计算机网络基础-1概述

中国政法大学计算机教研室（2014）第1章计算机网络概述知识点：了解计算机网络的发展认识计算机网络的概念与组成认识计算机网络的结构与分类了解计算机网络的功能和应用中国政法大学计算机教研室（2014）

1.1计算机网络的起源与发展

随着计算机的广泛应用，计算机网络的影响也越来越大，计算机网络从形成、发展到广泛应用，大致经历了以下几个阶段。第一代计算机网络第二代计算机网络第三代计算机网络第四代计算机网络中国政法大学计算机教研室（2014）第一代计算机网络---“主机-终端”系统（20世纪50年代）早在20世纪50年代，人们为了共享计算机,利用通信线路，将多台终端设备连到一台计算机上，构成“主机-终端”系统。这种面向终端的计算机网络雏形，称之为第一代计算机网络。“主机-终端”系统的终端没有独立处理数据的能力，因此并不是真正意义上的计算机网络。但在这个阶段中，逐步开始了计算机技术与通信技术相结合的研究，是当代计算机网络发展的基础。中国政法大学计算机教研室（2014）“主机-终端”系统

通信控制处理机终端中央主机集线器终端应用实例：美国半自动地面防空系统(SAGE:Semi-AutomaticGroundEnvironment）)美国的航空订票系统(SABRE-1)

中国政法大学计算机教研室（2014）联机阶段特点系统组成：计算机――通信线路――终端终端只有CRT和键盘，仅完成输入／输出终端只与主机相连，终端间没有连接采用集中式计算模型，所有的处理都由中心计算机完成资源共享（终端用户共享主机的CPU、内存、外设）计算机体积庞大且价格很贵，维护费用高且对环境要求高本阶段的主要成果是进行了计算机技术与通信技术相结合的应用研究。网络的形成与发展中国政法大学计算机教研室（2014）第二代计算机网络

---以共享资源为目的的多机系统

（20世纪60年代）在20世纪60年代，计算机制造有了进一步发展且应用范围逐渐增大，一些部门有条件用到大、中型计算机系统，而且在地理位置分散的各个部门间的信息交换需求也越来越大，使得多个计算机系统之间直接进行通信变的迫切。于是就出现了机与机连接成为一个网络，以方便信息交换。在这种网络中，各个计算机都具有独立处理数据的能力，并且不存在主从关系。它实现了计算机和计算机之间的通信---即标志第二代网络的出现。中国政法大学计算机教研室（2014）60年代末计算机-计算机

通信控制处理机主机主机主机

通信控制处理机

通信控制处理机应用实例：1969年美国ARPANET：多台计算机互连网络的形成与发展第二代计算机网络中国政法大学计算机教研室（2014）第二代计算机网络第二代计算机网络，主要用于传输和交换信息，由于没有成熟的网络操作系统的支持，因此资源共享程度不高。处于这个阶段的计算机网络，主要特征在于用了分组交换技术。所谓分组，就是将一个报文（Message）划分成若干个较小的数据段，并给每个数据段添加控制信息，封装成一个组。在第二代计算机网络中，面向无连接的分组交换方式诞生了。中国政法大学计算机教研室（2014）计算机计算机计算机TTTTTTTTCCP：通信控制处理机计算机TTTCCPCCPCCPCCP多机互联逻辑结构网络的形成与发展在此阶段，产生的通信子网与资源子网的概念中国政法大学计算机教研室（2014）计算机多机互联阶段特点系统组成：计算机――计算机每台计算机都有自治能力--每台计算机都有自己的CPU、内存和外部设备。之间不存在主从关系，均独立操作数据通信、资源共享体积小，维护方便，对环境要求较低，20世纪60年代末兴起，典型代表ARPAnet（美国国防部高级研究计划署建立的计算机网）网络的形成与发展中国政法大学计算机教研室（2014）ARPAnet对计算机网络发展的贡献

