计算机网络基础知识讲稿

1 计算机网络基础知识 教学目的 了解计算机网络的发展 初步认识计算机网 络分类及其系统构成 教学内容 1 计算机网络的发展 2 计算机网络的定义及分类 3 计算机网络的功能及应用 4 计算机网络的组成与结构 教学重点 计算机网络系统构成 引言 引言 在信息技术高速发展的今天 计算机网络的应 用领域越来越广 它深刻地影响着目前的经济 社会 文 化 科技等诸多领域 是目前生活和工作最重要的工具之 一 同时我们的生活也越来越依赖计算机网络 那么 究 竟什么是计算机网络呢 计算机网络有什么样的功能呢 它的组成是什么样的呢 我们从以下几个方面来了解它 一 计算机网络的发展 为了让大家对计算机网络的发展和应用有一个全面 的认识 大家首先来想一想 在人类社会发展过程中 你 们知道对人类历史产生了重要影响和推动作用的四大信 2 息媒体有哪些吗 最主要的信息传播媒体包括 第一就是 书刊 第二个是电话 传真 第三是主要是广播电视 第 四大媒体就是我们现在用的计算机网络 实际上 在这四 个媒体当中 具有信息传递 处理能力 存储能力 功能 最强大的是计算机网络 这就是我们人类社会信息传播 的四大媒体 刚才 我们讲了人类社会信息传播的四大媒体 现在 就让我们来了解信息传播的第四大媒体 计算机网络 纵观计算机网络发展历程 它经历了一个从简单到复杂 又到简单 指 入网容易 使用简单 网络应用大众化 的 过程 计算机网络的发展经历了四代 第一代 面向第一代 面向终终端的端的计计算机网算机网络络 20 世纪 60 年代末 到 70 年代初为计算机网络发展的萌芽阶段 它是具有通 信功能的主机系统 简称为终端 计算机网络 这是早期 的计算机网络的主要形式 主机是网络的中心和控制者 终端 键盘和显示器 分布在各处并与主机相连 用户通 过本地的终端使用远程的主机只提供终端和主机之间的 通信 子网之间是无法进行通信的 第二代 具有通信功能的多机系第二代 具有通信功能的多机系统统 20 世纪 70 年代 中后期 面向终端的单机系统虽然让远程用户能够自由 的使用机器 优点 多个主机互联 实现计算机和计算机 3 之间的通信 终端用户可以访问本地主机和通信子网上所 有主机的软硬件资源 计算机网络在逻辑上可以分为两 个子网 资源子网和通信子网 实现资源共享功能的硬件 及其软件的集合称为资源子网 实现网络通信功能的硬件 及其软件的集合称为网络的通信子网 但是随着应用的 进一步发展 新的问题出现了 那就是 一是主机的负担 加重 由于主机既要进行数据处理 又要完成通信控制 通信控制任务加重 势必降低了处理数据的速度 二是采 用的是专用路线 路线的利用率比较低 特别是在终端速 率比较低的时候更是如此 三是没有统一的网络协议 为 了克服这些问题 采取了相应的措施进行改进 最终由单 机系统演变为多机互连系统 第三代 第三代 标标准化的准化的计计算机网算机网络络 整个 20 世纪 80 年代 是计算机局域网络的发展时期 在第二代计算机网络的 末期出现了很多计算机网络 提出了各种网络体系结构 与网络协议 他们没有统一的标准 使相互之间的互联出 现了问题 为解决这个问题 在 1979 年成立了国际标准 化组织 ISO 1984 年 ISO 正式颁布了开放系统互联参考 模型 Open System Interconnection Reference Model 简称 OSI 模型 其主要特征是 局域网络完全从硬件上实现了 ISO 的开放系统互连通信模式协议的能力 计算机局域网 4 及其互连产品的集成 使得局域网与局域互连 局域网与 各类主机互连 以及局域网与广域网互连的技术越来越 成熟 综合业务数据通信网络 ISDN 和智能化网络 IN 的 发展 标志着局域网络的飞速发展 第四代 信息高速公路第四代 信息高速公路阶阶段 