第4章计算机网络与因特网4.1 计算机网络基础计算机网络的组成与分类●计算机网络：利用通信设备和网络软件，把地理位置分散且功能独立的多台计算机（或其它智能设备）以相互共享资源和进行信息传递为目的连接起来的一个系统。
●计算机网络的特性：与电话、电视系统不同，计算机网络是一种数据通信系统，传输的都是二进制形式的数据●通信协议：为确保网络的计算机能正确交换数据，它们必须遵循的一组共同的规则和约定，这些规则、规定或标准称为通信协议，简称为协议。
●计算机组网的目的数据通信：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●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；校园网等⏹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、一个楼群、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，作用范围通常从几十km到几千km，广域网有时也称为远程网城域网(MAN) ：作用范围在广域网和局域网之间，其作用距离约为5km～50km，例如一个城市范围的计算机网络网络工作模式和网络服务●从共享资源的角度看，网络中的计算机可以是：客户机：使用其它计算机资源的计算机服务器：提供共享资源（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：对等模式（peer-to-peer，简称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操作系统的“网上邻居”，BT下载，迅雷等客户/服务器（Client/Server，简称C/S）模式：网络中的计算机扮演固定的角色，要么是客户机，要么是服务器（大多为专门设计的性能较高的计算机，其并发处理能力强，硬盘容量大，传输速率高）●网络服务：用户通过计算机网络在共享资源及数据通信等方面得到的单机所没有的新增功能●常用网络服务：文件服务：用户使用服务器中共享的数据文件，使用方法如同使用本地磁盘一样打印服务：共享打印机消息传递服务：使用网络实现用户之间的相互通信，在用户之间传递以文本、图像和声音所表示的消息应用服务：由服务器为网络用户运行软件的服务●网络操作系统(Network operating system, NOS)：运行在服务器上的、提供网络资源共享功能并负责管理整个网络的一种操作系统，有时也称之为“服务器操作系统”●当前使用的主流网络操作系统：Windows服务器版——Windows NT Server、Windows Server 2003及WindowsServer 2008，一般用于中低档服务器UNIX系统——稳定性和安全性好，可用于大型网络开放源代码的自由软件Linux——源代码开放，可免费得到许多应用软件4.2计算机局域网局域网的特点与组成●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、误码率低(10-8～10-11)●局域网的逻辑组成：网络服务器、网络工作站（客户机）、网络打印机、网络接口卡（网卡）、传输介质和网络互连设备●网络节点：网络上的每台设备，如工作站、服务器、打印机等，都是网络上的一个节点●介质访问地址(MAC地址)：为了相互区别，实现节点之间的通信，局域网中的每个节点都有一个惟一的地址，称为MAC地址●帧（frame）：为使网络上的节点都得到迅速而公平的服务，网络要求每个节点把要传输的数据分成小块（称为帧），每个节点每次只传输一个帧，以确保任何节点都有传输数据的机会●网络接口卡（网卡）：计算机的网络通信控制器⏹网络中每个节点(工作站或服务器)都必须安装网卡，每块网卡上都有一个全球惟一的地址码，该地址码称为该网卡节点的MAC地址。
⏹网卡的功能：将数据分成帧(frame)；在传输介质上发送帧和接收帧；将计算机的输出转换为适合网络传输的信号常用局域网●局域网分类：按使用的传输介质：有线网；无线网按各种设备互连的拓扑结构：星型网；环型网；总线网按传输介质所使用的访问控制方法：以太网；FDDI网；令牌网●共享式以太网：以集线器(hub)为中心，每个节点通过以太网卡和网线（一般为5类双绞线）连接到集线器⏹特点：任何时间之允许一对节点进行通信，在节点数目较多且通信频繁时，网络会发生拥塞，性能急剧下降⏹集线器功能：从一个端口接收数据帧，对信号进行放大后，向其它所有端口分发，以扩大网络的传输距离，起中继器的功能●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开关，连接在交换机上的所有节点均可同时相互通信⏹交换式以太网是一种星型拓扑结构的网络⏹与共享式以太网的区别：交换机从发送节点接收了一个数据帧后，直接按照接收节点的MAC地址发送给指定的节点，不再向其它无关节点发送，因此能支持多对节点同时进行通信●千(万)兆位以太网：网络服务器通过1Gbps或10Gbps的传输线路与中央交换机直接连接，同时为单位内的许多用户服务⏹用于速率为千兆(1Gbps)和万兆(10Gbps)的以太网的传输介质：光纤⏹以太网使用的网卡按传输速率分为：10 