完成计算机网络的定义、分类等描述；提出资源子网与通信子网两级网络结构；应用分组交换的数据交换方法；提出层次结构网络体系结构模型与协议体系；

TCP/IP协议发展。网络的形成与发展中国政法大学计算机教研室（2014）第三代计算机网络（20世纪70年代）

---基于个人计算机的局域网系统到了20世纪70年代中期，计算机网络已经发展到一个新的阶段，出现了众多的网络体系结构与网络协议，将这些网络协议和网络体系结构进行国际标准化处理是急需解决的。比如，IBM公司采用的是SNA网络体系结构，而DEC公司采用的是DNA数字网络体系结构，这两种网络体系结构存在着较大的差异，因此无法实现不同网络之间的互连，限制了计算机网络的发展。中国政法大学计算机教研室（2014）直到1977年，国际标准化组织（ISO，InternationalStandardsOrganization）制定了著名的计算机网络体系结构国际标准——开放系统互连参考模型（OSI/RM，OpenSystemInterconnection/ReferenceModel）。OSI/RM的产生，标志着第三代计算机网络的成熟，它对网络技术的发展产生了极其重要的影响。数据中国政法大学计算机教研室（2014）第三代计算机网络的主要特征是网络中所有的计算机遵守同一种网络协议，突出了资源共享（硬件、软件和数据）。如Internet用的是TCP/IP协议。中国政法大学计算机教研室（2014）第四代计算机网络（20世纪90年代）

---标准化的计算机网络系统—

互联网（信息高速公路）从20世纪90年代开始，微电子技术、大规模集成电路技术、光通信技术和计算机技术不断发展，为计算机网络技术的发展提供了有力的支持。而在Internet中实现了全球范围的电子邮件、WWW、文件传输、图像通信等数据服务，这些都对计算机网络的传输速度提出了更高的要求。由此可见，信息综合化和传输高速化是第四代计算机网络的特点。中国政法大学计算机教研室（2014）计算机网络技术正逐步走向系统化、科学化和工程化，它将进一步朝着开放、综合、高速、智能的方向发展，从而应用到更广泛的领域、满足用户更多的需求。发展方向：1、移动计算网络；2、Ad-Hoc(一种能够临时快速自动组网的移动网络);3、ASON(自动交换光网络)数据数据internet中国政法大学计算机教研室（2014）1.2计算机网络的概念网络的概念？将相互独立的计算机系统以通信线路相连接，按照网络协议进行数据通信，从而实现网络资源共享的计算机系统的集合。要更好地理解定义，应理解以下几个关键词：相互独立的计算机通信线路

网络协议资源共享中国政法大学计算机教研室（2014）1.3

计算机网络的组成

不同的计算机网络在网络规模、网络结构、通信协议和通信系统、计算机硬件及软件配置方面都有着很大的差异。无论网络的复杂程度如何，从系统组成上来说，一个计算机网络主要包括三大部分：

计算机系统

通信系统

网络软件及协议

中国政法大学计算机教研室（2014）1、计算机系统计算机系统主要完成数据信息的收集、存储、管理和输出的任务，并提供各种网络资源。计算机系统包括：主机（Host）---负责数据处理和网络控制，也是网络中的主要资源提供者,也称为服务器（server）终端（Terminal）---称为工作站（Workstation）中国政法大学计算机教研室（2014）2、数据通信系统

数据通信系统是连接网络的桥梁，它提供各节点间的连接和信息交换技术。主要包括：传输介质网络连接设备中国政法大学计算机教研室（2014）3、网络软件

网络的正常工作需要网络软件的控制。一方面授权用户对网络资源访问，帮助用户方便、快速地访问网络；另一方面，网络软件也能够管理和调度网络资源，提供网络通信和用户所需要的各种网络服务。网络软件一般包括网络操作系统、网络协议、管理和服务软件等。中国政法大学计算机教研室（2014）逻辑组成---通信子网和资源子网

通信子网主要负责网络的数据通信，为网络用户提供数据传输、转接、加工和变换等数据信息处理工作。通信子网由通信控制处理机、通信线路、网络通信协议以及通信控制软件组成。

