第6章 计算机网络基本概念
6.1计算机网络的概念、组成及分类
1.计算机网络与数据通信
计算机网络是计算机技术与通信技术高度发展、紧密结合的产物，是分布在不同的地理位置具有独立功能的多台计算机通过外部设备和通信线路连接起来，从而实现资源共享和信息传递的计算机系统.这也是计算机网络的目标。从系统功能的角度来看，计算机网络主要由资源子网和通信子网组成。
数据通信是指在两个计算机或终端之间以二进制的形式进行信息交换，传输敷据，是通信技术和计算机技术相结合而产生的一种新的通信方式。数据通信系统的主要技术指标有带宽、比特率、波特率、误码率。
(1)信道
传输信息的通路称为信道，是信息传输的媒介，一般用来表示向某一方向传送信息的媒体，目的是把携带有信息的信号从它的输入端传递到输出端。
(2)带宽与传输速率
现代网络技术中，经常以带宽来表示信道的数据传输速率。带宽是指在给定的范围内，可以用于传输的最高频率与最低频率的差值。数据传输速率是描述数据传输系统性能的重要技术指标之一，它在数值上等于每秒钟传输构成数据代码的二进制比特数，单位为比特/秒。
(3)模拟信号与数字信号
模拟信号指信息参数在给定范围内表现为连续的信号，是特定的模拟量，如电压、电流等值的变化是连续的，取值是无穷多个。数字信号是表示数字量的电信号，幅度的取值是离散的，幅值表示被限制在有限个数值之内。二进制码也是一种数字信号，受噪声的影响较小，方便于数字电路进行处理。
(4)调制与解调
调制是将各种数字基带信号转换成适于信道传输的数字调制信号，解调是在接收端将收到的数字频带信号还原成数字基带信号。解调是调制的逆过程，将调制和解调功能结合在一起的设备称为调制解调器。
(5)误码率
它是衡量在规定时间内数据传输精确性的指标。误码是由于在信号传输中，衰变改变了信号的电压，导致信号在传输中遭到破坏而产生。误码率则是指二进制比特在数据传输系统中被传错的概率，是衡量通信系统可靠性的指标。
2.计算机网络的分类
(1)局域网
局域网就是在局部地区范围内的网络，它所覆盖的地区范围较小。局域网具有数据传输速率高、误码率低、成本低、组网容易、易管理、易维护、使用起来比较灵活方便的优点。在日常生活中，机关网、企业网、校园网都属于局域网。
(2)城域网
城域网是在一个城市内部组建的计算机消息网络，但不在同一地理小区范围内进行计算机互联，它是广域网和局域网之间的一种高速网络。
(3)广域网
广域网又称远程网，覆盖范围更广，一般在不同城市之间的LAN或者MAN网络互联，地理范围在几十千米到几万千米，小到一个城市、一个地区，大到一个国家甚至全世界。但是广域网信道传输速率较低，一般小于0.1Mbps，结构相比复杂，安全保密也较差。常见的有因特网、ChinaDDN网、Chinanet网。
3.网络拓扑结构
网络拓扑结构主要有以下几种。
(1)星型拓扑结构
每个节点与中心节点连接，中心节点控制全网的通信，任何两个节点之间的通信都要通过中心节点。因此，要求中心节点有很高的可靠性。星型拓扑结构简单，易于实现和管理，但是由于其采用集中控制方式的结构，一旦中心节点出现故障，就会造成全网的瘫痪，可靠性较差。
(2)环型拓扑结构
将各个节点依次连接起来，并把首尾相连构成一个环型结构。环型网络中的信息传送是单向的，即沿着一个方向从一个节点传到另一个节点，每个节点需安装中继器，以接收、放大、发送信号。环形拓扑结构简单，建网容易，方便管理，成本低，适用于数据不需要在中心节点上处理而主要在各自节点上进行处理的情况;但是其环路是封闭的，不便于扩充，可靠性低，一个节点发生故障，将会造成全网瘫痪，维护困难，对分支节点故障定位较难。
(3)树型拓扑结构
在树型拓扑结构的网络中，任意两个节点之间不产生回路，其特点是通信线路总长度较短、节点易于扩充、灵活、成本较低、易推广。但是除了叶子节点及与其相连的线路外，任一节点或与其相连的线路故障都会使系统受到影响。
(4)网型拓扑结构
主要用于广域网，节点的连接是任意的，没有规律，可靠性比较高。但由于结构复杂，采用路由协议、流量控制等方法，会导致建设成本比较高。
(5)总线型拓扑结构
总线型拓扑是使用最普遍的一种网络，各节点连接在一条共用的通信电缆上，采用基带传输，任何时刻只有一个节点占用线路，并且占有者拥有线路的所有带宽。这种结构的特点是节点加入和退出网络都非常的方便、结构简单灵活、建网容易、可靠性高、结构简单、成本低、性能好。其缺点是主干总线对网络起决定性作用，总线故障将影响整个网络。
4.网络硬件
(1)网络服务器
它是网络的核心，是被网络用户访问的计算机系统。包括提供网络用户使用的各种资源，并负责对这些资源管理，协调网络用户对资源的访问。
(2)传输介质
常用的传输介质包括轴电缆、双绞线、光缆和微波等。
(3)网络接口卡
它是构成网络必需的基本设备，用于将计算机和通信电缆连接起来，以便经电缆在计算机之间进行高速数据传输。
(4)集线器
集线器是局域网的基本连接设备。目前市场上的集线器主要有独立式、堆叠式、智能型等类型。
(5)交换机
