大學計算機基礎

第5章計算機網絡大學計算機基礎課程組2022年4月目錄計算機網絡概述1網絡傳輸介質和通信設備2局域網3Internet基礎4網絡安全55.1計算機網絡概述5.1.1計算機網絡的定義 5.1.2計算機網絡的產生與發(fā)展 5.1.3計算機網絡的功能 5.1.4計算機網絡的體系結構 5.1.5計算機網絡的組成 5.1.6計算機網絡的分類

5.1.1計算機網絡的定義計算機網絡的定義在計算機網絡發(fā)展的各個階段，人們對計算機網絡都提出了不同的定義。例如資源共享觀點對計算機網絡的定義為：以實現(xiàn)遠程通信為目的，能夠相互共享資源的方式互連起來的獨立自治計算機系統(tǒng)的集合。

5.1.1計算機網絡的定義結點：具有自主功能的計算機稱為主機，在網絡中也稱為結點，結點不僅僅是計算機，還可以是其他通信設備（如網絡打印機、交換機、集線器等）或終端。鏈路：結點之間通常有通道相連接，通道是各種有線或無線傳輸介質。所以，計算機網絡也可以看成是由若干結點和連接這些結點的鏈路組成的。網絡協(xié)議：網絡中的各結點之間要實現(xiàn)互相通信或交換數(shù)據(jù)，每個結點需要遵循一些事先約定好的通信規(guī)則，即網絡協(xié)議。

5.1.2計算機網絡的產生與發(fā)展計算機網絡發(fā)展的4個階段以單機為中心的聯(lián)機系統(tǒng)計算機-計算機網絡及分組交換網絡階段體系結構標準化階段Internet迅猛發(fā)展階段

5.1.2計算機網絡的產生與發(fā)展以單機為中心的聯(lián)機系統(tǒng)

早期的計算機通信網絡中，聯(lián)機系統(tǒng)是以單計算機為中心，將這臺計算機經通信線路與若干臺終端進行相連。

5.1.2計算機網絡的產生與發(fā)展計算機-計算機網絡及分組交換網絡階段

20世紀60年代中期，出現(xiàn)了多臺計算機通過通信系統(tǒng)互連的系統(tǒng)，通過該系統(tǒng)在不同地點且具有獨立功能的計算機就可以通過通信鏈路，彼此之間交換數(shù)據(jù)、傳遞信息，開創(chuàng)了“計算機-計算機”通信時代。

5.1.2計算機網絡的產生與發(fā)展體系結構標準化階段在這階段，很多計算機制造廠商都分別制定了網絡技術標準，并最終形成了計算機網絡體系結構的國際標準。

DEC公司提出了數(shù)字網絡體系結構DNA（DigitalNetworkArchitecture）標準。

IBM公司提出了系統(tǒng)網絡體系結構SNA（SystemNetworkArchitecture）標準。

國際標準化組織ISO在1981年制定了“開放系統(tǒng)互連基本參考模型（OSI/RM）”計算機網絡的一系列國際標準。

5.1.2計算機網絡的產生與發(fā)展Internet迅猛發(fā)展階段

Internet網誕生于60年代，它是由美國聯(lián)邦政府開發(fā)的ARPANET網演變過來的。1991年以來，隨著Internet不斷擴展，世界各地的政府機構、大學、科研部門、商業(yè)組織紛紛接入。尤其英國科學家TimBerners-Lee開發(fā)的WWW（WorldWideWeb）技術的成熟應用，更有力地推動了Internet的推廣應用。

現(xiàn)在Internet包括了分布在世界各地的局域網，這些局域網通過主干廣域網互相連接起來。在網上，每天增加很多的新網站，能夠及時的傳遞當今世界的最新信息。

5.1.3計算機網絡的功能資源共享共享數(shù)據(jù)信息和主機設備數(shù)據(jù)通信信息交換和收發(fā)電子郵件、網上電話、視頻會議分布式數(shù)據(jù)處理把數(shù)據(jù)處理功能分散到各個計算機上，提高網絡處理大量數(shù)據(jù)的能力綜合信息服務信息服務平臺提供全面的數(shù)據(jù)查詢檢索和信息咨詢管理服務

5.1.4計算機網絡的體系結構計算機網絡分層思想

對于不同的網絡，盡管其層次的數(shù)量、各層的名稱、內容和功能都不盡相同，但是所有的層次網絡都有一個共同點，就是每一層的目的都是向它的上一層提供一定的服務，而把如何完成這一服務的細節(jié)對上一層加以屏蔽。

