1、因特网的基本概念：人类赖以生存和发展的三类资源为物质资源、能量资源和信息资源，其中信息资源是更高层次的战略资源，它能合理地利用和配置物质资源、能量资源，并使其发挥最佳效益。它的重要地位越来越多地为人们所认识。在当今信息时代中，如何充分利用信息资源的价值，是需要人们迫切解决的问题。计算机作为信息处理的工具，为人类处理信息提供了理想的手段。但是在什么环境下使用计算机，直接关系到信息利用的价值。如果采用单机单用的使用环境，信息局限于一个局部的范围，这只是一种低层次的使用，并没有充分发挥信息的价值。信息的价值体现在交流与共享，而当今实现信息资源共享的主要手段之一就是计算机网络，人们研究计算机网络技术的
2、最终目的就是实现通信与资源共享。在计算机网络中，实现资源共享的前提条件是数据通信。所以说，计算机网络是计算机技术与现代通信技术紧密结合的产物。计算机技术研究的是信息处理，现代通信技术研究的是信息传播与交流，二者均属 IT(Information Technology)技术。一方面，通信技术为计算机之间的数据传递和交换提供了必要手段；另一方面，计算机技术的发展又提高了通信技术的性能。二者互为促进而发展。随着社会信息化水平的提高，信息的交流技术和信息处理技术相融合产生的计算机网络技术是必然趋势。无论是计算机和通信C&C(Computer&Communication)还是计算机通信 Compunic
3、ation(Computer+Communication)已经成为这一边缘技术的同义语。计算机网络对 IT 技术做出的突出贡献是使信息的快速交流和资源的高度共享成为现实，使信息的采集、存储、处理、传输等技术融为一体。计算机网络已经成为信息化社会最重要的基础设施。计算机网络的诞生使得计算机使用环境发生了巨大变化，也改变了人们使用计算机的观念。计算机网络是计算机应用的最高境界， “网络就是计算机(Network is Computer!)”的观念已深入人心。今后人们对 PC 的理解更多是作为人与网络的接口，所以一度对个人计算机是 PC 还是 NC 之争当属自然。网络有许多不同的类型，为我们提供各种
4、服务。在一天的生活中，我们可能要打电话、看电视、听收音机、上网搜索资料，甚至与另一个国家的人玩视频游戏。所有这些活动都要依赖稳定、可靠的网络来完成。网络将世界各地的人和设备连接到一起。人们在使用网络时，无需知道网络的运行原理，也无法想像没有网络的世界会是什么样子。计算机像人一样，也要按照规则或协议进行通信。协议在本地网络上尤其重要。在有线环境中，本地网络定义为所有主机必须“讲同一种语言” （用计算机术语表示就是“共享一个公共协议” ）的区域。如果同一间房里的每个人都讲不同的语言，肯定无法交流。同样，如果本地网络中的设备不使用同一个协议，就无法互相通信。协议是网络中最重要的软件，规定了具体通信的
5、规则，其中包括编码规则、数据封装规则、数据表示规则、数据同步处理规则等。网络交换技术：一般交换是有网络的中间设备完成，如电话网的程控交换机，计算机网络的路由器，交换机等。网络交换技术从最早的电话网对应的电路交换技术到二战时的报文交换技术，最终形成计算机网络使用的分组交换技术。交换按照某种方式动态的分配传输线路的资源，从输入链路连通输出链路。网络交换技术：电路交换技术，分组交换技术，报文交换技术两部电话机只需要用一对电线就能够互相连接起来。五部电话机需要几根线？（10 根）使用了程控电话交换机后呢？电路交换(Circuit Switching)是指数据传输期间，在源站点与目的站点之间建立专用电路
