第三節計算機網絡一、計算機網絡的概念與分類

二、局域網技術

三、網際互聯-INTERNET技術

四、Intranet&Extranet

（一）基本概念計算機網絡

用通信介質，根據網絡協議，把分布在不同地理位置且功能獨立的計算機和其它網絡設備連接起來，實現信息互通和資源共享的系統。

網絡介質

數據傳輸的物理通道。有同軸電纜、雙絞線、光纖、微波、衛星信道等。

協議

網絡設備間進行通信的一組約定。如TCP/IP，IEEE802.3,802.4,FDDI,ATM等。網絡協議具體規定了設備間通信的電氣性能、數據組織方式等。

節點

網絡中某分支的端點或網絡中若干條分支的公共匯交點。

鏈路

是指兩個相鄰節點之間的通信線路。一、基本概念與分類計算機網絡的三要素具有獨立功能的計算機通信線路網絡協議（protocol）：進行互相通信時雙方所共同遵守的條例。協議具有以下三要素：（1）語法：包括數據結構、編碼及控制信息格式（2）語義：為了協調通信雙方的動作和進行錯誤校驗，雙方必須給出信息，表示“提出請求”，“作出響應”和完成規定動作（3）定時：通信雙方還必須規定一些時間關系，如速度如何匹配，事件的超時與執行的順序等。計算機網絡的認識信息傳輸觀以計算機之間傳輸信息為目的而連接起來，實現遠程信息處理或進一步達到資源共享的系統。資源共享觀以能夠相互共享資源（硬件、軟件和數據）的方式連接起來且各自具備獨立功能的計算機系統之集合體。用戶的角度由網絡操作系統自動管理用戶任務所需的資源，而使整個網絡就像一個對用戶是透明的計算機大系統。計算機網絡的產生和演變計算機網絡的產生始于60年代，發展的動力：資源共享的需求大型項目的合作人與人之間的溝通軍事目的其發展可分為三個階段：以主機為中心的聯機終端系統以通信子網為中心的主機互連具有層次化體系結構的標準化網絡網絡拓撲結構是指網絡的鏈路和節點在地理上所形成的幾何構形。計算機網絡從功能上可分為兩部分，資源子網和通信子網。

計算機網絡中實現網絡通信功能的設備及其軟件的集合稱為網絡的通信子網，而把網絡中實現資源共享功能的設備及其軟件的集合稱為資源子網。就局域網而言，通信子網由網卡、線纜、集線器、中繼器、網橋、路由器、交換機等設備和相關軟件組成。資源子網由連網的服務器、工作站、共享的打印機和其它設備及相關軟件所組成。（二）計算機網絡的拓撲結構主機主機主機主機主機主機通信子網通信鏈路通信設備通信子網資源子網計算機網絡的拓撲結構根據通信信道的類型，計算機網絡可以分成：點——點信道結構：環型、星型、樹型共享信道結構：總線型，衛星、無線、樹型、環型公共信道結構：通過第三方提供的遠程通信網絡1.總線型網絡(1)總線型拓撲結構是常用的局域網拓撲構。在這種拓撲結構中采用一條主干電纜，所有的節點通過其它的傳輸介質連接在該主干電纜上，主干電纜上安裝有吸收信號反射的終結器，如圖所示。(2)在總線拓撲結構中，網絡中的每一個節點發送的數據都通過廣播的方式在主干電纜上傳輸，其他的節點都可以收到該數據并根據該數據的發送地址判斷是否是發送給自己的。(3)網絡中的節點在發送數據時要監聽在主干電纜中是否有數據在傳送，或者其他節點是否也在發送數據。

總線型網絡(3)總線型拓撲結構的特點網絡中只有一根主干電纜，電纜布線容易并減少安裝費用。擴充方便。總線型拓撲結構網絡發生故障時不易檢測和隔離，故障檢測時需要檢測各個節點。如果主干電纜發生故障，則將影響到所連接的所有的節點。

