01 第1章 计算机网络概述

计算机网络技术（第3版）第1章计算机网络概述本章学习目标：掌握计算机网络的定义了解计算机网络的发展过程历史了解计算机网络的功能与应用理解计算机网络的系统组成掌握计算机网络的分类掌握计算机网络拓扑结构的类型1.1计算机网络的定义和发展历史1.计算机网络的定义2.计算机发展历史远程终端联机阶段计算机网络阶段计算机网络互联阶段Internet与信息高速公路阶段1.1.1计算机网络的定义计算机网络

是指将分布在不同地理位置具有独立功能的多台计算机及其外部设备，用通信设备和通信线路连接起来，在网络操作系统和通信协议及网络管理软件的管理协调下，实现资源共享、信息传递的系统。1.1.1计算机网络的定义从物理结构上看

计算机网络可看做，在各方都认可的通信协议控制下，由若干拥有独立操作系统的计算机、终端设备和通信控制处理机等组成的集合。从应用和资源上看计算机网络就是把地理上分散的、具有独立功能的计算机系统的资源，以能够共享的方式连接起来，以便相互间共享资源、传输信息。1.1.1计算机网络的定义所谓的网络资源包括硬件资源（如大容量磁盘、打印机等）软件资源（如工具软件、应用软件等）数据资源（如数据文件和数据库等）。1.1.2计算机网络的发展历史远程终端联机阶段计算机网络阶段计算机网络互联阶段Internet与信息高速公路阶段第1代：远程终端联机阶段20世纪50年代初由于美国军方的需要，美国半自动地面防空系统进行了计算机技术与通信技术相结合的尝试。将远程雷达和其他测量设施测到的信息与一台IBM计算机连接，进行集中的防空信息处理与控制。●分时多用户操作系统的诞生●利用通信线路将远程终端连接到主机，不受地域限制地使用计算机的资源，并发展出了一系列通信设备。实现此目的的前提第1代：远程终端联机阶段典型案例：美国半自动地面防空系统SAGEComputerTTTPSTN第1代：远程终端联机阶段面向终端的计算机网络是以单个计算机为中心的远程联机系统。所谓联机系统，就是由一台中央主计算机连接大量的地理上处于分散位置的终端。终端一般只有输入输出功能，不具备独立的数据处理能力。这类简单的“终端—通信线路—计算机”系统，形成了计算机网络的雏形。典型结构如图所示。图中Modem代表调制解调器，它是利用模拟通信线路远程传输数字信号必须附加的设备;T代表终端（Terminal）。第2代：计算机网络阶段美国国防部高级研究计划局（ARPA）与麻省剑桥的BBN公司进行计算机之间的远程互联研究，组建了著名的ARPANET。1969年12月●标志着以资源共享为目的的计算机网络的诞生●提出了资源子网、通信子网的两级网络结构的概念●研究了报文分组交换的数据交换方法●采用了层次结构的网络体系结构模型与协议体系●促进了TCP/IP协议的发展，为Internet的形成与发展奠定了基础ARPANET的贡献第2代：计算机网络阶段此后，计算机网络得到了迅猛的发展，各大计算机公司都相继推出了自己的网络体系结构和相应的软硬件产品。用户只要购买计算机公司提供的网络产品，就可以通过专用或租用通信线路组建计算机网络。它们都是自成体系的系统，很难实现相互之间的互连，由此又称它们为“封闭”的系统。第3代：计算机网络互联阶段为了使不同体系结构的计算机网络都能互连，国际标准化组织ISO于1984年正式颁布了一个能使各种计算机在世界范围内互连成网的国际标准ISO7498，简称OSI/RM。