计算机网络基础

1、 第一章第一章计算机网络基本知识计算机网络基本知识网络通晓天下事网络通晓天下事计算机成就未来计算机成就未来2计算机网络基本知识问题问题原由原由计算机网络是计算机技术和通信技术相结合的产物计算机网络是计算机技术和通信技术相结合的产物,它的诞生使计算机体系结构发生了巨大变化。那么它的诞生使计算机体系结构发生了巨大变化。那么,计算机网络涉及到哪些基本概念、基本知识和基本计算机网络涉及到哪些基本概念、基本知识和基本技术呢？这就是本节所要讨论的问题。技术呢？这就是本节所要讨论的问题。本本节节重点讨论计算机网络的基本概念、重点讨论计算机网络的基本概念、计算机网络计算机网络的功能及基本组成的功能及基本组成、

2、计算机网络的分类等。、计算机网络的分类等。教学教学重点重点能力能力要求要求了解了解: 计算机网络的发展计算机网络的发展过程过程与与发展发展趋势趋势。掌握掌握:计算机网络的定义、功能计算机网络的定义、功能、组成、组成、分类分类。 1.11.1 计算机网络的基本概念计算机网络的基本概念 1.1.4 4 计算机网络的分类计算机网络的分类 1.1.3 3 计算机网络的基本组成计算机网络的基本组成 1.1.2 2 计算机网络的功能计算机网络的功能4 计算机网络是计算机技术与通信技术相结合的产物，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。在当今社它的诞生使计算

3、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。会的进步做出了巨大贡献。 那么，计算机网络涉及到哪些基本概念、知识和技术那么，计算机网络涉及到哪些基本概念、知识和技术呢？这就是本节所要讨论的问题。呢？这就是本节所要讨论的问题。1.1 计算机网络的基本概念5远程联机远程联机阶段阶段多机互联多机互联网络阶段网络阶段标准化网标准化网络阶段络阶段互联与高速互联与高速网络阶段网络阶段计算机网络从计算机网络从2020世纪世纪5050年代开始发展至今年代开始发展至今, ,经历了从简经历了从简单到复

4、杂、从单机到多机、由终端与计算机之间的通单到复杂、从单机到多机、由终端与计算机之间的通信演变到计算机与计算机之间的直接通信信演变到计算机与计算机之间的直接通信. .发展经历的发展经历的4 4个阶段个阶段1.1.1计算机网络的形成与发展61.1.1计算机网络的形成与发展为了共享主机资源和信息采集以及综合处理，用一台计算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。算机，人们把它称为远程联机系统。 前端处理机结构：前端处理机结构：前端处理机（前端处理机（F

5、EPFEP）用来专门负责通）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。的数据处理能力。前端处理机的结构如图前端处理机的结构如图1-11-1所示。所示。图图 1-1 1-1 利用利用前端处理机的结构示意图前端处理机的结构示意图终端终端ModemModemCCP或或FEPModem公用电话网公用电话网主机主机7利用利用调制解调器调制解调器的结构示意图的结构示意图 调制解调器调制解调器(Modem)(Modem)：由于计算机和远程终端发出的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

6、模拟信号，所信号都是数字信号，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传输后再将模拟信号转换成数字信号。字信号。利用调制解调器的结构如下图所示。利用调制解调器的结构如下图所示。1.1.1计算机网络的形成与发展终端终端ModemLCModem公用电话网公用电话网主机主机数字信号数字信号模拟信号模拟信号数字信号数字信号模拟信号模拟信号81.1.1计算机网络的形成与发展 集线器结构：集线器结构：把终端发来的信息收集起来，

7、并把用户的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。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，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，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。主计算机负担过重，终端独占线路，资源利用率低。利用利用集线器的结构示意图集线器的结构示意图集线器集线器CCPCCP或或FEPFEP主机主

