學習-計算機原理chap

Chapter8

網(wǎng)絡(luò)CS,ZJU1/18/2023Overview通信基礎(chǔ)網(wǎng)絡(luò)的類型組建網(wǎng)絡(luò)：設(shè)備、模型和協(xié)議網(wǎng)絡(luò)的網(wǎng)絡(luò)：因特網(wǎng)因特網(wǎng)的資源發(fā)展中的因特網(wǎng)2023/1/182計算機基礎(chǔ)科學8.1概述計算機通信和網(wǎng)絡(luò)已經(jīng)成為信息時代最重要的標志計算機網(wǎng)絡(luò)計算機網(wǎng)絡(luò)是地理上分散的多臺自主計算機互連的集合?；ミB的計算機遵循約定的通信協(xié)議，實現(xiàn)信息交換、資源共享、協(xié)同工作和在線處理等。2023/1/183計算機基礎(chǔ)科學在通信系統(tǒng)和計算機網(wǎng)絡(luò)中，數(shù)據(jù)傳輸速率和帶寬經(jīng)常用于表示其通信能力。數(shù)據(jù)傳輸速率比特率：單位時間內(nèi)傳輸?shù)亩M制位數(shù)，單位為bps，也稱為網(wǎng)速。波特率：每秒傳輸?shù)拿}沖數(shù)，一般指的是信號傳輸。通常，波特率要大于比特率。帶寬帶寬（Bandwidth）描述的是信道的傳輸能力，指一個信道在單位時間內(nèi)傳輸?shù)臄?shù)據(jù)量。分為三類：語音帶寬中等帶寬寬帶2023/1/184計算機基礎(chǔ)科學網(wǎng)線雙絞線同軸電纜光纖2023/1/185計算機基礎(chǔ)科學無線傳輸無線電波紅外線傳輸微波通信衛(wèi)星通信2023/1/186計算機基礎(chǔ)科學8.2 網(wǎng)絡(luò)的類型

按地域覆蓋的規(guī)?？梢园丫W(wǎng)絡(luò)：局域網(wǎng)（LAN）連接較小地理范圍內(nèi)的計算機組成的網(wǎng)絡(luò)，可以是在一個部門或單位內(nèi)，或在一幢辦公樓內(nèi)，也可以延伸到近距離的樓群之間。城域網(wǎng)在一個較大的城市及其周邊地區(qū)中建設(shè)數(shù)據(jù)通信設(shè)施，構(gòu)建覆蓋整個城市的網(wǎng)絡(luò)。廣域網(wǎng)兩個以上的局域網(wǎng)實現(xiàn)互連，所形成的網(wǎng)絡(luò)2023/1/187計算機基礎(chǔ)科學拓撲結(jié)構(gòu)：管理和構(gòu)成局域網(wǎng)的各種配置方式星型結(jié)構(gòu)以中央節(jié)點（交換機）為中心，用單獨的線路如雙絞線與其他節(jié)點（工作站）相連，節(jié)點間的通信通過中心節(jié)點進行。結(jié)構(gòu)簡單、配置靈活、維護方便。但中心節(jié)點的“瓶頸”會導致整個網(wǎng)絡(luò)性能下降。

總線型結(jié)構(gòu)采用單傳輸線（總線），所有節(jié)點都通過T形的接口直接連接到總線上，節(jié)點的信息沿總線向兩個方向傳播，且被其他節(jié)點接收，總線結(jié)構(gòu)對信道故障敏感，任何節(jié)點發(fā)生故障都會導致全網(wǎng)癱瘓。環(huán)型結(jié)構(gòu)所有節(jié)點連接成一個封閉的環(huán)。獲得令牌的節(jié)點才能發(fā)送信息環(huán)網(wǎng)有較高的傳輸確定性，但擴充和關(guān)閉節(jié)點比較復雜。