6、链接，数据传输结束之前，电路一直被占用，而不能被其他节点所使用。用电路交换技术完成的数据传输要经历以下三个阶段。1. 电路的建立 在传输数据之前，源端先经过呼叫过程以建立一条端到端(站到站) 的电路。2. 数据传输3. 电路拆除数据传输结束后，由通信的某一方发出拆除电路请求(信令) ，对方作出响应并释放链路。被拆除的信道空闲后，可被其他连接请求所使用。电路交换的优点是：数据传输可靠、迅速，数据不会丢失且保持原来的序列。电路交换的缺点是：电路接续时间长；通信双方占有一条信道后，即使不传送数据其他用户也不能使用，造成信道容量的浪费，而且当数据传输阶段的持续时间很短暂时，电路建立和拆除所用的时间也得
7、不偿失；当用户终端或网络节点负荷过重时，可能出现呼叫不通的情况，即不能建立电路连接。电路交换适用场合：数据传输要求质量高且批量大的情况。在数据传送开始之前必须先建立一条专用的电路，在线路释放之前，该通路由一对用户完全占用。对于猝发式的通信，电路交换效率不高，电路交换的典型例子是电话通信网络。电路交换最典型的例子就是打电话，当打电话时，别人无法打进同一个电话，资源独占。每次打电话时首先要拨号建立连接，打完电话需要挂机释放连接，属于面向连接的服务。普通电话的通信质量比较高，价格贵。注意拨打普通电话和拨打 IP 电话的区别，拨打普通电话使用的是电话网通信，属于电路交换技术，拨打 IP 电话使用的 I
8、P 网络，属于分组交换技术。由于计算机网络的通信特点决定了计算机数据不适合使用电路交换技术，而应该使用分组交换技术。如图显示，报文发送之前会分成若干小的数据段，每个数据段需要添加首部（尾部）形成分组，保证数据能正确到达对方，并能正确组装。分组在通信时，路由器收到分组后先存储再决定输出链路转发。对于串行链路而言，宏观上不同主机可以同时占用链路通信，但是注意微观上一个时刻只能一个主机占用链路，当链路空闲时，其他主机可以占用信道，从而达到资源共享的目的。计算机网络通信链路绝大部分使用的是串行链路。根据分组交换网络的路由选择模式，可以将分组交换网分成数据报网络和虚电路网络。在数据报中，每个数据包被独立
9、地处理，就像在报文交换中每个报文被独立地处理那样，每个节点根据一个路由选择算法，为每个数据包选择一条路径，使它们的目的地相同。在数据报(Datagram) 方式中，每个分组的传送是被单独处理的，就像报文交换中的报文一样也是独立处理的。每个分组被称为一个数据报，每个数据报自身携带足够的地址信息。一个节点接收到一个数据报后，根据数据报中的地址信息和节点所存储的路由信息，找出一个合适的出路，把数据报发送到下一个节点。因此，当某一个站点要发送一个报文时，先把报文拆成若干个带有分组序号和地址信息的数据报，依次发送到网络节点。各个数据报所走的路径可能不同，各个节点可以随时根据网络流量、故障等情况动态选择路
10、由，从而各个数据报的到达不保证是按顺序的，甚至有的数据报会丢失。在整个过程中，没有虚电路建立，中间节点要为每个数据报作路由选择。 数据报网络总结: 由目标地址来决定下一跳(hop)。在一次通信会话过程中,路由可能发生变化(即可能一个文件的不同分组走不同过的路） 。可靠性不高，但是速度快，无需建立连接。类比: 开车问路 。因特网使用的模式。在虚电路中，数据在传送以前，发送和接收双方在网络中建立起一条逻辑上的连接，但它并不是像电路交换中那样有一条专用的物理通路，该路径上各个节点都有缓冲装置，服从于这条逻辑线路的安排，也就是按照逻辑连接的方向和接收的次序进行输出排队和转发，这样每个节点就不需要为每个
11、数据包作路径选择判断，就好像收发双方有一条专用信道一样。虚电路网络总结: 发送分组之前会建立一条虚拟的电路。每个分组携有标签 (虚电路 ID), 由标签来确定下一跳。在连接建立阶段确定固定的路由, 全部数据通过同一条路传递。路由器为每个正在通信中的连接维持状态。因特网之所以选择数据包网络，是因为数据包网络传输速度快，而可靠性可以由高层协议支持。目前因特网也借鉴了虚电路的许多 QoS 特性，例如新一代因特网 IPv6。分组交换中虚电路提供面向连接的服务。不同的交换方式应用不同的领域，各有优势和不足。分组交换网络的分组划分应当根据链路的可靠程度定义，一般原则是在分组大小在出错概率小的前提下经可能的
