CSP初赛复习-09-计算机网络基础

计算机网络基础

网络的定义

计算机网络是由地理位置分散的、具有独立功能的多个计算机系统，经通讯设备和线路互相连接，并配以相应的网络软件，以实现通信和资源共享的系统。

网络的功能

计算机网络的功能主要体现在三个方面：信息交换、资源共享、分布式处理。

1、信息交换：这是计算机网络最基本的功能，主要完成计算机网络中各个节点之间的系统通信。用户可以在网上传送电子邮件、发布新闻消息、进行电子购物、电子贸易、远程电子教育等。

2、资源共享：所谓的资源是指构成系统的所有要素，包括软、硬件资源，如计算处理能力、大容量磁盘、高速打印机、绘图仪、通信线路、数据库、文件和其他计算机上的有关信息。因而增强了网络上计算机的处理能力，提高了计算机软硬件的利用率。

3、分布式处理：一项复杂的任务可以划分成许多部分，由网络内各计算机分别协作并行完成有关部分，使整个系统的性能大为增强。

网络的拓扑结构

网络中各个站点相互连接的方法和形式称之为网络拓扑。包括：

1、总线拓扑

总线拓扑结构是一种共享通路的物理结构。这种结构中总线具有信息的双向传输功能，普遍用于局域网的连接，总线一般采用同轴电缆或双绞线。

总线拓扑结构的优点：安装容易，扩充或删除一个节点很容易，不需停止网络的正常工作，节点的故障不会殃及系统。由于各个节点共用一个总线作为数据通路，信道的利用率高。缺点:由于信道共享，连接的节点不宜过多，并且总线自身的故障可以导致系统的崩溃。

2、星型拓扑

星型拓扑结构是一种以中央节点为中心，把若干外围节点连接起来的辐射式互联结构。这种结构适用于局域网，特别是近年来连接的局域网大都采用这种连接方式。这种连接方式以双绞线或同轴电缆作连接线路。

星型拓扑结构的特点：安装容易，结构简单，费用低，通常以集线器(Hub)作为中央节点，便于维护和管理。中央节点的正常运行对网络系统来说是至关重要的。

3、环型拓扑

环型拓扑结构是将网络节点连接成闭合结构。信号顺着一个方向从一台设备传到另一台设备，每一台设备都配有一个收发器，信息在每台设备上的延时时间是固定的。这种结构特别适用于实时控制的局域网系统。

环型拓扑结构的特点是：安装容易，费用较低，电缆故障容易查找和排除。有些网络系统为了提高通信效率和可靠性，采用了双环结构，即在原有的单环上再套一个环，使每个节点都具有两个接收通道。缺点是：当节点发生故障时，整个网络就不能正常工作。

4、树型拓扑

树型拓扑结构就像一棵“根”朝上的树，与总线拓扑结构相比，主要区别在于总线拓扑结构中没有“根”。这种拓扑结构的网络一般采用同轴电缆，用于军事单位、政府部门等上、下界限相当严格和层次分明的部门。

树型拓扑结构的优点是容易扩展、故障也容易分离处理；缺点是整个网络对根的依赖性很大，一旦网络的根发生故障，整个系统就不能正常工作。

5、网状拓扑
网状拓扑结构主要指各节点通过传输线互联连接起来，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，不常用于局域网。

6、混合拓扑

将两种或几种网络拓扑结构混合起来构成的一种网络拓扑结构称为混合型拓扑结构（也有的称之为杂合型结构）。

这种网络拓扑结构是由星型结构和总线型结构的网络结合在一起的网络结构，这样的拓扑结构更能满足较大网络的拓展，解决星型网络在传输距离上的局限，而同时又解决了总线型网络在连接用户数量的限制。这种网络拓扑结构同时兼顾了星型网与总线型网络的优点，在缺点方面得到了一定的弥补。

