Internet基礎知識

計算機網絡萌芽于60年代，70年代美國國防部高級研究
計劃局的網絡ARPANTET的出現，標志著計算機網絡的興起，
80年代計算機網絡繼續發展和逐步完善，90年代中期以后，
隨著PC機的迅速普及和受國際互連網興起的影響，計算機局
域網應用也得到了長足的發展
一、計算機網絡的定義：
利用各種通信手段，把地理上分散的，能夠以相互共享資源
的方式有機的結合起來，而各自又具有獨立功能的計算機系
統的集合，稱為計算機網絡。
二、計算機網絡的功能：
1． 數據通信。服務器與客戶機、終端與計算機、計算機與
計算機之間能夠進行通信，相互傳遞數據，從而可以方便地進行信息交換、收集和處理。
2． 實現資源共享。用戶可以共享數據、數據庫、硬件、軟件等資源。
3． 提高系統的可靠性。借助冗余和備份的手段提高系統的可靠性。
4． 提供處理功能的分布和把工作負荷均分到網內的各計算機上。
5． 通過計算機網絡可對地理上分布的系統進行集中控制、對網絡資源進行集中的分配和管理。
6． 提供網絡用戶以最佳的性能價格比。
三、計算機網絡的物理構成：
計算機網絡的基本組成部分如下：
1． 運行應用程序，擔負數據處理的計算機系統，如服務器與客戶機、主機與終端等。
2． 負責數據信息傳輸的網絡設備、線路。包括網絡交換機、集線器、網橋、路由器、調制解調
器、網絡適配器（網卡）和通信線路等。
3． 網絡協議軟件。為了是網絡內實現正常的數據通信，通信雙方之間必須有一套雙方都能識和共
同遵守別的規則和約定。 處于不同位置的，具有獨立功能和不同資源的計算機系統，通過網絡通
信設備和線路連接起來，形成計算機網絡。在網絡協議軟件的支配下實現不同用戶對網絡資源的工
享。
四、計算機網絡的拓撲結構：
網絡拓撲結構是從拓撲學的觀點來討論網絡節點的傳輸線路和信道的連接所構成的各種網絡幾何構
形。
通信子網可以設計成兩種通道類型：點對點 通道和廣播通道。
（1）．點對點通道。其特點是一條線路連接一對節點；兩臺主機常常經過幾個節點相連接；報文
的傳輸采用存儲轉發方式進行。常見的拓撲結構有：星型、回路型、樹型、全連接型、相交回路型
和不規則性等。
（2）．廣播通道。其特點是只有一條供各個節點共享的通信信道；任意一個節點所發出的報文可
被所有其他節點接收。
五、局域網LAN、城域網MAN和廣域網WAN
計算機局域網—— 局域網絡（Local Area Network）是一種在小的區域范圍內是各種計算機和
數據通信設備互連在一起的計算機通信網絡。
局域網的典型特性是： 數據傳輸綠高（可到1000Mbps） 地理覆蓋范圍較高（0.1--25公里）；
誤碼率低； 價格便宜； 局域網的拓撲結構 常見局域網的拓撲結構有星型、環型、總線型和樹
型。
∧ 城域網 簡稱MAN，基本上是一種大型的LAN，通常使用與LAN相似的技術，它可能覆蓋一個城
市，可以是專用的也可以是公用的。
∧ 廣域網 是一種地域跨越大的網絡。可能覆蓋一個國家或大的行政區域。 網絡上的計算機稱
為主機（host），有稱端點系統。
網絡分為通信子網和資源子網。通信子網負責整個網絡的數據通信部分，資源子網是各種網絡資源
的集合。 主機通過通信子網連接。通信子網的功能是把消息從一臺主機傳輸到另一臺主機。
交換式以太網、快速以太網和千兆以太網
以太網最早是由美國施樂公司于本世紀70年代研制出來的。以太網建立在"包廣播"技術基礎上。以
太網是一種局域網絡，早期的局域網的傳輸帶寬是10Mbps. 網絡傳輸速率單位是bps，意思是每秒
多少位 標準以太網提供10Mbps的帶寬，同一公共通信信道上的所有用戶共享帶寬。 在交換式局域
網中，每個交換式端口都是一個以太網總線，它采用星型的物理拓撲。通常，星型配置散開成樹
型，可以將一個分支分裂成多個分支，其中每個分支為一個設備提供服務。 以太網使用載波偵聽