12、大。报文交换采用的是存储转发机制。数据包网络的路由器只根据目标地址决定下一跳。2M 带宽的计算方式单位是 2Mbit/s2000000bit/s, 而计算机软件中显示的下载速度单位是 Byte/s,存在 8 倍的关系。带宽是最高的吞吐量，吞吐量是实际的带宽。宽带链路一般指的是使用了复用技术使得一条链路可以并行的同时供多个用户使用，从而实现高带宽的链路。例如现在最常见的 ADSL 因特网接入技术就属于宽带链路。链路也称为串行链路，指的是链路一个时刻只能一个用户占用，且数据串行传输。窄带链路带宽不一定低。很多局域网如以太网使用的就是窄带链路，但是带宽可以达到10000Mb/s。分组交换网络的延迟主
13、要包括：传输延迟：由带宽，数据大小，链路特性，网络特性决定。传播延迟：分组从链路的一端传播到另一端花费的时间。由传播介质，链路长度决定。结点处理延迟：分组在路由器排队等待，路由器查找转发表花费的时间。由网络拥塞程度、转发表规模、路由器性能决定。往返时延 RTT 是网络延迟的综合指标，许多实用的网络工具都包含往返时延的计算。星型拓扑结构 星型结构是最古老的一种连接方式，大家每天都使用的电话属于这种结构。星型结构是指各工作站以星型方式连接成网。网络有中央节点，其他节点（工作站、服务器）都与中央节点直接相连，这种结构以中央节点为中心，因此又称为集中式网络。 这种结构便于集中控制，因为端用户之间的通信
14、必须经过中心站。由于这一特点，也带来了易于维护和安全等优点。端用户设备因为故障而停机时也不会影响其它端用户间的通信。同时它的网络延迟时间较小，传输误差较低。但这种结构非常不利的一点是，中心系统必须具有极高的可靠性，因为中心系统一旦损坏，整个系统便趋于瘫痪。对此中心系统通常采用双机热备份，以提高系统的可靠性。 环型网络拓扑结构 环型结构在 LAN 中使用较多。这种结构中的传输媒体从一个端用户到另一个端用户，直到将所有的端用户连成环型。数据在环路中沿着一个方向在各个节点间传输，信息从一个节点传到另一个节点。这种结构显而易见消除了端用户通信时对中心系统的依赖性。 环行结构的特点是：每个端用户都与两个
15、相临的端用户相连，因而存在着点到点链路，但总是以单向方式操作，于是便有上游端用户和下游端用户之称；信息流在网中是沿着固定方向流动的，两个节点仅有一条道路，故简化了路径选择的控制；环路上各节点都是自举控制，故控制软件简单；由于信息源在环路中是串行地穿过各个节点，当环中节点过多时，势必影响信息传输速率，使网络的响应时间延长；环路是封闭的，不便于扩充；可靠性低，一个节点故障，将会造成全网瘫痪；维护难，对分支节点故障定位较难。 总线拓扑结构 总线结构是使用同一媒体或电缆连接所有端用户的一种方式，也就是说，连接端用户的物理媒体由所有设备共享，各工作站地位平等，无中心节点控制，公用总线上的信息多以基带形式
16、串行传递，其传递方向总是从发送信息的节点开始向两端扩散，如同广播电台发射的信息一样，因此又称广播式计算机网络。各节点在接受信息时都进行地址检查，看是否与自己的工作站地址相符，相符则接收网上的信息。 使用这种结构必须解决的一个问题是确保端用户使用媒体发送数据时不能出现冲突。在点到点链路配置时，这是相当简单的。如果这条链路是半双工操作，只需使用很简单的机制便可保证两个端用户轮流工作。在一点到多点方式中，对线路的访问依靠控制端的探询来确定。然而，在 LAN 环境下，由于所有数据站都是平等的，不能采取上述机制。对此，研究了一种在总线共享型网络使用的媒体访问方法：带有碰撞检测的载波侦听多路访问，英文缩写
