網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)知識

第1章網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)知識

1.1網(wǎng)絡(luò)的概念

1.1.1網(wǎng)絡(luò)的定義

計算機網(wǎng)絡(luò)，是指將地理位置不同的具有獨立功能的多臺計算機及其外部設(shè)備，通過通

信線路連接起來，在網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)，網(wǎng)絡(luò)管理軟件及網(wǎng)絡(luò)通信協(xié)議的管理和協(xié)調(diào)下，實現(xiàn)資

源共享和信息傳遞的計算機系統(tǒng)。如下圖1-1計算機網(wǎng)絡(luò)的組成所示，一個個節(jié)點通過線路

連接，形成小范圍的網(wǎng)絡(luò)，一個個小范圍的網(wǎng)絡(luò)再連接，最終形成全球互聯(lián)的網(wǎng)絡(luò)。

1.1.2LAN和WAN

按照網(wǎng)絡(luò)的作用范圍進行分類主要有：

(1)廣域網(wǎng)WAN(WideAreaNetwork)

廣域網(wǎng)的作用范圍通常為幾十到幾千公里，是互聯(lián)網(wǎng)的核心部分，其任務(wù)是通過長距離

運送主機所發(fā)送的數(shù)據(jù)。

(2)局域網(wǎng)LAN(LocalAreaNetwork)

局域網(wǎng)一般用微型計算機或工作站，地理上局限在較小的范圍(如1km左右)。

1.1.3網(wǎng)絡(luò)傳輸設(shè)備

(1)網(wǎng)橋

工作于數(shù)據(jù)鏈路層，是一個局域網(wǎng)與另一個局域網(wǎng)之間建立連接的橋梁，依賴于MAC地

址。網(wǎng)橋沒有連接網(wǎng)段個數(shù)的限制，基本上只用于連接相同網(wǎng)絡(luò)類型的網(wǎng)絡(luò)，但有時也可以

連接傳輸速率不同的網(wǎng)絡(luò)。

(2)集線器(Hub)

工作于物理層，主要功能是對接收到的信號進行再生整形放大，以擴大網(wǎng)絡(luò)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。集線器實物圖如下圖b2所示

圖1-2集線器

(3)路由器

工作于網(wǎng)絡(luò)層設(shè)備，主要用于尋址和轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)包，是三層設(shè)備。路由器實物圖如下圖1

-3所示。

圖1-3路由器

(4)交換機

工作于數(shù)據(jù)鏈路層設(shè)備，可以通過檢查收到的數(shù)據(jù)包的目的地址，并從MAC地址表中查

得目的設(shè)備所在的端口，將數(shù)據(jù)包傳送到目的端口。

Hub和交換機的區(qū)別：

Hub本身不能識別數(shù)據(jù)包的目的地址，當集線器接收到數(shù)據(jù)包時，它以廣播的方式播送

到各個端口，由每一臺主機通過驗證數(shù)據(jù)包的目的地址來決定是否接收。

交換機本身就有MAC地址表，收到數(shù)據(jù)包時查看Mac地址表，選擇轉(zhuǎn)發(fā)端口。

(5)網(wǎng)關(guān)

工作于網(wǎng)絡(luò)層，一個網(wǎng)絡(luò)連接到另一個網(wǎng)絡(luò)的“關(guān)口”，對于處于不同網(wǎng)段的兩個地址

在通信時，用以標識所處網(wǎng)段，在數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)時起到協(xié)調(diào)的作用。A為：192.168.L2,B為:

,A在向B發(fā)送數(shù)據(jù)時，A要先發(fā)送到自己的網(wǎng)關(guān)，再由A的網(wǎng)關(guān)轉(zhuǎn)發(fā)給B的網(wǎng)

關(guān)，再由B的網(wǎng)關(guān)轉(zhuǎn)發(fā)給B。

1.1.4網(wǎng)絡(luò)傳輸介質(zhì)

