模块一 认识计算机网络

1、1 计算机网络基础计算机网络基础 满昌勇满昌勇 崔学鹏崔学鹏 赵文正等赵文正等 编著编著 清华大学出版社 2010-7 2 作者：满昌勇、崔学鹏、赵文正等 ISBN：9787302216834 定价：29元 出版日期：2010-1-15 3 模块一模块一 认识计算机网络认识计算机网络 4 任务分解 任务一：什么是计算机网络 计算机网络的含义 计算机网络的组成与结构 计算机网络的功能 任务二：选择网络类型 对等网络 客户/服务器网络 5 任务描述： 某实验室有20台个人计算机，1台文 件服务器，1台共享打印机，在文件服务器上安装 了常用软件并且有这些软件的备份。如果要求个 人计算机能够使用这些软

2、件，并且能够利用打印 机，这些设备应该如何连接？ 任务1：什么是计算机网络 6 1资源共享的观点 “以能够相互共享资源的方式互联起来的自治的计算 机系统的集合”。 计算机网络的基本特征： （1）群体性问题，（2）独立性问题， （3）互联性问题，（4）主要目的是资源共享 1.1 网络的含义 7 2广义的观点 广义观点将计算机网络定义为“计算机技术与通信技 术相结合，实现远程信息处理从而进一步达到资源共享的 系统”。 计算机网络发展到“计算机计算机”之间的连接阶 段，又提出了计算机通信网的定义：“在计算机间以传输 信息为目的连接起来的计算机系统的集合”。 8 3用户透明性的观点 从用户透明性观点出

3、发，定义计算机网络为“存在着 一个能为用户自动管理资源的网络操作系统，由它调用完 成用户任务所需要的资源，而整个网络像一个大的计算机 系统一样对用户是透明的”。 9 由此我们把计算机网络定义为：凡将地理位置不同的、 具有独立功能的多个计算机系统通过通信介质和设备连接 起来，以功能完善的网络软件（网络协议、网络操作系统 等）支持实现资源共享的系统，称为计算机网络系统。 通信介质可以是有线的，如双绞线、同轴电缆、光纤 等；也可以是无线的，如卫星通信、微波、红外线、激光 等。 10 1.2 计算机网络的组成与结构 计算机网络由计算机硬件、网络软件、通信设备和介质、 网络上有关的信息与资源组成。 计算

4、机网络三个主要组成部分： 若干个主机，它们分别为用户提供服务； 一个通信子网，它主要由结点交换机和连接这些结点 的通信链路所组成； 一系列的协议。 11 1.2.1 网络硬件 网络硬件：是计算机网络的物质基础，计算机网络系统在 物理上就是通过连接设备和通信线路将各种硬件连接起来。 它由具有独立工作能力的计算机、网络设备、传输介质等 硬件组成。 具有独立工作能力的计算机 网络设备 12 具有独立工作能力的计算机 具有独立工作能力的计算机，是计算机网络的核心。 根据用途可以分为网络服务器和网络工作站。 网络设备 计算机网络设备是构成计算机网络的一些部件，例如 网卡、中继器、集线器、网桥、交换机、路

5、由器、网 关和调制解调器等 网络传输介质 13 网卡 网卡又称网络适配器，是计算机与网络互联的接口设 备。 它的主要功能在于：产生网络信号、进行并行数据与 串行数据的转换、控制数据缓存及存取、装配和拆卸 数据包等。 14 集线器（HUB） 因为信号在传输过程中会有损耗，为了在网络上远程 传输数据，使用中继器（Repeater）将在传输介质上 传输的信号放大。 集线器又称多口中继器，它的主要功能是用于扩展网 络，将信号转发。 15 网桥（Bridge） 集线器和中继器连接的网络仍然属于一个网络，而网桥用来连接 两个同类型的局域网。 所谓同类型是指网络的操作系统是相同的，与所用的传输介质和 所采用

6、的拓扑结构无关。 网桥主要用于连接使用相同传输介质、通信协议和寻址方式的计 算机网络。 16 交换机 交换机又叫交换式集线器，是一个多端口的网络，它能够接收由 任一端口发来的数据帧，暂时存储，然后再转发到另一个端口。 它的基本功能是路径选择和数据交换，通常由软件完成路径选择， 而由硬件连接来实现数据交换。 17 路由器（Router） 路由器是连接多个同类网络或连接局域网和广域网的网络设备。 路由器除了具备网桥的功能外，还具有路由选择功能。 路由器的主要工作就是为经过本路由器的计算机传输报文寻找一 条最佳或较好的传输路径，并将报文传送到目的站点。 18 网关（Gateway） 网关在计算机网络

7、中主要用来连接不同类型的网络， 为这些不同的网络间提供相互的协议变换，并将数据 按照新的协议重新分组之后再向下传送。 网关是一种协议转换器，有时也称为协议路由器。 常见的网关路由协议有外部网关协议EGP，边界网关 协议BGP，内部网关路由协议等。 19 调制解调器（Modem） 调制解调器一般用于家庭计算机通过电话线联网， 主要作用在于通信过程中实现模拟信号和数字信号的 相互转换。 调制解调器分为内置调制解调器和外置调制解调器两 种。 20 传输介质是网络通信所使用的信号线路，分为有线介质和 无线介质两类。有线介质包括同轴电缆、双绞线和光纤等， 现在最常用的是双绞线和光纤；无线介质有微波、红外

