计算机网络：第1章 计算机网络基础

计算机网络教学目的使学生掌握计算机网络的基本概念,原理,方法,具有熟练地在网络环境下操作计算机的能力，具备在网上获取信息和交流的能力，并了解网络新技术的新发展。主要参考书《计算机网络技术实用教程》（第四版）电子工业出版社褚建立刘彦舫路俊维编著《计算机网络》清华大学出版社张曾科编著《计算机网络原理、技术与应用》机械工业出版社王相林《计算机网络》（第五版）电子工业出版社谢希仁《计算机网络原理与技术》电子工业出版社刘化君等编著《计算机网络技术及应用》北京理工大学出版社李明革崔奎勇主编《计算机网络实用教程》机械工业出版社骆耀祖主编《计算机网络》清华大学出版社AndrewS.Tanenbaum主编《计算机网络基础教程》北京工业大学出版社聂真理李秀琴李啸主编

课程主要内容

第01章计算机网络基础第02章数据通信的基础知识第03章计算机网络体系结构第04章传输介质第05章常用网络设备第06章局域网技术第07章网络层

第08章传输层第09章Internet网络服务和信息检索第10章宽带接入技术第11章计算机网络安全第15章利用DHCP自动分配IP地址第16章解析DNS主机名称第18章FTP站点的架设第1章计算机网络基础教学重点和难点：计算机网络的定义；计算机网络的组成；计算机网络的分类；计算机网络的主要性能指标。网络现已成为信息社会的命脉和发展知识经济的重要基础。网络是指“三网”电信网络有线电视网络计算机网络发展最快的并起到核心作用的是计算机网络。方便的信息检索现代化的通信方式办公自动化电子商务与电子政务企业的信息化远程教育与E-learning丰富的娱乐和消遣军事指挥自动化计算机网络的应用1.1计算机网络定义

所谓计算机网络就是将分布在不同地理位置上的具有独立工作能力的计算机、终端及其附属设备用通信设备和通信线路连接起来，并配置网络软件，以实现计算机资源共享的系统。

至少有两个具有独立操作系统的计算机，且它们之间有相互共享某种资源的需求。两个独立的计算机之间必须用某种通信手段将其连接。网络中的各个独立的计算机之间要能相互通信，必须制定相互可确认的规范标准或协议。1.1计算机网络定义一个计算机网络必须具备以下3个基本要素数据通信实现资源共享进行数据信息的集中和综合处理均衡负载，相互协作提高可靠性计算机网络的功能1.2计算机网络产生与发展1.2.1计算机网络的产生

通信技术的发展经历了一个漫长的过程，1835年莫尔斯发明了电报，1876年贝尔发明了电话，从此开辟了近代通信技术发展的历史。通信技术在人类生活和两次世界大战中都发挥了极其重要的作用。1．通信技术的发展2．计算机网络的产生1946年世界上第一台电子计算机ENIAC诞生时，计算机技术与通信技术并没有直接的联系；

20世纪50年代初，由于美国军方的需要，美国利用计算机技术建立了半自动地面防空系统（SAGE），开始了计算机技术与通信技术相结合的尝试；它将雷达信息和其他信号经远程通信线路送至计算机进行处理，第一次利用计算机网络实现远程集中控制，这是计算机网络的雏形。

随着计算机应用的发展，出现了多台计算机互连的需求，网络用户希望通过网络实现计算机资源共享的目的。1969年美国国防部的高级研究计划局（DARPA）建立了世界上第一个分组交换网——ARPANET，标志了世界上第一个计算机网络的诞生。

1976年美国Xerox公司开发了基于载波监听多路访问／冲突检测（CSMA/CD）原理的、用同轴电缆连接多台计算机的局域网，取名以太网。1.2.2计算机网络的发展

具有通信功能的单机系统;

具有通信功能的多机系统;

以共享资源为主要目的的计算机网络阶段;

标准、开放的计算机网络阶段高速、智能的计算机网络阶段具有通信功能的单机系统（20世纪50年代的主要形式）一台计算机经通信线路与若干终端直接相连主机负担较重（数据处理，通信）●●●●●●IBMAS/400中心主机多重线路控制器电话网PSTNModemModemModemModemModemModem终端终端终端2.具有通信功能的多机系统（20世纪60年代早期）“终端群-低速通信线路-集中器-高速通信线路-前端机-主计算机”中心主机前端处理机（通信控制）电话网PSTN高速线路终端终端终端ModemModem集中器低速线路●●●●●●3.以共享资源为主要目的计算机网络阶段（20世纪60年代中期）HOSTHOSTHOSTTTTTTTTTTT通信线路1969美国国防部研制了世界上第一个计算机网络——ARPANET；特点：多主机，多终端，以通信子网为中心。4.标准、开放的计算机网络阶段（20世纪70年代末80年代初）

1978年，ISO颁布了OSI（开放系统互联参考模型）,计算机网络走向成熟阶段。5.

