1、-_目录第一章 计算机网络基础 .1第二章 网络传输介质 .7第三章 组建简单网络 .22第四章 网络协议 与标准 .30第五章 网络 寻址 .44第六章 网段分割 .58第七章 路由技术 .62第八章 建设 TCP/IP 局域网 .74第九章 广域网 .85第十章 互联网接入技术 .102第十一章 网络管理与网络安全 .110第一章 计算机网络基础1.1 计算机网络的发展尽管电子计算机在上世纪 40 年代研制成功，但是到了30 年后的 80 年代初期，计算机网络仍然被认为是一个昂贵而奢侈的技术。近 20 年来，计算机网络技术取得了长足的发展，在今天，计算机网络技术已经和计算机技术本身一样精彩
2、纷呈，普及到人们的生活和商业活动中，对社会各个领域产生了如此广泛而深远的影响。-_1.1.1 早期的计算机通讯在 PC 计算机出现之前，计算机的体系架构是：一台具有计算能力的计算机主机挂接多台终端设备。终端设备没有数据处理能力，只提供键盘和显示器，用于将程序和数据输入给计算机主机和从主机获得计算结果。计算机主机分时、轮流地为各个终端执行计算任务。这种计算机主机与终端之间的数据传输，就是最早的计算机通讯。图 4.1 计算机主机与终端之间的数据传输尽管有的应用中计算机主机与终端之间采用电话线路连接，距离可以达到数百公里，但是，在这种体系架构下构成的计算机终端与主机的通讯网络，仅仅是为了实现人与计算
3、机之间的对话，并不是真实意义上的计算机与计算机之间的网络通讯。1.1.2 分组交换网络一直到 1964 年美国 Rand 公司的 Baran 提出“存储转发”和 1966 年英国国家物理实验室的 Davies 提出“分组交换”-_的方法，独立于电话网络的、实用的计算机网络才开始了真正的发展。分组交换的概念是将整块的待发送数据划分为一个个更小的数据段，在每个数据段前面安装上报头，构成一个个的数据分组（Packets） 。每个 Packet 的报头中存放有目标计算机的地址和报文包的序号，网络中的交换机根据数据这样的地址决定数据向哪个方向转发。在这样概念下由传输线路、交换设备和通讯计算机建设起来的网
4、络，被称为分组交换网络。图 4.2 分组交换网分组交换网络的概念是计算机通讯脱离电话通讯线路交换模式的里程碑。电话通讯线路交换的模式下，在通讯之前，需要先通过用户的呼叫（拨号） ，有网络为本次通讯建立线路。这种通讯方式不适合计算机数据通讯的突发性、密集性特点。而分组交换网络则不需要实现建立通讯线路（？“实现建立通信线路”这句话不通） ，数据可以随时以分组的形式发送到网络中。分组交换网络不需要呼叫建立-_线路（？“呼叫建立线路”这样的说法让人不太理解）的关键在于其每个数据包（分组）的报头中都有目标主机的地址，网络交换设备根据这个地址就可以随时为单个数据包提供转发，将之沿正确的路线送往目标主机。美
5、国的分组交换网 ARPANET 于 1969 年 12 月投入运行，被公认是最早的分组交换网。法国的分组交换网CYCLADES 开通于 1973 年，同年，英国的 NPL 也开通了英国第一个分组交换网。到今天，现代计算机网络：以太网、帧中继、Internet 都是分组交换网络。1.1.3 以太网以太网目前在全球的局域网技术中占有支配地位。以太网的研究起始与 1970 年早期的夏威夷大学，目的是要解决多台计算机同时使用同一传输介质而相互之间不产生干扰的问题。夏威夷大学的研究结果奠定了以太网共享传输介质的技术基础，形成了享有盛名的 CSMA/CD 方法。图 4.3 以太网以太网的 CSMA/CD
6、方法是在一台计算机需要使用共享传输介质通讯时，先侦听该共享传输介质是否已经被占用。-_当共享传输介质空闲的时候，计算机就可以抢用该介质进行通讯。所以又称 CSMA/CD 方法为总线争用方法。与现代以太网标准相一致的第一个局域网是由施乐公司的 Robert Metcalfe 和他的工作小组建成的。1980 年由数字设备公司、英特尔公司和施乐公司联合发布了第一个以太网标准 Ethernet。这种用同轴电缆为传输介质的简单网络技术立即受到了欢迎，在 80 年代，用 10Mbps 以太网技术构造的局域网迅速遍布全球。1985 年，电气和电子工程学会 IEEE 发布了局域和城域网的 802 标准，其中的
7、 802.3 是以太网技术标准。802.3 标准与 1980 年的 Ethernet 标准的差异非常小，以至同一块以太网卡可以同时发送和接收 802.3 数据帧和 Ethernet 数据帧。上世纪 80 年代 PC 机的大量出现和以太网的廉价，计算机网络不再是一个奢侈的技术。10Mbps 的网络传输速度，很好地满足了当时相对较慢的 PC 计算机的需求。进入 90年代，计算机的速度、需要传输的数据量越来越高，100Mbps 的以太网技术随之出现。IEEE100Mbps 以太网标准，被称为快速以太网标准。1999 年 IEEE 又发布了千兆以太网标准。需要回顾的是令牌网、FDDI 网，甚至 ATM
8、 网络技术对以太网技术的挑战。以太网以其简单易行、价格低廉、方-_便的可扩展性和可靠的特性，最终淘汰或正在淘汰这些技术，成为计算机局域网、城域网甚至广域网中的主流技术。1.1.4INTERNETInternet 是全球规模最大、应用最广的计算机网络。它是由院校、企业、政府的局域网自发地加入而发展壮大起来的超级网络，连接有数千万的计算机、服务器。通过在Internet 上发布商业、学术、政府、企业的信息，以及新闻和娱乐的内容和节目，极大地改变了人们的工作和生活方式。Internet 的前身是 1969 年问世的美国 ARPANET。到了1983 年，ARPANET 已连接有超过三百台计算机。19