段 20 世纪 90 年代初到现 在 随着现代通信技术和网络技术的不断发展 网络的信 息传输速度和带宽不断提高 协同计算能力发展以及全 球互连网络 Internet 的盛行 其特点是 1 宽带综合业务数字网 信息高速公路 2 采用 ATM 技术 ISDN 千兆以太网 3 交互性 网上电视点播 电视会议 可视电话 网上 购物 网上银行 网络图书馆等 4 高速化 可视化 综合化 下面 我们来小结一下这章的内容 发发展展历历程 程 第一代 面向终端的计算机网络 第二代 具有通信功能的多机系统 第三代 标准化的计算机网络 第四代 信息高速公路阶段 计算机网络是多学科交叉的一个产物 既有硬件的 知识 又有软件的知识 同时又有计算机和通信技术的知 识 在这节课主要告诉大家计算机网络的概念是什么 计算机网络的功能是什么 计算机网络的组成是什么以及 5 计算机网络的发展 刚才我们了解了计算机的发展历程 下面我们讲一 讲计算机网络的定义及分类 究竟什么是计算机网络 又 具有什么样的功能呢 我们来看第二章 二 计算机网络的定义及分类 一 计算机网络的定义 凡是将分布在不同地点且具有独立功能的多台计算 机系统 利用通信设备和通信线路连接起来 在网络协议 和软件的支持下进行数据通信 以实现计算机之间的相 互通信 资源共享的系统 称为计算机网络 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 这些计算机可以分步在不同的地理位置 小到一个 房间 大至全球范围 2 网络中的各台计算机进行相互通信 需要有一条 通道 也就是网络传输介质 它可以是有线的 如双绞线 同轴电缆和光纤等 也可以是无线的 如激光 微波和通 信卫星等 而通信设备是指 在计算机与通信线路之间 按照一定的通信协议传输数据的设备 3 网络中的各计算机之间交换信息和资源共享 必 须在完善的网络协议和相应的软件支持下才能实现 6 二 计算机网络的分类 计算机网络的种类很多 有各种不同的分类方法 可 以按照计算机网络所覆盖的地理范围进行分类 也可以 按照计算机网络的归属进行分类 还可以按照网络的拓 扑结构 传输介质 网络协议进行分类 今天我们主要讲 按照所覆盖的地理范围来进行分类 这也是目前最常用 的一种分类方式 一般可分为 局域网 城域网 广域网和互联网四类 网络分类英文 缩写分布距离 局域网Local Area Network LAN10m 1km 城域网 Metropolitan Area Network MAN 20km 左右 广域网Wide Area Network WAN100km 左右 互联网Internet全球 1 局域网 局域网 LAN 是由一系列用户终端和具有信息 处理与交换功能的节点及节点见的传输线路组成 限制 在有限的距离之内 实现各计算机间的数据通信 局域网 的覆盖一般为几千米以内 属于一个部门 单位或学校组 建的小范围网络 我们的红军作业室内也是一个局域网 通信线路一般采用有线传输介质 如光纤 电缆和双绞线 其主要特点是信号的传输速度快 误码率低 网络的构建 7 周期短 使用灵活 成本低廉 因此发展很快 得到了广 泛的应用 2 城域网 城域网 MAN 城域网覆盖范围为几公里到几十 公里 可作为多个单位或一个城市小区的计算机高速网 络 因此称为城域网 城域网的主要功能是为连入网络的 企业 机关 公司和社会单位提供通信 数据传输 以及 声音 图像的集成服务 3 广域网 广域网 WAN 广域网又称远程网 是一种远距 离的通信网络 其覆盖范围远大于局域网和城域网 通常 可以覆盖一个省 一个国家或一个洲 可以从几十公里到 几千公里 由于距离遥远 信道的建设费用很高 因此很 少像局域网一样铺设自己的专用信道 而是租用或借用 电信部门的通信线路 如长途电话线 光缆通信 