1、计算机网络概述

• 计算机网络是指自主计算机的互连集合
• 自主计算机:指分布在不同地理位置的多台独立的主机
• 互连:指使用通信介质和网络设备将计算机相互连接起来，遵循共同的网络协议，实现通信
• 计算机网络是网络硬件和网络协议的统一体
  

2、数据通信技术基础

• 数据通信的概念：依照通信协议，利用数据传输技术在两个功能单元之间传递数据信息。
• 数据信号的基本传输方式 ： 基带传输、频带传输、数字数据传输
• 基带传输：数据终端输出的未经调制变换的数据信号，直接在电缆信道上传输。换句话说，基带传输是不搬移基带数据信号频谱
• 数据通信系统通过数据电路将分布在远地的数据终端设备与计算机系统连接起来，实现数据传输、交换、存储和处理的系统。
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3、网络体系结构

1974年,美国的IBM公司宣布了系统网络体系结构SNA( System Network Architecture )这个著名的网络标准就是按照分层的方法制定的。现在用IBM大型机构建的专用网络仍在使用SNA。不久后,其他一些公司也相继推出自己公司的具有不同名称的体系结构。

不同的网络体系结构出现后,使用同公司生产的各种设备都能够很容易地互连成网。这种情况显然有利于一个公司垄断市场。但由于网络体系结构的不同,不同公司的设备很难互相连通。

然而,全球经济的发展使得不同网络体系结构的用户迫切要求能够互相交换信息。为了使不同体系结构的计算机网络都能互连,国际标准化组织ISO于1977年成立了专门机构研究该问题。他们提出了一个试图使各种计算机在世界范围内互连成网的标准框架,即著名的开放系统互连基本参考模型 OSI/RM ( Open Systems Interconnection Reference Model ,简称为OSI。“开放”是指非独家垄断的。因此只要遵循OSI标准,一个系统就可以和位于世界上任何地方的、也遵循这同一标准的其他任何系统进行通信。这一点很像世界范围的有线电话和邮政系统,这两个系统都是开放系统。“系统”是指在现实的系统中与互连有关的各部分(我们知道,并不是一个系统中的所有部分都与互连有关。OSI/RM把与互连无关的部分除外,而仅仅考虑与互连有关的那些部分)。所以 OSI/RM 是个抽象的概念。在1983年形成了开放系统互连基本参考模型的正式文件,即著名的ISO 7498国际标准,也就是所谓的七层协议的体系结构。

OSI试图达到一种理想境界,即全球计算机网络都遵循这个统一标准,因而全球的计算机将能够很方便地进行互连和交换数据。在20世纪80年代,许多大公司甚至一些国家的政府机构纷纷表示支持OSI。当时看来似乎在不久的将来全世界一定会按照OSI制定的标准来构造自己的计算机网络。然而到了20世纪90年代初期,虽然整套的OSI国际标准都已经制定出来了,但由于基于TCP/IP的互联网已抢先在全球相当大的范围成功地运行了,而与此同时却几乎找不到有什么厂家生产出符合OSI标准的商用产品。因此人们得出这样的结论:OSI只获得了一些理论研究的成果,但在市场化方面则事与愿违地失败了。现今规模最大的、覆盖全球的、基于 TCP/IP的互联网并未使用OSI标准。OSI失败的原因可归纳为:

• 专家们缺乏实际经验,他们在完成OSI标准时缺乏商业驱动力。
• 实现起来过分复杂,而且运行效率很低。
• 制定周期太长,因而使得按OSI标准生产的设备无法及时进入市场。
• 层次划分不太合理,有些功能在多个层次中重复出现。

按照一般的概念,网络技术和设备只有符合有关的国际标准才能大范围地获得工程上的应用。但现在情况却反过来了。得到最广泛应用的不是法律上的国际标准OSI,而是非国际标准TCP/IP。这样,TCP/IP就常被称为是事实上的国际标准。从这种意义上说,能够占领市场的就是标准。在过去制定标准的组织中往往以专家、学者为主。但现在许多公司都纷纷加入各种标准化组织,使得技术标准具有浓厚的商业气息。一个新标准的出现,有时不定反映其技术水平是最先进的,而是往往有着一定的市场背景。