5.1.4計算機網絡的體系結構OSI參考模型為處理各種體系結構下的計算機網絡互連的問題，目前廣泛采用的是國際標準化組織（ISO）提出的開放系統(tǒng)互連基本參考模型OSI/RM（OpenSystemInterconnectionReferenceModel），簡稱為OSI。OSI在邏輯上，把一個網絡系統(tǒng)分為功能上相對獨立的7個有序的子系統(tǒng)，這樣OSI體系結構就由功能上相對獨立的7個層次組成

5.1.4計算機網絡的體系結構OSI參考模型

5.1.4計算機網絡的體系結構TCP/IP參考模型

TCP/IP（Transmissioncontrolprotocol/internetprotocol，傳輸控制協(xié)議/網際協(xié)議）以它的2個主要協(xié)議即TCP協(xié)議和IP協(xié)議而得以命名。TCP/IP共有4個層次，它們分別是網絡接口層、網際層、傳輸層和應用層。

5.1.5計算機網絡的組成計算機網絡通常由三個部分組成，它們是資源子網、通信子網和通信協(xié)議。（1）通信子網負責計算機網絡中負責數(shù)據(jù)通信的部分。（2）資源子網資源子網是計算機網絡中面向用戶的部分，承擔著全網絡面向應用的信息處理工作。

5.1.5計算機網絡的組成（3）通信協(xié)議網絡通信雙方必須共同履行的規(guī)則和約定就稱為通信協(xié)議，它是否存在是計算機網絡與一般計算機互連系統(tǒng)的根本區(qū)別。這三個人開會，使用哪一種語言呢？

5.1.5計算機網絡的組成一套完整的計算機網絡系統(tǒng)有兩部分構成，分別是網絡硬件和網絡軟件。計算機網絡的硬件系統(tǒng)是由電腦（主機、客戶機、終端）、通信處理機（集線器、交換機、路由器）、通信線路（同軸電纜、雙絞線、光纖）、信息交換設備（Modem，即編碼解碼器）等所組成的。常用的網絡軟件有網絡操作系統(tǒng)、網絡協(xié)議軟件、網絡管理軟件、網絡通信軟件和網絡應用軟件。

5.1.6計算機網絡的分類1.按網絡的拓撲結構分類計算機網絡的拓撲結構就是將工作站、服務器設備等網絡系統(tǒng)單元抽象定義為結點，再將計算機網絡中結點間的通信介質抽象定義為鏈路，則網絡結點和鏈路之間的幾何位置，便是網絡的拓撲結構。

5.1.6計算機網絡的分類1.按網絡的拓撲結構分類計算機網絡的拓撲結構形式，大致有總線型拓撲、星型拓撲、環(huán)型拓撲、樹型拓撲、網狀拓撲和混合型拓撲等幾種。

5.1.6計算機網絡的分類2.按網絡覆蓋范圍分類

10公里以內，通常用于組建企業(yè)網和校園網局域網(LAN)幾十公里到上百公里，網絡規(guī)模局限在一座城市范圍內城域網(MAN)廣域網的覆蓋面很廣，可以分布在一個地區(qū)內或者一個國家甚至幾個國家之內。但是廣域網的信道傳輸速率較低，結構也比較復雜。廣域網(WAN)10米左右，把屬于個人使用的電子設備（如便攜式電腦、手機等）用無線技術連接起來個人區(qū)域網(PAN)

5.1.6計算機網絡的分類3.按傳輸介質分類

采用同軸電纜、雙絞線、光纖等導向傳輸媒體來傳輸數(shù)據(jù)有線網采用衛(wèi)星、微波等非導向傳輸媒體傳輸數(shù)據(jù)無線網利用光導玻璃纖維當作傳播介質，光纜傳播距離遠，傳輸率高，可達到幾千兆bps，且抗干擾能力較強，不致引起電子監(jiān)視裝置的監(jiān)聽，是高安全性上網的理想選擇。光纖網

5.1.6計算機網絡的分類4.按通信方式分類

將數(shù)據(jù)以點到點的方法直接從電腦或通訊裝置中傳送，由于沒有信道競爭，所以基本不會出現(xiàn)訪問控制的問題。星型網、環(huán)形網都使用這種傳輸方式。點對點傳輸網絡將數(shù)據(jù)從公用介質中傳送，所有結點共享一條信道，某結點發(fā)出的數(shù)據(jù)，其他結點都能收到。無線網路和總線型網絡都屬于這種類型。廣播式傳輸網絡5.2網絡傳輸介質和通信設備5.2.1網絡傳輸介質 5.2.2網絡通信設備

