全国三级网络技术读书笔记(2)

第二章 网络技术基础
2.1.1 第一阶段20世纪50年代。第二阶段20世纪60年代美国的ARPANET与分组交换技术开始。第三阶段20世纪中期国际上各种广域网、局域网迅速发展起来。第四阶段20世纪90年代宽带城域网技术的发展为社会信息化提供技术支持，网络安全技术为网络应用提供安全保障，基于P2P的网络的应用正在成为互联网产业与现代信息服务业新的增长点。
2.1.2 计算机网络的形成
1946年世界上第一台电子数字计算机ENIAC在美国诞生。计算机的目的是实现信息资源的资源共享。
广域网的结构可分为资源子网与通讯子网。通讯子网可以由电信部门统一建立，用户在自己的通信子网的基础上组建自己的资源子网。
1972年，美国加州大学研制newhell环网；1976年，美国Xerox公司研制总线拓扑Ethernet；1974年，美国剑桥大学研制Cambridge ring环网。
2.1.3 网络体系结构与协议标准化
ISO正式制定开放系统互联（OSI）参考模型，既ISO/IEC7498国际标准
若广域网的作用是扩大资源共享的范围，局域网则是进一步增强资源共享的深度。20世纪70年代是大型主机占主导地位的时期，数据通信主要是解决主机与终端的通信以及由大型计算机与大型计算机构成的网络之间的通信问题，通信线路通常是使用低速和异步船速模式。社会的需求导致局域网技术出现突破性发展，在局域网技术中，采用以太网（Ethernet）、令牌总线（token bus）、令牌环（token ring）的局域网产品形成三足鼎立之势。（SNMP）简单网络协议。
2.1.4 互联网的应用
1. 互联网不仅是一种资源共享、数据通讯和信息查询的手段，还包括一些网络应用。20世纪80年代开始流行基于文本的应用，20世纪末开始流行的应用，如搜索引擎、P2P文件共享、即时通讯、博客、播客、网络游戏等。
2. 信息技术与网络应用已成为衡量21世纪综合国力与企业竞争力的重要标准。
高速网络技术的发展主要表现在：宽带综合业务数据网（B-ISDN）、异步传输模式(ATM)、高速局域网、交换局域网、虚拟局域网与无线局域网。基于光纤通信技术的带宽城域网与宽带接入网技术以及无线网络技术已经成为当前研究、应用与产业发展的热点问题之一。
3. 搜索引擎是一种运行在web上的应用软件系统。作为运行在web上的应用软件，搜索引擎已成为继电子邮件之后的第二大web应用。
4. 与传统的互联网应用系统基于客户机/服务器（c/s）工作模式的不同的对等（P-2-P）网络，淡化了服务提供者与服务使用者的界限，以“非中心化”的方式使得更多的用户计算机同时身兼客户机与服务器的双重身份，从而进

