【计算机网络基础】

计算机网络

定义

计算机网络，是指将地理位置不同的具有独立功能的多台计算机及其外部设备，通过通信线路连接起来，在网络操作系统，网络管理软件及网络通信协议的管理和协调下，实现资源共享和信息传递的计算机系统。

定义包括如下特征：

1. 系统互连要通过通信设施来实现
2. 计算机网络是以个互连的计算机系统
3. 这些计算机系统是自治的，实在网络协议控制下协同工作的
4. 系统通过通信设施执行信息交换，资源共享，互操作和协作处理，实现各种应用要求

   

组成

计算机网络的分类与的一般的事物分类方法一样，可以按事物的所具有的不同性质特点即事物的属性分类。计算机网络通俗地讲就是由多台计算机（或其它计算机网络设备）通过传输介质和软件物理（或逻辑）连接在一起组成的。总的来说计算机网络的组成基本上包括：计算机、网络操作系统、传输介质（可以是有形的，也可以是无形的，如无线网络的传输介质就是空间）以及相应的应用软件四部分

   

分类

根据网络的覆盖范围与规模：局域网，城域网，广域网

按传输介质划分：有线网：指采用双绞线来连接的计算机网络。光纤网：采用光导纤维作为传输介质。无线网：采用一种电磁波作为载体来实现数据传输的网络类型。

按数据交换方式划分：电路交换网，报文交换网，分组交换网

按通信方式划分：广播式传输网络，点到点式传输网络

按服务方式划分：客户机－服务器网络，对等网

   

这里大概说下广域网，局域网，城域网

   

广域网

概念

广域网（WAN，Wide Area Network）也称远程网（long haul network ）。通常跨接很大的物理范围，所覆盖的范围从几十公里到几千公里，它能连接多个城市或国家，或横跨几个洲并能提供远距离通信，形成国际性的远程网络。覆盖的范围比局域网（LAN）和城域网（MAN）都广。

   

组成

广域网是由许多交换机组成的，交换机之间采用点到点线路连接，几乎所有的点到点通信方式都可以用来建立广域网，包括租用线路、光纤、微波、卫星信道。而广域网交换机实际上就是一台计算机，有处理器和输入/输出设备进行数据包的收发处理。

广域网WAN一般最多只包含OSI参考模型的底下三层，而且大部分广域网都采用存储转发方式进行数据交换，也就是说，广域网是基于报文交换或分组交换技术的（传统的公用电话交换网除外）。

   

实例

因特网（Internet）， World Wide Web又称万维网

   

特点

广域网不同于局域网，它的范围更广，超越一个城市、一个国家甚至达到全球互连，因此具有与局域网不同的特点：

• 覆盖范围广通信距离远，可达数千公里以及全球。
• 不同于局域网的一些固定结构，广域网没有固定的拓扑结构，通常使用高速光纤作为传输介质。
• 主要提供面向通信的服务，支持用户使用计算机进行远距离的信息交换。
• 局域网通常作为广域网的终端用户与广域网相连。
• 广域网的管理和维护相对局域网较为困难。

广域网一般由电信部门或公司负责组建、管理和维护，并向全社会提供面向通信的有偿服务、流量统计和计费问题。

   

局域网

概念

局域网（Local Area Network，LAN）是指在某一区域内由多台计算机互联成的计算机组。一般是方圆几千米以内。局域网可以实现文件管理、应用软件共享、打印机共享、工作组内的日程安排、电子邮件和传真通信服务等功能。局域网是封闭型的，可以由办公室内的两台计算机组成，也可以由一个公司内的上千台计算机组成。

   

组成

局域网由网络硬件（包括网络服务器、网络工作站、网络打印机、网卡、网络互联设备等）和网络传输介质，以及网络软件所组成。

   

特点

局域网一般为一个部门或单位所有，建网、维护以及扩展等较容易，系统灵活性高。其主要特点是：

• 覆盖的地理范围较小，只在一个相对独立的局部范围内联，如一座或集中的建筑群内。
• 使用专门铺设的传输介质进行联网，数据传输速率高（10Mb/s～10Gb/s）
• 通信延迟时间短，可靠性较高
• 局域网可以支持多种传输介质

   

   

城域网

概念

城域网的典型应用即为宽带城域网，就是在城市范围内，以IP和ATM电信技术为基础，以光纤作为传输媒介，集数据、语音、视频服务于一体的高带宽、多功能、多业务接入的的多媒体通信网络。

   

组成

城域网络分为3个层次：核心层、汇聚层和接入层：

1. 核心层主要提供高带宽的业务承载和传输，完成和已有网络(如ATM、FR、DDN、IP网络)的互联互通，其特征为宽带传输和高速调度。
2. 汇聚层的主要功能是给业务接入节点提供用户业务数据的汇聚和分发处理，同时要实现业务的服务等级分类。
3. 接入层利用多种接入技术，进行带宽和业务分配，实现用户的接入，接入节点设备完成多业务的复用和传输。