7、蜂窝拓扑

蜂窝拓扑结构是无线局域网中常用的结构。它以无线传输介质（微波、卫星、红外等）点到点和多点传输为特征，是一种无线网，适用于城市网、校园网、企业网。

计算机网络系统

计算机网络系统是一个集计算机硬件设备、通信设施、软件系统及数据处理能力为一体的，能够实现资源共享的现代化综合服务系统。计算机网络系统的组成可分为三个部分，即硬件系统、软件系统及网络信息系统。

1、硬件系统

硬件系统是计算机网络的基础。硬件系统有计算机、通信设备、连接设备及辅助设备组成。硬件系统中设备的组合形式决定了计算机网络的类型。下面介绍几种网络中常用的硬件设备。

服务器：服务器是一台速度快，存储量大的计算机，它是网络系统的核心设备，负责网络资源管理和用户服务。服务器可分为文件服务器、远程访问服务器、数据库服务器、打印服务器等。

工作站：工作站是具有独立处理能力的计算机，它是用户向服务器申请服务，如传输文件，打印文件等的终端设备。

网卡：网卡又称为网络适配器，它是计算机和计算机之间直接或间接传输介质互相通信的接口，它插在计算机的扩展槽中。它将计算机的数字信号转换成通信线路能够传送的电子信号或电磁信号。

调制解调器：调制解调器(Modem)是一种信号转换装置。它可以把计算机的数字信号“调制”成通信线路的模拟信号，将通信线路的模拟信号“解调”回计算机的数字信号。调制解调器的作用是将计算机与公用电话线相连接。

集线器：集线器(Hub)是局域网中使用的连接设备。它具有多个端口，可连接多台计算机。在局域网中常以集线器为中心，用双绞线将所有分散的工作站与服务器连接在一起，形成星形拓扑结构的局域网系统。

交换机：集线器是工作在带宽共享方式下的，多台计算机通过各个端口连接到集线器上时，它们只能共享一个信道的带宽；而交换机(Switch)是模拟用网桥连接各个网络的方式工作。

网桥：网桥(Bridge)也是局域网使用的连接设备。网桥的作用是扩展网络的距离，减轻网络的负载。当信号通过网桥时，网桥会将非本网段的信号排除掉(即过滤)，使网络信号能够更有效地使用信道，从而达到减轻网络负担的目的。

路由器：路由器(Router)是互联网中使用的连接设备。它可以将两个网络连接在一起，组成更大的网络。路由器不仅有网桥的全部功能，还具有路径的选择功能。

网关：网关(Gateway)是一种复杂的网络连结设备，它工作在OSI的高三层（会话层、表示层和应用层），用来连接异构网络。网关具有对不兼容的高层协议进行转换的功能。网关的工作实际上是在一台计算机内运行一个转换软件。

2、软件系统

计算机网络中的软件按其功能可以划分为数据通信软件、网络操作系统和网络应用软件。

数据通信软件：是指按着网络协议的要求，完成通信功能的软件。

网络操作系统：是指能够控制和管理网络资源的软件。网络操作系统的功能作用在两个级别上：在服务器机器上，为在服务器上的任务提供资源管理；在每个工作站机器上，向用户和应用软件提供一个网络环境的“窗口”。常用的网络操作系统有: Windows系统、Unix系统和Linux系统等。

网络应用软件：是指网络能够为用户提供各种服务的软件。如浏览查询软件，传输软件，远程登录软件，电子邮件等等。

3、网络信息系统

网络信息系统是指以计算机网络为基础开发的信息系统。如各类网站、基于网络环境的管理信息系统等。

网络的分类

1、按地理范围分类

局域网 LAN（Local Area Network）：局域网地理范围一般几百米到 10km 之内，属于小范围内的连网。如一个建筑物内、一个学校内、一个工厂的厂区内等。局域网的组建简单、灵活，使用方便。