5.2.1網絡傳輸介質傳輸介質是指信息發(fā)送器與接收器之間的物理通道，而傳輸介質則包含導向傳輸介質和非導向傳輸介質兩類。對導向介質來說，信息是通過某一介質傳播的，包括雙絞線、同軸電纜、光纖等。對非導向介質而言，信息在大氣層內、外層空間或海洋中進行無線傳輸，包括微波、紅外線、衛(wèi)星等。

5.2.1網絡傳輸介質雙絞線雙絞線是綜合布線工程中最常用的一種傳輸介質，一般是由兩根、四根或八根具有絕緣保護層的銅導線組成，雙絞線和RJ45水晶頭相連在一起就構成了網線。

5.2.1網絡傳輸介質同軸電纜同軸電纜是一種電線及信號傳輸線。由于外導體屏蔽層的作用，同軸電纜具有很好的抗干擾特性，被廣泛用于較高速率的數(shù)據(jù)傳輸。

5.2.1網絡傳輸介質光纖光纖通信是利用光導纖維傳遞光脈沖來實現(xiàn)數(shù)字通信。有光脈沖相當于1，無光脈沖相當于0。由于光在光導纖維的傳導損耗比電在電線傳導的損耗低得多，而光的頻率非常高，所以光纖通常被用作長距離的信號傳送。

5.2.1網絡傳輸介質短波

短波是指頻率為3～30MHz的無線傳輸電波。短波既可以沿地球表面以地波形式傳播，也能以天波的形式靠大氣層中的電離層反射傳播。

當短波以地波形式傳播時，由于短波的波長短，陸地對地波造成的衰減很大，其沿地球表面?zhèn)鞑サ牡夭ɡ@射能力差，傳播的有效距離短，一般只在離天線較近的范圍內（100km左右）才能可靠地接受信號。

海水對地波造成的衰減較小，沿海面?zhèn)鞑サ木嚯x要比陸地傳播距離遠得多。

5.2.1網絡傳輸介質微波

微波的頻率非常高，凡是處于300MHz～3000GHz頻段內的通信，都可稱之為微波通信。近年來，微波通信在許多領域都獲得了廣泛的應用，如移動通信、衛(wèi)星通信等。

5.2.1網絡傳輸介質微波衛(wèi)星通信就是地球上的無線電通信站間利用衛(wèi)星作為中繼站而進行的一種微波接力通信。衛(wèi)星通信的最大特點之一就是通信距離十分遠，且通信費用與通信距離無關，覆蓋面很廣。衛(wèi)星通信與地面微波通信一樣，保密性差，而且通信衛(wèi)星和發(fā)射衛(wèi)生的造價很高。

5.2.1網絡傳輸介質光波光波是指可見光、紅外線和紫外線在大氣中的傳播。光波通信有以下三種分類方式。按照光源的不同，分為激光通信和非激光通信。按照傳輸介質的不同，分為大氣激光通信和光纖通信。按照傳輸波段的不同，分為可見光通信、紅外線通信和紫外線通信。

5.2.2網絡通信設備網絡通信設備有許多，常見的網絡互連技術設備有：中繼器、網橋、路由器、網關、集線器、交換機等。其中，中繼器、集線器用在物理層，而網橋、交換機用在數(shù)據(jù)鏈路層，路由器用在網絡層，而網關則用在應用層。

5.2.2網絡通信設備中繼器中繼器是擴大網絡傳輸距離的一個常用設備，由于傳送存在損耗，在線路上傳輸?shù)男盘柟β蕰恢睖p小，衰減到一定程度時就會造成信號失真現(xiàn)象，這就會導致接收錯誤。中繼器就是為克服這一實際問題而設計的，它會完成物理線路的連接，對衰減的信號進行整型、放大，然后再轉發(fā)到另一個網段。

5.2.2網絡通信設備集線器

集線器的英文稱為“Hub”。“Hub”是“中心”的意思。集線器的主要功能是對接收到的信號進行整形放大，以增加網絡的傳輸距離，同時把所有節(jié)點集中在以它為中心的節(jié)點上。

5.2.2網絡通信設備網橋

網橋是一種在鏈路層實現(xiàn)互連的設備，常用于連接兩個或更多個局域網的網絡互連設備。網橋將網絡的多個網段在數(shù)據(jù)鏈路層連接起來，并對網絡數(shù)據(jù)的流通進行管理。

