第6章 计算机网络与Internet基础文档格式.docx
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第四阶段:
向互连、高速、智能化方向发展的计算机网络(始于20世纪80年代末)。
.
6.1.3计算机网络的组成与结构
计算机网络通俗地讲就是由多台计算机通过传输介质和软件连接在一起的一个系统。
总的来说,计算机网络的组成包括:
网络硬件系统和网络软件系统。
网络软件系统和网络硬件系统是网络系统赖以生存的基础,在网络系统中,网络硬件是计算机网络系统的物质基础,硬件对网络的选择起着决定性的作用,而网络软件是实现网络功能不可缺少的软件环境。
是挖掘网络潜力的工具。
1.计算机网络的硬件
(1)网络服务器
网络服务器的功能是为网络上其他计算机提供服务和共享的资源。
对于小型网络,可以只有一台服务器,这台服务器既负责网络的管理功能,也负责网络的通信功能,提供各种网络服务。
对于大型网络,可以有多台服务器,分别完成各种网络功能,例如网络数据库服务器、电子邮件服务器、WWW服务器和FTP服务器。
(2)网络工作站
网络工作站是使用网络服务器所提供服务的计算机,是网络中个人使用的计算机,也称网络客户机。
网络中的工作站和独立的计算机是有区别的,它们是网络的一部分,可以和网络中其他工作站和服务器通信。
它的主要作用是为网络用户提供一个平台,访问网络服务器、共享网络资源。
(3)传输介质
传输介质是网络中发送方与接受方之间的物理通道,它对网络数据通信质量有很大的影响。
网络中使用的传输介质包括有线介质和无线介质。
有线介质通常是双绞线、同轴电缆、光纤。
最常用的无线传输介质有微波、红外线、激光和卫星等。
(4)网络连接设备
网络适配卡:
简称网卡。
是将计算机连接到网络的硬件设备。
网卡通过总线与微机相连,再通过电缆接口与网络传输媒体相连接,即网卡插在计算机或者服务器的扩展槽中,通过传输介质与网络连接。
网卡是局域网的通信设备,选择网卡时,要考虑网络的拓扑结构。
调制解调器:
是PC通过电话线接入因特网的必备设备,它具有调制和解调两大功能。
家庭用户上网最常用的方法是通过使用调制解调器经过电话线与Internet服务提供商(ISP)相连接。
调制解调器将计算机输出的数字信号调制成模拟信号,又能将模拟信号调制成数字信号。
集线器:
是局域网中的一种连接设备,双绞线通过集线器将网络中的计算机连接在一起,完成网络的通信功能。
在传统的局域网中,联网的节点通过双绞线与集线器连接,构成物理拓扑结构。
对于共享型集线器来说,当一台计算机从一个端口将信息发送到集线器后,集线器就将信息广播到其它端口,其它端口上的计算机根据信息包含的接受地址来决定是否接受这个信息。
目前共享式集线器的使用量已经很少,取而代之是设备是交换机。
交换机:
英文名Switch,是一种用于电信号转发的网络设备。
它可以为接入交换机的任意两个网络节点提供独享的电信号通路。
最常见的交换机是以太网交换机。
其他常见的还有电话语音交换机、光纤交换机等。
路由器:
是实现局域网和广域网互联的主要设备,是将处于不同地理位置的局域网通过广域网进行互联的一种常见的方式。
在广域网中从一个节点传输到另一个节点时要经过许多的网络,可以经过许多不同的路径。
路由器就在一个网络传输到另外一个网络时进行路径的选择,使信息的传输能经过一条最佳的通道。
对于计算机网络来说,路由器是广域网的主要互联设备,路由器性能的好坏,对于广域网上的传输性能有极大的影响。
2.计算机网络的软件
(1)网络操作系统
网络操作系统是用以实现系统资源共享、管理用户对不同资源访问的应用程序,它是最主要的网络软件。
网络操作系统的功能就是能让用户充分共享使用网络资源,实现通信,对网络资源和用户通信过程进行有效的管理。
常见的网络操作系统有:
Window2000/XP、UNIX、Netware等。
(2)网络协议软件
协议是网络通信的约定语言,为了使网络中的计算机之间能够通信,必须遵守一些约定好的规则。
最常用的几种网络通信协议有:
TCP/IP、SPX/IPX和NETBEUI等。
(3)网络应用软件