2.環型網絡

(1)環型網中各結點通過環路接口連在一條首尾相連的閉合環形通信線路中，環路上任何結點均可以請求發送信息。請求一旦被批準，便可以向環路發送信息。環型網中的數據按照設計主要是單向，但也可是雙向傳輸。(2)由于環線公用，一個結點發出的信息必須穿越環中所有的環路接。信息流中目的地址與環上某結點地址相符時，信息回到發送該信息的環路接口結點才終止，如圖所示：(3)環型拓撲結構的特點

環型拓撲結構的數據傳輸比較可靠。環型拓撲結構所需電纜少于星型拓撲結構，與總線型拓撲結構類似。傳輸電纜適合采用光纖電纜，可以獲得較高的傳輸速率以及較強的電磁抗干擾性。網絡發生故障時較難診斷，需要逐個檢測節點。環型拓撲結構由于具有封閉性，網絡結構不易重新配置，加入新的節點時需要改變原來的結構，可擴展性較差。3.星型網絡星型拓撲是以中央結點為中心與各結點連接組成的，各結點與中央結點通過點到點的方式連接。中央結點（又稱中心轉接站）執行集中式通信控制策略.4.公共信道通過第三方提供的遠程通信網絡（三）計算機網絡的分類根據網絡的拓撲結構分類，計算機網絡可分為星狀網、樹狀網、總線網、環狀網、網狀網等。根據網絡的使用范圍分類，可以分為公用網和專用網。

根據數據的組織方式分類，可以分為分布式網絡、集中式網絡和分布集中式網絡。根據網絡的分布范圍，可分為

局域網、廣域網，城域網或市域網。（三）計算機網絡的分類

局域網(LAN)傳輸距離0.1～10km，傳送速率在1Mbps～10Mbps。城域網（MAN）在城市區域內網絡，是80年代在LAN上發展的，傳輸媒介主要采用光纜，傳輸速率在l00兆比特/秒以上廣域網(WAN)相距較遠的局域網經由公共電信網絡互聯而成，數據傳輸速率一般在1.2kbps~1.554Mbps，傳輸距離可遍及全球。二、網際互聯與協議國際標準化組織ISO經過多年努力于1978年提出了“開放系統互連聯參考模型”OSI/RM，從此開始了有組織有計劃地制定一系列網絡國際標準。相應的中國國標是GB9387OSI參考模型采用的是層次結構，分為7層。數據通信的交換結點只有最低3層，稱為中繼開放系統。（一）開放系統互聯參考模型應用層運輸層網絡層表示層會話層數據鏈路層物理層OSI的體系結構網絡通信與互聯生活中兩人通信的模型（一）開放系統互聯參考模型ISO的OSI模型開放系統互連參考模型：物理層、數據鏈路層、網絡層、傳輸層、會話層、表示層、應用層物理層：通過用于通信的物理介質傳送和接收原始的位流。（比特bit）定義纜線如何接到網卡上，如定義接頭有多少針，每個管腳的功能等。該層設備：電纜、連接器、中繼器，HUB、收發器數據鏈路層：將位流以幀為單位分割打包，向網絡層提供正確無誤的信息包的發送和接收服務（幀）。建立和拆除鏈路連接，實現無差錯的傳輸及速率適配，若半雙工時，規定誰先發，誰后發及倒換的方法。負責從網絡層向物理層發送數據幀，從物理層接收比特流打包為幀。設備：網橋、二層交換機ISO的OSI模型網絡層：負責提供連接和路由選擇，包括處理輸出報文分組的地址，解碼輸入報文組的地址以及維持路由選擇的信息，以便對負載變化做出適當的響應。數據單位是包。功能有數據交換、路由選擇、通信流量控制。設備：路由器、交換機等傳輸層：提供端到端或計算機與計算機之間的通信，從對話層接收數據，將它們處理之后傳送到網絡層，并保證在另一端能正確地接收所有的數據塊。數據單位為報文。對話層：負責建立、管理、拆除進層之間的連接，“進層”是指如郵件、文件傳輸、數據庫查詢等一次獨立的程序執行。ISO的OSI模型表示層：負責處理不同的數據表示上的差異及其相互轉換，如ASCII碼與EBCDIC碼之間的轉換，不同格式文件的轉換，不兼容終端的數據格式之間的轉換。使得處理后的數據結構與機器無關應用層：直接和用戶進行交換。典型設備：網關

