第一节 网络技术简介
一、网络技术基础
计算机网络是指利用通信线路将具有独立功能的计算机连接起来而形成的计算机集合，计算机间可以借助通信线路传递信息，共享软件、硬件和数据等资源。大体说来，计算机网络主要包括：计算机、网络操作系统、相应的应用软件、传输介质（可以是有形的，也可以是无形的，如无线网络）和网络通信设备（如路由器、交换机）等。
1.计算机网络的分类
虽然网络类型的划分标准各种各样，但从地理范围划分是一种大家都认可的通用网络划分标准。按这种标准可以把各种网络类型划分为局域网、城域网、广域网和互联网四种。
（1）局域网（Local Area Network；LAN）
LAN是最常见、应用最广的一种网络。随着整个计算机网络技术的发展，局域网得到充分的应用和普及，几乎每个单位都有自己的局域网，甚至有的家庭中都有自己的小型局域网。所谓局域网，就是在局部地区范围内的网络，它所覆盖的地区范围较小。局域网在计算机数量配置上没有太多的限制，少的可以只有两台，多的可达几百台。局域网所涉及的地理距离可以是几米至10公里左右，一般位于一个建筑物或一个单位内。
局域网的特点是：连接范围窄、用户数少、配置容易、连接速率高。目前传输速率最快的局域网可以说是10G以太网。IEEE的802标准委员会定义了多种主要的局域网标准：以太网（Ethernet，又分为标准以太网（10Mbps）、快速以太网（100Mbps）、千兆以太网（1000Mbps）和10G以太网，它们都符合IEEE802.3系列标准规范）、令牌环网（TokenRing，现已经基本退出市场）、光纤分布式接口网络（FDDI，由ANSIX3T9.5标准委员会制订）、异步传输模式网（ATM）以及无线局域网（WLAN，符合IEEE802.11系列标准）。
（2）城域网（Metropolitan Area Network；MAN）
MAN一般来说是在一个城市范围内的计算机互联，连接距离可以在10-100公里，它采用的是IEEE802.6标准。MAN与LAN相比扩展的距离更长，连接的计算机数量更多，在地理范围上可以说是LAN网络的延伸。在一个大型城市或都市地区，一个MAN网络通常连接着多个LAN网，如连接政府机构的LAN、医院的LAN、电信的LAN、公司企业的LAN等等。由于光纤介质的引入，使MAN中高速LAN互连成为可能。
城域网多采用ATM技术做骨干网。ATM是一个用于数据、语音、视频以及多媒体应用程序的高速网络传输方法，包括一个接口和一个协议，该协议能够在一个常规的传输信道上，在比特率不变及变化的通信量之间进行切换。ATM也包括硬件、软件以及与ATM协议标准一致的介质。ATM提供一个可伸缩的主干基础设施，以便能够适应不同规模、速度以及寻址技术的网络。ATM的最大缺点就是成本高，所以一般在政府城域网中应用，如邮政、银行、医院等。
（3）广域网（Wide Area Network；WAN）
也称为远程网，所覆盖的范围比城域网更广，一般是将不同城市之间的LAN或者MAN网络互联，地理范围可从几百公里到几千公里。因为距离较远，信号衰减比较严重，所以这种网络多租用专线，通过IMP（接口信息处理）协议和线路连接起来，构成网状结构，解决寻径问题。因为所连接的用户多，总出口带宽有限，所以用户的终端连接速率一般较低，通常在100Mbps以内，如：邮电部的CHINANET，CHINAPAC和CHINADDN网。
（4）互联网（Internet）
在互联网应用如此发达的今天，无论从地理范围，还是从网络规模来讲它都是最大的一种网络。从地理范围来说，它可以是全球计算机的互联，其最大特点是不定性，整个网络的计算机每时每刻随着网络的接入在不断变化。当一台计算机连接上互联网时，可以算是互联网的一部分，但一旦断开互联网的连接，该计算机就不属于互联网了。它的优点也是非常明显的，就是信息量大，传播广，无论身处何地，只要连上互联网你就可以对任何联网用户发出信息。因为这种网络的复杂性，所以这种网络实现的技术也是非常复杂的。
需要说明的是：网络划分并没有严格意义上地理范围的区分，只能是一个定性的概念。
2.网络拓扑结构
网络拓扑结构引用了拓扑学中研究与大小、形状无关的点、线之间的关系的方法。
