计算机网络基础教程-第1章_计算机网络概述PPT课件

计算机网络基础与应用,工业和信息化普通高等教育“十二五”规划教材立项项目主编郑良斌,1、主要参考书,2、其他参考书,现代计算机网络技术与应用,计算机网络,谢希仁编著高等教育出版社,夏云主编科学出版社,总目录,第1章计算机网络概论第2章Internet应用第3章TCP/IP第4章局域网第5章Internet的接入方法第6章数据通信第7章网络安全,第1章计算机网络概述,本章内容,计算机网络是计算机技术与通信技术相结合的产物，它的诞生使计算机的体系结构发生了巨大变化。在当今社会发展中，计算机网络起着非常重要的作用，并对人类社会的进步做出了巨大贡献。现在，计算机网络的应用遍布全世界及各个领域，并已成为人们社会生活中不可缺少的重要组成部分。从某种意义上讲，计算机网络的发展水平不仅反映了一个国家的计算机科学和通信技术的水平，也是衡量其国力及现代化程度的重要标志之一。那么，计算机网络涉及到哪些基本概念、知识和技术呢？这就是本章所要讨论的问题。,1.1计算机网络的基本概念,到目前为止,计算机网络并没有一个确切的定义。其实，我们可以简单地描述为：计算机网络是通过通信线路连接起来的自治的计算机集合。该描述包括了3个方面的含义：必须有两台或两台以上、具有独立功能的计算机系统相互连接起来，以达到共享资源为目的；计算机互相通信交换信息，必须有一条通道。这条通道的连接是物理的，由物理介质来实现（例如铜线、光纤、微波、卫星等）；计算机系统之间的信息交换，必须要遵守某种约定和规则。以上从三个方面概括了计算机网络的基本内涵。因此，我们可以把计算机网络定义为：,1.1计算机网络的定义,计算机网络是把分布在不同地点，并具有独立功能的多个计算机系统通过通信设备和线路连接起来，在功能完善的网络软件和协议的管理下，以实现网络中资源共享为目标的系统。由多台计算机组成的计算机网络系统模型如图1-4所示。,1.1计算机网络的定义,1.2计算机网络的形成与发展,1.2计算机网络的形成与发展,1、远程联机阶段为了共享主机资源和信息采集以及综合处理，用一台计算机与多台用户终端相连，用户通过终端命令以交互方式使用计算机，人们把它称为远程联机系统。前端处理机结构：前端处理机（FEP）用来专门负责通信工作，实现数据处理与通信控制的分工，发挥了中心计算机的数据处理能力。前端处理机的结构如图1-1所示。,图1-1利用前端处理机的结构示意图,终端,Modem,Modem,CCP或FEP,Modem,公用电话网,主机,利用调制解调器的结构示意图,调制解调器：由于计算机和远程终端发出的信号都是数字信号，而公用电话线路只能传输模拟信号，所以在传输前必须把计算机或远程终端发出的数字信号转换成可在电话线上传送的模拟信号,传输后再将模拟信号转换成数字信号。利用调制解调器的结构如下图所示。,1.2计算机网络的形成与发展,1.2计算机网络的形成与发展,集线器结构：把终端发来的信息收集起来，并把用户的作业信息存人集中器中,然后再用高速线路将数据信息传给前端处理机，最后提交给主机。远程联机系统的特点是系统中只有一个计算机处理中心，各终端通过通信线路共享主计算机的硬件和软件资源，因此，主计算机负担过重，终端独占线路，资源利用率低。,利用集线器的结构示意图,计算机网络要完成数据处理与数据通信两大基本功能，因此在逻辑结构上可以将其分成两部分：资源子网和通信子网。,1.2计算机网络的形成与发展,2、多机互联网络阶段,(1)资源子网：是计算机网络的外层，它由提供资源的主机和请求资源的终端组成。资源子网的任务是负责全网的信息处理。,(2)通信子网：是计算机网络的内层，它的主要任务是将各种计算机互连起来完成数据传输、交换和通信处理。,1.2计算机网络的形成与发展,3、标准化网络阶段,1.2计算机网络的形成与发展,4、网络互联与高速网络阶段进入20世纪90年代,计算机技术、通信技术以及建立在互联计算机网络技术基础上的计算机网络技术得到了迅猛的发展。特别是1993年美国宣布建立国家信息基础设施（NationalInformationInfrastructure，NII）后，全世界许多国家纷纷制订和建立本国的NII,从而极大的推动了计算机网络技术的发展，使计算机网络进入一个崭新的阶段，这就是计算机网络互联与高速网络阶段。目前，全球以Internet为核心的高速计算机互联网络已经形成，Internet已经成人类最重要的、最大的知识宝库。网络互联和高速计算机网络就成为第四代计算机网络。,1.2计算机网络的形成与发展,1.3计算机网络的组成与结构,1.