軟體設計師複習筆記__電腦網路基礎

該筆記是本人基於<軟體設計師教程>(2010.7)編寫.

2011/4/23

1.電腦網路的概念.

(1) 概念: 電腦網路是把分布在不同地理地區的電腦與專用的外部裝置用通訊線路互聯成一個規模大,功能強的電腦應用系統.從而使眾多的電腦可以方便的互相傳遞資訊以及共用硬體,軟體和資料資訊等資源.

(2)目的: 資源共用

(3)涉及3方面的內容:  a.至少有兩台電腦互聯  b.通訊裝置和線路介質 c.網路軟體,包括通訊協議和網路作業系統.

2.電腦網路的組成.

(1)硬體組成.

           <1>電腦裝置: 主機和前端處理機.

           <2>通訊線路: 有線線路和無線線路.

                    *1.有線介質.

                           a.雙絞線: 屏蔽雙絞線(適用於網路流量不大的網路)和非屏蔽雙絞線.

                           b.同軸電纜: 基帶同軸電纜和寬頻同軸電纜

                           c.光導纖維

                    *2.無線介質.

                           a.微波

                           b.紅外線和雷射.

                           c.衛星通訊

           <3>網路連接裝置: 路由器和交換器.  交換器將電腦群組成網路.路由器將網路組成更大的網路.

(2)軟體組成.

           <1>系統級的網路作業系統.

           <2>網路通訊協議.

           <3>應用級的提供網路服務功能的專用軟體

(3)功能組成

按資料通訊和資料處理分為:

          <1>通訊子網:對應於模型的低3層(物理層,資料連結層,網路層)

          <2>資源子網.對應於模型的高3層(會話層,展示層,應用程式層)

這種劃分將通訊子網的任務從主機中抽出來,有通訊子網中的裝置專門解決資料轉送和通訊控制問題,而資源子網中的電腦可幾種精力處理資料.從而提高主句效率和網路整體效能.

3.電腦網路的分類

(1)按照電腦網路的覆蓋範圍和通訊終端之間的距離劃分為:

          <1>區域網路(LAN)

          <2>城域網(MAN)

          <3>廣域網路(WAN)

4.網路互聯裝置.

(1)物理層的互聯裝置.

         <1>中繼器:用於物理層上區域網路網段的互聯.用於擴充區域網路網段的長度.

                優點: 安裝方便,使用簡單,價格便宜.

                缺點: 時延和衰耗大

         <2>集線器(Hub): 特殊的多路中繼器.具有訊號放大的功能.

              可分為:有源集線器，無源集線器和智能集線器． 

(2)資料連結層的互聯裝置.

         <1>橋接器:用於串連兩個區域網路絡段.

                 原理: 橋接器檢查幀的源地址和目的地址.如果源地址和目的地址不在同一個網段上,則把幀轉寄到另外一個網段上,如果相同則不轉寄.

                 作用: 過濾幀,提高網路可靠性和傳輸速率.

                 例子: 當一個網路由於負載很重而效能下降時,可以用橋接器將其分成兩個網路段並使段間的通訊量保持最小.

          <2>交換器:按每個包中的MAC地址進行相對簡單的決策資訊轉寄.

                特點: 簡化,低價,高效能和高連接埠密集等特點.而且轉寄資料延遲很小,遠遠超過普通橋接的轉寄效能.並且允許對共用型和專用型的區域網路段進行頻寬調整.以減輕區域網路之間資訊流通出現的瓶頸問題.

                原理: 當交換器從某一個節點上接收到一個乙太網路幀後,將立即在其記憶體中的地址表(儲存連接埠和MAC地址對應關係)進行尋找,已確認該目地MAC的網卡串連在哪一個節點地址上.然後轉寄到該幀節點.如果不存在則交換器將該資料包廣播到所有節點.擁有該MAC地址的網卡在接受到廣播幀後立即作出應答,從而使交換器將其節點的MAC地址加入地址表中.