樹型結(jié)構(gòu)由多個星型網(wǎng)絡(luò)按層次方式排列構(gòu)成。組網(wǎng)靈活、成本低、擴充方便。2023/1/188計算機基礎(chǔ)科學2023/1/189計算機基礎(chǔ)科學無線網(wǎng)移動通信：GPRS、CDMAWi-Fi：使用和LAN兼容的無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)藍牙：一種小范圍的無線網(wǎng)技術(shù)2023/1/1810計算機基礎(chǔ)科學8.3 組建網(wǎng)絡(luò)：設(shè)備、模型和協(xié)議網(wǎng)絡(luò)的組建從技術(shù)的角度看，它并不復雜：使用網(wǎng)絡(luò)設(shè)備進行連接，使用網(wǎng)絡(luò)軟件進行數(shù)據(jù)通信，而數(shù)據(jù)通信是建立在網(wǎng)絡(luò)模型和協(xié)議基礎(chǔ)上的。網(wǎng)絡(luò)設(shè)備網(wǎng)絡(luò)接口卡集線器和交換機網(wǎng)橋和路由器網(wǎng)關(guān)調(diào)制解調(diào)器2023/1/1811計算機基礎(chǔ)科學網(wǎng)絡(luò)接口卡實現(xiàn)連網(wǎng)通信所需要的并行數(shù)據(jù)與串行數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)換、數(shù)據(jù)打包和拆裝、存取控制、產(chǎn)生網(wǎng)絡(luò)信號等。有唯一的標識碼，稱為MAC（MediaAccessControl，介質(zhì)訪問控制）地址。2023/1/1812計算機基礎(chǔ)科學集線器和交換機網(wǎng)絡(luò)的關(guān)鍵設(shè)備，充當網(wǎng)絡(luò)的中心節(jié)點，其主要作用是信號的接收、再生和轉(zhuǎn)發(fā)，并提供網(wǎng)絡(luò)的穩(wěn)定性和可靠性。兩者用途大致相同，其差異在于，交換機的每個端口都享有一個專屬的帶寬并具備數(shù)據(jù)交換能力，而集線器則共享一個帶寬，交換機還有通信過濾及網(wǎng)絡(luò)管理的功能。大型網(wǎng)絡(luò)使用交換機，而小型網(wǎng)絡(luò)可使用價格低廉的集線器。2023/1/1813計算機基礎(chǔ)科學網(wǎng)橋和路由器網(wǎng)橋連接相同結(jié)構(gòu)的網(wǎng)絡(luò)，路由器連接不同的網(wǎng)絡(luò)，現(xiàn)在基本上都采用帶有路由功能的交換機實現(xiàn)網(wǎng)間互連。路由器是因特網(wǎng)的關(guān)鍵連接設(shè)備，通過路由器把全世界的不同網(wǎng)絡(luò)組成了唯一的一個全球交互的信息網(wǎng)。2023/1/1814計算機基礎(chǔ)科學網(wǎng)關(guān)安裝了通信協(xié)議軟件的計算機主要有三類網(wǎng)關(guān)：協(xié)議網(wǎng)關(guān)：負責協(xié)議轉(zhuǎn)換，使得使用不同協(xié)議的網(wǎng)絡(luò)可以相連。應(yīng)用網(wǎng)關(guān)：在使用不同數(shù)據(jù)格式的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備之間翻譯數(shù)據(jù)。安全網(wǎng)關(guān)：它是各種安全技術(shù)的融合，典型的應(yīng)用就是防火墻。2023/1/1815計算機基礎(chǔ)科學調(diào)制解調(diào)器調(diào)制解調(diào)（Modem）技術(shù)將數(shù)字信號調(diào)制為可以在電話線上傳播的模擬信號，在接收端解調(diào)出數(shù)字信號。是一種慢速網(wǎng)絡(luò)連接設(shè)備。2023/1/1816計算機基礎(chǔ)科學網(wǎng)絡(luò)協(xié)議計算機網(wǎng)絡(luò)協(xié)議（Protocol）：有網(wǎng)絡(luò)必有通信，有通信必有協(xié)議。通信雙方必須共同遵守的規(guī)則及約定，如通信過程的同步方式、數(shù)據(jù)格式、編碼等。2023/1/1817計算機基礎(chǔ)科學DHCP協(xié)議：動態(tài)主機配置協(xié)議，給進入網(wǎng)絡(luò)的機器分配地址。DNS協(xié)議：規(guī)定使用層次式的名字空間組織方案。Echo協(xié)議：用于通信調(diào)試和檢測。FTP協(xié)議：文件傳輸協(xié)議。ICMP協(xié)議：網(wǎng)間控制報文協(xié)議，用于網(wǎng)絡(luò)管理。TCP/IP協(xié)議：傳輸控制協(xié)議和網(wǎng)際協(xié)議，是因特網(wǎng)的基礎(chǔ)。IPv6協(xié)議：新一代的IP協(xié)議。POP協(xié)議：郵局協(xié)議，接收電子郵件。SMPT協(xié)議：簡單郵件傳輸協(xié)議，發(fā)送電子郵件。PPP協(xié)議：點對點協(xié)議。Telnet協(xié)議：遠程登錄協(xié)議。UDP協(xié)議：用戶數(shù)據(jù)報文協(xié)議，用來支持那些需要在計算機之間傳輸數(shù)據(jù)的網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用。2023/1/1818計算機基礎(chǔ)科學常見協(xié)議OSI模型

