第一章 网络技术基础

1. ARPANET

Ÿ  ARPANET 为美国国防高等研究计划署开发的世界上第一个运营的封包交换网络，它是全球互联网的始祖。

Ÿ  ARPANET 是计算机网络技术发展中的一个里程碑，它的研究对促进网络技术发展和理论体系的形成起到了重要的推动作用，并为 Internet 的形成奠定了坚实的基础。

2. 无线自组网（Ad hoc）

Ÿ  无线自组网（Ad hoc）是在无线分组网的基础上发展起来的；

Ÿ  是一种特殊的无线、自组织、对等、多跳、移动的网络；

Ÿ  它采用一种不需要基站的“对等结构”移动通信网络；

Ÿ  它在军事和特殊应用领域有着重要的应用前景。

3. Windows NT 操作系统

Ÿ  Windows NT 3.1 操作系统是微软公司开发的一种闭源系统，采用 32 位的操作系统，可以提供全面的网络服务功能。

Ÿ  Windows NT 4.0 是在 Windows NT 3.5 基础上改进的版本，由于采用客户机/服务器的工作模式，Windows NT 操作系统可以分为两部分：Windows NT Server 与 Windows NT Workstation。

4. Microsoft Windows 操作系统

Ÿ  Microsoft Windows是微软公司制作和研发的一套桌面操作系统；

Ÿ  Windows采用了图形化模式 GUI，比起之前的DOS需要键入指令使用的方式更为人性化；

Ÿ  Windows 是闭源系统，并不向用户开放源代码。

5. Unix 操作系统

Ÿ  Unix 是一种典型的操作系统，主要用于服务器端；

Ÿ  1969年，AT&T公司的Kennethl.Thompson用汇编语言编写了 Unix的第一个版本V1，目的是为开发新软件的程序员提供一个工具。

Ÿ  Unix 作为工业标准已经被很多计算机厂商接受，并广泛应用于大型机、中型机、小型机、工作站与微型机上，特别是工作站中几乎全部采用 Unix 系统。

Ÿ  TCP/IP 作为 Unix 的核心部分，使 Unix 与 TCP/IP 共同得到了普及与发展。

Ÿ  Unix 是针对小型机环境开发的操作系统，采用的是集中式、分时、多用户的系统结构。

Ÿ  1993 年，Unix 国际和开放系统基金会（0SF)合作，成立了公共开放软件环境（C0SE)组织，为 Unix 的标准化打下基础。

6. Linux 操作系统

Ÿ  Linux 是一套免费使用和自由传播的类 Unix 操作系统。

Ÿ  Linux 继承了 Unix 以网络为核心的设计思想，是一个性能稳定的多用户网络操作系统，可以作为服务器使用。

Ÿ  Linux 是基于 GNU 开源的操作系统。

Ÿ  Linux 的核心部分是其内核，提供 KDE 用户界面。

Ÿ  常见的 Linux 发行版主要包括 RedHat、Mandrake、Slackware、SUSE、TurboLinux、Debian、Caldera、Ubuntu，以及国内的蓝点、红旗 Linux 等。

7. 计算机网络特征

Ÿ  建立计算机网络的主要目的是实现计算机资源的共享。

Ÿ  互联的计算机是分布在不同地理位置的多台独立的“自治计算机”。互联的计算机之间没有明确的主从关系，每台计算机都可以联网或脱网工作。

Ÿ  联网计算机之间的通信必须遵循共同的网络协议。

8. 计算机网络分类

Ÿ  按覆盖的地理范围划分，可以分为以下 4类：广域网、城域网、局域网与个人区域网。

Ÿ  按照覆盖距离从大到小排列：

①  广域网（Wide Area Network,WAN)：覆盖100〜1000km的网络。

②  城域网（Metropolitan Area Network，MAN)：覆盖10〜100km的网络；

③  局域网（Local Area Network，LAN)：覆盖 10m~10km的网络；

④  个人区域网（Personal Area Network,PAN)：连接用户计算机身边 10m之内计算机、打印机、PDA与智能手机等数字终端设备的网络。

9. 无线传感器网（WSN）

Ÿ  由部署在监测区域内大量的廉价微型传感器结点组成，通过无线通信方式形成的一个多跳的自组织的网络系统。

Ÿ  WSN 是一种分布式传感网络，它的末梢是可以感知和检查外部世界的传感器。

Ÿ  WSN 中的传感器通过无线方式通信，因此网络设置灵活，设备位置可以随时更改，还可以跟互联网进行有线或无线方式的连接。通过无线通信方式形成的一个多跳自组织的网络。