资源子网主要用于网络的数据处理功能，向网络用户提供各种网络资源和网络服务。它主要由主机、终端、I/O设备、各种网络软件和数据资源组成。中国政法大学计算机教研室（2014）1.4计算机网络拓扑结构

拓扑结构与计算机网络拓扑计算机网络拓扑结构及特点计算机网络拓扑结构的选择

中国政法大学计算机教研室（2014）1、拓扑结构与计算机网络拓扑拓扑学是数学中一个重要的、基础性的分支。它最初是几何学的一个分支。它是把实际生活中的物体抽象为与其大小、形状无关的点，再将这些点之间的连接抽象为线段，以方便研究它们之间的关系。在计算机网络中，通常也借用这种方法来描述结点之间的连接方式：将处于网络中的计算机和通信设备抽象成结点，将结点之间的通信线路抽象成链路线条，这种由结点和线路连接组成的几何图形称为计算机网络拓扑结构。中国政法大学计算机教研室（2014）2、计算机网络拓扑结构的分类及其特点

网络的拓扑结构主要有：星型拓扑、总线型拓扑、环型拓扑、树型拓扑和网状拓扑。星型拓扑树型拓扑总线型拓扑环型拓扑网状拓扑中国政法大学计算机教研室（2014）（1）星型拓扑星型拓扑是由中央结点和通过通信链路连接到中央结点的各个站点组成。中国政法大学计算机教研室（2014）星型拓扑星型拓扑结构具有以下优点：

1）控制简单(介质访问控制方法和访问协议)易实现2）容易维护3）方便服务星型拓扑结构的缺点有：

1）电缆长度和安装工作量大

2）中央结点的负担较重，形成瓶颈一旦中央结点发生故障，则全网受影响，因而对中央结点的可靠性和冗余度方面的要求很高。

3）各站点的分布处理能力较低中国政法大学计算机教研室（2014）（2）树型拓扑

树型拓扑形状像一棵倒置的树，顶端是树根，树根以下带分支，每个分支还可再带子分支。树根接收各站点发送的数据，然后再广播发送到整个网络。树型拓扑的特点大多与总线型拓扑的特点相同，但也有一些特殊之处。中国政法大学计算机教研室（2014）树型拓扑树型拓扑的优点如下：

1）易于扩展

2）故障隔离较容易树型拓扑的缺点是：各个结点对根结点的依赖性太大，如果根结点发生故障，则整个网络都不能正常工作。从这一点来看，树型拓扑结构的可靠性类似于星型拓扑结构。中国政法大学计算机教研室（2014）（3）总线型拓扑

总线型拓扑结构采用一个信道作为传输媒体，所有站点都通过相应的硬件接口直接连到这一公共传输媒体上，该公共传输媒体即称为总线。任何一个站点发送的信号都沿着传输媒体传播，而且能被所有其他站点所接收。总线上所有结点对总线具有同等的访问权，共享总线。各结点发送数据采用随机争用的方式。中国政法大学计算机教研室（2014）总线型拓扑结构的优点：总线结构所需要的电缆数量少。总线结构简单，有较高的可靠性。易于扩充，增加或减少用户比较方便,维护方便。总线型拓扑的缺点：总线的传输距离有限，通信范围受到限制。故障诊断和隔离较困难。这种网络因为各节点是共用总线带宽的，所以在传输速度上会随着接入网络的用户的增多而下降；不能保证信息的及时传输，不具有实时功能。中国政法大学计算机教研室（2014）（4）环型拓扑

