第1讲 计算机网络基础

1、2022-3-7武夷学院计算机系12022-3-7武夷学院计算机系2l本讲主要介绍计算机网络的定义、产生、发展；从不同的角度对网络进行分类；以及网络的各种拓扑结构、局域网和广域网的基本概念、定义了网络通信中带宽和延迟的概念，同时介绍了当前主要的网络标准化组织等一系列网络基础知识。l许多人无法对网络有正确的分析与理解正是对本讲的内容掌握不深造成的。2022-3-7武夷学院计算机系3l什么是计算机网络l计算机网络的演进l计算机网络的类型及分类l网络性能-带宽和延迟l网络标准化组织2022-3-7武夷学院计算机系4 2022-3-7武夷学院计算机系51、IEEE高级委员坦尼鲍姆博士的定义：计算机网络

2、是一组自治计算机互连的集合计算机网络是一组自治计算机互连的集合2、通俗定义：把分布在不同地点且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，在功能完善的软件和协议的管理下实现网络中资源共享系统。3、由定义可知：(1)计算机网络是“通信技术”与“计算机技术”的结合产物(2)数据交换是基础，资源交换为目的 2022-3-7武夷学院计算机系64、可接入计算机网络中的设备：由于IT业迅速发展，各种网络互连设备层出不穷，如计算机、打印机、WAP手机、PDA、网络电话等。2022-3-7武夷学院计算机系75、计算机网络通信的基础：（1）线路：计算机通信的线路有很多，有形的：如双绞线、同轴电缆、光

3、纤等。无形的：如无线电波、微波、红外线或卫星。（2）协议： 各种不同类型的设备要通信，就必须有一个统一的“语言”，这就是协议。 现有的计算机网络协议有：TCP/IP、X.25、IPX/SPX、SLIP、PPP、Frame Relay等。2022-3-7武夷学院计算机系86、容易与计算机网络混淆的系统：如主从系统、分布式系统。 硬件设备与计算机网络相同，但是分布式系统在此基础上运行着一个软件系统，以达到资源共享的目的，从用户使用的角度来看，分布式系统就像展现在我们面前的一个由许多设备组成的黑盒子。不用关心资源从哪里来。2022-3-7武夷学院计算机系91、资源共享资源包括软件资源和硬件资源2、信

4、息转输与集中处理 数据通过网络传递到服务器中，由服务器集中处理后再送回终端3、负载均衡 可在世界各地放置相同内容的WWW服务器，使不同的用户访问与之最近的服务器。2022-3-7武夷学院计算机系104、综合信息服务如：电子邮件、IP-phone、视频点播、网上交易、视频会议等。2022-3-7武夷学院计算机系111.组成:通信子网，资源子网 主主机机 终终端端 终终端端 主主机机 终终端端 主机 主机通 信 设备通 信 线通 信 线路路通信子网通信子网资源子网资源子网2022-3-7武夷学院计算机系122.通信子网(1)功能：完成网络的通信 数据的存储转发 差错控制 流量控制 路由选择 网络安

5、全 流量计费(2)构成： 网络结点+通信线路2022-3-7武夷学院计算机系133.资源子网(1)功能：提供网络资源共享，处理数据能力(2)构成：主机系统(硬件+软件)2022-3-7武夷学院计算机系14l1、简单联接l2、网络化联接l3、网络间互连2022-3-7武夷学院计算机系152022-3-7武夷学院计算机系162、具有远程通信功能的多机系统、具有远程通信功能的多机系统解决了主机负担重、通信费用昂贵的问题。解决了主机负担重、通信费用昂贵的问题。主要问题：多个用户只能共享一台主机资源主要问题：多个用户只能共享一台主机资源2022-3-7武夷学院计算机系172022-3-7武夷学院计算机系

6、182022-3-7武夷学院计算机系19第三阶段（第三阶段（70年代中期年代中期80年代末期）：年代末期）：现代计算现代计算机网络阶段机网络阶段，特征是，特征是网络体系结构的形成和网络协网络体系结构的形成和网络协议的标准化议的标准化在计算机通信系统的基础之上，重视网络体系结构在计算机通信系统的基础之上，重视网络体系结构和协议标准化的研究，建立全网统一的通信规则，和协议标准化的研究，建立全网统一的通信规则，用通信协议软件来实现网络内部及网络与网络之间用通信协议软件来实现网络内部及网络与网络之间的通信，通过网络操作系统，对网络资源进行管理，的通信，通过网络操作系统，对网络资源进行管理，极大的简化了