OSI被認為是一種理想的工業標準，TCP/IP（transmissioncontrolprotocol/internetprotocol）是事實上的標準。TCP是傳輸層控制協議，IP提供網絡層服務網絡通信與互聯互動：如果在網絡的某一個節點A上用WORD格式寫一個文檔并傳送到另一個節點B上，應當怎樣傳遞過去？請用ISO的OSI/RM模型描述過程。類比:網絡OSI層與MIS層層號名稱

說明

1

用戶層

用戶操作

2

業務層

MIS業務模型（用戶）

3功能層

MIS功能模型（程序員）

4數據層

MIS數據模型（系統分析員）

5工具層

MIS開發工具

（系統分析員）

6OS層

網絡操作系統（購買）

7物理層

網絡與通信硬件（購買）

信息系統的七層結構

（二）TCP/IP網絡體系結構從20世紀80年代末期以來，因特網(Internet)飛速發展，已成為世界上最大的國際性計算機互聯網。因特網所使用的TCP/IP體系在計算機網絡領域占有十分重要地位。傳輸控制協議(TCP)和網際協議(IP)是因特網所使用的各種協議中最重要的兩個協議。人們將TCP/IP及其相關協議稱為TCP/IP體系結構，簡稱TCP/IP。（二）TCP/IP網絡體系結構TCP/IP體系結構共有網絡接口、網際層、傳輸層和應用層4個

應用層運輸層網絡層表示層會話層數據鏈路層物理層OSI的體系結構TCP/IP的體系結構網絡接口層網際層IP

(各種應用層協議如TELNET,FTP,SMTP等)運輸層(TCP或UDP)應用層各層主要功能：網絡接口層。該層的作用是接收IP數據報，并通過特定的網絡進行傳輸或從特定的網上接收物理幀，抽出IP數據報交網際IP層。網際層（IP層）。網際層的主要協議是無連接的網際協議IP。網際層主要負責主機之間的通信，處理網際層差錯與控制報文ICMP，處理路徑、流控、擁塞等問題。（二）TCP/IP網絡體系結構運輸層。運輸層有TCP和UDP兩個協議，它們都是建立在IP協議的基礎上。其主要功能為格式化信息流、提供端到端可靠傳輸、解決不同應用程序的識別等問題。

應用層。對應于OSI的會話層、表示層和應用層，向用戶提供一組常用的應用協議，如遠程登錄協議（Telnet）、文件傳輸協議（FTP）、簡單郵件傳輸協議（SMTP）、超文本傳輸協議（HTTP）等。

（二）TCP/IP網絡體系結構網卡接口BNC同軸電纜連接器RJ-45連接器網卡（二）網絡互聯設備舉例網卡ISAPCI主板集成網卡接口RJ-45連接器DB-15連接器BNC同軸電纜連接器網卡糟網絡硬件-傳輸介質雙絞線同軸電纜光纖衛星通信微波計算機網絡系統的組成雙絞線雙絞線

雙絞線的外觀

在目前的局域網布線中，雙絞線是應用最為廣泛的傳輸介質。不管是家庭、辦公室、學生宿舍等小型網絡，還是校園網、企業網，都離不開雙絞線。屏蔽雙絞線（STP）非屏蔽雙絞線（UTP）圖:雙絞線同軸電纜圖：同軸電纜光纖圖：光纜網卡

中繼器集線器集線器交換機

DBT-C110網橋hdp379V.35網關伊泰克TD-6048TDMoIP網關路由器三、典型的網絡通信技術（一）網絡體系結構主機—中心文件服務器/工作站客戶機/服務器游覽器/服務器分布式處理

1、主從結構又稱主機—終端結構，它有一臺大型主機，可以同時在本地或遠程掛接多個終端，主機對各終端用戶傳來的數據進行分時處理，終端只是一種數據輸入輸出（I/O）設備，沒有處理能力，負責信息傳送和回顯。程序運行、文件存取主機終端終端終端無存儲器、非信息處理產生主機瓶頸問題2、文件服務器/工作站結構(F/S結構)多個工作站（單機）與一臺服務器互相連接起來。數據庫管理系統安裝在文件服務器上，而數據處理和應用程序分布在工作站上，文件服務器僅提供對數據的共享訪問和文件管理,沒有協同處理能力。文件服務器的處理方式會增加網絡線路的傳輸負荷，降低傳輸的效率和響應時間，很容易造成網絡阻塞。文件服務器工作站工作站工作站網絡打印機DBMS數據處理、應用程序產生傳輸瓶頸問題3、客戶機/服務器（C/S）結構

