第六章計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)

第六章計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)第一節(jié)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的基本概念1．網(wǎng)絡(luò)的形成與發(fā)展從技術(shù)的角度來看，計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的形成與發(fā)展，可大致分為4個階段。(1)第一個階段，以一臺主機(jī)為中心的遠(yuǎn)程聯(lián)機(jī)系統(tǒng)第一代計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)中，計(jì)算機(jī)是網(wǎng)絡(luò)的控制中心，終端圍繞著中心分布在各處，而計(jì)算機(jī)的主要任務(wù)是進(jìn)行批處理。(2)第二個階段，多臺主機(jī)互聯(lián)的通信系統(tǒng)1969年，美國的ARPA(美國國防部高級研究計(jì)劃署)的計(jì)算機(jī)分組交換網(wǎng)ARPANET投入運(yùn)行。ARPANET連接了美國位于4所大學(xué)的4個節(jié)點(diǎn)的計(jì)算機(jī)。ARPANET的成功，標(biāo)志著計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展進(jìn)入了一個新紀(jì)元，使計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的概念發(fā)生了根本性的變化，ARPANET被認(rèn)為是Internet的前身。(3)第三個階段，國際標(biāo)準(zhǔn)化的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)使得一個公司所生產(chǎn)的各種機(jī)器和網(wǎng)絡(luò)設(shè)備可以非常容易地被連接起來，但由于各個公司的網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)各不相同，不同公司之間的網(wǎng)絡(luò)不能互連互通。針對上述情況，ISO(國際標(biāo)準(zhǔn)化組織)于1977年設(shè)立專門的機(jī)構(gòu)研究解決上述問題，并于1984年頒布了OSI開放系統(tǒng)互連標(biāo)準(zhǔn)，簡稱OSI。在OSI參考模型推出后，網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展道路一直走標(biāo)準(zhǔn)化道路，而網(wǎng)絡(luò)標(biāo)準(zhǔn)化的最大體現(xiàn)就是Internet的飛速發(fā)展。Internet遵循TCP/IP(傳輸控制協(xié)議/網(wǎng)際協(xié)議)參考模型，由于TCP/IP仍然使用分層模型，因此Internet仍屬于第三代計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)。(4)第四個階段，以下一代Internet為中心的新一代網(wǎng)絡(luò)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)經(jīng)過三個階段的發(fā)展，在不斷進(jìn)步的同時(shí)，也暴露了一些先天缺陷。為此人們已經(jīng)在規(guī)劃下一代網(wǎng)絡(luò)——全球信息基礎(chǔ)設(shè)施（GII），其主要技術(shù)是基于IP的IPv6技術(shù)。2．計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的分類計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的分類標(biāo)準(zhǔn)很多，通常，我們按網(wǎng)絡(luò)覆蓋范圍的大小，將計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)分為局域網(wǎng)LAN(localareanetwork)、城域網(wǎng)MAN(metropolitanareanetwork)、廣域網(wǎng)WAN(wideareanetwork)和互聯(lián)網(wǎng)。(1)局域網(wǎng)局域網(wǎng)是指范圍在幾百米到十幾公里內(nèi)辦公樓群或校園內(nèi)的計(jì)算機(jī)相互連接所構(gòu)成的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)。