开发: C++知识库 Java知识库 JavaScript Python PHP知识库人工智能区块链大数据移动开发嵌入式开发工具数据结构与算法开发测试游戏开发网络协议系统运维
教程: HTML教程 CSS教程 JavaScript教程 Go语言教程 JQuery教程 VUE教程 VUE3教程 Bootstrap教程 SQL数据库教程 C语言教程 C++教程 Java教程 Python教程 Python3教程 C#教程
数码: 电脑笔记本显卡显示器固态硬盘硬盘耳机手机 iphone vivo oppo 小米华为单反装机图拉丁

-> 网络协议 -> 计算机网络基础 -> 正文阅读

[网络协议]计算机网络基础

参考文献：[计算机网络技术与应用].夏素霞.

1. 计算机网络概述

（1）通过线路互相连接起来、自治的计算机集合，或者说将分布在不同地理位置上具有独立工作的计算机、终端及其附属设备用通信设备和通信线路连接起来，并配置网络软件，以实现计算机资源共享的系统。

（2）计算机网络基本思想：通过网络环境实现计算机互相之间的通信和系统资源共享（包括硬件资源、软件资源和数据信息资源）。

（3）网络资源共享：是通过连接在网络上的工作站（个人计算机）使用户（根据需要授予适当使用权）可以使用网络系统中的硬件和软件。

（4）在计算机网络中，提供信息和服务能力的计算机是中网络的资源，而索取信息和请求服务的计算机是网络中的用户。由于网络资源与网络用户之间的联系方式、服务类型及连接范围的不同，从而形成了不同的网络结构及网络系统。

（5）计算机网络功能：表现在硬件资源共享、软件资源共享和用户信息交换3个方面

硬件资源共享：可在全网范围内提供对资源处理、存储资源、输入输出资源等昂贵设备共享，使用户节省投资，也便于集中管理和均衡分担负荷
软件资源共享：允许互联网上的用户远程访问各大类型数据库，可以使用网络文件传送服务、远地进程管理服务和远程文件访问服务，从而避免软件研发上对的重复劳动和数据资源的重复存储，便于集中管理。
用户间信息交换：计算机网络为分布在各地额用户提供强有力的通信手段，用户可以通过计算机网络发送电子邮件、发布网络新闻和进行电子商务活动。

2. 计算机网络分类

按地域范围可以把各种网络类型划分为局域网、城域网、广域网和互联网

2.1 局域网（Local Area Netwok）

（1）局域网概念：局域网就是在局部地域范围内的网络，其覆盖地域范围较小一般几米至10Km以内，在计算机数量配置上没有太多限制，局域网一般位于一个建筑物或一个单位内，不存在寻径问题，不包括网络层应用。

（2）局域网特点：连接范围宅，用户数少，配置容易，连接速率高，最高可达10Gbit/s以太网。IEEE802标准委员定义了多种LAN网，包括以太网、令牌环网、光纤分布式接口网络、异步传输模式网以及最新的无线局域网。

2.2 城域网（Metropolitan Area Network）

（1）城域网概念：城域网一般是在一个城市，但不在同一地理范围内的计算机互连，其连接距离是10~100Km，其采用IEEE802.6标准，一个MAN网络通常连接多个LAN网。

（2）城域网特点：城域网采用ATM技术构建骨干网，ATM是一个用于数据、录音、视频及多媒体应用程序的高速网络传输方法，ATM包括一个接口和一个协议，该协议能够在常规的传输信道上，在比特率不变及变化的通信量之间进行切换。ATM还包括硬件、软件以及与ATM协议标准一致的介质。ATM提供一个可伸缩的主干基础设施，即便能够适应不同规模、速率以及寻址技术的网络，其成本高，一般用于邮政、银行、医院。

2.3 广域网（Wide Area Network）

（1）广域网概念：广域网也称为远程网，所覆盖的范围比城域网更广，一般是不同城市之间的LAN和MAL网络互连，地域范围可以从几百公里到几千公里，这信息衰弱比较严重，所以此网络要租用专线，通过IMP（接口信息处理）协议和线路连接起来，构成网状形状，解决寻径问题。

（2）广域网特点：这种网络用户较多，总出口带宽有限，所以用户终端连接速率不高，如原邮电部的CHINANET、CHINAPAC和CHINADDN网。

2.4 互联网（Ieternet）

（1）互联网概念：无论从地理范围还是网络规模来讲，他都是最大的一种网络，也就是Web、WWW、和万维网。从地理范围来讲它是全球计算机互连，这种网络最大特点是不定性，整个网络中的计算机每时每刻随着用户网络的接入在不断的变化，当接入互联网时，用户的计算机算是互联网的一部分，断开则不属于互联网。