一步扩大网络资源共享的范围和深度，提高网络资源利用率，达到信息共享的最大化目的。
5. 网络安全中网络攻击、计算机病毒、垃圾邮件及灰色软件成为当前网络中的三大危害。
2.1.5 宽带城域网的发展（制约大规模互联网接入的瓶颈在于城域网）
20世纪80年代后期，以网络覆盖的地理范围为依据，提出了城域网（MAN）,将城域网的业务定位在城市地区范围内大量局域网的互联上。根据IEEE802委员会的最初表述，城域网是以光纤为传输介质，能够提供45-150Mbps的高传输速率，支持数据、语音、图形与视频综合业务数据传输，可覆盖跨度为50-100km的城市范围，实现高速宽带传输的数据通信网络。早期的城域网的首选技术是光纤环网，产品是光纤分布式数据接口（FDDI）。设计FDDI的目的是为了实现高速、高可靠性和大范围局域网连接。城域网主要是指能够覆盖一个城市范围的计算机网络，主要用于局域网的互联，城域网以宽带光传输网为开放平台，以TCP/IP协议为基础。
宽带城域网的出现使传统的通信网络在概念与技术上都发生很大的变化：① 传统的局域网、城域网与广域网在技术上的界限越来越模糊；② 传统的电信传输网技术与计算机网络技术的界限越来越模糊；③ 传统的电信服务业务与互联网应用的界限越来越模糊；④电信传输网、计算机网络与广播电视网的技术与业务界限越来越模糊。
宽带城域网已成为现代城市建设的重要基础设施之一，宽带城域网应该包括核心交换网与接入网。
目前，可以作为用户接入网的主要有3类：计算机网络，电信通信网与广播电视网。此三种网络使用的传输介质与传输机制不同。
从技术角度来看，互联网的用户接入方式主要分为5类：地面有线通讯系统、无线通信和移动通信网、卫星通信网、有线电视网和地面广播电视网。 “数字会聚”最终将导致计算机网络、电信通信网与电视传输网的“三网融合”。
2.2.1 计算机网络定义的基本内容
这些定义可分3类：广义的观点、资源共享的观点与用户透明的观点。资源共享观点的定义能比较准确的描述计算机网络的主要特征，相比之下，广义的观点定义了计算机通信网络，用户透明的观点定义了分布式计算机系统。
资源共享的观点将计算机网络定义为“以能够相互共享资源的方式互联起来的自治计算机系统的集合”。计算机资源共享的观点的定义符合当前计算机网络的基本特征：计算机资源主要是指计算机硬件、软件和数据；互联的计算机之间应该没有明确的主从关系，每台计算机都可以联网或脱离网络工作，可

以
为本地用户提供服务，亦可以为远程网络的合法用户提供服务；计算机网络之间的通信必须遵循共同的网络协议，计算机网络的互联是通过结点组成的。
2.2.2 计算机网络的分类
1. 局域网（LAN）用于将有限的范围内的各种计算机、终端与外部设备互连成网络。
局域网技术的特点：① 覆盖有限的地理范围；② 提供搞数据传输率（10Mbps-10Gbps）、低误码率的数据传输环境；③ 一般属于一个单位所有，易于建立、维护与发展；④ 从介质访问控制方法的角度来看，局域网可以分为共享介质式局域网和交换局域网。
2. 城域网（MAN）是一种介于局域网和广域网之间的一种高速网络。应用于多个局域网的互联需求。
3. 广域网（WAN 又称远程网）的通信子网可以利用分组交换网、卫星通信网和无线分组交换网，将分布在不同地区的计算机系统互连起来，以达到资源共享的目的。
计算机网络完成两大基本功能：数据处理与数据通信，因此在结构上分为两个部分：负责数据处理的主计算机与终端；负责数据通信的通信控制处理设备与通信线路。典型的计算机网络从逻辑功能上可以分为两个部分：资源子网和通信子网。 局域网与广域网，广域网与广域网之间是通过路由器实现的。、
2.2.3 计算机网络的拓扑结构
1. 网络拓扑主要是研究计算机网络的结构问题。计算机网络拓扑是通过网中结点与通信线路之间的几何关系表示网络结构，以反映网络中各个实体之间的结构关系，拓扑设计师计算机网络的第一步，也是实现各种网络协议的基础，它对网络性能、系统可靠性与通信费用都有很大影响。计算机网络拓扑主要是指通信子网的拓扑构型。
2. 网络拓扑可分两类：①广播信道通信子网的拓扑和②点对点线路通信子网的拓扑。在①中，一个公共的通信信道被多个网络结点共享。采用①的构型有4种：总线型、树形、无线通信和卫星通信型。在②中，每条物理线路连接两个结点，采用②的构型有4种：星型、环形、树形、网状型。
3. 点对点线路通信子网的拓扑
（1）星型拓扑中，结点通过点对点通信线路与中心结点连接，中心结点控制全网的通信，任何结点之间的通信都要通过中心结点，其结构简单，易于实现，但是网络的中心结点是全网可靠性的瓶颈，中心结点的故障可能造成全网的瘫痪。
（2）环形拓扑中，环中数据沿一个方向逐站传送，结构简单，传输延时，其每个结点都会成为网络可靠性的瓶颈，任一个 结点出现故障都可能造成全网的瘫痪。
（3）树形拓扑中，结点按层次连接，