17、成 CSMA/CD。 这种结构具有费用低、数据端用户入网灵活、站点或某个端用户失效不影响其它站点或端用户通信的优点。缺点是一次仅能一个端用户发送数据，其它端用户必须等待到获得发送权；媒体访问获取机制较复杂；维护难，分支节点故障查找难。尽管有上述一些缺点，但由于布线要求简单，扩充容易，端用户失效、增删不影响全网工作，所以是 LAN 技术中使用最普遍的一种。 树型拓扑结构 树型结构是分级的集中控制式网络，与星型相比，它的通信线路总长度短，成本较低，节点易于扩充，寻找路径比较方便，但除了叶节点及其相连的线路外，任一节点或其相连的线路故障都会使系统受到影响。 网状拓扑结构 在网状拓扑结构中，网络的每台
18、设备之间均有点到点的链路连接，这种连接不经济，只有每个站点都要频繁发送信息时才使用这种方法。它的安装也复杂，但系统可靠性高，容错能力强。有时也称为分布式结构。 无线蜂窝拓扑结构 无线蜂窝拓扑结构是无线局域网中常用的结构。它以无线传输介质（微波、卫星、红外等）点到点和多点传输为特征，是一种无线网，适用于城市网、校园网、企业网。局域网 （LAN）局域网是最常见并且应用最广泛的一种网络。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，不包括网络层的应用。这种网络的特点是连接范围窄，用户数少，配置容易，并且连接速率高。IEEE 的 802 标准委员会定义了多种主要的局域网，即 Ethernet（
19、以太网） 。Token King（令牌环网） ，FDDI（光纤分布式接口网络） ，ATM （异步传输模式网） ，以及最新的WLAN（无线局域网） 城域网（MAN）这种网络一般来说是在一个城市，但不在一个地理小区内的计算机互联。这种网络的连接距离可以在几千米100 千米。它采用的是 IEEE802.6 标准。MAN 与 LAN 相比，扩展的距离更长，连接的计算机数量更多。城域网多采用 ATM 技术作为骨干网，ATM 是一种用于数据、语言、视频以及多媒体应用程序的高速网络传输方法。ATM 的最大缺点视成本太高，所以一般在互联网主干网中应用，如电信网。 广域网（WAN）WAN 也称为“远程网” ，所
20、覆盖的范围比城域网更广。它一般连接不同城市之间的LAN 或者 MAN 网络。地理范围可以几百千米到几千千米。因为距离较远，信息衰减比较严重，所以这种网络一般要租用专线。通过 IMP（接口信息处理）协议和线路连接起来构成网状结构，解决寻径问题。这种网络因为所连接的用户多，总出口带宽有限，所以用户的终端速率一般都很低。通常为 9.6k/b45Mb/S，如电信的 Chinanet、Chinapac 和Chinaddn 网。 互联网无论从地理范围还是从网络规模来看，它都是最大的一种网络。这种网络的最大特点就是不定性。整个网络中的计算机每时每刻随着人们网络的借人在不断变化，其优点也是非常明显的，就是信息
21、量大，并且传播广。任何想要连接到 Internet 的家庭、企业或组织都必须使用 Internet 服务提供商 (ISP)。ISP 是为 Internet 接入提供连接与支持的公司。它也可提供其它服务，例如电子邮件和 web 托管。ISP 为接入 Internet 提供了基本服务。要想接入 Internet，用户必须拥有主机计算机和 ISP。ISP 的规模有大有小，其服务的领域也各不相同。ISP 可以为较小的地域提供有限的服务，也可以为用户数量达数百万的国家/地区提供种类繁多的服务。ISP 采用的连接技术和提供的速度也各有差异。国内知名的 ISP 包括中国电信、中国网通、中国移动、中国铁通、中
22、国联通等。POP(入网点)指的是 ISP 提供的通信设施与建筑物主要分布设施相互连接的点，通常是由一组路由器构成。路由器使用存储转发机制负责连接不同的网段。早期的拨号接入使用电话线的 0-3300Hz 的物理带宽，因此数据带宽的最大值是 56kb/s，目前已经全面被 ADSL 拨号技术代替。ISDN 是一种利用电话线路传输数字信号的技术，目前应用也不多。租用线也成为专线接入，能够保证带宽但是接入费用很高。LAN 接入是指局域网通过网关接入因特网。目前公司、学校等部门都选择采用这种方式，因为其灵活性较好，成本相对不高。无线接入是目前的网络接入技术的发展趋势，包括无线局域网接入网络上网和无线广域网
