CH1 计算机网络概述

计算机网络

网络工程系杨东平

教材与参考书

■谢希仁.计算机网络（第5版）,电子工业出版社，2008.10

■AndrewS.Tanenbaum.计算机网络（第4版）•潘爱民译.

清华大学出版社,2005.10

■刘广钟.计算机网络.中国矿业大学出版社2003.2

■张曾科.计算机网络（第2版）,清华大学出版社,2005.9

■朱广辉编.计算机网络技术,清华大学出版社,2005.5

■方峻,计算机网络技术,清华大学出版社,2005.5

■吴功宜.计算机网络,清华大学出版社,2006.1

■文IJ镇,金志权.计算机网络原理与应用,机械工业出版社

,2008.8

■陈鸣.网络工程设计教程（系统集成方法）（第2版）.机械工

业出版社,2008.6

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1计算机网络概述

网络工程系杨东平

1.1计算机网络定义

-21世纪的重要特征就是数字化、网络化和信息化,

它是一个以网络为核心信息时代。

■数字化：

■概念1：数字化就是将许多复杂多变的信息转

变为可以度量的数字、数据，再以这些数字

、数据建立起适当的数字化模型，把它们转

变为一系列二进制代码，引入计算机内部，

进行统一处理，这就是数字化的基本过程。

■概念2：数字化将任何连续变化的输入如图画

的线条或声音信号转化为一串分离的单元，

在计算机中用0和1表示。通常用模数转换器

执行这个转换。

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1.1计算机网络定义

-21世纪的重要特征就是数字化、网络化和信息化,

它是一个以网络为核心信息时代。

■网络化

■指将原来的散落的工作状态、落后的单机技

术，通过联网、端口通信等技术改良，使之

成为具有高效能传输、高资源共享、高技术

支持的新的技术和设备状态。

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1.1计算机网络定义

■21世纪的重要特征就是数字化、网络化和信息化,

它是一个以网络为核心信息时代。

■信息化：

■信息化的概念起源于60年代的日本，首先是

由一位日本学者提出来的，而后被译成英文

传播到西方，西方社会普遍使用“信息社会”和

“信息化”的概念是70年代后期才开始的.

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1.1计算机网络定义

-21世纪的重要特征就是数字化、网络化和信息化,

它是一个以网络为核心信息时代。

■信息化：

■关于信息化的表述，在中国学术界和政府内

部作过较长时间的研讨。

有的认为，信息化就是计算机、通信和网

络技术的现代化；

有的认为，信息化就是从物质生产占主导

地位的社会向信息产业占主导地位社会转

变的发展过程；有的认为，信息化就是从

工业社会向信息社会演进的过程，如此等

等。

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1.1计算机网络定义

■21世纪的重要特征就是数字化、网络化和信息化,

它是一个以网络为核心信息时代。

■信息化：

■1997年召开的首届全国信息化工作会议，对信息化和

国家信息化定义为：“信息化是指培育、发展以智能

化工具为代表的新的生产力并使之造福于社会的历史

过程。国家信息化就是在国家统一规划和组织下,在

农业、工业、科学技术、国防及社会生活各个方面应

用现代信息技术，深入开发广泛利用信息资源，加速

实现国家现代化进程。”实现信息化就要构筑和完善

好要素（开发利用信息资源，建设国家信息网络，推

进信息技术应用，发展信息技术和产业，培育信息化

人才，制定和完善信息化政策）的国家信息化体系。

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-21世纪的重要特征就是数字化、网络化和信息化,

它是一个以网络为核心信息时代。

■信息化：

■通信经济学中的定义：信息化是指社会经济

的发展，从以物质与能源为经济结构的重心

,向以信息为经济结构的重心转变的过程。

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1.1计算机网络定义

■计算机网络的定义

■(1)计算机网络的精确定义并未统一；

■(2)计算机网络的最简单的定义：一些互相连接

的、自治的计算机的集合；

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1.1计算机网络定义

■最简单的计算机网络：

■只有两台计算机和连接它们的一条链路，不存在

交换的问题；

・最庞大的计算机网络：

■因特网：它由非常多的计算机网络通过许多路由

器互连而成，因此因特网也称为“网络的网络”