把网络中的计算机和通信设备抽象为一个点，把传输介质抽象为一条线，由点和线组成的几何图形就是计算机网络的拓扑结构。网络的拓扑结构反映出网中各实体的结构关系，是建设计算机网络的第一步，它对网络性能、系统可靠性与通信费用都有重大影响。目前常见的网络拓扑结构主要有星型结构、环型结构、总线型结构、网状结构等。
星型结构是目前局域网中应用最为普遍的一种，几乎是Ethernet（以太网）专用，网络中的各节点通过一个网络集中设备（如集线器、交换机）连接在一起，各节点呈星状分布。这类网络目前使用最多的传输介质是双绞线，如常见的五类双绞线、超五类双绞线等。
环型结构的网络形式主要应用于令牌网中，各计算机直接通过电缆串接形成一个闭环，整个网络发送的信息就是在这个环中传递。
总线型结构中所有设备都直接与总线相连，它所采用的介质一般是同轴电缆（包括粗缆和细缆），也有采用光缆作为总线型传输介质的，如ATM网。
网状拓扑结构主要指各节点通过传输线互相连接起来，并且每一个节点至少与其他两个节点相连。网状拓扑结构具有较高的可靠性，但其结构复杂，实现起来费用较高，不易管理和维护。
3.常见的网络操作系统
网络操作系统是整个网络的核心，也是整个网络服务和管理的基础。目前主要有以下几类网络操作系统：
（1）Windows系列
Microsoft公司的Windows系统不仅在个人操作系统领域占有绝对优势，在网络操作系统中也具有非常强劲的力量，但由于它对服务器的硬件要求较高，且稳定性能不是很高，所以一般用于中低档服务器，高端服务器通常采用UNIX、LINUX或SUNSolaris等非Windows操作系统。微软的网络操作系统主要有：WindowsNT4.0 Server、Windows2000Server/Advance Server，以及Windows2003 Server/Advance Server等，工作站系统可以采用任一Windows或非Windows操作系统，包括个人操作系统，如Windows9x/ME/XP/Vista/Windows2007等。
（2）Unix系统
1969年，美国AT&；T贝尔实验室的K.Thompson和D.M.Ritchie在规模较小及较简单的分时操作系统MULTICS的基础上开发出UNIX，1970年正式投入运行。
1971年，发展出以PDP-11/20汇编语言写成的V1版。1973年，D.M.Ritchie研制出系统描述语言C，并应用C语言改写原来用汇编语言编写的UNIX，即V5，这使UNIX修改更容易，并且具有在不同CPU平台上的可移植性，这是UNIX一大重要特点。1975年，V6推出，此后，Interactioe SystemCo.（已被SUN收购）成为UNIX的第一个转销商，UNIX步出贝尔实验室之外，开始广泛流传，在大学校园中尤其风行。
在加州大学伯克利分校（UCB）以Willian Joy为首的软件技术人员研制出由V6派生的BSD，成为UNIX家族的新成员。此外，还有一些软、硬件厂商在不同的CPU平台上开发出“类似于”UNIX的操作系统。这些系统尽管实现方法各不相同，但功能及操作管理手段均与主要流派中的某些版本相似，如SunSolaris。1993年春，NOVELL将USL收购，UNIX商标从此归属NOVELL，“AT&；T UNIX”这一名称成为历史。
在1994年，NOVELL放弃了“UNIX”这一商标，将其转售给英国的X/OPEN，这使符合X/OPEN标准的操作系统都被称为“UNIX”。
目前常用的UNIX系统版本主要有：UnixSUR4.0、HP-UX11.0，SUN的Solaris9.0等。Unix系统技术成熟、结构简练、可靠性高、可移植性好、可操作性强、网络和数据库功能强、伸缩性突出和开放性好，可满足各行各业的实际需要，特别能满足企业重要业务的需要，已经成为主要的工作站平台和重要的企业操作平台。但由于它多数是以命令方式进行操作的，不容易掌握，特别是初级用户。因此，UNIX一般用于大型的网站或大型的企、事业局域网中。
（3）Linux
