计算机导论课件第10章 计算机网络基础

第10章

计算机网络基础10.1初步认识计算机网络10.2计算机网络的构成10.1初步认识计算机网络任务1计算机网络的发展任务2计算机网络的功能任务3计算机网络的分类任务1计算机网络的发展[任务描述]本任务了解计算机网络的定义及其发展概况。[相关知识与技能]计算机网络涉及计算机和通信两个领域，是计算机技术和通信技术紧密结合的产物。计算机和通信的相互结合主要表现在两个方面：●通信网络为计算机之间的数据传输和交换提供了必要手段；●计算机技术的发展渗透到通信技术中，又提高了通信网络的各种性能。计算机与通信的结合，产生了计算机网络。任务1计算机网络的发展计算机网络是将分散在不同地理位置上的，具有独立功能的多台计算机系统、各种终端设备、外部设备及其它附属设备，通过通信设备和通信线路连接起来，在网络协议和网络操作系统的管理和控制下，实现数据通信、资源共享和分布处理的系统。计算机网络的发展，大致经历了四个阶段：1.远程终端联机阶段将计算机的远程终端通过通信线路与大型主机连接，构成以单个计算机为主的远程通信系统。系统中除一台中心计算机外，其余终端没有自主处理能力，系统的主要功能只是完成中心计算机和各终端之间的通信，各终端之间的通信只有通过中心计算机才能进行，因而又称为“面向终端的计算机网络”。任务1计算机网络的发展2.计算机网络阶段用高速传输线路将不同地点的计算机系统连接起来，甚至跨国连接，通过卫星传送信息等。系统中每台计算机都具有自主处理功能，不存在主从关系。在这个阶段中，出现了局域网（LAN）、城域网（MAN）、远程网（WAN）等网络。3.网络互连阶段不同网络之间实现连接。实现网络互连需要有一个大家共同遵守的标准，国际标准化组织（ISO）于1984年颁布了“开放系统互连基本参考模型”（OSI），该模型将计算机网络分成七个层次，促进了网络互连技术的发展。任务1计算机网络的发展4.信息高速公路阶段网络互连技术的发展和普及、光纤通信和卫星通信技术的发展，促进了网络之间在更大范围的互连。所谓信息高速公路，是把大量计算机资源用高速通信线路互连起来，实现信息的高速传送。计算机网络已经成为当今计算机技术发展各个方面中最具发展潜力和最活跃的方向之一，而且其发展的潜力十分强劲。现在，传统的通信方式在许多方面已经逐步由计算机技术和通信技术结合的计算机网络取代。任务1计算机网络的发展计算机网络可以使远距离的计算机用户相互通信、数据处理和资源共享，从而能实现远程通信、远程医疗、远程教学、电视会议、综合信息服务等功能。随着计算机技术和通信技术的发展，用于计算机网络的硬件和软件大量涌现，价格越来越便宜，操作越来越容易、方便，计算机网络已经成为人们工作和生活中不可缺少的工具，深受用户的欢迎，得到了越来越广泛的应用。任务2计算机网络的功能[任务描述]了解计算机网络的功能。[相关知识与技能]计算机网络的功能可归纳为以下几个方面：1.资源共享资源共享包括硬件资源、软件资源和数据资源的共享，网络中的用户能在各自的位置上部分或全部地共享网络中的硬件、软件和数据，如绘图仪、激光打印机、大容量的外部存储器等，从而提高了网络的经济性。软件或数据的共享避免了软件建设上的重复劳动和重复投资，以及数据的重复存储，也便于集中管理。通过

Internet可以检索许多联机数据库，查看到世界上许多著名的图书馆的馆藏书目等，就是数据资源共享的一个例子。任务2计算机网络的功能2.信息传输信息传输是计算机网络的基本功能之一。在网络中，通过通信线路可实现主机与主机、主机与终端之间各种信息的快速传输，使分布在各地的用户信息得到统一、集中的控制和管理。例如，可用电子邮件快速传递票据、帐单、信函、公文、语音和图像等多媒体信息，为大型企业提供决策信息，为各种用户提供及时的邮件服务。此外，还可提供“远程会议”、“远程教学”、“远程医疗”等服务。3.提高系统的可靠性在单机使用的情况下，如没有备用机，一旦计算机有故障便引起停机。当计算机连成网络后，网络上的计算机可以通过网络互为后备，提高了系统的可靠性。任务2计算机网络的功能4.分布处理分布处理是计算机网络研究的重点课题，可把复杂的任务划分成若干部分，由网络上各计算机分别承担其中一部分任务，同时运行，共同完成，大大加强了整个系统的效能。当网络中某一计算机负荷过重时，可将新的作业转给网络中其它较空闲的计算机去处理，以减少用户的等待时间，均衡各计算机的负担。