(networkofnetworks)；

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1.1计算机网络定义

■关于联机系统是否为计算机网络

■按计算机网络的最简单的定义，早期的面向终端

的网络都不能算是计算机网络，而只能称为联机

系统。因为那时的许多终端不能算是自治的计算

机。但随着硬件价格的下降，许多终端都具有一

定的智能，因而“终端”和“自治的计算机”逐

渐失去了严格的界限，因此，若用微型计算机作

为终端使用，按上述定义，则早期的那种面向终

端的网络也可称为计算机网络。

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1.1计算机网络定义

■计算机网络与分布式计算机系统：

■(1)分布式计算机系统的最主要特点：

-整个系统中的各计算机对用户都是透明的。

也就是说，对用户来说，这种分布式计算机

系统就好像只有一个计算机一样。用户通过

键入命令就可以运行程序，但用户并不知道

是哪一个计算机在为他运行程序。而是由操

作系统为用户选择一个最合适的计算机来运

行其程序，并将运行的结果传送到合适的地

方，这些都不需要用户的干预。

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1.1计算机网络定义

■计算机网络与分布式计算机系统：

■(2)对计算机网络来说。用户必须先在欲运行程

序的计算机进行登录，然后按照该计算机的地址

,将程序通过计算机网络传送到该计算机去运行

o最后，根据用户的命令将结果传送到指定的计

算机。

■(3)由此可见，计算机网络并不等同于分布式计

算机系统。二者的区别主要是软件的不同。一般

说来，分布式计算机系统是计算机网路的一个特

例。当然，也有一些分布式计算机系统根本就不

是计算机网络(例如，分布式计算机)。

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■计算机网络的发展历程

■从最初诞生到今天的广泛应用经历了“共享资源

计算机网络”、“标准化计算机网络”和“宽带高速

计算机网络”三个发展阶段。

■许多书上将计算机网络发展描述为四个阶段，他

们将“主机——终端系统”看作为计算机网络发展

的第一阶段。但严格意义上，“主机——终端系

统”的终端不是个独立计算机系统，因此它不能

称作为计算机网络。

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1.1计算机网络定义

■计算机网络比较完整的定义描述

■计算机网络是利用通信手段，把地理上分散的相

互独立的自主计算机系统，按照标准协议规范互

连起来，以供用户充分自由地共享各种资源为目

的而构成的系统。

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1.1计算机网络定义

■计算机网络概念的理解

■(1)概念的核心：自主计算机、互连和资源共享

■(2)自主计算机意味着网络中的各个用户计算机

都是相互独立，彼此无主从关系；可以自主地使

用或提供资源，也可以自主地加入或退出网络；

■(3)互连意味着任意两个节点之间都必须是相互

直接或间接连通的，承担这种连接的可以是任何

能够运载信号的物理介质，可以是各种电导体，

也可以是光导体，或任何其他形式的信号导体，

可以是有线的也可以是无线的；

■(4)资源共享意味着计算机网络的目的，以区别

于其它形式的计算机互连系统。

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1.1计算机网络定义

■计算机网络的两个最重要的功能

■(1)连通性：计算机网络上的用户之间可以交换

信息，好象用户的计算机可以彼此直接连通一样

■(2)共享性(资源共享)：信息共享、软件共享、

硬件共享(如共享彩色打印机)

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1.1计算机网络定义

■网络是指“三网”

