数据通信与网络技术 课件 第1章 计算机网络概述

第1章计算机网络概述本章提要计算机网络的形成与发展计算机网络的概念与功能（重点）计算机网络的组成、分类（重点）计算机网络的拓扑结构（重点）计算机网络的体系结构（重点）计算机网络案例介绍1.1计算机网络的形成与发展计算机网络的形成：具有通信功能的单机系统具有通信功能的多机系统计算机-计算机网络1.具有通信功能的单机系统由单用户独占一个系统发展到分时多用户系统，即多个终端用户分时占用主机上的资源。1.具有通信功能的单机系统前端机：即通信控制处理机，完成通信任务；集中器

负责从终端到主机的数据集中负责从主机到终端的数据分发TTT集中器主机前端机2.具有通信功能的多机系统随着计算机应用的发展，出现了多台计算机互联的需求，以达到计算机资源共享的目的。美国防部提出ARPAnet是计算机网络技术发展的一个重要里程碑。其主要贡献如下：1)完成了对计算机网络的定义、分类2)提出了资源子网、通信子网的概念3)研究了报文分组交换的数据交换方法4)采用层次结构与协议体系2.具有通信功能的多机系统主机通信装置通信装置通信装置主机前置机公用电话网3.计算机—计算机网络随着计算机技术和通信技术的进一步发展，将多个单处理机联机终端网络互相连接起来，形成了以多处理机为中心的网络。建立了OSI参考模型和TCP/IP参考模型因特网主机主机PC机实例：Internet结构示意图

通信子网路由器路由器路由器路由器路由器路由器主机局域网主机局域网主机局域网主机局域网路由器路由器路由器路由器服务器服务器服务器服务器4.计算机网络的快速发展20世纪80年代中期20世纪90年代中期迅猛发展以商业化后达到5000万用户为例：

电视用了13年，收音机用了38年，电话更长Internet商业化后用了4年时间分布式网络：任何一个节点都至少跟其他两个节点直接相连，具有更高的可靠性。1.2计算机网络的概念与功能

1.计算机网络的概念利用通信设备和通信线路，将分布在地理位置不同的、功能独立的多个计算机系统连接起来，以功能完善的网络软件（网络通信协议及网络操作系统等）实现网络中资源共享和数据通信的系统。HOSTAHOSTBHOSTC1.2计算机网络的概念与功能计算机网络的主要特点：1)资源共享

2)数据通信3)分布式处理4)提高系统的可靠性1.2计算机网络的概念与功能2.计算机网络的功能：1)资源共享

2)数据通信3)分布式处理4)提高系统的可靠性1.3计算机网络的组成、分类与拓扑结构1.3.1计算机网络的组成从资源构成来划分：网络软件网络硬件从网络的功能上来划分：资源子网通信子网网络协议软件实现网络协议功能，如TCP/IP、IPX/SPX

、NetBEUI等网络操作系统网络管理软件和网络应用软件1.3.1计算机网络的组成网络软件TCP/IP互联网的基础协议，没有它就根本不可能上网，任何和互联网有关的操作都离不开TCP/IP协议。不过TCP/IP协议也是这三大协议中配置起来最麻烦的一个，单机上网还好，而通过局域网访问互联网的话，就要详细设置IP地址，网关，子网掩码，DNS服务器等参数。

1.3.1计算机网络的组成NetBEUITCP/IP尽管是目前最流行的网络协议，但在局域网中的通信效率并不高。NetBEUI即NetBiosEnhancedUserInterface。它是NetBIOS协议的增强版本，曾被许多操作系统采用，例如WindowsforWorkgroup、Win9x、WindowsNT等。NetBEUI协议是一种短小精悍、通信效率高的广播型协议，安装后不需要进行设置，特别适合于在“网络邻居”传送数据。所以建议除了TCP/IP协议之外，局域网的计算机最好也安上NetBEUI协议。

