网络原理第1章

1、计算机网络技术第第1 1章章 计算机网络计算机网络基础知识基础知识本章内容本章内容 计算机网络发展概述计算机网络发展概述 计算机网络的产生与发展计算机网络的产生与发展 计算机网络的计算机网络的基本组成基本组成 计算机网络的拓扑结构计算机网络的拓扑结构 计算机网络的分类计算机网络的分类 有线传输与无线传输有线传输与无线传输1.1.1 计算机网络概述计算机网络概述计算机网络计算机网络的定义的定义 利用通信线路和通信设备，把分布在不同地理位利用通信线路和通信设备，把分布在不同地理位置，且具有独立功能的多台计算机、终端及其附属设置，且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

2、数据通信，并利用功备互相连接，按照网络协议进行数据通信，并利用功能完善的网络软件实现资源共享的计算机系统的集合。能完善的网络软件实现资源共享的计算机系统的集合。1.1.2 计算机网络的计算机网络的基本功能基本功能计算机网络的基本组成主要包括四部分，常称为计算机网络的基本组成主要包括四部分，常称为计算机网络的计算机网络的四大要素四大要素。计算机系统计算机系统通信线路和通信设备通信线路和通信设备网络协议网络协议网络软件网络软件硬件硬件软件软件 计算机系统计算机系统 要素：建立两台以上具有独立功能的计算机系统要素：建立两台以上具有独立功能的计算机系统 作用：负责数据信息的传播、收集、处理、存储和提供

3、资源共享作用：负责数据信息的传播、收集、处理、存储和提供资源共享 通信线路和通信设备（即数据通信系统）通信线路和通信设备（即数据通信系统） 通信线路通信线路分有线通信线路和无线通信线路。分有线通信线路和无线通信线路。 有线通信线路：光纤、同轴电缆、双绞线有线通信线路：光纤、同轴电缆、双绞线 无线通信线路：红外、无线电（微波）、激光、卫星无线通信线路：红外、无线电（微波）、激光、卫星 通信设备通信设备指网络连接设备、网络互联设备等通信设备。指网络连接设备、网络互联设备等通信设备。 包括网卡、集线器（包括网卡、集线器（Hub）、中继器、交换机、网桥、路由器及调制解调器）、中继器、交换机、网桥、路由

4、器及调制解调器 网络协议，如：网络协议，如：TCP/IP、FTP、SMTP 网络软件（分为网络系统软件和网络应用软件）网络软件（分为网络系统软件和网络应用软件） 网络系统软件网络系统软件 (Windows、Linux、Unix) 网络应用软件网络应用软件（IE、远程教学软件、远程教学软件）计算机网络的功能计算机网络的功能 数据通信数据通信 *(Communication Medium) 文件传输、文件传输、IP电话、电话、email、视频会议、信息发布、视频会议、信息发布、交互式娱乐、音乐交互式娱乐、音乐 资源共享资源共享 *(Resource Sharing) 硬件资源共享、软件资源共享、用

5、户间信息交换硬件资源共享、软件资源共享、用户间信息交换 分布式处理分布式处理(Distributed Processing) 均衡网络中各计算机的负载，提高处理问题的实时性均衡网络中各计算机的负载，提高处理问题的实时性 提高兼容性和安全性提高兼容性和安全性1.1.3 计算机网络的应用计算机网络的应用1、办公自动化、办公自动化2、电子数据交换、电子数据交换3、远程教育、远程教育4、电子银行、电子银行5、证券和期货交易、证券和期货交易6、娱乐和在线游戏、娱乐和在线游戏计算机网络的产生计算机网络的产生 = = 计算机计算机 + + 通信通信 的结合的结合 早期的计算机应用模式早期的计算机应用模式单机

6、单机 大、中、小型机大、中、小型机庞大，昂贵，资源无法共享（包括软、硬件庞大，昂贵，资源无法共享（包括软、硬件资源）资源） 计算机构成了一个个的信息计算机构成了一个个的信息“孤岛孤岛”计算机网络产生始于计算机网络产生始于1950s，产生的原因：，产生的原因： 资源共享的需求（计算能力、外设、软件、资源共享的需求（计算能力、外设、软件、数据数据） 大型项目的合作（进行工程项目协作）大型项目的合作（进行工程项目协作） 人与人之间的信息沟通（数据通信）人与人之间的信息沟通（数据通信）1.2 计算机网络计算机网络的产生与发展的产生与发展计算机网络发展过程主要可分为计算机网络发展过程主要可分为四个阶段四