   

实例

网络电视，远程教育等

   

特点

1. 传输速率高
2. 投入少简单
3. 技术先进
4. 直连技术
5. 传送平台好

网络体系结构

定义

网络体系结构是指计算机网络的分层，各层协议和层间借口的集合，即网络及部件所应完成的功能的精确定义。

计算机网络系统按层的方式来组织，各层的名字和承担的任务都不相同，层与层之间通过接口传递信息和数据。

采用分层结构具有如下优点：

由于系统被分解为相对简单的若干层，因此易于实现和维护。

各层功能明确，相对独立，下层为上层提供服务，上层通过接口调用下层功能，而不必关心下层缩提供服务的具体实现细节，因此各层可以选择最合适的实现技术。

当某一层的功能需要更新和被替代时，只要它和上下层的接口服务关系不变，则相邻层都不会受影响，因此灵活性好，有利于技术进步和模型改进。

分层结构易于交流，理解和标准化。

OSI参考模型

系统网络体系结构(System Network Architecture，SNA)是第一个网络体系结构，于1974年IBM公司提出。国际标准化组织（ISO）在1981年提出了开放系统互连（Open System Interconnection，OSI）基本参考模型。

OSI参考模型将整个网络分为7个层次，也叫七层协议。从底层至上层(1-7层)分别是：物理层，数据链路层，网络层，传输层，会话层，表示层，应用层，

OSI参考模型的特性：

• 是一种异构系统互连的分层结构；
• 提供了控制互连系统交互规则的标准骨架；
• 定义一种抽象结构，而并非具体实现的描述；
• 不同系统中相同层的实体为同等层实体；
• 同等层实体之间通信由该层的协议管理；
• 相信层间的接口定义了原语操作和低层向上层提供的服务；
• 所提供的公共服务是面向连接的或无连接的数据服务；
• 直接的数据传送仅在最低层实现；
• 每层完成所定义的功能，修改本层的功能并不影响其他层。

七层协议的功能：

物理层：提供为建立、维护和拆除物理链路所需要的机械的、电气的、功能的和规程的特性；有关的物理链路上传输非结构的位流以及故障检测指示。

数据链路层：在网络层实体间提供数据发送和接收的功能和过程；提供数据链路的流控。

网络层：控制分组传送系统的操作、路由选择、拥护控制、网络互连等功能，它的作用是将具体的物理传送对高层透明。

传输层：提供建立、维护和拆除传送连接的功能；选择网络层提供最合适的服务；在系统之间提供可靠的透明的数据传送，提供端到端的错误恢复和流量控制。

会话层：提供两进程之间建立、维护和结束会话连接的功能；提供交互会话的管理功能，如三种数据流方向的控制，即一路交互、两路交替和两路同时会话模式。

表示层：代表应用进程协商数据表示；完成数据转换、格式化和文本压缩。

应用层：提供OSI用户服务，例如事务处理程序、文件传送协议和网络管理等

TCP/IP协议

Internet网络体系结构是以TCP/IP为核心的。TCP/IP是两个主要协议：传输控制协议TCP，网络互连协议IP。

TCP/IP是Transmission Control Protocol/Internet Protocol的简写，中译名为传输控制协议/因特网互联协议，又名网络通讯协议，是Internet最基本的协议、Internet国际互联网络的基础，由网络层的IP协议和传输层的TCP协议组成。TCP/IP 定义了电子设备如何连入因特网，以及数据如何在它们之间传输的标准。协议采用了4层的层级结构，每一层都呼叫它的下一层所提供的协议来完成自己的需求。通俗而言：TCP负责发现传输的问题，一有问题就发出信号，要求重新传输，直到所有数据安全正确地传输到目的地。而IP是给因特网的每一台联网设备规定一个地址。

TCP/IP协议模型与OSI模型比较如下：

网络接口层

物理层是定义物理介质的各种特性：

• 机械特性；
• 电子特性；
• 功能特性；
• 规程特性。

  数据链路层是负责接收IP数据包并通过网络发送，或者从网络上接收物理帧，抽出IP数据包，交给IP层。

  ARP是正向地址解析协议，通过已知的IP，寻找对应主机的MAC地址。

  RARP是反向地址解析协议，通过MAC地址确定IP地址。比如无盘工作站还有DHCP服务。

常见的接口层协议有：Ethernet 802.3、Token Ring 802.5、X.25、Frame relay、HDLC、PPP ATM等

网络层

网络层是TCP/IP模型的关键部分，负责相邻计算机之间的通信。其功能包括三方面：

• 处理来自传输层的分组发送请求，收到请求后，将分组装入IP数据报，填充报头，选择去往信宿机的路径，然后将数据报发往适当的网络接口。
• 处理输入数据报：首先检查其合法性，然后进行寻径--假如该数据报已到达信宿机，则去掉报头，将剩下部分交给适当的传输协议；假如该数据报尚未到达信宿，则转发该数据报。
• 处理路径、流控、拥塞等问题。