多路訪問/沖突檢測（CSMA/CD）方法提供對電纜的訪問。（CSMA/CD）指定了以太網工作站如何監
聽電纜是否空閑，以及不空閑時如何回退。 沖突域就是一個CSMA/CD網絡，以太網交換機的每個端
口都定義了一個單獨的沖突域。當交換式端口專門供一臺工作站使用時，用戶的沖突域僅限于這臺
工作站，稱為點對點專有連接。當交換式端口通過集線器發散時，沖突域有所有通過發散而連接的
設備組成。當然專有比共享連接更好。繁忙的骨干網和服務器應該享有專有連接。
以太網的技術參數表
以太網技術 10BastT 10BaseF
標準 802．3I 802.3j
速度 10Mbps 10Mbps
介質 2對3類雙絞線 2股單模或多模光纖
網段長度 100米（每個網段12個站點） 2000米
幀長度 64至1518字節 64至1518字節
拓撲 星型 星型
以太網可能使用的兩種拓撲結構，總線型和星型。
快速以太網
快速以太網和以太網基本相同，他的速度比以太網快10倍。快速以太網的速度是通過提高時鐘頻率
和使用不同的編碼方式獲得的--這就要求快速以太網使用標準比以太網更高級的線。其幀結構，媒
體訪問控制方式完全沿襲了802。3的基本標準。快速以太網技術與產品推出后，迅速獲得了廣泛的
應用，目前幾乎所有的局域網產品都采用了快速以太網產品。 快速以太網提供全雙工通信，它的
總帶寬可以達到200Mbps--每個方向100 Mbps，全雙工快速以太網僅在使用光纖和某些雙絞線介質
的點對點鏈路有效，因為每個100Mbps的信道都是由獨立的線支持的。
快速以太網的技術參數表
以太網技術 10BastT 100Base-FX
標準 802．3u 802.3u
速度 10Mbps 10Mbps
介質 2對5類雙絞線 單模或多模光纖
網段長度 100米（每個網段12個站點） 2000米
幀長度 64至1518字節 64至1518字節
拓撲 星型 星型
千兆以太網
千兆以太網與快速以太網很相似，只是傳輸和訪問速度更快，為系統擴展帶寬提供了有效保障。千
兆以太網在作為骨干網絡是能夠在不減低性能的前提下支持更多的網絡分段和節點，解決了快速以
太網轉發的瓶頸問題。 千兆以太網保持了傳統以太網的大部分簡單特征，它使用CSMA/CD，以100
0Mbps提供全雙工和半雙工通信，同時保持了原有的幀格式/幀長度。它的設計目標是在對目前的以
太網環境不作大改動的情況下"順便溶入"現有的環境。
千兆以太網的技術參數
技術 千兆以太網
標準 802．3z，802.3ab
2023/2/2 Internet基礎知識
速度 1000Mbps(1 Gbps)
介質 多模光纖或單模光纖
網端長度 500米
幀長度 64至1518字節
拓撲 星型
千兆以太網對電纜的長度提出更嚴格的限制：要求多模/單模光纖的長度至多為500米，同軸電纜的
最大長度為25米，5類UTP為100米。千兆以太網使用光纖信道互連技術進行物理連接，吞吐量可以
達到1Gbps。
網絡協議TCP/IP
傳輸控制協議（Transmission Control Protocol）和互連網協議（Internet Protocol）代表
位于同一個協議堆棧里的兩種協議。通常，我們把它們合稱TCP/IP。在網絡層，IP 協議作為一種
在網絡層對數據包進行路由選擇的機制而運作。為達到自己的目的，IP被設計成一種"無連接"模式
的網絡層協議。它提供的功能包括對網絡進行"分段"處理，以及對那些需要通過特殊網絡傳遞的報
文進行重新裝配。TCP/IP可以在以太網、令牌環、FDDI等局域網結構里傳輸。TCP/IP是因特網和
局域網的通信基礎。TCP提供出色的偵錯和糾錯的功能，使IP數據包可以根據需要傳送。 TCP/IP
將ISO參考模型中第3層和第4層的功能結合在了一起。 TCP傳輸控制協議。作為一種面向連接的服
