第6章 计算机网络与Internet基础
6.1计算机网络基础知识
6.1.1 计算机网络的概念
现代意义上的计算机网络(computer network)的定义是：为了实现计算机之间的通信联络、资源共享和协同工作，将地理位置分散的、各自具备独立自主功能的众多计算机通过各种通信手段有机地连接起来，这样组成的多计算机复合系统就是计算机网络。计算机网络是计算机技术和通信技术相结合的产物，其主要目的是提供不同计算机和用户之间的资源共享，这里共享的资源包括硬件资源、软件资源、数据与信息。
与单个独立的计算机相比，计算机网络最大的优势是允许多个用户共享设备和数据等网络资源，这样不仅节省开销、节省时间，并且方便了用户。
网络是由某种传输介质连接起来的一组计算机和其它网络设备。硬件、软件和传输介质有多种多样。网络可以是家中或办公室里通过电缆连接起来的两台计算机，也可以由全球成千上万台计算机组成，相互间通过电缆、电话线和卫星等建立连接。各种网络设备之间通过铜线、光缆、无线电波、红外线或卫星进行通信。
计算机网络的功能主要有以下几个方面： (1) 快速通信
计算机网络为分布在不同地点的计算机用户提供了快速传输信息的手段，网络上不同软件、硬件之间的计算机可以传送信息，包括文字、图像、声音、图形等多媒体信息。
(2) 资源共享
资源共享是计算机网络提供的重要功能。共享的资源包括硬件、软件、数据和信息。 (3) 提高可靠性
当一个资源出现故障时，可以使用另一个资源。
6.1.2 计算机网络的产生与发展
计算机网络诞生于20世纪50年代中期，60年代是广域网从无到有并迅速发展的年代；80年代局域网取得了长足的进步，已日趋成熟；90年代，一方面广域网和局域网的紧密结合使得企业网络迅速发展，另一方面建造了覆盖全球的信息网络Internet，为21世纪信息社会奠定了基础。
计算机网络的发展经历了一个从简单到复杂的过程，从为解决远程计算信息的收集和处理而形成的联机系统开始，发展到以资源共享为目的而互连起来的计算机群。计算机网络的发展又促进了计算机技术和通信技术的发展，使之渗透到社会生活的各个领域。到目前为止，其发展过程大体上可分为以下四个阶段。
第一阶段：以单台计算机为中心的远程联机系统，构成面向终端的计算机通信网（20世纪50年代）。
第二阶段：多个自主功能的主机通过通信线路互连，形成资源共享的计算机网络（20世纪60年代末）。
第三阶段：形成具有统一的网络体系结构、遵循国际标准化协议的计算机网络（20世纪70年代末）。
第四阶段：向互连、高速、智能化方向发展的计算机网络（始于20世纪80年代末）。.
6.1.3 计算机网络的组成与结构
计算机网络通俗地讲就是由多台计算机通过传输介质和软件连接在一起的一个系统。总
的来说，计算机网络的组成包括：网络硬件系统和网络软件系统。网络软件系统和网络硬件系统是网络系统赖以生存的基础，在网络系统中，网络硬件是计算机网络系统的物质基础，硬件对网络的选择起着决定性的作用，而网络软件是实现网络功能不可缺少的软件环境。是挖掘网络潜力的工具。
1．计算机网络的硬件 （1）网络服务器
网络服务器的功能是为网络上其他计算机提供服务和共享的资源。对于小型网络，可以只有一台服务器，这台服务器既负责网络的管理功能，也负责网络的通信功能，提供各种网络服务。对于大型网络，可以有多台服务器，分别完成各种网络功能，例如网络数据库服务器、电子邮件服务器、WWW服务器和FTP服务器。 （2）网络工作站
网络工作站是使用网络服务器所提供服务的计算机，是网络中个人使用的计算机，也称网络客户机。网络中的工作站和独立的计算机是有区别的，它们是网络的一部分，可以和网络中其他工作站和服务器通信。它的主要作用是为网络用户提供一个平台，访问网络服务器、共享网络资源。 （3）传输介质
传输介质是网络中发送方与接受方之间的物理通道，它对网络数据通信质量有很大的影响。网络中使用的传输介质包括有线介质和无线介质。有线介质通常是双绞线、同轴电缆、光纤。最常用的无线传输介质有微波、红外线、激光和卫星等。