8、机公用电话网公用电话网9计算机网络要完成数据处理与数据通信两大基本功能，因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：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资源子网和通信子网。1.1.1计算机网络的形成与发展 (1)(1)资源子网：资源子网：是计算是计算机网络的外层，它由提供机网络的外层，它由提供资源的主机和请求资源的资源的主机和请求资源的终端组成。资源子网的任终端组成。资源子网的任务是负责全网的信息处理务是负责全网的信息处理。 (2)(2)通信子网：通信子网：是计算是计算机网络的内层，它的主要机网络的内层，它的主要任务是将各种计算机互连任

9、务是将各种计算机互连起来完成数据传输、交换起来完成数据传输、交换和通信处理。和通信处理。CCPCCPCCPCCPCCP通信子网通信子网资源子网资源子网主机主机主机主机主机主机主机主机图图 1-2 1-2 资源子网和通信子网示意图资源子网和通信子网示意图101.1.1计算机网络的形成与发展ISOISO于于19771977年成立年成立了专门的机构来了专门的机构来研究该问题，并研究该问题，并且在且在19841984年正式年正式颁布了颁布了“开放系开放系统互联基本参考统互联基本参考模型模型” 的国际标的国际标准准OSI,OSI,这就产生这就产生了第三代计算机了第三代计算机网络。网络。 2020世纪世纪

10、7070年代，计年代，计算机网络大都采用算机网络大都采用直接通信方式。直接通信方式。19721972年后，以太网年后，以太网LANLAN、MANMAN、WANWAN迅迅速发展，各个计算速发展，各个计算机生产商纷纷发展机生产商纷纷发展各自的网络系统，各自的网络系统，制定自己的网络技制定自己的网络技术标准。术标准。19741974年年,IBM,IBM公司公司公布了它研制的公布了它研制的系统网络体系结系统网络体系结构构。随后随后DGEDGE公司公司宣布了自己的数宣布了自己的数字网络体系结构字网络体系结构,1976,1976年年UNIVACUNIVAC宣宣布了该公司的分布了该公司的分布式通信体系结布式

11、通信体系结构。构。111.1.1计算机网络的形成与发展 进入进入2020世纪世纪9090年代年代, ,计算机技术计算机技术、通信技术以及建立在互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。展。 目前，全球以目前，全球以InternetInternet为核心的高速计算机互联网络已为核心的高速计算机互联网络已经形成，经形成，InternetInternet已经成人类最重要的、最大的知识宝库。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。网络互联和高速计算机网络就成为第四代计算机

12、网络。 121.1.1计算机网络的形成与发展 图图 1-3 1-3 现代计算机网络逻辑结构示意图现代计算机网络逻辑结构示意图以太网以太网以太网以太网以太网以太网以太网以太网路由器路由器路由器路由器路由器路由器路由器路由器路由器路由器路由器路由器通信子网通信子网13 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。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

13、的计算机网络系统模型如图由多台计算机组成的计算机网络系统模型如图1-41-4所示。所示。1.1.2计算机网络的定义图图 1-4 1-4 计算机互连网络系统基本模型计算机互连网络系统基本模型AB存储器存储器A A机能使用机能使用B B机的机的存储器存储器B B机能使用机能使用A A机的打印机机的打印机141.2 计算机网络的主要功能集中集中管理管理负载负载平衡平衡远程远程传输传输资源资源共享共享分布式分布式处理处理数据数据通信通信15 数据通信即实现计算机与终端、计算机与计算机间传输各数据通信即实现计算机与终端、计算机与计算机间传输各种类型的信息种类型的信息, ,包括数据信息和图形、图像、声音、

14、视频等各包括数据信息和图形、图像、声音、视频等各种多媒体信息。种多媒体信息。 硬件资源：硬件资源：包括各种类型的计算机包括各种类型的计算机、大容量存储设备大容量存储设备、计算机外部设备，如彩色打印机、静电绘图仪等。计算机外部设备，如彩色打印机、静电绘图仪等。 软件资源：软件资源：包括各种应用软件、工具软件、系统开发包括各种应用软件、工具软件、系统开发所用的支撑软件、语言处理程序、数据库管理系统等。所用的支撑软件、语言处理程序、数据库管理系统等。 数据资源：数据资源：包括数据库文件包括数据库文件、数据库数据库、办公文档资料办公文档资料、企业生产报表等。企业生产报表等。 信道资源：信道资源：通信信