交换机又称为交换式集线器，可以想象成一台多端口的桥接器,每一端口都有其专用的带宽，交换概念的提出是对共享工作模式的改进，而交换式局域网的核心设备是局域网交换机。
(6)路由器
作为不同网络之间互相连接的枢纽，路由器系统构成了基于TCWIP的Internet的主体脉络，它是实现局域网和广域网互联的主要设备。路由器检测数据的目的地址，并对路径进行动态分配，数据便可根据不同的地址分流到不同的路径中。若当前路径过多，路由器会动态选择合适的路径，从而平衡通信负载。
5.网络软件
由于提供网络硬件设备的厂商很多，不同的硬件设备如何统一划分层次，并且能够保证通信双方对数据的传输理解一致，这些就要通过单独的网络软件—一通信协议来实现。
通信协议就是通信双方都必须要遵守的通信规则，是一种约定。计算机网络中的协议非常复杂，TCP/IP协议是当前最流行的商业化协议，被公认为是当前的工业标准或事实标准。TCP/IP参考模型将计算机网络划分为四个层次。
(1)应用层(Application Layer)
负责处理特定的应用程序数据，为应用软件提供网络接口，包括HTTP(超文本传输协议)、Telnet(远程登录)、FTP(文件传输协议)等协议。
(2)传输层(Transport Layer)
为两台主机问的进程提供端到端的通信。主要协议有TCP(传输控制协议)和UDP(用户数据报协议)。
(3)互联层(InternetLayer)
确定数据包从源端到目的端如何选择路由。网络层主要的协议有IPv4(Internet协议版本4)、ICMP(Internet控制报文协议)以及IPv6(Internet协议版本6)等。
(4)主机至网络层(Host-to-Network Layer)
规定了数据包从一个设备的网络层传输到另一个设备的网络层的方法。
6.无线局域网
无线局域网是计算机网络与无线通信技术相结合的产物。它利用射频(RF)技术取代双绞线构成的传统有线局域网络，并提供有线局域网的所有功能。
6.2 Internet基础知识
1.IP地址和域名
(1)IP地址
IP地址是一种在Internet上给主机编址的方式，也称为网际协议地址，是TCP/IP协议中所使用的网络层地址标识。IP地址是由四个字节组成的，习惯写法是将每个字节作为一段并以十进制数来表示，而且段间用“.”分隔。每个段的十进制数范围是0至255。在因特网中，IP地址是使连接到网上的所有计算机网络实现相互通信的一套规则，规定了计算机在因特网上进行通信时应当遵守的准则。
IP地址可分为A、B、 C、 D、E5类。
•A类IP地址的范围为：O～127。
•B类IP地址的范围为：128～191。
•C类IP地址的范围为：192～223。
•D类和E类留作特殊用途。
(2)域名
域名(Domain Name)，实质就是用一组由字符组成的名字代替IP地址，为了避免重名.域名采用层次结构，各层次的子域名之间用圆点隔开，从右至左分别是第一级域名(或称顶级域名)，第二级域名……直至主机名。即主机名.…….第二级域名.第一级域名。国际上，第一级域名采用通用的标准代码，例如：CN(中国)、JP(日本)、KR(韩国)、UK(英国)等。
我国的第～级域名是CN，次级域名共计40个。其中，类别域名有：AC(科研院及科技管理部门)、GOV(国家政府部门)、ORG(各社会团体及民问非营利组织)、NET(互联网络，接人网络的信息和运行中心)、COM(工商和金融等企业)、EDU(教育单位)，共6个;地区域名有34个“行政区域名”，如：BJ(北京市)，SH(上海市)，TJ(天津市)，CQ(重庆市)，JS(江苏省)，7J(浙江省)，AH(安徽省)等。例如：pku.edu.cn是北京大学的一个域名，其中pku是北京大学的英文缩写，edu表示教育机构，cn表示中国。
关于域名还有如下几点需要注意：
•因特网的域名不区分大小写。
•整个域名的长度不可超过255个字符。
•一台计算机一般只能拥有一个IP地址，但可以拥有多个域名地址。
2.Internet接入方式
Internet接入方式通常有专线连接、局域网连接、无线连接和电话拨号连接四种，其中使用ADSL(非对称数字用户线路)方式拨号连接对众多个人用户和小单位来说是最经济、简单，是采用最多的一种接入方式。
(1)ADSL
这种接入技术的非对称性体现在j二、下行速率的不同。高速下行信道向用户传送视频、音频信息，速率一般在1.5～8 Mhit/s。低速上行速率一般在16～640 Kbit/s。
(2)无线连接
无线局域网的构建不需要布线，因此为组网提供了极大的便捷，省时省力，并且在网络环境发生变化需要更改的时候，也易于更改和维护。
(3)ISP
ISP是Internet Service Provider的缩写，即Internet服务供应商。
ISP是用户接人Internet的入口，需要先通过某种通信线路连接到ISP的主机，再通过ISP的连接通道接入Internet。ISP提供的功能主要有分配IP地址和网关及DNS、提供联网软件、提供各种Internet服务、接人服务。
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