               交換器使用的交換技術有連接埠交換,幀交換和信元交換3種.

(3)網路層的互連裝置:路由器

作用: 串連多個單獨的子網網路.

特點:

a.很強的異種網互連能力.

      互聯的網路最低兩層可以互不相同.通過驅動軟體將其統一到第三層.如果第三層協議相同.則可使用單協議路由器進行互聯,如果不同則需使用多協議路由器.(多協議路由: 是指支援多種協議的路由並非指不同協議之前的相互轉化)

b.選擇路徑.

        在路由器中維護了一個路徑表.表中記錄著各個網路的邏輯地址.可用於識別其他網路,在互連網中,當路由器收到一個從網路向另一個網路發送的訊息.首先丟棄掉資訊包的外層,解讀資訊包中的資料以獲得目的網路的邏輯地址.接著使用興安嶺路程式決定資訊的轉寄路徑.重新打包轉寄.

c.由於路由器工作在網路層,處理資料量比橋接器多,因此處理速度比橋接器慢.

(4)應用程式層的互連裝置: 網關

作用: 協議轉換.

5.網路通訊協定的體繫結構.

區域網路標準: IEEE802.3(CSMA/CD,乙太網路) IEEE802.4(令牌匯流排) IEEE802.5(令牌環)

決定區域網路特性的3大要素: 傳輸資料的傳輸介質,串連各種裝置的拓撲結構和共用資源的介質存取控制.

(1)區域網路的拓撲結構與協議.

         <1> 匯流排結構

                  優點:

                            a. 只有一條雙向同路,便於進行廣播式傳播

                            b.屬於分布式控制.無需中央處理器.

                            c.系統擴充性好.

                            d.介面採用無源線路.可靠性高.

                            e.裝置少,價格便宜,安裝方便.

                   缺點:

                           負載重時,線路的利用率低,網上的資訊延時不確定,故障隔離和檢測困難.

         <2> 星狀結構

                 優點; 維護管理容易,重新設定靈活,故障隔離和檢測容易網路延時低.

                 缺點:各節點通訊必須經過中央處理機交換,網際網路共用性差,線路利用率低,中央單元負載重

         <3> 環狀結構

                 各個節點通過中繼器首位相接連入網路.

                 優點: 路徑控制簡單. 有旁路裝置,一旦發生故障,系統自動旁路,可靠性高.

                 缺點: 傳輸速率低,響應速度慢,由於環路封閉,擴充較難.

         <4> 樹狀結構.          

                  用於多個網路組成的分級結構中,特帶你同匯流排型結構.

          <5> 廣域網路多用分布式或者樹狀結構,區域網路常用匯流排型,環狀,星狀或樹狀結構.

(2)區域網路模型.

         <1>物理層

                和OSI物理層一樣,處理在物理鏈路上的位元流.包括對頻寬的頻道分配和對基帶的訊號調製

         <2>介質訪問層.

               與網路的拓撲方式有關和傳輸介質類型有關.只要包括對介質的存取控制和通道的資源分派.

         <3>邏輯鏈路控制層.

               提供了連線導向的服務和面向非已連線的服務.對資料幀的封裝和拆除,為高層提供網路服務的邏輯介面,能夠實現差錯控制和流量控制.

(3)乙太網路

採用的介質存取控制方法是帶衝突檢測的載波監聽多路訪問協議(CSMA/CD)技術

3種主要的類型:

a. IEEE802.3中定義的標準區域網路.速度為:10Mbps. 傳輸介質為:同軸電纜.

b.IEEE802.3u中定義的快速乙太網路,速度為100Mbps. 傳輸介質為: 雙絞線.

c.IEEE802.3z中定義的千兆乙太網路.速度為:1000Mbps.傳輸介質為:光釺或雙絞線.

        <1>介質訪問技術.

