大学计算机网络技术基础-于德海-大学教学资料课件PPT
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大学计算机网络技术基础-于德海-大学教学资料课件PPT,大学计算机,网络技术,基础,于德海,大学,教学,资料,课件,ppt
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计算机网络技术基础高等院校“十一五”规划教材于德海 王亮 主编中国水利水电出版社第1章 计算机网络概论本章主要内容计算机网络在信息时代的作用 计算机网络的形成与发展 计算机网络的定义与功能 计算机网络的组成 计算机网络的分类 计算机网络的拓扑结构 1.1计算机网络在信息时代的作用 当今世界正经历着一场信息革命，信息已成为人类赖以生存的重要资源。信息的流通离不开通信，信息的处理离不开计算机，计算机网络正是计算机技术与通信技术密切结合的产物。信息的社会化、网络化、全球经济的一体化，无不受到计算机网络技术的巨大影响。网络使人类的工作方式、学习方式乃至思维方式发生了深刻变革。本章主要介绍网络的基础知识。 我们通过网络可以实现什么? 计算机网络的范畴覆盖了很多不同种类的网络，有大的，有小的，有知名的，也有不知名的。它们有不同目标、规模和技术，计算机网络从60年代诞生到现在，经历了很多不同的阶段。 在计算机网络产生之前，通信主要依靠公共电话网络，电话网非常脆弱。电话网络与计算机网络区别 在1969年12月，一个包含有4个节点的实验网络运行了，4个节点都有许多不同类型并且完全不兼容的主机，这便是ARPANET最初的形式，随着技术的发展， ARPANET迅速成长起来。 在20世纪80年代，其他的一些网络，特别是局域网都连接到了ARPANET上。其中影响最广的就是NSFNET与ARPANET的连接。这之后，网络快速的增长，到了20世纪80年代中期，人们开始把网络的集合看作互联网。 互联网即Internet，并不是单个网络，而是大量不同的网络的集合，“Internet”起源于“International”与“Network”两个词的拆解和合成。因此，从字面的解释看，有互联网、交互网、国际网的意思。Internet是将全球范围的成千上万个不同形式的网络利用各种方式连接起来形成的一个集合体。 未来网络的发展呈现多样化，高速化。目前，网络正在走向三网合一：电视网、电话网和计算机网络。 1.2计算机网络的形成与发展1.2.1以主机为中心的联机系统 由单用户独占一个系统发展到分时多用户系统，即多个终端用户分时占用主机上的资源，这种结构被称为第一代网络。 每一个分散的终端都要单独占用一条通信线路，线路利用率低。多点通信线路 为了提高通信线路的利用率并减轻主机的负担，使用了多点通信线路、通信控制处理机以及集中器。使用通信控制处理机和集中器的通信系统 通信控制处理机 完成全部的通信任务，让主机专门进行数据的处理，提高数据处理的效率 ；集中器 负责从终端到主机的数据集中以及从主机到终端的数据分发。1.2.2计算机-计算机网络 随着计算机技术和通信技术的进步，将多个单处理机联机终端网络互相连接起来，形成了以多处理机为中心的网络。利用通信线路将多台主机连接起来，为用户提供服务。 有两种连接形式：1.2.3分组交换技术的产生回顾一下电路交换的特点两部电话机只需要用一对电线就能够互相连接起来。更多的电话机互相连通5 部电话机两两相连，需 10 对电线。N 部电话机两两相连，需 N(N 1)/2对电线。当电话机的数量很大时，这种连接方法需要的电线对的数量与电话机数的平方成正比。使用交换机当电话机的数量增多时，就要使用交换机来完成全网的交换任务。电路交换的特点电路交换必定是面向连接的。 电路交换的三个阶段：建立连接通信释放连接电路交换举例A 和 B 通话经过四个交换机通话在 A 到 B 的连接上进行(交换机交换机交换机交换机用户线用户线中继线中继线BDCA电路交换举例C 和 D 通话只经过一个本地交换机通话在 C 到 D 的连接上进行(交换机交换机交换机交换机用户线用户线中继线中继线BDCA分组交换的原理（一） 在发送端，先把较长的报文划分成较短的、固定长度的数据段。报文分组交换的原理（二）每一个数据段前面添加上首部构成分组。数 据数 据数 据首部首部首部分组交换的原理（三）分组交换网以“分组”作为数据传输单元。依次把各分组发送到接收端（假定接收端在左边）。分组首部的重要性每一个分组的首部都含有地址等控制信息。 分组交换网中的结点交换机根据收到的分组的首部中的地址信息，把分组转发到下一个结点交换机。 用这样的存储转发方式，最后分组就能到达最终目的地。分组交换的原理（四）接收端收到分组后剥去首部还原成报文。数 据首部数 据首部数 据首部分组交换的原理（五）最后，在接收端把收到的数据恢复成为原来的报文。这里我们假定分组在传输过程中没有出现差错，在转发时也没有被丢弃。