■(1)电信网络：主要的业务是电话，也有其他业

务，如传真、数据等

■(2)有线电视网络：提供单项有线电视节目的传

送

■(3)计算机网络：使用户能够迅速传送数据文件

,以及从网络上查找并获取各种有用的资料，包

括图像和视频文件。计算机网络的特征就是资源

共享

■这三种网络在信息化过程中都起到十分重要的作

用，但发展最快的并起到核心作用的是计算机网

络。

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1.2计算机网络特征

■计算机网络的特征

■(1)自主计算机系统

・(2)互连

■⑶共享资源

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1.2计算机网络特征

■互连

■(1)互连是三个核心概念中最重要的核心

-作为独立的计算机系统只有具有互连成为网络节点的

能力时，才称其为自主计算机系统，如果没有互连能

力，则永远只是个独立计算机系统，自主计算机系统

的自主的含义是相对于其互连成为网络节点后的表现

特征而言的。

-资源只有在首先实现互连的前提下，才能被多个用户

共享，因此资源要成为共享资源必须具有加入互连网

络的能力，也即共享资源是通过互连关系被访问的资

源。而资源本身通常只是个独立的数据文件、或一个

独立的硬件设备或线路，要使得其能够被共享，必须

使其具有互连入网的能力。

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1.2计算机网络特征

■互连

■(2)互连的两个含义

■物理上的连通：物理连通是指互连的两个节

点与某一共同介质同时相互接触；

■逻辑上的沟通：逻辑沟通则是物理连通的两

个节点，彼此能够识别，从而成为网络的两

个结点(具有信息集结能力的节点)。

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1.2计算机网络特征

■协议

■(1)无论是物理连通还是逻辑沟通都需要遵循一

定的规范，而这个双方共同遵守的规范，就称作

为协议。因此协议是互连的基础。

■(2)协议有通用和专用之分，通用协议是任意两

节点间遵循的规范；专用协议则是特定节点间遵

循的规范。

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1.2计算机网络特征

■协议

■(3)独立计算机要成为自主计算机，只要具有协

议遵循能力即可，同样独立资源要成为共享资源

也需具有协议遵循能力。也即协议是独立计算机

成为自主计算机，独立资源成为共享资源的必要

条件。

■(4)由于资源是客观被动的事物，所以独立资源

通常通过置于自主计算机系统而拥有连接入网能

力，从而成为共享资源。而专门用来放置资源的

自主计算机系统则称为服务器。换言之，服务器

一定是一个自主计算机系统，它是网络中存放和

提供资源的结点。

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1.3计算机网络组成

■计算机网络的物理构成

■(1)结点：构成计算机网络的结点是各种各样的

,其所处的位置和所起的作用也是互不相同的。

■(2)传输线路：构成计算机网络的传输线路也是

各种各样的，其物理形态和性质也是互不相同的

■正是这些相异性构成了各种不同形式的计算机网络

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1.3计算机网络组成

■结点与传输线路

■(1)结点通常都是具有信息处理能力的自主计算

机系统，所以都可分解为硬件组成部分和软件组

成部分。

■(2)传输线路都是用来传输信号的，都有信号的

发送部分和接收部分，以及连接发送和接收部分

的信号传输通道，即信道。因此传输线路可以看

成是由信号收发部件和信道组成的。由于信号收

发部件和信道具有物理特征，所以也将其归并为

硬件组成。于是整个计算机网络可以像自主计算

机系统一样看成是由硬件部分和软件部分组成的

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■资源子网与通信子网（逻辑构成）

■（1）从用户的角度来看，计算机网络是由资源使

用结点（用户个人计算机）和资源提供结点互连

构成的。

■⑵通常将用户感受到的计算机网络称作计算机

的资源子网。

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■资源子网与通信子网（逻辑构成）

■（3）用户不可知的实现资源从提供方正确传输到

使用方的那些线路和设备构成的集合，就被称作

为通信子网。通信子网完成了信息的快速正确的

传输。整个通信子网可以看作为资源子网的一个

核心节点资源子网示意图

■⑷资源子网实际上是把通信子网当做一个核心

节点时的整个计算机网络，通常通信子网用一个

云图（任意多边形）来表示。

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1.3计算机网络组成

-资源子网与通信子网（逻辑构成）

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1.3计算机网络组成

■资源子网

■虽然组成简单，但其功能却十分复杂，资源子网

要实现对资源的采集、存储和安全合理地使用，

以及提供丰富多彩的使用方式和表现方式。

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1.3计算机网络组成

■通信子网

■(1)通信子网的复杂表现在通信子网的多样性上

,通信子网的多样是由通信子网的不同结点类型

,和节点的不同连接方式，以及传输线路所用的

不同传输介质所形成的。

■(2)通信子网的结点类型有：信号中继结点、才妾

入结点、交换结点、路由结点、复接解复接结点

和安全防范结点。

■(3)通信子网的传输介质类型有：有线介质和无

线介质。有线介质又分：电缆和光缆。无线介质

又分：无线电波、微波、红外线等。

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1.3计算机网络组成

-计算机网络的逻辑构成图

，计算机：PC、Notebook、Phone＞PDA＞Server＞Host

硬件＜

r

资源子网网络接口：NIC,802.x

（操作系统：Windows系列，linux系列，unix系列

【软件＜

|协议软件：TCP/IP全族，各种新兴应用协议软件

计算机网络I

［中继结点:中继器、集线器、交换机、路由器、复接器等

硬件＜

、、国号工时传输介质:无线电波、微波、红外线、双绞线、光纤等

通信子网＜

［操作系统:linux系歹U,uc/os,Vxworks,等

【软件,

协议软件：IP、RIP、ICMP、OSPF、ARP、STPetc

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■两种不同的自主计算机系统

■(1)通信子网的结点(也是自主计算机系统)：通

信子网结点的自主计算机系统一般都是嵌入式计

算机系统，多为专门用途，虽然可以自由加入和

离开网络，但它离开网络后只可以在别处继续担

当它原来的作用，不能用作为其他用途。

■(2)资源子网结点(自主计算机系统)：资源子网

结点的自主计算机系统多是通用计算机系统，脱

离网络后可做任何其他用途。

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1.3计算机网络组成

-计算机网络的物理构成图

端节点设备：PC、PDA、Server>Host>NIC和Modem

r

硬件〈转接点设备：中继器、集线器、交换机、路由器、接入器、复接器等

r

媪信介质：无线电波、微波、红外线、双绞线、光纤等

计算机网络＜

网络应用软件：浏览器、文件传输、即时通信、搜索、论坛、博客等

r

、软件1交换路由软件：DHCP、ARP、STP、RIP、ICMP、OSPF、IP等

,网络操作系统：Windows系列,unix系列，Sybase,Oracle,SQL等

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1.3计算机网络组成

■计算机网络的硬件

■(1)从整个网络来看，计算机网络的硬件包括三

大部分：端节点系统设备、转接节点系统设备和

通信线路。

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■计算机网络的硬件

■(2)计算机网络的端节点(End)

-计算机网络的端节点是指那些构成计算机资

源子网的节点。

■端节点硬件系统包括三个组成部分：主机(

Host)、网卡(NetworkInterfaceCard)和

调制解调器(Modem)。

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■计算机网络的硬件

■(2)计算机网络的端节点(End)