廣泛應(yīng)用于：校園、工廠、機(jī)關(guān)的個人計(jì)算機(jī)或工作站(2)城域網(wǎng)城域網(wǎng)所采用的技術(shù)基本上與局域網(wǎng)相類似，只是規(guī)模上要大一些。城域網(wǎng)既可以覆蓋相距不遠(yuǎn)的幾棟辦公樓，也可以覆蓋一個城市：既可以是專用網(wǎng)，也可以是公用網(wǎng)。(3)廣域網(wǎng)廣域網(wǎng)通?？缃雍艽蟮奈锢矸秶?，如多個城市。廣域網(wǎng)包含很多用來運(yùn)行用戶應(yīng)用程序的機(jī)器集合，我們通常把這些機(jī)器叫做主機(jī)(Host)；把這些主機(jī)連接在一起的是通信子網(wǎng)。通信子網(wǎng)的任務(wù)是在主機(jī)之間傳送報(bào)文。在大多數(shù)廣域網(wǎng)中，通信子網(wǎng)一般都包括兩部分：傳輸信道和轉(zhuǎn)接設(shè)備。傳輸信道用于在機(jī)器間傳送數(shù)據(jù)。轉(zhuǎn)接設(shè)備是專用計(jì)算機(jī)，用來連接兩條或多條傳輸線。(4)互聯(lián)網(wǎng)目前世界上有許多網(wǎng)絡(luò)，而不同網(wǎng)絡(luò)的物理結(jié)構(gòu)、協(xié)議和所采用的標(biāo)準(zhǔn)是各不相同的。如果連接到不同網(wǎng)絡(luò)的用戶需要進(jìn)行相互通信，就需要將這些不兼容的網(wǎng)絡(luò)通過稱為網(wǎng)關(guān)的機(jī)器設(shè)備連接起來，并由網(wǎng)關(guān)完成相應(yīng)的轉(zhuǎn)換功能。3．常見的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)網(wǎng)絡(luò)中各臺計(jì)算機(jī)連接的形式和方法稱為網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，主要有如下幾種：(1)總線型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)總線型拓?fù)渫ㄟ^一根傳輸線路將網(wǎng)絡(luò)中所有結(jié)點(diǎn)連接起來，這根線路稱為總線，如圖6-1所示。圖6-1總線型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)(2)星型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)星型拓?fù)渲懈鹘Y(jié)點(diǎn)都與中心結(jié)點(diǎn)連接，呈輻射狀排列在中心結(jié)點(diǎn)周圍，如圖6-2所示。圖6-2星型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)(3)環(huán)型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)環(huán)型拓?fù)渲懈鹘Y(jié)點(diǎn)首尾相連形成一個閉合的環(huán)，環(huán)中的數(shù)據(jù)沿著一個方向繞環(huán)逐站傳輸。環(huán)型拓?fù)涞目构收闲阅芎?，但網(wǎng)絡(luò)中的任意一個結(jié)點(diǎn)或一條傳輸介質(zhì)出現(xiàn)故障都將導(dǎo)致整個網(wǎng)絡(luò)的故障，見圖6-3。圖6-3環(huán)型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)(4)樹型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)樹型拓?fù)溆煽偩€型拓?fù)溲葑兌鴣?，其結(jié)構(gòu)圖看上去像一棵倒掛的樹，如圖6-4所示。樹最上端的結(jié)點(diǎn)叫根結(jié)點(diǎn)，一個結(jié)點(diǎn)發(fā)送信息時(shí)，根結(jié)點(diǎn)接收該信息并向全樹廣播。樹型拓?fù)湟子跀U(kuò)展與故障隔離，但對根結(jié)點(diǎn)依賴性太大。圖6-4樹型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)(5)網(wǎng)狀型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)網(wǎng)狀型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)又稱為無規(guī)則型。在網(wǎng)狀拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)中，結(jié)點(diǎn)之間的連接是任意的，沒有規(guī)律，見圖6-5。網(wǎng)狀拓?fù)涞闹饕獌?yōu)點(diǎn)是系統(tǒng)可靠性高，但是結(jié)構(gòu)復(fù)雜。