计算机网络
计算机网络形成
- 1952 年出现的美国半自动化地面防空系统被普遍认为是计算机技术与通信技术的首次结合
- 20世纪60年代，美国航空公司与 IBM 公司合作投入使用联机订票系统
- 1969年 美国国防部高级计划研究署网络——阿帕网的建成，标志着现代计算机网络的正式诞生
发展
- 面向终端的计算机网络
- 面向通信子网的计算机网络
- 1964年8月: 保罗巴兰提出了分组交换的思想
- 1965年: 启动阿帕网计划
- 1969年: 阿帕网成功投入运行, 分组交换网络和Internet的鼻祖
- 体系结构标准化的计算机网络
- 互联高速移动泛在的计算机网络
定义和分类
定义: 计算机网络是具有独立功能的计算机或其他设备,用一定通信设备和介质互相连接起来,能够实现数据通信和资源共享的系统
基本功能
- 资源共享: 是计算机网络最基本的功能之一,主要包括软件硬件和数据信息资源的共享
- 数据通信: 用以实现主机与终端, 主机与主机之间的数据传送
分类
- 范围
- 局域网: 在较小范围内(几公里)将计算机,外设,和通信设备互联在一起的网络系统
- 城域网: 由多个局域网互联形成的较大区域的网络，介于城域网和广域网之间，传输速度较快，可靠性较好
- 广域网: 大范围的计算机网络，可跨越城市，地区，全国甚至全世界
- 个域网: 个人空间范围内 10m 将笔记本 智能手机，数码产品，蓝牙设备等设备连接在一起的网络
- 体域网: 人身体范围1-2m，将可穿戴设备如眼镜，耳环，手表以及传感器等设备连接在一起，进行数据通信和资源共享
- 服务
- 公用网 面向公众提供的计算机网络，如中国公众信息网
- 专用网 某一部分或系统的专用网络，如军用网络，警用网络
拓扑
以网络中的每一台计算机或路由器为点,以计算机或路由器之间的连接线路为线而构成的网络平面中的各个节点之间的相互关系
分类
- 星形拓扑
- 环形拓扑: 代表 令牌环网
- 总线型拓扑: 代表 以太网络
- 树形拓扑
- 网状拓扑: 广域网 城域网 互联网主干
协议 体系
通信双方必须遵守的 信息格式 和 信息交换规则 的集合
OSI 参考模型
- 物理层(低层协议) 集线器
- 数据链路层(低层协议) 交换机; 网卡,调制解调器 属于物理层也属于数据链路层
- 网络层(低层协议)
- 主要完成两大基本功能:
- 数据报文的分组打包和数据报文的路由选择
- 还完成 流量控制地址解析等功能
- 最重要的一层
- 路由器
- 主要完成两大基本功能:
- 传输层(低层协议)
- 会话层(高层协议)
- 表示层(高层协议)
- 应用层(高层协议)
TCP/IP
TCP/IP 是传输控制协议和网际网协议的简称,由上百个协议组成的协议簇
- 分层
- 网络接口层
- 网络层
- 传输层
- 应用层
- 兼容分层(没有表示层和会话层)
- 物理层
- 数据链路层
- 网络层
- 网际网协议 IP
- 网际网控制报文协议 ICMP Internet Control Message Protocol
- 地址解析协议 ARP
- 传输层
- 传输控制协议 TCP
- 用户数据报协议 UDP
- 应用层
- 万维网服务 WWW
- 简单邮件传送协议 SMTP
- 邮局协议 POP3
- 域名系统 DNS
- 文件传输协议 FTP
介质
| 介质 | 描述 | 分类 |
|---|---|---|
| 双绞线 | 由两根具有绝缘保护的铜导线相互绞合而成 | 非屏蔽双绞线(UTP)，屏蔽双绞线(STP)；5类电缆 (1) ，6类线缆 (2) |
| 同轴电缆 | 由中心导体，绝缘材料层，铝制网状织物构成的屏蔽层以及外部隔离材料保护套层组成 | 粗缆，细缆；系带，宽带 |
| 光纤 | 由玻璃或塑料制成的纤维，通过光的全反射原理实现信息传输 | 单模光纤，多模光纤 |
| 无线传输 | 介质包括 无线电波 红外线信号 微波以及卫星通信 |
双绞线
- 5类电缆: 四个非屏蔽线缆对,100-1000Mbit/s
- 6类电缆:四对屏蔽或非屏蔽双绞线,四对线缆之间放置绝缘十字架, 支持1000Mbit/s 及以上
同轴电缆
- 铝制网状织物: 由金属丝网构成的结构能够防止内部电线遭到电磁干扰
分类
- 按照粗细分类
- 细同轴电缆: 距离 185M
- 粗同轴电缆: 距离 500M
- 按照阻抗分类
- 基带
- 50 欧姆
- 数字信号
- 宽带
- 75 欧姆
- 模拟信号
- 基带
光纤
优点: 带宽极高,抗电磁干扰性能强,制作材料广泛 * 多模光纤 能够允许多个不同角度入射的光线在同一条光纤中传输的直径较大的光纤 * 50-200 um 成本低 发光二极管光源 损耗高 * 单模光纤 光纤的直径只有一个光波的波长，光纤只有平行入射才能在光纤中传输，不存在多个传播路径 * 8-10 um 工艺精密，成本高 损耗低 适合长距离，专用半导体激光光源