Ÿ  无线传感器网使用的无线通信技术主要包括 IEEE802.11 标准的 WLAN、IEEE 802.15.4 标准的无线个人区域网（6LoWPAN）技术、蓝牙（Bluetooth）技术、ZigBee 技术。

10. 网络拓扑结构

Ÿ  拓扑学是将实体抽象成与其大小、形状无关的“点”，将连接实体的线路抽象成“线”，进而研究“点”“线”“面”之间的关系。

Ÿ  计算机网络拓扑是通过网中节点与通信线路之间的几何关系表示网络结构，反映网络中各实体之间的结构关系。

Ÿ  计算机网络拓扑是指通信子网的拓扑结构。

11. 网络拓扑分类

基本的网络拓扑有五种：星形、环形、总线形、树形与网状。

Ÿ  星形拓扑

星形拓扑结构的主要特点是：

①  节点通过点-点通信线路与中心节点连接。

②  中心节点控制全网的通信，任何两节点之间的通信都要通过中心节点。

③  星形拓扑结构简单，易于实现，便于管理。

④  网络的中心节点是全网性能与可靠性的瓶颈，中心节点的故障可能造成全网瘫痪。

Ÿ  环形拓扑

环形拓扑结构的主要特点是：

①  节点通过点-点通信线路连接成闭合环路。

②  环中数据将沿一个方向逐站传送。

③  环形拓扑结构简单，传输延时确定。

④  环中每个节点与连接节点之间的通信线路都会成为网络可靠性的瓶颈。环中任何一个节点出现线路故障， 都可能造成网络瘫痪。

⑤  为了方便节点的加入和撤出，控制节点数据传输顺序，保证环的正常工作，需要设计复杂的环维护协议。

Ÿ  总线形拓扑

总线形拓扑结构的主要特点是：

①  所有节点连接到一条作为公共传输介质的总线，以广播方式发送和接收数据。

②  当一个节点利用总线发送数据时，其他节点只能接收数据。

③  如果有两个或两个以上的节点同时发送数据时，就会出现冲突，造成传输失败。

④  总线形拓扑结构的优点是结构简单，缺点是必须解决多节点访问总线的介质访问控制问题。

Ÿ  树形拓扑

树形拓扑结构的主要特点是：

①  节点按层次进行连接，信息交换主要在上、下节点之间进行，相邻及同层节点之间通常不进行数据交换， 或数据交换量比较小。

②  树形拓扑可以看成是星形拓扑的一种扩展，树形拓扑网络适用于汇集信息。

Ÿ  网状拓扑

网状拓扑结构的主要特点是：

①  节点之间的连接是任意的，没有规律，故又被称为无规则型。

②  网状拓扑的优点是系统可靠性高，广域网一般都采用网状拓扑。

网状拓扑结构复杂，必须采用路由选择算法、流量控制与拥塞控制方法。

12. 数据传输速率

Ÿ  数据传输速率是每秒钟传输构成数据的二进制比特数；

Ÿ  单位为比特/秒（bit/second）记作 bps。

Ÿ  对于二进制数据，数据传输速率为：

S=1/T（bps）

其中，T 为发送 1 比特所需的时间。

1B=8b

1kbps=1*103bps 1Mbps≈1*103Kbps 1Gbps≈1*103Mbps 1Tbps≈1*103Gbps

Ÿ  奈奎斯特准则指出：如果间隔为π/ω（ω=2πf），通过理想通信信道传输窄脉冲信号，则前后码元之间不会产生相互窜扰。因此，对于二进制数据信号的最大数据传输速率 Rmax与通信信道带宽B（B=f，单位Hz）的关系可以写为：