目前實(shí)際存在和使用的廣域網(wǎng)基本上都是采用網(wǎng)狀拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。圖6-5網(wǎng)狀型拓眩撲結(jié)構(gòu)4．網(wǎng)絡(luò)協(xié)議的基本概念計(jì)算機(jī)之間的相互通信需要共同遵守一定的規(guī)則，這些規(guī)則就稱為網(wǎng)絡(luò)協(xié)議。常見的協(xié)議有以下幾種：TCP/IP(傳輸控制協(xié)議/網(wǎng)際協(xié)議)協(xié)議，是Internet采用的主要協(xié)議。HTTP（超文本傳輸協(xié)議）協(xié)議，是用于從WWW服務(wù)器傳輸超文本到本地瀏覽器的傳輸協(xié)議。瀏覽網(wǎng)頁時(shí)用到的主要協(xié)議。SMTP（簡單郵件傳輸協(xié)議）協(xié)議，用于發(fā)送或中轉(zhuǎn)你發(fā)出的電子郵件。POP3（郵局協(xié)議的第3個版本）協(xié)議，用于從郵件服務(wù)器上接收電子郵件。5．局域網(wǎng)的特點(diǎn)(1)局域網(wǎng)覆蓋有限的地理范圍，它適用于公司、機(jī)關(guān)、校園、工廠等有限范圍內(nèi)的計(jì)算機(jī)終端與各類信息處理設(shè)備聯(lián)網(wǎng)的需求。(2)局域網(wǎng)一般提供高數(shù)據(jù)傳輸速率(10Mbps以上)、低誤碼率的高質(zhì)量數(shù)據(jù)傳輸環(huán)境。支持傳輸介質(zhì)種類較多。(3)局域網(wǎng)一般屬于一個單位所有，易于建立、維護(hù)與擴(kuò)展，可靠性、安全性高。(4)決定局域網(wǎng)特性的主要技術(shù)因素有：拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)、傳輸形式(基帶、寬帶)、介質(zhì)、訪問控制方法。(5)從介質(zhì)訪問控制方法的角度，局域網(wǎng)可分為共享式局域網(wǎng)和交換式局域網(wǎng)兩類。6．局域網(wǎng)的基本組成局域網(wǎng)一般由服務(wù)器、用戶工作站、網(wǎng)卡、傳輸介質(zhì)和網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)或集線器五部分組成。(1)服務(wù)器運(yùn)行網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)，提供硬盤、文件數(shù)據(jù)及打印機(jī)共享等服務(wù)功能，是網(wǎng)絡(luò)控制的核心。(2)用戶工作站有自己的操作系統(tǒng)，獨(dú)立工作；通過運(yùn)行工作站網(wǎng)絡(luò)軟件，訪問服務(wù)器共享資源，常見有Windows工作站、Linux工作站。(3)網(wǎng)卡將工作站或服務(wù)器連到網(wǎng)絡(luò)上，實(shí)現(xiàn)資源共享和相互通信，數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換和電信號匹配。(4)傳輸介質(zhì)目前常用的有雙絞線、同軸電纜、光纖和無線等。(5)網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)或集線器通過傳輸介質(zhì)和網(wǎng)卡將服務(wù)器和用戶工作站連接成一體，形成局域網(wǎng)。7．廣域網(wǎng)的概念和基本組成(1)廣域網(wǎng)的概念廣域網(wǎng)通?？缃雍艽蟮奈锢矸秶?，它能連接多個城市或國家，并能提供遠(yuǎn)距離通信。因此對通信的要求高，復(fù)雜性也高。(2)廣域網(wǎng)的組成廣域網(wǎng)通常由兩個以上的局域網(wǎng)構(gòu)成，這些局域網(wǎng)間的連接可以穿越較長的距離。另一方面，可以說，廣域網(wǎng)是由許多交換機(jī)組成的，交換機(jī)之間采用點(diǎn)到點(diǎn)線路連接，幾乎所有的點(diǎn)到點(diǎn)通信方式都可以用來建立廣域網(wǎng)，包括租用線路、光纖、微波、衛(wèi)星信道。第二節(jié)Internet的基本概念1、Internet的發(fā)展歷史(1)Internet的誕生在20世紀(jì)60年代，美國軍方為尋求將其所屬各軍方網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)的方法，由國防部下屬的高級計(jì)劃研究署(ARPA)出資贊助大學(xué)的研究人員開展網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)技術(shù)的研究。研究人員最初在4所大學(xué)之間組建了一個實(shí)驗(yàn)性的網(wǎng)絡(luò)，叫ARPANET。隨后，深入的研究導(dǎo)致了TCP/IP協(xié)議的出現(xiàn)與發(fā)展。