数 据数 据数 据注意结点交换机有多个端口ABCDEH1H5H2H4H3H6高速链路 结点交换机123412341 2 3 41 2 3 41 2 3 4分组交换网的示意图H1A分组交换网BDECH5H6H4H2H3H1 向 H5 发送分组H2 向 H6 发送分组注意分组路径的变化！结点交换机注意分组的存储转发过程H1A分组交换网BDECH5H6H4H2H3H1 向 H5 发送分组结点交换机在结点交换机 A 暂存查找转发表找到转发的端口在结点交换机 C 暂存查找转发表找到转发的端口在结点交换机 E 暂存查找转发表找到转发的端口最后到达目的主机 H5结点交换机结点交换机处理分组的过程是：把收到的分组先放入缓存（暂时存储）；查找转发表，找出到某个目的地址应从哪个端口转发；把分组送到适当的端口转发出去。主机和结点交换机的作用不同 主机是为用户进行信息处理的，并向网络发送分组，从网络接收分组。 结点交换机对分组进行存储转发，最后把分组交付给目的主机。分组交换的优点高效 动态分配传输带宽，对通信链路是逐段 占用。 灵活 以分组为传送单位和查找路由。迅速 不必先建立连接就能向其他主机发送分组；充分使用链路的带宽。可靠 自适应的路由选择协议使网络有很好的生存性。 三种交换的比较A B C D A B C DA B C D报文交换电路交换分组交换tARPANET的成功使计算机网络的概念发生根本变化早期的面向终端的计算机网络是以单个主机为中心的星形网各终端通过通信线路共享昂贵的中心主机的硬件和软件资源。 分组交换网则是以网络为中心，主机都处在网络的外围。用户通过分组交换网可共享连接在网络上的许多硬件和各种丰富的软件资源。 从主机为中心到以网络为中心以主机为中心以分组交换网为中心1.2.4 Internet的产生与发展 现代计算机网络实际上是20世纪60年代美苏冷战时期的产物。在60年代初，美国国防部领导的远景研究规划局ARPA (Advanced Research Project Agency)提出要研制一种崭新的、能够适应现代战争的、残存性很强的网络，其目的是对付来自前苏联的核进攻威胁 1.3 计算机网络的定义与功能1.3.1 计算机网络的定义 计算机网络是计算机技术与通信技术密切结合的产物。 计算机网络是将分散在不同地点且具有独立功能的多个计算机系统，利用通信设备和线路相互连接起来，在网络协议和软件的支持下进行数据通信，实现资源共享的计算机系统的集合。这个定义涉及到以下几个方面的问题： 1两台或两台以上的计算机相互连接起来才能构成网络。网络中的各计算机具有独立功能。 2计算机之间要通信，要交换信息，彼此就需要有某些约定和规则，这些约定和规则就是网络协议。网络协议是计算机网络工作的基础。 3网络中的各计算机间进行相互通信，需要有一条通道以及必要的通信设备。通道指网络传输介质，它可以是有线的（如双绞线，同轴电缆线等），也可以是无线的（如红外、微波、等）。通信设备是在计算机与通信线路之间按照一定通信协议传输数据的设备。 4计算机网络的主要目的是实现计算机资源共享，使用户能够共享网络中的所有硬件、软件和数据资源。一个典型办公管理局域网1.3.2计算机网络的功能（1）数据通信 数据通信是计算机网络的最基本功能。（2）资源共享 计算机网络的主要目的是资源共享。计算机网络中的资源有数据资源、软件资源、硬件资源三类，网络中的用户可以使用其中的所有资源。 P20（3）提高系统的可靠性和可用性 （4）分布式网络处理和负载均衡 P211.4 计算机网络的组成1.4.1计算机网络的系统结构通信子网和资源子网 按照计算机网络的系统功能，一个网络可划分为资源子网和通信子网两大部分。 资源子网主要负责全网的信息处理，为网络用户提供网络服务和资源共享功能。 通信子网主要负责全网的数据通信。为网络用户提供数据传输、转接、加工和变换等通信处理工作。 资源子网资源子网由主机、终端、终端控制器、连网外设、各种软件资源与信息资源组成。资源子网负责全网的数据处理业务，向网络用户提供各种网络资源与网络服务。P22通信子网通信子网由通信控制处理机 P23通信线路与其它通信设备组成，完成网络数据传输、转发等通信处理任务。1.4.2计算机网络的软件网络协议软件：实现网络协议功能，比如TCP/IP, 等。网络通信软件：用于实现网络中各种设备之间进行通信的软件。(QQ MSN Netmeeting)网络操作系统：实现系统资源共享，管理用户的应用程序对不同资源的访问，典型的操作系统有NT、NetWare、UNIX等。网络管理软件和网络应用软件（网吧收费系统 股票交易软件）1.5计算机网络的分类1.5.1按功能分类 1.报文交换 2.电路交换 3.分组交换 4.混合交换1.5.2按地理范围划分局域网（Local Area Network） LAN通常安装在一个建筑物或校园（园区）中，覆盖的地理范围从几十米至数公里。