OSI/RM（OpenSystemInterconnectReferenceModel）,是國際標準化組織于1983年公布的。它為網(wǎng)絡(luò)設(shè)計人員提供了一種層的概念，整個框架共分七層，每個層之間既相對獨立又相互聯(lián)系：物理層（PhysicalLayer）數(shù)據(jù)鏈路層（DataLinkLayer）網(wǎng)絡(luò)層（NetworkLayer）傳輸層（TransportLayer）會話層（SessionLayer）表示層（PresentationLayer）應(yīng)用層（ApplicationLayer）2023/1/1819計算機基礎(chǔ)科學2023/1/1820計算機基礎(chǔ)科學2023/1/1821計算機基礎(chǔ)科學局域網(wǎng)協(xié)議和組網(wǎng)技術(shù)IEEE802標準局域網(wǎng)系列標準統(tǒng)稱為IEEE802標準。局域網(wǎng)協(xié)議大部分由網(wǎng)卡完成。只定義了OSI模型中的數(shù)據(jù)鏈路層和物理層，數(shù)據(jù)鏈路層又細分為邏輯鏈路控制LLC和MAC子層。MAC子層定義了不同介質(zhì)的網(wǎng)卡（如雙絞線、光纜等）所要求的不同協(xié)議；LLC子層在網(wǎng)絡(luò)層與MAC子層之間提供統(tǒng)一的接口；2023/1/1822計算機基礎(chǔ)科學局域網(wǎng)組網(wǎng)技術(shù)決定局域網(wǎng)的主要技術(shù)包括傳輸介質(zhì)、拓撲結(jié)構(gòu)和介質(zhì)訪問控制方法。

根據(jù)數(shù)據(jù)傳輸方式，主要分為：以太網(wǎng)1975年，美國施樂公司和Stanford大學聯(lián)合研究，是目前局域網(wǎng)的主流拓撲結(jié)構(gòu)主要為星型。傳輸介質(zhì)主要為雙絞線，萬兆位以太網(wǎng)使用光纜。數(shù)據(jù)傳輸速率為10Mbps，100Mbps，1000Mbps和10Gbps。采用分組交換技術(shù)。ARCNET和IBM令牌網(wǎng)目前，ARCNET和IBM令牌網(wǎng)還有一定的應(yīng)用，但主要是傳統(tǒng)用戶。ATM網(wǎng)ATM信元是固定長度的，而且長度很小，與以太網(wǎng)相比，實時性好。ATM的實現(xiàn)技術(shù)要比以太網(wǎng)復雜，因此價格較高。一般大型網(wǎng)用ATM作為交換核心，用以太網(wǎng)作為接入網(wǎng)，這樣在核心交換上實現(xiàn)實時處理和高速率、高效率，能夠支持大量的接入服務(wù)。2023/1/1823計算機基礎(chǔ)科學局域網(wǎng)軟件的協(xié)議IPX/SPX：原為Novell公司的網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)NetWare采用的協(xié)議，主要由IPX和SPX兩部分組成，IPX是網(wǎng)絡(luò)層協(xié)議，全稱為互聯(lián)網(wǎng)報文交換協(xié)議，傳輸?shù)幕締挝皇欠纸M，負責機器之間的互相通信。SPX是IPX的擴展，提供保證傳輸成功的服務(wù)。NetBEUI：是微軟公司開發(fā)的傳輸協(xié)議，使微軟網(wǎng)絡(luò)的基本輸入/輸出系統(tǒng)的擴充，具有比較小、易于實現(xiàn)，傳輸快的特點。

注：新系統(tǒng)如Windows高版本，使用TCP/IP取代NetBEUI協(xié)議。2023/1/1824計算機基礎(chǔ)科學虛擬專網(wǎng)VPN借用公網(wǎng)物理線路，只為指定用戶提供網(wǎng)絡(luò)連接。為確保網(wǎng)絡(luò)安全連接，它必須具備幾個關(guān)鍵功能：認證、訪問控制、加密和數(shù)據(jù)完整。VPN從用戶的角度看就是一個專用的網(wǎng)絡(luò)，通過廣域網(wǎng)進行連接而起到局域網(wǎng)的作用。另一種VPN是，在一個單位或者機構(gòu)內(nèi)部網(wǎng)中，指定不同位置的機器組成一個“邏輯”網(wǎng)，雖然實際物理分布不是在同一個區(qū)域內(nèi)，但“看上去”和“使用起來”與局域網(wǎng)并無差異。2023/1/1825計算機基礎(chǔ)科學網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器網(wǎng)絡(luò)中，承擔網(wǎng)絡(luò)管理和服務(wù)的指定主機。分為文件服務(wù)器、打印服務(wù)器和應(yīng)用服務(wù)器。網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)需要支持多用戶訪問，因此在服務(wù)器上安裝的操作系統(tǒng)是功能更強的網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)（NetworkOS，NOS），例如Windows的Server版。網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用程序包含網(wǎng)絡(luò)功能的軟件專門開發(fā)的軟件2023/1/1826計算機基礎(chǔ)科學8.4網(wǎng)絡(luò)的網(wǎng)絡(luò)：因特網(wǎng)