微波与 卫星通道等 4 互 互联联网 网 Internet 互联网又称网际网或因特网 是一个跨越全球的巨型计算机互联网络 它以松散的连 接方式将各个国家 各个地区 各个机构 分步在世界每 个角落的局域网 城域网和广域网连接起来 组成的全球 最大的计算机通信信息网络 物物联联网网 顾名思义 物联网就是 物物相连的互联网 这里有两层意思 第一 物联网的核心基础还是互联网 8 是在互联网基础上的延伸和扩展的一种网络 第二 其用 户端延伸和扩展到了任何物品与物品之间 进行信息交 换和通讯 具体定具体定义义 是通过射频识别 RFID 红外感应器 全 球定位系统 激光扫描器等信息传感设备 按约定的协议 把任何物品与互联网相连接 进行信息交换和通信 以实 现对物品的智能化识别 定位 跟踪 监控和管理的一种 网络 物物联联网网应应用 用 用途广泛 遍及智能交通 环境保护 政 府工作 公共安全 平安家居 智能消防 工业监测 环境 监测 老人护理 个人健康 水系监测和情报搜集等多个 领域 下面 我们来小结一下这章的内容 定定义义 将分布在不同地点且具有独立功能的多台计算 机系统 利用通信设备和通信线路连接起来 在网络协议 和软件的支持下进行数据通信 以实现计算机之间的相 互通信 资源共享的系统 分分类类 局域网 城域网 广域网 互联网 物联网 三 计算机网络的功能及应用 一 计算机网络的功能 计算机网络的功能主要体现在三个方面 数据通信 9 资源共享 分布式处理 1 数据通信 数据通信 数据通信是计算机网络最基本的功能 之一 它使终端与计算机 计算机与计算机之间能够相互 传递数据和交换信息 通过计算机网络 可以进行电子邮 件 网上聊天 网上电话 视频会议等 还有运用到企业 的生产调度管理系统 民航 铁路的自动订票系统 银行 财政管理系统 我们的军人保障卡管理系统等等 2 资资源共享 源共享 资源共享是计算机最具有吸引力的功 能 也是组建计算机网络的驱动力之一 它包括了硬件资 源 软件资源和信息资源的共享 共享硬件资源可以避免 贵重硬件设备的重复购置 提高设备的利用率 共享软件 资源可以避免软研制上的重复劳动 提高软件利用率 共 享信息资源是便于网络用户共享大型数据库中信息资源 这样 一方面避免了信息的重复存放 有效的减少信息的 沉容量 另一方面 也便于信息的集中管理和及时更新 是网络用户或网络上的各个计算机之间以多种不同的方 式交换和共享信息 充分利用网络上的信息资源 提高信 息资源的利用率 3 分布式 分布式处处理 理 分布式处理就是多台相连的计算机各自 承担同一工作任务的不同部分 在人的控制下 同时运行 共同完成同一件工作任务 10 当网络中的某台计算机负担过重时 在网络操作系 统的合理调度和管理之下 将不同地点的或具有不同功 能的或拥有不同数据的多台计算机用通信网络连接起来 在控制系统的统一管理控制下 利用网络中的多个计算 机协同工作来解决一个单靠某台计算机无法完成的复杂 的大型任务 二 计算机网络的应用 计算机网络的应用是非常广泛的 如有工农业 国防 军事 科技研究领域 电子政务 电子商行 远程教育等 诸多方面 我们每个人的生活都离不开网络 银行 自助取款 存款 转账 异地存取 跨行交易 证券 股票 基金 交通运输 公路 铁路 航空等订购车票 机票 电话 固话 移动通信 医疗卫生 医保卡刷卡 网上挂号 教育 网络报考 远程教育 网校 餐饮旅游 刷卡消费 会员卡使用 休闲娱乐 KTV 点歌系统 网络游戏 在今天 我们可以这样说 所有的行业都离不开计算 机网络 如果有哪一个行业离开计算机网络 工作要高效 11 地运行 那确实很难 计计算机网算机网络络首先要面向的就是企首先要面向的就是企业业的的应应用 用 早期的 计算机网络就是各大公司企业的内部局域网 所以计算 机网络在企业方面的应用是最成熟 