在网络应用软件中,有一部分是用于提高网络本身的性能,改善网络的管理能力,而更多的网络应用软件则是为了给用户更多的网络应用,这种网络应用软件往往也称为网络客户软件,例如电子邮件、BBS、远程教学、远程医疗和视频点播等。
3、网络的拓扑结构
计算机网络拓扑结构是指网络中计算机和其他设备的物理连接形式。
确定网络拓扑结构是建设计算机的第一步,网络拓扑结构对于网络的性能、系统的可靠性与通信费用都有重大的影响。
计算机网络的拓扑结构主要有总线型、星型、环形、树型、网状型。
总线型、星型、环型拓扑结构主要应用于局域网,而树型、网状型拓扑结构主要应用于广域网。
(1)总线型拓扑结构
总线型拓扑结构的特点是所有的计算机与其他设备都连接到一条公共的传输通道,这条传输通道称为总线。
网络中各个节点都通过总线进行通信,在同一时刻只能允许一对节点占用总线通信。
总线型结构的特点是简单灵活、可扩充性好、成本低、安装使用方便,但是实时性差、故障检测比较困难、不适宜大规模网络。
以太网是一种流行的公共总线网络,它的公共总线就是以太网电缆,材料是铜线、光纤或两者的组合,以太网最主要的优点在于为网络添加新的设备非常容易。
总线型拓扑结构见图6-1。
图6-1总线型拓扑结构
(2)星型拓扑结构
另一种常见的连接方案是星型拓扑结构,它使用一台中心节点与网络中的其他设备通信,采用集中控制的方式。
一个需要通信的设备把数据传输给中心节点,然后中心节点再把数据送往目标节点。
在星型结构中,中心节点故障将导致整个系统的崩溃。
星型结构的优点是建网容易、控制和维护相对简单,缺点是对中心节点依赖大。
星型拓扑结构见图6-2。
图6-2星型拓扑结构
(3)环型拓扑结构
在环型拓扑结构中,设备被连接成环。
每一台设备只能和它的一个或两个相邻节点直接通信。
如要与其他节点通信,信息必须依次经过两者之间的每一个设备,这也是环型网的一个缺点。
环型网络可以是单向的,也可以是双向的。
与总线型拓扑相比,其更多的时间花在替别的节点转发数据上。
而且只要一个节点发生故障,就会导致环型拓扑中的所有节点无法正常通信。
环型拓扑结构见图6-3。
图6-3环型拓扑结构
(4)树型拓扑结构
树型拓扑结构由星型拓扑结构演变过来,其结构就像一棵倒立的树。
树型拓扑结构是分层结构,具有根节点和分支节点,它的特点是适合分级管理和控制系统。
树型拓扑结构易于扩展,缺点是对根节点依赖性太大,一个非叶子节点发生故障很容易导致网络分割。
树型拓扑结构见6-4所示。
图6-4树型拓扑结构
(5)网状拓扑结构
网状拓扑结构是一种不规则的网络结构。
这种网络中的每一个节点与另一个节点之间至少有两条通道。
即使一条线路出现故障,通过迂回路线,网络仍能正常工作,但是必须进行路由选择。
这种结构可靠性高,但网络控制和路由选择复杂,一般用在广域网中。
网状型拓扑结构见图6-5。
图6-5网状拓扑结构
6.1.4计算机网络的分类
计算机网络有多种不同的划分方式,可以按照覆盖范围、传输技术、传输介质等进行划分。
1、按照网络覆盖的地理范围划分
(1)局域网(LocalAreaNetwork,LAN)。
局域网是在较小的范围内组建的网络,它覆盖的范围通常是几十米到几千米,例如一个办公室、一栋楼房、一个园区、一个单位等。
局域网的主要特点是覆盖的地理范围小、数据速率较高、误码率低等。
(2)城域网(MetropolitionAreaNetwork,MAN)。
城域网的规模通常限制在一座城市内,覆盖的范围从几十千米到几百千米。
在一个城市内通过城域网可以将政府部门、大型企业、机关、部门等连接起来,可以实现大量用户的信息传递。
(3)广域网(WideAreaNetWork,WAN)。
广域网覆盖的范围从数百千米到数千千米,甚至上万千米,可以是一个地区,一个国家,甚至是全世界。
广域网采用的技术、应用的范围和协议标准都与局域网不同,在广域网中常常采用的是各种公用交换网,它使用的主要技术是存储转发。
2、按网络的传输技术划分
(1)广播式网络。
广播式网络(BroadcastNetwork)通常使用一条共享的信道,当某台计算机在信道上发送数据包时,网络中的每台计算机都会收到这个数据包,收到数据包的计算机会将自己的地址和分组中的地址进行比较,如果相同则接收该数据包,反之则丢弃该数据包。
