計算機網(wǎng)絡基礎論文.doc

計算機網(wǎng)絡學習總結(jié)摘要：計算機網(wǎng)絡是一個復雜的互連體，各個層次結(jié)構(gòu)相互配合才能實現(xiàn)網(wǎng)絡的功能。一、計算機網(wǎng)絡的產(chǎn)生于發(fā)展。計算機網(wǎng)絡的形成與發(fā)展大致經(jīng)歷了四個階段：第一階段，20世紀50年代，數(shù)據(jù)通信技術(shù)的研究與發(fā)展；第二階段，分組交換網(wǎng)絡APRANET的出現(xiàn)；第三階段，20世紀70年代，網(wǎng)絡體系結(jié)構(gòu)與協(xié)議的標準化的研究，廣域網(wǎng)、局域網(wǎng)與公用分組交換網(wǎng)的研究與應用；第四階段，20世紀90年代，internet的廣泛應用。傳統(tǒng)的通信采用電路交換技術(shù)，即兩部電話機之間只要用一根電線相連就能實現(xiàn)通信，如果要將N部電話機兩兩相連，則至少需要N(N-1)/2跟電話線。兩部電話機之間通信必須經(jīng)歷建立連接、通信、釋放連接等三個過程。由于計算機數(shù)據(jù)具有突發(fā)性，勢必導致電路利用率低，因此不適合用于計算機網(wǎng)絡。之后就出現(xiàn)了分組交換技術(shù)，具體方法是將信息報文分段，在每段之前有地址控制信息的首部，從而構(gòu)成分組，然后將各分組一次發(fā)送到接收端，在接收端去掉首部，還原出信息。各終端連接的中站設備交換機采用存儲轉(zhuǎn)發(fā)的方法選擇最佳路徑發(fā)送到接收端。這樣能使具有突發(fā)性的計算機數(shù)據(jù)得到分散，因而具有高效、靈活、迅速、可靠的優(yōu)點，適用于計算機網(wǎng)絡。世界上第一臺計算機互聯(lián)系統(tǒng)APRANET產(chǎn)生于20世紀50年代，是美蘇冷戰(zhàn)的產(chǎn)物，它采用分組交換技術(shù)，是世界上第一個穩(wěn)定的計算機網(wǎng)絡，有計算機網(wǎng)絡之父之稱。從資源共享的觀點來說，計算機網(wǎng)絡是以能實現(xiàn)資源共享的方式互聯(lián)的自治計算機系統(tǒng)集合?？煞譃閺V域網(wǎng)WAN、局域網(wǎng)LAN、城域網(wǎng)MAN和接入網(wǎng)等。計算機網(wǎng)絡間各計算機是平等的。兩臺計算機要進行通信，必須高度協(xié)調(diào)才行，而這種協(xié)調(diào)是相當復雜的。為了減少網(wǎng)絡設計和實現(xiàn)的復雜性，人們提出了網(wǎng)絡體系結(jié)構(gòu)的概念用來指導網(wǎng)絡的設計與實現(xiàn)。著名的國際標準化組織（ISO）提出了開放系統(tǒng)互聯(lián)參考模型（OSI）。ISO將計算機網(wǎng)絡分為七層，從最底層到最高層依次是物理層、數(shù)據(jù)鏈路層、網(wǎng)絡層、傳輸層、會話層、表示層、應用層。由于分層過多，OSI系統(tǒng)在現(xiàn)實中未能得到推廣應用。而非標準化的TCPIP系統(tǒng)卻得到了廣泛應用，這種系統(tǒng)采用四層結(jié)構(gòu)，依次是網(wǎng)絡接入層、網(wǎng)絡層、傳輸層和應用層。雖然OSI參考模型未能取得巨大成功，但它在計算機網(wǎng)絡的發(fā)展過程中起了非常重要的指導作用。二、物理層。物理層與物理傳輸體直接相關(guān)，它定義了設備間的物理接口以及數(shù)字比特的傳送規(guī)則。