最广泛的 不得不提 的一点就是 计算机网络的大规模普及推动了大型跨国 公司的产生和发展 因为计算机网络的便捷性为不同地 区的分公司提供了交流和协同工作的平台 与此同时 大 量的商业门户网站也一一诞生 人们通过这样的展示平 台了解企业 获取大量相关信息 掌握最新的咨询 也可 以进行休闲娱乐活动 国内比较著名的门户网站就是新 浪 百度 淘宝和腾讯 这不仅仅是咨询的平台 也是网 络流行的先锋 电子商务和电子贸易也随之产生 企业间通过计算 机网络的互联完成信息的流通 企业领导人和员工可以 通过收发电子邮件或召开视讯会议等完成必要的商业运 作程序 同时大型门户网站由于自己掌握的资源增多 也 提供网络交易平台推动电子商务 这方面最成功的就是 阿里巴巴和他的老板马云 中国最大的网络公司和世界第 二大网络公司 是由马云在 1999 年一手创立企业对企业 的网上贸易市场平台 是全球商人网络推广的首选网站 阿里巴巴在香港成立公司总部 在中国杭州成立中国总 12 部 并在海外设立美国硅谷 伦敦等分支机构 合资企业 3 家 在中国北京 上海 浙江 山东 江苏 福建 广东等 地区设立分公司 办事处十多家 阿里巴巴集团公司已经 有 11 家旗下公司 分别是 阿里巴巴 淘宝 支付宝 阿 里软件 阿里妈妈 口碑网 阿里云 中国雅虎 一淘网 淘宝商城 中国万网 聚划算 计算机网络还能实现对整个企业的管理和运营 网 络化的企业结构更为系统 更便于管理和操作 其次 其次 计计算机网算机网络络也具有大量面向个人的也具有大量面向个人的应应用 用 随着 计算机网络的发展 网民的数量不断增加 越来越多的人 已经离不开计算机网络 他们利用计算机网络进行学习 工作 消费 娱乐 乃至社交和婚姻都通过计算机网络去 解决 我们可以借助 MSN QQ 等软件与他人进行即时通 信 也可以进行远程协助 甚至也可以进行简单的远程会 议 网络的一大功能就是资源共享 我们可以很轻松地查 找到大量的信息资源 学习资源等等 随着人们消费意识 的不断进步 网店和网络购物逐渐兴起 足不出户的购物 模式为广大网路用户带来了极大的生活便利 快捷及时全 面的咨询也是吸引人们加入网民行列的一大原因 再次 再次 计计算机网算机网络络面向教育有一定的面向教育有一定的应应用 用 我们常常 说的远程教育就是基于计算机网络实现的 以计算机网 13 络为基础的网络课件和其他学习资源为学生和教师的教 学活动提供了更多的手段 有利于因材施教 通过计算机 网络 最新的学术咨询可以迅速传播 成果可以及时共享 交流可以及时进行 同同时时 计计算机网算机网络络在医在医疗疗方面也由一定的方面也由一定的应应用 用 医疗 网站可合理的配置医疗资源 网络可跨越由于时间和地 域造成的阻碍 使得更多的患者能得到享有稀缺的医疗 资源的权力 从而能实现医疗资源实现合理配置的目的 医疗网站可突破时间和空间的限制 从而可有效地降低 看病的成本 在网络上可以提前将病患的资料以及基本 情况通过网络及时传输于医生 经过分析后 病患可再与 医生提前进行门诊时间的预约 通过这样简单的过程 医 生即可对病患的基本情况有了一定的了解 而病患也省 去了往返于医院之间所需的时间和精力的消耗 同时病 患也可对门诊时所应该注意的问题提前进行了解 医疗 网站可对医院以及医生起到宣传作用 以实现网站 医院 医生共赢的目的 在看病的过程中 医疗网站可设置 论 坛 等性质的服务反馈板块 通过此板块病患即可将自己 的看病心得以及对于医生服务的评价发表于网络上 通 过查询其病患的留言以及对医生的满意程度即可对其看 病的医生的基本情况有一个大致的了解 14 最后 面最后 面计计算机网算机网络络面向面向军军事事领领域的域的应应用 用 随着计算 机网络技术的发展 军队建设向信息化方向发展 现在的 远程指挥 战场信息化及战场信息共享都体现出了计算 