務，TCP能夠提供可靠的、端對端的連接，并能提供錯誤控制和糾正。TCP運行在IP之上。 IP提供
的是非連接的路由服務，負責數據包的分割和組裝、路由、數據封裝。每一個數據包中有一個20字
節的頭加在數據單元的前面。
局域網絡協議標準
IEEE802委員會為局域網指定三層的體系結構及相應的標準。稱為IEEE802標準。ISO吸收這個標
準，修改成ISO8802國際標準。如下： IEEE802.1--概述，體系結構和網絡互連； IEEE802.2--
邏輯鏈路控制LLC； IEEE802.3--CSMA/CD總線網介質訪問控制方法和物理層規范； IEEE802.4--
Token Bus介質訪問控制方法和物理層規范； IEEE802.5--Token Ring介質訪問控制方法和物理
層規范； IEEE802.6--城市地區網絡訪問控制方法和物理層規范； 物理層提供在物理層實體間發
送和接受比特的功能。它規定了傳輸截止（雙絞線、同軸電纜和光纖），拓撲結構，信號編碼和傳
輸速率等。
網絡傳輸媒體：
網絡傳輸媒體是收發雙方之間進行通信的物理信號通路。用于局域網的網絡傳輸媒體通常有雙絞
線、同軸電纜和光纖。 在交換式網絡，常用傳輸介質有： 雙絞線是由有規則的、螺旋狀排列的兩
根絕緣導線組成的。一對線對起單條通信鏈路的作作用。單個線絞成線對可以減少線對之間的電磁
干擾。一般，將這些線隊捆綁在一起，封裝在較為堅硬的護套內。
1． 非屏蔽雙絞線（Unshielded Twisted Pair，簡稱UTP）,價格便宜，連接安裝方便，一般用
于一個建筑物內。 3類線和連接器設計的最高帶寬為16MHz， 4類線和連接器設計的最高帶寬為20
MHz， 5類線和連接器設計的最高帶寬為100MHz。
2． 多模和單模光纖(Multimode and single-mode Fiber)：光纖是細和軟的，能夠傳導光束的
媒體。有玻璃和塑料制造。 光纖具有圓柱狀，有三個同心部分組成：纖芯、包層和護套。纖芯是
最內層部分，由一根或多根非常細的由玻璃或塑料制成的絞合線和纖維組成。每一根纖維都由各自
的包層包著，包層是玻璃或塑料的涂層，它具有與纖芯不同的光學特性。最外層是護套，護套是由
分層的塑料和其他附屬材料制成，用來防止潮氣，擦傷、壓傷和其他外界帶來的危害。 光纖具有
傳輸距離長，信號損耗小，抗干擾能力強的優點，但也有連接不方便，施工成本較高的缺點。 10B
aseFL,100BaseFL,FDDI以及ATM，主要用于骨干網。 單模光纖適合長途傳輸，最多可達10公里。
多模光纖比單模光纖便宜，傳輸距離可達2000米。
3層交換技術
90年代，大小網絡之間開始大量互連，路由器被推到網絡的關鍵位置。今天，隨著服務器/客戶機
結構的興起。網絡應用越來越復雜，局域網上的信息量迅猛增長，速率高，延遲小，有服務質量保
證的的業務大量出現，給主干網帶來巨大的壓力。任何事物都有其兩面性，路由器在發揮巨大作用
的同時，也帶來一些限制，由于路由器在進行數據轉發時要完成"拆包打包"的功能，降低了數據傳
輸的速度，路由器擔當起數據傳輸瓶頸的作用。 在路由器技術發展的同時，交換技術得到了很快
的發展，交換設備的性能和價格被廣大用戶所接受。交換機的功能通常由硬件結構實現，具有速度
快，可以為每一個節點提供全部網絡帶寬的特點。只是它工作ISO/OSI第二層的設備，不具有隔離
廣播數據包的能力。 人們注意到既然交換技術可以克服網絡帶寬的局限，并提供靈活的網絡配
置，了路由技術在目前的情況下又必不可少，那么將它們兩者結合起來，揚長避短，發揮它們各自
的優點，可以使網絡所面臨的問題得到完美解決。于是3層交換技術出現了。 日益增長的數據分組
流量要求能夠以接近線路速度并且經濟實用的方式來減低傳統的路由器對數據分組依次處理所帶來
的傳輸延遲。 3層交換解決方案： 一是基于核心模型；一是基于邊緣多層混合交換模型。