物理層的協(xié)議有RS-232、RS-449、X.21、V.35、ISDN以及FDDI、IEEE802.3、IEEE802.4和IEEE802.5等。這些協(xié)議主要規(guī)定了物理層的機械特性、電氣特性、功能特性和規(guī)模特性等。機械特性：物理層的機械特性主要說明了物理接口、連接器的尺寸，插針的數(shù)目、排列方式，插頭與插座的尺寸，電纜的長度以及電纜所含導線的數(shù)目等。電氣特性：電氣特性說明了數(shù)據(jù)交換信號以及有關(guān)電路的特性。這些特性主要包括最大數(shù)據(jù)傳輸率說明、表示信號狀態(tài)的電壓或電壓或電流電平的識別，以及接收器和發(fā)送器電路特性說明，并給出了與互聯(lián)電纜相關(guān)的規(guī)則等。功能特性：接口特性對接口連線的功能給出確切的定義。從大的方面分，接口線可分為數(shù)據(jù)線、控制線、定時線和地線。有的接口可能需要兩個信道，因而接口線又可分為主信道線和輔信道線。規(guī)模特性：物理層接口的規(guī)模特性規(guī)定了使用接口線傳輸?shù)牟僮鬟^程。計算機有很強的數(shù)據(jù)處理能力，然而傳輸數(shù)據(jù)的能力有限，在網(wǎng)絡中利用現(xiàn)有的模擬信道進行遠程數(shù)據(jù)通信或網(wǎng)絡連接時，必須使用調(diào)制解調(diào)器。調(diào)制解調(diào)器是利用模擬信道進行數(shù)據(jù)傳輸必不可少的設備之一。在發(fā)送端，調(diào)制解調(diào)器將數(shù)字信號轉(zhuǎn)變?yōu)槟M信號，然后在模擬信道進行發(fā)送；在接收端，調(diào)制解調(diào)器將模擬信號轉(zhuǎn)變?yōu)槟M信號提供給計算機，從而完成了網(wǎng)絡上的數(shù)據(jù)傳輸。要實現(xiàn)分組交換，必須對傳輸?shù)臄?shù)據(jù)信息進行分組。要實現(xiàn)這個功能，需要使用網(wǎng)絡適配器，又叫網(wǎng)絡適配卡，簡稱網(wǎng)卡。網(wǎng)卡工作于物理層與數(shù)據(jù)鏈路層，每一塊網(wǎng)卡都有一個唯一的硬件表示地址，即MAC地址。網(wǎng)卡在將數(shù)據(jù)分段過程中，將MAC地址到每一分祖上，以保證數(shù)據(jù)的準確傳輸。網(wǎng)絡通信還離不開傳輸媒體，這些傳輸媒體可以是導向傳輸媒體的雙絞線、同軸電纜、光纖，也可以是非導向傳輸媒體的電磁波。另外，要充分利用線路，還必須使用信道復用技術(shù)，有時分復用、頻分復用、波分復用、碼分復用等。三、數(shù)據(jù)鏈路層：數(shù)據(jù)鏈路層協(xié)議將網(wǎng)絡層數(shù)據(jù)報在路徑中的單個鏈路上從一個節(jié)點移動到另一個節(jié)點提供服務。鏈路層的一個重要特性是可在路徑的不同鏈路中用不同的鏈路協(xié)議處理數(shù)據(jù)報。數(shù)據(jù)鏈路層主要實現(xiàn)以下三方面功能：成幀，數(shù)據(jù)鏈路層以幀為單位發(fā)送、接收、校驗和應答數(shù)據(jù)。所謂幀就是一定大小的收據(jù)快，幾乎所有的鏈路層協(xié)議都將數(shù)據(jù)報傳送到鏈路層之上，將網(wǎng)絡層數(shù)據(jù)報封裝在一個鏈路層幀中，一個幀由數(shù)據(jù)字段和頭部字段組成。