7、个阶段： 面向终端的计算机网络面向终端的计算机网络 计算机通信网络计算机通信网络 计算机互联网络计算机互联网络 高速互联网络高速互联网络图1-1 具有远程通信功能的单机系统1.2.1 面向终端的计算机网络面向终端的计算机网络面向终端的计算机网络又称为联机系统。面向终端的计算机网络又称为联机系统。例子：飞机订票系统例子：飞机订票系统 TSTTTTTHOST通信线路通信线路TT缺点：缺点： 主机系统负担过重主机系统负担过重1.线路利用率低线路利用率低改进：改进：图1-2 具有远程通信功能的多机系统1.2.2 计算机通信网络计算机通信网络 定义：定义： 通过通信线路将若干台自主的计算机连接通过通信线

8、路将若干台自主的计算机连接起来的系统，称之为计算机起来的系统，称之为计算机计算机网络，计算机网络，简称简称计算机通信网络计算机通信网络。 特征：特征： 多个终端联机系统互联，形成了多个终端联机系统互联，形成了 网络结构从网络结构从“主机终端主机终端” 转变为转变为“主机主机主机主机”。HOSTHOSTHOSTTTTTTTTTTT通信线路通信线路 通信任务通信任务从主机中从主机中分离分离，由，由通信控制通信控制处理机处理机（CCP）完）完成。成。 CCP：处理主机之：处理主机之间通信任务的间通信任务的。CCPCCPHOSTHOSTTTTTTTCCPHOSTTT演变过程：演变过程： 两层网络概念的

9、出现两层网络概念的出现 由由CCP、通信线路和其他通信设备组成的传输、通信线路和其他通信设备组成的传输网络网络通信子网通信子网，提供，提供信息传输服务信息传输服务（数据（数据传输和转发等通信处理任务）。传输和转发等通信处理任务）。 建立在通信子网基础上的主机集合建立在通信子网基础上的主机集合资源子资源子网网，负责全网的，负责全网的数据处理业务数据处理业务。TCCPCCPHOSTHOSTTTTTCCPHOSTTTT通信子网通信子网Tl内层：内层：通信子网通信子网。包括各通。包括各通信处理机（信处理机（CCP,Communication CCP,Communication Control Proc

10、essorControl Processor）、通信线）、通信线路和其他通信设备。路和其他通信设备。 完成网络完成网络数据传输和转发等通信处理任数据传输和转发等通信处理任务。务。l外层：外层：资源子网资源子网。包括各主。包括各主机机(host)(host)、终端、联网外设、终端、联网外设、终端控制器、各种软件资源及终端控制器、各种软件资源及信息资源。信息资源。 负责全网的负责全网的数据处数据处理业务理业务, , 为用户为用户。各主计算机系统各主计算机系统称为称为主机。资源子网资源子网由主计算机系统、终端、联网外设、终由主计算机系统、终端、联网外设、终端控制器、各种软件资源及信息资源组成。端控制

11、器、各种软件资源及信息资源组成。主计算机系统简称主计算机系统简称主机主机（HOST），它可以是大），它可以是大型机、中型机或小型机。型机、中型机或小型机。终端终端（Terminal）是用户访问网络的界面。）是用户访问网络的界面。通信子网通信子网是由通信控制处理机（是由通信控制处理机（CCP）、通信线）、通信线路和其他通信设备组成。主要由两个独立的部分路和其他通信设备组成。主要由两个独立的部分组成：通信线路和通信控制处理机（组成：通信线路和通信控制处理机（CCP）。）。常见的通信线路有：双绞线、同轴电缆、光纤、常见的通信线路有：双绞线、同轴电缆、光纤、无线通信信道等。无线通信信道等。CCCHHH

12、资源子网资源子网通信子网通信子网在通信子网上可有在通信子网上可有多个资源子网，共多个资源子网，共享通信子网的服务享通信子网的服务HH1.2.3 计算机互联网络计算机互联网络 通信子网规模逐渐扩大通信子网规模逐渐扩大 私有（某个独立机构使私有（某个独立机构使用）用）社会公用（商业社会公用（商业用途）用途） 优点优点 降低用户系统建设成本降低用户系统建设成本 提高通信线路利用率提高通信线路利用率 兼容性好兼容性好公用数据公用数据通信网通信网HOSTHOSTTTTTTTHOSTTTTT 例子：例子： 因特网（因特网（Internet）的前身）的前身 ARPANET 美苏冷战时期由美国军方建立的实验性