8、线 和激光等 。 21 1.2.2 网络软件 网络软件主要用于合理地调度、分配、控制网络系统资源， 并采取一系列的保密安全措施，保证系统运行的稳定性和 可靠性。它包括网络通信协议软件、网络操作系统和网络 应用软件等 网络通信协议与协议软件 网络通信协议用于支持计算机与相应的网络互联，并 与该网络上的其他计算机按该协议进行通信。简单地 说协议是通信双方为了进行通信所作的约定和对话规 则。 22 网络通信协议包括三个方面内容：语义、语法和时序。 语义：各种控制信息的含义、需要完成的动作和做出 的响应，即协议元素的类型。 语法：用户数据与控制信息的结构和格式，即协议元 素的格式。 时序：对事件实现顺

9、序的详细说明。时序包括执行顺 序和速度匹配两个方面的内容。 通信软件的主要目的，是使用户不需要了解很多通信规程， 方便用户控制的应用程序，同时与多个站点进行通信，并 管理和加工大量通信数据的输入和输出 23 网络操作系统 网络操作系统（NOS,Network Operating System）是管 理网络资源的系统软件，是网络用户与计算机网络之间的 接口。 网络操作系统是计算机网络系统的核心部分，通过它对各 种网络资源、网络用户等进行管理。 网络操作系统的主要部分存放在服务器上，它的主要功能 是服务器管理、通信管理，以及一般多用户、多任务操作 系统所具有的功能。 24 一个典型的网络操作系统应

10、有如下特征： 与硬件独立：网络操作系统可以在不同的网络硬件上运行。 网桥/路由连接：内置有网桥/路由功能，从而能和其他网络连接。 支持多用户：支持多个用户同时使用网络资源，并能给应用程序 及其数据文件提供足够的、标准化的保护。 网络管理：支持网络实用程序及其管理功能，如系统备份、安全 管理、容错、性能监控等。 安全和存取控制：对用户资源进行控制，并提供控制用户对网络 的访问方法。 具备操作系统的基本功能：如任务管理、缓冲区管理、文件管理、 磁盘和打印机等外部设备的管理。 25 网络应用软件 网络应用软件是构建在网络操作系统之上的应用程序，它 扩展了网络操作系统的功能，不同的网络应用软件，可满

11、足用户在不同情况下的需求。如网络数据库系统、网络邮 件系统等。 26 1.2.3 计算机网络的逻辑组成 按照计算机网络的逻辑功能，可以认为计算机网络由资源 子网与通信子网两部分组成。 27 资源子网又叫数据处理子网，包括网络中独立工作的计算 机、外围设备、各种软件资源。负责处理整个网络数据， 并向网络用户提供各种网络资源和网络服务等。 通信子网又叫数据通信子网，也称数据通信提供者。它是 网络中的数据通信系统，它由用于信息交换的网络结点处 理机和通信链路组成。主要负责通信处理工作，如网络中 的数据传输、加工、转发和变换等。 28 1.2.4 网络拓扑结构 网络中各结点相互联接的方法和形式称为网络

12、拓扑。 指明了网络中计算机系统的几何排列形状，反映了网络各 部分的结构关系和整体结构，影响着整个网络的设计、可 靠性、功能和通信费用等重要指标，并与传输介质、介质 访问控制方法等密切相关。 计算机网络的拓扑结构有星型、环型、总线型、树型、网 状结构等基本形式。 29 （1）星型结构 星型结构是由中央结点和通过点到点通信链路连接到中央 结点的各个站点组成 30 星型结构具有以下优点： 控制简单。任何一个站点只和中央结点相连接，因而介质访问控 制方法很简单，访问协议也十分简单。 故障诊断和隔离容易。中央结点对连续线路可以逐一地隔离来进 行故障检测和定位，单个连接点故障只影响一个设备。 方便服务。中

13、央结点可以方便地对各个站点提供服务，或者重新 配置网络。 星型结构的缺点： 电缆长度和安装工作量大； 中央结点负担重，容易成为系统瓶颈； 各个站点的分布处理能力较低。 31 （2）环型结构 环型结构由站点和连接站点的通信链路组成一个闭合环。 任何两个结点之间都要通过环路相互通信，点到点通信线 路形成闭合环路。环中的数据逐站传送，绕环一周才能实 现相互通信。 32 环型结构优点： 电缆长度比星型结构要短； 可以使用光纤； 传输延时确定。 环型结构的缺点： 环中每个结点的故障会引起全网的故障； 故障检测困难； 结点的加入和撤出过程复杂。 33 （3）总线型结构 总线型结构采用一个共享信道作为传输介