■主机：指各种类型的计算机，可以是提供各

种共享资源的服务器，或者使用资源的各种

个人计算机、个人数字助理，以及其他各种

数字终端装置。

■网卡：有各种不同规格总线的网卡，如ISA网

卡、PCI网卡、PCMIA网卡、USB网卡、无线

网卡等；也有支持各种不同网络协议的网卡

，如Ethernet网卡、TokeRing网卡、FDDI网

卡等。

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1.3计算机网络组成

■计算机网络的硬件

■(2)计算机网络的端节点(End)

■调制解调器：是将端节点接入远程通信网的

通信设备，有插入计算机主机内扩展总线的

内部调制解调器，也有外接专门电源供电通

过标准RS232串口接入的外置调制解调器；

还有支持各种宽带接入技术的宽带调制解调

器，如ADSL调制解调器、ISDN调制解调器

等。

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■计算机网络的硬件

■⑶计算机网络的转接节点

-计算机网络的转接节点是指那些构成计算机

通信子网的节点。

-转接节点系统设备是计算机网络硬件系统中

的基础设备，是构成通信子网的基础。包括

中继器(Relay)、网桥(Bridge)＞集线器

(HUB)、网关(Gate)、路由器(Router)、交

换机(Switch)＞通信处理机

(CommunicationComputer)各种复接器(

Mux)等。

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1.3计算机网络组成

■计算机网络的硬件

■⑶计算机网络的转接节点

■中继器是为了延长网络传输距离，而接入网

络线路中的信号整形放大装置，在局域网中

,由于功能单一，已被集线器所淘汰。

-网桥是连接两个网段的装置，具有隔离网段

和查找网段内端节点的功能。网桥可以简单

地认为是两个或多个网络之间的链路。网桥

处理从一个LAN到另一个LAN的数据报路由。

网桥能同时处理许多LAN,但是它们必须使用

相同的协议。也就是说网桥是具有相同网络

协议的网络间的连接设备。

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■计算机网络的硬件

■⑶计算机网络的转接节点

■集线器最初是个多端口的中继器，现在发展

为具有中继功能、自动隔离故障节点功能以

及级联拓展网络节点数量规模的多功能连网

装置，有独立式、堆叠式、模块式、智能式

等类型。

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1.3计算机网络组成

■计算机网络的硬件

■⑶计算机网络的转接节点

-网关是连接不同类型网络的装置，所谓不同

类型网络是指采用了不同网络协议的两个网

络，所以网关是具有协议转换功能的连网设

备。网关能在许多不同的协议之间进行翻译

,网关常常同时为多于2个的协议服务。有的

网络系统，也让网关进行文件格式转换或处

理加密解密等。路由器是连接多个网络的装

置，具有路径选择功能，它们的功能是把报

文转发到其目的地。路由器在网络级的操作

可以多一些也可以少一些。目前的路由器多

将网桥、网关、路由的功能集于一体。

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■计算机网络的硬件

■⑶计算机网络的转接节点

■交换机是为了增加网络传输带宽，采用交换

方式连接不同节点、不同网段、不同网络的

装置。可具有中继、网桥、网关、路由等职

能。由于功能强大，速度快，所以是目前应

用较多，并逐渐取代传统连网设备的新型连

网设备。

.通信处理机是具有网络管理职能的通信子网

中的节点设备，多用于上层主干网络的节点

上。

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■计算机网络的硬件

■(4)通信线路

■通信线路即传输介质(Physicalmedia),包

括有线介质和无线介质。有线介质有同轴电

缆、双绞线、光纤。无线介质有无线电波、

微波、红外线等。

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■计算机网络软件

■(1)计算机网络软件是计算机网络功能的最终实

现者。按其存在形式来分，可分为网络操作系统

、交换和路由软件以及网络应用软件三大类。

■(2)网络操作系统是运行于资源子网节点计算机

上的那些提供和管理共享资源的软件，目前比较

流行的有Unix及类Unix系统、WindowsNT系统

和NovellNetWare系统。

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■计算机网络软件

■(3)交换和路由软件则由各交换机路由器的生产

厂家给出，用来实现各种交换和路由功能，目前

比较流行的有Cisco系统、3com系统及国内的

华为、中兴和大唐等兼容系统。

■(4)网络应用软件是计算机网络软件中最丰富最

庞大的软件群，而且随着网络应用的发展变化，

不断地推陈出新。比较典型的应用软件有：浏览

器软件、电子邮件软件、文件传输软件、BBS软

件、网络管理软件等。

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L4计算机网络分类

-分类方法

-(1)按网络的交换功能进行分类

・⑵按网络的作用范围进行分类

■(3)按网络的使用者进行分类

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1.4计算机网络分类

■按网络的交换功能进行分类

■(1)电路交换:

-(2)报文交换：

-⑶分组交换：

■(4)混合交换：是指在一个数据网中同时采用电

路交换和分组交换。

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L4计算机网络分类

-按网络的作用范围进行分类

■(1)广域网WAN(WideAreaNetwork)：也称为

远程网(LongHaulNetwork),一般作用范围通

常为几十到几千公里，是因特网的核心部分.其

任务是通过长距离(例如，跨越不同的国家)传送

主机所发送的数据。连接广域网各结点交换机的

链路一般都是高速链路，具有较大的通信容量。

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■按网络的作用范围进行分类

■(2)城域网MAN(MetropolitanAreaNetwork)：

其作用范围一般是一个城市，可跨越几个街区甚

至整个的城市，作用距离约为5~50km。城域网

可以为一个或几个单位所拥有，但也可以是一种

公用设施，用来将多个局域网进行互连。

■从技术上看，目前很多城域网采用的是以太网技

术。由于城域网与局域网使用相同的体系结构，

有时也常并入局域网的范围进行讨论。

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L4计算机网络分类

-按网络的作用范围进行分类

■⑶局域网LAN(LocalAreaNetwork)：一般用

微型计算机或工作站通过高速通信线路相连(速

率通常在10Mb/s以上)，但地理上则局限在较小

的范围(如1km左右)。现在局域网已非常广泛地

使用，一个学校或企业大都拥有许多个互连的局

域网(常称为校园网或企业网)。

■(4)个人区域网PAN(PersonalAreaNetwork)：

在个人工作的地方把属于个人使用的电子设备(

如便携式电脑等)用无线技术连接起来的网络，

也称为无线个人区域网WPAN(WirelessPAN),

其范围大约在10m左右。

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1.4计算机网络分类

■关于多机系统与计算机网络:

■若中央处理机之间的距离非常近（如仅1m的数量

级或甚至更小些），则一般就称之为多处理机系

统而不称它为计算机网络。关于多个处理机互连

的系统按其大小的大致分类如下表

*1-4多个处理机互连的系统按其大小的分类

处理机之间的典型距离处理机所在的他国实例

0.1m印制板数据流计算机

1m系统多处理机

10m房间

100m建筑物同域网、校园网、企业网

]km校园

10km城市城城网

t（K）km国家广域网

1000km国家.洲广域网.互迸的广域网

jsxnDC@J叮舁机网轮”

L4计算机网络分类

-网络的使用者进行分类

■⑴公用网(publicnetwork)：指电信公司(国有或

私有)出资建造的大型网络。“公用”的意思就

是所有愿意按电信公司的规定交纳费用的人都可

以使用。因此也可称为公众网。

■(2)专用网(privatenetwork)：是某个部门为本

单位的特殊业务工作的需要而建造的网络。这种

网络不向本单位以外的人提供服务。例如，军队

、铁路、电力等系统均有本系统的专用网。

■公用网和专用网都可以传送多种业务。如传送的

是计算机数据，则分别是公用计算机网络和专用

计算机网络。

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L4计算机网络分类

■接入网AN(AccessNetwork)