例如，一个实验室、一栋大楼、一个校园或一个单位。LAN是计算机通过高速线路相连组成的网络，网上传输速率较高，从10Mbps100Mbps1000Mbps。通过LAN，各种计算机可以共享资源;例如，共享打印机和数据库。城域网（Metropolitan Area Network）MAN规模局限在一座城市的范围内，覆盖的地理范围从几十公里至数百公里。MAN是对局域网的延伸，用来连接局域网，在传输介质和布线结构方面牵涉范围较广。广域网（Wide Area Network）WAN覆盖的地理范围从数百公里至数千公里，甚至上万公里。可以是一个地区或一个国家，甚至世界几大洲，故称远程网。WAN在采用的技术、应用范围和协议标准方面有所不同。在WAN中，通常是利用邮电部门提供的各种公用交换网，将分布在不同地区的计算机系统互连起来，达到资源共享的目的。广域网使用的主要技术为存储转发技术。1.5.3按使用范围分类公用网由电信部门组建，一般由政府电信部门管理和控制，网络内的传输和交换装置可提供（如租用）给任何部门和单位使用，例如公共电话交换网PSTN、数字数据网DDN、综合业务数字网ISDN等。 专用网由某个单位或部门组建，不允许其他部门或单位使用，例如金融、石油、铁路等行业都有自己的专网。专用网可以租用电信部门的传输线路，也可以自己铺设线路，但后者的成本非常高。1.5.4按传输介质分类 根据通信介质的不同，网络可划分为以下两种： （1）有线网：采用同轴电缆、双绞线、光纤等物理介质来传输数据的网络。 （2）无线网：采用卫星、微波、激光等无线形式传输数据的网络。1.5.5按企业公司管理分类1.内联网（Intranet）内联网Intranet是指企业的内部网，是由企业内部原有的各种网络环境和软件平台组成的，例如，传统的客户机/服务器模式，逐步改造、过渡、统一到像Internet那样使用方便，即使用Internet上的浏览器/服务器模式P282.外联网（Extranet）外联网相对企业内部网， Extranet是泛指企业之外，需要扩展连接到与自己相关的其他企业网。采用Internet技术，又有自己的WWW服务器，但不一定与Internet直接进行连接的网络。同时必须建立防火墙把内联网与Internet隔离开，以确保企业内部信息的安全。 3.因特网（Internet） 因特网Internet是目前最流行的一种国际互连网。Internet起源于美国，自1995年开始启用，发展非常迅速，特别是随着Web浏览器的普遍应用，Internet已在全世界范围得到应用。利用在全球性的各种通信系统基础上，像一个无法比拟的巨大数据库，并结合多媒体的“声、图、文”表现能力，不仅能处理一般数据和文本，而且也能处理语音、静止图象、电视图像、动画和三维图形等等。拓扑结构拓扑学把实体抽象成与其大小、形状无关的点，将连接实体的线路抽象成线，进而研究点、线、面之间关系；在计算机网络中，将主机和终端抽象为点，将通信介质抽象为线，形成点和线组成的图形，使人们对网络整体有明确的全貌印象；1.6计算机网络的拓扑结构按网络的拓扑结构分类 拓扑结构是指网络的通信线路与各站点（计算机或网络通信设备）之间的几何排列形式。按网络拓扑结构分类，网络可划分为总线型网、星型网、环型网、树型网等。 计算机网络的拓扑结构1总线型结构 由一条总线连接若干个结点所形成的网络称总线型网络。总线型网络采用广播通信方式，即由一个结点发出的信息可被网络上的多个结点所接收。作为总线的通信线路可以是同轴电缆，也可以是光缆等。 总线型结构应用广泛，其突出的特点为： （1）结构简单，可扩充，性能好； （2）网络的可靠性高，结点间响应速度快，共享资源能力强； （3）网络的成本低，设备投入量少，安装使用方便； （4）总线的性能和可靠性对网络有很大影响。2星型结构 以中央结点为中心，把若干外围结点连接起来的网络称星型结构。星型结构中，中央结点对各外围结点间的通信和信息交换进行集中控制和管理 星型结构的特点是： （1）建网容易，扩充性好，控制简单； （2）只要中央结点不出现故障，系统的可靠性较高；如果中央结点出现故障，则导致整个网络瘫痪；3树型结构网络中的各节点形成了一个层次化的结构，树中的各个节点都为计算机。树中低层计算机的功能和应用有关，一般都具有明确定义的和专业化很强的任务，如数据的采集和变换等，而高层的计算机具备通用的功能，以便协调系统的工作，如数据处理、命令执行和综合处理等。一般来说，层次结构的层不宜过多，以免转接开销过大，使高层节点的负荷过重。4环型结构在环行拓扑网络中，节点通过点到点通信线路连接成闭合环路。环中数据将沿一个方向逐站传送。环型拓扑网络结构简单，传输延时确定，但是环中每个节点与连接节点之间的通信线路都会成为网络可靠性的屏障。对于环型网络，网络节点的加入、退出、环路的维护和管理都比
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