Rmax=2*f（bps）

对于二进制数据，如果信道带宽 S=f=3000Hz，则最大数据传输速率为 6000bps。13.误码率

误码率是指二进制码元在数据传输系统中被传错的概率，它在数值上近似等于：

Pe=Ne/N

其中 A 为传输的二进制码元总数，I 为被传错的码元数。

Ÿ  误码率是衡量数据传输系统在正常工作状态下的传输可靠性的参数。

Ÿ  对于实际的数据传输系统，需要根据实际情况提出误码率要求。在数据传输速率确定后，误码率越低，传输系统设备越复杂、造价越高。

Ÿ  对于实际的数据传输系统，如果传输的不是二进制码元，需要折合成二进制码元来计算。

14. 数据报（DG）与虚电路（VC）

Ÿ  分组交换技术可以分为两类：数据报（Datagram，DG）与虚电路（VirtualCircuit，VC）。

Ÿ  数据报方式主要有以下几个特点：

①  同一报文的不同分组可以经过不同的传输路径通过通信子网。

②  同一报文的不同分组到达目的主机时可能出现乱序、重复与丢失现象。

③  每个分组在传输过程中都必须带有目的地址与源地址。

④  数据报方式的传输延迟较大，适用于突发性通信，不适用于长报文、会话式通信。

⑤  数据报是报文分组存储转发的一种形式，在数据报方式中，分组传输前不需要在源主机与目的主机之间预先建立“线路连接”。

Ÿ  虚电路方式主要有以下几个特点：

①  在每次传输分组之前，在源主机与目的主机之间建立一条虚电路。

②  所有分组都通过虚电路顺序传输，分组中不必携带目的地址、源地址等信息。分组到达目的主机时不会出现乱序、重复与丢失现象。

③  分组通过虚电路上的每个路由器时，路由器只需要进行差错检测，而不需要进行路由选择。

④  路由器可以与多个主机之间通信建立多条虚电路。

15. 网络协议的概念

Ÿ  计算机网络是由多个主机组成，主机之间需要不断地交换数据。

Ÿ  为了在主机之间有条不紊地交换数据，每个主机都必须遵守一些事先约定好的规则。这些规则精确地规定交换数据的格式和时序。

Ÿ  这些为网络数据交换而制定的规则、约定与标准被称为网络协议（Protocol）。

16. 网络协议组成 3 要素

①  语法：即用户数据与控制信息的结构和格式，以及数据出现的顺序。

②  语义：即解释控制信息每个部分的意义，它规定了需要发送何种控制信息，以及完成的动作与所作的响应。

③  时序：即对事件发生顺序的详细说明。

17. 网络体系结构

Ÿ  为了保证网络中大量计算机之间有条不紊地交换数据，入们必须制定大量的协议，构成一套完整的协议体系。

Ÿ  对于结构复杂的网络协议体系来说，最好的组织方式是层次结构模型。

Ÿ  计算机网络中引入了一个重要的概念——网络体系结构。

Ÿ  网络体系结构釆用层次结构的方法具有以下优点：

①  各层之间相互独立。

②  灵活性好。

③  易于实现和标准化。

18. OSI 各层的主要功能

Ÿ  1974 年，ISO(国际标准化组织,主要从事网络协议标准化工作)发布著名的 ISO/IEC 7498 标准，它定义了网络互联的七层框架，即开放系统互联（Open System Internetwork，OSI）参考模型

Ÿ  OSI 参考模型结构包括以下 7 层：物理层、数据链路层、网络层、传输层、会话层、表承层和应用层。

1)   物理层（Physical Layer）

①  物理层是 OSI 参考模型的最底层。

②  物理层利用传输介质为通信的网络主机之间建立、管理和释放物理连接，实现比特流的透明传输，为数据链路层提供数据传输服务。

③  物理层的数据传输单元是比特。

2)   数据链路层（DataLinkLayer）

①  数据链路层的低层是物理层，相邻高层是网络层。

②  数据链路层在物理层提供比特流传输的基础上，通过建立数据链路连接，采用差错控制与流量控制方法， 使有差错的物理线路变成无差错的数据链路.

③  数据链路层的数据传输单位是帧。

3)   网络层（Network Layer）

①  网络层相邻的底层是数据链路层，高层是传输层

②  网络层通过路由选择算法为分组通过通信子网选择最适当的传输路径，实现流量控制、拥塞控制与网络互联的功能。

③  网络层的数据传输单元是分组（Packet）

4)   传输层（Transport Layer）

①  传输层相邻的低层是网络层，高层是会话层。

②  传输层为分布在不同地理位置的计算机的进程通信提供可靠的端-端（end-to-end)连接与数据传输服务。

③  传输层向高层屏蔽了低层数据通信的细节。

④  传输层的数据传输单元是报文（Message）。

5)   会话层（Session Layer）

①  会话层相邻的低层是传输层，高层是表示层。

②  会话层负责维护两个会话主机之间连接的建立，管理和终止，以及数据的交换。

6)   表示层（Presentation Layer)