7、用户的使用，使计算机网络对用户提极大的简化了用户的使用，使计算机网络对用户提供透明服务供透明服务。局域网技术出现突破性进展局域网技术出现突破性进展。2022-3-7武夷学院计算机系20第四阶段：网络计算的新时代帧帧中继中继异步传输模式异步传输模式ATM波分多路复用波分多路复用WDM未来的网络结构如下图:1.3.3 网络间互连2022-3-7武夷学院计算机系212022-3-7武夷学院计算机系22l计算机网络的分类标准很多，可以从不同角度将网络进行分类。如：根据操作系统的不同，可分为NetWare网，Windows 2000网络。l从介质访问控制方法的角度，可以分为以太网、令牌网，还可以从开距离

8、和应用模型角度进行分类。1.4 网络类型及分类2022-3-7武夷学院计算机系23按计算机网络覆盖范围的大小，网络可分成(1) 局域网(LAN)(2) 城域网（MAN）(3) 广域网（WAN）实际上由于网络覆盖范围和传输距离不，所采用的技术，网络的带宽，延迟等性能指标都是不一样的，下表对三种不同网络进行比较。2022-3-7武夷学院计算机系24分布距离 覆盖范围网络分类速度10m房间局域网4Mbit/s-10Gbit/s100M建筑物1Km校园10Km城市城域网50kbit/s-100Mbit/s100Km国家广域网9.6kbit/s-155Mbit/s2022-3-7武夷学院计算机系251、

9、局域网(LAN):（1）定义：通常指几公里以内的，可以通过某种介质互联的计算机、打印机、modem或其他设备的集合。连接的是小范围内的计算机，一般系统覆盖半径从几米到几公里，一般为一个单位所有，以便共享资源（打印机，数据库等）和交换信息。传统局域网的传输速度为10-100Mbit/s，传输延迟低（几十微秒），出错率低，新的LAN传输速度可达1Gbit/s，现在10Gbit/s的网络也已经出现。2022-3-7武夷学院计算机系26（2）与其它网络的区别 网络所覆盖的物理范围 网络的拓扑结构 网络所使用的传输技术（3）拓扑结构 局域网可以采用多种拓扑结构来构建。 如总线型、星型、环型、树型、其中典

10、型的是总线型、星型、环型。2022-3-7武夷学院计算机系27（4）局域网标准IEEE802。IEEE802.1概述局域网体系结构以及网络互连IEEE802.2定义了逻辑链路控制（LLC）子层的功能与服务。IEEE802.3描述CSMA/CD总线式介质访问控制协议及物理规范。IEEE802.4描述令牌总线介质访问控制协议及相应物理层规范。IEEE802.5描述令牌环式介质访问控制协议及相应物理层规范。2022-3-7武夷学院计算机系28IEEE802.6描述了城域网介质访问控制协议及相应物理层规范。IEEE802.7 描述宽带技术进展。IEEE802.8 描述光纤技术进展。IEEE802.9

11、描述语音和数据综合局域网技术。IEEE802.10 描述局域网安全与解密问题。IEEE802.11描述无线局域网技术。IEEE802.12描述用于高速局域网的介质访问方法及其物理层规范。2022-3-7武夷学院计算机系29l(5)局域网所使用的技术lLAN的技术与LAN的类型相关，不同类型的LAN使用的技术是不同的，目前常见的LAN类型包括：以太网（Ethernet）、令牌环网、无线局域网络（Wireless Local Area Network，WLAN）等。它们在拓扑结构、传输介质、传输介质、传输速率、数据格式等多方面都有许多不同。其中应用最广泛的当属以太网，是目前发展最迅速、也是最为经济

12、的局域网。2022-3-7武夷学院计算机系30l以太网技术：l使用技术要简单，使用电路少，成本较低这使以太网可以脱颖而出。l以太网采用具有冲突检测的载波侦听多路访问（CSMA/CD）的通信规则。l由于它采用的是总线技术和CSMA/CD通信规则，这就决定了它所连接的节点将有所限制。2022-3-7武夷学院计算机系31l令牌网技术l令牌环网最初是由IBM在20世纪80年代开发的一种网络传输系统。90年代它和以太网竞争激烈，但与以太网相比它运行速度有限，仅4或16Mbps。l令牌网络技术除可用在环型拓扑结构上也可以应用在其它拓扑结构上，只要规定好网络中节点的顺序，同样可以在其它拓扑结构上实施令牌介质

13、访问技术。令牌网络技术包括令牌总线技术（IEEE802.4)和令牌环技术（IEEE802.5)。2022-3-7武夷学院计算机系32l无线局域网技术l无线局域网络随着以太网的广泛应用，移动IP接入的需求迅速增长，也得到了广泛应用。l采用射频技术（RF）来实现数据传输。lWLAN包括AP和终端，AP相当于基站，终端主要有有用于便携机的PCMCIA无线网卡，和用USB接口的无线终端相当于无线Modem。每个AP接入2030个用户。lWLAN目前采用IEEE802.11b，最高速度为11Mbps。根据信号强度实际速度为10/5.5/2/1Mbps，工作频段在2.4GHz。2022-3-7武夷学院计算