23、直接上网两种。无线接入需要考虑信号冲突，通信安全等问题。双绞线按电气性能划分的话，通常分为：三类、四类、五类、超五类、六类、七类双绞线等类型，原则上数字越大，版本越新、技术越先进、带宽也越宽，价格也越贵。在为局域网选购线材时一般来说是选购超五类网线，因为三、四类双绞线一般是使用在10M/bps 的以太网中，五类双绞线能满足 100Mb/s 的以太网，超五类双绞线主要用于千兆网上，现在六类线和七类线的标准都已经制定。 双绞线按电气性能划分的话，通常分为：三类、四类、五类、超五类、六类、七类双绞线等类型，原则上数字越大，版本越新、技术越先进、带宽也越宽，价格也越贵。在为局域网选购线材时一般来说是选
24、购超五类网线，因为三、四类双绞线一般是使用在 10M/bps 的以太网中，五类双绞线能满足 100Mb/s的以太网，超五类双绞线主要用于千兆网上，现在六类线和七类线的标准都已经制定。一般的双绞线 RJ-45 接口都是使用 T568B 的标准，1236 表示通信使用 1,2,3,6 这四个引脚。橙绿蓝棕表示双绞线从左到右的颜色顺序，注意绿色是在 3,6 引脚。半全半全表示每对颜色的顺序是先半色，后全色。即半橙，橙，半绿，蓝，半蓝，绿，半棕，棕。使用 T568A 和 T568B 布线标准可创建两种类型的电缆：直通电缆和交叉电缆。这两种电缆都可以用于数据布线。直通电缆直通电缆是最常见的电缆类型。它将
25、电缆两端的线都引入同样的引脚中。也就是说，如果电缆一端是 T568A，那么另一端也是 T568A。如果一端是 T568B ，那么另一端也是 T568B 。这意味着每种颜色的连接顺序（引线）在两端是完全相同的。网络上使用的直通电缆类型（T568A 或 T568B）决定了该网络的布线模式。交叉电缆交叉电缆会同时使用两种布线模式。电缆一端是 T568A，另一端是 T568B。这意味着电缆一端的连接顺序与另一端的连接顺序不一样。直通电缆和交叉电缆在网络上都有其特定的用途。连接两个设备所需的电缆类型取决于设备用来发送和接收数据的线对。衰减衰减（通常也称为插入损耗）是表示信号强度下降量的一般性术语。信号通
26、过任何介质传输都会发生自然衰减。衰减限制了可用于发送消息的网络电缆长度。测线器测量衰减的方法是：在一端发射一个信号，然后在另一端测量该信号的强度。串扰串扰是线对之间的信号泄漏。若是在发射端测量的此值，则称为近端串扰 (NEXT)。若是在电缆的接收端测量的此值，则称为远端串扰 (FEXT)。这两种形式的串扰都会降低网络性能，而且通常是因端接时散开太多电缆所造成的。若检测到的串扰值很高，最佳的办法就是检查电缆端接，如有必要则需重新制作端接。回波损耗回波损耗指的是当信号遇到不连续的阻抗会朝相反方向反射而产生的干扰。线歪曲过度容易产生较强的回波损耗( 反射干扰) 。与双绞线与同轴电缆不同，光缆使用光脉
27、冲传输数据。家庭或小型企业环境中很少见到光纤的身影，它主要应用于企业环境和大型数据中心。光缆由玻璃或塑料制成，这两种材料都不导电。这就意味着它不受 EMI 的影响，适于安装在干扰很强的环境中。除了抗 EMI 干扰外，光缆还支持很高的带宽，十分适合高速数据主干。许多企业都拥有光纤主干，ISP 也使用光纤主干来连接到 Internet。每条光纤线路实际上都包含两根光缆。其中一根用于发送数据，另一根用于接收数据。光缆分为多模和单模两种形式。多模在光纤的这两种形式中，多模的价格更低，应用更广泛。生成光脉冲的光源一般是 LED。之所以将其称为多模，是因为其中包含多种光线，每种都携带有数据，而且全都通过电