20世纪70年代中期20世纪80年代ISO与CCITT等组织分别为参考模型的各个层次制定了一系列的协议标准，组成了一个庞大的OSI基本协议集，大大地推动额计算机网络的发展。第3代：计算机网络互联阶段OSI/RM由七层组成，所以也称OSI七层模型。开放式标准化网络指的就是遵循“开放系统互连基本参考模型”标准的网络系统。它具有统一的网络体系结构，遵循国际标准化协议。OSI/RM的提出，开创了计算机网络的新时代。第4代：Internet与信息高速公路阶段20世纪90年代●Internet自诞生以来就呈爆炸式的发展，是全球规模最大、覆盖面积最广的计算机互联网●1993年，美国宣布建立NII（国家信息基础设施）后，全世界许多国家纷纷制定和建立本国的NII，从而极大地推动了计算机网络技术的发展，使计算机网络进入了一个崭新的阶段。●Internet已经成为人类最重要的、最大的知识宝库。1.2计算机网络的功能和应用功能（1）实现计算机系统的资源共享（2）实现数据信息的快速传递（3）提高可靠性（4）提供负载均衡与分布式处理能力（5）集中管理（6）综合信息服务应用（1）办公自动化（2）管理信息系统（3）过程控制（4）互联网应用（如电子邮件、信息发布、电子商务、远程音频与视频应用）1.2.1计算机网络的功能（1）实现计算机系统的资源共享计算机网络的最基本功能之一。共享资源包括硬件、软件和数据。硬件打印机、高速处理器、大容量存储设备和昂贵的专用外部设备等。软件各种语言处理程序、服务程序和很多网络软件。数据各种数据库、数据文件等。1.2.1计算机网络的功能（2）实现数据信息的快速传递分布在不同地域的计算机系统可以及时、快速地传递各种信息。如股票和期货交易、电子邮件、网上购物、电子贸易。（3）提高可靠性所有文档可以在多台计算机上留有副本，如果其中之一不能使用（由于硬件故障），还可以使用其他副本。另外，多处理机的出现，意味着如果其中一台机器出现了故障，其余的处理机仍然可以分担它的任务。1.2.1计算机网络的功能（4）提供负载均衡与分布式处理能力负载均衡，是计算机网络的一大特长。例如：大型ICP（网络内容提供商)，在全世界多个地方，放置了内容相同的WWW服务器，通过一定的技术，使不同地域的用户，看到放置在离他最近的服务器上的相同页面。分布式处理是，把任务分散到网络中不同的计算机上并行处理。这样可以大大提高效率和降低成本。1.2.1计算机网络的功能（5）集中管理对地理位置上分散的组织可通过计算机网络来实现集中管理。如：飞机、火车订票系统，银行通兑通存业务系统，证券交易系统，数据库远程检索系统，军事指挥决策系统（5）综合信息服务网络的一大发展趋势是多维化，即在一套系统上提供集成的信息服务，包括来自政治、经济、生活等各方面的资源，同时还提供多媒体信息，例如：图像、语音、动画等。1.2.2计算机网络的应用（1）办公自动化随着时代的发展，人们已经不满足于用微机进行文字处理及文档管理，也不满足传真机、复印机等第一代办公自动化设备的使用，现在人们要求把同一个单位的微机、数字复印机、数字打印机等连成网络，可靠、高效地完成公文处理、会议管理、信息发布、车辆调度等各项业务。1.2.2计算机网络的应用（2）管理信息系统