(2)点到点网络。
点到点网络是两条计算机之间的线路连接。
如果两台计算机之间要经过多个节点才能将数据发送到目的地,这样选择路由就非常重要。
3、按网络的传输介质划分
(1)有线网络。
有线网络通常是指采用双绞线、同轴电缆以及光缆等有线传输介质组建的网络。
(2)无线网络。
无线网络就是使用无线传输介质进行传输的网络。
它主要包括微波、红外线等。
6.2局域网基本知识
6.2.1局域网组成基础
局域网(LAN)是在—个较小的地理范同内,利用通信线路将许多计算机及外设连接起来,以达到数据通信和资源共事的日的。
20世纪70年代的中后期,随着14算机应川的不断发展,计算机数量的不断增加,以及众多用户对资源共享和提高系统可靠性及有效性的强烈满求,使得局域网络得到迅猛发展。
局域网适合于企、事业单位的信息和过枝管理及办公自动化方面的应用。
公司、企业、行政部门及住宅小区内的计算机都通过局域网连接起来,以达到资源共享、信息传递和数据通信的目的。
20世纪90年代以来,LAN在速度、带宽等指标方面有了更大进展,并且在LAN的访问、服务、管理、安全和保密等方面都得到进—步的改善,特别是交换技术的出现,使局域闷的发展进入一个崭新的阶段。
1、局域网的特点
(1)覆盖范围小。
局域网中各节点分布的地理范围较小,如一个工厂、学校、企事业单位、建筑物,甚至是一个房间。
(2)成本低。
由于网络区域有限,所以通信线路短,网络设备相对较少,从而降低了网络成本,缩短了组建周期。
(3)传输速率高。
由于网络所用通信线路较短,故可以选用高性能的介质做通信线路,使线路有较宽的频带,这样可以提高通信速率,缩短延迟时间。
一般高速局域网的速率可达100Mb/s以上。
(4)误用率低,可靠性高。
局域网通信线路短,出现差错的机会少,而且局域网络多为专用,受噪声和其他干扰因素影响较小,因而网络信息传输过程中出错的概率小,可靠性高。
(5)易于更新扩充。
局域网络通常为一个部门所有,也不受其他网络规定的约束,容易进行设备的更新和使用最新技术,扩充网络功能。
(6)局域网可以支持多种传输介质。
在局域网络中可采用双绞线、同轴电缆和光纤,也可采用微波传送。
(7)使用灵活、易于操作,便于维护和维修。
(8)结构简单,易于实现。
综上所述,局域网是一种在小范围内实现资源共享的计算机网络,它具有结构简单、投资少、数据传输速率高和可靠性好等优点。
局域网是计算机网络的重要组成部分,是计算机网络技术应用与发展非常活跃的一个领域,世界上每天都有成千上万个局域网在远行,其数量远远超过了广域网。
局域网的主要功能是实现资源共享,其次是更好地实现数据通信与交换,以及数据的分布处理。
2、局域网的分类
根据不同的分类方法,局域网可以分为不同的种类,一般有以下几种分类方法:
1)按照介质访问控制方式分类
可分为以太网、令牌总线网、令牌环网、光纤分布式接口(FDDI)、100VG-AnyLAN等。
2)按照拓扑结构分类
可分为总线型局域网、环形局域网和星星局域网等。
3)按照传输介质分类
可分为有线局域网和无线局域网。
4)按照工作模式分类
可分为专用服务器模式、客户-服务器模式和对等网。
3、局域网中的传输介质
传输介质实质计算机网络中不同主机或网络设备之间通信的承载介质,有线网络的传输介质主要有双绞线、同轴电缆和光线,无线传输介质如微波线路等。
1)双绞线。
是由一对相互绝缘的铜导线相互绞扭在一起形成的,绞扭可以减小铜线之间的电磁干扰。
它通常用在局域网中,也可以用在传统的电话系统中,如果距离较长可以使用中继器延长通信距离。
双绞线分为屏蔽双绞线和非屏蔽双绞线。
非屏蔽双绞线(UnshieldedTwistedPair,UTP)由四种不同颜色(橙/蓝/绿/棕)的四对双绞线组成。
屏蔽双绞线(ShieldedTwistedPair,STP)的外层是由铝箔包裹着,它的抗干扰能力较强,数据传输速率也比非屏蔽双绞线要高,但价格较高,连接比较复杂,外层金属需要接地。
计算机综合布线使用的双绞线种类如表所示。
表1-1双绞线及其理论带宽
种类
类型
理论带宽(MB/s)
屏蔽双绞线
3类
16
5类
100
非屏蔽双绞线
4类
20
超5类
155
6类
200
2)同轴电缆。
