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基本的网络知识,十分适合初学者;包括网络分类,网络协议等详细介绍。
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计算机网络基础
1 计算机网络定义:
将分布在不同的地理位置上的具有独立工作能力的计算机、终端及其附属设备用通信设备
和通信线路连接起来,再配有网络软件以实现计算机资源共享的系统,称为计算机网络。
2 计算机网络的分类
⑴ 按照网络的分布范围分类,计算机网络可以分为广域网、局域网和城域网三种。
① 广域网 WAN(Wide Area Network)
广域网也称远程网,它的联网设备分布范围广,一般从数公里到数百至数千公里。因此网
络所涉及的范围可以是市、地区、省、国家,乃至世界范围。由于它的这一特点使得单独
建造一个广域网是极其昂贵和不现实的,所以,常常借用传统的公共传输(电报、电话)
网来实现。此外,由于传输距离远,又依靠传统的公共传输网,所以错误率较高。
②局域网 LAN(Local Area Network)
局域网是将小区域内的各种通信设备互连在一起的网络,其分布范围局限在一个办公室、
一幢大楼或一个校园内,用于连接个人计算机、工作站和各类外围设备以实现资源共享和
信息交换。它的特点是分布距离近(通常在 1000m 到 2000m 范围内),传输速度高(一般
为 1Mbps 到 20Mbps),连接费用低,数据传输可靠,误码率低等。
③城域网 MAN(Metropolitan Area Network)
城域网的分布范围介于局域网和广域网之间,其目的是在一个较大的地理区域内提供数据
声音和图像的传输。
⑵按网络的交换方式分类
按交换方式来分类,计算机网络可以分为电路交换网、报文交换网和分组交换网三种。
① 电路交换网
电路交换方式是在用户开始通信前,先申请建立一条从发送端到接收端的物理信道,并且
在双方通信期间始终占用该信道。此方式类似于传统的电话交换方式。
②报文交换网
报文交换方式是把要发送的数据及目的地址包含在一个完整的报文内,报文的长度不受限
制。报文交换采用存储-转发原理,每个中间节点要为途径的报文选择适当的路径,使其能
最终到达目的端。此方式类似于古代的邮政通信,邮件由途中的驿站逐个存储转发一样。
③分组交换网
分组交换方式是在通信前,发送端先把要发送的数据划分为一个个等长的单位(即分组),
这些分组逐个由各中间节点采用存储-转发方式进行传输,最终到达目的端。由于分组长度
有限,可以比报文更加方便的在中间节点机的内存中进行存储处理,其转发速度大大提高。
除了以上二种分类方法外,还可按采用的传输媒体分为双绞线网、同轴电缆网、光纤网、
无线网;按网络传输技术可分为广播式网络和点到点式网络;按所采用的拓扑结构将计算
机网络分为星形网、总线网、环形网、树形网和网形网;按信道的带宽分为窄带网和宽带
网;按不同的用途分为科研网、教育网、商业网、企业网等。
3 调制解调器(Modem)
实现数字信号与模拟信号互换的设备称作调制解调器(Modem)。
4 协议:
网络中的计算机与终端间要想正确的传送信息和数据,必须在数据传输的顺序、数据的格
式及内容等方面有一个约定或规则,这种约定或规则称做协议。
5
计算机的 网络体系结构
大多数的计算机网络都采用层次式结构,即将一个计算机网络分为若干层次,处在高层次
的系统仅是利用较低层次的系统提供的接口和功能,不需了解低层实现该功能所采用的算
法和协议;较低层次也仅是使用从高层系统传送来的参数,这就是层次间的无关性。因为
有了这种无关性,层次间的每个模块可以用一个新的模块取代,只要新的模块与旧的模块
具有相同的功能和接口,即使它们使用的算法和协议都不一样。
⑴ 网络协议主要有三个组成部分:
1.语义:
是对协议元素的含义进行解释,不同类型的协议元素所规定的语义是不同的。例如需要发
出何种控制信息、完成何种动作及得到的响应等。
2.语法:
将若干个协议元素和数据组合在一起用来表达一个完整的内容所应遵循的格式,也就是对
信息的数据结构做一种规定。例如用户数据与控制信息的结构与格式等。
3.时序:
对事件实现顺序的详细说明。例如在双方进行通信时,发送点发出一个数据报文,如果目
标点正确收到,则回答源点接收正确;若接收到错误的信息,则要求源点重发一次。
由此可以看出,协议(Protocol)实质上是网络通信时所使用的一种语言。
网络协议对于计算机网络来说是必不可少的。不同结构的网络,不同厂家的网络产品,所
使用的协议也不一样,但都遵循一些协议标准,这样便于不同厂家的网络产品进行互连。
一个功能完善的计算机网络需要制定一套复杂的协议集合,对于这种协议集合,最好的组
织方式是层次结构模型。我们将计算机网络层次结构模型与各层协议的集合定义为计算机
网络体系结构。
⑵ 网络体系结构是关于计算机网络应设置哪几层,每层应提供哪些功能的精确定义。至于