■(1)接入网也称为本地接入网或居民接入网，它

是近年来由于用户对高速上网需求的增加而出现

的一种网络技术。

■(2)接入网是一种比较特殊的计算机网络，它既

不属于网络的边缘部分，也不属于网络的核心部

分，而是由ISP提供的让用户能够与因特网连接

的“桥接区”。

■(3)初期的电话拨号接入因特网由于速率很低，

并没有介入网这个名词，而是在出现了多种高速

接入技术后，宽带接入网才成为因特网的一个热

门课题。

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■按拓朴结构分类：星型网、树形网、总线型网、环

形网、网状网、混合网寺。

■按控制方式分类：集中式网络、分散式网络、分布

式网络。

■按介质访问控制方式分类(局域网中)：以太网(

Ethernet)、令牌网(TokenRing)、令牌总线网

(TokenBus)等。

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■关于企业内部网

■⑴企业内部网简称为“企业网”或“内部网

"(Intranet)的网络，它是集LAN、WAN和数据

服务为一体的一种网络。

■(2)企业内部网采用Internet的相关技术将基于

计算机的基础网络结构与各个用户连接起来，从

而建立起企业内部网络。它基于TCP/IP通信协

议和WWW技术规范，集成各类已有系统。它

是一个开放、分布、动态的双向信息交流环境，

是对现有网络平台、应用技术和信息资源的重组

与集成。

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■关于企业内部网

■(3)企业内部网的主要用途

■企业信息内容的发布，如电话目录、员工手

册、技术文件等；

■提供以交易为目的的解决方案，如与采购单

、EDI相结合；

■建立公司内部“社区”，经由讨论组、布告栏或

谈话软件，让企业内部充分沟通，提高生产

力及创造力。

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■关于企业内部网

■⑷Intranet有许多优点，例如简单易用、用户培

训负担轻；系统建立容易，规模小的系统甚至数

天即可完成；系统建立成本低；标准化程度高，

容易集成各类信息系统等。Intranet是一种网络

化的MIS系统。

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1.5计算机网络体系结构

■网络的作用

■使分散在不同地理位置的各种信息资源能为分散

在不同地理位置各个不同用户安全合理地共享使

用。

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1.5计算机网络体系结构

■实现网络目的的各组成部分必须合作完成的功能

■(1)将用户所在结点和资源所在结点物理上连接

起来，并能实现信号的传递和沟通；

■(2)当信息表示成数据，而数据又转化为信号在

结点中进行传输时，应能保证收发结点间的数据

的一致，即保证数据在结点间传输的可靠性；

■⑶在用户所在结点和资源所在结点之间有多个

连接线路的情况下，应能找到一条最佳的路径。

为了寻找路径，必须对结点和路径进行科学标识

,以便作为寻找路径的依据和对路径进行描述；

jsxhbc@163.com计算机网络60

■实现网络目的的各组成部分必须合作完成的功能

■(4)如果发送数据的结点和接收数据的结点的发

送速率和接收速率是不一致的，应能调整发送或

接收速率使收发速率一致；

■(5)如果信息数据在传输的过程中出现了错误但

没有在传输的过程中被发现，信息数据到达目的

端后应还能被发现和处理，以保证最终用户得到

的信息数据是可信赖的；

jsxhbc@163.com计算机网络61

1.5计算机网络体系结构

■实现网络目的的各组成部分必须合作完成的功能

■(6)当用户所在结点和资源所在结点都是多用户

进程的自主计算机系统时，应能识别信息是哪个

用户进程发送的，以及该信息应由哪个用户进程

接收，为此必须对用户进程进行科学标识，以便

识别收发信息数据的进程；

■(7)用户对收到的信息数据的理解应和信息资源

结点送出的信息数据所表达的原意一致。并能正

确再现信息数据所表达的信息。

■上述7项功能的任一项功能的缺失，都会使通过

网络实现异地用户对异地资源的正确共享成为不

可能。

jsxhbc@163.com计算机网络62

■7项功能之间存在一定的依赖关系

■(1)功能(1)是所有其他功能实现的前提，没有节

点物理上的沟通，也就没有数据的传输，也就没

有以后的各项功能的需求和实现，所以它是整个

网络功能实现的基础；

■(2)功能⑵又是其他功能的前提保障，因为没有

数据逐点的正确传输，也就没有其他信息的正确

传输，路径的描述和选择的正确与否，进程的描

述和选择的正确与否都将是不可保障的，所以功

能(2)是它以后各项功能实现的基础；

jsxhbc@163.com计算机网络63

1.5计算机网络体系结构

■7项功能之间存在一定的依赖关系

■(3)功能⑶是在存在多条路经的前提下，进行正

确路径选择的功能。显然它是将数据从源方正确

送达宿方的前提，只有路径对了，数据的传输才

不会送错，用户对数据的最终接收和识别功能才

可以展开，所以功能⑶又是它以后各项功能实

现的前提。要说明的是，如果在信源和信宿之间

只存在一条路径，则该项功能是不需要的；

■(4)功能⑷又是它以后各项功能实现的保证，因

为只有确认到达信宿结点的数据，最终是正确的

,以后其他各项功能处理才有意义。功能⑷被

称为数据可靠性的最后保障，也称为端到端的可

靠性措施；

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■7项功能之间存在一定的依赖关系

■(5)功能⑸是当信源和信宿之间收发速率不一致

时，所必须的功能，否则快速发自信源的信息数

据由于到达慢速接收的信宿时，不能被及时处理

,而被不断地丢弃。

■(6)功能⑹是当信源和信宿都是多用户进程的自

主计算机系统时，必须的功能。而现在的计算机

系统几乎都是多用户系统，所以这是现在的网络

必须具有的进程标识和识别功能。即正确到达信

宿结点的信息必须由正确的用户进程接收，才可

能被正确地再现。

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■7项功能之间存在一定的依赖关系

■(7)功能⑺是网络资源实现正确共享的最后一道

功能，它要求信息资源的收发进程，应具有一致

的信息识别能力。但其实现的前提是上述各项功