①  表示层相邻的低层是会话层，高层是应用层。

②  表示层负责通信系统之间的数据格式变换、数据加密与解密、数据压缩与恢复。

7)   应用层（Application Layer）

①  应用层是参考模型的最高层。

②  应用层实现协同工作的应用程序之间的通信过程控制。

19. TCP/IP 协议

Ÿ  TCP/IP 协议参考模型是由美国国防部指定使用的协议。

Ÿ  TCP/IP 协议具有独立于特定的网络硬件，可以运行在局域网、广域网。

20. TCP/IP 应用层与 OSI 对应关系从功能的角度来看：

Ÿ  TCP/IP 参考模型的应用层与 OSI 参考模型的应用层、表示层、会话层对应；

Ÿ  TCP/IP 参考模型的传输层与 OSI 参考模型的传输层对应；

Ÿ  TCP/IP 参考模型的互联网络层与 OSI 参考模型的网络层对应；

Ÿ  TCP/IP 参考模型的主机-网络层与 OSI 参考模型的数据链路层和物理层对应。

OSI 参考模型            TCP/IP 参考模型

21.        TCP/IP 各层的主要功能

TCP/IP 参考模型从高到低可以分为 4 个层次：应用层（Application Layer）、传输层（Transport Layer）、互

联网络层与主机-网络层。

1)   主机-网络层（Host-to-network Layer）

主机-网络层是 TCP/IP 参考模型的最底层，它负责通过网络发送和接收 IP 分组。

2)   互联网络层（Internet Layer）

Ÿ  TCP/IP 参考模型互联网络层的协议是 IP 协议。

Ÿ  IP 协议是一种不可靠、无连接的数据报传送服务协议，它提供的是一种“尽力而为（best-effort）”的服务。(ICMP 也在网络层)

Ÿ  互联网络层的协议数据单元是 IP 分组。

Ÿ  互联网络层的主要功能包括如下：

①  处理来自传输层的数据发送请求。

②  处理接收的分组。

③  处理网络的路由选择、流量控制与拥塞控制。

3)   传输层

Ÿ  传输层是负责在会话进程之间建立和维护端-端连接，实现网络环境中分布式进程通信

Ÿ  传输层定义两种不同的协议：

①  传输控制协议（Transport Control Protocol，TCP）

TCP 是一种可靠的、面向连接、面向字节流（Byte Stream）的传输层协议。TCP协议提供比较完善的流量控制与拥塞控制功能。

②  用户数据报协议（User Datagram Protocol，UDP）。 UDP 是一种不可靠的、无连接的传输层协议。

4)   应用层

Ÿ  应用层是 TCP/IP 参考模型中的最高层。

Ÿ  TCP/IP 应用层主要有如下的基本协议。

①  远程登录协议（Telnet）。

②  文件传输协议（File Transfer Protocol，FTP）。

③  简单邮件传输协议（Simple Mail Transfer Protocol，SMTP）。

④  超文本传输协议（Hyper Text Transfer Protocol，HTTP）。

⑤  域名服务（Domain Name System，DNS）。

⑥  简单网络管理协议（Simple Network Management Protocol，SNMP）。

⑦  动态主机配置协议（Dynamic Host Configuration Protocol,DHCP）。 22.计算机网络形成发展 4 个阶段

①  第一阶段是计算机网络技术与理论准备阶段；

②  第二阶段是计算机网络的形成阶段；

③  第三阶段是网络体系结构的研究阶段；

④  第四阶段是 Internet 应用、无线网与网络安全技术研究的发展阶段。

23.总线型局域网的特点

Ÿ  所有结点都通过网卡连接到作为公共传输介质的总线上。

Ÿ  总线通常采用双绞线或同轴电缆作为传输介质。

Ÿ  所有结点可以通过总线发送或接收数据，但是一段时间内只允许一个结点通过总线发送数据。结点之间按广播方式通信，一个结点发出的信息，总线上的其他结点均可“收听”到。

Ÿ  由于总线作为公共传输介质为多个结点所共享，就可能出现同一时刻有两个或两个以上结点通过总线发送数据的情况，因此会出现冲突而造成传输失败。

Ÿ  在总线型局域网的实现技术中，必须解决多个结点访问总线的介质访问控制问题。