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计算机网络概述

来源:小侦探旅游网
一、计算机网络概述

1、从资源共享角度(用计算机网络的组成理解)定义:将地理位置不同的具有独立功能的计算机或由计算机控制的外部设备,通过通信设备和线路连接起来,在网络操作系统的控制下,按照约定的通信协议进行信息交换,实现资源共享的系统称为计算机网络。 2、计算机网络的功能(用计算机网络的组成理解)

(1)数据交换和通信:计算机网络中的计算机之间或者计算机与终端之间,可以快速、可靠地相互传递数据、程序或文件。例如电子邮件-Email、文件传输服务-FTP。

(2)资源共享:计算机网络可以实现网络资源的共享。这些资源包括硬件、软件和数据。 (3)系统的可靠性:通过计算机网络实现备份技术可以提高计算机系统的可靠性。当某一台计算机出现故障时,可以立即由计算机网络中的另一台计算机来代替完成所承担的任务。 (4)分布式网络处理和均衡负荷:对于大型的任务或当网络中某台计算机的任务负荷太重时,可将任务分散到网络中的其他计算机上进行。

(5)增加服务项目:通过计算机网络可为用户提供更为全面的服务项目,如图像、声音、动画等信息的处理和传输,这是单个计算机系统所难以实现的。 3、计算机网络发展历程

(1)第一阶段:诞生阶段。20世纪60年代中期之前的第一代计算机网络是以单个计算机为中心的远程联机系统。

(2)第二阶段:形成阶段。20世纪60年代中期至70年代的第二代计算机网络是以多个主机通过通信线路互连起来,为用户提供服务的系统。

(3)第三阶段:互连互通阶段。计算机网络互连标准化。 (4)第四阶段:高速网络技术阶段。 4、计算机网络的组成 (1)、从用户角度,也就是以计算机系统角度看:是由硬件系统与软件系统两大部分构成的。硬件系统主要包括主计算机、终端、通信控制处理机、调制解调器、多路复用器、集线器和通信线路等。软件系统主要包括网络操作系统和网络协议通信软件等。 (2)、从逻辑功能上,也就是以数据处理和数据传输角度看:一部分的主要工作是对数据信息的收集和处理;另一部分则专门负责信息的传输。ARPANET把前者称为资源子网,后者称为通信子网。

5、计算机网络的分类(用计算机网络的组成理解)

(1)按网络覆盖范围的大小,可以分为局域网、城域网、广域网,不同规模的网络将采用不用的技术。

局域网:Local Area Network,LAN。是指范围在10-1000m内办公楼群或校园内的计算机相互连接所构成的计算机网络。

城域网:Metropolitan Area Network,MAN。作用范围为一个城市,地理范围为5-10km。 广域网:Wide Area Network,WAN。通常跨接很大的地理范围,可以是一个地区、一个省、一个国家及跨国集团,地理范围一般在100km以上。 (2)按通信介质划分,可分为有线网、无线网。

有线网:采用同轴电缆、双绞线、光纤等物理介质来传输数据的网络。 无线网:采用卫星、微波等无线形式来传输数据的网络。 (3)按传输技术划分的计算机网络

广播式网络:所有联网计算机都共享一个公共通信信道。 点到点式网络:每条物理线路连接一对计算机。 (4)按使用对象划分的计算机网络 公用网、专用网

(5)按网络中计算机所处的地位进行分类

对等网:在计算机网络中,若每台计算机的地位平等,都可以平等地使用其他计算机内部的资源。

基于服务器的网络:如果网络所连接的计算机较多,且共享资源较多时,就需要考虑专门设立一个计算机来存储和管理需要共享的资源,这台计算机就称为服务器,其他的计算机称为工作站,这种网络称为客户-服务器网络。

二、网络的拓扑结构(用计算机网络的组成理解)

从节点与线路的角度看,指网络中的通信线路和节点间的几何排序,可分为总线型拓扑、星型拓扑、环型拓扑、树型拓扑、网状拓扑等。

1、总线型拓扑:如同串联的灯泡,一个灯泡坏了,导致整个灯泡不亮。不用 2、星型拓扑:几台电脑接在一台交换机,容易排除故障。常见

3、环型拓扑:就是总线型收尾相连,一台电脑有问题,导致整个网络瘫痪。不用 4、树型拓扑:几个星型拓扑构成,容易管理。常见

5、网状拓扑:速度快,需要用电缆相连,工程庞大,一般应用与银行和银行。

三、计算机网络体系结构及协议 1、网络协议

(1)为进行计算机网络中的数据交换而建立的规则、标准或约定的集合就称为网络协议。主要有三要素组成:语义(交流什么)、语法(如何交流)、时序(何时交流)。 (2)不同层次之间的约定叫做接口,同层次之间的约定叫做协议。

2、网络体系结构

当采用结构式协议设计时,将计算机之间相互通信的层次以及各层次中的协议和层次之间的接口的集合称为网络体系结构。有以下好处: (1)、各层之间相互独立。高层并不需要知道低层是如何实现的,而仅需要知道该层通过层间接口所提供的服务。 (2)、灵活性好。当任何一层发生变化时,例如由于技术的的进步促进实现技术的变化,只要接口保持不变,则在这层以上或以下各层均不受影响。另外,当某层提供的服务不再需要

时,甚至可将这层取消。 (3)、由于各层独立,因此每层都可以选择最为合适的实现技术,各层实现技术的改变不影响其他层。 (4)、易于实现和维护。 (5)、有益于标准化的实现。

