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计算机网络应用基础 普通高等学校文科专业计算机系列教材陈军编著 第1章 计算机网络基础 1 1 认识计算机网络含义和功能发展与分类网络通信技术1 2 网络拓扑结构1 3 网络体系结构与互联设备 1 1 认识计算机网络 1 1 1计算机网络含义1 1 2计算机网络功能1 1 3计算机网络发展 演变 1 1 4计算机网络分类1 1 5计算机网络通信技术 1 1 1计算机网络含义 把分散在不同地理位置 具有独立功能的计算机系统及相关网络设备 通过通信线路相互连接起来 按照一定通信协议进行数据通信 以实现资源共享为目的的信息系统 资源 包括软件 硬件和数据等资源 主要可归纳一下四点 1 资源共享2 信息管理与数据传输 信息交换 3 分布式处理4 提高计算机应用的可靠性 1 1 2计算机网络功能 1 1 3计算机网络发展 1946年第一台计算机诞生以来 根据其发展过程大致可划分如下四个阶段 第一阶段20世纪50年代 第一代 面向终端的网络 第二阶段20世纪60年代 第二代 面向内部通信的网络 第三阶段20世纪70年代末 第三代 开放互联的网络 1977年国际标准化组织ISO成立专门机构 对此进行统一规划1980年该组织就公布了构建网络体系结构的 开放系统互联参考模型 OSI RM及各种网络协议的标准20世纪80年代 Internet网的雏形 第四阶段多媒体计算机网络 即 信息高速公路 20世纪50年代 第一代网络面向终端网络 20世纪60年代 多个主机出现 并要求主机之间连接 第二代 某部门内部网 该阶段各主机所连接的子网通过各自负责转发数据的节点机 经由负责传输数据的通信线路相互连接起来 20世纪70年代美国国防部高级研究署的ARPANET网就是一个成功的例子 通信子网与资源子网 前者由通信线路和相应的通信处理机连接构成 负责网络通信 完成网络数据传输 转发等任务 后者由众多主机系统 数据资源及各类外围硬件资源等组成 负责网络数据处理和向网络用户提供网络资源以及网络服务等功能 20世纪70年代后 20世纪80年代 异种机网络互连 出现各部门通信需求 但传输标准不统一1977年提出由国际标准化组织ISO来约定或定义一个 统一的传输协议 20世纪80年推出OSI开放系统互联标准目前的网络可以说还属于第三代 1 1 4计算机网络分类 根据网络应用范围分类 1 LAN 房间 楼里或校园 10km以内 2 MAN 城镇 地区或城市 10km 100km 3 WAN 省 国家或全球 100km以上 根据网络的拓扑结构分类根据网络支持的通信协议分类还有根据网络用途分类 可分公用网和专用网 1 1 5计算机网络通信技术 这里介绍的通信技术 主要是指用于连接局域网与局域网 局域网与城域网或广域网等互联的方式 属于通信子网的范畴 目前 我国用于局域网 城域网或广域网互联的通信子网种类主要有 公用电话网PSTN综合服务数字网ISDN分组交换网数字数据专用网DDN帧中继 FrameRelay 非对称数字用户线路ASDL无线通信 1 2 网络拓扑结构 网络拓扑结构 即网络上的各个部件 或称结点 的物理组合形式 常见的有 1 总线型结构2 环形结构3 星形结构4 混合型结构 星 环形 星 总型 树形等等 1 总线结构 广播信道 通过总线把所有的结点连接起来 通信时所有结点对总线具有同等的访问权 共享总线 各结点发送数据采用随机争用的方式 特点 总线型结构布线简单 结点扩展灵活方便 但网络对总线故障比较敏感 也就是说一旦总线的某个部位断路会导致整个网络的瘫痪 要求 连线总长 2 5km 工作站 1024 典型网络如 传统总线型以太网 Ethernet 速率10Mb s 现有高速以太网100Mb s的 发送端 利用CSMA CD协议发送数据 载波侦听多路访问 冲突检测协议 可以说是介质访问控制方法 接受端 随时监听 有载波信号就判断其地址 是自己的就接受 载波侦听 侦听线路空闲状态 空闲就发数据 不空闲 就延时再听 多路访问 点对点 点对多点 冲突检测 边讲边听 即将发送的帧收回 进行比较 2 环形结构 点到点信道 各结点通过环接口连接到一个闭合的环型通道上 每个环接口从一侧接收数据 然后向另一侧转发 特点 传输速率高 传输误码率较低 所用电缆也较少 高负荷时效率高 传输距离远 缺点 