14、质，所有站点都 通过相应的硬件接口直接连到总线上。任何一个站点发送 的数据信号都沿着传输介质传播，而且能被所有站点所接 收。 34 总线结构的优点： 所需要的电缆数量少； 总线结构简单； 易于扩充。 总线结构的缺点： 总线的传输距离有限，通信范围受到限制； 故障诊断和隔离比较困难； 信息延迟不确定，不能适用于实时通信。 35 （4）树型结构 可以认为树型结构是一种多总线结构，根结点接收各站点 发送的数据，然后再广播发送到全网。 36 树型结构优点： 易于扩展； 故障隔离容易。 树型结构缺点： 各个结点对根结点的依赖性太大； 若根结点发生故障，则全网无法正常工作。 37 （5）网状结构 网状结构

15、网络中的结点之间的连接是任意的、无规律的。 在网状结构中，结点之间可能有多条路径选择，因此，其 中个别结点发生故障对整个网络影响不大。网状结构的主 要优点是系统可靠性高，它的缺点是网络系统结构复杂， 一般成本较高。 38 1.3 计算机网络的功能 1数据通信 数据通信即数据传送，是计算机网络的最基本功能之一。 从通信角度看，计算机网络其实是一种计算机通信系统。 作为计算机通信系统，能实现下列重要功能： （1）传输文件 网络能快速地在计算机与计算机之间进行文件复制和传送。 （2）使用电子邮件（E-mail） 用户可以将计算机网络作为邮局，向网络上的其他计算机 用户发送备忘录、报告和报表等。虽然在

16、办公室使用电话 是非常方便的，但E-mail可以向不在办公室的人传送消息， 而且还提供了一种无纸办公的环境。 39 2资源共享 资源共享包括硬件、软件和数据资源的共享，它是计算机 网络最有吸引力的功能。资源共享是指网上用户能够部分 或全部地使用计算机网络资源，使计算机网络中的资源互 通有无、分工协作，从而大大地提高各种硬件、软件和数 据资源的利用率。 3提高计算机系统可靠性和可用性 计算机系统可靠性的提高主要表现在，计算机网络中每台 计算机都可以依赖计算机网络相互作为后备机，一旦某台 计算机出现故障，其他的计算机可以马上承担起原先由该 故障机所担负的任务，避免了系统的瘫痪，使得计算机的 可靠性

17、得到了大大的提高。 40 4易于进行分布处理 在计算机网络中，每个用户可根据情况合理选择计算机网 内的资源，以就近的原则快速地处理。对于较大型的综合 问题，通过一定的算法将任务分交给不同的计算机，从而 达到均衡网络资源，实现分布处理的目的。此外，利用网 络技术，能将多台计算机连成具有高性能的计算机系统， 以并行的方式共同来处理一个复杂的问题，这就是当今称 之为协同式计算机的一种网络计算模式。 41 完成任务1 通过学习前面的知识，完成任务1.1就是水到渠成的事情 了。任务1.1要求将实验室中的20台个人计算机，1台文件 服务器，1台共享打印机，组成计算机网络的形式，实现 资源共享。我们用最简单

18、的星型结构方式，用一个24口的 集线器将所提供的设备连接起来，构建一个星型网络。 42 任务2：选择网络类型选择网络类型 任务描述任务描述：某部门有5台PC机，其中1台性能较高，在不 关心安全性的情况下，采用什么样的网络使得各计算机能 够互相通信，并能够使用性能较高计算机的资源？每台机 器各自的角色是什么？ 43 2.1 对等网络 所谓对等网络（简称对等网），即网络中各台计算机都有相同的功能， 无主从之分，网络中任意一台计算机既可以作为网络服务器，为其他 计算机提供资源；也可以作为工作站，以分享其他服务器的资源。任 一台计算机均可同时兼作服务器和工作站，也可只作其中之一。 对等网的主要特点如下

19、： 网络用户较少，一般在20台计算机以内，适合人员少、网络应用 较多的中小企业； 网络用户都处于同一区域中； 对于网络来说，网络安全不是最重要的问题。 它的主要优点有：网络成本低、网络配置和维护简单。主要缺点有： 网络性能较低、数据保密性差、文件治理分散、计算机资源占用大。 44 1两台机的对等网，这种对等网的组建方式比较多。 在传输介质方面既可以采用双绞线，也可以使用同轴 电缆，还可采用串行、并行电缆； 所需网络设备只需相应的网线（或电缆）和网卡。 假如采用串行、并行电缆还可省去网卡的投资，直接 用串行、并行电缆连接两台计算机即可，显然这是一 种最廉价的对等网组建方式。 采用串行、并行电缆连接的网络的传输速率非常低， 并且串行、并行电缆制作比较麻烦，在网卡如此便宜 的今天，这种对等网连接方式比较少用。 45 2三台机的对等网 假如网络所连接的计算机不是两台，而是三台，则此时就不能采 用串行、并行电缆连接了，而必须采用双绞线或同轴电缆作为传 输介质，而且网卡是不能少的。 假如是采用双绞线作为传输介质，根据网络结构的不同又可有两 种方式：一种是采用双网卡网桥方式，就是在其中一台计算机上 安装两块网