1.3.1计算机网络的组成IPX/SPXIPX/SPX协议是Novell开发的专用于NetWare网络中的协议，但是现在也非常常用，大部分可以联机的游戏都支持IPX/SPX协议，比如星际争霸，反恐精英等等。虽然这些游戏通过TCP/IP协议也能联机，但显然还是通过IPX/SPX协议更省事，因为根本不需要任何设置。1.3.1计算机网络的组成网络硬件主机大型机、中型机、小型机、工作站或微机。终端/终端控制器终端是直接面向用户的交互设备。通信线路（传输介质）1.3.1计算机网络的组成常见的联网设备网卡、调制解调器、中继器、集线器、交换机、路由器等。1.3.1计算机网络的组成资源子网资源子网由主机、终端、终端控制器、连网外设、各种软件资源与信息资源组成。资源子网负责全网的数据处理业务。通信子网通信子网由通信控制处理机、通信线路与其它通信设备组成，完成网络数据传输、转发等数据通信任务。1.3.1计算机网络的组成1.3.1计算机网络的组成1.3.2计算机网络的分类按拓扑结构分：星型、总线型、环型；按网络管理分：客户机/服务器结构、对等网按作用范围分：局域网、城域网、广域网按使用范围分：公用网；专用网；按通信介质分：有线网和无线网；按企业管理分：内联网、外联网、因特网按传输技术分：广播式网络、点到点网络按网络的地理覆盖范围分局域网（LAN，LocalAreaNetwork）覆盖有限的地理范围，适用于公司、校园等城域网（MAN，MetropolitanAreaNetwork）城域网在技术上与局域网相似。广域网（WAN，WideAreaNetwork）覆盖一个国家、地区，或横跨几个洲，形成国际性的远程网络1.3.2计算机网络的分类1、局域网实例：校园网2、城域网实例：城域网3、广域网按网络的使用者分类公用网由电信部门组建，例如公共电话交换网PSTN、数字数据网DDN、综合业务数字网ISDN等。专用网由某个单位或部门组建，例如金融、石油、铁路等行业都有自己的专网。1.3.2计算机网络的分类广播式网络（BroadcastNetwork）广播：若某个分组发出以后，网络上的每一台机器都接收并处理它。组播（多点播送）：若分组是发送给网络中的某些计算机。单播：若分组只发送给网

络中的某一台计算机。1.3.2计算机网络的分类1.3.2计算机网络的分类点到点网络（Point-to-PointNetwork）有线网和无线网有线网是指采用双绞线、同轴电缆、光纤连接的计算机网络。无线网使用电磁波传播数据，它可以传送无线电波和卫星信号。地球地面站之间的直视线路微波传送塔1.3.2计算机网络的分类实例：无线局域网拓扑结构就是网络中通信线路和结点（计算机或设备）的几何排列形式。常见的几种计算机网络拓扑结构：星型、总线型、环型、网状型、树型（a）物理连接（b）拓扑图结点链路通路1.3.3计算机网络的拓扑结构

1.星形结构：

1.星形结构：特点：网络结构简单，便于管理（集中式）线路利用率低中心处理机负载重

入网机故障，网络可正常工作；

中心机故障，网络瘫痪2.总线型结构：2.总线型结构：特点：

多台机器共用一条传输信道

信道利用率较高；

同一时刻只能由两台计算机通信

某个结点的故障不影响网络的工作

网络的延伸距离有限，结点数有限3.环型结构3.环型结构特点：实时性较好每个结点只与相邻两个结点有物理链路某个结点的故障将导致物理瘫痪结点数有限

4.网状结构结点之间的连接不唯一，完整性、可靠性高主要用于覆盖范围大入网主机多（机型多）的环境，常用于构造广域网络网状（不规则）结构5、树状结构物理星型网络逻辑星型网络主机

社会上存在的邮政系统为例

1.4计算机网络的体系结构网络协议是为网络数据交换而制定的规则、约定与标准；网络协议：用于规定信息的格式以及如何发送和接收信息的一套规则网络协议的三要素：语义、语法与时序；语法：用户数据与控制信息的结构与格式(如何讲)语义：用于解释信息中每一部分的意义(讲什么)时序：事件实现顺序的详细说明(讲的顺序)协议的概念

