第四章 计算机网络与因特网
4.1 计算机网络基础
4.1.1 计算机网络的组成与分类
一、什么是计算机网络？
⏹ 利用通信设备和网络软件，把位置分散的多台计算机连接起来的一个系统
⏹ 性质：
⏹ 它是一种通信系统（与电话、电视系统不同，它是一种数据通信系统）
⏹ 它是计算机系统的延伸与扩展（“网络就是计算机”——SUN公司）
⏹ 需要使用多种复杂的技术
二、计算机网络的组成
1. 计算机等“智能” 设备
2. 数据传输介质：如双绞线、光缆、无线电波等，用于传输数据
3. 通信控制设备：如网卡、集线器、交换器、调制解调器、路由器等，确保通信正确、可靠、有效地进行
4. 通信协议——共同遵循的一组的规则和约定
⏹ 通信如何开始、如何结束？数据如何表示？命令如何表示？通信对象如何区分？其身份如何鉴别？发生错误如何处理？等等。例如： TCP/IP, HTTP, FTP，POP3等
5. 网络操作系统：实现通信协议、管理网络资源等
6. 网络应用软件：实现各种网络应用，如浏览器、程序、QQ、搜索引擎等
三、计算机组网的目的
（1）数据通信
⏹ 使计算机之间可以相互传送数据，方便地交换信息
（2）资源共享
⏹ 用户可以共享网络中其他计算机的软件、硬件和数据资源
（3）实现分布式信息处理
⏹ 大型问题可以借助于分散在网络中的多台计算机协同完成
⏹ 分散在各地各部门的用户通过网络合作完成一项共同的任务
（4）提高计算机系统的可靠性和可用性
⏹ 计算机出现故障时，网络中的计算机可以互为后备
⏹ 计算机负荷过重时，可将部分任务分配给空闲的计算机
四、计算机网络的分类
⏹ 按使用的传输介质可分为：
⏹ 有线网 ■ 无线网
⏹ 按网络的使用性质可分为：
⏹ 公用网 ■ 专用网 ■ 虚拟专网(VPN)
⏹ 按网络的使用对象可以分为：
⏹ 企业网 ■ 政府网 ■ 金融网 ■ 校园网 ■ ···
⏹ 按网络所覆盖的地域范围可以分为：
⏹ 局域网(LAN)：使用专用通信线路把较小地域范围（一幢楼房、一个楼、一个单位或一个小区）中的计算机连接而成的网络
⏹ 广域网(WAN) ：把相距遥远的许多局域网和计算机用户互相连接在一起的网络。广
域网有时也称为远程网
⏹ 城域网或市域网(MAN) ：作用范围在广域网和局域网之间，其作用距离约为5km～50 km，例如一个城市范围的计算机网络
⏹ 几种网络之间的相互关系
4.1.2 计算机网络的工作模式与网络服务
一、计算机网络的2种工作模式
⏹ 资源：硬件、软件、数据都是计算机的资源
⏹ 网络中的计算机可以扮演2种不同的角：
⏹ 客户机：需要使用其它计算机资源的计算机
⏹ 服务器：提供资源（如数据文件、磁盘空间、打印机、处理器等）给其它计算机使用的计算机
⏹ 每一台联网的计算机，其“身份”或者是客户机，或者是服务器，或者两种身份兼而有之
⏹ 计算机网络有两种基本的工作模式：
⏹ 对等（peer-to-peer，简称P2P）模式
⏹ 客户/服务器（Client/Server，简称C/S）模式
1、对等工作模式（P2P）
⏹ 网络中每台计算机既可以作为客户机也可以作为服务器
⏹ 例：Windows操作系统中的“网上邻居”
⏹ 特点：
⏹ 可共享的资源主要是文件和打印机，由资源所在计算机自己管理，使用比较简单
⏹ 不需要专门的硬件服务器，也不需要网络管理员
⏹ 保证可靠性、安全性是关键
2、互联网应用中的P2P工作模式迭怎么读
⏹ P2P是通过网络中计算机与计算机之间直接交换来共享计算机资源的一种应用模式
⏹ 以前P2P模式以局域网使用居多，近些年它已在因特网上广泛使用，例如：