13、网络美苏冷战时期由美国军方建立的实验性网络 最初最初4个节点个节点70s的的100多个节点多个节点 地域跨越美洲、欧洲地域跨越美洲、欧洲 具有现代网络的许多特征，例如具有现代网络的许多特征，例如:网络互联与标准化网络互联与标准化 为什么需要标准化？为什么需要标准化？ 不同网络设备之间的不同网络设备之间的兼容性兼容性和和互操作性互操作性是推动是推动网络体系结构标准化的原动力。网络体系结构标准化的原动力。 而兼容性和互操作性的而兼容性和互操作性的最终目的最终目的仍是仍是资源共享资源共享。 标准化的时机标准化的时机 各厂商、研究机构、大学在网络技术、方法、各厂商、研究机构、大学在网络技术、方法、理论

14、等方面的研究日趋成熟是标准化的基础。理论等方面的研究日趋成熟是标准化的基础。 网络体系结构标准化过程的演变网络体系结构标准化过程的演变 厂商标准厂商标准：IBM-SNA，DEC-DNA 等等 缺点：适用范围不广缺点：适用范围不广： 兼容性问题兼容性问题 技技 术术 垄垄 断断 ： 产生竞争产生竞争 标准不统一标准不统一 ： 用户利益用户利益 国际标准国际标准:（国际标准化组织（国际标准化组织 ISO OSI/RM）/P.6/ Open System Interconnection/Recommended Model (开放开放系统互联参考模型系统互联参考模型，简称，简称OSI参考模型参考模型

15、) OSI参考模型是一种概念上的网络模型，规定了网络体系结构的参考模型是一种概念上的网络模型，规定了网络体系结构的框架：框架：7个层次个层次 (第三章中详述第三章中详述) 只说明了做什么（只说明了做什么（WHAT TO DO）而未规定怎样做（）而未规定怎样做（HOW TO DO） 太复杂，几乎没有与之完全符合的网络太复杂，几乎没有与之完全符合的网络 事实上的标准事实上的标准：TCP/IP(因特网的骨干协议因特网的骨干协议) TCP称称传输控制协议传输控制协议，IP称称网际协议网际协议 。 从体系结构上看，它是从体系结构上看，它是OSI参考模型的简化（参考模型的简化（4层）层）因特网时代的到来因

16、特网时代的到来 截止到截止到2000年年, , Internet的规模为的规模为: : 网络数达到网络数达到105数量级数量级, 主机数达到主机数达到107数量级数量级, 用户用户数数108数量级，主干速率大于数量级，主干速率大于2.5Gbit/s 美国政府资助的美国政府资助的“下一代因特网计划下一代因特网计划”目标是目标是: : 主干网的速率比现在的因特网高主干网的速率比现在的因特网高1000倍倍 端到端的速率要达到端到端的速率要达到100Mbit/s10Gbit/s1.2.4 高速互联网络高速互联网络 通信子网规模逐渐扩大通信子网规模逐渐扩大 私有（某个独立机构使私有（某个独立机构使用）用

17、）社会公用（商业社会公用（商业用途）用途） 公用数据通信网公用数据通信网 PSTN（公共交换电话网）（公共交换电话网） X.25（分组交换通信）（分组交换通信） 特点特点 业务的业务的综合综合化化 网络的网络的高速高速化化公用数据公用数据通信网通信网HOSTHOSTTTTTTTHOSTTTTT图1-3 真正标准化的计算机网络 1.2.5 计算机网络发展趋势计算机网络发展趋势计算机网络的发展方向是计算机网络的发展方向是IP技术技术+光网络光网络，光网络，光网络将演化为全光网络。将演化为全光网络。全光网络全光网络是指光信息流在网络中的传输及交换始终是指光信息流在网络中的传输及交换始终以光的形式实现

18、。以光的形式实现。2、光通信技术、光通信技术发展方向：一是最终实现全光网络；二是最终实现光发展方向：一是最终实现全光网络；二是最终实现光纤到家庭和光纤到桌面。纤到家庭和光纤到桌面。3、IPv6协议协议 IP协议是协议是TCP/IP协议族的核心协议，是协议族的核心协议，是TCP/IP协议族中网络层的协议。协议族中网络层的协议。4、宽带接入技术、宽带接入技术5、移动通信系统技术、移动通信系统技术1、三网合一、三网合一 即即通信网络、计算机网络、有线电视网络通信网络、计算机网络、有线电视网络将通过将通过IP三网合一。三网合一。 优点：简化管理、节约开支、提供集成服务优点：简化管理、节约开支、提供集成