Mbps网卡(10Base-T)；100 Mbps网卡(100Base-T)；10/100 Mbps自适应网卡；1000 Mbps 网卡●以太网的优缺点优点：增／删节点容易；成本低；维护方便；轻负载时效率高（节点少，或者信息发送不频繁）缺点：重负载情况下网络性能将急剧下降，不适合实时性要求较高的环境，特别是总线式以太网●无线局域网：是以太网与无线通信技术相结合的产物，采用无线电波进行通信，像有线以太网一样工作⏹传输介质：无线电波⏹无线局域网通信协议802.11标准(Wi-Fi)：无线局域网最常用的传输协议，包括：802.11a——传输速率达25Mbps802.11g——传输速率达54Mbps802.11b——传输速率能根据环境变化，最大可达11Mbps蓝牙（bluetooth）：短距离无线数字通信的标准，最高数据传输速率可达1Mbps(有效传输速率为721kbps)，传输距离为10cm～10m，适合在居室构建无线网络⏹无线局域网通过无线网卡、无线接入点等设备使无线通信得以实现，是有线网络的补充每个无线节点都需要一块无线网卡无线接入点（Wireless Access Point，简称WAP或AP）：提供无线节点对有线局域网和从有线局域网对无线节点的访问，，实际是一个无线交换机⏹无线局域网的特点优点：具有很好的灵活性；最大通信范围可达几米～几公里；组网、配置和维护较容易缺点：还不能完全脱离有线网络，只是有线网络的补充；传输速度较慢；产品相对较贵4.3计算机广域网●广域网（W AN）：跨越很大地域范围（从几十公里到几千公里）并包含大量计算机的一种计算机网络●从功能来说，广域网与局域网并无本质区别，只是由于数据传输速率相差很大，一些在局域网上能够实现的功能在广域网上可能效果欠佳●广域网的按用途可分为：专用广域网：由机构或组织自行构建，用于处理特定事务（如政府网、金融网、教育网、军事网等）公用数据网：由网络服务提供商（如电信局、有线电视台）构建，用于为社会公众提供数据通信服务的营运性网络专用网●按构建方式专用网可分为：电话网连接；专线连接；虚拟专网●电话网连接：通过电话网连接远程计算机⏹传输数据时必须使用调制解调器把数字信号调制成模拟音频信号进行传输⏹采用电路交换方式进行数据传输电路交换：通信时计算机先进行拨号，电话网中的交换机为发送节点和接收节点建立一条临时的通信链路供通信双方使用，一旦通信完毕，通信链路拆除。
⏹优点：实现简单，建立一次连接可以传送大量数据⏹缺点：线路利用率低，数据传输速度慢，通信质量不稳定，费用较高●专线连接：租用电信局的中速或高速的数字远程通信线路建立专门的点到点连接⏹应用：用作政府网、金融网、科技网等广域网中的主干线路⏹优点：实现每周7天、每天24小时的不间断通信；费用取决于容量和跨越的距离⏹缺点：租用专线的费用较高●虚拟专网（VPN）：采用隧道技术以及加密、身份鉴别等方法，在公用骨干网的基础上构建逻辑上的专用网络，效果如同租用专线一样。
⏹优点：节省费用、运行灵活、易于扩展、易于管理4.3.2 公用数据网●公用数据网：电信部门组建的公用数据网，向公众提供数据通信服务。
⏹公用数据网是国家的公用通信基础设施之一，由国家统一建设、管理和运营。
⏹数据通信网采用分组交换技术●分组交换(Packet Switching)：也称包交换，节点计算机将要传输的数据划分成若干个小块，为每小块数据附加上地址、编号等有关信息组成了一个“包”，然后以包为单位进行传输。
●分组交换的实现：使用分组交换机根据路由表存储转发数据存储转发：每个节点交换机有多个与外部线路相连的端口，交换机在接收数据包后，查找转发表找出某个目的地址应从何端口转发，按去向的不同将数据包送入不同的缓冲区排队（存储），一旦转发机构发现某个端口空闲时，就从相应的缓冲区取出一个数据包发送到下一个分组交换机（转发）路由表：包含到达所有可能目的地计算机的下一站交换机位置，而且下一站交换机位置必须是指向目的地的最短路径网络中计算机的物理地址：[交换机编号，计算机所连交换机端口号]各交换机的路由表通过软件计算得到，网络中的计算机发生变化时路由表会自动更新●分组交换与存储转发的过程：1.发送数据的计算机将包发给它所连接的分组交换机；2.交换机每收到一个包，就检查该包的目的地地址：◆若数据包目的地是直接与之相连的计算机，交换机就将包发往该计算机；◆若目的地不是本分组交换机上的计算机，则根据路由表选择一个输出端口，通过连接该端口的高速数字线路转发给另一台交换机；3.下一台交换机收到数据包之后，重复过程2直到数据包到达目的计算机为止4.4 因特网的组成网络互连与TCP/IP协议●因特网是覆盖全球的最大的计算机广域网，它由大量的局域网、城域网和广域网互连而成。