计算机网络基础-1.1

计算机网络技术课程结构01020304计算机网络基础路由原理协议原理局域网技术基础情境一：计算机网络基础1计算机网络概述云计算技术与应用专业情感目标（1）掌握计算机网络的基本定义和基本功能（2）了解计算机网络的演进过程（3）掌握计算机网络的类型和衡量计算机网络的性能指标（4）了解计算机网络的协议标准及标准化组织通过课堂交流，培养学生的创新精神、合作意识以及严谨踏实的学习习惯和精益求精的工作态度。知识目标教学目标思政元素网络伦理与道德规范•网络的基础概念：在介绍网络的基本概念时，强调网络作为信息传播和交流的重要平台，需要遵守基本的网络伦理和道德规范，如尊重他人隐私、不传播虚假信息、不恶意攻击他人等。•了解网络的历史与发展：通过讲述网络的发展历程，引导学生认识到网络技术的快速发展给社会带来的巨大变革，同时强调作为网络使用者，应积极参与网络文化的建设，共同维护网络空间的健康、文明和有序。历史使命感与责任感•培养学生的历史使命感，让他们认识到自己在网络时代所肩负的责任和使命，积极参与网络空间的治理和维护。•强调作为未来网络行业的从业者，应具备高度的社会责任感，为构建安全、和谐、文明的网络环境贡献自己的力量。思政内容思政内容与元素什么是计算机网络Part01计算机网络定义计算机网络是计算机技术和通信技术紧密结合的产物，它涉及通信与计算机两个领域。<专业化>计算机网络是一组自治计算机互连的集合。<通俗>将地理上位置不同且功能独立的多个计算机系统通过通信线路相互连在一起、由专门的网络操作系统进行管理，以实现资源共享的系统。一个计算机网络是由资源子网和通信子网构成的。资源子网负责信息处理，通信子网负责全网中的信息传递。每个计算机都有自主权，不受别人控制使用通信介质进行计算机连接，并达到通信的目的计算机网络的定义计算机网络的基本功能1.资源共享资源分为软件资源和硬件资源。软件资源包括形式多种多样的数据，如数字信息、消息、声音、图象等；硬件资源包括各种设备，如打印机、Modem等。2.分布式处理与负载均衡通过计算机网络，海量的处理任务可以分配到全球各地的计算机上。通过一定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，这样可以实现各服务器的负载均衡。3.综合信息服务网络发展的趋势是应用日益多元化，即在一套系统上提供集成的信息服务，如图像、语音、数据等。计算机网络的演进Part02计算机网络定义计算机网络技术是通信技术和计算机技术相结合的产物，一般来说，计算机网络的发展可分为四个阶段。第一阶段：主机互联第二阶段：局域网第三阶段：互联网第四阶段：因特网第一阶段面向终端的计算机网络20世纪50年代中后期集中式处理，数据处理和通信都由主机完成有限的数据传输速率系统的可靠性和性能取决于主机，便于维护、管理，数据一致性好主机通信开销较大，通信线路利用率低下，规模小，终端数量少通信线路终端主机通信装置通信装置第二阶段多台计算机互联的计算机网络20世纪60年代后期实现远程资源共享以通信子网为中心分组交换网络分层的网络协议1969年出现的ARPAnet是第一个现代意义上的计算机网络以能够相互共享资源为目的，互连起来具有独立功能的计算机的集合体。缺点是没有形成统一的互联标准，使网络在规模与应用等方面受到了限制。互联设备工作站NOS服务器打印机传输介质第三阶段面向标准化的计算机网络制定网络体系结构：OSI-RM模型形成TCP/IP系统结构形成以太网、公用数据网等标准，如X.25标准等提出Web技术与开发浏览器第四阶段面向全球互联的计算机网络计算机网络中的基本概念Part03局域网、城域网和广域网根据网络分布规模来划分的网络，可分为：局域网、城域网和广域网。（1）局域网（LAN）局域网（LAN—Localareanetwork）是局部区域的计算机网络，通常只用来连接一座或几座楼中的计算机。因为局域网覆盖了较短的距离，所以局域网的特点是：数据速率高、距离短、延迟小、传输可靠。目前常见的局域网类型包括：以太网（Ethernet）、令牌环网（TokenRing）、光纤分布式数据接口（FDDI）、异步传输模式（ATM）等，它们在拓扑结构、传输介质、传输速率、数据格式等多方面都有许多不同。其中应用最广泛的当属以太网——是目前发展最迅速、最经济的局域网。局域网、城域网和广域网（2）城域网（MAN）城域网是介于局域网和广域网之间的一种大范围的高速网络。因为，随着局域网的广泛使用，逐渐要求扩大局域网的使用区域范围，或是要求将局域网互连起来，从而形成城市范围内的网络。设计目标是要满足几十公里范围的大量局域网的互连要求。由于种种原因，城域网的技术没有在世界范围内广泛推广使用，而是在实践中使用广域网的技术来构建城域网的目标范围、大小相当的网络。因此，本书将不对城域网做更多的介绍。（3）广域网（WAN）广域网（WAN—Wideareanetwork）是连接地理范围的较大的计算机网络，地理范围通常是一个国家或一个洲。随着局域网的发展，越来越多的企业建立了自己的局域网，但各个局域网之间却无法进行交流。而广域网就是用来连接多个局域网的，这样只要是局域网内的计算机就都可以互享资源。大型的广域网可以由各大洲的许多局域网组成。最广为人知的广域网就是Internet，它由全球成千上万的局域网和广域网组成。电路交换与分组交换按网络的交换功能分为电路交换、报文交换和分组交换。（1）电路交换：基于电话网，在数据传输期间，源（发送点）与目的（接收点）之间构成一条实际连接的专用物理线路。