14、机系33(2)城域网(MAN):也称都市网，它的覆盖范围一般是一个城市，它是在局域网不断普及，网络产品增加，应用领域拓展等情况下兴起的。它是将一个城市范围的局域网互连起来，以得到更高的数据传输速率Sanlian collegeUSTC2022-3-7武夷学院计算机系34(3)广域网(MAN):覆盖范围广阔，又称远程网。广域网覆盖的地理范围可以是一个城市，一个地区，一个省，一个国家。最大的是Internet。广域网的传输速率低2022-3-7武夷学院计算机系35企业网电话网上海防火墙因特网网关路由器modemmodemmodemmodemmodemmodem北京主服务器LANLAN2022-3-

15、7武夷学院计算机系36(1)广播式网络 在网络中只有一个通信信道，由网络中的所有主机共享 特点：当从网络中任何一台主机发出一个短报文时，网上所有的主机都可以接受到。但通过报文中“地址标识”，确定目标主机，它适用于距离范围小，网络内工作站点少。2022-3-7武夷学院计算机系37(2)点到点网络：当在一个网络中成对的主机间存在着若干对的相互联结关系时，便组成了点到点的网络 特点：当源主机想目的主机发送“分组”信息时，分组信息可能经由一个或多个中间节点才能到达2022-3-7武夷学院计算机系381概念： 网络拓扑结构指连接于网络中的端系统或工作站之间互连的方式；简单地说：指网络形状，网络的连通性常

16、见的网络拓扑结构：总线型、星型、环型、树型、混合型、网状型2022-3-7武夷学院计算机系392.常见网络结构介绍：(1)总线型：采用一个公用通道作为传输媒体，所有站点都通过相应的硬件接口直接连接到公用信道上，这一公用信道称为总线2022-3-7武夷学院计算机系40特点：(1)所有站点发送的信息都通过该公用信道传播(2)某一时刻只允许一个站点向信道上发送数据（且数据分组中携带有目的地址）(3)信道上的数据能被其他所有站点接收，且各站点识别分组携带的目的地址，以确定是复制，分组，还是丢弃2022-3-7武夷学院计算机系41(2)星型：每一个站点直接与一个公共的中心节点连接中心节点的操作一般有两种

17、方法：a.中心节点以广播式方式来运作，典型的设备是集线器(HUB)b.中心节点以交换方式来运作典型设备是专用交换机(PBX)2022-3-7武夷学院计算机系42HUB（中央控制器）HUB（中央控制器）（中央控制器）星型（星型（Star）拓扑）拓扑2022-3-7武夷学院计算机系43(3)环型：由站点和链路组成闭合环特点：数据沿环路单向传输，切绕环行驶一周，回到源站点。2022-3-7武夷学院计算机系44(4)树型型：是星型的扩展，树型网络是分层结构，具有根节点和分支节点特点：适用于分级管理和控制系统2022-3-7武夷学院计算机系45(5)混合型：是将传统的总线型网络结构与星型网络结构进行有机

18、结合。注：混合型(分布式，集散型)网络结构特别使用与一个学校、企业、工厂等各个办公楼分散的情况2022-3-7武夷学院计算机系46(5)其他型：a.双环型 b.拓展星型2022-3-7武夷学院计算机系47(6)其他型：c.不规则型 d.完全网状型2022-3-7武夷学院计算机系48(7)其他型：e.蜂窝型 2022-3-7武夷学院计算机系491.5.1 网络性能简介1.5.2 带宽定义1.5.3 延迟2022-3-7武夷学院计算机系50l影响网络性能的因素有：传输的距离、使用的线路、传输技术、带宽(bandwidth)、网络设备、网络用户数量。 l对用户而言，则主要体现在所获得的网络速度不一样

19、l对设计者而言，则是在进行网络规划过程中要考虑的因素。2022-3-7武夷学院计算机系51l带宽(bandwidth)是指网络上数据在一定时刻内从一个节点传送到任意节点的信息量。 2022-3-7武夷学院计算机系52l延迟通常是指将一个比特从网络的一端传到另一端所需花费的时间。 2022-3-7武夷学院计算机系53l国际标准化组织(International Organization for Standardization, ISO) l电子电器工程师协会(Institute of Electrical and Electronics Engineers, IEEE) l美国国家标准协会(American National Standards In