资源子网与通信子网,计算机网络要完成数据处理与数据通信两大基本功能，从逻辑功能上可以分成两个部分：资源子网与通信子网。,图1.3.1,（1）资源子网,资源子网由主机系统、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。早期的主机系统主要是指大型机、中型机与小型机。,主机系统（host）是资源子网的主要组成单元，它通过高速通信线路与通信子网的通信控制处理机(CCP)相连接。普通用户终端通过主机系统连入网内。主机系统为本地用户访问网络其他主机设备与资源提供服务，同时为网中远程用户共享本地资源提供服务。,终端（terminal）是用户访问网络的界面。终端可以是简单的输入、输出终端，也可以是带有微处理机并具有存储与信息处理能力的智能终端。终端可以通过主机系统连入网内，也可以通过终端控制器或通信控制处理机连入网内。,（2）通信子网,通信控制处理机在网络拓扑结构中被称为网络结点。它一方面将主机、其他外设和终端连入网内；另一方面它又完成分组的接收、校验、存储、转发等功能，实现将源主机报文准确发送到目的主机的作用。,通信子网由通信控制处理机、通信线路与其他通信设备组成，负责完成网络数据传输、转发等通信处理任务。,1.3计算机网络的结构组成,一个完整的计算机网络系统是由网络硬件和网络软件所组成的。网络硬件是计算机网络系统的物理实现,网络软件是网络系统中的技术支持。两者相互作用,共同完成网络功能。,1.3.1网络硬件的组成,计算机网络硬件系统是由计算机(主机、客户机、终端)、通信处理机(集线器、交换机、路由器)、通信线路(同轴电缆、双绞线、光纤)、信息变换设备(Modem，编码解码器)等构成。,1.3.1计算机硬件的组成,1、主计算机在一般的局域网中，主机通常被称为服务器，是为客户提供各种服务的计算机，因此对其有一定的技术指标要求，特别是主、辅存储容量及其处理速度要求较高。根据服务器在网络中所提供的服务不同,可将其划分为文件服务器、打印服务器、通信服务器等。2、网络工作站除服务器外，网络上的其余计算机主要是通过执行应用程序来完成工作任务的，我们把这种计算机称为网络工作站或网络客户机，它是网络数据主要的发生场所和使用场所，用户主要是通过使用工作站来利用网络资源并完成自己作业的。,1.3.1计算机硬件的组成,3、网络终端是用户访问网络的界面，它可以通过主机联入网内，也可以通过通信控制处理机联入网内。4、通信处理机一方面作为资源子网的主机、终端连接的接口，将主机和终端连入网内；另一方面它又作为通信子网中分组存储转发结点，完成分组的接收、校验、存储和转发等功能。5、通信线路通信线路（链路）是为通信处理机与通信处理机、通信处理机与主机之间提供通信信道。6、信息变换设备对信号进行变换，包括：调制解调器、无线通信接收和发送器、用于光纤通信的编码解码器等。,在计算机网络系统中，除了各种网络硬件设备外，还必须具有网络软件。,网络软件的组成,1.3.2网络软件的组成,1.3.2计算机软件的组成,1、网络操作系统网络操作系统是网络软件中最主要的软件,用于实现不同主机之间的用户通信，以及全网硬件和软件资源的共享，并向用户提供统一的、方便的网络接口,便于用户使用网络。目前网络操作系统有三大阵营：UNIX、NetWare和Windows。目前，我国最广泛使用的是Windows网络操作系统。2、网络协议软件网络协议是网络通信的数据传输规范，网络协议软件是用于实现网络协议功能的软件。目前,典型的网络协议软件有TCP/IP协议、IPX/SPX协议、IEEE802标准协议系列等。其中,TCP/IP是当前异种网络互连应用最为广泛的网络协议软件。,1.3.2计算机软件的组成,3、网络管理软件网络管理软件是用来对网络资源进行管理以及对网络进行维护的软件，如性能管理、配置管理、故障管理、记费管理、安全管理、网络运行状态监视与统计等。4、网络通信软件是用于实现网络中各种设备之间进行通信的软件，使用户能够在不必详细了解通信控制规程的情况下，控制应用程序与多个站进行通信,并对大量的通信数据进行加工和管理。5、网络应用软件网络应用软件是为网络用户提供服务，最重要的特征是它研究的重点不是网络中各个独立的计算机本身的功能，而是如何实现网络特有的功能。,1.3.3网络的拓扑结构,拓扑学是几何学的一个分支。拓扑学首先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、面之间的关系,即拓扑结构(TopologyStructure)。