《计算机网络基础》课件-项目1 计算机网络概述

计算机网络概述项目1目录计算机网络基础概念计算机网络的功能计算机网络的组成1.11.21.3计算机网络的分类1.41.1.1什么是计算机网络什么是计算机网络？1.1.2计算机网络的定义

计算机网络是一个将分散的(地理位置不同的)、具有独立功能的计算机系统，通过通信设备(路由等)与线路(光纤等)连接起来，由功能完善的软件(网络操作系统和网络通信协议等)实现资源共享和信息传递的系统。

计算机网络是一些互联的、自治的计算机系统的集合目录计算机网络基础概念计算机网络的功能1.11.2计算机网络的组成1.3计算机网络的分类1.41.2.1计算机网络的功能1．数据通信数据通信是计算机网络最基本和最重要的功能。实现联网计算机之间的各种信息传输，并将分散在不同地理位置的计算机联系起来，进行统一的调配、控制和管理。1.2.1计算机网络的功能2．资源共享网络将分散的物理设备汇聚成统一的资源池，用户无需本地部署即可按需调用高性能服务器、存储阵列、打印机等硬件，实现算力与设备的弹性利用网络提供集中式的软件仓库，涵盖操作系统、中间件、业务应用及开发工具。通过远程部署或SaaS模式，用户可即时获取最新版本，显著降低采购与维护成本。网络构筑了跨越地域与学科的全球知识库，文本、图像、音视频及实时数据均可秒级检索。任何接入者都能以可视化、交互式的方式随时发现、访问与再利用信息，持续放大知识价值。（3）信息资源（2）软件资源（1）硬件资源3．其他功能03负载均衡02提高系统的可靠性04……01分布式处理多台计算机各自承担同一工作任务的不同部分。由于使用了分布式处理，那么网络中的一台服务器如果坏掉了，我们可以用另一台机器（替代机）来接班。将工作任务均衡的分配给计算机网络中的各台计算机。1.2.1计算机网络的功能目录计算机网络基础概念1.1计算机网络的分类1.41.3计算机网络的组成计算机网络的功能1.21.3.1总体框架计算机网络的组成组成部分工作方式功能组成1.3.2

从组成部分来看一个完整的计算机网络主要由硬件、软件和协议三大部分组成，缺一不可。硬件主要由主机(也称端系统)，通信链路(如双绞线、光纤)、交换设备(如路由、交换机等)和通信处理机(如网卡)等组成软件主要包括各种实现资源共享的软件和方便用户使用的各种工具软件(如网络操作系统、邮件收发程序、FTP程序、聊天程序等)。协议是计算机网络的核心，协议规定了网络传输数据时所遵循的规范。1.3.3

从工作方式来看计算机网络可分为边缘部分和核心部分。为边缘部分提供连通性和交换服务。用来进行通信(如传输数据、音频或视频)和资源共享1.3.3

从工作方式来看计算机网络可分为边缘部分和核心部分。用来进行通信(如传输数据、音频或视频)和资源共享1.客户服务器方式（C/S方式）：Client/Server方式2.对等方式（P2P方式）：Perr-to-PeerC/S方式通常要求用户下载一些软件、客户端，例如QQ、微信等。B/S方式与C/S方式基本类似，只是客户端变成了浏览器而已。这种方式下的每一个端系统既是客户，又是服务器。1.3.4

从功能组成上看按功能组成：将计算机网络划分为网络终端、网络设备、通信介质、网络协议、网络软件等。网络终端指位于网络拓扑结构末端的设备，可以接收和发送数据，一般提供人机接口。常见的网络终端设备包括计算机、手机、打印机、IP电话、智能家电、监控设备、读卡器等。1.3.4

从功能组成上看按功能组成：将计算机网络划分为网络终端、网络设备、通信介质、网络协议、网络软件等。通信介质是网络中信息传输的载体，常用的有线通信介质包括双绞线、光缆和同轴电缆等，常用的无线通信介质包括微波、红外线和无线电等。1.3.4

从功能组成上看按功能组成：将计算机网络划分为网络终端、网络设备、通信介质、网络协议、网络软件等。网络设备指位于网络拓扑中间节点的设备，主要功能是数据转发。常见网络设备包括交换机、路由器、防火墙、网关等1.3.4

从功能组成上看按功能组成：将计算机网络划分为网络终端、网络设备、通信介质、网络协议、网络软件等。网络协议网络协议是网络上所有设备之间通信规则的集合，它规定了通信时信息必须采用的格式和这些格式的意义。类似于交通系统中的交通规则1.3.4