环型拓扑网络由站点和连接站点的链路组成一个闭合环。中国政法大学计算机教研室（2014）环型拓扑环型拓扑的优点如下：

1）电缆长度短

2）可使用光纤光纤的传输速率很高，十分适合于环型拓扑的单方向传输。环型拓扑的缺点如下：

1）结点的故障会引起全网故障因为环上的数据传输要通过接在环上的每一个结点，一旦环中某一结点发生故障就会引起全网的故障。

2）故障检测困难这与总线型拓扑相似，因为不是集中控制，故障检测需在网上各个结点进行，因此就不容易进行故障检测和隔离。

3）信道利用率低环型拓扑结构的媒体访问控制协议都采用令牌传递的方式，在负载很轻时，信道利用率相对来说就比较低。中国政法大学计算机教研室（2014）典型网络如：令牌环网（Token-Ring）在网上传输的是：令牌帧或数据帧。发送端：通过截获令牌，发送数据其他站：接收数据，比较地址，不符合延时1bit转发；符合接受，改变标识，再转发。中国政法大学计算机教研室（2014）（5）网状拓扑

网状拓扑。这种结构在广域网中得到了广泛的应用，它的优点是不受瓶颈问题和失效问题的影响。由于结点之间有许多条路径相连，可以为数据流的传输选择适当的路由，从而绕过失效的部件或过忙的结点。这种结构由于可靠性高，受到用户的欢迎。网状拓扑

中国政法大学计算机教研室（2014）3、计算机网络拓扑结构的选择

计算机网络拓扑结构的选择往往与传输媒体的选择及媒体访问控制方法的确定紧密相关。在选择网络拓扑结构时，应该考虑的主要因素有以下几点：可靠性：费用：灵活性：扩展或改动响应时间和吞吐量：中国政法大学计算机教研室（2014）1.5

计算机网络的分类

计算机网络分类的方法很多，对计算机网络进行分类时，根据其强调的网络特性不同，分类方法也不同，下面将介绍几种常用的分类方法。按网络覆盖范围分类按网络传输方式分类按服务方式分类按网络的拓扑结构分类按网络传输介质分类按网络的交换方式分类中国政法大学计算机教研室（2014）1、按网络覆盖范围分类计算机网络根据覆盖的地域范围与规模可以分为3类：局域网（LAN，LocalAreaNetwork）、城域网（MAN，MetropolitanAreaNetwork）和广域网（WAN，WideAreaNetwork）。中国政法大学计算机教研室（2014）局域网局域网是指在有限的地域范围内，把分散的计算机、终端、大容量存储器的外围设备、控制器、显示器等相互连接起来，进行高速数据通信的计算机网络。从功能的角度来看，局域网的服务用户个数有限，但是局域网的配置容易，速率高，一般可达4Mbps～2Gbps，使用费用也低。中国政法大学计算机教研室（2014）城域网

城域网所覆盖的地域范围限在一座城市的范围内，即10km～100km的区域。早期的城域网，采用光纤作为主干，在整个城市中分布，即为光纤分布式数据接口（FDDI，FiberDistributedDataInterface），目前正转向采用光纤作为主要的传输介质，通常采用基于IP交换的高速路由交换机或者采用ATM交换机作为交换结点的传输方案。城域网的数据传输速率较高，一般可达50Kbps～l00Kbps。现在已有主干带宽为千兆的光纤宽带城域网，可提供10/100/1000Mbps的高速连接。中国政法大学计算机教研室（2014）广域网

广域网在地域上可以覆盖跨越国界、洲界，甚至全球范围。目前，Internet是现今世界上最大的广域计算机网络，它是一个横跨全球、供公共商用的广域网络。除此之外，许多大型企业以及跨国公司和组织也建立了属于内部使用的广域网络。广域网利用公用分组交换网、卫星通信网和无线分组交换网，将分布在不同地区的局域网或计算机系统互连起来，从而达到资源共享的目的，其速率为9.6Kbps～45Mbps。中国政法大学计算机教研室（2014）2、按网络传输方式分类

计算机网络按照传输方式分类，可以分为广播式网络（BroadcastNetworks）和点-点式网络（Point-to-PointNetworks）两类，下面分别进行介绍。广播式网络点-点式网络