对于现代化的企业，计算机网络的应用给现代管理信息系统提供了网络平台，企业内的各个子系统，例如计划统计、劳动人事、仓库设备、生产管理、财务管理及厂长经理查询子系统，可以在计算机网络上运行，网络可以实现各个子系统数据信息的共享和数据信息的传输，提高了企业的管理水平，企业信息化水平的不断提高都是以网络应用为基础的。1.2.2计算机网络的应用（3）过程控制

在现代化的工厂里，各生产车间的生产过程和自动化控制可以用网络来相互通信、交换数据，控制各种设备协调工作。这样，可以大大提高生产效率，提高产品质量，从而有效地增加效益。1.2.2计算机网络的应用（4）互联网应用电子邮件（E-mail）

是Internet最早的应用之一，出现在20世纪70年代。信息发布

随着WWW的飞速发展，越来越多的企业、政府、学校甚至个人都建立起了自己的网站（Website）。

上网查询信息是快速获得所需信息的重要手段。Internet已经成为继报纸、广播、电视之后的“第四媒体”。

1.2.2计算机网络的应用（4）互联网应用电子商务(E-Commerce)

是Internet应用的第三阶段，是网络技术直接促进商品经济发展的最尖端应用。（了解B-B,B-C,B-G,C-C）远程音频与视频应用

计算机技术的发展及网络通信技术的长足进步使得跨地区甚至跨国界的声音、图像传递成为现实。

例如：视频点播（VOD）服务，IP电话，网上可视电话，远程多媒体教学，网上医院、影像传输。1.3计算机网络的系统组成计算机网络,是指位于不同地点，具有独立功能的多个计算机系统，通过通信设备和线路互相连接起来，使用功能完整的网络软件来实现网络资源共享的系统。

从拓扑结构上看：由网络节点和通信链路构成从逻辑功能上看：由通信子网和资源子网构成从系统组成上看：由网络硬件系统和网络软件系统构成1.3传统计算机网络的基本结构1.3计算机网络实际结构1.3现代计算机网络实际结构1.3.1网络节点计算机网络中的节点，又称网络单元，一般可分为三类：访问节点、转接节点和混合节点。访问节点，又称端节点，是指拥有计算机资源的用户设备。

主要起信源和信宿的作用。转接节点，又称中间节点，是指那些在网络通信中，起数据交换和转接作用的网络节点。这些节点拥有通信资源，具有通信功能。常见的有：集线器、交换机、路由器等。混合节点，也称为全功能节点，是指那些既可以作为访问节点，又可以作为转换节点的网络节点。1.3.1通信链路通信链路是指，两个网络节点之间传输信息和数据的线路。链路可用各种传输介质实现，如双绞线、同轴电缆、光缆、卫星、微波等无线信道。通信链路又分为物理链路和逻辑链路。物理链路，是一条点到点的物理线路，中间没有任何交换节点。逻辑链路，是具备数据传输控制能力，在逻辑上起作用的物理链路。在物理链路上加上用于数据传输控制的硬件和软件，就构成了逻辑链路。只有在逻辑链路上才可以真正传输数据，而物理链路是逻辑链路形成的基础。1.3.2资源子网资源子网包括各种计算机和相关的硬件、软件。“资源子网”由拥有资源的主机系统、请求资源与服务的用户终端、终端控制器、通信子网的接口设备、软件资源、硬件共享资源和数据资源等组成。1.3.2通信子网通信子网是连接这些计算机资源并提供通信服务的连接线路。通信子网提供网络通信功能，完成全网主机之间的数据传输、交换、控制和变换等通信任务。负责全网的数据传输、转发及通信处理等工作。通信子网从硬件角度看，通信子网由路由器、通信线路和其他通信设备组成。通信控制处理机（communicationcontrolprocessor，CCP），通信线路，信号变换设备。通信子网有两种类型：（1）公用型（如公用计算机互联网CHINANET）（2）专用型（如各类银行网、证券网等）1.3.3网络硬件系统网络硬件系统是指构成计算机网络的硬设备，包括各种计算机系统、终端及通信设备。常见的网络硬件有：（1）主机系统（2）终端（3）传输介质（4）网卡（5）集线器（6）交换机（7）路由器1.3.3网络硬件系统——主机系统主机系统，是计算机网络的主体。按在网络中的用途和功能的不同，可分为工作站和服务器两大类。1.3.3网络硬件系统——主机系统（1）服务器服务器（Server）是网络的核心设备，拥有数据库程序等可共享的资源，担负数据处理任务。如图所示,它分为文件服务器、打印服务器、应用系统服务器和通信服务器等。1.3.3网络硬件系统——主机系统

①文件服务器。文件服务器(FileServer)能将其大容量磁盘存储空间提供给网络上的工作站（或称为客户端）使用,并接受工作站发出的数据处理、存取请求。②打印服务器。简单地说,打印服务器(PrintingServer）就是安装网络共享打印机的服务器，接受来自各工作站的打印任务，并将打印内容存入打印机的打印队列中，当在队列中轮到该任务时，就将其送到打印机打印输出。③应用系统服务器。应用系统服务器(ApplicationSystemServer)运行客户端/应用程序的服务器端软件,它往往保存大量的信息供用户查询。在客户端上运行客户端程序。客户端程序向应用系统服务器发送查询请求，服务器处理查询请求,并将查询的结果返回给客户端。④通信服务器。通信服务器(CommunicationServer）负责处理本网络与其他网络的通信,或者通过通信线路处理远程用户对本网络的数据传输。1.3.3网络硬件系统——主机系统（2）工作站工作站(Workstation）就是共享网络资源的计算机，是用户进行信息交换的界面，它需要运行网络操作系统的客户端软件。如Windows2000Professional、Windows98等,如图所示.1.3.3网络硬件系统（2）终端