同轴电缆的芯线为铜导线,外包一层绝缘材料,紧贴铜芯的绝缘材料是金属网状导体,最外层是塑料保护膜,芯线与金属网同轴,所以叫同轴电缆。
同轴电缆的结构决定了它能很好地抑制噪音。
同轴电缆可分为粗缆和细缆。
粗缆常用于大型的局域网,它传输距离远、可靠性高、安装时不需要切断电缆,但粗缆必须安装外收发器,安装难度大、价格高;
细缆容易安装、造价低,但安装时需要切断电缆,装上BNC接头,然后连接到T型连接器,所以接头容易接触不良,也容易短路,这也是以太网中比较常见的故障。
通常传输方波数字信号的频带叫基带。
由于数字信号不适合长距离传输,所以信号在使用基带传输前要进行编码,编译成适合基带传输的电磁代码,到达目的地后再进行还原。
基带传输的优点是安装简单、价格便宜,但信号容易衰减,所以传输距离比较短。
传输模拟信号的频带叫宽带,宽带同轴电缆通常具有较高的带宽,数据的传输速率也比较高。
宽带系统和基带系统的区别是模拟信号被放大后只能单向传输。
为了在一根电缆上实现双向传输,通常把带宽分成两个频带,也叫分裂配置;
也可以使用两根电缆,这种叫双缆配置。
这两种配置都需要端头(headend)设备,这种设备安装在网络的一端使用两种不同的频率分别进行发送和接收数据。
3)光缆。
光缆是由多根光纤组成的,光纤是由玻璃纤维组成的传输光波的介质,光纤中的光束在界面上形成全反射,这样就使光束不断地向前传播。
光纤中的光源可以是发光二极管LED或注入式激光二极管ILD。
光在光纤中传输到接收端,接收端有一个光电二极管,它能将光信号转化为电信号,这样就实现了相互通信。
光纤可以分为单模光纤和多模光纤。
多模光纤中光以多种模式传输;
单模光纤是将纤芯的直径做到接近波长大小,这样光就可以在光纤中直线传播了,单模光纤价格比较昂贵。
光纤作为传输介质有很多优点,数据传输速率高、带宽高、低误码率、低时延、安全性好和抗干扰能力强。
但是光纤接头复杂、价格较高。
4)无线网络传输介质。
主要包括微波、红外线和无线电短波。
微波通信系统可以分为地面微波系统和卫星微波系统,地面微波系统是由两个方向相互对准的天线组成的,长距离通信则需要中继站。
微波通信系统不但容易受到电磁的干扰,也容易受到天气的影响。
卫星通信系统是将太空中的卫星转发器对准地球上的某些区域,这样地面站之间就可以相互通信。
它非常适合那些不容易铺设电缆的地区,如海上、空中等。
但是卫星通信系统时延较大,而且费用较高。
红外线利用墙壁或房屋反射,从而形成整个房屋内的通信。
常见的是电视机的遥控器就是采用这种装置。
以前的无线电短波有中心站,类似于卫星通信。
现在的无线电短波没有中心站,其采用的是分布式结构,比较适合没有通信线路的地方,而且可以快速地建成网络。
使用中继站可以增大传输的距离。
4、局域网的组成
局域网由网络服务器、工作站、网卡、传输介质、通信设备、网络设备、网络软件等组成。
6.2.2局域网组网实例
组网要求(需求):
使用一台以太网交换机和两台计算机组建一个简单网络,要求一台计算机作为服务器实现WWW、FTP服务,另外一台计算机作为客户机,服务器和网络连接部署好后通过客户机测试网络和服务器的设置情况。
网络拓扑图如下:
图6-6简单网络拓扑图
分析:
所需设备及耗材:
交换机、双绞线、水晶头、压线钳、测线仪、带网卡的计算机两台、操作系统光盘。
实施:
1、安装(放置)好以太网交换机和两天计算机。
2、根据两台计算机和交换机的距离截取两条双绞线,并接好水晶头、使用测线仪进行测试。
EIA/TIA的布线标准中规定了两种双绞线的线序T568A与T568B,568A标准规定的线序为:
绿白—1,绿—2,橙白—3,蓝—4,蓝白—5,橙—6,棕白—7,棕—8
568B标准的线序为:
橙白—1,橙—2,绿白—3,蓝—4,蓝白—5,绿—6,棕白—7,棕—8
双绞线的顺序与RJ45头的引脚序号要一一对应,为了保持最佳的兼容性,普遍采用EIA/TIA568B标准来制作网线。
使用网线钳的剥皮功能剥掉网线的外皮,会看到彩色与白色互相缠绕的八根金属线。
橙、绿、蓝、棕四个色系,与他们相互缠绕的分别是白橙、白绿、白蓝、白棕,有的稍微有点橙色,有的只是白色,如果是纯色,千万要注意,不要将四个白色搞混了。