流量控制，在數(shù)據(jù)鏈路層中要處理一個重要設計問題：如何處理發(fā)送方比接收方傳輸能力強的問題。當發(fā)送方發(fā)送較快而接收方接受較慢，發(fā)送方不斷發(fā)送數(shù)據(jù)，最終會將接收方淹沒。因此，數(shù)據(jù)鏈路層必須采取某種措施來防止這種情況的發(fā)生，這個功能就是流量控制。差錯檢測，接收方接收到收據(jù)必須進行校驗，如果發(fā)現(xiàn)差錯，則必須重傳，這就是差錯檢測。數(shù)據(jù)鏈路層的一個重要功能是解決如何共享傳輸媒體的問題。傳統(tǒng)的以太網(wǎng)的核心思想是在個工作站之間使用共享傳輸介質(zhì)傳輸數(shù)據(jù)，其基本特征好是在MAC子層采用載波監(jiān)聽/碰撞檢測協(xié)議，即CSMA/CD協(xié)議。它的基本思想是所有工作站在發(fā)送數(shù)據(jù)之前都要監(jiān)聽信道，確定是否有工作站在發(fā)送數(shù)據(jù)，而且在發(fā)送數(shù)據(jù)過程中，要不斷進行沖突檢測，如果信道空閑，站點立即發(fā)送數(shù)據(jù)，如果信道忙，則繼續(xù)監(jiān)聽，直到空閑再發(fā)送數(shù)據(jù)。如果站點在發(fā)送收據(jù)過程中檢測到?jīng)_突，立即停止發(fā)送數(shù)據(jù)，過一段時間再從新監(jiān)聽信道。四、網(wǎng)絡層：在大型的計算機網(wǎng)絡中，由于連接的計算機數(shù)量龐大，拓撲結(jié)構(gòu)復雜，要想找到正確的主機十分困難。而網(wǎng)絡層的任務就是定義統(tǒng)一的全局編址方案，在復雜的網(wǎng)絡中尋找最短路徑，保證網(wǎng)絡即使在任務繁重，出現(xiàn)擁塞的時候也能夠真長進行工作，為上層服務。網(wǎng)絡層的主要任務是實現(xiàn)主機到主機的通信，因此在網(wǎng)絡中必須給每一臺主機分配一個唯一的地址。在使用TCP/IP協(xié)議的網(wǎng)絡中，這個地址就是IP地址。IP地址是一種層次性的地址，由“網(wǎng)絡標識”+“主機標識”組成。TCP/IP協(xié)議規(guī)定，每個IP地址必須唯一標示一臺主機，每個IP地址由32位二進制數(shù)組成，包括網(wǎng)絡號和主機號，分為四個八位組，每組之間用點號隔開。八位二進制數(shù)由0到255之間的十進制數(shù)標示，這種標示方法稱為點分十進制。TCP/IP協(xié)議規(guī)定了五種地址類型，依次為A類、B類、C類、D類、E類。目前用到的地址主要為前三類。A類IP地址第一字節(jié)最高位二進制是0，其余7標示網(wǎng)絡號，其它三個字節(jié)是主機標識，每個網(wǎng)絡可承載最大主機數(shù)是16777214臺，一般分配給具有大量主機的網(wǎng)絡使用；B類IP地址前兩位二進制數(shù)是10，前兩個字節(jié)用來標示網(wǎng)絡，后兩個字節(jié)用來標示主機地址；C類IP地址前三位二進制數(shù)十110，前三個字節(jié)用來標示網(wǎng)絡，后一個字節(jié)用來標示主機，每個C類網(wǎng)絡中最多可有254臺主機，一般用于小型網(wǎng)絡；D類IP地址是多播地址，不區(qū)分網(wǎng)絡標標示和主機標示。E類IP地址是為今后網(wǎng)絡應用而保留的。為了充分利用IP資源，方便管理，可用子網(wǎng)掩碼將網(wǎng)絡劃分為若干個子網(wǎng)，也可利用超網(wǎng)掩碼將幾個小網(wǎng)絡構(gòu)造成一個超網(wǎng)。