无线传输
- 无线电波
- 红外线信号
- (地面)微波: 使用 2-40GHz 频率传播电话,电报,图像等
- 卫星通信: 也是 微波通信, 36000km 高空, 覆盖全球约 1/3
连接设备
网卡
网卡又称网络适配卡,网络接口卡,是网络中的一种连接设备,用来将计算机与有线或无线介质相连接,实现网络中数据收发的功能
MAC 介质访问地址
该地址是用来在网络中区分计算机的一个标识, 也是网络上数据包最终能够到达目的地计算机所依赖的地址
| 网络 | 长度 |
|---|---|
| 以太网 | 48bit |
| FDDI(光纤分布式数据接口) | 16bit 或 48bit |
| AppleTalk | 24bit |
| #### 有线网卡 | |
| * ISA | |
| * EISA | |
| * PCI 主流网卡 | |
| * PCI-E 针对服务器 | |
| * PCMCIA 笔记本 | |
| * USB | |
| #### 无线网卡 | |
| * 802.11 1-2Mbit/s | |
| * 802.11a 54Mbit/s 5GHZ | |
| * 802.11b 11M | |
| * 802.11g 54M | |
| * 802.11n 108M | |
| * 802.11n+ 600M |
集线器
运行在物理层
- 一种特殊的多端口中继器
- 主要功能是对收到的信息进行再生,整形和放大,以扩大网络的传输距离
- 星形拓扑
- 集线器工作原理: 采用广播方式转发数据包,每个时刻只能一个节点传输数据,否则会出现数据信号冲突导致失败.
- 集线器所有端口 共享 网络带宽
交换机
运行在数据链路层
交换机是一种能够在通信系统中根据目标地址完成信息交换功能的设备,即从一个端口转发到另一个端口
路由器
工作在网络层
- 路由器用于连接多个逻辑上分开的网络, 基本功能是根据数据报的目标IP地址, 将数据报从一个网络转发到另一个网络
- 功能: 判断网络地址和选择IP路径
- ADSL 非对称数字用户环路
- 家用宽带路由器
- 本质上是一种提供了代理上网功能的交换机
- NAT 网络地址转换技术: 一种将内网IP转化为合法IP的技术
网络服务
WWW 万维网服务
URL
URL是Internet上唯一确定信息资源位置的定位符 用于描述 Internet 上信息资源的位置
- 解析: 协议://主机名/资源文件名
http://www.upc.edu.cn/new_sec/xxjj.html
http: 标识www服务使用的传输协议www.upc.edu.cn: 是xxx的 www服务器的域名/new\_sec/xxjj.html: 标识该信息资源xxjj.html存放在该服务器的/new\_sec文件夹下
电子邮件
Username@hostname
- SMTP: 用于在Internet上发送 邮件
- POP3: 用于将个人计算机连接到Internet的邮件服务器和下载电子邮件的一种服务
- IMAP4: 邮件接收协议
- IMAP4 保留邮件在服务器上,检查邮件只将邮件头下载到计算机, 支持在线接收邮件
- POP3 需要完整将电子有限所有的内容下载到客户端计算机上，需要使用抓门的邮件客户端软件
FTP
FTP是Internet上应用广泛的协议, 是由支持Internet文件传输的各种规则所组成的集合, 这些规则使得intenet用户能够把一个文件从一个主机复制到另一个主机上, 从而实现两台计算机之间的文件传输
- 按照 客户端/服务端 模式工作
- 匿名FTP
- 为了能够项公众提供文件下载服务, FTP提供了一个默认的 公开的用户名和密码供公众下载使用 称之为匿名FTP
- 用户名 anonymous
- 密码 anonymous
域名系统
- 用于将便于人们记忆和使用的主机名称转换为所对应的IP地址
- 顶级域名
- 国家顶级域名:
cn,uk - 通用顶级域名:
com,... - 反向域名:
arpa
- 国家顶级域名:
- 格式
- 主机名.本地名.通用顶级域名
- 主机名.本地名.二级域名.国家顶级域名
- news.sohu.com
- 标识了国际通用顶级域名
com下sohu企业中的一个名叫news的服务器
- 标识了国际通用顶级域名
- www.upc.edu.cn
- 表示了国家顶级域名
cn下教育机构edu中upc学校的一个名称为www的服务器
- 表示了国家顶级域名