9、84 年ARPANET 被分解为两个网络，一个用于民用，仍然称ARPANET。另外一个军用，称为 MILNET。美国国家科学基金组织 NSF 从 1985 年到 1990 年期间建设由主干网、地区网和校园网组成的三级网络，称为 NSFNET，并与ARPANET 相连。到了 1990 年，NSFNET 和 ARPANET 和在一起改名为 Internet 。随后，Internet 上计算机接入的数目与日俱增，为进一步扩大 Internet，美国政府将 Internet的主干网交由非私营公司经营，并开始对 Internet 上的传输收费，Internet 得到了迅猛发展。我国最早的 Interne
10、t 是于 1994 年 4 月完成的 NCFC 与-_Internet 的接入。由中国科学院主持，联合北京大学和清华大学共同完成的 NCFC（中国国家计算与网络设施）是一个在北京中关村地区建设的超级计算中心。NCFC 通过光缆将中科院中关村地区的三十多个研究所及清华、北大两所高校连接起来，形成 NCFC 的计算机网络。到 1994 年 5 月，NCFC 已连接了 150 多个以太网，3000 多台计算机。我国的商业 Internet中国因特网 ChinaNet 由中国电信和中国网通始建于 1995 年。ChinaNet 通过美国 MCI 公司、Global One 公司、新加坡 Telecom
11、 公司、日本 KDD 公司与国际 Internet 连接。目前，ChinaNet 骨干网已经遍布全国 31 个省、市、自治区，干线速度达到数十 Gbps，成为国际 Internet 的重要组成部分。Internet 已经成为世界上规模最大和增长速度最快的计算机网络，没有人能够准确说出 Internet 具体有多大。到现在，我们的 Internet 的概念，已经不仅仅指所提供的计算机通讯链路，而且还指参与其中的服务器所提供的信息和服务资源。计算机通讯链路、信息和服务资源整体，这些概念一起组成了现代 Internet 的体系结构。1.2 计算机网络的组成计算机网络是由负责传输数据的网络传输介质和网
12、络设-_备、使用网络的计算机终端设备和服务器、以及网络操作系统所组成。1.2.1 网络传输介质有四种主要的网络传输介质：双绞线电缆、光纤、微波、同轴电缆。在局域网中的主要传输介质是双绞线，这是一种不同于电话线的 8 芯电缆，具有传输 1000Mbps 的能力。光纤在局域网中多承担干线部分的数据传输。使用微波的无线局域网由于其灵活性而逐渐普及。早期的局域网中使用网络同轴电缆，从 1995 年开始，网络同轴电缆被逐渐淘汰，已经不在局域网中使用了。由于 Cable Modem 的使用，电视同轴电缆还在充当 Internet 连接的其中一种传输介质。图 4.4 计算机网络的组成1.2.2 网络交换设备
13、-_网络交换设备是把计算机连接在一起的基本网络设备。计算机之间的数据报通过交换机转发。因此，计算机要连接到局域网络中，必须首先连接到交换机上。不同种类的网络使用不同的交换机。常见的有：以太网交换机、ATM交换机、帧中继网的帧中继交换机、令牌网交换机、FDDI交换机等。可以使用称为 Hub 的网络集线器替代交换机。Hub 的价格低廉，但会消耗大量的网络带宽资源。由于局域网交换机的价格已经下降到低于 PC 计算机的价格，所以正式的网络已经不再使用 Hub。1.2.3 网络互联设备网络互联设备主要是指路由器。路由器是连接网络的必须设备，在网络之间转发数据报。路由器不仅提供同类网络之间的互相连接，还提
14、供不同网络之间的通讯。比如：局域网与广域网的连接、以太网与帧中继网络的连接等等。在广域网与局域网的连接中，调制解调器也是一个重要的设备。调制解调器用于将数字信号调制成频率带宽更窄的信号，以便适于广域网的频率带宽。最常见的是使用电话网络或有线电视网络接入互联网。中继器是一个延长网络电缆和光缆的设备，对衰减了的信号起再生作用。-_网桥是一个被淘汰了的网络产品，原来用来改善网络带宽拥挤。交换机设备同时完成了网桥需要完成的功能，交换机的普及使用是终结网桥使命的直接原因。1.2.4 网络终端与服务器网络终端也称网络工作站，是使用网络的计算机、网络打印机等。在客户/服务器网络中，客户机指网络终端。网络服务
15、器是被网络终端访问的计算机系统，通常是一台高性能的计算机，例如大型机、小型机、UNIX 工作站和服务器 PC 机，安装上服务器软件后构成网络服务器，被分别称为大型机服务器、小型机服务器、UNIX 工作站服务器和 PC 机服务器网络服务器是计算机网络的核心设备，网络中可共享的资源，如数据库、大容量磁盘、外部设备和多媒体节目等，通过服务器提供给网络终端。服务器按照可提供的服务可分为文件服务器、数据库服务器、打印服务器、Web 服务器、电子邮件服务器、代理服务器等。1.2.5 网络操作系统网络操作系统是安装在网络终端和服务器上的软件。网络操作系统完成数据发送和接收所需要的数据分组、报文封装、建立连接、流量控制、出错重发等工作。现代的网络操作系统都是随计算机操作系统一同开发的，网络操作系统是现代计算机操作系统的一个重要组成部分。
