线器 ）和多口中继器，是工作在物理层的局域网连接设备，具有多个端口，可连接多台计算机。 在局域网中常常将分散的计算机连接起来，形成星型拓扑结构的局域网系统。 Passive – A passive hub serves as a physical connection point only. It does not manipulate or view the traffic that crosses it. It does not boost or clean the signal. A passive hub is used only to share the physical media. A passive hub does not need electrical power. Active – An active hub must be plugged into an electrical outlet because it needs power to amplify a signal before it is sent to the other ports. Intelligent – Intelligent hubs are sometimes called smart hubs. They function like active hubs with microprocessor chips and diagnostic capabilities. Intelligent hubs are more expensive than active hubs. They are also more useful in troubleshooting situations. Passive Active Intelligent

Bridge 网桥和交换机是工作于OSI模型的数据链路层。 网桥的功能时作出关于是否将信号传递到网络中下一个网段的智能决定。同时它还可以用于连接不同的协议和介质，如用无线网桥互连以态局域网。

Bridge 网桥 （Bridge）是工作在数据链路层的局域网连接设备。它分析收到的帧，根据目的MAC地址将信息发往目的地。 网桥是网间设备，可以用来减小冲突域。将一个大局域网分成不同的网段，以扩展网络距离，减轻网络负担。当网段之间的通信量较低的时候，网桥工作得最好。当网段之间的通信负载很重时，网桥会成为瓶颈，并使通讯变慢。 网桥不能抑止广播风暴：如果目的地址对网桥来说是未知的，网桥会将数据帧转发到除发送该帧的端口以外的所有端口。

Switch 交换机有时也被称为多口网桥。典型的网桥只有两个端口，而交换机有多个端口，分别连接多个网段。 局域网交换机连接局域网的网段，使用目标MAC地址判断数据应该发往哪个网段，减少通信量。基本功能：转发数据帧和建立维护表

Switch 局域网交换机可以看作没有冲突域的多端口网桥，速度比网桥高得多，还可以支持类似VLAN的功能。在整个的帧到达交换机之前，帧就已经发往接收站对应的接口，降低了延迟。 虽然局域网交换机减小了冲突域，但是所有的计算机连在一个广播域上。因此，广播包还是可以被交换机所连接的所有主机看见

NIC 总线类型（例如PCI或ISA） 网卡NIC在计算机主板中，提供与网络的接口。它是计算机和网络之间的物理连接。 在选择网卡的时候需要考虑下面三个因素： 网络类型（例如是以太网的、令牌环网 的、FDDI的等） 介质类型（例如双绞线、同轴电缆或光 缆） 总线类型（例如PCI或ISA）

网卡完成了重要的数据链路层功能，例如： 逻辑链路控制：在计算机中与上层协议通讯 命名：提供唯一的MAC地址标识符 成帧：把数据打包以便传输 介质访问控制：对共享的访问介质提供访问规则 发信号：通过转换器与介质产生信号并形成接口

网络拓扑 物理拓扑----指物理结构上各种设备和传输介质的布局。 逻辑拓扑----定义了发送数据的主机访问传输介质的方式。

物理拓扑 总线型拓扑(bus topology) 星型拓扑(star topology) 环型拓扑(ring topology) 树型拓扑(Hierarchical topology) 网状拓扑 (mesh topology)

逻辑拓扑 广播拓扑---每台主机都把所要发送的数据的目标地址设为某个特定的NIC或多播地址、广播地址，然后把数据发送到传输介质中。 令牌传递----通过向各个节点顺序传递一个电子令牌来控制网络介质的访问。

总结 理解带宽是学习网络的基础 带宽是有限的，带宽的费用随需求与日俱增 怎样理解带宽 带宽的衡量单位 bps, kpbs, Mbps, or Gbps 介质类型、LAN/WAN技术、网络设备对带宽的限制 传输率Throughput 指实际的测到的带宽 The formula T=S/BW (transfer time = size of file / bandwidth) 模拟带宽和数字带宽的比较

总结（续） 分层的方法 分层模式阐述网络通讯 网络通讯的两个重要模式——The OSI and TCP/IP LANs 和WANs 的发展适应商业和政府对计算的需求 基本网络设备hubs, bridges, switches, and routers 物理拓扑结构： the bus, ring, star, extended star, hierarchical, and mesh 企业内部互联网和外联网的定义和功能