（2）互联网优点：信息量大，传播范围广，无论身处何地只要接入互联网就可以对其任何用户发送信函和广告。

（3）互联网种类

A. 按拓扑结构分类：网络上各节点的连接方式和形式，网络拓扑结构代表物理布局和逻辑布局

总线型、星型、环型、树型、星环型和星线型

B. 按交换技术分类

线路交换网络：在源节点和目的节点建立一条专用的通路用于数据传送，包括建立连接、传输数据、断开连接3个阶段，最典型的线路交换网络是电话网络，该类网络优点是数据直接传送，延迟小；缺点是线路利用率低，不能充分利用线路容量，不便进行差错检测。
报文交换网络：将用户数据加上源地址、目的地址、长度、校验码等辅助信息并封装成报文，发送给下个节点。下个节点收到后先暂存报文，待输出线路空闲时再转发给下一个节点。下个节点收到后先暂存报文，待输出线路空闲时再转发下一个节点，重复这个过程直到到达目的节点。每个报文可单独选择到达目的地的节点的路径，这类网络也称为存储——转发网络。
分组交换网络：也成包交换网络，其原理是将数据分成较短的固定长度的数据块，在每个数据块上加上目的地址、源地址、等辅助信息组成分组（包），按存储转发方式传输，具有报文交换网络优点，还具备缓冲区易于管理、包的平均延迟更小、更易于标准化、更适合应用，现在的主流网络基本上都可以看成分组交换网络。

C. 其他方式分类

按采用协议分类：每层使用的协议都不同，因此按协议分类时应指明协议的区分方式，比如按网络层的关键协议来分类，可以分为IP网、IPX网；无线网络可分为Wi-Fi网络、蓝牙网络。
按使用的传输介质分类：可分为无线网络和有线网络两大类，有线网络可分为双绞线网络、同轴电缆网络、光纤网络、光纤同轴混合网络；无线网络可分为无线电、微波、红外等。
按用户和网络的关联程度分类：按用户与网络的关联程度可以将计算机网络分为骨干网、接入网和驻地网

3. 计算机网络组成

（1）一个计算机网络必须具备以下3个基本要素

至少有两个具有对操作系统的计算机，且他们之间有相互共享某种资源的需求。
两个独立的计算机之间必须有用某种通信手段将它们连接。
网络中各个独立的计算机之间要能相互通信，必须制定相互确认的规范标准或协议

（2）计算机网络是由各种连接起来的网络单元组成的，一个大型的计算机网络是一个复杂的系统，它是一个集计算机硬件设备、通信设备、软件系统以及数据处理能力为一体，能够实现复资源共享的现代化综合服务系统。计算机网络系统可分为：软件系统、硬件系统、网络信息系统。

3.1 硬件系统

硬件系统是计算机网络的基础，它由计算机、通信设备、连接设备及辅助设备组成。硬件系统中设备的组成形成了计算机网络的类型。

（1）服务器

在计算机网络中，最核心的组成部分是计算机，在网络中，计算机按其作用被分为服务器和客户机。
服务器是计算机网络中向其他计算机或网络设备提供某种服务的计算机，可分为数据库服务器、邮件服务器、打印服务器、信息浏览服务器和文件下载服务器
服务器一般情况下要向多个客户机提供服务，要有较强的数据处理能力，其内存和主板采用特殊技术，有较强的校检功能，可防止意外死机。为了防止意外停电，一般配备不断电源系统（ups）提供后备保护。

（2）客户机

客户机与服务器相对，是在计算机网络中享受其他计算机提供的某种服务的计算机。

（3）网络连接设备

网络适配器：俗称网卡，在计算机网络中负责计算机间的数据接受和发送，网络传输介质一般分为3种，同轴电缆、双绞线、光纤。
中继器（集线器-Hub）：在计算机网络中，信号在传输介质中传递时，传输介质的阻抗会使信号越来越弱，导致信号衰弱失真，当网线的长度超过一定限度后，若想再继续传递下去，必须将信号整理放大，护肤原来的强度和形状。中继器主要功能是对收到的信号进行重新整理，使其恢复到原来的波形和强度，然后继续传递下去，以实现更远的信号传输；中继器是最简单的网络连接设备，它用于连接同一个网段的两个或多个网段。
网桥：网桥用于连接两个相似设备，并可对网络的数据流进行简单管理，他不但能扩展网络的距离和范围，而且可使网络具备一定的安全性和可靠性。可对计算机信号进行拦截，具有简单过滤的功能。
路由器：路由器用于连接不同类型网络设备的网络连接设备，它可为不同网络之间的用户提供最佳的通信路径，在计算机网络中路由器通过查找它保存的路由表确定数据从当前位置到目的地的正确路径。如果网络中的路径发生故障，路由器可选择另一种路径，以确保数据的正常传输。
交换机：交换机是一种多端口网络连接设备，其外观和接口与集线器一样，但交换机更智能，交换机每个端口对应一个地址，并决定将数据送往何处，未受影响的端口可向其他端口传输数据，其缓解了局域网中流量的瓶颈问题。