網絡上的計算機分成客戶機與服務器兩類，其中服務器可能包括文件服務器、數據庫服務器等，網絡系統結點上的其他計算機系統稱為客戶機。這種結構不同于傳統F/S，區別在于對數據的處理分前臺和后臺，客戶機運行應用程序，完成屏幕交互和輸入、輸出等前臺任務，而服務器則運行DBMS，完成大量的數據處理及存儲管理等后臺任務。服務器客戶機客戶機客戶機DBMS、數據處理應用程序解決傳輸瓶頸問題文件服務器與客戶機服務器結構比較4、瀏覽器/服務器（B/S）結構

是C／S結構的延伸。N/S中WebServer既是瀏覽服務器，又是應用服務器，可以運行大量的應用程序，從而使客戶端變得很簡單。只需安裝瀏覽器（如IE）?？蛻舳死脼g覽器通過Web服務器去訪問數據庫以獲取必需的信息，數據庫數據庫服務器WebSERVER應用服務器CLIENT（二）網絡操作系統管理網絡資源的軟件（NOS）常用的有Windows系統（NTServer、Windows2000Server、WindowsServer2003、2007Server）UNIX系統、Linux系統、Netware系統等（三）網絡節點訪問控制方式1、（CSMA/CD）載波監聽多路訪問/沖突檢測

（1）載波監聽總線，即先聽后發

使用CSMA/CD方式時，總線上各結點都在監聽總線，檢測總線上有無別人發送數據。如總線空閑，則立即發送數據。如果監聽到總線忙，有數據正在傳送，這時結點要持續等待直到總線空閑時才將數據發送，或等待一個隨機時間，再重新監聽總線，直到總線空閑。這也稱作先聽后發。（2）總線沖突檢測，即邊發邊聽

當兩個或兩個以上結點同時監聽到總線空閑，開始發送數據時，就會發會碰撞，產生沖突。另外，傳輸延遲可能會使第一個結點發送的數據未到達目的結點，另一個要發送數據的結點就已監聽到總線空閑，并開始發送數據，這也會導致沖突的產生。發生沖突時，兩個傳輸的數據都會被破壞，產生碎片，使數據無法到達正確的目的結點。為確保數據的正確傳輸，每一結點在發送數據時要邊發送邊檢測沖突。這也稱作邊發邊聽（LWT，ListenWhileTalk）。當檢測到總線上發生沖突時，就立即取消傳輸數據，隨后發送一個短的干擾信號JAM（阻塞信號），以加強沖突信號，保證網絡上所有結點都知道總線上已經發生了。在阻塞信號發送后，等待一個隨機時間，然后再將要發送的數據發送一次。如果還有沖突發生，則重復監聽、等待和重傳的操作。CSMA/CD流程圖2、（Token-ring)令牌環訪問控制令牌是一種特殊的幀，用于控制網絡結點的發送權，輪換地分給各結點，只有持有令牌的結點才能發送數據。環路上某一時刻只有一個結點發送數據，因此令牌環技術不存在爭用現象，它是一種典型的無爭用型介質訪問控制方式。令牌有“忙”和“閑”兩種狀態。當環正常工作時，令牌總是沿著物理環路，單向逐結點傳送傳送順序與結點在環路中的排列順序相同。Token-ring流程圖3、（TokenBus)令牌總線

CSMA/CD采用用戶訪問總線時間不確定的隨機競爭方式，有結構簡單、輕負載時時延小等特點，但當網絡通訊負荷增大時，由于沖突增多，網絡吞吐率下降、傳輸延時增加，性能明顯下降。令牌環在重負荷下利用率高，網絡性能對傳輸距離不敏感。但令牌環網控制復雜，并存在可靠性保證等問題。令牌總線綜合CSMA/CD與令牌環兩種介質訪問方式的優點的基礎上而形成的一種介質訪問控制方式。