（4）网络连接设备 网络适配卡：简称网卡。是将计算机连接到网络的硬件设备。网卡通过总线与微机相连，再通过电缆接口与网络传输媒体相连接，即网卡插在计算机或者服务器的扩展槽中，通过传输介质与网络连接。网卡是局域网的通信设备，选择网卡时，要考虑网络的拓扑结构。 调制解调器：是PC通过电话线接入因特网的必备设备，它具有调制和解调两大功能。家庭用户上网最常用的方法是通过使用调制解调器经过电话线与Internet服务提供商（ISP）相连接。调制解调器将计算机输出的数字信号调制成模拟信号，又能将模拟信号调制成数字信号。
集线器：是局域网中的一种连接设备，双绞线通过集线器将网络中的计算机连接在一起，完成网络的通信功能。在传统的局域网中，联网的节点通过双绞线与集线器连接，构成物理拓扑结构。对于共享型集线器来说，当一台计算机从一个端口将信息发送到集线器后，集线器就将信息广播到其它端口，其它端口上的计算机根据信息包含的接受地址来决定是否接受这个信息。目前共享式集线器的使用量已经很少，取而代之是设备是交换机。
交换机：英文名Switch，是一种用于电信号转发的网络设备。它可以为接入交换机的任意两个网络节点提供独享的电信号通路。最常见的交换机是以太网交换机。其他常见的还有电话语音交换机、光纤交换机等。
路由器：是实现局域网和广域网互联的主要设备，是将处于不同地理位置的局域网通过广域网进行互联的一种常见的方式。在广域网中从一个节点传输到另一个节点时要经过许多的网络，可以经过许多不同的路径。路由器就在一个网络传输到另外一个网络时进行路径的选择，使信息的传输能经过一条最佳的通道。对于计算机网络来说，路由器是广域网的主要互联设备，路由器性能的好坏，对于广域网上的传输性能有极大的影响。
2．计算机网络的软件
（1）网络操作系统
网络操作系统是用以实现系统资源共享、管理用户对不同资源访问的应用程序，它是最主要的网络软件。网络操作系统的功能就是能让用户充分共享使用网络资源，实现通信，对
网络资源和用户通信过程进行有效的管理。常见的网络操作系统有：Window 2000/XP、UNIX、Netware等。 （2）网络协议软件
协议是网络通信的约定语言，为了使网络中的计算机之间能够通信，必须遵守一些约定好的规则。最常用的几种网络通信协议有：TCP/IP、SPX/IPX和NETBEUI等。
（3）网络应用软件
在网络应用软件中，有一部分是用于提高网络本身的性能，改善网络的管理能力，而更多的网络应用软件则是为了给用户更多的网络应用，这种网络应用软件往往也称为网络客户软件，例如电子邮件、BBS、远程教学、远程医疗和视频点播等。
3、网络的拓扑结构
计算机网络拓扑结构是指网络中计算机和其他设备的物理连接形式。确定网络拓扑结构是建设计算机的第一步，网络拓扑结构对于网络的性能、系统的可靠性与通信费用都有重大的影响。计算机网络的拓扑结构主要有总线型、星型、环形、树型、网状型。总线型、星型、环型拓扑结构主要应用于局域网，而树型、网状型拓扑结构主要应用于广域网。
（1）总线型拓扑结构
总线型拓扑结构的特点是所有的计算机与其他设备都连接到一条公共的传输通道，这条传输通道称为总线。网络中各个节点都通过总线进行通信，在同一时刻只能允许一对节点占用总线通信。总线型结构的特点是简单灵活、可扩充性好、成本低、安装使用方便，但是实时性差、故障检测比较困难、不适宜大规模网络。以太网是一种流行的公共总线网络，它的公共总线就是以太网电缆，材料是铜线、光纤或两者的组合，以太网最主要的优点在于为网络添加新的设备非常容易。总线型拓扑结构见图6-1。
图6-1 总线型拓扑结构
（2）星型拓扑结构
另一种常见的连接方案是星型拓扑结构，它使用一台中心节点与网络中的其他设备通信，采用集中控制的方式。一个需要通信的设备把数据传输给中心节点，然后中心节点再把数据送往目标节点。在星型结构中，中心节点故障将导致整个系统的崩溃。星型结构的优点是建网容易、控制和维护相对简单，缺点是对中心节点依赖大。星型拓扑结构见图6-2。
图6-2 星型拓扑结构
（3）环型拓扑结构