兩臺主機要進行通信，必須相互知道對方的IP地址及其下層的MAC地址。若一臺主機只知道對方的IP地址而不知道對方的MAC地址，可利用ARP協(xié)議發(fā)送廣播，從而查詢出對方的MAC地址；相反，利用RARP協(xié)議可由MAC地址年初IP地址。另外，在網(wǎng)絡層其重要作用的還有路由器，路由器的路由表記錄了與其相鄰的主機及路由器的IP地址，路由器接收到數(shù)據(jù)后，通過相應的路由算法選擇最佳路徑將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)，從而使個計算機之間能夠高速通信。五、運輸層：運輸層的目標是向用戶提供有效、可靠、價格合理的服務，運輸層的用戶一般是應用層的進程。為了達到這個目的，運輸層需要網(wǎng)絡層提供服務。運輸層提供的服務是端到端的數(shù)據(jù)傳輸，也就是進程到進程的數(shù)據(jù)傳輸。實際上運輸層的主要任務是要把網(wǎng)絡層的數(shù)據(jù)交付給正確的應用進程。運輸層采用端口號來識別應用進程，端口號采用16位二進制數(shù)表示，所以一臺計算機最多有二的十六次方個端口號，用十進制數(shù)字表示就是0到65535之間的數(shù)。TCP協(xié)議是工作在運輸層的一個重要協(xié)議，是一種面向連接的協(xié)議，提供數(shù)據(jù)分組可靠、按序提交，要求通信雙方交換數(shù)據(jù)之前必須建立連接。TCP協(xié)議還有流量控制、差錯檢測等功能。應用層數(shù)據(jù)在發(fā)送時要被封裝在TCP報文中，即在數(shù)據(jù)前加首部，首部中包含了源端口號、目標端口、發(fā)送順序等信息，保證了數(shù)據(jù)的準確傳輸。該層的另一重要協(xié)議是UDP協(xié)議，它比TCP協(xié)議簡單得多，不需要去考慮流量和差錯控制，只有8B的首部開銷，不會造成網(wǎng)絡的擁塞。六、應用層：應用層是網(wǎng)絡用戶最熟悉的一層，也是網(wǎng)絡設計最終目的層。應用層在OSI模型的最高層，這一層主要是針對用戶的需要，開發(fā)設計能滿足用戶需求的應用程序，因此該層主要是面向?qū)嶋H用戶服務的。復雜的網(wǎng)絡通信都可簡化為兩個用戶之間的通信來討論，但實際上網(wǎng)絡通信并不是簡單的兩個用戶直接通信，比如聊天時，用戶首先將信息發(fā)到聊天服務器，通過聊天服務器進行身份確認，然后服務器將用戶資料傳送到用戶主機，用戶根據(jù)收到的資料查找在線好友，然后才能聊天。這就構(gòu)成了客戶/服務器模式（C/S模式）。客戶是指在本地計算機上運行的向服務器發(fā)送請求的應用進程，服務器是指在遠程計算機上運行的向客戶提供給服務的程序。由于客戶端請求服務的時間并不確定，因此服務器應當在所有時候都運行。前面已經(jīng)提到過在網(wǎng)絡中唯一標示一臺主機的地址有IP地址和MAC地址。但現(xiàn)實中，這些地址僅是一串毫無意義的字符串，讓人難以記憶，因此在網(wǎng)絡中采用域名系統(tǒng)（DNS），即用有意義的字符串表示IP地址，然后通過DNS系統(tǒng)將它轉(zhuǎn)換為實際IP地址供計算機尋址。域名是分級的，中間用點號隔開。如河南理工大學的域名是，其中cn是頂級域名,表示中國，edu為二級域名，表示教育機構(gòu)。應用層提供的服務時是多種多樣的，因此需要不同的協(xié)議來支持。常見的協(xié)議有超文本傳