15、道可以理解为电信号的传输介质。通信信道可以理解为电信号的传输介质。通信信道的共享是计算机网络中最重要的共享资源之一。通信信道的共享是计算机网络中最重要的共享资源之一。1.2 计算机网络的主要功能16分布在很远的用户可以互相传输数据信息，互相交流，协同工分布在很远的用户可以互相传输数据信息，互相交流，协同工作。作。 把要处理的任务分散到各个计算机上运行，而不是集中在一台把要处理的任务分散到各个计算机上运行，而不是集中在一台大型计算机上。这样，不仅可以降低软件设计的复杂性，而且还可大型计算机上。这样，不仅可以降低软件设计的复杂性，而且还可以大大提高工作效率和降低成本。以大大提高工作效率和降低成本。

16、 对地理位置分散的组织和部门对地理位置分散的组织和部门, ,可通过计算机网络来实现集中管可通过计算机网络来实现集中管理理, ,如数据库情报检索系统、交通运输部门的定票系统、军事指挥系如数据库情报检索系统、交通运输部门的定票系统、军事指挥系统等。统等。 当网络中某台计算机的任务负荷太重时，通过网络和应用程序当网络中某台计算机的任务负荷太重时，通过网络和应用程序的控制和管理，将作业分散到网络中的其它计算机中，由多台计算的控制和管理，将作业分散到网络中的其它计算机中，由多台计算机共同完成。机共同完成。1.2 计算机网络的主要功能171.3计算机网络的基本组成 一个完整的计算机网络系统是由网络硬件和网

17、络软件所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组成的。网络硬件是计算机网络系统的物理实现网络硬件是计算机网络系统的物理实现, ,网络软件是网络软件是网络系统中的技术支持。两者相互作用网络系统中的技术支持。两者相互作用, ,共同完成网络功能。共同完成网络功能。地面站地面站地面站地面站通讯卫星通讯卫星服务器服务器路由器路由器交换机交换机181.3 .1网络硬件的组成计算机网络硬件系统是由计算机计算机网络硬件系统是由计算机( (主机、客户机、终端主机、客户机、终端) )、通信处理机通信处理机( (集线器集线器、交换机、路由器交换机、路由器) )、通信线路通信线路( (同轴电缆、同轴电

18、缆、双绞线、光纤双绞线、光纤) )、信息变换设备、信息变换设备(Modem(Modem，编码解码器，编码解码器) )等构成。等构成。图图 1-5 1-5 网络硬件组成示意图网络硬件组成示意图HUBHUBHUBHUB路由器路由器中心交换机中心交换机服务器服务器服务器服务器处处理理机机工作站工作站ModemModem终端终端终端终端子网子网子网子网远程网络远程网络InternetInternet191.3 .1 网络硬件的组成主机主机路由器路由器交换机交换机水晶头水晶头双绞线双绞线网卡网卡201.3 .1 网络硬件的组成 在一般的局域网中，主机通常被称为服务器，是为客户提在一般的局域网中，主机通常

19、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中所提供的服务不同,可将其划分为文件服务器可将其划分为文件服务器、打印服务器打印服务器、通信服务器等。通信服务器等。 除服务器外，网络上的其余计算机主要是通过执行应用程除服务器外，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

20、络数据主要的发生场所和使用场所，用户主络客户机，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。要是通过使用工作站来利用网络资源并完成自己作业的。 211.3 .1 网络硬件的组成 是用户访问网络的界面，它可以通过主机联入网内，也可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。以通过通信控制处理机联入网内。 一方面作为资源子网的主机、终端连接的接口，将主机和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

21、，完成分组的接收、校验、存储和转发等功能。点，完成分组的接收、校验、存储和转发等功能。 通信线路（链路）是为通信处理机与通信处理机、通信处通信线路（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。理机与主机之间提供通信信道。 对信号进行变换，包括：调制解调器、无线通信接收和发对信号进行变换，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。送器、用于光纤通信的编码解码器等。22在计算机网络系统中，除了各种网络硬件设备外，还必须具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。有网络软件。网络应用网络应用软件软件网络管理网络管理软件软件网络通