机网络在此方面的应用 借助于网格技术 每一个作战单 元 甚至是每一个参战人员都可以实现信息资源的共享 都可能成为战场的信息或指令的发出者 从而在整个战 场形成了网状的结构 使每一个作战单元都具备全息化 的作战能力这也是未来军队建设的新趋势 军事综合信息 网 军人保障卡信息系统 综合要素集成 下面 我们来小结一下这章的内容 功能 功能 数据通信 资源共享 分布式处理 应应用 用 计算机网络的应用非常广泛 如有工农业 国 防军事 科技研究领域 电子政务 电子商行 远程教育 等诸多方面 四 计算机网络的组成与结构 一 计算机网络的组成 现在 计算机网络已发展成为一个庞大的家族 从结 构上分为两大系统 即用户资源和传输功能系统 其中负 责向用户提供网络资源和网络服务的用户资源系统称为 资源子网 负责数据传输和转发的系统称为通信子网 下 面我们来了解一下这两个子网 15 1 资资源子网 源子网 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 资源子网由连 网的服务器 工作站 共享的打印机和其它设备及相关软 件所组成 我们来看一下服务器 服务器 Server 是整个网络系 统的中心 它为网络用户提供服务并管理整个网络 那么 我们想一想 如果网络中没有服务器 比如说想像搜狐 百度 新浪这样的服务器在网络中不存在 我们到什么地 方浏览新闻 查找资料呢 服务器是信息的载体 服务的 载体 它使整个系统的核心 大量的数据都保存在服务器 上 一般来讲 按照用户运用的不同 常见的服务器有 文 件服务器 实现文件共享 通信服务器 实现通信功能 备份服务器 实现数据备份 打印服务器 实现打印机共 享 等 还有邮件服务器 数据库服务器等等 而工作站工作站 Workstation 可以是简单的输入 输出终端 也可以是带有微处理机的智能终端 计算机 2 通信子网 通信子网 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 加工和变化等通信工作 通信子网由网络适配器 线缆 集线器 中继器 网桥 路 由器 交换机等网络设备 网络通信协议和通信控制软件 组成 16 我们先看看网网络络通信通信设备设备 其具体的性能和作用我们 在后面的课程中会讲到 网网络络适配器 适配器 网络适配器又称网卡 NIC 英文名 NetworkInterfaceCard 将计算机 工作站 服务器等设备 连接到网络上的通信接口装置 集集线线器器 Hub 多口的中继器 属于数据通信系统中 的基础设备 它和双绞线等传输介质一样 是一种不需任 何软件支持或只需很少管理软件管理的硬件设备 类型 包括 被动集线器 主动集线器智能集线器 中中继继器 器 是工作于物理层的一种设备 用于简单的网 络扩展 是接收单个信号再将其广播到多个端口的电子 设备 网网桥桥 Bridge 一种在链路层实现中继 常用于连接 两个或更多个局域网的网络互连设备 网桥的类型 透明 网桥 源路由网桥 路由器 路由器 路由器 Router 是连接因特网中各局域网 广域网的设备 它会根据信道的情况自动选择和设定路 由 以最佳路径 按前后顺序发送信号的设备 路由器是 互联网络的枢纽 交通警察 交交换换机 机 是一种用于电信号转发的网络设备 它可以 为接入交换机的任意两个网络节点提供独享的电信号通 17 路 最常见的交换机是以太网交换机 其他常见的还有电 话语音交换机 光纤交换机等 除了硬件连接以外呢 网络要想正常的工作 还必须 有通信协议 通信通信协议协议 就是指网络传输数据的规则 大家都必须 按照规则收发信息 这样信息才可以被正确的理解 正如 我们起床的时候 起床号音响了 提醒大家起床了 熄灯 号响了 提醒大家熄灯睡觉了 这就是我们遵守的规则 