Linux是一个类Unix操作系统，与UNIX的最大区别是，前者是开放源代码的自由软件，而后者是对源代码实行知识产权保护的传统商业软件。这种不同体现在用户对前者有很高的自主权，而对后者却只能去被动的适应；这种不同还表现在前者的开发是处在一个完全开放的环境之中，而后者的开发完全是处在一个黑箱之中，只有相关的开发人员才能够接触到产品的原型。
Linux兼具高效性、安全性、稳定性和灵活性，它能够在PC计算机上实现全部的Unix特性，具有多任务、多用户的能力，虽然它仍是主要应用于中、高档服务器。目前也有中文版本的Linux，在国内得到了用户充分的肯定，而且允许用户使用窗口、图标和菜单对系统进行操作。
以上介绍的几种网络操作系统完全可以实现互联，也就是说即使在一个局域网中，也完全可以同时存在以上几种类型的网络操作系统。
4.传输介质
网络传输介质是传输数据、连接各网络站点的实体。常用的网络传输介质主要有双绞线、同轴电缆和光纤等有线传输介质和无线电波、微波、红外线等无线传输介质。
为了降低信号的干扰程度，电缆中的每一对线是由两根绝缘铜导线相互扭绕而成，一对以上的线封装在一个绝缘外套中，被称为双绞线。双绞线分为非屏蔽双绞线UTP和屏蔽双绞线STP。UTP一般用于星型拓扑网络的布线连接，两端安装有RJ-45连接头，连接网卡与集线器。
同轴电缆由一根空心的外圆柱导体和一根位于中心轴线的内导线组成，内导线和圆柱导体及外界之间用绝缘材料隔开。按直径的不同，网络使用的同轴电缆可分为粗缆和细缆两种。
光纤是由一组光导纤维组成的用来传播光束的、细小而柔韧的传输介质。应用光学原理，由光发送机产生光束，将电信号转换为光信号，再将光信号导入光纤，在另一端由光接收机接收光纤上传来的光信号，并转换为电信号。与其他传输介质比较，光纤的电磁绝缘性能好、信号衰减小、频带宽、传输速度快、传输距离长，主要用于传输距离较长、布线条件特殊的主干网连接。光纤分为单模光纤和多模光纤。
二、因特网基础技术
因特网是一个建立在网络互联基础上的开放的全球性网络，拥有数千万台计算机和上亿个用户，是全球信息资源的超大型集合体。与传统的书籍、报刊、广播、电视等传播媒体相比，因特网使用更方便、查阅更快捷、内容更丰富。今天，因特网已在世界范围内得到广泛普及与应用，并正在迅速的改变人们的工作方式和生活方式。
因特网起源于20世纪60年代末的ARPANET，此后提出的TCP/IP协议为因特网的发展奠定了基础。1986年美国国家科学基金会（NSF）的NSFNET加入因特网主干网，由此推动了它的发展。但是，因特网的真正飞跃应归功于20世纪90年代的商业化应用。此后，世界各地无数的企业和个人纷纷加入，终于发展演变成今天成熟的因特网。
1.网络协议和网络体系结构
（1）网络协议（protocol）
通过通信信道和设备互连起来的多个不同地理位置的计算机系统，要使其能协同工作实现信息交换和资源共享，每个节点都必须遵守一些事先约定好的规则。这些规则要明确规定交换数据时数据的格式、传输时的时间顺序、纠正错误的方法等等。这些为进行网络数据交换而建立的规则、标准或约定被称为计算机网络协议。
网络协议的三个要素：
①语法，数据与控制信息的结构或格式。
②语义，需要发出何种控制信息，完成何种动作及做出何种应答。
③语序，事件实现顺序的详细说明。
（2）网络的体系结构
网络中计算机之间的通信过程极其复杂，要协调的地方极多，仅用一个单一的协议处理这一过程是很困难的。将一个复杂系统分解为若干容易处理的子系统，然后“分而治之”，往往是解决问题的有效方法。这种结构化设计方法是工程设计中常见的手段。表现在网络协议上，就是将协议分成若干层，每层只对某个子功能作出规定。
层次结构的好处在于每一层实现一种相对独立的功能，降低了设计的复杂程度，同时还有利于交流、理解和标准化。层次结构一般以垂直分层模型来表示。
计算机网络的各层次及其协议的集合，称为网络体系结构。世界上第一个网络体系结构是IBM公司1974年提出的系统网络体系结构SNA。1984年，国际标准化组织（ISO）制定了标准化开放式计算机网络层次结构模型，又称ISO/OSI参考模型。但由于种种原因，目前符合ISO/OSI标准的可供实用的产品几乎没有。与此同时，Internet组织在长期运行因特网的实践中，提出了TCP/IP体系结构，并成为事实上的国际标准。
