软件设计师复习笔记__计算机网络基础

该笔记是本人基于<软件设计师教程>(2010.7)编写.

2011/4/23

1.计算机网络的概念.

(1) 概念: 计算机网络是把分布在不同地理区域的计算机与专用的外部设备用通信线路互联成一个规模大,功能强的计算机应用系统.从而使众多的计算机可以方便的互相传递信息以及共享硬件,软件和数据信息等资源.

(2)目的: 资源共享

(3)涉及3方面的内容: a.至少有两台计算机互联 b.通信设备和线路介质 c.网络软件,包括通讯协议和网络操作系统.

2.计算机网络的组成.

(1)硬件组成.

<1>计算机设备: 主机和前端处理机.

<2>通信线路: 有线线路和无线线路.

*1.有线介质.

a.双绞线: 屏蔽双绞线(适用于网络流量不大的网络)和非屏蔽双绞线.

b.同轴电缆: 基带同轴电缆和宽带同轴电缆

c.光导纤维

*2.无线介质.

a.微波

b.红外线和激光.

c.卫星通信

<3>网络连接设备: 路由器和交换机. 交换机将计算机组成网络.路由器将网络组成更大的网络.

(2)软件组成.

<1>系统级的网络操作系统.

<2>网络通讯协议.

<3>应用级的提供网络服务功能的专用软件

(3)功能组成

按数据通信和数据处理分为:

<1>通信子网:对应于模型的低3层(物理层,数据链路层,网络层)

<2>资源子网.对应于模型的高3层(会话层,表示层,应用层)

这种划分将通信子网的任务从主机中抽出来,有通信子网中的设备专门解决数据传输和通信控制问题,而资源子网中的计算机可几种精力处理数据.从而提高主句效率和网络整体性能.

3.计算机网络的分类

(1)按照计算机网络的覆盖范围和通信终端之间的距离划分为:

<1>局域网(LAN)

<2>城域网(MAN)

<3>广域网(WAN)

4.网络互联设备.

(1)物理层的互联设备.

<1>中继器:用于物理层上局域网网段的互联.用于扩展局域网网段的长度.

优点: 安装方便,使用简单,价格便宜.

缺点: 时延和衰耗大

<2>集线器(Hub): 特殊的多路中继器.具有信号放大的功能.

可分为:有源集线器，无源集线器和智能集线器．

(2)数据链路层的互联设备.

<1>网桥:用于连接两个局域网络段.

原理: 网桥检查帧的源地址和目的地址.如果源地址和目的地址不在同一个网段上,则把帧转发到另外一个网段上,如果相同则不转发.

作用: 过滤帧,提高网络可靠性和传输速率.

例子: 当一个网络由于负载很重而性能下降时,可以用网桥将其分成两个网络段并使段间的通信量保持最小.

<2>交换机:按每个包中的MAC地址进行相对简单的决策信息转发.

特点: 简化,低价,高性能和高端口密集等特点.而且转发数据延迟很小,远远超过普通桥接的转发性能.并且允许对共享型和专用型的局域网段进行带宽调整.以减轻局域网之间信息流通出现的瓶颈问题.

原理: 当交换机从某一个节点上接收到一个以太网帧后,将立即在其内存中的地址表(存储端口和MAC地址对应关系)进行查找,已确认该目地MAC的网卡连接在哪一个节点地址上.然后转发到该帧节点.如果不存在则交换机将该数据包广播到所有节点.拥有该MAC地址的网卡在接受到广播帧后立即作出应答,从而使交换机将其节点的MAC地址加入地址表中.

交换机使用的交换技术有端口交换,帧交换和信元交换3种.

(3)网络层的互连设备:路由器

作用: 连接多个单独的子网网络.

特点:

a.很强的异种网互连能力.

互联的网络最低两层可以互不相同.通过驱动软件将其统一到第三层.如果第三层协议相同.则可使用单协议路由器进行互联,如果不同则需使用多协议路由器.(多协议路由: 是指支持多种协议的路由并非指不同协议之前的相互转化)

b.选择路径.

在路由器中维护了一个路径表.表中记录着各个网络的逻辑地址.可用于识别其他网络,在互连网中,当路由器收到一个从网络向另一个网络发送的消息.首先丢弃掉信息包的外层,解读信息包中的数据以获得目的网络的逻辑地址.接着使用兴安岭路程序决定信息的转发路径.重新打包转发.

c.由于路由器工作在网络层,处理数据量比网桥多,因此处理速度比网桥慢.

(4)应用层的互连设备: 网关

作用: 协议转换.

5.网络协议的体系结构.

局域网标准: IEEE802.3(CSMA/CD,以太网) IEEE802.4(令牌总线) IEEE802.5(令牌环)

决定局域网特性的3大要素: 传输数据的传输介质,连接各种设备的拓扑结构和共享资源的介质访问控制.

(1)局域网的拓扑结构与协议.

<1> 总线结构

优点:

a. 只有一条双向同路,便于进行广播式传播

b.属于分布式控制.无需中央处理器.

c.系统扩充性好.

d.接口采用无源线路.可靠性高.

e.设备少,价格便宜,安装方便.

缺点:

负载重时,线路的利用率低,网上的信息延时不确定,故障隔离和检测困难.

<2> 星状结构

优点; 维护管理容易,重新配置灵活,故障隔离和检测容易网络延时低.