功能如何实现,则不属于网络体系结构部分。换句话说,网络体系结构只是从功能上描述
计算机网络的结构,而不涉及每层硬件和软件的组成,也不涉及这些硬件或软件的实现问
题。由此看来,网络体系结构是抽象的。
世界上第一个网络体系结构是 1974 年由 IBM 公司提出的"系统网络体系结构 SNA"。之后,
许多公司纷纷提出了各自的网络体系结构。所有这些体系结构都采用了分层技术,但层次
的划分、功能的分配及采用的技术均不相同。随着信息技术的发展,不同结构的计算机网
络互连已成为人们迫切需要解决的问题。在这个前提下,开放系统互连参考模型 OSI 就提
出来了。
⑶ OSI 参考模型
国际标准化组织 ISO 于 1981 年正式推荐了一个网络系统结构----七层参考模型,叫做开
放系统互连模型(Open System Interconnection,OSI)。由于这个标准模型的建
立,使得各种计算机网络向它靠拢, 大大推动了网络通信的发展。
OSI 参考模型将整个网络通信的功能划分为七个层次。它们由低到高分别是物理层(PH)、
链路层(DL)、网络层(N)、传输层(T)、会议层(S)、表示层(P)、应用层(A)。每层完成一定
的功能,每层都直接为其上层提供服务,并且所有层次都互相支持。第四层到第七层主要
负责互操作性,而一层到三层则用于创造两个网络设备间的物理连接。
OSI 参考模型对各个层次的划分遵循下列原则:
1.网中各结点都有相同的层次,相同的层次具有同样的功能;
2.同一结点内相邻层之间通过接口通信;
3.每一层使用下层提供的服务,并向其上层提供服务;
4.不同结点的同等层按照协议实现对等层之间的通信。
根据以上原则,ISO 制定了开放系统参考模型 OSI RM。
第一层:物理层
这一层负责在计算机之间传递数据位,它为在物理媒体上传输的位流建立规则,这一层定
义电缆如何连接到网卡上,以及需要用何种传送技术在电缆上发送数据; 同时还定义了位
同步及检查。这一层表示了用户的软件与硬件之间的实际连接。它实际上与任何协议都不
相干,但它定义了数据链路层所使用的访问方法。
物理层是 OSI 参考模型的最低层,向下直接与物理传输介质相连接。物理层协议是各种网
络设备进行互连时必须遵守的低层协议。设立物理层的目的是实现两个网络物理设备之间
的二进制比特流的透明传输,对数据链路层屏蔽物理传输介质的特性,以便对高层协议有
最大的透明性。
ISO 对 OSI 参考模型中的物理层做了如下定义:
物理层为建立、维护和释放数据链路实体之间的二进制比特传输的物理连接提供机械的、
电气的、功能的和规程的特性。物理连接可以通过中继系统,允许进行全双工或半双工的
二进制比特流的传输。物理层的数据服务单元是比特,它可以通过同步或异步的方式进行
传输。
从以上定义中可以看出,物理层主要特点是:
1.物理层主要负责在物理连接上传输二进制比特流;
2.物理层提供为建立、维护和释放物理连接所需要的机械、电气、功能与规程的特性。
第二层:数据链路层
这是 OSI 模型中极其重要的一层,它把从物理层来的原始数据打包成帧。一个帧是放置数
据的、逻辑的、结构化的包。数据链路层负责帧在计算机之间的无差错传递。数据链路层
还支持工作站的网络接口卡所用的软件驱动程序。桥接器的功能在这一层。
数据链路层是 OSI 参考模型的第二层,它介于物理层与网络层之间。设立数据链路层的主
要目的是将一条原始的、有差错的物理线路变为对网络层无差错的数据链路。为了实现这
个目的,数据链路层必须执行链路管理、帧传输、流量控制、差错控制等功能。
在 OSI 参考模型中,数据链路层向网络层提供以下基本的服务:
1.数据链路建立、维护与释放的链路管理工作;
2.数据链路层服务数据单元帧的传输;
3.差错检测与控制;
4.数据流量控制;
5.在多点连接或多条数据链路连接的情况下,提供数据链路端口标识的识别,支持网络层
实体建立网络连接;
6.帧接收顺序控制
第三层:网络层
这一层定义网络操作系统通信用的协议,为信息确定地址,把逻辑地址和名字翻译成物理
的地址。它也确定从源机沿着网络到目标机的路由选择,并处理交通问题,例如交换、路
由和对数据包阻塞的控制。路由器的功能在这一层。路由器可以将子网连接在一起,它依
赖于网络层将子网之间的流量进行路由。
数据链路层协议是相邻两直接连接结点间的通信协议,它不能解决数据经过通信子网中多
个转接结点的通信问题。设置网络层的主要目的就是要为报文分组以最佳路径通过通信子
网到达目的主机提供服务,而网络用户不必关心网络的拓扑构型与所使用的通信介质。
网络层也许是 OSI 参考模型中最复杂的一层,部分原因在于现有的各种通信子网事实上并
不遵循 OSI 网络层服务定义。同时,网络互连问题也为网络层协议的制定增加了很大的难
度。
OSI 参考模型规定网络层的主要功能有以下三点:
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