1.4.1网络体系结构基础协议分层层次（layer）

1.4.1网络体系结构基础网络层次结构模型与各层协议的集合称为网络体系结构。NN-1PhPh

N-1

N对等层通信

相邻层间通信实际数据传输物理媒体N+1N+1对等层协议

1.4.1网络体系结构基础网络层次结构的划分原则

1）每层具有特定的功能，相似的功能尽量集中在同一层

2）各层相对独立，某一层的内部变化不能影响另一层，低层对高层提供的服务与低层如何完成无关3）相邻层之间的接口必须清晰，跨接口的信息量尽可能少，利于标准化

4）层数适中。太少，每一层功能多，不易实现；太多，体系结构过于复杂。

1.4.1网络体系结构基础1.4.2OSI参考模型OSI的分层模型说明

OSI：计算机网络7层开放系统互联（opensystemsinterconnection,OSI）标准。其核心内容包含高、中、低三大部分：高层是面向网络应用的；低层是面向网络通信的；中间层是路由选择核心。1.4.2OSI参考模型1.ISO划分七层结构的基本原则网中各结点都具有相同的层次；不同结点的同等层具有相同的功能；同一结点内相邻层之间通过接口通信；每层可以使用下层提供的服务，并向其上层提供服务；不同结点的同等层通过协议来实现对等层之间的通信。OSI环境中的数据传输过程2.OSI参考模型各层的功能物理层(physicallayer)

与传输媒体的接口，完成传输媒体上的信号与二进制数据间的转换物理接口上发送或接收的是一串以某种规则表示的二进制数据物理层定义了接口的机械特性、电气特性、功能和规程特性例：插头、插座的几何尺寸，引脚的功能、电平定义等数据链路层(datalinklayer)提供点到点的可靠传输，通常把数据分帧，并且保证帧的正确接收识别帧的标志帧的接收，需校验，确认发送发在超时或收到否定性确认后，重发重复帧要丢弃在共享网络中，需解决信道共享的问题等2.OSI参考模型各层的功能

网络层(networklayer)提供主机到主机的通路，其间可能存在多条通路，网络层将实现的功能包括：选择路由拥塞控制分段和重组2.OSI参考模型各层的功能

传输层(transportlayer)提供端到端的通路，应用到应用的通路把高层要求传输的数据分成若干个报文报文与帧不样，帧只有帧标志(起始标志，结束标志)，报文有信源和信宿的地址及端口，报文的顺序号，确认号等低三层的通信对象通常是路由器2.OSI参考模型各层的功能

会话层(sessionlayer)建立有关会话机制，或双向对话如：说的一方应说一段就听一下对方的反应，因为可能线路已断2.OSI参考模型各层的功能

表示层(presentationlayer)表示层关心的是语法和语义对相关的数据的描述采用抽象的定义，如浮点数都用科学表示法相关数据的表示法转换抽象数据结构的转换2.OSI参考模型各层的功能

2.OSI参考模型各层的功能应用层(applicationlayer)包括所有应用方面的协议如：不同的终端其控制字符不相同，应作相应的转换，通常定义一个网络虚拟终端不同系统之间的文件传输的方式不同，但表示的形式必须一致OSI环境中的数据传输

1.4.3TCP/IP参考模型什么是TCP/IP协议

TCP/IP协议叫做传输控制/网际协议，用于计算机通信的一组协议,通常称TCP/IP协议集,又叫网络通讯协议。以TCP/IP协议为基础组建的INTERNET是目前国际上规模最大的计算机网络因为INTERNET的广泛使用，使得TCP/IP成了事实上的标准。TCP/IP协议的特点开放的协议标准，可以免费使用。独立于特定的硬件设备，可跨平台使用，可以运行在局域网、广域网，更适用于互连网中；统一的网络地址分配方案，使得整个TCP/IP设备在网中都具有唯一的地址；标准化的高层协议。如web浏览，E-mail等。1.4.3TCP/IP参考模型TCP/IP分为四个层次，分别是网络接口层、网络(际)层、传输层和应用层。物理层数据链路层网络层传输层会话层表示层应用层网络接口层网际层传输层应用层OSI的参考模型TCP/IP的参考模型1.4.3TCP/IP参考模型网络接口层网络接口层，也被称为网络访问层，包括OSI参考模型中的数据链路层和物理层。负责通过网络发送和接受IP数据包。TCP/IP标准并没有定义具体的网络接口协议。

支持HDLC、PPP协议等。1.4.3TCP/IP参考模型网络层主要功能：将分段封装成数据包，并进行路径选择，将其从源发送到目的主机。最常用的协议是网际协议IP，其他一些协议用来协助IP的操作。1.4.3TCP/IP参考模型传输层与OSI的传输层类似，主要负责主机到主机之间的端对端通信。使用两种协议：TCP协议和UDP协议应用层它与OSI模型中的高三层的任务相同，用于提供各种网络服务等。1.4.3TCP/IP参考模型演示：基于TCP/IP的数据流向UDPTCPFTPHTTPIPICMPIGMPARP