缺点:各节点通信必须经过中央处理机交换,网络共享性差,线路利用率低,中央单元负载重

<3> 环状结构

各个节点通过中继器首位相接连入网络.

优点: 路径控制简单. 有旁路设备,一旦发生故障,系统自动旁路,可靠性高.

缺点: 传输速率低,响应速度慢,由于环路封闭,扩充较难.

<4> 树状结构.

用于多个网络组成的分级结构中,特带你同总线型结构.

<5> 广域网多用分布式或者树状结构,局域网常用总线型,环状,星状或树状结构.

(2)局域网模型.

<1>物理层

和OSI物理层一样,处理在物理链路上的比特流.包括对带宽的频道分配和对基带的信号调制

<2>介质访问层.

与网络的拓扑方式有关和传输介质类型有关.只要包括对介质的访问控制和信道的资源分配.

<3>逻辑链路控制层.

提供了面向连接的服务和面向非连接的服务.对数据帧的封装和拆除,为高层提供网络服务的逻辑接口,能够实现差错控制和流量控制.

(3)以太网

采用的介质访问控制方法是带冲突检测的载波监听多路访问协议(CSMA/CD)技术

3种主要的类型:

a. IEEE802.3中定义的标准局域网.速度为:10Mbps. 传输介质为:同轴电缆.

b.IEEE802.3u中定义的快速以太网,速度为100Mbps. 传输介质为: 双绞线.

c.IEEE802.3z中定义的千兆以太网.速度为:1000Mbps.传输介质为:光钎或双绞线.

<1>介质访问技术.

工作过程: 首先监听信道,如果信道空闲则发送.如果哦信道忙,则继续侦听,直到信道空闲立即发送.开始发送一段时间后进行冲突检测.方法是边发送边接受并将收,发信息相比较.如果结果不同,则表明发送的信息遇到碰撞,于是立即停止发送并向总线上发出遗传阻塞信号通知信道上各站冲突已发送.再等待一段时间后重新发送. 等待时间采用算法: 二进制指数退避算法.

(4)令牌环网

传输介质: 主要是屏蔽双绞线和非屏蔽双绞线两种.

拓扑结构: 环状,星状(最多),总线

编码方式: 差分曼彻斯特编码.

介质访问: 令牌环控制技术.

6.广域网协议.

(1)点对点协议(PPP): 用于拨号上网这种广域网连接方式.

其具有简单,具备用户验证能力和可以解决IP地址分配等优点

(2)非对称数据用户线ASDL/PPPoE

(3)数字用户线:xDSL:非对称数字用户线ADSL.

(4)数字数据网.

(5)帧中断

它提供了一种简单的面向连接的虚电路分组服务.包括交换虚电路连接和永久虚电路连接.具有降低网络互连费用,简化网络功能,提高网络性能,采用国际标准等优点.

(6)异步传输模式(ATM)

它是一种面向分组的快速分组交换模式,使用了异步时分复用技术将信息流分割成固定长度的信元.使用统一的信息单位.能比较容易的实现各种信息流混合在一起的多媒体通信并能够根据业务类型,速率的需求动态的分配有效容量. 在ATM网络中,数据以定长的信元为单位进行传输,信元由信元头和信元体构成,每个信元53个字节,其中信元头5个字节,信元体48个字节.

(7)X.25协议

7.ISO/OSI 参考模型

(1)7层协议:

应用层: 向用户提供接口 如网络管理程序,电子邮件,ftp等.

表示层: 数据压缩,加解密等

会话层:为表示层提供建立,维护和结束会话连接的功能.

传输层:TCP/UDP

网络层:路由器所在,IP,ICMP,ARP,RARP.

数据链路层:帧

物理层:比特流

(2)TCP/IP协议族

特性: 逻辑编址,路由选择,域名解析,错误检测,流量控制,对应用程序的支持.

<1>4层结构: 应用层/传输层/网际层/网络接口层

<2>网络接口层协议: Ethernet

<3>网际层协议: IP协议(不可靠无连接的)

ARP和RARP协议. ICMP协议.

<4>传输层协议: 面向连接的可靠的TCP协议(SYN/ACK): FTP

面向无连接的UDP协议: DNS, SNMP

8 Internet及应用

(1)Internet地址.

<1>域名: 主机名.本地名.组名.最高层域名

<2>IP地址.





A: 1.0.0.0-126.0.0.0 可表示127个子网.

其中 10.0.0.0-10.255.255.255被保留,127.0.0.0做闭环使用.

B:128.1.0.0-192.254.0.0 其中 172.16.0.0-172.31.255.255被保留

C:192.0.1.0 至223.255.254.0 其中192.168.0.0和192.168.255.255保留

D: 组播地址 224.0.0.0到239. 255. 255.254

E: 保留地址: 240.0.0.0 至255.255.255.255

<3>子网掩码.

<4>NAT技术

(2) Internet 服务

<1>域名服务<DNS>

域名服务器: 主服务器,缓存域名服务器,转发服务器.

<2>远程登陆服务<Telnet协议>

<3>电子邮件服务

<4>万维网服务

<5>文件传输服务<FTP协议>

9 常用的网络管理命令.

(1)ipconfig

(2)ping

(3)arp

(4)netstat

(5)tracert