能的正确实现，也即它是在前述各项功能完整无

误实现的基础上才能实现的。

■上述各项功能的依赖关系，可用层次关系来描述

o必须先实现的功能，被称作为下层功能，而依

赖于其他功能实现自己才可实现的功能称作上层

功能，也即上层功能依赖下层功能，下层功能是

为上层功能的实现而服务的。

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■7项功能对应了7个层次

■(1)如果上述功能，每个功能被称作一个层次，则整

个网络就被划分为7层功能。这就是网络层次概念的

由来。

-(2)计算机网络的层次是个完全人为定义的用于描述

网络功能的抽象概念，没有任何物理意义。这种层

次的定义，以及相邻层次间的依赖和服务关系被称

作为计算机网络的层次结构，它实质是计算机网络

的功能结构。

-(3)网络的功能划分并不是唯一的，因而网络的层次

也不是唯一的。上述7项功能可以对某项功能进一步

分解，也可将相邻功能进行合并，从而得出网络的

更多的层次结构或更少的层次结构。

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L5计算机网络体系结构

■不同层次功能的实现

■(1)不同层次功能的实现是通过组成网络的软硬

件共同合作完成的。针对每层功能需求，分别设

计一个实现该层功能的硬件电路或软件程序，而

每种功能电路和功能软件，都一定是成对的，分

别实现于信息数据的源节点和宿节点。

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1.5计算机网络体系结构

■不同层次功能的实现

■(2)为了使得功能可以在任意源节点和宿节点间

实现，就要为每个功能制定统一的描述，这个可

为任意源节点和宿节点合作实现的统一的功能描

述，就称为网络体系结构规范。网络体系结构规

范是对网络功能的标准化描述。由于这个规范是

任意双方共同遵守的，所以也称功能协议。

■(3)功能协议只规定了某层功能要求，并没有规

定它实现的具体方法，所以功能协议本身只具有

指导意义，而具体实现电路或程序，则可八仙过

海，各显神通，设计者可以自由选择，自由设计

jsxhbc@163.com计算机网络69

1.5计算机网络体系结构

■网络协议的概念

■为网络中的数据交换而建立的规则、标准或约定

称为网络协议(networkprotocol),网络协议也可

简称为协议。

■网络协议的构成三个要素

-(1)语义：协议元素的定义。

■(2)语法：协议元素的结构与格式。

■(3)规则(时序)：协议事件执行顺序。

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L5计算机网络体系结构

■协议通常有两种不同的描述形式

■(1)使用便于人来阅读和理解的文字描述。

■(2)使用让计算机能够理解的程序代码。

-这两种不同形式的协议都必须能够对网络上交换

的信息做出精确的解释。ARPANET的研制经验

表明，对于非常复杂的计算机网络协议，其结构

应采用层次式的。

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1.5计算机网络体系结构

■分层的好处（优点）

■（1）各层之间是独立的

-某一层并不需要知道它的下一层是如何实现

的，而仅仅需要知道该层通过层间的接口（即

界面）所提供的服务。由于每一层只实现一种

相对独立的功能，因而可将一个难以处理的

复杂问题分解为若干个较容易处理的更小一

些的问题。这样，整个问题的复杂程度就下

降了。

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1.5计算机网络体系结构

-分层的好处（优点）

■（2）灵活性好

-当任何一层发生变化时（例如由于技术的变化）

,只要层间接口关系保持不变，则在这层以

上或以下各层均不受影响。此外，对某一层

提供的服务还可进行修改。当某层提供的服

务不再需要时，甚至可以将这层取消。

■⑶结构上可分割开

-各层都可以采用最合适的技术来实现

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1.5计算机网络体系结构

■分层的好处(优点)

-(4)易于实现和雄护

-分层结构使得实现和调试一个庞大而又复杂

的系统变得易于处理，因为整个的系统已被

分解为若干个相对独立的子系统。

■(5)能促进标准化工作

.因为每一层的功能及其所提供的服务都已有

了精确的说明。

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L5计算机网络体系结构

■分层的原则

■(1)每一层的功能应非常明确。

■(2)层次多少要适当：层数太少，就会使每一层

的协议太复杂。但层次太多又会在描述和综合各

层功能的系统工程任务时遇到较多的困难。

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1.5计算机网络体系结构

■层的主要功能：通常每一层所要实现的一般功能往

往是下面的一种功能或多种功能：

■(1)差错控制：使得和网结对端的相应层次的通

信更加可靠

■(2)流量控制：使得发送端的发送速率不要太快

,要使接收端来得及接收。

■(3)分段和重装：发送端将要发送的数据块划分

为更小的单位，在接收端将其还原。

■(4)重用和分用：发送端几个高层会话重用一条

低层的连接，在接收端再进行分用。

■(5)连接建立和释放：交换数据前先建立一条逻

辑连接。数据传送结束后释放连接。

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1.5计算机网络体系结构

■分层的缺点：分层也有缺点，例如，有些功能会在

不同的层次中重复出现，因而产生了额外开销。

■计算机网络体系结构的定义

■计算机网络的各层及其协议的集合称为网络的体

系结构(architecture)。换种说法，计算机网络的

体系结构就是这个计算机网络及其部件所应完成

的功能的精确定义。

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■计算机网络体系结构的实现

■在遵循计算机网络体系结构的前提下，用何种硬

件或软件完成来实现计算机网络得这些功能

■体系结构与实现的关系

■体系结构是抽象的，而实现则是具体的，是真正

在运行的计算机硬件和软件。

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1.5.1开放系统互连参考模型(OSI/RM)

