计算机网络基础知识.docx

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计算机网络基础知识

计算机网络基础

计算机网络是计算机技术和通信技术结合的产物，计算机网络技术集中了当代计算机硬件、软件、系统结构和通信技术发展的成果。

计算机网络的产生和发展引起了信息技术的大发展。

在当前信息社会中，计算机网络对人们的生活和工作产生越来越大的影响。

一、计算机网络基本知识

1．计算机网络的定义

可以给计算机网络一个以下的定义。

凡将地理位置不同但具备独立功能的多台计算机、终端及其附属设备，用通信设备和通信线路连接起来，并且配有相应的网络软件和应用软件，实现通信、资源共享和协同工作的系统，称为计算机网络。

共享的资源包括硬件资源、软件资源和数据资源等。

2．通信子网和资源子网

计算机网络主要完成网络通信和资源共享两种功能。

从而可将计算机网络看成一个两级网络，即内层的通信子网和外层的资源子网，如下图所示，其中，A~E为中间节点，与通信介质构成通信子网；H为主机，由主机或终端构成资源子网。

两级计算机子网是现代计算机网络结构的主要形式。

计算机网络的两级子网

通信子网实现网络通信功能，包括数据的加工、变换、传输和交换等通信处理工作。

即将一个主计算机的信息传送给另一个主计算机。

资源子网实现资源共享功能，包括数据处理、提供网络资源和网络服务。

3.计算机网络的分类

计算机网络可按不同的标准分类，如按网络的拓扑结构分类、按地理位置分类、按网络中的计算机和设备在网络中的地位、按信息交换方式分类和按网络的应用范围分类等。

按网络的地理位置划分，计算机网络可分为广域网、城域网和局域网。

（1）广域网

广域网（WideAreaNetwork，WAN）的作用范围通常为几十到几千公里以上，可以跨越辽阔的地理区域进行长距离的信息传输，所包含的地理范围通常是一个国家或洲。

在广域网内，用于通信的传输装置和介质一般由电信部门提供，网络则由多个部门或国家联合组建，网络规模大，能实现较大范围的资源共享。

（2）局域网

局域网（LocalAreaNetwork，LAN）是一个单位或部门组建的小型网络，一般局限在一座建筑物或园区内，其作用范围通常为10米至几公里。

局域网规模小、速度快，应用非常广泛。

关于局域网在后面章节将作较详细的介绍。

（3）城域网

城域网（MetropolitanAreaNetwork，MAN）的作用范围介于广域网和局域网之间，是一个城市或地区组建的网络，作用范围一般为几十公里。

城域网以及宽带城域网的建设已成为目前网络建设的热点。

由于城域网本身没有明显的特点，因此我们后面只讨论广域网和局域网。

需要指出的是，广域网、城域网和局域网的划分只是一个相对的分界。

而且随着计算机网络技术的发展，三者的界限已经变得模糊了。

4.计算机网络的拓扑结构

计算机网络的拓扑结构是引用拓扑学中的研究与大小、形状无关的点、线特性的方法，把网络单元定义为节点，两节点间的线路定义为链路，则网络节点和链路的几何位置就是网络的拓扑结构。

网络的拓扑结构主要有总线型、环型、星型和网状结构。

5.计算机网络的组成

完整的计算机网络系统是由网络硬件系统和网络软件系统组成的。

（1）计算机网络的硬件组成

计算机网络硬件系统是由服务器、客户机、通信处理设备和通信介质组成。

服务器和客户机是构成资源子网的主要设备，通信处理设备和通信介质是构成通信子网的主要设备。

通信处理设备主要包括调制解调器、中继器、集线器、网桥、交换机、路由器和网关等。

（2）计算机网络的软件组成

计算机网络的软件系统包括计算机网络的网络操作系统和网络应用服务系统等。

网络应用服务系统针对不同的应用有不同的应用软件。

网络操作系统除具有常规操作系统所应具有的功能外，还应具有网络管理功能，如网络通信功能、网络资源管理功能和网络服务功能等。

二、网络通信协议

1．协议的概念

一个计算机网络有许多互相连接的节点，在这些节点之间要不断地进行数据的交换。

要做到有条不紊地交换数据，每个节点就必须遵守一些事先约定好的规则。

这些为进行网络中的数据交换而建立的规则、标准或约定即称为网络协议。

网络协议主要由以下3个要素组成：

（1）语法：

即数据与控制信息的结构或格式。

例如在某个协议中，第一个字节表示源地址，第二个字节表示目的地址，其余字节为要发送的数据等。

（2）语义：

定义数据格式中每一个字段的含义。

例如发出何种控制信息，完成何种动作以及做出何种应答等。

（3）同步：

收发双方或多方在收发时间和速度上的严格匹配，即事件实现顺序的详细说明。

2．TCP/IP协议模型

网络互连是目前网络技术研究的热点之一，并且已经取得了很大的进展。

在诸多网络互连协议中，传输控制协议/互连网协议TCP/IP是一个使用非常普遍的网络互连标准协议。

目前，众多的网络产品厂家都支持TCP/IP协议，并被广泛用于因特网（Internet）连接的所有计算机上，所以TCP/IP已成为一个事实上的网络工业标准，建立在TCP/IP结构体系上的协议也成为应用最广泛的协议。