3、OSI/RM参考模型,讲解各层协议、功能、层名、接口,数据封装

(1)在计算机网络产生之初,每个计算机厂商都有自己的一套网络体系结构的概念,他们之间互不兼容。为了解决这种问题,国际标准化组织(ISO国际标准化组织,International Organization for Standards)在1979年建立了一个分委员会来专门研究一种用于开放系统互联的体系结构,提出了开放系统互联参考模型(open system interconnection reference model,OSI/RM),简称OSI模型。

(2)服务:描述了每一层的功能(对本层叫做功能,对他层叫做服务)。接口:定义了某层提供的服务如何被高层访问。协议:是每一层功能的实现方法。 (3)OSI参考模型本身并不是网络体系结构。

(4)OSI参考模型特点有哪些:每个层次的对应实体之间都通过各自的协议通信;各个计算机系统都有相同的层次结构;不同系统的相应层次有相同的功能;同一系统的各层次之间通过接口联系;相邻的两层之间,下层为上层提供服务,同时上层使用下层提供的服务。 (5)结合数据处理和数据传输角度(计算机网络组成):上四层总称应用层,用来控制软件方面。下三层总称数据流层,用来管理硬件。除了物理层之外其他层都是用软件实现的。

(6)各层的功能:应用层:功能是用什么软件;表示层:功能是用什么格式来表示数据;会话层:如何建立连接;传输层:功能是如何把数据分成段;网络层:功能是数据如何寻找地址,比如路由器;数据链路层:如何把数据帧正确分发到正确的设备上,用到MAC地址,比如交换机;物理层:功能是如何把数据变换成信号通过传输介质传输。

(7)数据封装:

协议数据单元PDU(ProtocolDataUnit)是指对等层次之间传递的数据单位。

应用层以上:数据(Data)=应用层以上PDU

应用层:应用层PDU=APDU=Application Protocol Data Unit,应用层协议数据单元 表示层:表示层PDU=PPDU=Presentation Protocol Data Unit 会话层:会话层PDU=SPDU=Session Protocol Data Unit

传输层:数据段(Segment)=传输层PDU=TPDU=Transport Protocol Data Unit 网络层:数据包(Packet)=网络层PDU=NPDU=Network Protocol Data Unit

数据链路层:数据帧(Frame)=数据链路层PDU=DPDU=Data link Protocol Data Unit 物理层:比特流(bit)=物理层PDU=PPDU 传输介质:信号

在特定层次上的包含数据和包头的数据单元称为协议数据单元(Protocol Data Unit,PDU),并给它们命名,传输层以上的PDU称为数据;由于在传输层对数据进行了分段,所以第4层的PDU称为\"段\"(Segment);网络层的PDU称为数据包(Packet);数据链路层的PDU称为帧(Frame);物理层的PDU称为比特(Bit)。

这些功能是靠协议来完成

(8)数据封装过程

4、TCP/IP模型将网络分成四层,讲解各层结构、协议名称

TCP/IP是一组用于实现网络互连的通信协议。Internet网络体系结构以TCP/IP为核心。基于TCP/IP的参考模型将协议分成四个层次,它们分别是:网络接口层、互联网层、传输层(主机到主机)、和应用层。

(1)、应用层

应用层对应于OSI参考模型的高层,为用户提供所需要的各种服务,例如:FTP、Telnet、DNS、SMTP、HTTP等。

虚拟终端协议:TELNET,允许用户远程登录。

文件传输协议:FTP,file transfer protocol,实现文件传输功能。

电子邮件协议:SMTP,simple Mail transfer protocol,实现电子邮件传送功能。

超文本传输协议:HTTP,hyper text transfer protocol,用于WWW服务TCP/IP参考模型中的

协议与网络。

(2)、传输层

传输层对应于OSI参考模型的传输层,为应用层实体提供端到端的通信功能,保证了数据包的顺序传送及数据的完整性。该层定义了两个主要的协议:

传输控制协议:TCP,transmission control protocol,TCP协议提供的是一种可靠的、面向连接的数据传输服务。TCP采用三次握手方法建立连接,第一次握手,主机1向主机2请求建立连接,第二次握手,主机2发送回应,表示同意建立连接,第三次握手,主机1接收到回应后建立连接。主要功能:数据分段、流量控制、为应用程序提供可靠传输服务

用户数据报协议:UDP,user datagram protocol,UDP协议提供的则是不可靠的、无连接的数据传输服务。UDP不必建立连接就可以发送数据,数据传输速度比TCP协议要快。

(3)、互联网层

网际互联层对应于OSI参考模型的网络层,主要解决主机到主机的通信问题。它所包含的协议设计数据包在整个网络上的逻辑传输。注重重新赋予主机一个IP地址来完成对主机的寻址,它还负责数据包在多种网络中的 路由。该层有三个主要协议:

网际协议(IP)、互联网组管理协议(IGMP)和互联网控制报文协议(ICMP)。

IP协议是网际互联层最重要的协议,主要功能:它提供的是一个可靠、无连接的数据报传递服务。

(4)、网络接口层

网络接入层与OSI参考模型中的物理层和数据链路层相对应。它负责监视数据在主机和网络之间的交换。事实上,TCP/IP本身并未定义该层的协议,而由参与互连的各网络使用自己的物理层和数据链路层协议,然后与TCP /IP的网络接入层进行连接。地址解析协议(ARP)工作在此层,即OSI参考模型的数据链路层。

LAN网接口、WAN网接口

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