终端不具备本地处理能力，不能直接连接到网络上，只能通过网络上的主机与网络相连发挥作用。

常见的终端有：显示终端、打印终端、图形终端等。（3）传输介质

传输介质的作用是在网络设备之间构成物理通路，以便实现信息的交换。

最常见的传输介质类型是同轴电缆、双绞线和光纤。1.3.3网络硬件系统（4）网卡

网卡是提供传输介质与网络主机的接口电路，实现数据缓冲器的管理、数据链路的管理、编码和译码。（5）集线器

集线器是计算机网络中连接多个计算机或其他设备的连接设备，是对网络进行集中管理的最小单元。

集线器的主要功能是放大和中转信号，它把一个端口接受的全部信号向所有端口分发出去。1.3.3网络硬件系统（6）交换机

交换机是用来提高网络性能的数据链路层设备，是一个由许多高速端口组成的设备，连接局域网网段或连接基于端到端的独立设备。

如果把集线器中的数据传输理解成数据包根据红绿灯的控制穿过路口，那么交换机就可以相应地理解成没有红绿等的立交桥。（7）路由器

路由器是网络层的互联设备，路由器可以实现不同子网之间的通信，是大型网络提供效率、增加灵活性的关键设备。1.3.3网络软件系统

网络软件主要包括网络通信协议、网络操作系统和各类网络应用系统。（1）服务器操作系统常见的有：Novell公司的NetWare、微软公司的WindowsNTServer、Unix系列及Linux系列。（2）工作站操作系统常见的有：Windows98、Windows2000及WindowsXP等。（3）网络通信协议（4）设备驱动程序（5）网络管理系统软件（6）网络安全软件（7）网络应用软件1.4计算机网络的分类1.按计算机网络覆盖范围分类局域网（LAN）、城域网（MAN）、广域网（WAN）2.按计算机网络拓扑结构分类星型网、环型网、总线型网、树型网、网型网3.按网络的所有权划分公用网、专用网4.按照网络中计算机所处的地位划分对等局域网、基于服务器的网络（也称为客户机/服务器网络）。

1. 局域网（localareanetwork，LAN）就是局部区域内，通过高速线路，互连而成的较小区域内的计算机网络。在局域网中，所有的计算机及其他互连设备的分布范围一般在有限的地理范围内。局域网的本质特征是，分布距离短、数据传输速度快。目前，应用最多的是“共享式局域网”和“交换式局域网”两种类型。1.4.1按计算机网络覆盖范围分类

2.城域网（metropolitanareanetwork，MAN）城域网覆盖的地理范围可以从几十公里到几百公里。人们通常使用WAN的技术去构建与MAN目标范围、大小相当的网络。1.4.1按计算机网络覆盖范围分类

3.广域网（wideareanetwork，WAN）广域网又称“远程网”。广域网覆盖的地理范围可以从几十公里到上千公里，甚至是上万公里，因此，可跨越城市、地区、国家甚至几个大洲。广域网的通信子网可以利用各种公共网络。1.4.1按计算机网络覆盖范围分类1.4.1按计算机网络覆盖范围分类由于网络覆盖范围和计算机之间互连距离不同，所采用的网络结构和传输技术也不同，因而形成不同的计算机网络。类型分布范围传输速率覆盖范围局域网ＬＡＮ２.５ｋｍ左右１０～１００Ｍｂｐｓ一个部门、一栋建筑物、一个校园、一个公司城域网ＭＡＮ５～５０ｋｍ５０Ｍｂｐｓ以上一个城市内大量的企业、公司、机关、学校、住宅区等广域网ＷＡＮ几十～几千ｋｍ１００Ｋｂｐｓ左右一个国家或洲际网因特网就是典型的广域网1.4.2按计算机网络拓扑结构分类网络拓扑,是指网络连接的形状，或是网