在计算机网络中，抛开网络中的具体设备，把服务器、工作站等网络单元抽象为“点”，把网络中的电缆、双绞线等传输介质抽象为“线”。计算机网络的拓扑结构就是指计算机网络中的通信线路和结点相互连接的几何排列方法和模式。拓扑结构影响着整个网络的设计、功能、可靠性和通信费用等许多方面，是决定局域网性能优劣的重要因素之一。,1.3.3网络的拓扑结构,优点：结构简单，价格低廉、安装使用方便。缺点：故障诊断和隔离比较困难。,1、总线型拓扑结构总线型拓扑结构是指所有结点共享一根传输总线,所有的站点都通过硬件接口连接在这根传输线上。,图1-6总线型拓扑结构示意图,1.3.3网络的拓扑结构,2、星型拓扑结构星型拓扑结构是符合令牌协议的高速局域网络。它是以中央结点为中心，把若干外围结点连接起来的幅射式互连结构。优点：单点故障不影响全网，结构简单。增删节点及维护管理容易；故障隔离和检测容易，延迟时间较短。缺点：成本较高，资源利用率低；网络性能过于依赖中心节点。,1.3.3网络的拓扑结构,3、树型拓扑结构树型结构是星型结构的扩展，它由根结点和分支结点所构成，如图1-8所示。优点：结构比较简单，成本低。扩充节点方便灵活。缺点：对根的依赖性大。,图1-8树型拓扑结构示意图,工作站,工作站,打印机,服务器,集线器,集线器,集线器,集线器,1.3.3网络的拓扑结构,环型结构的显著特点是每个节点用户都与两个相邻节点用户相连。优点：简化路径选择控制，传输延迟固定,实时性强,可靠性高。缺点：节点过多时,影响传输效率。环某处断开会导致整个系统的失效，节点的加入和撤出过程复杂。,4、环型拓扑结构环型拓扑结构将所有网络结点通过点到点通信线路连接成闭合环路,数据将沿一个方向逐站传送，每个结点的地位和作用相同，且每个结点都能获得执行控制权。,1.3.3网络的拓扑结构,5、网状拓扑结构网状拓扑结构中的所有结点之间的连接是任意的,没有规律。实际存在与使用的广域网基本上都采用网状拓扑结构。,优点：具有较高的可靠性。某一线路或节点有故障时，不会影响整个网络的工作。缺点：结构复杂，需要路由选择和流控制功能，网络控制软件复杂，硬件成本较高，不易管理和维护。,1.4计算机网络的分类,从不同方向来进行分类,由于计算机网络自身的特点，其分类方法有多种。根据不同的分类原则，可以得到不同类型的计算机网络。,1.4.1按覆盖范围分类,局部区域网：传输速率为120Mb/s,最大距离为25km,采用分组交换技术,入网最大设备数为几百到几千。高速区域网：采用CATV电缆或光缆,传输速率一般50Mb/s，最大距离为1km,入网最大设备数为几十个。,图1-11局域网连接示意图,服务器,工作站,工作站,工作站,打印机,根据网络连接的地理范围,可将计算机网络分成局域网、城域网、广域网三种类型。1、局域网（LocalAreaNetwork，LAN）局域网的作用范围是几百到几千米，通常用于组建企业网和校园网，并分为局部区域网和高速区域网。,1.4.1按覆盖范围分类,2、城域网（WideAreaNetwork，WAN）城域网是局域网的延伸,用于局域网之间的连接,网络规模局限在一座城市范围内,覆盖的地理范围从几十至几百公里。,图1-12城域网链接示意图,1.4.1按覆盖范围分类,3、广域网（WideAreaNetwork，WAN）广域网又称远程网，是指在一个很大地理范围（从数百公里到数千公里，甚至上万公里）由许多局域网组成的网络。广域网是将远距离的网络和资源连接起来的任何系统，主要用在一个地区、行业甚至在全国范围内组网,达到资源共享的目的。,1.4.1按覆盖范围分类,图1-14广域网、城域网和局域网的连接关系示意图,广域网使用的主要技术为存储-转发技术。城域网与局域网之间的连接是通过接入网来实现的。接入网又称为本地接入网或居民接入网，它是近年来由于用户对高速上网需求的增加而出现的一种网络技术，是局域网与城域网之间的桥接区。,1.4.2按传播方式分类,如果按照传播方式不同，可将计算机网络分为“广播网络”和“点-点网络”两大类。,广播式网络是指网络中的计算机或者设备使用一个共享的通信介质进行数据传播，网络中的所有结点都能收到任一结点发出的数据信息。广播式网络的基本连接如图所示。,1、广播式网络,1.4.2按传播方式分类,目前，在广播式网络中的传输方式有3种：,1.4.2按传播方式分类,点-点传播方式主要应用于WAN中，通常采用的拓扑结构有：星型、环型、树型、网状型。,点-点式网络是两个结点之间的通信方式是点对点的。如果两台计算机之间没有直接连接的线路，那么它们之间的分组传输就要通过中间结点的接收、存储、转发，直至目的结点。