数据在各层各设备之间的传递过程

4、局域网技术

局域网定义和特性

• 局域网（Local Area Network）即LAN：将小区域内的各种通信设备互联在一起的通信网络。
• 局域网三个特性：（1）高数据速率在0.1-100Mbps（2）短距离0.1-25Km（3）低误码率10-8-10-11。
• 决定局域网特性的三个技术：（1）用以传输数据的介质（2）用以连接各种设备的拓扑结构（3）用以共享资源的介质控制方法。

5、广域网技术

广域网（WLAN）

• 覆盖较大地理范围的数据通信网络（10千米以上）
• 使用网络提供商和电信公司所提供的传输设施传输数据

广域网的特点

• 由相距较远的局域网或城域网互连而成，通常除了计算机设备以外，还要涉及一些电信通讯方式
• 需要向外界的广域网服务供应商申请广域网服务
• 广域网技术主要体现在OSI参考模型的下3层

广域网通信方式

• 电路交换
• 报文交换
• 分组交换

广域网的功能

• 广域网技术主要用于地区、国家、洲际、全球之间把局域网连接起来的一种技术，由交换系统和传输网络构成，对应OSI模型的下三层，采用分组交换和存储转发技术，可向上层提供面向连接的服务和无连接的服务

广域网的协议层次

• 物理层：PSTN、DDN、xDSL
• 数据链路层：ISDN、FR、ATM
• 网络层：X.25、IP等
  

6、交换机相关知识

交换（switching）是按照通信两端传输信息的需要，用人工或设备自动完成的方法，把要传输的信息送到符合要求的相应路由上的技术统称。广义的交换机（switch）就是一种在通信系统中完成信息交换功能的设备。

交换机是一种基于MAC地址识别，能完成封装转发数据包功能的网络设备。交换机可以“学习”MAC地址，并把其存放在内部地址表中，通过在数据帧的始发者和目标接收者之间建立临时的交换路径，使数据帧直接由源地址到达目的地址

7、路由器相关知识

路由器是在OSI七层网络模型中的第三层——网络层操作的。

路由器内部有一个路由表，这表标明了如果要去某个地方，下一步应该往哪走。路由器从某个端口收到一个数据包，它首先把链路层的包头去掉（拆包），读取目的IP地址，然后查找路由表，若能确定下一步往哪送，则再加上链路层的包头（打包），把该数据包转发出去；如果不能确定下一步的地址，则向源地址返回一个信息，并把这个数据包丢掉。

路由技术和二层交换看起来有点相似，其实路由和交换之间的主要区别就是交换发生在OSI参考模型的第二层（数据链路层），而路由发生在第三层。这一区别决定了路由和交换在传送数据的过程中需要使用不同的控制信息，所以两者实现各自功能的方式是不同的。

路由技术其实是由两项最基本的活动组成，即决定最优路径和传输数据包。其中，数据包的传输相对较为简单和直接，而路由的确定则更加复杂一些。路由算法在路由表中写入各种不同的信息，路由器会根据数据包所要到达的目的地选择最佳路径把数据包发送到可以到达该目的地的下一台路由器处。当下一台路由器接收到该数据包时，也会查看其目标地址，并使用合适的路径继续传送给后面的路由器。依次类推，直到数据包到达最终目的地。

路由器的主要工作就是为经过路由器的每个数据包寻找一条最佳传输路径，并将该数据包有效地传送到目的站点。由此可见，选择最佳路径策略或叫选择最佳路由算法是路由器的关键所在。为了完成这项工作，在路由器中保存着各种传输路径的相关数据——路由表（Routing Table），供路由选择时使用。

8、IP地址

IP地址分类
IP 32位的地址通常表示为四个10进制的数，每个证书对应一个字节，成为点分十进制法（Dotted decimal notation）

如上图首字节整数：A类–0开始，B类–27=128 开始，C类–27+ 26=192 开始，D类–27+ 26+ 25 =224开始，E类–27+ 26+ 25 + 24 =240开始，示例如下