高速、智能的计算机网络阶段高速：千兆位、万兆位以太网；基于光纤的广域网链路的主干带宽也已达到10Gbps数量级。智能化：计费管理、故障管理、性能管理、安全管理……软件计算机网络发展里程碑事件

任何一门技术的出现和不断发展都与两个因素有关：一个是社会需求另一个是前期技术的成熟和支撑计算机网络技术的过程中出现了许多可以称为里程碑的技术，例如：数据通信技术用于计算机通信ARPANET网络建设分组交换技术开放网络体系结构设计网络协议标准化研究因特网（Internet）IPv6网络技术研究无线与移动网络技术Internet的发展速度是历史上发展最快的一种技术以商业化后达到5000万用户为例电视用了13年，收音机用了38年，电话更长Internet从商业化后达到5000万用户用了4年时间.截至到2009年12月全球gTLD域名注册总量为109,019,092个，Internet上的网站数达到233,848,493个站点Internet正在以超过摩尔定律的速度发展

网络时代的三大基本定律摩尔定律:CPU性能18个月翻番,10年100倍。价格降低一半。所有电子系统（包括电子通信系统，计算机）都适用光纤定律：超摩尔定律，骨干网带宽6个月翻番。带宽需求呈超高速增长的趋势迈特卡尔夫定律:联网定律，网络价值随用户数平方成正比。未联网设备增加N倍，效率增加N倍。联网设备增加N倍，效率增加N2倍网络带宽与CPU性能计算机网络在中国的发展局域网方面的应用

20世纪80年代开始，随着微型计算机的增多，在中国国内许多单位组建了局域网，多采用以太网技术，即IEEE802.3协议

广域网方面的应用

最早接入Internet的是中科院高能物理研究所和北京化工大学

在中国科学技术网CSTNET和中科院网络信息中心的基础上成立了中国互连网信息中心CNNIC

中国下一代互联网示范工程(CNGI)和互联网应用

2004年12月CNGI-Cernet2正式开通，成为全球最大的纯IPv6网络Today’sVisionEverythingisdigital:voice,video,music,picturesEverythingison-line:bankstatement,medicalrecord,books,airlineschedule,weather,highwaytraffic,refrigerator…Everyoneisconnected:doctor,teacher,broker,mother,son,friends,enemies广域网（WAN：WideAreaNetwork）城域网（MAN：MetropolitanAreaNetwork）局域网（LAN：LocalAreaNetwork）接入网（AN：AccessNetwork）（是局域网与城域网的桥接区）1.3计算机网络的分类1.3.1按网络的覆盖范围分类覆盖有限的地理范围，它适用于公司、机关、校园、工厂等有限范围内的计算机、终端与各类信息处理设备连网的需求；提供高数据传输速率（10Mb/s～10Gb/s）、低误码率的高质量数据传输环境；一般属于一个单位所有，易于建立、维护与扩展；从介质访问控制方法的角度，局域网可分为共享介质式局域网与交换式局域网两类。局域网的技术特点个人计算机局域网大型计算设备群的后端网络存储区域网络办公室与实验室的网络企业与学校的主干网

局域网的应用领域城域网是介于广域网与局域网之间的一种高速网络；城域网设计的目标是要满足几十公里范围内的大量企业、机关、公司的多个局域网互连的需求；实现大量用户之间的数据、语音、图形与视频等多种信息的传输功能；城域网在技术上与局域网相似。城域网的技术特点广域网也称为远程网；覆盖的地理范围从几十公里到几千公里；覆盖一个国家、地区，或横跨几个洲，形成国际性的远程网络；通信子网主要使用分组交换技术；它将分布在不同地区的计算机系统互连起来，达到资源共享的目的。广域网的技术特点网络类型范围传输速度成本局域网4km内，同一栋建筑物内快便宜城域网4-20km，同一城市内中等昂贵广域网20km以上，可跨越国家慢昂贵互联网和因特网若干个物理网络由路由器（router，或网关gateway)连接在一起便形成了互联网。是网络的网络。因特网：Internet；互联网：internet。解决数据在网络之间特别是异构网络之间进行传输的一系列问题——TCP/IP协议族广播网络（BroadcastingNetwork）计算机或设备使用一个共享的通信介质进行数据传播。多用于局域网或城域网。广域网中的无线、卫星通信也采用广播网络。例如：以太网、令牌环网单播（Unicast）：主机之间“一对一”的通讯模式（信息传输给网络中的一个节点）组播（Multicast）：主机之间“一对一组”的通讯模式广播（Broadcast）：主机之间“一对所有”的通讯模式