城域网 MAN（Metropolitan Area Network）：城域网地理范围可从几十公里到上百公里，可覆盖一个城市或地区，是一种中等形式的网络。

广域网 WAN（Wide Area Network）：广域网地理范围一般在几千公里左右，属于大范围连网。如几个城市，一个或几个国家，是网络系统中的最大型的网络，能实现大范围的资源共享，如国际性的 Internet 网络。

2、按传输速率分类

网络的传输速率有快有慢，传输速率快的称高速网，传输速率慢的称低速网。

传输速率的单位是b/s(每秒比特数，英文缩写为bps)。

低速网：一般传输速率在Kb/s-Mb/s 范围的网络；

高速网：一般传输速率在Mb/s-Gb/s 范围的网称。

有时也将Kb/s网称低速网，Mb/s 网称中速网，将Gb/s 网称高速网。

网络的传输速率与网络的带宽有直接关系。带宽是指传输信道的宽度，带宽的单位是Hz（赫兹）。按照传输信道的宽度可分为窄带网和宽带网。

窄带网：一般指KHz-MHz带宽的网络；

宽带网：一般指MHz-GHz带宽的网络。

有时也将kHz带宽的网称窄带网，将MHz 带宽的网称中带网，将GHz带宽的网称宽带网。

通常情况下，高速网就是宽带网，低速网就是窄带网。

3、按传输介质分类

传输介质是指数据传输系统中发送装置和接受装置间的物理媒体，按其物理形态可以划分为有线和无线两大类。

有线网：传输介质采用有线介质连接的网络称为有线网，常用的有线传输介质有双绞线、同轴电缆和光导纤维。

双绞线—是由两根绝缘金属线互相缠绕而成，这样的一对线作为一条通信线路，由四对双绞线构成双绞线电缆。双绞线点到点的通信距离一般不能超过100m。双绞线电缆的连接器一般为RJ-45。

同轴电缆—由内、外两个导体组成，内导体可以由单股或多股线组成，外导体一般由金属编织网组成。同轴电缆分为粗缆和细缆，粗缆用DB-15连接器，细缆用BNC和T连接器。

光缆—由两层折射率不同的材料组成。内层是具有高折射率的玻璃单根纤维体组成，外层包一层折射率较低的材料。光缆的传输形式分为单模传输和多模传输，单模传输性能优于多模传输。光缆用ST或SC连接器。光缆的优点是不会受到电磁的干扰，传输的距离也比电缆远，传输速率高。

无线网：采用无线介质连接的网络称为无线网。包括通过移动通信网实现的无线网络（如4G，3G或GPRS）、无线局域网（WiFi）、微波、红外线、激光等方式。

OSI模型

OSI由来：在同一网络系统中网络协议是一致的，节点间通信是方便的，在不同的网络系统中网络协议很可能不一致，这种不一致给网络连接和网际网之间节点的通信造成了很大的不方便。为了解决这个问题，国际标准化组织 ISO( International Standardization Organization)于1981年推出“开放系统互联结构模型”即 OSI(Open System Interconnection)标准。

OSI目标：OSI的目标是希望所有的网络系统都向此标准靠拢，消除不同系统之间因协议不同而造成的通信障碍，使得在互联网范围内，不同的网络系统可以不需要专门的转换装置就能够进行通信。

OSI功能：OSI不是一个实际的物理模型，而是一个将网络协议规范化了的逻辑参考模型。OSI根据网络系统的逻辑功能将其分为七层，并对每一层规定了功能、要求、技术特性等，但没有规定具体的实现方法。OSI仅仅是一个标准，而不是特定的系统或协议。

OSI结构：OSI把计算机网络分成通信子网和资源子网两大部分。OSI 参考模型的低三层：物理层、数据链路层和网络层归于通信子网的范畴；高三层：会话层、表示层和应用层归于资源子网的范畴。传输层起着承上启下的作用。