22、网络通信软件信软件网络操作网络操作系统系统网络协网络协议软件议软件网络软件的组成网络软件的组成1.3 .2网络软件的组成231.4 计算机网络的分类 从不同方向来进行分类从不同方向来进行分类网络的网络的覆盖范围覆盖范围通信信道通信信道传输介质传输介质传输传输技术技术由于计算机网络自身的特点，其分类方法有多种。根据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。不同的分类原则，可以得到不同类型的计算机网络。241.4 .1按覆盖范围分类 局部区域网：局部区域网：传输速率为传输速率为1 120Mb/s,20Mb/s,最大距离为最大距离为25km,25k

23、m,采用采用分组交换技术分组交换技术, ,入网最大设备数为入网最大设备数为几百到几千。几百到几千。 高速区域网：高速区域网：采用采用CATVCATV电电缆或光缆缆或光缆, ,传输速率一般传输速率一般50Mb/s50Mb/s，最大距离为最大距离为1km,1km,入网最大设备数入网最大设备数为几十个。为几十个。图图 1-11 1-11 局域网连接示意图局域网连接示意图服务器服务器工作站工作站工作站工作站工作站工作站打印机打印机 根据网络连接的地理范围根据网络连接的地理范围,可将计算机网络分成局域网、城可将计算机网络分成局域网、城域网、广域网三种类型。域网、广域网三种类型。 局域网的作用范围是几百到

24、几千米，通常用于组建企业网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。和校园网，并分为局部区域网和高速区域网。251.4 .1 按覆盖范围分类 城域网是局域网的延伸城域网是局域网的延伸, ,用于局域网之间的连接用于局域网之间的连接,网络规模网络规模局限在一座城市范围内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。覆盖的地理范围从几十至几百公里。城域网络城域网络路由器路由器计算机计算机图图 1-12 1-12 城域网链接示意图城域网链接示意图261.4 .1 按覆盖范围分类 广域网又称远程网，是指在一个很大地理范围（从数百公广域网又称远程网

25、，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，主要用在一个地区一个地区、行业甚至在全国范围内组网行业甚至在全国范围内组网, ,达到资源共享的目的达到资源共享的目的。公用交换网公用交换网MANLANMANLAN图图 1-13 1-13 广广域网连接示意图域网连接示意图271.4 .1 按覆盖范围分类图图 1-14 1-14 广域网、城域网和局域网的连接关系示意图广域网、城域网和局域网的连接关系示意图 广

26、域网使用的主要技术为广域网使用的主要技术为存储存储- -转发转发技术技术。城域网与局域网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。出现的一种网络技术，是局域网与城域网之间的桥接区。 WAN MAN MANLANLANLANLAN28 双绞线：双绞线：其特点是比较经济、安装方便、传输率和抗其特点是比较经济、安装方便、传输率和抗干扰能力一般，广泛应用于局域网中。干

27、扰能力一般，广泛应用于局域网中。 同轴电缆：同轴电缆：俗称细缆，现在逐渐淘汰。俗称细缆，现在逐渐淘汰。 光纤电缆：光纤电缆：特点是光纤传输距离长、传输效率高、抗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。干扰性强，是高安全性网络的理想选择。 无线电话网：无线电话网：是一种很有发展前途的连网方式。是一种很有发展前途的连网方式。 语音广播网：语音广播网：价格低廉、使用方便，但安全性差。价格低廉、使用方便，但安全性差。 无线电视网：无线电视网：普及率高，但无法在一个频道上和用户普及率高，但无法在一个频道上和用户进行实时交互。进行实时交互。 微波通信网：微波通信网：通信保密性和安全性较好。通信保密性和安全性较好。 卫星通信网：卫星通信网：能进行远距离通信，但价格昂贵。能进行远距离通信，但价格昂贵。1.4 .2 按传输介质分类 291.4 .3按拓扑结构分类 1、总线型拓扑结构、总线型拓扑结构 总线型拓扑结构采用一条单根的通信线路（总线）作为公共总线型拓扑结构采用一条单根的通信线路（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。并通过总线进行