六、计算机网络基础
(一)计算机网络的功能和分类
1.什么是计算机网络
计算机网络是利用通信设备、通信线路和网络软件，把地理上分散的多台具有独立工作能力的计算机(及其他智能设备)以相互共享资源(硬件、软件和数据等)为目的连接起来的一个系统。
2.计算机网络的功能
计算机网络具有下列基本功能:
(1)数据通信
(2)资源共享
(3)实现分布式的信息处理
(4)提高计算机系统的可靠性和可用性
3.计算机网络的分类
(1)从网络的交换功能进行分类 网络的设计者常常从网络所使用的交换技术将网络分类为:①电路交换网;②报文交换网;③分组交换网;④ATM等。
(2)从网络的拓扑结构进行分类 根据网络中计算机之间互连的拓扑形式把计算机网络分为:①星型网;②环形网;③总线网;④网状网等。
(3)从网络的作用范围进行分类
①广域网WAN(Wide Area Network)的作用范围通常为几十到几千公里。广域网有时也称为远程网。
②局域网LAN(Local Area Network)，一般用PC机通过高速通信线路相连(速率通常在10Mb/s以上)，但在地理上则局限在较小的范围((如几公里左右)，一般是一幢楼房或一个单位内部。③城域网或市域网MAN(Metropolitan Area Network)，其作用范围在广域网和局域网之间，例如作用范围是一个城市。城域网的传送速率也相当高，其作用距离约为5～50km。4.广域网及其通信子网
广域网简称WAN，是一种跨越很大地域范围的计算机网络，通常覆盖一个省、一个国家甚至全球。广域网物理上由两部分组成:运行用户程序的主机和进行数据通信的子网，前者称为资源子网(Resource Subnet)，后者称为通信子网(Communication Subnet)，所有的主机(端系统)通过通信子网进行连接和通信。
一般而言，广域网的通信子网常常以电信部门提供的公共数据通信网络为基础。我国已经和正在建设的公共分组交换数据网(CHINPAC)、数字数据网(CHINPAC)、帧中继(Frame Reˉlay)网、综合业务数字网(ISDN)等，为构筑各种类型的广域网创造了很好的条件。
(二)数据通信基础1.数据通信的基本概念
所谓数据通信是指传统的通信技术通过使用计算机来实现信息的传输、交换、存储和处理。
2.物理信道与传输介质
物理信道的类型很多，由于它们的属性各不相同，故而分别用在不同的网络中。物理信道的类型可以从不同的角度进行分类:
(1)按传输介质的类型可把信道分为有线信道和无线信道;
(2)按传输信号的形式可把信道分成模拟信道和数字信道;(3)按使用方式又分成专用信道和公用信道。
3.传输和复用技术
(1)基带传输和频带传输
所谓基带(Base Band)是指电信号固有的基本频带。而基带传输是指将数字设备发出的数字信号，原封不动地送入信道去传输。
所谓频带传输是指把数字信号调制成音频信号后再发送和传输，到达接收端时再把音频信号解调成原来的数字信号。
(2)多路复用技术
实现多路复用功能的设备称为多路复用器，它能实现由多路到一路(集中)和由一路到多路(分配)的功能，故也称为多路转换器。最基本的多路复用方法是频分多路复用和时分多路复用，即各终端以事先规定好的固定频带或固定时间间隔的方式来共享公用传输线。还有一种比较新的多路复用技术称为码分多址复用(CDMA)，在CDMA中，各发送端用各不相干的相互(准)正交的地址码去调制其所发送的信号，在接收端利用码开型的(准)正交性，通过地址识别从混合信号中选出相应的信号。这种复用技术抗干扰能力强、保密性好、灵活机动，已越来多地受到人们的重视。
4.交换技术
目前在计算机网络中使用的交换技术有:
(1)电路交换;
(2)报文交换;
(3)分组交换;
(4)帧中继交换;
(5)信元交换———异步转移模式(ATM)。
(三)网络体系结构与TCP/IP协议
1.网络体系结构
计算机网络的分层及其所使用协议的集合，就是所谓的网络体系结构。
2.TCP/IP
TCP(Transmission Control Protocol，传输控制协议)和IP(Internet Protocol，网际协议)源于美国国防部高等研究规划局(ARPA，现在的DARPA)的ARPANET网，现在已成为因特网的通信协议。目前TCP/IP协议泛指以TCP/IP为基础的一个协议集。
(四)因特网及其应用1.因特网(Internet)的功能
因特网的原意是“网络的网络”，它起源于美国国防部ARPANET计划，后来与美国国家科学基金会的科学教育网合并。20世纪90年代，政府机构和公司的计算机也纷纷入网，并迅速扩大到全球约100多个国家和地区。它能提供的服务主要有:
(1)电子邮件
(2)专题讨论
(3)信息检索
(4)布告栏服务
(5)远程登录
(6)WWW(World Wide Web)服务
2.因特网的地址与域名系统
为了实现因特网中的计算机相互通信，必须为每一台入网的计算机(也称为主机，Host)分配一个惟一的地址(简称IP地址)，该地址必须表明计算机所在的网络号(Net-id)以及它在该网络中的主机号(Host-id)。IP地址分为5类(A、B、C、D、E)，每一个IP地址由3个部分构成: IP地址=类型号+网络号(Net-id)+主机号(Host-id)
IP地址使用4个字节(32个二进位)表示。为了便于记忆，通常用4个十进制数来表示一个IP地址，每个十进制数对应IP地址中的一个字节，十进制数之间采用小数点“.”分隔。因特网IP地址的5种类型是:
(1)·A类地址 A类地址用于拥有大量主机(≤16777214)的网络，只有少数几个网络可获得A类地址。A类IP地址的特征是其二进制表示的***位为“0”。
(2)·B类地址 规模适中(≤65534台主机)的网络使用B类地址，B类IP地址的特征是其二进制表示的***两位为“10”。
(3)·C类二址 C类地址用于主机数量不超过254台的网络，其IP地址的特征是其二进制表示的***3位为“110”。
(4)·D类地址 用做多播(multicast)地址，其特征是其二进制表示的***4位为“1110”。
(5)·E类地址 用做备用地址，其特征是其二进制表示的***5位为“11110”。
3.如何接入因特网
(1)局域网接入因特网
申请本单位需要的IP地址，然后将本单位的网络通过路由器并经电信部门提供的公共网络(X.25、ISDN、DDN、帧中继或ATM)或者自行建设的专线接入所属部门的互联网络(如学校的校园网接入CERNET)，或中国公用计算机互联网(CHINANET)。
(2)个人用户接入因特网
个人用户(家用电脑)要接入因特网，可向当地的因特网服务中心(如电信局)申请一个因特网用户账号，便可利用现有的电话线，使计算机通过调制解调器(MODEM)连到单位的信息中心或电信局的因特网服务中心，获得因特网的各种服务。为了提高接入的传输速率，目前有多种“宽带”接入方案，例如ISDN、ADSL、Cable MODEM，甚至直接使用光纤接入(FTTH)。
(五)计算机局域网
局域网的主要特点是:
(1)·为一个单位所拥有，地理范围有限(0.1～25km)。
(2)·使用专用的通信线路，数据传输速率高(0.1～1Gb/s)。
(3)·通信延迟时间较低，可靠性较好(10 -8 ～10 -11 )。
(4)·能按广播方式或组播方式(一个站向多个站发送信息)进行通信。
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