信息交换主要在上、下结点之间进行，相邻及同层结点之间一般不进行数据交换或数据交换量小，可以看作是星型拓扑的一种扩展，适用于汇集信息的应用要求。
（4）网状型拓扑（无规则型）中，结点之间是任意的，没有规律，其优点是系统可靠性高，但是结构复杂，必须采用路由选择算法与流量控制方法（广域网基本上都采用的是网状型拓扑结构）。
2.2.4 描述计算机网络传输特性的参数
1. 数据传输速率
（1） 定义：数据传输速率在数值上等于每秒钟传输构成数据代码的二进制比特数，单位为比特/秒（bit/s）记作bps对于二进制数据，数据传输率为：S=1/T(bps) T为发送1bit所用的时间。
（2）带宽与数据传输速率，人们以“带宽”表示信道的数据传输速率（任何信道带宽都不是理想的，信道带宽总是有限的）。
奈奎斯特定理指出对于二进制数据信号的最大数据传输率Rmax与通信信道宽B（B=f，单位是hz）的关系：Rmax=2f（bps）
奈奎斯特定理描述了有限带宽、无噪声信道的最大数据传输率与信道带宽的关系。
香农定理描述了有限带宽、有随机热噪声信道的最大传输率与信道带宽、信号噪声功率比之间的关系。
2. 误码率
（1） 定义：误码率是指二进制码元在数据传输系统中被传错的概率。
（2） 理解误码率注意的问题：
① 误码率应该是衡量数据传输系统正常工作状态下传输可靠性的参数。
② 对于一个实际的传输系统，不能笼统的说误码率越低越好，要根据实际情况提出误码率要求，在数据传输率确定后，误码率越低，传输系统设备越复杂，造价越高。
③ 对于一个实际的传输系统，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。差错的出现具有随机性，在实际测量一个数据传输系统时，只有被测量的传输二进制码元数越大，才会越接近真正的误码率。（计算机通信的平均误码率要求低于10的负九次方）
2.3 分组交换技术
2.3.1 电路交换的基本概念
在广域网的通信子网数据交换方式中，可以分为两类：电路交换、存储转发交换。存储转发交换又分为：报文存储转发交换（简称报文交换）与报文分组存储交换（简称分组交换）。
电路交换的通信过程分3个阶段：
① 线路建立阶段。
② 数据传输阶段：当主机A与主机B通过通信子网的物理线路连接建立后，主机A与主机B可以同过该连接实时、双向的交换数据。
③ 线路释放阶段，通信子网的接电视电子或机电结合的交换设备，可以完成输入和输出线
路的物理连接，交换设备与线路分为两类：模拟通信与数字

通信。通信子网中的结点不能存储数据与改变数据的内容，并且不具备控制差错的能力。
电路交换方式的优点：通信实时性强，适用于交互式会话通信。缺点是：对突发性通信不适应，系统效率低；不具备数据存储能力，不能平滑通信量；不具备差错控制能力，无法发现和纠正传输过程中发生的差错。
2.3.2 存储转发交换的特点
① 发送的数据与目的地址、源地址、控制信息按照一定格式组成一个数据单元（报文或者报文分组）进入通信子网。
② 通信子网中的结点是通信控制处理机，它负责完成数据单元的接收、差错校验、存储、路径选择和转发功能，存储转发交换方式可以分为两类：报文交换与报文分组交换。
通信子网中的路由器可以存储分组，多个分组可以同时共享通信信道，线路的利用率高，路由器具有路由选择功能，可以动态分组通过通信子网的最佳路径，同时可以平滑通信量，提高系统的效率。
2.3.3 数据报方式与虚拟电路方式
1. 数据报方式：实际方式中，分组交换技术可以分为：数据报（DG）与虚电路（VC）
数据报是报文分组存储转发的一种形式，在数据报方式中，分组传输前不需要预先在源主机与目的主机之间建立“线路连接”。
数据报方式主要有一下几个特点：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的结点时可能出现乱序、重复和丢失现象；③ 每个分组在传输过程中都必须带有目的地址和源地址；④ 数据报方式的传输延迟较大，适用于突发性通信，不适应与长报文、会话式通信。
2. 虚电路方式：其试图将数据报与电路交换结合起来，发挥这两种方式各自的优点，以达到最佳的数据交换效果。数组报方式在分组发送前，发送方与接收方之间不需要预先建立连接；虚电路方式在分组发送前，在发送方和接收方需要建立一条逻辑连接的虚电路，虚电路方式的工作过程分为3个阶段：虚电路建立阶段、数据传输阶段、虚电路拆除阶段。
2.4 网络体系结构与网络协议的基本概念
2.4.1 网络体系结构的基本概念
网络协议主要由3个要素组成：①语法：规定用户数据与控制信息的结构和格式；②语义：规定需要发出何种控制信息以及完成的动作与做出的响应；③时序：即对事件实现顺序的详细说明。（计算机网络层次结构模型和个层协议的集合被定义为计算机网络体系结构）
计算机网络中采用层次结构的一些好处：①各层之间相互独立；②灵活性好；③
各层都可以采用最合适的技术来实现，各层实现技术的改变不会影响