它工作于數(shù)據(jù)鏈路層，不但能擴展網絡的距離或范圍，而且可以改善網絡的性能、可靠性和安全性。

5.2.2網絡通信設備交換機

交換機（Switch）意為“開關”是一種用于電（光）信號轉發(fā)的網絡設備。它可以為接入交換機的任意兩個網絡節(jié)點提供獨享的電信號通路。

交換機有多個端口，每個端口都具有橋接功能，可以連接一個局域網或一臺高性能服務器或工作站。

5.2.2網絡通信設備路由器路由器是一種具有多個輸入端口和多個輸出端口的專用計算機，是互聯(lián)網的主要結點設備。網絡中的設備相互通信主要是用它們的IP地址，路由器只能根據(jù)具體的IP地址來轉發(fā)數(shù)據(jù)。路由器可以支持各種異構網絡的互連，實現(xiàn)不同網絡主機之間的通信。

5.2.2網絡通信設備網關

網關又稱網間連接器、協(xié)議轉換器。

網關在網絡層以上實現(xiàn)網絡互連，是復雜的網絡互連設備，僅用于兩個高層協(xié)議不同的網絡互連，完成傳輸層或應用層的協(xié)議轉換。5.3局域網5.3.1局域網的概念5.3.2局域網的特點5.3.3局域網的分類5.3.4高速局域網

5.3.1局域網的概念局域網：是指在某個特定的范圍區(qū)域內，由很多臺計算機、通信設備等相互連成的一個計算機通信網絡系統(tǒng)。與廣域網相比，局域網的特點是：1.覆蓋范圍比較小，常常是以一棟建筑物、一個單位公司、一個城市所使用，覆蓋距離小于25km。2.計算機局域網有著特別高的數(shù)據(jù)傳輸率，通信延遲時間短。3.可靠性比較高，有較低的誤碼率，因為它是近距離傳輸，所以誤碼率很低，一般在10-8～10-11之間。

5.3.3局域網的分類1.按傳輸介質分類2.按網絡拓撲結構分類

3.按傳輸介質所使用的訪問控制方法分類

有線局域網無線局域網總線型星型環(huán)型以太網令牌環(huán)網FDDI網5.4Internet基礎5.4.1Internet概述5.4.2Internet的基本概念5.4.3Internet的接入5.4.4Internet的基本服務5.4.1Internet概述Internet通常又被稱為“因特網”和“網際網”。Internet是由成千上萬個各種類型、不同規(guī)模的計算機網絡通過相互連接在一起組成覆蓋全世界的、開放的全球性網絡。什么是Internet中國電信公共交換網5.4.1Internet概述什么是Internet從網絡通信的角度來看，Internet是一個以TCP/IP網絡協(xié)議連接各個國家、各個地區(qū)、各個機構的計算機網絡的數(shù)據(jù)通信網。從信息資源的角度來看，Internet是一個集各個部門、各個領域的各種信息資源為一體，供網上用戶共享的信息資源網。5.4.1Internet概述Internet發(fā)展1969年APARNET誕生；美國用于軍事控制。60-80年代研究及技術成型階段；采用了TCP/IP協(xié)議。80-90年代發(fā)展成型；美國國家科學基金會NSFNET。90年代至今迅猛發(fā)展；歸功于Internet的商業(yè)化；萬維網問世。未來發(fā)展方向實現(xiàn)更新的網絡結構；開發(fā)革命性的應用；超高速全光網絡；更快速的交換和路由選擇等。5.4.2Internet的基本概念

IP地址IP協(xié)議規(guī)定：IP地址使用32位二進制數(shù)字表示。為方便閱讀和從鍵盤上輸入，可把每8位二進制數(shù)字轉換成一個十進制數(shù)字，并用小數(shù)點隔開：這就是“點分十進制”記法。我們從鍵盤上輸入點分十進制的IP地址，計算機就把它轉換為32位的二進制數(shù)字。11001010011011001111100111001110065.4.2Internet的基本概念

IP地址分類網絡地址+主機地址網絡地址主機地址A類18162432網絡地址主機地址B類網絡地址主機地址C類0101101~126128~191192~223第一字節(jié)地址范圍網絡地址的位數(shù)決定了Internet能包含多少個子網，而主機地址的位數(shù)決定了每個子網中能連接的主機的數(shù)目。第一組數(shù)字最大網絡地址數(shù)網絡內主機數(shù)A類1~126126（27-2）16777214（224-2）B類128~19116383（214-1）65534（216-2）C類192~2232097151（221-1）254（28-2）IP地址分配表219.143.201.5133.65.301.1?5.4.2Internet的基本概念