三、局域网

虽然人们使用网络的范围越来越大，但大多还都是直接使用局域网络，并且作为一个企业或单位也都是组建本企业或本单位的企业内部局域网络。

掌握局域网的基本概念以及某些扩展知识对于学习计算机网络是十分基本也是十分重要的部分。

1.局域网所采用的拓扑结构

局域网采用总线型、星型或环型拓扑结构，基本不采用网状拓扑结构。

当然还有星型的扩展，即树型拓扑结构，树型拓扑结构如图所示。

树型拓扑结构

2.以太网

以太网的发明，使局域网大大普及起来，目前绝大多数局域网都是以太网。

（1）以太网协议标准

以太网是按照IEEE802.3标准的局域网，即采用载波监听多路访问/冲突检测介质访问控制技术。

基本以太网的传输速率只是10Mbps（读法：

10兆每秒比特）（每秒传输10M二进制位）随着通信与计算机技术的发展，以太网也在不断发展，高速以太网（100Mbps）和千兆位以太网（1000Mbps）甚至更高速的以太网相继出现，都使以太网更加充满了勃勃生机。

（2）传输介质

以太网使用的传输介质主要有双绞线、同轴电缆和光缆。

①双绞线

双绞线是由两根绝缘铜导线拧成规则的螺旋状结构。

绝缘外皮是为了防止两根导线短路。

每根导线都带有电流，并且其信号的相位差保持180度，目的是抵消外界电磁干扰对两个电流的影响。

螺旋状结构可以有效降低电容（电流流经导线过程中，电容可能增大）和串扰（两根导线间的电磁干扰）。

把若干对双绞线捆扎在一起，外面再包上保护层，就是常见的双绞线电缆。

虽然铜的导电性能良好，但电阻仍会使信号衰减。

也就是说，信号在双绞线上的传输距离要受到限制。

为了延长传输距离，可以在两段双绞线间插入中继器等连接设备。

双绞线既可以传输模拟信号，又可以传输数字信号。

因结构不同，可分为非屏蔽双绞线（UnshieldedTwisted-Pair，UTP）和屏蔽双绞线（ShieldedTwisted-Pair，STP），如图所示。

屏蔽双绞线比非屏蔽双绞线增加了一个屏蔽层，能够更有效地防止电磁干扰。

双绞线

双绞线价格低廉，是一种广泛使用的传输介质，如家庭中的电话线。

局域网也普遍采用双绞线作为传输介质。

双绞线使用RJ-45接头连接网卡和交换机等通信设备，它包括4对双绞线。

如图所示。

RJ45接头

②同轴电缆

同轴电缆由四层组成。

最里层是一根铜或铝的裸线，这是同轴电缆的导体部分。

其上包裹着一层绝缘体，以防止导体与第三层短路。

第三层是紧紧缠绕在绝缘体上的金属网，用以屏蔽外界的电磁干扰。

最外一层是用作保护的塑料外皮，如图所示。

同轴电缆

同轴电缆既可以传输模拟信号，又可以传输数字信号。

按照阻抗划分，可分为50Ω同轴电缆和75Ω同轴电缆。

50Ω同轴电缆适用于数字信号传输，常用于组建局域网。

75Ω同轴电缆适用于频分多路复用的模拟信号传输，常用于有线电视

信号的传输。

③光导纤维

光导纤维简称光纤。

与前述两种传输介质不同的是，光纤传输的信号是光，而不是电流。

它是通过传导光脉冲来进行通信的。

可以简单地理解为以光的有无来表示二进制0和1。

光纤由内向外分为核心、覆层和保护层3个部分。

其核心是由极纯净的玻璃或塑胶材料制成的光导纤维芯，覆层也是由极纯净的玻璃或塑胶材料制成的，但它的折射率要比核心部分低。

正是由于这一特性，如果到达核心表面的光，其入射角大于临界角时，就会发生全反射。

光线在核心部分进行多次全反射，达到传导光波的目的。

下图描绘了光纤的基本原理。

光纤的基本原理

利用光纤传输的发送方，光源一般采用发光二极管或激光二极管，将电信号转换为光信号。

接收端要安装光电二极管，作为光的接收装置，并将光信号转换为电信号。

光纤是迄今传输速率最快的传输介质。

光纤具有很高的带宽，几乎不受电磁干扰的影响，中继距离可达30公里。

光纤在信息的传输过程中，不会产生光波的散射，因而安全性高。

另外，它的体积小、重量轻，易于铺设，是一种性能良好的传输介质。

但光纤脆性高，易折断，维护困难，而且造价昂贵。

目前，光纤主要用于铺设骨干网络。