為了推廣TCP/IP協(xié)議，在美國軍方的贊助下，加州大學(xué)伯克利分校將TCP/IP協(xié)議嵌入到當(dāng)時(shí)很多大學(xué)使用的網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)BSDUNIX中，促成了TCP/IP協(xié)議的研究開發(fā)與推廣應(yīng)用。1983年初，美國軍方正式將其所有軍事基地的各子網(wǎng)都聯(lián)到了ARPANET上，并全部采用TCP/IP協(xié)議。這標(biāo)志著Internet的正式誕生。(2)Internet名稱的由來Internet一詞來源于英文Interconnectnetworks，即“互聯(lián)各個網(wǎng)絡(luò)”，簡稱“互聯(lián)網(wǎng)”，音譯為“因特網(wǎng)”。(3)Internet的初步發(fā)展20世紀(jì)80年代，美國國家科學(xué)基金會(簡稱NSF)認(rèn)識到為使美國在未來的競爭中保持不敗，必須將網(wǎng)絡(luò)擴(kuò)充到每一位科學(xué)家和工程人員。最初NSF想利用已有的ARPANET來達(dá)到這一目的，但卻發(fā)現(xiàn)與軍方打交道是一件令人頭疼的事。于是NSF游說美國國會，獲得資金組建了一個從開始就使用TCP/IP協(xié)議的網(wǎng)絡(luò)NSFNET。NSFNET取代ARPANET，于1988年正式成為Internet的主干網(wǎng)。NSFNET采取的是一種層次結(jié)構(gòu)，分為主干網(wǎng)、地區(qū)網(wǎng)與校園網(wǎng)。各主機(jī)聯(lián)入校園網(wǎng)，校園網(wǎng)聯(lián)入地區(qū)網(wǎng)，地區(qū)網(wǎng)聯(lián)入主干網(wǎng)。NSFNET擴(kuò)大了網(wǎng)絡(luò)的容量，入網(wǎng)者主要是大學(xué)和科研機(jī)構(gòu)。它同ARPANET一樣，都是由美國政府出資的，不允許商業(yè)機(jī)構(gòu)介入用于商業(yè)用途。(4)Internet的迅猛發(fā)展20世紀(jì)90年代，每年加入Internet的計(jì)算機(jī)成指數(shù)式增長，NSFNET在完成的同時(shí)就出現(xiàn)了網(wǎng)絡(luò)負(fù)荷過重的問題。因?yàn)檎J(rèn)識到美國政府無力承擔(dān)組建一個新的更大容量的網(wǎng)絡(luò)的全部費(fèi)用，NSF鼓勵MERIT、MCI與IBM三家商業(yè)公司接管了NSFNET。三家公司組建了一個非盈利性的公司ANS，并在1990年接管了NSFNET。到1991年底，NSFNET的全部主干網(wǎng)都與ANS提供的新的主干網(wǎng)連通，構(gòu)成了ANSNET。與此同時(shí)，很多的商業(yè)機(jī)構(gòu)也開始運(yùn)行它們的商業(yè)網(wǎng)絡(luò)并連接到主干網(wǎng)上。Internet的商業(yè)化，開拓了其在通信、資料檢索、客戶服務(wù)等方面的巨大潛力，導(dǎo)致了Internet新的飛躍，并最終走向全球。從Internet的發(fā)展過程可以看到，Internet是歷史的沿革造成的，是千萬個可單獨(dú)運(yùn)作的子網(wǎng)以TCP/IP協(xié)議互聯(lián)起來形成的，各個子網(wǎng)屬于不同的組織或機(jī)構(gòu)，而整個Internet不屬于任何國家、政府或機(jī)構(gòu)。2．中國的Internet現(xiàn)狀I(lǐng)nternet的中文譯名目前沒有統(tǒng)一，因特網(wǎng)、互聯(lián)網(wǎng)、國際互聯(lián)網(wǎng)、全球互聯(lián)網(wǎng)等，都是指Internet。中國的Internet由十大互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)組成，也可稱作十大ISP(InternetServiceProvider)，它們是中國科技網(wǎng)(CSTNet)、中國教育和科研計(jì)算機(jī)網(wǎng)(CERNET)、中國公用計(jì)算機(jī)互聯(lián)網(wǎng)(ChinaNet)、中國網(wǎng)通公用互聯(lián)網(wǎng)(網(wǎng)通控股)(CNCNet)、寬帶中國Chinal69網(wǎng)(網(wǎng)通集團(tuán))、中國移動互聯(lián)網(wǎng)(CMNet)、中國聯(lián)通互聯(lián)網(wǎng)(UNlNet)、中國國際經(jīng)濟(jì)貿(mào)易互聯(lián)網(wǎng)(CIETNet)、中國長城互聯(lián)網(wǎng)(CGWNet)、中國衛(wèi)星集團(tuán)互聯(lián)網(wǎng)(CSNet)。3．