在环型拓扑结构中，设备被连接成环。每一台设备只能和它的一个或两个相邻节点直接通信。如要与其他节点通信，信息必须依次经过两者之间的每一个设备，这也是环型网的一个缺点。环型网络可以是单向的，也可以是双向的。与总线型拓扑相比，其更多的时间花在替别的节点转发数据上。而且只要一个节点发生故障，就会导致环型拓扑中的所有节点无法正常通信。环型拓扑结构见图6-3。
图6-3 环型拓扑结构
（4）树型拓扑结构
树型拓扑结构由星型拓扑结构演变过来，其结构就像一棵倒立的树。树型拓扑结构是分层结构，具有根节点和分支节点，它的特点是适合分级管理和控制系统。树型拓扑结构易于扩展，缺点是对根节点依赖性太大，一个非叶子节点发生故障很容易导致网络分割。树型拓扑结构见6-4所示。
图6-4 树型拓扑结构
（5）网状拓扑结构
网状拓扑结构是一种不规则的网络结构。这种网络中的每一个节点与另一个节点之间至少有两条通道。即使一条线路出现故障，通过迂回路线，网络仍能正常工作，但是必须进行路由选择。这种结构可靠性高，但网络控制和路由选择复杂，一般用在广域网中。网状型拓扑结构见图6-5。
图6-5 网状拓扑结构
6.1.4 计算机网络的分类
计算机网络有多种不同的划分方式，可以按照覆盖范围、传输技术、传输介质等进行划分。
1、按照网络覆盖的地理范围划分
（1）局域网（Local Area Network，LAN）。局域网是在较小的范围内组建的网络，它覆盖的范围通常是几十米到几千米，例如一个办公室、一栋楼房、一个园区、一个单位等。局域网的主要特点是覆盖的地理范围小、数据速率较高、误码率低等。
（2）城域网（Metropolition Area Network，MAN）。城域网的规模通常限制在一座城市内，覆盖的范围从几十千米到几百千米。在一个城市内通过城域网可以将政府部门、大型企业、机关、部门等连接起来，可以实现大量用户的信息传递。
（3）广域网（Wide Area NetWork，WAN）。广域网覆盖的范围从数百千米到数千千米，甚至上万千米，可以是一个地区，一个国家，甚至是全世界。广域网采用的技术、应用的范围和协议标准都与局域网不同，在广域网中常常采用的是各种公用交换网，它使用的主要技术是存储转发。
2、按网络的传输技术划分
（1）广播式网络。广播式网络（Broadcast Network）通常使用一条共享的信道，当某台计算机在信道上发送数据包时，网络中的每台计算机都会收到这个数据包，收到数据包的计算机会将自己的地址和分组中的地址进行比较，如果相同则接收该数据包，反之则丢弃该数据包。
（2）点到点网络。点到点网络是两条计算机之间的线路连接。如果两台计算机之间要经过多个节点才能将数据发送到目的地，这样选择路由就非常重要。
3、按网络的传输介质划分
（1）有线网络。有线网络通常是指采用双绞线、同轴电缆以及光缆等有线传输介质组建的网络。
（2）无线网络。无线网络就是使用无线传输介质进行传输的网络。它主要包括微波、红外线等。
6.2 局域网基本知识
6.2.1 局域网组成基础
局域网（LAN）是在—个较小的地理范同内，利用通信线路将许多计算机及外设连接起来，以达到数据通信和资源共事的日的。20世纪70年代的中后期，随着14算机应川的不断发展，计算机数量的不断增加，以及众多用户对资源共享和提高系统可靠性及有效性的强烈满求，使得局域网络得到迅猛发展。局域网适合于企、事业单位的信息和过枝管理及办公自动化方面的应用。公司、企业、行政部门及住宅小区内的计算机都通过局域网连接起来，以达到资源共享、信息传递和数据通信的目的。20世纪90年代以来，LAN在速度、带宽等指标方面有了更大进展，并且在LAN的访问、服务、管理、安全和保密等方面都得到进—步的改善，特别是交换技术的出现，使局域闷的发展进入一个崭新的阶段。
1、局域网的特点
(1)覆盖范围小。局域网中各节点分布的地理范围较小，如一个工厂、学校、企事业单位、建筑物，甚至是一个房间。
(2)成本低。由于网络区域有限，所以通信线路短，网络设备相对较少，从而降低了网络成本，缩短了组建周期。
(3)传输速率高。由于网络所用通信线路较短，故可以选用高性能的介质做通信线路，使线路有较宽的频带，这样可以提高通信速率，缩短延迟时间。一般高速局域网的速率可达