中国政法大学计算机教研室（2014）3、按服务方式分类

按照服务方式分类，可以将计算机网络分为对等网和客户机/服务器网络两种。对等网客户机/服务器网络中国政法大学计算机教研室（2014）对等网对等网中没有专用的服务器，在网络中的每一台计算机的地位都是平等的，即每一台计算机既是服务器又是客户机。网络中的每台计算机都可以与其他计算机对话，共享彼此的信息资源和硬件资源，一般而言，参与组网的计算机类型几乎都相同。中国政法大学计算机教研室（2014）客户机/服务器网络在计算机网络中，如果只有1台或者几台计算机作为服务器为网络上的用户提供共享资源，而其他的计算机仅作为客户机访问服务器中提供的各种资源，这样的网络就是客户机/服务器（c/s）网络。中国政法大学计算机教研室（2014）4、按网络传输介质分类

计算机网络按传输介质分类可以分为有线网和无线网两种。有线网指网络通过某种线形传输介质连接而成，如同轴电缆、双绞线以及光纤等。无线网指采用空气中的电磁波作为载体来传输数据的网络。无线网络的特点有连网费用较高、数据传输率高、安装方便、传输距离长、抗干扰性不强等。无线网包括无线电话、无线电视网、微波通信网、卫星通信网等。中国政法大学计算机教研室（2014）1.6计算机网络的功能和应用

计算机网络的功能计算机网络的主要应用中国政法大学计算机教研室（2014）1.6.1、计算机网络的功能计算机网络的主要功能包括数据通信、资源共享、提高计算机的可靠性以及提高系统处理能力等几个方面。资源共享数据通信提高计算机可靠性提高系统处理能力中国政法大学计算机教研室（2014）资源共享

资源共享是计算机网络的一个重要功能。在计算机网络中，资源共享包括硬件资源共享与软件资源共享这两个方面。硬件资源共享是指计算机的处理能力；软件资源共享包括数据资源和通用程序等。中国政法大学计算机教研室（2014）数据通信数据通信是计算机网络的基本功能，它使得网络中的计算机与计算机之间能够相互传输各种信息，对分布在不同地理位置的部门进行集中管理与控制。中国政法大学计算机教研室（2014）提高计算机可靠性

计算机网络可以提高计算机的可靠性。这是因为在单一的计算机系统中，如果计算机中的某个部件暂时失效，必须通过替换资源的办法来维持计算机系统的正常运行。而在计算机网络中存在着可替代的资源。中国政法大学计算机教研室（2014）提高系统处理能力

由于单一计算机的处理能力非常有限，而利用计算机网络，可通过网络中的计算机协同操作和并行处理来提高整个系统的处理能力，并使网内各计算机负载均衡。因此，通过计算机网络可以缓解用户资源缺乏的矛盾，使各种资源得到合理的调整。中国政法大学计算机教研室（2014）1.6.2、计算机网络的主要应用

随着Internet的日益普及，计算机网络已经在工业、农业、国防、科研、文化教育以及日常生活等各个领域得到广泛应用。从计算机网络的功能来看，计算机网络可应用于以下几个方面：文件和打印服务通信服务邮件服务Internet服务管理服务中国政法大学计算机教研室（2014）文件和打印服务文件服务指使用文件服务器提供数据文件、应用和磁盘空间共享的功能。文件服务是网络最初应用的功能，也是至今的基础应用之一。使用打印服务来共享网络上的打印机可以节省时间和资金。高质量的打印机价格很贵，但这种打印机可以同时为整个部门提供打印服务，因而使用网络打印服务不必为每位员工购买一台桌面打印机。同时，只使用一台打印机，维护和管理工作也会减少。中国政法大学计算机教研室（2014）通信服务

借助于网络通信服务，远程用户可以连接到网络。通常情况下，通信服务不能让网络用户连接到该网络之外的某台计算机。中国政法大学计算机教研室（2014）邮件服务

对于用户来说，邮件服务是网络最常用的功能。通过邮件服务可以保证在网络上进行电子邮件的传输，借助于电子邮件可以实现快捷方便的通信。邮件服务除提供发送、接收和存储电子邮件的功能外，还包含智能电子邮件路由、文档管理和到其他邮件服务器网络等功能。邮件服务可以运行在各种操作系统之上，可以连接到Internet，也可以隔离在组织内。中国政法大学计算机教研室（2014）Internet服务Internet作为全球覆盖面最广的网络，已经成为生活和商业活动中不可或缺的工具。Internet服务的概念包含很广，主要包括WWW服务器、文件传输功能、Internet编址模式及安全过滤等。中国政法大学计算机教研室（2014）管理服务