硬件连接可靠性差 扩建或改建比较困难 存在着延时问题 对各结点及链路的可靠性要求高 一旦一个结点出故障 就会导致全网瘫痪 典型网络如 令牌环网 Token Ring 在网上传输的是 令牌帧或数据帧 发送端 通过截获令牌 发送数据其他站 接收数据 比较地址 不符合延时1bit转发 符合接受 改变标识 再转发 3 星形结构 通过中央节点把外围结点连接起来的结构对于星型结构布局的网 现一般采用高速局域网技术 100Mb s以上 特点 结构简单 易扩充 一条信道故障不影响网络整体 缺点 中央节点有故障则影响整个网络 线路增多 费用加大 因通信线路随结点的增多而增多 此时网络的可靠性也会随之降低 要求 距离 300m 典型网络如 FastEthernet网通过集线器来布局介质访问协议 CSMA CD 载波侦听 多路访问 冲突检测 特点 通信协议简单 站点故障容易检测和隔离 但连线费用大 中央结点要求高 1 3 网络体系结构与互联设备 1 网络的体系结构2 网络互联设备 1 网络体系结构 一个完整的计算机网络其体系结构是由 协议 和 层 两部分构成的 协议 即双方通信过程的一组约定规则 依据这些约定来建立通信关系 如 有关信息传输的顺序 信息格式和信息内容等都需要有相应的约定 层 由网络的体系结构决定 不同的层有不同的协议约定 1980年国际标准化组织ISO 公布了 开放系统互连 OSI参考模型 即异种机连网标准的框架结构 OSI参考模型 OSI将整个网络的通信分7个层次 解释 计算机网络 分通信子网和资源子网 高三层 面向服务归于资源子网 低三层 面向通信归于通信子网 传输层起着上三层和下三层的衔接作用 我国目前负责通信的子网有 分组交换网 X 25 数字数据网 DDN 帧中继 FR 综合业务数字网 ISDN 卫星 微波 电话网等等提示 ChinaNet属于资源子网 是Internet的一部分 在网络中 假设A用户与B用户通讯 其各层所作用的范围 可用下图说明 Internet网络体系结构 四分层网络体系结构 前身是美国国防部高级研究署的ARPANET Internet网上消息流的传递过程 2 网络互联设备 计算机设备有 服务器 工作站 共享设备 网络连接设备有 网络适配器 网卡中继器 物理层 信号再生集线器 物理层 HUB 连接网上的各个节点网桥 链路层 连接两个同类网络交换机 链路层 路由器 网络层 连接两个以上不同类型的网络网关 应用层 连接两个异种网络 中继器 物理层设备 中继器也称重发器 它是网络中最简单的设备 当一个网段的结点数和网段的长度超过允许的限度时 传送的信号质量开始下降 此时 为了保证网络通信信号的正确无误 可选用中继器作用 清除噪音 放大整型信号 以延长网段距离 要求 连接相邻两网段的拓扑结构要相同 中继器 集线器 物理层设备 可以说是一种特殊的中继器 集线器是星型拓扑结构网络中的主要连接设备之一 其中一个端口连接服务器 另外几个端口连接客户机 功能 除了将信息再生转发外 还可以改善网络的管理和维护 可弥补总线型网络的缺陷 提高网络的稳定性和可靠性 网桥 链路层设备 网桥是一结点设备 通过它能将两个或更多的LAN连成一个大的逻辑LAN 反之 也可用网桥将一个较大的LAN分割成几个网段 以太网和令牌环网二者都指明了工作站和集线器 集线器和集线器之间最大距离的极限 以及可以连接到一个LAN的最大工作站数 如总线型 连线总长 2 5km 工作站 1024 星型结构 连线距离 300M 为了给更多的人提供网络连接能力或扩展网络以覆盖更大的范围或提高每个网段的网络性能 网桥 网桥 网桥是一局域网与另一局域网建立连接的桥梁 网桥它能对在网络传递过程中接收到的每个数据包作出简单的 转发 不转发 决定 只有从一LAN传送到另一LAN上的数据包才被连接到相应的网桥端口跨链路转发 而同网段的数据包不转发 达到过滤数据包的目的 交换机 链路层设备 交换机可以认为是多端口的网桥 即在各端口之间内部有一桥 每个端口可以支持一个工作站或一个完整的以太网或令牌环LAN 主要用于连接几个独立的LAN 并根据目的地址过滤数据包 路由器 网络层设备 路由器是用于将局域网与局域网 局域网与广域网和广域网与广域网的互联的设备路由器最初设计是使用户能够通过广域网把远程的LAN连接起来 这样一个用户访问另一个LAN上的资源 就好像这些资源是在本地一样 功能 具有判断网络地址和选择路径 使