(1)同軸電纜

由內(nèi)導(dǎo)體銅質(zhì)芯線、絕緣層、網(wǎng)狀編織的外導(dǎo)體屏蔽層以及保護塑料外層所組成。由于

外導(dǎo)體屏蔽層的作用，同軸電纜具有很好的抗干擾特性，被廣泛用于傳輸較高速率的數(shù)據(jù)。

同軸電纜實物圖如下圖b4所示。

圖14同軸電纜

(2)雙絞線

一種綜合布線工程中最常用的傳輸介質(zhì)，由兩根具有絕緣保護層的銅導(dǎo)線組成的。雙絞

線實物圖如下圖15所示。

圖1-5雙絞線

(3)單模光纖

中心玻璃芯很細(芯徑一般為9或10um),只能傳一種模式的光纖。因此，其模間色散

很小，適用于遠程通訊。光纖示意圖如下圖『6所示。

圖1-6光纖

(4)多模光纖

多模光纖中傳輸?shù)哪Ｊ蕉噙_數(shù)百個，各個模式的傳播常數(shù)和群速率不同，使光纖的帶寬

窄，色散大，損耗也大，只適于中短距離和小容量的光纖通信系統(tǒng)。

1.1.5網(wǎng)絡(luò)類型

網(wǎng)絡(luò)拓撲包括物理拓撲和邏輯拓撲。

邏輯拓撲描述的是設(shè)備是如何通過物理拓撲進行通信，注重的是應(yīng)用系統(tǒng)的運行狀況

物理拓撲是指物理結(jié)構(gòu)上各種設(shè)備和傳輸介質(zhì)的布局。物理拓撲通常有總線型、星型、

環(huán)型、樹型、網(wǎng)狀型等兒種。

(1)總線型

將所有的節(jié)點都連接到一條電纜上，把這條電纜成為總線。它的連接形式簡單、易于安

裝、成本低，增加和撤銷網(wǎng)絡(luò)設(shè)備都比較靈活。但由于總線型的拓撲結(jié)構(gòu)中，任意的節(jié)點發(fā)

生故障，都會導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)的阻塞。同時，這種拓撲結(jié)構(gòu)還難以查找故障。總線型拓撲圖如下圖

1-7所示。

n

(2)星型

網(wǎng)絡(luò)中的各節(jié)點通過點到點的方式連接到一個中央節(jié)點，由該中央節(jié)點向目的節(jié)點傳送

信息。中央節(jié)點執(zhí)行集中式通信控制策略，因此中央節(jié)點相當復(fù)雜，負擔(dān)比各節(jié)點重得多。

在星型網(wǎng)中任何兩個節(jié)點要進行通信都必須經(jīng)過中央節(jié)點控制。星型拓撲圖如下圖『8所

/JiQ

圖1-8星型拓撲圖

(3)環(huán)型

入網(wǎng)設(shè)備通過轉(zhuǎn)發(fā)器接入網(wǎng)絡(luò)，一個轉(zhuǎn)發(fā)器發(fā)出的數(shù)據(jù)只能被另一個轉(zhuǎn)發(fā)器接收并轉(zhuǎn)

發(fā)，所有的轉(zhuǎn)發(fā)器及其物理線路構(gòu)成的環(huán)狀網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。節(jié)點的故障會引起全網(wǎng)故障，故障