9、子网掩码及子网划分

子网掩码的概念及作用
子网掩码是一个应用于TCP/IP网络的32位二进制值，它可以屏蔽掉ip地址中的一部分，从而分离出ip地址中的网络部分与主机部分，基于子网掩码，管理员可以将网络进一步划分为若干子网。

为什么需要使用子网掩码
在使用TCP/IP协议的两台计算机之间进行通信时，我们通过将本机的子网掩码与接受方主机的ip地址进行’与’运算，即可得到目标主机所在的网络号，又由于每台主机在配置TCP/IP协议时都设置了一个本机ip地址与子网掩码，所以可以知道本机所在的网络号。

通过比较这两个网络号，就可以知道接受方主机是否在本网络上。如果网络号相同，表明接受方在本网络上，那么可以通过相关的协议把数据包直接发送到目标主机；如果网络号不同，表明目标主机在远程网络上，那么数据包将会发送给本网络上的路由器，由路由器将数据包发送到其他网络，直至到达目的地。在这个过程中你可以看到，子网掩码是不可或缺的！

如何用子网掩码得到网络/主机地址
既然子网掩码这么重要，那么它是如何分离出ip地址中的网络地址和主机地址的呢？
过程如下：
1.将ip地址与子网掩码转换成二进制；
2.将二进制形式的ip地址与子网掩码做’与’运算，将答案化为十进制便得到网络地址；
3.将二进制形式的子网掩码取’反’；
4.将取’反’后的子网掩码与ip地址做’与’运算，将答案化为十进制便得到主机地址。

下面我们用一个例子给大家演示：
假设有一个I P 地址：192.168.0.1
子网掩码为：255.255.255.0
化为二进制为：I P 地址11000000.10101000.00000000.00000001
子网掩码11111111.11111111.11111111.00000000
将两者做’与’运算得：11000000.10101000.00000000.00000000
将其化为十进制得：192.168.0.0
这便是上面ip的网络地址，主机地址以此类推。
小技巧：由于观察到上面的子网掩码为C类地址的默认子网掩码（即未划分子网），便可直接看出网络地址为ip地址的前三部分，即前三个字节。

子网掩码的分类
1）缺省子网掩码：
即未划分子网，对应的网络号的位都置1，主机号都置0。
A类网络缺省子网掩码：255.0.0.0
B类网络缺省子网掩码：255.255.0.0
C类网络缺省子网掩码：255.255.255.0

2）自定义子网掩码：
将一个网络划分为几个子网，需要每一段使用不同的网络号或子网号，实际上我们可以认为是将主机号分为两个部分：子网号、子网主机号。 形式如下：
未做子网划分的ip地址：网络号＋主机号
做子网划分后的ip地址：网络号＋子网号＋子网主机号
也就是说ip地址在化分子网后，以前的主机号位置的一部分给了子网号，余下的是子网主机号。

子网编址技术
前面几点介绍了子网掩码的一些知识，下面我们来看看子网划分，不要认为子网划分与子网掩码没有关系哟，子网划分也是靠子网掩码来实现的。

子网是指一个ip地址上生成的逻辑网络，它可以让一个网络地址跨越多个物理网络，即一个网络地址代表多个网络（很明显这样做可以节省ip地址）。呵呵，听起来是不是很蹊跷？一个网络就这样被莫名其妙的划分成了许多子网？那么这样做有什么用呢？

我举个例子来跟你说吧：比如你是某个学校的网管，你的学校有四个处于不同物理位置的网络教室，每个网络教室25台机器，你的任务是给这些机器配置ip地址和子网掩码。你可能会觉得这再简单不过了，申请4个C类地址，每个教室一个，然后在一一配置不就搞定了。嗯，这样做理论上没错，但你有没有想到这样做很浪费，你一共浪费了(254-25)*4=916个ip地址，如果所有的网管都像你这样做，那么internet上的ip地址将会在极短的时间内枯竭，显然，你是不能这样做，你应该做子网划分。

子网划分说白了是这样一个事情：因为在划分了子网后，ip地址的网络号是不变的，因此在局域网外部看来，这里仍然只存在一个网络，即网络号所代表的那个网络；但在网络内部却是另外一个景象，因为我们每个子网的子网号是不同的，当用化分子网后的ip地址与子网掩码（注意，这里指的子网掩码已经不是缺省子网掩码了，而是自定义子网掩码，是管理员在经过计算后得出的）做’与’运算时，每个子网将得到不同的子网地址，从而实现了对网络的划分（得到了不同的地址，当然就能区别出各个子网了，有趣吧）。