从功能组成上看按功能组成：将计算机网络划分为网络终端、网络设备、通信介质、网络协议、网络软件等。网络软件网络系统软件是实现网络协议的网络操作系统、网络通信软件、网络应用软件等的集合，例如Windows系统、Linux系统、电子邮件程序、网络聊天程序、网页浏览器等。复习回顾•计算机网络是什么把分散在各地的电脑、手机、摄像头等设备，用线路和无线信号连成一个能互相“说话”的大系统。•计算机网络能做什么传文件、打视频电话、共享打印机，还能把多台服务器拼成一台“超级电脑”一起算题。•计算机网络由什么组成终端（我们的电脑、手机等）、中间设备（交换机、路由器）、通信介质（网线、光纤、Wi-Fi）、协议（通信规矩）以及网络软件（系统、浏览器、微信等）。•计算机网络可以怎么分按工作位置分“边缘”和“核心”；按交互方式分“客户-服务器”和“P2P”；按介质分“有线”和“无线”。目录计算机网络基础概念1.1计算机网络的分类1.41.3计算机网络的组成计算机网络的功能1.21.4.2按覆盖范围分类1.4.2按覆盖范围分类广域网覆盖范围一般是几十到几千千米，比如跨国通信。连接广域网的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。作用：互联分布在不同国家地区的城域网和局域网1.4.2按覆盖范围分类覆盖范围跨越几个街区甚至整个城市，覆盖范围约5~50km。城域网大多采用以太网技术，因此有时也常并入局域网的范围进行讨论。作用：城域网通常作为城市骨干网，互联大量机构，企业以及校园局域网1.4.2按覆盖范围分类局域网的覆盖范围一般是1千米左右。局域网通常由微型计算机或工作站通过速率为10Mb/s以上的高速链路相连。作用：一个企业或学校会有多个互联的局域网，这样的网络通常称为校园网或企业网。1.4.2按覆盖范围分类覆盖范围一般是10米。作用：一般用于把个人使用的电脑，耳机等设备通过WiFi或蓝牙等无线技术连接起来的网络1.4.3按使用者分类公用网：通常是由电信公司出资建造的大型网络，公众只要按照电信公司的规定，缴纳费用即可使用专用网：通常是某个部门为了满足本单位的需要而建造的网络，例如军队，铁路，电力，银行等的网络，这种网络不对本单位以外的人提供服务1.4.4按交换方式分类电路交换特点：通话的过程中一直占用着这条资源，不能被别人使用。整个报文的比特流连续地从源点直达终点，好像在一个管道中传送。报文交换特点：存储、转发。主体数据是报文报文——就是一个完整的文件，例如一个媒体文件。整个报文先传送到相邻节点，全部存储下来后查找转发表，转发到下一个结点。分组交换特点：存储、转发。主体数据是分组的形式分组——其实就是把报文切开了，切成一组一组的。单个分组（这只是报文的一部分）传送到相邻结点，存储下来后查找转发表，转发到下一结点。1.4.5按拓扑结构分类1.总线型：用单根传输线把计算机连接起来2.星型：每个计算机都以单独的线路与中央设备相连，现在一般是路由器3.环型：所有计算机接口设备连接成一个环。4.网状型：一般情况下，每个节点至少有2条路径与其他节点相连，多用在广域网中。5.树型：可以看成是星型结构的扩展，适合于分级管理和控制的网络系统。1.4.5按拓扑结构分类——总线型拓扑总线型拓扑中采用一条公共传输信道传输信息，所有节点均通过专门的连接器连到这个公共信道上，这个公共的信道称为总线。总线型拓扑连接器优点：成本较低、布线简单、计算机增删容易。

缺点：1.

总线是共享的，容易引起冲突，造成传输失败；

2.

如果计算机数量过多，会降低网络的速度；3.电缆的长度总是有限的，所以不利于扩展。总线局域网1.4.5按拓扑结构分类——星型拓扑星型拓扑中有一个中心节点，其它各节点通过点对点线路与中心节点相连，形成辐射型结构，在物理形状上就像是星星。计算机之间不能直接进行通信，必须由中心设备转发。星型拓扑结构优点：结构简单、组网容易、控制方便，计算机故障影响范围小且容易检测和排除。缺点：1.

通信线路数量多、利用率低；

2.

中心设备是全网可靠性的瓶颈，如果中心设备出现故障，整个网络的通信都会瘫痪。中心节点局域网1.4.5按拓扑结构分类——环型拓扑在环型拓扑中，每台计算机与相邻的计算机直接相连，各节点和通信线路连接形成的一个闭合的环。环中的数据按照一个方向沿环逐个节点传输，或顺时针方向，或逆时针方向。环型拓扑结构优点：结构简单、实时性强。缺点：1.

可靠性较差，环上任何一个节点发生故障都会影响到整个网络，而且难以进行故障诊断；

2.