因特網(wǎng)的歷史前身是1969年美國國防部的ARPANET。1985年，美國國家科學基金會接管ARPANET，建立了NSFNET。隨著越來越多的計算機接入NSFNET，一個基于美國、連接世界各地網(wǎng)絡(luò)的廣域網(wǎng)逐步發(fā)展，最終形成了互聯(lián)網(wǎng)。2023/1/1827計算機基礎(chǔ)科學因特網(wǎng)的核心：TCP/IP協(xié)議TCP/IP即傳輸控制協(xié)議/互連協(xié)議，是因特網(wǎng)上使用的標準協(xié)議。整個因特網(wǎng)協(xié)議集簡稱為TCP/IP協(xié)議。采用了分組交換技術(shù)。TCP將發(fā)送的數(shù)據(jù)分為若干個數(shù)據(jù)包，數(shù)據(jù)包頭標有編號，在接收端將數(shù)據(jù)按原來格式組合。TCP負責數(shù)據(jù)的發(fā)送和接收，如果傳輸中發(fā)生數(shù)據(jù)丟失、亂碼和延時等情況，TCP將重傳這些數(shù)據(jù)包；IP協(xié)議為每個數(shù)據(jù)包加上接收主機的地址后，在網(wǎng)絡(luò)線路中傳輸數(shù)據(jù)包，確定傳輸路徑。兩者相輔相成，缺一不可。TCP/IP體系是一個4層結(jié)構(gòu)，比OSI模型簡單，由于因特網(wǎng)的特殊地位，它已成為既成事實的網(wǎng)絡(luò)工業(yè)標準。2023/1/1828計算機基礎(chǔ)科學2023/1/1829計算機基礎(chǔ)科學內(nèi)網(wǎng)和外網(wǎng)：IntranetIntranet使用因特網(wǎng)技術(shù)構(gòu)建內(nèi)部網(wǎng)，即以TCP/IP協(xié)議作為內(nèi)網(wǎng)的核心。員工以與因特網(wǎng)相同的方法和軟件使用內(nèi)網(wǎng)的資源，如收發(fā)電子郵件，瀏覽內(nèi)部新聞，閱讀內(nèi)部的通知、文件等。這些信息只在內(nèi)部使用，而不是對整個因特網(wǎng)。2023/1/1830計算機基礎(chǔ)科學IP地址為使接入因特網(wǎng)的計算機在通信時能夠互相識別，IP協(xié)議規(guī)定每臺入網(wǎng)的計算機都必須有一個唯一的網(wǎng)絡(luò)地址，即IP地址。IP地址為32位二進制數(shù)，即4個字節(jié)。每個字節(jié)的取值范圍為0~255。字節(jié)之間用小圓點隔開。擁有IP地址的計算機都叫主機（Host），路由器根據(jù)IP地址傳送數(shù)據(jù)包。IP地址有A、B、C、D和E五類。IP地址由類型、網(wǎng)絡(luò)地址和主機地址三部分組成。2023/1/1831計算機基礎(chǔ)科學2023/1/1832計算機基礎(chǔ)科學IPv4和IPv6IPv4（IPVersion4）是目前主要在使用的IP方案，但IP地址已經(jīng)面臨資源危機。下一代IP協(xié)議的版本為IPv6，使用128位二進制數(shù)的IP地址。在很長的一段時間內(nèi)，IPv4和IPv6將并存，其后逐步淘汰IPv4。2023/1/1833計算機基礎(chǔ)科學域名IP地址是一串數(shù)字，顯然，人們記憶有意義的字符串比記憶數(shù)字更容易。為此，因特網(wǎng)采用了域名系統(tǒng)（DomainNameSystem，DNS）。域名由2~5段字符串組成。網(wǎng)絡(luò)中有負責解析域名的服務(wù)器，完成域名到IP地址的轉(zhuǎn)換。域名組成為：主機名.子域名.所屬機構(gòu)名.頂級域名IP協(xié)議的唯一性要求因特網(wǎng)中的一臺主機只能有一個IP地址（實際上取決于機器上安裝的網(wǎng)卡，如果有多個網(wǎng)卡，當然也可以有多個IP地址），而一個IP地址可以對應(yīng)多個域名。2023/1/1834計算機基礎(chǔ)科學子網(wǎng)、代理服務(wù)器和NAT為了解決IP地址不夠分配的問題可以采用：子網(wǎng)和子網(wǎng)掩碼把一個較大的網(wǎng)絡(luò)分成若干個較小的網(wǎng)絡(luò)，并通過路由器連接起來，這些具有相同網(wǎng)絡(luò)標識的小網(wǎng)絡(luò)就稱為子網(wǎng)（Subnet）。劃分子網(wǎng)后要告訴網(wǎng)絡(luò)子網(wǎng)是如何劃分的，這就是子網(wǎng)掩碼。代理服務(wù)器（ProxyServer）簡單地說，用一臺計算機作為代理服務(wù)器，代理網(wǎng)內(nèi)其他計算機和因特網(wǎng)之間的通信。