令牌總線流程圖（四）典型的局域網以太網令牌環網快速以太網FDDIATM以太網以太網是按照IEEE802.3協議建立的局域網絡，采用CSMA/CD（載波偵聽多路訪問/沖突檢測）技術。CSMA/CD即當一個節點有報文發送且已準備就緒時，先檢測信道，如信道空閑，就在下一個時間片占用信道并發送報文，若信道忙，該節點就不能發送。這樣，所有站點在發送信息的同時，也能檢測沖突，一旦有沖突，就推遲發送。以太網一般只能作為小型網絡或工作組網絡的選型，不宜作為主干網。

令牌環網令牌環網即IEEE802.4協議，采用按需分配信道的原則，即按一定的順序在網絡節點間傳送稱為“令牌”的特定控制信息，得到令牌的節點若有信息要發送，則將令牌置為忙，表示信道被占用，隨即發送報文。報文發送完畢后將令牌置為空，傳給下一站點。這種方法在較高通信量的情況下仍能保證一定的傳輸效率。

快速以太網快速以太網保留了以太網的CSMA/CD技術，是以太網的發展，但速度可達100Mbps,近年來又有千兆位以太網面世。快速以太網在一定程度上緩解了網絡瓶頸現象，在小型網絡應用中有較高效率，但傳輸距離有限，不適合作為大型網絡的主干網。

FDDI(光纖分布式數據接口)FDDI采用光纖作為傳輸介質，以令牌環方式仲裁站點對介質的訪問。FDDI傳輸速率可達100Mbps，采用雙環備份方式，傳輸距離遠，可靠性高，互操作能力強，適合于作為局域網絡主干網選型。

ATM(異步傳輸模式)ATM是一種以信元為單位在設備間傳輸信息的方式，傳輸速率為155Mbps，最高可達622Mbps，信元內可攜帶任何信息進行傳送。ATM采用面向連接的服務方式，支持不同速度的設備，具有較高的靈活性。缺點是價格昂貴，至今沒有統一的國際標準，在局域網應用中，正受到快速以太網的挑戰。

四、Intranet&Extranet

（一）InternetInternet是多個網絡互連組成的網絡（網絡的集合）。它們共同遵守TCP/IP協議（TransmissionControlProtocol/InternetProtocol)。凡是支持TCP/IP協議，遵守Internet的工作原理及運作機制（統一的IP地址分配、名字、域名體系等），且連入到Internet，便成為全球Internet的一個部分。

1、Internet的發展過程1969年，ARPAnet的建立(ARPA，美國國防部高級研究計劃局)。1980年，ARPAnet上實現了TCP/IP協議；美國國家科學基金會NSF(NationalScienceFoundation)在全國建立骨干網NSFnet；其它發達國家也相繼建立了本國的TCP/IP網絡，并連入美國Internet。1990年，WWW(WorldWideWeb環球網或萬維網，俗稱Web)技術的出現，Internet在技術上出現了質的飛躍，促進了Internet的飛速發展。TimBerners-Lee在CERN(CentreEuropeanpourlaRechercheNucleaire，歐洲粒子物理實驗室)提出WWW。Internet基本概念包交換技術又稱包分組交換技術把數據分解成數據報（Datagram）或者包（Packet），這些信息包被貼上帶有源文件和目的地址的標簽，這些包被不斷地從一個網絡運到另一個網絡，直到它到達指定的目的計算機。如果初始連接無效，則這些包能夠自動找到通向目的計算機的另一條通道。(數據交換技術：電路交換、報文交換，分組交換）A城市（信息源）B城市C城市D城市（目的地）E城市線路交換包交換telnet：遠程登錄ftp：文件傳輸（filetransferprotocol）bbs：電子公告板（bulletinboardsystem）email：電子郵件2、WWW技術的主要內容瀏覽器Browser統一的資源定位URL(UniformResourceLocation)超文本傳輸協議HTTP(HypertextTransportProtocol)超文本標識語言HTML(HypertextMarkupLanguage)通用網關接口CGI(CommonGatewayInterface)3、Internet上的常用服務器WWWServer或WebServer：提供超文本傳輸（HTTP）服務。FTPServer：提供文件的下載（Download）和上載（Upload）服務。BBSServer：提供電子公告板服務。MAILServer：提供電子郵件服務。DNSServer：提供域名（主機名→IP地址）服務。