我们分别将他们的缠绕去掉,注意摆放的顺序是:
橙绿蓝棕,白在前,蓝绿互换。
也就是说最终的结果是:
白橙、橙、白绿、蓝、白蓝、绿、白棕、棕。
摆好位置之后将网线摆平捋直,使用切线刀将其切齐,切线刀通常的网线钳都有,一定要确保切的整齐,然后平放入水晶头,使劲儿往前顶,当从水晶头的前放都看到线整齐的排列之后,使用网线钳子的水晶头压制模块将其挤压。
3、安装两台计算机的操作系统,为方便操作,两台计算机均安装WINDOWSXP操作系统,实际使用时服务器端使用网络版的操作系统,如windowsserver2003等。
.其中一台安装操作系统即可,另外一条安装好操作系统后还要安装IIS服务,并配置WWW和FTP服务。
4、设置两台计算机的IP,服务器:
192.168.1.1、客户机:
192.168.1.2,子网掩码均为255.255.255.0,其他信息不设置。
5、使用制作好的两条双绞线分别将两台计算机和交换机进行连接。
6、测试。
在客户机上打开浏览器,地址栏分别输入:
http:
//192.168.1.1和ftp:
//192.168.1.1进行测试。
6.3Internet基本知识
6.3.1Internet概述
1.因特网的起源
因特网最终起源于阿帕网(ARPANET),阿帕网是20世纪60年代末至70年代初,由美国国防部资助承建的一个网络。
目的是通过整个网络把美国的几个军事及研究用计算机主机连接起来,形成一个新的军事指挥系统。
1969年12月,在美国国防部的主持下,美国四所大学加入ARPANET,使该网络连接加利福尼亚大学洛杉矶分校、斯坦福研究所、加利福尼亚大学圣巴巴拉分校、犹他大学四个不同的计算机系统,这就形成了因特网的雏形。
2.因特网的成型
1973年TCP协议草案出台,TCP实现了两个重要的功能:
流控制和错误检测。
1978年,在重新开发TCP版本时,提出了IP协议。
符合IP协议的数据报中需要包含的地址,路由器可以根据整个地址将数据独立发送。
1990年,阿帕网退役,国家科学基金网(NSFNET)正式成为美国的Internet主干网。
1991年,NSFNET主干网升级到44.73Mbps,为因特网在20世纪90年代的发展作好了准备。
3.因特网的发展
20世纪90年代美国政府提出“国家信息基础结构”(NationalInformationInfrastructure)计划,即NII,对于因特网在美国的发展有极大的推动作用,也推动了因特网在世界的快速发展。
1991年,解除了对Internet进行商业应用的限制,成立了CommercialInternetExchangeAssociation,推动Internet的商业应用。
技术上,WWW技术的出现使Internet的应用更加方便,更加容易。
1997年,美国Internet网络主干速度达到622Mbps。
因特网就是由世界各国、各个不同领域、不同背景、不同用途的成千上万个专用网络相互联接而成,所以说因特网是一个网际网。
加入互联网的计算机网络各自拥有自己独立的操作系统,在网络上的地位是平等的,不存在哪个网络管辖其它网络的关系。
6.3.2Internet接入
Internet是通过网络运营商(或者叫Internet服务提供商,简称ISP,是InternetServiceProvider的缩写)接入的,目前ISP主要有:
中国电信、中国移动、中国教育科研网等;
对于个人用户,Internet接入主要是通过宽带接入、或者单位局域网接入(单位已通过运营商接入Internet)。
1、ADSL宽带接入
ADSL(AsymmetricDigitalSubscriberLine,非对称数字用户环路)是一种新的数据传输方式。
它因为上行和下行带宽不对称,因此称为非对称数字用户线环路。
它采用频分复用技术把普通的电话线分成了电话、上行和下行三个相对独立的信道,从而避免了相互之间的干扰。
即使边打电话边上网,也不会发生上网速率和通话质量下降的情况。
通常ADSL在不影响正常电话通信的情况下可以提供最高3.5Mbps的上行速度和最高24Mbps的下行速度。
ADSL(As
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