Internet

Internet又称因特网，是国际计算机互联网的英文简称，是世界上规模最大的计算机网络。从1994年4月起，我国正式加入Internet，并在1997年4月26日使CSTnet(科技网)、CERnet（教育科研网）、CHINAnet（中国互联网）、 ChinaGBN （Gold Bridge 金桥网）相互联通。

浏览器

浏览器是指可以显示网页服务器或者文件系统的HTML文件（标准通用标记语言的一个应用）内容，并让用户与这些文件交互的一种软件。大部分网页为HTML格式。

一个网页中可以包括多个文档，每个文档都是分别从服务器获取的。大部分的浏览器本身支持除了HTML之外的广泛的格式。HTTP内容类型和URL协议规范允许网页设计者在网页中嵌入图像、动画、视频、声音、流媒体等。

国内网民计算机上常见的网页浏览器有，QQ浏览器、Internet Explorer、Firefox、Safari，Opera、Google Chrome、百度浏览器、搜狗浏览器、猎豹浏览器、360浏览器、UC浏览器、傲游浏览器、世界之窗浏览器等。

网络协议

在计算机网络中一系列的通信规则和约定的集合，称为网络协议，如数据的格式是怎样的，以什么样的控制信号联络，具体传送方式是什么，发送方怎样保证数据的完整性、正确性，接收方如何应答等等。这一系列工作就是网络协议需要完成的功能。常见的网络协议有IPX/SPX、TCP/IP等。

TCP/IP

TCP/IP（Transmission ControlProtocol/Internet Protocol）的简写，中文译名为传输控制协议/因特网互联协议，又叫网络通讯协议。TCP/IP 是一组协议，包括上百个各种功能的协议，其中TCP和IP是最核心的两个协议。TCP/IP 协议把Internet网络系统描述成具有四个层次功能的网络模型，包括：链路层、网络层、传输层和应用层。

1、链路层：这是TCP/IP结构的第一层，也叫网络接口层，其功能是提供网络相邻节点间的信息传输以及网络硬件和设备驱动。

2、网络层：即IP协议层，其功能是提供源节点和目的节点之间的信息传输服务，包括寻址和路由器选择等功能。

3、传输层：其功能是提供网络上的各应用程序之间的通信服务。

4、应用层：这是TCP/IP最高层，其功能是为用户提供访问网络环境的手段，主要提供FTP、TELNET等功能软件。

IP协议适用于所有类型网络。TCP协议则处理IP协议所遗留的通信问题，为应用程序提供可靠的通信连接，并能自动适应网络的变化。TCP/IP目前已成为最为成功的网络体系结构和协议规范。

常见的应用层协议包括：超文本传输协议（HTTP），文件传输协议（FTP），远程登录（Telnet）和简单邮件传输协议（SMTP：发送收电子邮件，POP3：接收电子邮件）等。

OSI TCP/IP 应用
应用层 应用层 各种服务及应用程序通过该层使用网络。常用协议：HTTP、FTP、SMTP
表示层
会话层
传输层 传输层 确认数据传输及进行纠错处理，常用协议：TCP、UDP
网络层 网络层 负责数据的传输，路由及地址选择。常用协议：IP、ARP
数据链路层 网络接口层 针对不同物理网络的连接形式的协议。如Ethernet、FDDI、ATM
物理层

IP地址

现在的Internet最早起源于60年代末期美国国防部的ARPANET(阿帕网)。Internet上的每一台机器(包括服务器、PC等)都有自己独立的IP(Internet Position)地址。通过这些IP地址可以对这些机器在Internet进行唯一标识，而计算机的使用者就可以通过这些IP地址对这些计算机进行访问了。

通常一个IP地址共有32位，分为4段，每段8位(也即1个字节)。它的表示方法如下：xxx，xxx，xxx，xxx，其中每段的取值范围为0~255。IP 地址是Internet上主机的一种数字标识，它由两部分组成，一部分是网络标识(netid)，另一部分是主机标识(hostid)。