4、我國Internet的發展1986年，使用電子郵件1994年，代表中國正式加入Internet的是中國國家計算和網絡設施NCFC（國內俗稱“中關村網”）。建立了代表中國域名CN的域名服務器，并于1994年5月正式向InterNIC的注冊服務中心注冊1995年，Internet在中國大陸開始成為熱點5、IP地址IP地址，唯一地標識Internet上的計算機，就像單位、家庭的地址。IP地址由各級網絡管理中心分配Internet的IP地址由4個字節（32位）組成，可以用4個十進制數字表達，每個數字可取值0～255，數字間用“.”隔開（如：85）IP地址分為A、B、C三類。A類地址0128162431A類網絡號主機號0A類地址（128個），第一個數字表示網絡地址，后三個數字表示網絡內部主機地址，網內最多可連2563（16777216）臺主機5、IP地址B類網絡號主機號100128162431B類地址B類地址（16384個），前二個數字表示網絡地址，后二個數字表示網絡內部主機地址，網內最多可連2562（65536）

臺主機5、IP地址網絡號主機號1C類010128162431C類地址C類地址（2097152個），前三個數字表示網絡地址，最后一個數字表示網絡內部主機地址，網內最多可連256

臺主機5、IP地址IPv4和IPv6IPv4TCP／IP協議規定，IPv4地址由32位比特位組成，只有大約43億個地址，估計在2005～2010年間將被分配完畢；一般由相對應的4個部分的十進制數字組成，每部分用“．”分隔，如IPv6采用128位地址長度，幾乎可以不受限制地提供地址。按保守方法估算IPv6實際可分配的地址，整個地球每平方米面積上可分配1000多個地址。置疑：到底IPv6能提供多少地址？6、域名DN為了使基于IP地址的計算機在通信時便于相互識別，Internet在1985年提出域名管理系統(DomainNameSystem)。在Internet上，域名用來標識一組或一臺計算機，它與一個或一組IP地址相對應域名需要向網絡管理中心申請，由各級網絡管理中心負責分配根據域名可以查詢到計算機的所屬機構主機名的結構(如：)

主機名.機構名.網絡名.最高域名域名實行分層管理的模式，DNS負責主機名到IP地址的轉換域名服務中心：InterNIC、CNNIC（國際）（中國）域名系統域名系統為用戶提供名字，并將這些名字解析為IP地址，然后網絡間可通過IP地址進行互訪。域名由若干代表不同層次概念的子域名和圓點組成，例如WWW.AHNU.EDU.CN是安徽師大主機服務器的域名。域名的定義工作由DNS（DomainNameSystem）域名服務器系統完成，它把形象化的域名翻譯成對應的數字型IP地址。IP地址與域名連接到Internet上的每臺計算機擁有的唯一的地址。IP格式nnn.nnn.nnn.nnn4段，取值0～255IP地址IP地址與域名為方便記憶而為計算機進行命名。5

域名與

主機名國家域領域機構域主機名域名IP地址1、什么是Intranet？

Intranet是利用Internet技術，應用于企業內部管理信息系統的一種網絡體系。（二）IntranetPublic/ExternalInternetUsersIntranetClientsServersERPLegacysystemsE-mailserversWebserversDatabasesFirewalls2、Intranet結構框圖3、Intranet的技術特點它既可以成為Internet的一部分，也可獨立自成體系基于TCP/IP充分利用現有的軟硬件資源，保護原有投資不局限于硬件平臺和操作系統只是改變目前企業網的應用方式和界面，并不改動現有的物理結構統一友好的用戶界面，培訓容易在企業內部通信方面有極度高的性能價格比由于采用B/S結構，系統維護僅在服務器端進行通過CGI技術實現WWW與數據庫的結合4、Intranet帶來的利益用戶可以方便地取得信息加強企業內部的溝通與合作。這種功能對機構分散的集團型企業和跨國公司特別重要提高效率，提高生產力加快信息流通的速度降低成本延長現有大