利用网络技术还可以把许多小型机或微型机连成具有高性能的计算机系统，使它具有解决复杂问题的能力，而费用却大为降低。5.系统便于扩充计算机网络中的主机是通过通信线路松耦合的，可以很灵活地中接入新的计算机系统，达到扩充网络系统功能的目的。任务3计算机网络的分类[任务描述]了解计算机网络的分类方法，以便进一步掌握计算机网络的基本知识。[相关知识与技能]1.根据组成计算机网络的地理范围大小的不同，可分为广域计算机网络（WAN）、城域网（MAN）和局域计算机网络（LAN）两种。⑴广域网（WAN）又称远程网，组成网络的各计算机之间地理分布范围广，组网费用很高，一般利用公用传输网络来组成。广域网的作用范围通常为几十公里到几千公里，常用于一个国家范围或更大范围内的信息交换，能实现较大范围内的资源共享和信息传送。远程网的通信设备通常使用公共的通信设备、地面无线电通信和卫星通信等设施，常常应用在铁道管理、银行核算和科技教育信息交换等各个方面。任务2计算机网络的功能⑵局域网（LAN）又称局部网，组成网络的各计算机地理分布范围较窄，一般用微型计算机通过高速通信线路相连。局域网的作用范围通常限定在有限的地理范围内，例如，在一个单位或几幢相近的大楼范围内的计算机网络，连网计算机之间的距离一般在几米至几公里范围内。局域网的通信线路一般为电话线、同轴电缆、双绞线和光纤电缆等。⑶城域网（MAN）又称为都市网，其作用范围在广域网和局域网之间，一般为一个城市。2.按网络的使用范围划分，可将计算机网络分为公用网和专用网。⑴公用网：由国家电信部门组建、控制和管理，为全社会提供服务的公共数据网络，凡是愿意按规定交纳费用的都可以使用。⑵专用网：由某部门或公司组建、控制和管理，为特殊业务需要而组建的，不允许其它部门或单位使用的网络。【任务描述】了解计算机网络的分类方法，进一步掌握计算机网络基本知识。【相关知识与技能】根据组成计算机网络的地理范围，可分广域网（WAN）、城域网（MAN）和局域网（LAN）3种。（1）广域网（WAN）。又称远程网，组成网络的计算机地理分布范围广，组网费用高，一般利用公用传输网络组成。广域网的作用范围通常为几十公里到几千公里，常用于一个国家范围或更大范围内的信息交换，能实现较大范围内的资源共享和信息传送。远程网的通信设备通常使用公共的通信设备、地面无线电通信和卫星通信等设施，经常应用在铁道管理、银行核算和科技教育信息交换等各个方面。（2）局域网（LAN）。又称局部网，组成网络的各计算机地理分布范围较窄，一般用微型计算机通过高速通信线路相连。局域网的作用范围通常限定在有限的地理范围内，例如在一个单位或几幢相近的大楼范围内的计算机网络，连网计算机之间的距离一般在几米至几公里范围内。局域网的通信线路一般为电话线、同轴电缆、双绞线和光缆等。（3）城域网（MAN）。又称都市网，其作用范围在广域网和局域网之间，一般为一个城市。按网络的使用范围划分，可将计算机网络分为公用网和专用网。（1）公用网：由国家电信部门组建、控制和管理，为全社会提供服务的公共数据网络，凡是愿意按规定缴纳费用的用户都可以使用。（2）专用网：由某部门或公司组建、控制和管理，为特殊业务需要而组建的，不允许其他部门或单位使用的网络。任务3计算机网络的分类10.2计算机网络的构成任务4计算机网络的组成任务5计算机网络的拓扑结构任务6网络软件任务7局域网的基本组成任务4计算机网络的组成[任务描述]了解计算机网络的组成。[相关知识与技能]计算机网络由计算机通过通信线路互连而成，用户通过终端访问网络。从组成网络的设备或系统功能看，网络由通信子网和资源子网构成。1.资源子网由多台地理位置不同的计算机系统及终端设备组成，有些网络还有大容量的硬盘、高速打印机和绘图仪等供网络用户共享的外部设备，这些设备统称网络节点，主要功能是提供网中共享硬件、软件和数据库等资源，承担面向应用的数据处理工作，提供数据处能力、数据存储能力、数据管理能力、数据输入输出能力以及其他数据资源。任务4计算机网络的组成不一定所有网络资源都能为所有用户共享，取决于设计和应用要求。