点对点网络（PointtoPointNetwork）计算机或设备以点对点的方式进行数据传输。每条物理线路连接一对计算机。多用于广域网。1.3.2按数据传输方式分类广播式网络（BroadcastNetwork）广播式网络仅有一条通信信道，网络上的所有计算机都共享这个通信信道。当一台计算机在信道上发送分组或数据包时，网络中的每台计算机都会接收到这个分组，并且将自己的地址与分组中的目的地址进行比较，如果相同，则处理该分组，否则将它丢弃。点到点网络（Point-to-PointNetwork）在点到点网络中，两台计算机之间通过一条物理线路连接。若两台计算机之间没有直接连接的线路，分组可能要通过一个或多个中间节点的接收、存储、转发，才能将分组能从信源发送到目的地。由于连接多台计算机之间的线路结构可能非常复杂，存在着多条路由，因此在点到点的网络中如何选择最佳路径显得特别重要。有线网络无线网络

1.3.3按通信传输介质分类

专用网络公用网络

1.3.4按使用网络的对象分类

对等网络基于服务器的网络1.3.5按网络组件的关系分类

对等网:表示网络中各主机的地位完全相同。同等地位即网络中没有客户机（Client）和服务器（Server）的区别，网络中的每一台计算机既可充当工作站的角色，又可以充当服务器角色，它们分别管理着自己的用户信息，在不同的主机间相互访问时都要做身份认证。

计算机地位不平等，网络管理集中，便于网络管理，网络配置复杂。总线星状环状1.3.6按网络拓扑结构分类

网状树状星环网络按逻辑功能将计算机网络划分为:资源子网和通信子网1.4计算机网络的组成1.4.1通信子网通信子网通信控制处理机(网络结点)通信线路负责完成网络数据传输、转发等通信处理业务。与资源子网主机终端连接的接口。如：路由器、交换机1.4.2资源子网资源子网主机终端网络操作系统

实现全网面向应用的数据处理和网络资源共享。网络数据库

应用系统用于管理计算机网络的连接和运行。主机（host）是资源子网的主要组成单元。大型机、中型机、小型机、工作站或微机。终端（terminal）可以是简单的输入、输出终端，也可以是带有微处理机的智能终端;这种智能终端除具有信息的输入、输出功能外，自身还具有存储和处理信息的功能。终端可以通过主机连入网内，也可以通过终端控制器、报文分组组装与拆卸装置或通信控制处理机连入网内。随着微型计算机的广泛应用，大量的微型计算机是通过局域网连入广域网，而局域网与广域网、广域网与广域网的互连是通过路由器实现的；在Internet中，用户计算机需要通过校园网、企业网或ISP联入地区主干网，地区主干网通过国家主干网联入国家间的高速主干网，这样就形成一种由路由器互联的大型、层次结构的互联网络。1.4.3现代网络结构的特点主机到主机的通信可能要经过多种网络。校园网校园网校园网校园网校园网校园网国家主干网地区网地区网地区网由路由器互联的大型、层次结构的互联网络示意图核心层汇聚层接入层图.典型的三层网络结构示意图从组网的层次角度看网络的组成结构：1.5计算机网络的主要性能指标

带宽

吞吐量

时延

在通信线路上传输模拟信号时，将通信线路允许通过的信号频带范围称为线路的带宽。

在通信线路上传输数字信号时，带宽等同于数字信道所能传输的“最大数据率”（数据率或比特率，bps即bit/s

）。1.带宽（Bandwidth）

是指某个信号具有的频带宽度。传输管道中可以传递数据的能力。单位为赫。常用的带宽单位更常用的带宽单位是千比每秒，即kb/s（103b/s）兆比每秒，即Mb/s（106b/s）吉比每秒，即Gb/s（109b/s）太比每秒，即Tb/s（1012b/s）请注意：在计算机界，K=210=1024M=220,G=230,T=240。吞吐量是指一组特定的数据在特定的时间段经过特定的路径所传输的信息量的实际测量值。2.吞吐量（Troughout）吞吐量往往远小于所用介质本身可以提供的最大数字带宽。网络互联设备。所传输的数据类型。网络的拓扑结构。网络上的并发用户数量。用户的计算机。服务器。拥塞。决定吞吐量的主要因素3.时延（Delay）

是指一个报文或分组从一个网络（或一条链路）的一端传输到另一端所需的时间。

指结点在发送数据时