第一段取值在1~127之间，表示主机所在的网络属于大型网(A类网)，其值就是网络的网络号，后三段数字表示该主机号；

第一段数字取值在128~191之间，表示主机所在网络为中型网(B类网)，第一段和第二段的数字联合表示该网络的网络号，第三段数字则表示子网号，第四段则是该主机号；

第一段数字取值为192~223的，表示该主机所在的网络为小型网(C类网)，第一、二、三段数字的组合表示该网络的网络号，第四段是主机号。

A类网络为大型网络；B类网络为中型网络；C类网络为小型网络。

这三类网络的地址特征为：

1、A类网络以0开头，网络号码是8位，主机号码是24位

2、B类网络以10开头，网络号码是16位，主机号码是16位

3、C类网络以110开头，C类网络的网络号码是24位，主机号码是8位

另：D类地址以1110开头，E类地址以11110开头。

私有IP地址

Internet管理委员会规定如下地址段为私有地址，私有地址可以自己组网时用，但不能在Internet网上用，Internet网没有这些地址的路由，有这些地址的计算机要上网必须转换成为合法的IP地址，也称为公网地址。下面是A、B、C类网络中的私有地址段。你自己组网时就可以用这些地址了。
10.0.0.0～10.255.255.255
172.16.0.0～172.131.255.255
192.168.0.0～192.168.255.255

子网掩码

子网掩码的作用就是和IP地址“与”运算后得出网络地址，子网掩码也是32位，并且是一串1后跟随一串0组成，其中1表示在IP地址中的网络号对应的位数，而0表示在IP地址中主机对应的位数。

例如，11111111 11111111 11111111 00000000中，前三个字节全1，代表对应IP地址中最高的三个字节为网络地址；后一个字节全0，代表对应IP地址中最后的一个字节为主机地址。这种位模式叫做“子网掩码”。

缺省子网掩码
A类网络（1 - 126）缺省子网掩码255.0.0.0

换算成二进制为11111111.00000000.00000000.00000000，可以清楚地看出前8位是网络地址，后24位是主机地址，也就是说，如果用的是标准子网掩码，看第一段地址即可看出是不是同一网络的。如21.0.0.0.1和21.240.230.1，第一段为21属于A类，如果用的是默认的子网掩码，那这两个地址就是一个网段的。同理可得出：

B类网络（128 - 191）缺省子网掩码255.255.0.0
C类网络（192 - 223）缺省子网掩码 255.255.255.0

确定网络号和主机号

子网掩码与IP地址子网掩码与IP地址结合使用，可以区分出一个网络地址的网络号和主机号。例如有一个C类地址为：192.9.200.13，其子网掩码为： 255.255.255.0，则它的网络号和主机号可按如下方法得到：

1、将IP地址192.9.200.13转换为二进制：

11000000 00001001 11001000 00001101
2、将子网掩码255.255.255.0转换为二进制：

11111111 11111111 11111111 00000000
3、将两个二进制数逻辑与（AND）运算后得出的结果：

11000000 00001001 11001000 00000000

转换成十进制，即网络号为192.9.200.0

4、将子网掩码取反再与IP地址逻辑与（AND）后得到的结果：

IP地址：11000000 00001001 11001000 00001101

子网掩码取反：00000000 00000000 00000000 11111111

对两个数逻辑与（AND）运算结果为： 00000000 00000000 00000000 00001101

转换成十进制为0.0.0.13，即主机号为13。

划分子网

1、将要划分的子网数目转换为2的m次方。如要分8个子网，8=2m，所以m=3

2、将上一步确定的幂m按高序占用主机地址m位后转换为十进制。如m为3 则是11100000，转换为十进制为224，即为最终确定的子网掩码。如果是C类网，则子网掩码为255.255.255.224；如果是B类网，则子网掩码为255.255.224.0；如果是A类网，则子网掩码为255.224.0.0。