檢測困難。環(huán)型拓撲圖如下圖19所示。

圖1-9環(huán)型拓撲圖

(4)樹型

樹形網(wǎng)絡(luò)可以包含分支，每個分支又可包含多個結(jié)點。樹形拓撲是總線拓撲的擴充形

式，傳輸介質(zhì)是不封閉的分支電纜，樹形拓撲和總線拓撲一樣，一個站點發(fā)送數(shù)據(jù)，其他

站點都能接收。樹型拓撲圖如下圖110所示。

圖1-10樹型拓撲圖

(5)網(wǎng)狀型

各節(jié)點通過傳輸線互聯(lián)連接起來，并且每一個節(jié)點至少與其他兩個節(jié)點相連網(wǎng)狀拓撲

結(jié)構(gòu)具有較高的可靠性，但其結(jié)構(gòu)復(fù)雜，實現(xiàn)起來費用較高，不易管理和維護，不常用于

局域網(wǎng)。網(wǎng)狀型拓撲圖如下圖1-11所示。

圖in網(wǎng)狀型拓撲圖

1.1.6傳輸模式

信道一般都是用來表示向某一個方向傳送信息的媒體。因此，一條通信電路往往包含一

條發(fā)送信道和一條接收信道。

從通信的雙方信息交互的方式來看，可以有以下三種基本方式：

(1)單向通信

又稱為單工通信，即只能有一個方向的通信而沒有反方向的交互。無線電廣播或有線電

廣播以及電視廣播就屬于這種類型。

(2)雙向交替通信

又稱為半雙工通信，即通信的雙方都可以發(fā)送信息，但不能雙方同時發(fā)送(當然也就不

能同時接收)。這種通信方式是一方發(fā)送另一方接收，過一段時間后可以再反過來。

(3)雙向通信

又稱為全雙工通信，即通信的雙方可以同時發(fā)送和接收信息。

單向通信只需要一條信道，而雙向交替通信或雙向同時通信則都需要兩條信道(每個方

向各一條)。顯然，雙向同時通信的傳輸效率最高。

1.1.7通信類型

對于使用IPv4地址進行通信時，通信類型有單播，組播和廣播三種

1.單播

主機之間一對一的通訊模式，如果10個客戶機需要相同的數(shù)據(jù)，則服務(wù)器需要逐一傳

送，重復(fù)10次相同的工作。但由于其能夠針對每個客戶的及時響應(yīng)，所以現(xiàn)在的網(wǎng)頁瀏覽

全部都是采用單播模式。

單播的優(yōu)點：

(1)服務(wù)器及時響應(yīng)客戶機的請求

(2)服務(wù)器針對每個客戶不通的請求發(fā)送不通的數(shù)據(jù)，容易實現(xiàn)個性化服務(wù)。

單播的缺點：

服務(wù)器針對每個客戶機發(fā)送數(shù)據(jù)流，服務(wù)器流量=客戶機數(shù)量X客戶機流量；在客戶數(shù)

量大、每個客戶機流量大的流媒體應(yīng)用中服務(wù)器不堪重負。

2.廣播

主機之間一對所有的通訊模式，網(wǎng)絡(luò)對其中每一臺主機發(fā)出的信號都進行無條件復(fù)制并

轉(zhuǎn)發(fā)，所有主機都可以接收到所有信息(不管你是否需要)，由于其不用路徑選擇，所以其

網(wǎng)絡(luò)成本可以很低廉。有線電視網(wǎng)就是廣播型網(wǎng)絡(luò)?在數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)中也允許廣播的存在，但其

被限制在二層交換機的局域網(wǎng)范圍內(nèi)，禁止廣播數(shù)據(jù)穿過路由器，防止廣播數(shù)據(jù)影響大面積

的主機。

廣播的優(yōu)點：

(1)網(wǎng)絡(luò)設(shè)備簡單，維護簡單，布網(wǎng)成本低廉

(2)由于服務(wù)器不用向每個客戶機單獨發(fā)送數(shù)據(jù)，所以服務(wù)器流量負載極低

廣播的缺點：

(1)無法針對每個客戶的要求和時間及時提供個性化服務(wù)

(2)廣播禁止允許在Internet寬帶網(wǎng)上傳輸

3.組播

主機之間一對一組的通訊模式,也就是加入了同一個組的主機可以接受到此組內(nèi)的所有

數(shù)據(jù)，網(wǎng)絡(luò)中的交換機和路由器只向有需求者復(fù)制并轉(zhuǎn)發(fā)其所需數(shù)據(jù)。主機可以向路由器請

求加入或退出某個組，網(wǎng)絡(luò)中的路由器和交換機有選擇的復(fù)制并傳輸數(shù)據(jù)，即只將組內(nèi)數(shù)據(jù)

傳輸給那些加入組的主機。這樣既能一次將數(shù)據(jù)傳輸給多個有需要(加入組)的主機，又能

保證不影響其他不需要(未加入組)的主機的其他通訊。

組播的優(yōu)點：

(1)需要相同數(shù)據(jù)流的客戶端加入相同的組共享一條數(shù)據(jù)流，節(jié)省了服務(wù)器的負載。

具備廣播所具備的優(yōu)點。

(2)由于組播協(xié)議是根據(jù)接受者的需要對數(shù)據(jù)流進行復(fù)制轉(zhuǎn)發(fā)，所以服務(wù)端的服務(wù)總

帶寬不受客戶接入端帶寬的限制，其提供的服務(wù)可以非常豐富。

(3)此協(xié)議和單播協(xié)議一樣允許在Internet寬帶網(wǎng)上傳輸。

組播的缺點：

(1)與單播協(xié)議相比沒有糾錯機制，發(fā)生丟包錯包后難以彌補，但可以通過一定的容

錯機制和Q0S加以彌補。

（2）現(xiàn)行網(wǎng)絡(luò)雖然都支持組播的傳輸，但在客戶認證、QOS等方面還需要完善，這些缺

點在理論上都有成熟的解決方案，只是需要逐步推廣應(yīng)用到現(xiàn)存網(wǎng)絡(luò)當中

1.2OSI七層模型

OSI參考模型（OSI/RM）的全稱是開放系統(tǒng)互連參考模型（OpenSystemInterconnect

ionReferenceModel,OSI/RM）,它是由國際標準化組織ISO提出的一個網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)互連模