软件资源包括本地系统软件、应用软件、用于实现和管理共享资源的网络软件。2.通信子网由传输介质、通信设备和通信软件组成，主要功能是进行数据传输、数据交换和通信控制，为用户共享网络资源提供通信手段和通信服务。通信子网把资源子网中的各种资源连接起来，以实现资源子网中各种资源之间的信息交流和资源共享。任务4计算机网络的组成[知识拓展]计算机网络的物理构成主要包括：⑴主计算机（主机）：资源子网的关键设备，主要担负数据处理、执行网络协议、进行网络控制和管理等工作，包括供用户访问的数据库。⑵终端：用户访问网络的设备，主要作用是把用户输入的信息转换为适合于传送的信息并送到网络上，或把网络上其它节点通过通信线路传送来信息转换为用户能识别的信息。智能终端还具有一定的运算、处理和管理能力。⑶通信控制处理机（CCP）：简称通信控制器，执行通信控制功能的专用计算机，主要作用是承担通信控制与管理工作，减轻主机的负担。任务4计算机网络的组成⑷调制解调器：把计算机数字信号和模拟信号进行转换，借助Modem可以进行远距离通信，并可实现多路复用。⑸集中器：集线器（HUB），可使多个网络用户共用一条传输线访问网络。⑹多路复用器（MUX）：将多个分离的信号组合在一个传输媒介段上的设备，可实现多路信号同时传输，有效地利用整个传输媒介的带宽，提高信道的利用率。⑹通信线路：传输信息的载波媒体。任务5计算机网络的拓扑结构[任务描述]学习拓扑与拓扑结构的定义，理解局域网中常见的拓扑结构。[相关知识与技能]拓扑：一种研究与大小、形状无关的线和面构成图形的特性的方法。网络拓扑：各种网络构成图形的共同基本性质的研究。网络由一组节点（Node）和连接节点的链路组成。节点：分两类，转接节点（支持网络线路连续作用，通过连接的链路来转发信息，如电话交换机、集线器等）和访问节点（可以存储、处理、发送和接收信息的端点）。计算机网络的拓扑结构实质上是信道分布的拓扑结构。任务5计算机网络的拓扑结构不同的拓扑结构可使信道的访问技术、通信性能、设备开销等各不相同，分别可适用于不同的场合。信道的拓扑结构分为两类：点到点信道和广播信道。局域网中，构成网络服务器、工作站等设备通过电缆在物理上连接起来的形式，称为网络的拓扑结构。局域网的拓扑结构形状是网络接点位置和互连的几何布局，即连接到网络上的工作站（又称节点）互连的几何构形。任务5计算机网络的拓扑结构局域网的拓扑结构分为星形、环形、总线形和树形等，特殊网络有采用全互连结构。1.星形结构网络有一个中央节点，其它节点（工作站、服务器等）通过通信电缆与中央节点直接相连。图11-1(A)。任何两个节点之间通信都要通过中心节点进行。一个节点要传送数据时，先向中央节点请求，要求与目的节点建立连接，连接建立后，该节点才能向目的节点发送数据。优点是数据传输不会发生碰撞，系统增加节点成本低，容易扩充。对较大型的网络系统，到达中央节点的线路较多，存在通信调度和管理问题，中央节点结构比较复杂，一旦中央节点发生故障，整个网络将瘫痪。星形结构需要大量的电缆。图10-1星形拓扑结构和环形拓扑结构任务5计算机网络的拓扑结构2.环形结构网络中各节点连接成一个封闭环路，各节点之间数据传输单向，即数据沿一个方向在网上各节点之间环行传输，传输的数据都有地址信息。图11-1(B)。可以将网络延伸到较远的距离，电缆费用较低。电缆连接自我闭合，环路中发生断接会导致整个系统失效。任务5计算机网络的拓扑结构3.总线结构网络中各节点通过连接器连接到一条公共总线上，总线主干两端必须安装终端器。图10-2(A)。一个节点发出的信息，其它节点都可以收到。每个节点发出的信息包都带目的地址，各节点都对网上传输信息包的地址检查，接收与本节点地址相符的信息包。电缆较少，节点安装和拆卸简单，某个节点故障对整个网络不产生影响，系统可靠性较高。网络上所有节点共享一条总线电缆，传输电缆在高流量环境会成为网络的“瓶颈”，任何电缆故障都会导致整个网络瘫痪。任务5计算机网络的拓扑结构4、树形结构总线结构上加分叉而形成，不允许有闭合回路存在。图10-2(B)。总线结构的一般形式。和总线结构一样，一个节点发送信息，所有网上的节点都可能接收。