⏹ 文件共享：BitTorrent(BT下载)，eMule(电驴)，迅雷
⏹ 即时通信：QQ、MSN Messenger
⏹ 流媒体服务： Skype（网络IP电话）
⏹ 对等协同计算
⏹ P2P业务已占互联网业务流量的60%以上
举例：BT下载的工作原理
3、客户/服务器工作模式（C/S）
⏹ 特点：网络中的计算机有专门分工，有的是客户机，有的是服务器
服务器用于提供资源，为客户机服务 客户机提出服务请求，使用服务器所提供的资源
⏹ 服务器大多是一些专门设计的性能较高的计算机，并发处理能力强，存储容量大，网络数据传输速率高
⏹ 服务器按用途分为：Web服务器、打印服务器、邮件服务器、文件服务器、数据库服务器等
⏹ 网络管理员(超级用户) 的职责：
⏹ 为用户建立账号(开户)、分配资源使用权限、撤销账号(销户)、维护网络正常工作和保证信息安全
Client/Server的工作过程
⏹ 客户机用户必须预先在服务器上注册，由网络管理员为该用户分配访问网络资源的权限。每个注册用户都有自己的账号和口令，并获得使用某些服务的授权
⏹ 需要获得服务时，用户应先登录(login，输入用户名和口令)，登录成功后才能访问服务器上的资源
⏹ 客户机向服务器提出请求(例如访问某个文件)，服务器响应请求， 到该文件，然后将文件传送给客户机
4、网络服务之1：文件服务
⏹ 文件服务(又叫做“共享存储服务”)
电脑反应慢怎么解决⏹ 用户可以使用服务器中可共享的数据文件，使用方法如同使用本地磁盘一样
⏹ 必须在获得服务器授权的情况下进行
( 如果是共享服务器中的程序，则一般是将该程序下载到客户机中然后再在客户机中运行，需购买软件的多用户版本和软件许可证)
5、网络服务之2：打印服务
⏹ 打印服务：共享打印机
⏹ 打印管理程序的一般原则是先来先服务(排队处理)
⏹ 可以更改打印任务的顺序，也可取消某个正在排队的打印任务
6、网络服务之3：消息传递服务
⏹ 消息传递服务：实现用户间的相互通信，如、QQ、短信息、IP电话、视频会议等。
例：QQ的工作过程
7、网络服务之4：应用服务
⏹ 应用服务(application service)：
⏹ 为网络用户执行信息处理任务的一种服务
⏹ 例：银行ATM自动柜员机的工作过程:
⏹ 苹果账号注册ATM机是金融计算机网络上的客户机，它是一台嵌入式计算机，供存款、取款、查询等使用
⏹ 服务器在银行的计算中心，它是一台大(巨)型计算机，具有一个非常庞大的账目数据库
⏹ 取款操作时的工作过程：
⏹ ATM将用户身份信息送到服务器
⏹ 服务器检查是否为合法用户，给出提示
⏹ 用户输入取款数
⏹ 服务器检查是否在允许范围，若可，记帐，发命令给ATM输出现款
二、Client/Server的管理—— 网络操作系统
1、 网络操作系统(Network operating system, NOS)是指运行在服务器上的操作系统，有时也称之为“服务器操作系统”
2、 网络操作系统的责任是：
⏹ 支持大量客户机同时发出服务请求并快速作出响应
⏹ 管理并协调资源的分配与共享
⏹ 管理、监测与记录客户机的操作
(记录用户每一次登录和退出的时间，以及每一次使用服务器资源的情况)
⏹ 数据保护和错误处理 等
3、当前使用的主流网络操作系统
⏹ 主流网络操作系统：
⏹ UNIX系统， 稳定性和安全性好，可用于大型网络
⏹ 微软公司的Windows系统服务器版
（如Windows NT Server、Windows 2000 Server，Windows Server 2003 R2等，一般用于中低档服务器）