-开放系统互连参考模型概述

■⑴产生

-全球经济的发展使得不同网络体系结构的用

户迫切要求能够互相交换信息。为了便不同

体系结构的计算机网络都能互连，国际标准

化组织ISO于1977年成立了专门机构研究这个

问题。不久，他们就提出一个试图使各种计

算机在世界范围内互连成网的标准框架，即

著名的开放系统互连基本参考模型

OSI/RM(OpenSystemsInterconnection

ReferenceModel),简称为OSI。

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1.5.1开放系统互连参考模型(OSI/RM)

-开放系统互连参考模型概述

■(2)含义：

■开放：指只要遵循OSI标准，一个系统就可以

和位于世界上任何地方的、也遵循这同一标

准的其他任何系统进行通信。这一点很像世

界范围的电话和邮政系统，这两个系统都是

开放系统。

■系统：指在现实的系统中与与互连有关的各

部分。

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1.5.1开放系统互连参考模型(OSI/RM)

-开放系统互连参考模型概述

■(3)OSI/RM将与互连无效的部分排除在外，仅考

虑了与互连相关的部分，所以开放系统互连参考

模型OSI/RM是个抽象的概念。在1983年形成了

开放系统互连基本参考模型的正式文件，即著名

的ISO7498国际标准，也就是所谓的七层协议

的体系结构。

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151开放系统互连参考模型(OSI/RM)

-开放系统互连参考模型概述

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151开放系统互连参考模型(OSI/RM)

-OSI/RM七层结构中每层功能的简要描述

层号层的名称英文王要功能

7应用层ApplicationLayer实现网络功能应用，是与用户应用进程的接口，即相

当于：做什一么？

6表小层PresentationLayer实现两个系统中信息表示形式的转换，数据格式的转

换，即相当于：对方看起来像什么？

5会话层SessionLayer实现网上两个进程间的通信，会话的管理和数据传输

的同步，即相当于：轮到谁讲话和从何处讲？

4传输层TransportLayer实现端到端的对等实体识别和可靠通信服务，从端到

端经网络透明地传输报文，即相当于：对方是谁，在

何处？

3网络层NetworkLayer实现路由，流量控制与网际互连，即分组报文的传输

控制和路由选择，即相当于：以怎样的速率，走哪条

路可以到达该处？

2数据链路DataLinkLayer在两个相邻通信实体间建立数据链路连接，实现稳定、

层无差错透明数据链路服务，即在链路上无差错地传送

帧帧信息，即相当于：每一步应该怎么走？

1物理层PhysicalLayer利用物理传输介质为数据链路层提供物理连接，提供

透明的比特流传输，即将比特流送到物理介质上传送，

即相当于：对上层的每一步该怎样利用物理介质？

jsxnDc@ibJ.comvr昇机网络

1.5.1开放系统互连参考模型(OSI/RM)

■服务和功能及通信过程

■“服务”是对相邻上层而言的，属于本层的外观表

现，而‘功能’则是本层内部的活动，是为了实现

对外服务而从事的活动。

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1.5.1开放系统互连参考模型(OSI/RM)

-服务和功能及通信过程

用户信息发将程序V--_---用--------户-------信-------息-------谈--收程序

Yt

应用层◄------------------------------------->应用层

表小层◄------------------------------------->表小层

每层完成自己的

每层完成自己的会话层会话层

◄------------------------------------->功能，向上层提

功能，并调用下

逻辑直接通信交本层服务

层服务1

传输层◄------------------------------------->传输层

1

网络层<------------------------------------->网络层

链路层V------------------------------------->链路层

1t1

物理层◄-------------------------------------►物理层

比特流信号传输

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151开放系统互连参考模型(OSI/RM)

-数据穿过osi模型各层时的情况

用户信息数据

数据交付

V用户信息数据

数据格式转换

用户信息数据

数据分割

用户信息数据

添加控制数据

识别、校验信息用户信息数据

添加控制数据

逻辑地址信息识别、校验信息用户信息数据

添加控制数据

V

物理地址、校验逻辑地址信息识别、校验信息用户信息数据

编码变换

物理地址、校验逻辑地址信息识别、校验信息用户信息数据

同步信号信息数据位流信号

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1.5.1开放系统互连参考模型(OSI/RM)

■0SI6在市场化方面是失败的

■20世纪90年代初期，虽然整套的OSI国际标准都

已经制订出来了，但由于因特网已抢先在全世界

覆盖了相当大的范围，而与此同时却几乎找不到

有什么厂家生产出符合OSI标准的商用产品。因

此人们得出这样的结论：OSI只获得了一些理论

研究的成果，但在市场化方面OSI则事与愿违地

失败了。现今规模最大的、覆盖全世界的计算机

网络因特网并未使用OSI标准。

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1.5.1开放系统互连参考模型(OSI/RM)

■OSI失败的原因

■(1)0SI的专家们缺乏实际经验，他们在完成OSI

标准时没有商业驱动力；

■(2)OSI的协议实现起来过分复杂，而且运行效

率很低；

■(3)0SI标准的制定周期太长，因而使得按OSI标

准生产的设备无法及时进入市场；

■(4)OSI的层次划分也不太合理，有些功能在多

个层次中重复出现；

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