型。它是網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的基礎(chǔ)，也是分析、評判各種網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的依據(jù)。

0SI模型的設(shè)計目的是成為一個所有銷售商都能實現(xiàn)的開放網(wǎng)絡(luò)模型，來克服使用眾多

私有網(wǎng)絡(luò)模型所帶來的困難和低效性。0SI模型共分為七層，每一層功能不同，包含的協(xié)議

也不同。下表1T對0SI七層模型按照自上到下的順序?qū)γQ、功能和對應(yīng)的協(xié)議做了詳細

介紹。

表LlOSI七層模型詳解

名稱主要功能相關(guān)協(xié)議

這一層為用戶的應(yīng)用程序（例如電子郵件、文件傳輸和終端仿真）提供DHCP、DNS、Telnet.HTTP、FTP、

應(yīng)用層

網(wǎng)絡(luò)服務(wù)SNMP

表示層信息的語法語義以及它們的關(guān)聯(lián)，如加密解密、轉(zhuǎn)換翻譯、壓縮解壓縮

會話層對通信的雙方用戶建立會話并管理會話PAP、SSH

接收上一層數(shù)據(jù)，在必要的時候把數(shù)據(jù)進行分割，并把這些數(shù)據(jù)交給網(wǎng)

傳輸層TCP、UDP、RSVP、

絡(luò)層,且保證這些數(shù)據(jù)段能有效的到達對端

IP(IPv4、IPv6)、RIP、ICMP、

封裝源IP和目的IP,根據(jù)路由表對收到的數(shù)據(jù)包進行選路并轉(zhuǎn)發(fā)，對

網(wǎng)絡(luò)層1GMP、ARP、IS-JS、IPsecBGP、

無法查找到路由的數(shù)據(jù)包進行丟棄，完成不同網(wǎng)段之間通信的任務(wù)。

OSPF、RARP

定義了如何讓格式化數(shù)據(jù)以進行傳輸，以及如何控制對物理介質(zhì)的訪

數(shù)據(jù)鏈路層STP、幀中繼、PPP

問，這一層通常還提供錯誤檢測和糾正，以確保數(shù)據(jù)的可靠傳輸。

確定與傳輸媒體的接口有關(guān)的一些特性，如機械特性、電氣特性、功能

物理層IEEE802.2、Ethernetv2

特性和過程特性

1.2.1數(shù)據(jù)在七層的稱呼

通信雙方在互相發(fā)送數(shù)據(jù)，如發(fā)送一段文字時，計算機需要對這段文字進行處理，最終轉(zhuǎn)換

成機器能夠識別的語言甚至轉(zhuǎn)換成信號以便完成在物理鏈路上的傳輸。在七層模型的每一

層，對這段文字處理后的稱呼都各不相同，表示方式也不同，具體對應(yīng)關(guān)系參見下表『2。

表1-2數(shù)據(jù)在七層的稱呼

模型層數(shù)名稱英文表示中文表示

上層（應(yīng)用層、表示層、會話層）message信息、數(shù)據(jù)

傳輸層(transportlayer)Segment段、網(wǎng)段

網(wǎng)絡(luò)層(Networklayer)packet數(shù)據(jù)包、數(shù)據(jù)分組

數(shù)據(jù)鏈路層(Data-linklayer)frame幀

物理層(Physicallayer)bit比特（8個比特組成1個字節(jié)、字

節(jié)合成frame）

1.2.2數(shù)據(jù)的封裝和解封裝

發(fā)送方發(fā)送數(shù)據(jù)給接受方時，會按照七層模型的順序從上至下層層封裝，每一層根據(jù)需

要選擇對應(yīng)的協(xié)議，然后通過物理鏈路傳輸?shù)浇邮辗?；接收方收到之后，會按照七層模型?/p>

下至上的順序?qū)訉咏夥庋b，從每一層獲取到不同的內(nèi)容，獲知是誰發(fā)送給自己的，通過什么

樣的協(xié)議進行傳輸?shù)?，最終在應(yīng)用層看到對方發(fā)送的文字、圖片或視頻等消息。OSI數(shù)據(jù)封

裝與解封裝過程見下圖「12。

數(shù)據(jù)接收端數(shù)據(jù)發(fā)送端

應(yīng)用層