计算机网络基础

1、计算机网络基础计算机网络基础西南林学院计科系董跃宇本章主要内容本章主要内容l计算机网络的基本概念l计算机网络的产生和发展l计算机网络的功能和应用l计算机网络的基本组成l计算机网络的拓扑结构和分类计算机网络概述计算机网络概述l什么是计算机网络l计算机网络的功能l计算机网络的应用什么是计算机网络？什么是计算机网络？l计算机网络（Computer Network）是利用通信线路和通信设备，把分布在不同地理位置的具有独立功能的多台计算机、终端及其附属设备互相连接，按照网络协议进行数据通信，由功能完善的网络软件，实现资源共享的计算机系统的集合。“网络网络”的四个方面的四个方面l“网络”主要包括连接对象、

2、连接介质、连接的控制机制（协议、软件）和连接的方式与结构四个方面l计算机网络是将若干独立的计算机通过传输介质相互物理连接，并通过网络软件逻辑的相互联系到一起而实现资源共享的计算机系统连接的对象连接的对象l各种类型的计算机（大型计算机、工作站、微型计算机等）l其它数据终端设备（各种计算机外部设备、终端服务器）连接介质连接介质l通信线路（光缆、同轴电缆、双绞线、微波、卫星等）l通信设备（网关、网桥、路由器、调制解调器等）连接控制机制连接控制机制l约定l协议l软件计算机网络的功能计算机网络的功能l网络的功能共享硬件和软件共享信息通信功能l网络的主要功能是资源共享和通信计算机网络的应用计算机网络的应用

3、l教育和科研领域的应用l企事业单位的应用l商业上的应用l通信和娱乐上的应用l其他的新应用计算机网络的产生与发展计算机网络的产生与发展l计算机网络是计算机技术和通信技术相结合的产物l随着计算机技术和通信技术的不断发展，计算机网络也经历了从简单到复杂，从单机到多机的发展过程，其演变过程主要可以分为以下三个阶段：面向终端的计算机网络计算机通信网络计算机互联网络面向终端的计算机网络面向终端的计算机网络l面向终端的计算机网络又称为联机系统，出现于20世纪50年代初，是第一代计算机网络l在这种网络中，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联机

4、系统示意图联机系统示意图公用电话网终端终端ModemModemModemModem主机多重线路控制器计算机通信网络计算机通信网络l第一代计算机网络只能在终端和主机间进行通信，20世纪60年代中期开始，出现了多个主机互联的系统，可以实现计算机和计算机之间的通信，即通过通信线路将若干个自主的计算机系统连接起来的系统，称之为计算机-计算机网络，简称计算机通信网络。l计算机通信网络在逻辑上可分为：通信子网和资源子网两个部分，二者合一构成以通信子网为核心，以资源共享为目的计算机网络。l典型代表：ARPANET计算机通信网络示意图计算机通信网络示意图通信子网资源子网CCPCCPCCPCCPCCPCCP主机

5、系统主机系统主机系统通信子网通信子网l通信子网由通信控制处理机（CCP）、通信线路和其他通信设备组成，完成网络数据传输、转发等通信处理任务l通信控制处理机在网络拓扑结构中被称为网络节点。一方面它是主机、终端接入网内的接口；另一方面它又作为通信子网中的分组存储转发节点，实现将源主机报文准确发送到目的主机的作用l通信线路为通信控制处理机之间、通信控制处理机与主机之间提供通信信道。资源子网资源子网l资源子网由主机系统、终端、终端控制器、联网外设、各种软件资源和信息资源组成l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计算机互联网络计算机互联网络l第三代计算机网络又称为互联网络

6、或现代计算机网络l随着微型计算机、广域网和局域网的广泛应用，主机-终端系统用户的减少，网络结构发生了巨大的变化。l大量的微型计算机通过局域网连入广域网，而局域网与广域网、广域网与广域网由路由器实现互联计算机互联网络示意图计算机互联网络示意图通信子网路由器路由器路由器路由器路由器路由器局域网广域网局域网Internet的层次结构的层次结构l在Internet中，用户计算机需要通过校园网、企业网或ISP(Internet Service Provider)连入地区主干网，地区主干网通过国家主干网连入国家间的高速主干网，形成一种由路由器互联的大型的层次结构的现代计算机网络，即互联网络l互联网络是第二

7、代计算机网络的延伸互联网络时代的重大事件互联网络时代的重大事件l广域网的发展l局域网的发展l标准化网络与互联网广域网的发展广域网的发展l广域网的发展是由ARPANET的诞生开始的l随着网络应用在各行业甚至于个人的普及和发展，发展网络的需求十分迫切，许多国家加强了基础设施的建设，开始建设公用数据网。l光纤等新技术的出现促进了广域网的发展局域网的发展局域网的发展l早期的计算机网络多为广域网，随着微型计算机的出现和普及，基于信息交换和资源共享的需求不再局限于少数的“专家”群体，而在各行各业的办公室甚至于家庭中出现。这就要求将一个建筑物内或一个部门内的计算机互联，于是局域网应运而生。标准化网络与互联网