在单个局域网络系统中采用不多，如果把多个总线网或星形网连接在一起，或连接到另一个大型机或一个环形网上，可形成树形拓扑结构。树形结构非常适合于分主次、分等级的层次型管理系统。图10-2总线拓扑结构和树形拓扑结构任务5计算机网络的拓扑结构[知识拓展]信道：信号的传输通道，分物理信道和逻辑信道。物理信道：用来传递信号的一条物理通道，由传输介质和相关设备组成。按使用的传输介质不同，信道可分有线信道和无线信道。有线信道：可以是架空明线、同轴电缆、光钎电缆及微波导管等信道。无线信道：可以是微波信道、短波信道等。信道传送信号的频率宽度（最高频率和最低频率之差）称信道的带宽。任务6网络软件[任务描述]学习网络协议的基本知识，理解OSI通信协议、IEEE802通信协议和TCP/IP通信协议，了解网络操作系统的功能，以便进一步掌握计算机网络的基本知识。[相关知识与技能]网络的资源共享、用户通信、访问控制、文件管理等功能，都要由网络软件来实现。网络软件主要包括网络协议软件、网络通信软件和网络操作系统。1.网络协议网络由多种计算机和各类中断通过通信线路连接起来的复杂系统。网络通信必须按照双方事先约定的规则进行。这些规则规定了传输数据的格式和有关的同步问题。任务6网络软件协议：两点之间信息传输的规则，包括检验传输错误的硬件和软件规则与过程。这些为进行网络数据交换而建立的规则、标准或约定称为网络协议。协议由字符集、用于信息定时和定序的规则集、检错和纠错过程组成。检错的常用手段有奇偶校验、字符回送、检验和、循环冗余检测（CRC）等。网络协议是计算机网络中不可缺少的重要组成部分，是网络赖以工作的保证。网络离不开通信，通信离不开协议。协议规定了有关功能部件在通信过程中的操作。网络系统的通信结构采用分层结构的方法。任务6网络软件2.网络的标准化组织标准由某些团体组织制定，这些团体组织可能是专业团体，也可能是政府或国际性的公司等。为计算机网络制定标准的组织主要有三个：⑴国际标准化组织ISO，世界最著名的国际标准组织之一，主要由美国国家标准组织与其它国家的国家标准组织代表所组成。ISO对网络最主要的贡献是为开放式系统互连OSI建立的参考模型。⑵国际电子电器工程师协会IEEE，世界上最大的专业组织之一。对网络的主要贡献是对IEEE802协议的定义（主要用于局域网）。任务6网络软件⑶ARPA或称DARPA由美国国防部组成，从二十世纪六十年代以来不断致力于研究不同种类计算机间的互相连接，如著名的TCP/IP与FTP协议。3.网络操作系统整个网络的核心。支持网络管理、数据通信，允许数据通信软件在系统上正常运行，进行接口控制、流控制、运行速率控制，支持拨号服务、文件传输协议、电子邮件服务、电子公告牌系统等。目标是在用户和网络资源之间形成一个操作管理机构。这个管理机构应该是计算机软件和通信协议的综合，并与单机操作系统提供同等的服务能力。任务6网络软件简单地说，理想的网络操作系统必须对使用所有网络资源提供方便、一致和可控的存取方法；能调节资源之间的不兼容性，使它们能共同被利用；能支持对信息和文件的存取控制，并对资源的利用进行统计；能及时提供现有网络资源的状态信息。网络操作系统具有单机操作和网络管理的双重功能。启动网络操作系统前，网络系统中各独立系统互不干扰，能够独立进行工作。网络操作系统启动后，网络系统中各相对独立系统之间需要通信时，网络操作系统可提供多用户系统的功能。任务7局域网的基本组成[任务描述]学习局域网的基本组成，了解各部分的主要功能。[相关知识与技能]局域网通常建立在集中的工业区、商业区、政府部门和大学校园中，主要用于信息和过程管理、办公自动化、工业自动化、计算机辅助教学、银行系统、商业系统及校园网等方面。任务7局域网的基本组成1.局域网的硬件组成通常包括：网络服务器、工作站、网络适配器、通信电缆等。⑴网络服务器（文件服务器），网络核心，负责管理网络系统中的文件系统，提供网络共享打印服务，处理工作站之间的通信，响应工作站上网请求等。网络服务器可以连接多种设备，如硬盘、打印机、调制解调器等，以供各工作站的用户使用，实现设备、资源共享。网络软件、公共数据库等一般也是安装在网络服务器上。任务7局域网的基本组成⑵工作站：通过网卡和通信电缆连接到网络服务器上，每台工作站仍保持微机的原有功能。工作站通过网络对网络服