保证数据正确地一次从网络中一个节点传送到其他节点 通信协议可以看成是计算机之间相互会话所使用的语言 TCP IP 协议 目前 网络中使用的最主要的协议 IPX SPX 协议 NETBEUI 协议等 二 计算机网络的拓扑结构 所谓拓扑结构 就是用来描述网络中计算机 网线以 及其他网络设备的配置方式 是网络物理布局的一种模 式 也可以把它看成是一种网络构架 经常用到的拓扑结 构有 总线型拓扑结构 星型拓扑结构 树形拓扑结构 环 形拓扑结构 网状拓扑结构 我们依次来看一下各种拓扑 结构有什么样的特点 它用在什么样的位置 第一种就是第一种就是总线总线型拓扑型拓扑结结构 构 这个恐怕要追溯一下 历史了 因为在 2000 年前后 十几年前 我们所见到的中 18 小型企业的局域网所采用的主要就是这种拓扑结构 总 线型网络拓扑结构使用的网络传输介质主要就是同轴电 缆 同轴电缆就是我们现在使用的广播电视线 它在进行 连接的时候要求每台计算机上面需要带有一个 BNC 接口 的网卡 这种网卡呢现在已经见不到了 因为是一种淘汰 掉的技术 它的接口是一个圆形接口 很像我们电视机后 面的圆形接口 这根线是我们所有计算机共用的 T 型接 头 每台计算机都是这样的 连接好之后 计算机之间如 果要进行通信 他们要共用一条线 按照这种网络结构 只要有一台计算机发送信息 别的计算机只能处于侦听 状态 如果别的计算机也发送信息 就会造成网络冲突 就必须要重发信息 在网络中沿着这个方向发来的信息 必须要在总线的两端装一个信号终结器 用来吸收在线 缆上产生的电磁信号 总线型拓扑结构在当时使用时 主 要考虑到集线器 交换机作为新的网络设备出现的时候 成本比较高 所以这种拓扑结构它最大的优点就是成本 比较低 缺点就是总线只要有一个断点出现问题 整个网 络就会出现崩溃 随着集线器 交换机之类的网络设不 断降低价格 总线型网络就被淘汰掉了 第二种拓扑第二种拓扑结结构就是星型拓扑构就是星型拓扑结结构 构 在这种网络结 构中有一台设备将网络中各台计算机的线缆集中起来管 19 理的设备 这种设备一般叫做集线器 交换机 那么 集 线器 交换机它可以同时提供多个接口 使各台计算机的 线缆集中连接到这个设备上来 计算机之间的通信就是 由这台设备集中转发的 这种拓扑结构最大的优点是对 网络可以实现集中管理 而且网络不会因为某一个节点 出错而导致全网崩溃 具有良好的容错性能 我们现在绝 大多数局域网 城域网采用的是星型拓扑结构 是目前使 用率最高的拓扑结构 以星型拓扑结构组网 其中任何两 个站点要进行通信都必须经过中央结点控制 中央结点 主要功能有 1 为需要通信的设备建立物理连接 2 为两台设备通信过程中维持这一通路 3 在完成通信或不成功时 拆除通道 在文件服务器 工作站 File Servers Workstation 局域 网模式中 中心点为文件服务器 存放共享资源 由于这 种拓扑结构 中心点与多台工作站相连 为便于集中连线 目前多采用集线器 HUB HUB 具有信号再生转发功能 通常有 4 个 8 个 12 个 16 个 24 个端口等规格 每个 端口相对独立 关于 HUB 的详细介绍将在以后的课程中 会讲到 星型拓扑结构特点 网络结构简单 便于管理 集 中控制 组网容易 网络延迟时间短 误码率低 网络共享 20 能力较差 通信线路利用率不高 中央节点负担过重 可 同时连双绞线 同轴电缆及光纤等多种媒介 是目前使用 率最高的拓扑结构 第三种拓扑第三种拓扑结结构是构是环环形拓扑形拓扑结结构 构 在环形拓扑结构中 网络中的各个节点从物理上或逻辑上回形成一个环形结 构 这样的话 网络中的各台计算机在通信的时候 数据 是沿着环依次传递到每天计算机中的 比如 计算机 1 要 发送数据到计算机 3 经过计算机 2 的时候 经过比对 发现不是自己的数