28、缆同时传输。每条光线采用多模纤心中的不同路径。多模光缆一般适用于长度在 2000 米以内的链路。不过，技术进步使得这一数字在不断增大。单模单模光缆中光只能沿光纤内的一条路径通行。单模光缆的光源通常为 LED 激光，其成本和强度远远高于普通 LED。由于这种 LED 激光的强度很高，因此可获得更高的数据速率，传输距离也更长。单模光纤可传输数据的距离约为 3000 米，用于包括各 NOC 互连在内的主干布线。同样，技术进步也使得这一数字在不断增大。分层的是设计总的来说就是方便，方便学习，方便研究，方便维护，方便扩展升级。网络模型有两种基本类型：协议模型和参考模型。协议模型提供了与特定协议簇结构精确
29、匹配的模型。协议簇中分层的一组相关协议通常代表连接以人为本的网络与数据网络所需的全部功能。TCP/IP 模型描述了 TCP/IP 协议簇中每个协议层实现的功能，因此属于协议模型。参考模型为各类网络协议和服务之间保持一致性提供了通用的参考。参考模型的目的并不是作为一种实现规范，也不是为了提供充分的详细信息来精确定义网络体系结构的服务。参考模型的主要用途是帮助人们更清晰地理解涉及的功能和过程。开放式系统互联 (OSI) 模型是最广为人知的网际网络参考模型，用于数据网络设计、操作规范和故障排除。尽管 TCP/IP 模型和 OSI 模型是讨论网络功能时使用的主要模型，但网络协议、网络服务或网络设备的设
30、计人员也可以自行创建模型来代表自己的产品。不过，设计人员最终还是需要将自己的产品或服务与 OSI 模型和 TCP/IP 模型之中任一或全部相关联才能与行业通信。国际标准化组织 (ISO) 于 1984 年制定了开放式系统互联 (OSI) 模型。与 TCP/IP 协议不同，它并未规定任何具体协议的交互。它作为供开发人员遵循的体系结构而创建，用于设计网络通信的协议。尽管只有极少的协议栈会精确实现 OSI 模型的所有七层，但它目前仍被视为计算机间通信的主要参考模型。OSI 模型包括与网际通信相关的所有功能或任务，而不仅限于 TCP/IP 协议的相关功能。与只有四层的 TCP/IP 模型不同，OSI
31、模型将任务组织为更加具体的七组，然后将任务或任务组分配给七个 OSI 层中的每一层。协议栈的本质是对基本功能加以分离和组织。功能的分离使协议栈中的每层都可以独立于其它层工作。例如，如果要访问网站，可以使用笔记本电脑通过家中的调制解调器访问，也可以使用无线连接的笔记本电脑来访问，还可以使用具备 Web 功能的移动电话来访问。无论下面的层如何工作，应用层都可以无缝运行。同理，下面的层也能够无缝运作。例如，当电子邮件、Web 浏览、即时消息和音乐下载等各种不同应用程序同时运行时，Internet 连接仍能正常工作。应用层：定义应用软件和网络通信服务的接口，提供标准化应用定义；表示层：对用户数据格式进
32、行标准化，以便在不同类型的系统之间使用，如对数据的编码解码，加密解密，压缩解压缩等；会话层：管理用户会话和对话，维护系统间的逻辑链路传输层：管理通过网络的端到端的数据传输控制网络层：根据网络地址进行选路数据链路层：管理一端链路两端结点之间数据的传输控制物理层：定义信号传输的编码，光学、电子和机械特性，定义网络设备接口物理规范。发送数据的过程就是数据从应用层到数据链路层层层打包最后变成 bit 流的过程，该过程称为数据包的封装。接收数据的过程是网卡收到物理信号(bit)流后交给数据链路层，直到应用层，层层解包的过程。所谓对等实体指的是通信双方必须使用相同的协议栈，如一方在传输层使用 TCP协议, 另一方也必须在传输层使用 TCP 协议。下层实现对上层是透明的，只需要提供给上层一个服务接口(SAP)即可，下层实现的细节无需对上层透露。只要保证服务接口相同，下层的改变不会影响上层，反之上层的改变也不会影响下层。