Internet的特點(diǎn)(1)Internet的開放性(2)internet的平等性(3)Internet技術(shù)通用性(4)Internet專用協(xié)議(5)Internet內(nèi)容廣泛4．TCP/IP網(wǎng)絡(luò)協(xié)義的基本概念(1)TCP/IP協(xié)議TCP/IP是為Internet開發(fā)的第一套協(xié)議，在網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)中用得最為廣泛，也是Internet的核心協(xié)議。(2)TCP協(xié)議和IP協(xié)議的工作過程TCP/IP是兩個協(xié)議，基中，IP協(xié)議負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)的傳輸，TCP協(xié)義負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃浴?3)TCP/IP的體系結(jié)構(gòu)TCP/IP分層模型也被稱為Internet分層模型或Internet參考模型，從下到上，包括4層：物理鏈路層、網(wǎng)絡(luò)層（也叫IP層）、運(yùn)輸層（也叫TCP層）、應(yīng)用層。(4)TCP協(xié)議與UDP協(xié)議TCP協(xié)議是一種可靠的面向連接的協(xié)議，主要功能是保證信息無差錯地傳輸?shù)侥康闹鳈C(jī)。UDP協(xié)議是一種不可靠的無連接協(xié)議，它與TCP協(xié)議不同的是它不進(jìn)行分組順序的檢查和差錯控制，而是把這些工作交給上一級應(yīng)用層完成5．IP地址的基本概念所有Internet上的計(jì)算機(jī)都必須有一個Internet上惟一的編號作為其在Internet的標(biāo)識，這個編號稱為IP地址。目前使用的IPv4(IP協(xié)議第4版本)規(guī)定每臺主機(jī)分配一個32位二進(jìn)制數(shù)作為該主機(jī)的IP地址或Internet地址。為了在Internet上發(fā)送信息，一臺計(jì)算機(jī)必須知道接收信息的遠(yuǎn)程計(jì)算機(jī)的IP地址。每個數(shù)據(jù)報(bào)中包含有發(fā)送方的IP地址和接收方的IP地址。雖然IP地址是32位二進(jìn)制數(shù)，但用戶很少以二進(jìn)制方式輸入或讀其值。相反，當(dāng)與用戶交互時(shí)，軟件使用一種更易于理解的表示法，稱為點(diǎn)分—十進(jìn)制表示法。其做法是將32位二進(jìn)制數(shù)中的每8位為一組，用十進(jìn)制數(shù)表示，并用英語中的句點(diǎn)分隔每一組。通常將其表示為w．x．y．z的形式。其中w、x、y、z分別為一個0～255的十進(jìn)制整數(shù)，對應(yīng)，二進(jìn)制表示法中的一個字節(jié)（八位二進(jìn)制數(shù)）。例如某臺機(jī)器的IP地址為：11001010110001000111000010100110，則寫成點(diǎn)分十進(jìn)制表示形式是：66。6．域名系統(tǒng)的基本概念I(lǐng)P地址的定義非常有用，但它記憶起來十分不方便。因此，每臺主機(jī)又可以取一個便于記憶的名字，這個名字就是域名地址。如主機(jī)的域名地址是。例如，域名地址代表中國(cn)教育科研網(wǎng)(edu)上海鄭州大學(xué)校園網(wǎng)(ZZU)內(nèi)的WWW服務(wù)器；域名地址代表商業(yè)公司(com)Microsoft公司的WWW服務(wù)器。機(jī)構(gòu)性域名和常見的地理性域名如表6-1所示。機(jī)構(gòu)性域名地理性域名（常見）域名含義域名含義com商業(yè)機(jī)構(gòu)cn中國大陸edu教育機(jī)構(gòu)hk中國香港net網(wǎng)絡(luò)服務(wù)提供者tw中國臺灣gov政府機(jī)構(gòu)mo中國澳門org非盈利組織us美國mil軍事機(jī)構(gòu)uk英國int國際機(jī)構(gòu)，主要指北約組織Ca加拿大nfo一般用途fr法國biz商務(wù)in印度name個人au澳大利亞pro專業(yè)人士de德國museum博物館ru俄羅斯coop商業(yè)合作團(tuán)體jp日本aero航空工業(yè)…7．Internet常見服務(wù)書中列出了10種Internet上的常見服務(wù)(1)WWW（worldwideweb，萬維網(wǎng)）(2)電子郵件（E-mail）(3)文件傳輸（FTP）(4)搜索引擎（searchengines）(5)網(wǎng)上聊天(6)BBS(7)博客(8)網(wǎng)絡(luò)音頻與視頻(9)電子商務(wù)(10)遠(yuǎn)程教育第三節(jié)網(wǎng)絡(luò)接入Internet常用接入方式的特點(diǎn)和用途比較如表6-2。接入方式速度/b