3.2 软件系统

（1）计算机网络中的软件按其功能可以划分为数据通信软件、网络操作系统和网络应用软件。

数据通信系统：按照网络协议要求，完成通信功能的软件。
网络操作系统：能够控制和管理网络资源的软件

（2）网络操作系统的功能作用在两个级别上：在服务器机器上，为服务器上的任务提供网络资源管理；在每个工作站机器上，向用户和应用软件提供一个网络环境的“窗口”，则网络操作系统的用户和管理员具有一个整体的系统控制能力。

（3）网络服务器操作系统要完成目录管理、文件管理、安全性、网络打印、存储管理、通信管理等主要服务；工作站的操作系统软件主要完成工作站任务的识别与网络的连接，即首先判断应用程序提出的服务请求是使用本地资源还是使用网络资源。，若使用网络资源则需完成与网络的连接，常用的网络操作系统有Netware系统、Windows NT系统、Unix系统和Linux系统。

（4）网络应用软件：指网络能够为用户提供各种服务的软件，如浏览器查询软件、传输软件、远程登录软件、电子邮件。

3.3 网络信息系统

网络信息系统指以计算机网络为基础开发的信息系统，如各类网站、基于网络环境的管理系统。

4. 网络拓扑结构

（1）对于网络用户来讲，网络拓扑结构不是特别重要，大多数的LAN操作系统支持多种LAN拓扑结构。

（2）网络支持部门，选择网络拓扑结构是一件重要的事，不同拓扑结构的LAN，其所采用的信号技术、信道接入协议及所能达到的网络性能都有很大的不同。

4.1 总线型拓扑结构

（1）工作原理

总线拓扑是一种无源拓扑，总线型网络中所有的用户节点（计算机、终端、工作站、外围设备、电话机）都挂接在一条广播式的公共传输总线上，其没有对网络进行集中控制的装置。
计算机沿电缆向上或向下发出报文消息后，网络里的所有计算机都能接受这个消息，但只有一台计算机能够真正接收消息。通常目标地址已编码在报文信息内，只有与目的地址相符的计算机才能接受消息，其他计算机虽然接收到，但只做简单处理。
在特定的时刻只有一台计算机能够发出报文，当总线网络里的计算机数目较多时，会显著的影响网络速度。在计算机发出信息之前，必须等待总线进入空闲状态。
总线网络是无源拓扑，从起源计算机发出的电子信号会在电缆长度范围内自由传递，如不提供终止手段，信号传到末端时会马上反射回来，再向另一端传输，此现象称之为振铃。为阻止其产生会在封闭的电缆两端分别安装一个叫终接器的终止端子，端子可以吸收电子信号、防止电子信号反射，避免可能对网络通信带来的干扰。

（2）优点

可以构建简单的小型网络，便于使用和掌握、通行费用少。
总线网络扩展方便，可使用BNC同轴连接器将两根电缆连接成一根更长的电缆；可用一个转发器扩展总线网络，转发器能放大信号，允许信号在很长的距离内传输。
总线型网络的无源操作和系统的分布控制保证了网络的高度可靠性。
采用广播式通信方式，没有转接站点，具有传输时延短的特性，实时性好。
有利于组件高速的、宽带工作的综合业务局域网。

（3）缺点

过重的网络负载可能会减少网络速度。
每个BNC同轴连接器都会衰减电子信号，如果连接数过多，会妨碍信号正常传输到目的地。
总线型网络一旦出现故障很难维修，从而影响到整个网络。
网络覆盖范围受到限制。采用基带传输，竞争性协议的总线网络，一般限制在2KM以下的电缆长度所能及的范围内。

4.2 星型拓扑结构

（1）工作原理

在星型网络里，每台计算机都需要和一个中央集线器（Hub）相连，这个集线器能够将所有计算机的报文转发给其他所有计算机或者只发给目标计算机。
集线器可分为有源Hub和无源Hub。有源Hub能够重新生成电子信号，然后把他发给与自己相连的计算机，这种类型的Hub也叫多端口转发器，需要电源才能运行；无源Hub是一个连接点，不能放大或重新生成信号，不需要电源。
在同一个星型网络里，混合Hub可适用于不同类型的电缆。

（2）优点

便于在星型网络里添加或修改新计算机，同时不会对网络剩余部分带来任何干扰，只需要简单的从计算机向中心拉一根新线，然后把他插入Hub即可。
星型网络的中心很容易诊断出网络故障，利用Hub可以实现网络的集中监测和管理。
如果单台计算机出现故障，整个星型网络不会受到影响，Hub可以检测到网络故障并隔离有问题的计算机和电缆，网络剩余部分可照样运行。
由于星型LAN结构与传统的电话网相似，因此只要有电话交换机的单位，就可以利用现有的专用自动交换机系统的线路组成LAN，如果交换机本身具有综合交换功能，则可以很容易组建一个具有综合业务能力的LAN。
集中控制有利于将各个工作站送来的数据进行汇总然后与其他网络互连，连接方便，结构简单。
中心交换采用线路交换并具有透明性，这样任意一对工作站的报文传没有转接延迟，各通信对之间可以采用不同的通信协议和接口标准，有利于异种机联网，同时网络的延时时间是确定的。