当网络规模较小时，一位网络管理员借助于网络操作系统的内部功能就可以很容易地管理网络。然而，随着网络越来越庞大、复杂，网络会变得很难管理。为跟踪大型网络运行情况，有必要使用特殊的网络管理服务。网络管理服务可以集中管理网络，并简化网络的复杂管理任务。中国政法大学计算机教研室（2014）管理服务随着网络技术的不断发展，各种网络应用将层出不穷，并将逐渐深入到社会的各个领域及人们的日常生活当中，改变着人们的工作、学习和生活乃至思维方式。中国政法大学计算机教研室（2014）习题（1）什么是计算机网络？它是如何发展而来的？（2）计算机网络由哪些部分组成？（3）什么是网络拓扑结构？各种网络拓扑结构的优缺点是什么？（4）了解局域网、城域网、广域网的概念，并从网络的规模、传输介质等方面进行仔细分析对比其不同之处。（5）对等网和客户机/服务器网络有什么区别？（6）计算机网络的功能主要有哪些？它主要应用在哪些方面？中国政法大学计算机教研室（2014）实验1、实验目的

1)

掌握网络的基本概念和术语。

2)

熟练掌握电子邮件E-mail的使用。

3)

了解Internet的发展过程，掌握获取Internet资源的方法。熟练掌握Internet搜索引擎Google、Yahoo等的使用。2、实验内容

中国政法大学计算机教研室（2014）2、实验内容

1）目前很多网站提供电子书籍及论文的下载，但其文件格式往往各不相同。请问常见的电子书籍文件格式有哪些？是不是都需要专门的阅读工具？应该如何选择合适的电子书籍阅读工具软件？并下载一本《计算机网络实用技术教程》电子书。

2）请找出PDF、CAJ、KDH

格式的电子文档各用什么工具软件打开，下载并安装这些软件。

3）请通过网络检索《计算机犯罪研究》，作者：杨晋平，下载并把它转换成doc格式文档保存。中国政法大学计算机教研室（2014）“数据交换”的形式有三种:

电路交换

报文交换(分组交换)中国政法大学计算机教研室（2014）电路交换的特点电路交换是面向连接的。电路交换的三个阶段：建立连接通信释放连接中国政法大学计算机教研室（2014）电路交换举例A和B通话经过四个交换机通话在A到B的连接上进行((((交换机交换机交换机交换机用户线用户线中继线中继线BDCA中国政法大学计算机教研室（2014）电路交换传送计算机数据效率低计算机数据具有突发性。这导致通信线路的利用率很低。中国政法大学计算机教研室（2014）报文分组交换的原理（1）在发送端，先把较长的报文划分成较短的、固定长度的数据段。0010假定这个报文较长不便于传输中国政法大学计算机教研室（2014）数据数据数据报文分组交换的原理（2）每一个数据段前面添加上首部构成分组。首部首部首部分组

1分组

2分组

3请注意：现在左边是“前面”中国政法大学计算机教研室（2014）分组交换的原理（3）分组交换网以“分组”作为数据传输单元。依次把各分组发送到接收端（假定接收端在左边）。数据首部分组

1数据首部分组

2数据首部分组

3中国政法大学计算机教研室（2014）分组首部的重要性每一个分组的首部都含有地址等控制信息。分组交换网中的结点交换机根据收到的分组的首部中的地址信息，把分组转发到下一个结点交换机。用这样的存储转发方式，分组就能传送到最终目的地。中国政法大学计算机教研室（2014）分组交换的原理（4）接收端收到分组后剥去首部还原成报文。数据首部分组

1数据首部分组

2数据首部分组

3收到的数据中国政