其他层；④易于实现和维护；⑤有利于促进标准化。
世界上第一个网络体系结构是IBM公司于1974年提出的，命名为“系统网络体系结构”！
2.4.2 ISO/OSI参考模型
OSI各层的主要功能：①物理层：处于OSI参考模型的最底层，主要功能是利用物理传输介质为数据链路层提供物理连接以便透明地传输比特流；②数据链路层：在物理层提供比特流传输服务的基础上，在通信的实体之间建立数据链路层，传送以帧为单位的数据，并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网络层：主要任务是通过路由选择算法，为分组通过通信子网选择最适当的路径，主要实现路由选择、拥塞控制与网络互连等功能；④传输层：主要任务是向用户提供可靠的端对端服务，透明的传送报文，是计算机通讯体系结构中最关键的一层；⑤会话层：主要任务是组织两个会话进程之间的通信，并管理数据的交换；⑥表示层：主要用于处理在两个通信系统中交换信息的表示方式；⑦应用层：是OSI参考模型中的最高层，应用层将确定进程之间的通信的性质，以满足用户的需要。
2.4.3 TCP/IP参考模型与协议
1. TCP/IP具有一下特点：①开放的协议标准；②独立特定的网络硬件；③同一的网络地址分配方案；④标准化的高层协议。
2. TCP/IP参考模型与层次
协议分层模型包括两个方面内容：一是层次结构，二是功能的描述。TCP/IP参考模型可以分为4个层次：应用层、传输层、互联层与主机-网络层。其中，应用层与OSI应用层对应，传输层与OSI传输层对应，互联层与OSI网络层对应，主机-网络层与OSI数据链路层及物理层对应，在TCP/IP参考模型中，没有OSI表示层、会话层对应的协议。
互联层的功能主要表现在3个方面：①处理来自传输层的分组发送请求；②处理接收的数据报；③处理互联的路径、流量与拥塞问题。
TCP/IP模型的传输层定义了两种协议：传输控制协议（TCP）与用户数据报协议（UDP）。TCP协议是一种可靠的面向连接的协议，它允许将一台主机的字节流无差错地传送到目的主机。UDP协议是一种不可靠的无连接协议。
应用层协议主要包括：①远程登录协议；②文件传输协议（FTP）；③简单邮件传输协议(SMTP)；④域名服务(DNS)；⑤路由信息协议(RIP)；⑥网络文件系统(NFS)；⑦超文本传输协议(HTTP)。
2.5 互联网应用的发展(网络应用是网络存在的理由)
2.5.1 Web技术的诞生和发展
1989年，Web技术诞生于欧洲粒子物理实验室（CERN）。它是从一种
用于分发高能物理数据的方法，发展成为一种重要的互联网应用。
2.5.2 搜

索引擎技术的发展
搜索引擎是运行在Web上的应用软件系统。