,2、点-点网络（Point-to-pointNetwork）,1、有线网（WiredNetwork）双绞线：其特点是比较经济、安装方便、传输率和抗干扰能力一般，广泛应用于局域网中。同轴电缆：俗称细缆，现在逐渐淘汰。光纤电缆：特点是光纤传输距离长、传输效率高、抗干扰性强，是高安全性网络的理想选择。2、无线网（WirelessNetwork）无线电话网：是一种很有发展前途的连网方式。语音广播网：价格低廉、使用方便，但安全性差。无线电视网：普及率高，但无法在一个频道上和用户进行实时交互。微波通信网：通信保密性和安全性较好。卫星通信网：能进行远距离通信，但价格昂贵。,1.4.3按传输介质分类,1.4.4按传输技术分类,计算机网络数据依靠各种通信技术进行传输，根据网络传输技术分类，计算机网络可分为以下5种类型：,1.4.4按传输技术分类,事实上，网络类型的划分在实际组网中并不重要，重要的是组建的网络系统从功能、速度、操作系统、应用软件等方面能否满足实际工作的需要；是否能在较长时间内保持相对的先进性；能否为该部门（系统）带来全新的管理理念、管理方法、社会效益和经济效益等。,1.5计算机网络的应用,计算机网络技术的发展给传统的信息处理工作带来了革命性的变化，同时也给传统的管理带来了很大的冲击。目前，计算机网络的应用主要体现在以下几个方面：,1.5计算机网络的应用,1、数字通信数字通信是现代社会通信的主流，包括网络电话、可视图文系统、视频会议系统和电子邮件服务。2、分布式计算分布式计算包括两个方面：一是将若干台计算机通过网络连接起来，将一个程序分散到各计算机上同时运行，然后把每一台计算机计算的结果搜集汇总，整体得出结果；另一种是通过计算机将需要大量计算的题目送到网络上的大型计算机中进行计算并返回结果。3、信息查询信息查询是计算机网络提供资源共享的最好工具,通过“搜索引擎”，用少量的“关键”词来概括归纳出这些信息内容,很快地把你所感兴趣的内容所在的网络地址一一罗列出来。,1.5计算机网络的应用,4、远程教育远程教育是利用Internet技术开发的现代在线服务系统，它充分发挥网络可以跨越空间和时间的特点，在网络平台上向学生提供各种与教育相关的信息,做到“任何人在任何时间、任何地点，可以学习任何课程”。5、虚拟现实虚拟现实是计算机软硬件技术、传感技术、机器人技术、人工智能及心理学等高速发展的结晶。虚拟现实与传统的仿真技术都是对现实世界的模拟,即两者都是基于模型的活动，而且都力图通过计算机及各类装置达到现实世界尽可能精确地再现。随着计算机科学技术的飞速发展，虚拟现实技术与仿真技术必将在21世纪异彩纷呈，绚丽夺目。,1.5计算机网络的应用,6、电子商务广义的电子商务包括各行各业的电子业务、电子政务、电子医务、电子军务、电子教务、电子公务和电子家务等；狭义的电子商务指人们利用电子化网络化手段进行商务活动。7、办公自动化办公自动化能实现办公活动的科学化、自动化，最大限度提高工作质量、工作效率和改善工作环境。8、企业管理与决策随着计算机网络的广泛应用，各类企业采用管理科学与信息技术相结合的方式，开发企业管理和决策信息系统，为企业管理和决策提供支持服务。目前，正在朝着开发“智能化”的决策支持系统迅速发展。,1.6两种通信方式,在网络边缘的端系统中运行的程序之间的通信方式通常可划分为两大类：客户服务器方式（C/S方式）即Client/Server方式对等方式（P2P方式）即Peer-to-Peer方式,1.客户服务器方式,客户(client)和服务器(server)都是指通信中所涉及的两个应用进程。客户服务器方式所描述的是进程之间服务和被服务的关系。客户是服务的请求方，服务器是服务的提供方。,运行客户程序,网络边缘,网络核心,运行服务器程序,A,B,客户,服务器,客户A向服务器B发出请求服务，而服务器B向客户A提供服务。,客户软件的特点,被用户调用后运行，在打算通信时主动向远地服务器发起通信（请求服务）。因此，客户程序必须知道服务器程序的地址。不需要特殊的硬件和很复杂的操作系统。,服务器软件的特点,一种专门用来提供某种服务的程序，可同时处理多个远地或本地客户的请求。系统启动后即自动调用并一直不断地运行着，被动地等待并接受来自各地的客户的通信请求。因此，服务器程序不需要知道客户程序的地址。一般需要强大的硬件和高级的操作系统支持。,2.对等连接方式,对等连接(peer-to-peer，简写为P2P)是指两个主机在通信时并不区分哪一个是服务请求方还是服务提供方。只要两个主机都运行了对等连接