19、服务1.3 计算机网络的组成计算机网络的组成 硬件硬件 网络节点网络节点 端节点：计算机端节点：计算机 中间（转接）节点：交换机、集中器、复用器、路由器、中继器中间（转接）节点：交换机、集中器、复用器、路由器、中继器 通信链路：信息传输的通道通信链路：信息传输的通道 物理：传输介质物理：传输介质 逻辑：信道逻辑：信道 类比类比CATV的电缆和频道之间的关系的电缆和频道之间的关系软件软件 通信软件通信软件（网络协议软件，如：（网络协议软件，如：TCP/IP、FTP、SMTP） 网络操作系统网络操作系统 (Windows、Linux、Unix) 网络管理网络管理/安全控制软件安全控制软件（网络防火

20、墙（网络防火墙） 网络应用软件网络应用软件（IE、Firefox）1.4 计算机网络的拓扑结构计算机网络的拓扑结构网络拓扑结构网络拓扑结构 是计算机网络节点和通信链路所组成的逻辑几何形状。是计算机网络节点和通信链路所组成的逻辑几何形状。最常用的网络拓扑结构有：最常用的网络拓扑结构有：1、总线型结构、总线型结构2、环形结构、环形结构3、星型结构、星型结构4、树型结构、树型结构5、网状结构和混合型结构。、网状结构和混合型结构。 总线型总线型 所有节点挂接到一条总所有节点挂接到一条总线上，使用广播式传输线上，使用广播式传输技术技术 同一时刻只允许一个站同一时刻只允许一个站点发送数据点发送数据总线型拓

21、扑 环型环型 所有节点连接成一个闭合所有节点连接成一个闭合的环的环 分为单环结构和双环结构分为单环结构和双环结构环型拓扑 星型星型 有一个中心节点，其它有一个中心节点，其它节点与其构成点到点连节点与其构成点到点连接接 树型树型 一个根结点、多个中间一个根结点、多个中间分支节点和叶子节点构分支节点和叶子节点构成成星型拓扑树型拓扑 网状结构与混合型结构网状结构与混合型结构 网状拓扑结构网状拓扑结构节点与通信线路连接成不规节点与通信线路连接成不规则的形状，每个节点至少与则的形状，每个节点至少与其他两个节点相连，只适用其他两个节点相连，只适用于节点数很少的广域网中于节点数很少的广域网中 混合型拓扑结构

22、混合型拓扑结构点到点部分连接，由几种拓点到点部分连接，由几种拓扑结构混合而成，多用于广扑结构混合而成，多用于广域网，由于连接的不完全性，域网，由于连接的不完全性，需要有交换节点需要有交换节点混合型拓扑网状拓扑1.5 计算机网络的分类和应用计算机网络的分类和应用计算机网络的组成元素可以分为网络节点和通信链路。计算机网络的组成元素可以分为网络节点和通信链路。 网络节点网络节点 端节点：计算机端节点：计算机 中间（转接）节点：交换机、集中器、复用器、路由器、中继中间（转接）节点：交换机、集中器、复用器、路由器、中继器器 通信链路：信息传输的通道通信链路：信息传输的通道 物理：传输介质（电话线、物理：

23、传输介质（电话线、同轴电缆、无线电线路、卫星线路、同轴电缆、无线电线路、卫星线路、光纤等）光纤等）n按互联规模和通信方式（地域范围）分类按互联规模和通信方式（地域范围）分类 局域网局域网(Local Area Network ， LAN) 局域网规模小、速度快、应用范围广泛。主要用于实现短距离的资源共享。局域网规模小、速度快、应用范围广泛。主要用于实现短距离的资源共享。 范围：小，范围：小，20KM。是一个单位或部门组建的小型网络。是一个单位或部门组建的小型网络。 传输技术：基带，传输技术：基带，10-1000Mbps，延迟低，出错率低（，延迟低，出错率低（10-11） 拓扑结构：总线型，星型，环型拓扑结构：总线型，星型，环型城域网城域网(Metropolitan Area Network ， MAN) 范围：中等，范围：中等，100KM。介于局域网和广域网之间。介于局域网和广域网之间。 传输技术：宽带传输技术：宽带/基带基带 拓