網(wǎng)絡(luò)地址翻譯一個網(wǎng)絡(luò)內(nèi)的計算機使用本地IP地址進行網(wǎng)內(nèi)通信，如果需要訪問外部因特網(wǎng)，由NAT服務(wù)器（或路由器）負責將內(nèi)部地址轉(zhuǎn)換為合法的外部因特網(wǎng)IP地址。2023/1/1835計算機基礎(chǔ)科學網(wǎng)絡(luò)命令TCP/IP是因特網(wǎng)協(xié)議，它也包含了許多實用工具程序，用于因特網(wǎng)的檢測、維護和查看有關(guān)網(wǎng)絡(luò)信息，使用較多的是：Ping用于確定本地主機是否能與另一臺主機交換數(shù)據(jù)包。Ipconfig顯示當前的TCP/IP配置參數(shù)，一般用來檢驗人工配置的TCP/IP設(shè)置是否正確。2023/1/1836計算機基礎(chǔ)科學接入因特網(wǎng)局域網(wǎng)上網(wǎng)局域網(wǎng)通過路由器與因特網(wǎng)連接。這種方式一般為機構(gòu)、企業(yè)、學校等單位用戶使用。寬帶DSL

DSL即數(shù)字用戶專線，利用分頻技術(shù)劃分電話線低頻信號和高頻信號，低頻供電話使用，高頻部分供上網(wǎng)使用，使用DSLModem作為連接設(shè)備。專用電纜和CATV無線寬帶手機上網(wǎng)衛(wèi)星上網(wǎng)2023/1/1837計算機基礎(chǔ)科學8.5因特網(wǎng)的資源

Web和網(wǎng)站超文本（HyperText）超文本標記語言（HTML）HTTP協(xié)議統(tǒng)一資源定位器URL客戶-服務(wù)器訪問方式牽引和推送技術(shù)Cookie網(wǎng)站ActiveX控件網(wǎng)絡(luò)語言2023/1/1838計算機基礎(chǔ)科學電子郵件E-mail發(fā)送使用SMTP協(xié)議，使用POP協(xié)議接收電子郵件。電子信箱格式如下：用戶名@郵件服務(wù)器域名新聞組（Usenet，User’sNetwork）是指信息交流的網(wǎng)絡(luò)集合，以特定的主題、為特定的用戶群服務(wù)。Usenet可帶附件，離線瀏覽，不支持即時交互。2023/1/1839計算機基礎(chǔ)科學文件傳輸：FTP主要作用是在Internet上把任意格式的文件（包括文本、二進制、圖像、數(shù)據(jù)壓縮文件等）從一臺計算機上傳送到另一臺計算機上。文件下載（Download）是從遠程計算機上將文件拷貝到用戶自己的本地計算機上；上載（Upload）相反。

FTP提供匿名服務(wù)。請求匿名服務(wù)，以Anonymous作為用戶名登錄，口令可以用自己的E-mail地址或不輸口令?！澳涿庇脩粢话阒辉试S下載文件，而不能上載文件。2023/1/1840計算機基礎(chǔ)科學遠程登錄Telnet與BBS

Telnet原來是UNIX系統(tǒng)中的一個命令，也是執(zhí)行遠程訪問程序的名字。遠程登錄的命令格式為：Telnet遠程主機名BBS（BulletinBoardSystem）稱為電子公告牌系統(tǒng)，