网络层包括：IP(Internet Protocol）协议、ICMP(Internet Control Message Protocol)，控制报文协议、ARP(Address Resolution Protocol）地址转换协议、RARP(Reverse ARP)反向地址转换协议。

• IP是网络层的核心，通过路由选择将下一条IP封装后交给接口层。IP数据报是无连接服务。
• ICMP是网络层的补充，可以回送报文。用来检测网络是否通畅。
• Ping命令就是发送ICMP的echo包，通过回送的echo relay进行网络测试

传输层

传输层提供应用程序间的通信。其功能包括：一、格式化信息流；二、提供可靠传输。为实现后者，传输层协议规定接收端必须发回确认，并且假如分组丢失，必须重新发送，即耳熟能详的"三次握手"过程，从而提供可靠的数据传输。

传输层协议主要是：传输控制协议TCP(Transmission Control Protocol）和用户数据报协议UDP(User Datagram protocol）。

应用层

应用层向用户提供一组常用的应用程序，比如电子邮件、文件传输访问、远程登录等。远程登录TELNET使用TELNET协议提供在网络其它主机上注册的接口。TELNET会话提供了基于字符的虚拟终端。文件传输访问FTP使用FTP协议来提供网络内机器间的文件拷贝功能。

应用层协议主要包括如下几个：FTP、TELNET、DNS、SMTP、NFS、HTTP。

• FTP(File Transfer Protocol）是文件传输协议，一般上传下载用FTP服务，数据端口是20H，控制端口是21H。
• Telnet服务是用户远程登录服务，使用23H端口，使用明码传送，保密性差、简单方便。
• DNS(Domain Name Service）是域名解析服务，提供域名到IP地址之间的转换，使用端口53。
• SMTP(Simple Mail Transfer Protocol）是简单邮件传输协议，用来控制信件的发送、中转，使用端口25。
• NFS（Network File System）是网络文件系统，用于网络中不同主机间的文件共享。
• HTTP(Hypertext Transfer Protocol）是超文本传输协议，用于实现互联网中的WWW服务，使用端口80

IP地址：

IP地址分为五类：A类保留给政府机构，B类分配给中等规模的公司，C类分配给任何需要的人，D类用于组播，E类用于实验，各类可容纳的地址数目不同。ABC类由网络地址和主机地址组成，且网络地址为1个字节

IP地址由4个字节32位二进制位表示。

A类地址

（1）A类地址第1字节为网络地址，其它3个字节为主机地址。它的第1个字节的第一位固定为0.

（2）A类地址网络号范围：1.0.0.0---126.0.0.0

（3）A类地址中的私有地址和保留地址：

① 10.X.X.X是私有地址（所谓的私有地址就是在互联网上不使用，而被用在局域网络中的地址）。范围（10.0.0.0---10.255.255.255）

② 127.X.X.X是保留地址，用做循环测试用的。

B类地址

（1） B类地址第1字节和第2字节为网络地址，其它2个字节为主机地址。它的第1个字节的前两位固定为10.

（2） B类地址网络号范围：128.0.0.0---191.255.0.0。

（3） B类地址的私有地址和保留地址

① 172.16.0.0---172.31.255.255是私有地址

② 169.254.X.X是保留地址。如果你的IP地址是自动获取IP地址，而你在网络上又没有找到可用的DHCP服务器。就会得到其中一个IP。

191.255.255.255是广播地址，不能分配。

C类地址

（1）C类地址第1字节、第2字节和第3个字节为网络地址，第4个字节为主机地址。另外第1个字节的前三位固定为110。

（2）C类地址网络号范围：192.0.0.0---223.255.255.0。

（3） C类地址中的私有地址：

192.168.X.X是私有地址。（192.168.0.0---192.168.255.255)

D类地址

（1） D类地址不分网络地址和主机地址，它的第1个字节的前四位固定为1110。

（2） D类地址范围：224.0.0.0---239.255.255.255

E类地址

（1） E类地址不分网络地址和主机地址，它的第1个字节的前五位固定为11110。

（2） E类地址范围：240.0.0.0---255.255.255.254

IP地址如果只使用ABCDE类来划分，会造成大量的浪费：一个有500台主机的网络，无法使用C类地址。但如果使用一个B类地址，6万多个主机地址只有500个被使用，造成IP地址的大量浪费。因此，IP地址还支持VLSM技术，可以在ABC类网络的基础上，进一步划分子网。