8、标准化网络与互联网l计算机广域网和局域网大多是由研究部门、大学或计算机公司自行开发研制的，没有统一的体系结构和标准，不同来源的计算机网络之间很难实现互联。因此国际标准化组织（ISO）顺应这一趋势，1977年开始研究分析“开放系统互联”问题，并于1984年公布“互联开放系统基本参考模型”的正式文件，即所谓的ISO/OSI模型。该模型的出现，对推动计算机网络的发展，统一网络体系和协议起到了积极作用UNIX与与TCP/IPlUNIX操作系统是最早的网络操作系统lTCP/IP协议是内嵌在UNIX操作系统中用于ARPANET中的网络协议，也是今天互联网上最广泛使用的网络协议计算机网络的基本组成计算机网络

9、的基本组成l计算机网络是一个复杂系统，其组成随应用的范围、目的、规模、结构及采用的技术不同而千差万别l尽管如此，仍可以将计算机网络的组成分为软件和硬件两大部分l网络硬件提供数据处理、数据传输和建立通信信道的物质基础，网络软件控制数据的通信，而网络软件功能的实现依赖硬件去完成计算机网络的四个基本组成部分计算机网络的四个基本组成部分l计算机系统l通信线路和通信设备l网络协议l网络软件计算机系统计算机系统l计算机系统是网络的基本模块，是被连接的对象。包括了各种规模、各种用途的计算机以及其它数据终端设备l计算机系统的主要作用是负责信息数据的收集、处理、存储、传播，是网络共享资源的主要物理存在形态通信线

10、路和通信设备通信线路和通信设备l通信线路和通信设备构成数据通信系统l通信线路和通信设备是连接计算机的桥梁，是数据传输的通道网络协议网络协议l协议是指通信双方必须共同遵守的约定和通信规则l一般来说，协议的实现是由软件和硬件分别或配合完成的，有的部分则由联网设备来承担网络软件网络软件l网络软件是一种在网络环境下使用和运行或者控制和管理网络工作的计算机软件l根据功能的不同，可分为网络系统软件和网络应用软件两大类型计算机网络拓扑结构计算机网络拓扑结构l拓扑的基本思路：拓扑学是几何学中用来研究点、线、面组成几何图形的方法，将物理实体抽象成与物理实体的大小、位置和形状无关的点，将于实体相连接的线路抽象成线

11、。l计算机网络的拓扑结构：计算机网络节点和通信线路所组成的几何形状常见网络拓扑结构常见网络拓扑结构l总线型结构l环型结构l星型结构l树型结构l网状结构l混合型结构总线型结构总线型结构l总线型结构采用一条单一的通信线路（总线）作为公共的传输通道，所有的节点都通过相应的接口直接连接到总线上，并通过总线进行数据传输总线型结构的特点总线型结构的特点l结构简单灵活，易于扩展；共享能力强，便于广播式传输l网络响应速度快，但负荷重时性能迅速下降；局部站点故障不影响整体，可靠性较高，但如果总线出现故障，将影响整个网络l易于安装，费用低环型结构环型结构l环型结构是各个网络节点通过接口连在一条首尾相接的闭合环型通

12、信线路中。l每个设备只能和它相邻的一个或两个节点设备直接通信。如果与网络中其他节点设备通信，数据需要依次经过两个通信节点间的每一个设备。l环型结构有单环结构和双环结构两种类型。环型结构的特点环型结构的特点l在环型网络中，各工作站间无主从关系，结构简单；信息流在网络中沿环单向传递，延迟固定，实时性较好。l两个节点间仅有唯一的路径，简化了路径选择，但可扩充性差。l可靠性差，任何线路或节点的故障，都有可能引起全网瘫痪，故故障检测困难星型结构星型结构l星型结构的每个节点都有一条点到点链路与中心节点（公用中心交换设备）相连。l星型网络中的一个节点如果向另一个节点发送数据，首先将数据发送到中心设备，然后由

13、中心设备将数据转发到目标节点。l信息的传输是通过中心节点的存储转发技术实现的，并且只能通过中心节点与其他节点通信。l星型结构是目前局域网中最常用的拓扑结构星型结构的特点星型结构的特点l结构简单，便于管理和维护；易于实现结构化布线；结构易扩充，易升级l通信线路专用，电缆成本高l星型结构的网络由中心节点控制和管理，中心节点的可靠性基本上决定了整个网络的可靠性l中心节点负荷重，易成为信息传输的瓶颈，且中心节点一旦出现故障，会导致全网瘫痪树型结构树型结构l树型结构（也称星型总线拓扑结构）是从总线型和星型结构演变来的。网络中的设备都连接到一个中心设备上，但并不是所有的节点都直接连接到中心设备，往往是通过

14、次级中心设备再连接到核心中心设备。l树型结构有两种，一种由总线型派生而来，另一种是星型结构的变种树型结构的特点树型结构的特点l已于扩展，易隔离故障，可靠性高；电缆成本高l对根节点的依赖性大，一旦根节点出现故障，将导致全网不能工作网状结构网状结构l网状结构是指各网络节点与通信线路互连成不规则的形状，每个节点至少与其他两个节点相连，或者说每个节点至少有两条链路与其他节电相连l大型互联网一般采用这种结构网状结构的特点网状结构的特点l可靠性高；结构复杂，不易管理和维护；线路成本高；适用于大型广域网l因为有多条路径，所以可以选择最佳路径，减少延迟，改善流量分配，提高网络性能，但路径选择比较复杂混合型结构混合型结构l所谓混合型结构是由以上几种拓扑结构混合而成的l通常是根据实际需要，采某种结构之长，比某种结构之短而得到的计算机网络的分类计算机网络的分类l按地理范围分：局域网、城域网、广域网l按拓扑结构分：总线型网、环网、星型网、树型网等等l按物理