子網問題：在實際應用時，為了方便管理，會建立多個小的子網，而32位IP地址表示的網絡數(shù)有限，會出現(xiàn)網絡數(shù)不夠的問題。子網尋址技術，將主機地址空間劃出一定位數(shù)分配給本網的各個子網，剩余的主機地址空間作為相應子網的主機地址空間，這樣一個網絡就被分成了多個子網。IP地址::={<網絡號>,<子網號>,<主機號>}在組建計算機網絡時，通過子網技術將單個大的網絡劃分為多個小的網絡，并用路由器等網絡互聯(lián)設備連接起來，可以減輕網絡擁擠，提高網絡性能。5.4.2Internet的基本概念

子網掩碼子網掩碼用來識別子網和判別主機屬于哪一個網絡。子網掩碼是一個32位二進制數(shù)，用圓點分成四段。用二進制數(shù)字1標識網絡號和子網號，用二進制數(shù)字0標識主機號。規(guī)則：在IP地址中表示網絡地址部分的那些位，在子網掩碼對應的二進制位置上置1，表示主機地址部分的那些位置上置0。A、B、C三類IP地址的默認子網掩碼為：255．0．0．0A類255．255．0．0B類255．255．255．0C類5.4.2Internet的基本概念

子網掩碼C類網絡192.1681.X網絡地址主機地址取出2位，可能的組合為00,01,10,1100和11不能使用，子網號01和10，可以劃分2個子網每個子網可容納26-2=62個主機號11111111.11111111.11111111.11000000子網掩碼925.4.2Internet的基本概念C類IP地址192.168.0.311111111.11111111.11111111.0000000011000000.10101000.00000000.00000000子網掩碼網絡地址兩個二進制按位作“邏輯與”運算網絡地址主機地址11000000.10101000.00000000.00000011轉化成二進制5.4.2Internet的基本概念域名系統(tǒng)域名：主機采用數(shù)字形式的IP地址不容易記憶，為此引入了字符型主機命名機制---域名系統(tǒng)（DNS)，用來表示主機的地址。域名系統(tǒng)（DNS)：采用層次結構，每一層叫作一個域(層數(shù)不限)，每個域用點號隔開。一般形式為：主機名.單位名.機構名.國家名例如：

域名從右到左域的范圍變小這不是英語郵政地址習慣嗎！類型名--機構域名區(qū)域名--國家域名5.4.2Internet的基本概念計算機和路由器只識別IP地址。把域名翻譯成對應的IP地址的服務就是域名服務；將域名轉換為IP地址的過程就是域名解析。網絡中的域名服務器就是專門用來建立和維護網上所有主機的域名和IP地址對應關系的數(shù)據(jù)庫。后臺的解析過程是自動進行的，對我們用戶來說是透明的。

域名IP地址都可用以訪問主機5.4.2Internet的基本概念域名系統(tǒng)工作原理5.4.2Internet的基本概念IPv632位的IP地址不夠用，IPv4已很不適應了，存在著IPv4地址資源越來越緊張，路由表越來越龐大，路由速度越來越慢等缺點。采用具有更大地址空間的新版本的IP協(xié)議，即IPv6---用于替代現(xiàn)行版本IP協(xié)議（IPv4）的下一代IP協(xié)議。IPv6采用128位二進制編址。5.4.3Internet的接入

Internet接入就是計算機或網絡采用某種方法與互聯(lián)網連接在一起，使得它們之間能彼此交換信息。Internet接入需要通過ISP（InternetServiceProvider）即Internet網絡服務商接入Internet。

Internet接入方式有撥號接入（包括固定電話、ISDN撥號接入因特網）、HFC（CableModem）方式接入、xDSL（x數(shù)字用戶線）方式接入（ADSL、VDSL等）、光纖方式接入、以太網方式接入、無線方式接入、專線方式接入（包括通過DDN、FR、ATM、數(shù)字電路等專線直接接入因特網）等。5.4.4Internet的基本服務WWW服務WWW是WorldWideWeb的縮寫，也可簡稱為Web，中文譯名為“萬維網”，是Internet的一種服務形式。

以Internet為基礎，允許用戶在一臺計算機上通過Internet存取另一臺計算機上相互鏈接的超文本文件資源。5.4.4Internet的基本服務WWW服務

由提供Web服務的一方以超文本（HTML）的形式準備好要共享的資源。返回響應提出請求準備資源

客戶機向Web服務器提出資源請求(URL)。服務器端傳輸