               工作過程: 首先監聽通道,如果通道空閑則發送.如果哦通道忙,則繼續偵聽,直到通道空閑立即發送.開始發送一段時間後進行衝突檢測.方法是邊發送邊接受並將收,發資訊相比較.如果結果不同,則表明發送的資訊遇到碰撞,於是立即停止發送並向匯流排上發出遺傳阻塞訊號通知通道上各站衝突已發送.再等待一段時間後重新發送. 等待時間採用演算法: 二進位指數退避演算法.

(4)令牌環網

傳輸介質: 主要是屏蔽雙絞線和非屏蔽雙絞線兩種.

拓撲結構: 環狀,星狀(最多),匯流排

編碼方式: 差分曼徹斯特編碼.

介質訪問: 令牌環控制技術.

6.廣域網路協議.

(1)點對點通訊協定 (PPP)(PPP): 用於撥接這種廣域網路串連方式.

          其具有簡單,具備使用者驗證能力和可以解決IP地址分配等優點

(2)非對稱資料使用者線ASDL/PPPoE

(3)數位用戶線路:xDSL:非對稱式數位用戶線路ADSL.

(4)數字資料網.

(5)幀中斷

       它提供了一種簡單的連線導向的虛電路分組服務.包括交換虛電路串連和永久虛電路串連.具有降低網路互連費用,簡化網路功能,提高網路效能,採用國際標準等優點.

(6)非同步傳輸模式(ATM)

           它是一種面向分組的快速封包交換模式,使用了非同步時分複用技術將資訊流分割成固定長度的信元.使用統一的資訊單位.能比較容易的實現各種資訊流混合在一起的多媒體通訊並能夠根據業務類型,速率的需求動態分配有效容量. 在ATM網路中,資料以定長的信元為單位進行傳輸,信元由信元頭和信元體構成,每個信元53個位元組,其中信元頭5個位元組,信元體48個位元組.

(7)X.25協議

7.ISO/OSI 參考模型

(1)7層協議:

應用程式層: 向使用者提供介面 如網路管理程式,電子郵件,ftp等.

展示層: 資料壓縮,加解密等

會話層:為展示層提供建立,維護和結束會話串連的功能.

傳輸層:TCP/UDP

網路層:路由器所在,IP,ICMP,ARP,RARP.

資料連結層:幀

物理層:位元流

(2)TCP/IP協議族

特性: 邏輯編址,路由選擇,網域名稱解析,錯誤偵測,流量控制,對應用程式的支援.

        <1>4層結構: 應用程式層/傳輸層/網際層/網路介面層

        <2>網路介面層協議: Ethernet

        <3>網際層協議: IP協議(不可靠不需連線的)

                                   ARP和RARP協議. ICMP協議.

        <4>傳輸層協議: 連線導向的可靠的TCP協議(SYN/ACK): FTP

                                        面向不需連線的UDP協議: DNS, SNMP

8 Internet及應用

(1)Internet地址.

          <1>網域名稱: 主機名稱.本地名.組名.最高層網域名稱

          <2>IP地址.

                 

               A: 1.0.0.0-126.0.0.0 可表示127個子網.

               其中 10.0.0.0-10.255.255.255被保留,127.0.0.0做閉環使用.

               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: 組播地址   224.0.0.0到239. 255. 255.254

              E: 保留地址: 240.0.0.0 至255.255.255.255

        <3>子網路遮罩.

        <4>NAT技術

(2) 網際網路服務

          <1>網域名稱服務 (DNS)<DNS>

                  網域名稱伺服器: 主伺服器,緩衝網域名稱伺服器,轉寄伺服器.

          <2>遠程登陸服務<Telnet協議>

          <3>電子郵件服務

          <4>全球資訊網服務

          <5>檔案傳輸服務<FTP協議>

9 常用的網路管理命令.

(1)ipconfig

(2)ping

(3)arp

(4)netstat

(5)tracert