优点延迟小、透明传输

缺点带宽固定，网络资源利用率低，初始连接建立慢（2）报文交换：不需要建立一条专用物理线路，信息分成报文一站一站地从源地址送到目的地址。即存储-转发方式。报文长度不固定，有点像寄出一封信传送方式一样。（3）分组交换：同样不需要建立一条专用物理线路，不过信息传送的单位不是报文，而是分组。特征是其最大长度比报文短很多。基本原理与报文交换相同。

优点多路复用，网络资源利用率高

缺点延迟大，实时性差，设备功能复杂网络的拓扑结构按网络拓扑结构分类计算机网络拓扑反应了网络中各实体间的结构关系。拓扑设计是构建计算机网络的第一步，也是实现各种网络协议的基础，它对网络的性能、系统可靠性、通信费用等都有重大影响。1、总线型拓扑结构2、星型拓扑结构3、环型拓扑结构4、树形拓扑结构5、网型拓扑结构优点：1、总线结构需要的电缆数量少，费用低。2、总线结构简单，又是无源工作，有较高的可靠性。3、易于扩充，数据端用户入网灵活。缺点：1、总线的传输距离有限，通信范围受限制。2、当接口发生故障时，将影响全网，且诊断和隔离较困难。3、一次仅能由一个端用户发送数据，其他端用户必须等待，直到获得发送权，因此媒体访问的控制机制复杂。1、总线型拓扑结构目前使用最普遍的以太网星型结构，其交换方式为报文交换，处于中心位置的网络设备称为集线器（Hub），目前集线器逐渐被以太网交换机代替。优点：1、控制简单。2、故障诊断和隔离容易。3、方便服务。缺点：1、电缆长度和安装工作量大。2、中央结点的负荷较重，形成信息传输速率的瓶颈。3、对中央结点的可靠性和冗余度要求较高。中央结点一旦发生故障，将使全网瘫痪。2、星型拓扑结构环型网中各结点通过环路接口连在一条首尾相连的闭合环形通信线路中，环路上任何结点均可以请求发送信息。请求一旦批准，便可以向环路发送信息。环路网中的数据可以是单向也可以是双向传输。由于环路公用，一个结点发出的信息必须穿越环中所有的环路接口，信息流中的目的地址与环上某结点地址相符时，信息被该结点环路接口所接收，而后信息急需流向下一环路接口，一直流回到发送该信息的环路接口结点为止。优点：1、电缆长度短。2、增减工作站时只需简单的连接操作。3、可使用光纤。缺点：1、结点故障会引起全网故障。2、故障检测困难。3、环路拓扑结构的媒体访问控制协议都采用令牌传递的方式，在负载较轻时，信道利用率相对来说就比较低。3、环型拓扑结构4、树型拓扑结构树型结构式总线型结构的扩展，它是在总线网上加上分支形成的，其传输介质可有多条分支，但不形成闭合回路，树型网是一种分层网，其结构可以对称、联系固定，具有一定容错能力，一般一个分支和结点的故障不影响另一个分支结点的工作，任何一个结点送出的信息都可以传遍整个传输介质，也是广播式网络。一般树型网上的链路相对具有一定的专用性，无须对原网做任何改动就可以扩充工作站。优点：1、容易扩展。2、故障隔离较容易。缺点：1、各个结点对根的依赖性太大，如果根发生故障，则全网不能正常工作。优点：不受瓶颈问题和失效问题的影响，可靠性高。缺点：结构和协议复杂，成本也比较高。5、网型拓扑结构

网络拓扑结构是网络的基本要素，处于基础的地位，选择合适的网络拓扑结构很重要。确定拓扑结构，要考虑联网的计算机数量、地理覆盖范围、网络结点变动的情况，以及今后的升级或扩展因素。以上几种拓扑结构各有千秋，目前符合广播式布线系统的星型网络拓扑结构及其双绞线传输介质是局域网中最常用的。在实际组建网络时，其拓扑结构不一定是单一的，通常是这些拓扑结构的综合。拓扑结构的选择衡量计算机网络的主要指标Part04影响网络性能的因素有很多，传输的距离、使用的线路、传输技术、带宽、网络设备性能等都会对网络的性能产生影响。带宽和延迟是衡量网络性能的两个主要指标。带宽一定时间范围内能够从一个节点传送到另一个节点的数据量。单位是bps（位每秒），代表每秒钟某条链路能发送的数据位数。延迟网络延迟又称时延，定义了网络把数据从一个网络节点传送到另一个网络节点所需要的时间。延迟主要由传播延迟、交换延迟、介质访问延迟和队列延迟组成。衡