在这里，子网个数与占用主机地址位数有如下等式成立：2m=n。其中，m表示占用主机地址的位数；n表示划分的子网个数。

例如将一个C类网络分成4个子网。若我们用的网络号为192.9.200，则该C类网内的主机IP地址就是192.9.200.1～192.9.200.254（因为全“0”和全“1”的主机地址有特殊含义，不作为有效的IP地址），现将网络划分为4个部分，按照以上步骤： 4=22，取幂2，对应的二进制为11，占用主机地址的高序位即为11000000，转换为十进制为192。这样就可确定该子网掩码为：192.9.200.192，4个子网的IP地址范围分别为：

192.9.200.1 192.9.200.62；192.9.200.65192.9.200.126；192.9.200.129192.9.200.190；192.9.200.193192.9.200.254。

例：IP地址为192.168.100.5 子网掩码是255.255.255.0。算出网络地址、广播地址、地址范围、主机数。

解：
1、将IP地址和子网掩码换算为二进制，子网掩码连续全1的是网络地址，后面的是主机地址。虚线前为网络地址，虚线后为主机地址。

2、IP地址和子网掩码进行与运算，结果是网络地址。

3、将上面的网络地址中的网络地址部分不变，主机地址变为全1，结果就是广播地址。

4、地址范围就是含在本网段内的所有主机：

网络地址+1即为第一个主机地址，广播地址-1即为最后一个主机地址，由此可以看出，地址范围是：网络地址+1至广播地址-1，本例的地址范围是：

192.168.100.1至192.168.100.254，也就是说下面的地址都是一个网段的。

5、主机的数量：
主机的数量=2二进制的主机位数-2，减2是因为主机不包括网络地址和广播地址。本例二进制的主机位数是8位，主机的数量=28-2=254。

域名

IP 地址作为Internet上主机的数字标识，对计算机网络来说是非常有效的。但对于使用者来说，很难记忆这些由数字组成的IP地址了。为此，人们研究出一种字符型标识，在Internet上采用“名称”寻址方案，为每台计算机主机都分配一个独有的“标准名称”，这个用字符表示的“标准名称”就是我们现在所广泛使用的域名(DN，domain name)。

主机的域名和IP地址一样，也采用分段表示的方法。其结构一般是如下样式：

计算机名.组织结构名.网络名.最高层域名。

最高层域名代表建立该网络的部门、机构或者该网络所在的地区、国家等，根据 1997年2月4日“Internet 国际特别委员会”(IAHC)关于最高层域名的报告，它可以分为以下三类：

1、通用最高层域名：常见的有 edu(教育、科研机构)、com(商业机 构)、net(网络服务机构)、info(信息服务机构)、org(专业团体)、gov(政府机构)等；

2、国际最高层域名：ini(国际性组织或机构)；

3、国家最高层域名：cn(中国)、us(美国)、 uk(英国)、jp(日本)、de(德国)、it(意大利)、ru(俄罗斯)等。

DNS

有了域名标识，对于计算机用户来说，在使用上的确方便了很多。但计算机本身并不能自动识别这些域名标识，于是域名管理服务器 DNS(domain name system)就应运而生了。 所谓的域名管理系统 DNS(domainname system)就是以主机的域名来代替其在Internet上实际的IP地址的系统，它负责将Internet上主机的域名转化为计算机能识别的IP地址。

通过上面的IP地址、域名和域名管理系统 DNS，就把Internet上面的每一台主机给予了唯一的定位。三者之间的具体联系过程如下：

1、连接网络，并输入想访问主机的域名；

2、由本地机向域名服务器发出查询指令；

3、域名服务器通过连接在整个域名管理系统查询对应的IP地址，如找到则返回相应的IP地址，反之则返回错误信息。

CSP初赛复习-09-计算机网络基础-练习题
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posted @ 2023-07-13 19:16  new-code  阅读(202)  评论(0)    收藏  举报