⏹ Linux， 源代码开放，可免费得到许多应用软件
4.2 计算机局域网
4.2.1 局域网的特点与组成
一、计算机局域网(LAN)的特点
⏹ 为一个单位所拥有，地理范围有限
⏹ 使用专门铺设的传输介质进行连网
⏹ 数据传输速率高(10Mbps～10Gbps)、延迟时间短
⏹ 可靠性高、误码率低(10-8～10-11)
广域网
广域网
二、局域网的组成
三、局域网的拓扑结构
四、局域网的数据传输方法
1、 网络上的每个节点（如工作站、服务器、打印机等），都是数据传输的“源”或者“目的地”
2、 介质访问地址(MAC地址)：为了相互区别，局域网中的每个节点都有一个惟一的地址，称为MAC地址
3、 数据传输方法：
⏹ 采用时分多路复用技术，多个节点共享传输介质
⏹ 医师中级职称考试不允许任何节点连续长时间传输数据，所以必须预先把要传输的数据分成小块（称为“刘邦的老婆叫什么帧”，frame），每个节点每次只传输一个帧，确保任何节点都有传输数据的机会
4、局域网数据帧的格式
不同类型的局域网，数据帧的格式各不相同：
• MAC地址的长度不同
• 有效载荷的最大长度限制不同
• 使用的校验方法不同
• 其它组成部分
五、什么是网卡（网络接口卡）？
⏹ 网卡就是计算机的网络通信控制器
⏹ 主要功能：实现节点之间的数据通信
⏹ 网络中每个节点(工作站或服务器)都必须安装网卡，不同类型的网络，需安装使用不同类型的网卡
⏹ 由于芯片组集成度的提高，现在网卡的功能大多已集成在芯片组中，即所谓的“集成网卡”
六、网卡的具体功能
1 在计算机与网络之间建立一个通信链路(link)，通过传输介质发送信息和接收信息
2 将数据分成帧(frame)、以帧为单位发送和接收信息
3 将计算机的输出转换为适合网络传输的信号(并－串转换、码型转换、电平转换···)
⏹ 每块网卡均由生产厂家分配一个全球惟一的MAC地址，该地址就是使用这块网卡的节点MAC地址
4.2.2 常用局域网介绍
近几年局域网技术的变化与发展方向是：
◆ 技术单一化（交换式以太网）
◆ 传输高速化（千兆网、万兆网）
◆ 主干采用树形结构
◆ 无线网开始普及
一、常用局域网之1：总线式以太网
⏹ 以集线器(hub)为中心，每个节点通过以太网卡和双绞线连接到集线器的一个端口，通过集线器与其他节点相互通信
二、常见局域网之2：交换式以太网
⏹ 以以太网交换机(Ethernet switch)为中心构成
⏹ 以太网交换机是一种高速电子交换器，连接在交换机上的所有节点均可同时相互通信
总线式以太网 | 交换式以太网 |
Hub向所有节点发送数据帧，由节点选择接收 | 交换机按MAC地址将数据帧直接发送给指定的节点 |
1次只允许1对节点进行数据帧的传输 | 允许多对节点同时进行数据帧的传输 |
实质上是总线式拓扑结构 | 星形拓扑结构 |
所有节点共享一定的带宽 | 每个节点各自独享一定的带宽 |
三、常见局域网之3：千(万)兆位以太网
壶口瀑布不同速率的以太网交换机可以按层次方式互相连接起来，构成¡°校¡ª院系¡ª室、组¡±的多层次的局域网
四、常见以太网的介绍
1、以太网使用的传输介质
⏹ 同轴电缆（早期使用）：速率为10Mbps 的以太网，价格高
⏹ 双绞线（5类线）：大量用于速率为10Mbps和100Mbps的以太网
⏹ 光纤：用于速率为千兆(1Gbps)和万兆(10Gbps)的以太网
2、以太网使用的网卡
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