子网编址技术，即子网划分将会有助于以下问题的解决：
1）巨大的网络地址管理耗费：如果你是一个A类网络的管理员，你一定会为管理数量庞大的主机而头痛的；
2）路由器中的选路表的急剧膨胀：当路由器与其他路由器交换选路表时，互联网的负载是很高的，所需的计算量也很高；
3）IP地址空间有限并终将枯竭：这是一个至关重要的问题，高速发展的internet,使原来的编址方法不能适应，而一些ip地址却不能被充分的利用，造成了浪费。
因此，在配置局域网或其他网络时，根据需要划分子网是很重要的，有时也是必要的。现在，子网编址技术已经被绝大多数局域网所使用。

如何划分子网及确定子网掩码
在动手划分之前，一定要考虑网络目前的需求和将来的需求计划。
划分子网主要从以下方面考虑:
1.网络中物理段的数量（即要划分的子网数量）
2.每个物理段的主机的数量

确定子网掩码的步骤：
第一步：确定物理网段的数量，并将其转换为二进制数，并确定位数n。如：你需要6个子网，6的二进制值为110，共3位,即n=3；
第二步：按照你ip地址的类型写出其缺省子网掩码。如C类，则缺省子网掩码为11111111.11111111.11111111.00000000；
第三步：将子网掩码中与主机号的前n位对应的位置置1，其余位置置0。若n=3且为
C类地址：则得到子网掩码为11111111.11111111.11111111.11100000化为十进制得到255.255.255.224
B类地址：则得到子网掩码为11111111.11111111.11100000.00000000化为十进制得到255.255.224.0
A类地址：则得到子网掩码为11111111.11100000.00000000.00000000化为十进制得到255.224.0.0
另：由于网络被划分为6个子网，占用了主机号的前3位，若是C类地址，则主机号只能用5位来表示主机号，因此每个子网内的主机数量＝（2的5次方）－2＝30，6个子网总共所能标识的主机数将小于254，这点请大家注意！

解惑：
1.你可能有这样的疑问，比如在上面的例子里，6的二进制值为110，那么为什么要将子网掩码中与主机号的前n位对应的位置都置1，而不是用6的二进制110去替代前n位呢？
呵呵，这个问题提的很好，答案是这样的：我们计算子网掩码的目的是什么？就是希望它在做’与’的时候能够解析出网络号，也就是说它与网络号所对应的位置都应该是1（当然包括与子网号所对应的位置），那么很显然，你写上110是不对的，如果你这么写，那么它的意义是主机号的前两位作为子网号，那么这样将最多划分2个子网（不明白没关系，下面有计算子网数量的方法），与我们当初所要划分的6个子网显然是不一致的。这样解释你能明白马？

2.细心的人可能会发现，划分4个子网，5个子网和6个子网的子网掩码是一样的，同为255.255.255.224，是不是错了呢？三个子网掩码应该不同呀？呵呵，是这样的，因为4，5，6的二进制值都是3为，因此在子网掩码中这三位都置1，划分是没有问题的，只是你的理解上有一点小小的问题，划分为4个子网，其实可以理解为划分为6个子网，但你只使用了其中的4个。比如你想划分8个子网，与划分14个子网所得到的子网掩码是一样的，都占用了4位作为子网号。

10、internet网与万维网

Internet概念
Internet又称互联网，采用TCP/IP协议，将各种不同类型、不同规模、不同地理位置的物理网络联接成一个整体的全球性的计算机网络

万维网概念
万维网（World Wide Web）又称WWW。是无数个网络站点和网页的集合，是由超级链接构成的信息网络

组成元素

• 站点：连接到网络的和终端设备，如PC、服务器等
• 网页：即万维网文档，包含文本信息、图形、图像、声音、动画等
  
• 网页传输：Web浏览器与Web服务器之间，使用超文本传送协议（HTTP）进行传输，实现超链接
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