当增加或删除节点时，操作步骤复杂且会干扰整个网络的正常运行。局域网1.4.5按拓扑结构分类——网状拓扑各结点通过传输线相互连接起来，并且任何一个结点都至少与其他两个结点相连。网状拓扑结构优点：可靠性高，设备之间存在多条连接路径，局部的故障不会影响整个网络的正常工作。

缺点：结构复杂、协议复杂、实现困难、不易扩充。广域网1.4.5按拓扑结构分类——树型拓扑是一种分层结构，可以看做是星型拓扑的一种扩展，适用于分级管理和控制的网络系统。树型拓扑结构优点：易于扩展，易于故障隔离。缺点：根节点出现故障，整个网络都会瘫痪。中心节点中心节点中心节点局域网1.4.5按拓扑结构分类——拓展知识星型拓扑结构环状拓扑结构混合拓扑结构星型拓扑结构总线型拓扑结构由以上两种或多种拓扑结构混合而成。1.4.6按传输介质分类传输介质可分为有线和无线两大类有线网络可分为双绞线网络、同轴电缆网络等。无线网络可分为蓝牙、微波、无线电等类型目录计算机网络的组成1.11.21.3计算机网络的分类1.4计算机网络发展史及新技术1.5计算机网络的功能计算机网络基础概念1.5.1计算机网络的发展历程框架1.5.2

第一代：面向终端的计算机网络为了实现对计算机的远程操作，提高对计算机这种昂贵资源的利用率，人们将分布在远距离的多个终端通过通信线路与某地的中心计算机相连，以达到使用中心计算机系统主机资源的目的。这种具有通信功能的面向终端的计算机系统被称为单计算机联机系统，如图1-1所示。主机与终端直接相连结构中存在的缺点：主机负载较重，且一条通信线路只能与一个终端相连，通信线路的利用率较低。1.5.2第一代：面向终端的计算机网络多点通信线路要在一条通信线路上连接多个终端，如图所示。多个终端可以共享同一条通信线路与主机进行通信。缺点：虽然有效的提高了通信线路的利用率，但当多个终端同时要求与主机通信时，主机无法确认与哪一个终端进行通信。需增加相应的设备和软件完成，但会使主机工作负荷加重。多点通信线路通信控制处理机主机与终端相连结构中加入通信处理机（CCP）或前端机（FEP）,在终端云集的地方增加集中器或多路器，来减轻主机负荷。CCP和FTP专门负责通信控制，而主机专门进行数据处理。集中器和多路器实际上是设在远程终端的通信处理机，作用：实现多个终端共享同一条通信线路。1.5.3第二代：以通信子网为中心的网络利用通信线路将多台计算机连接起来的系统引入了计算机—计算机的通信，它是计算机网络的低级形式，这种网络中的计算机彼此独立又相互连接，它们之间没有主从关系，其网络结构有如下两种形式。第一种形式是通过通信线路将主机直接连接起来，主机既承担数据处理工作，又承担通信工作，如图所示。第二种形式是把通信任务从主机中分离出来，设置CCP，主机间的通信通过CCP的中继功能间接进行，如图所示。1.5.3第二代：以通信子网为中心的网络通信控制处理机负责网络中各主机间的通信控制和通信处理工作，它们组成了带有通信功能的内层网络，也称为通信子网，是网络的重要组成部分。主机负责数据处理，是计算机网络资源的拥有者，网络中的所有主机构成了网络的资源子网。通信子网为资源子网提供信息传输服务，资源子网上用户间的通信是建立在通信子网的基础上的，没有通信子网，网络就不能工作，没有资源子网，通信子网的传输也失去了意义，两者统一起来组成了资源共享的网络。美国国防部高级研究计划局研制的ARPANET是世界上早期最具有代表性的、以资源共享为目的的计算机网络，是第二阶段计算机网络的一个典型范例。ARPANET就是Internet的雏形，也是Internet初期的主干网。1.5.4第三代：标准化网络1977年，国际标准化组织（InternationalOrganizationforStandardization，ISO）为适应网络标准化发展的需要，成立了TC97（计算机与信息处理标准化委员会）下属的SC16（开放系统互连分技术委员会）。该委员会制定了开放系统互连参考模型（OpenSystemInterconnectionReferenceModel，OSIRM），简称OSI参考模型。作为国际标准，OSI参考模型规定了可以互连的计算机系统之间的通信协议，遵从OSI参考模型的网络通信产品都是所谓的开放系统，符合OSI参考模型的网络也被称为第三代计算机网络。20世纪80年代，个人计算机（PersonalComputer，PC）有了极大的发展。1980年2月，IEEE802局域网标准发布。今天，在一个用户的局域网中，工作站可能是IBM的，服务器可能是HP的，网卡可能是英特尔的，集线器可能是Cisco的，而网络上运行的软件则可能是Novell公司的NetWare或是Microsoft的WindowsNT/2000。1.5.4第三代：标准化网络1.物理层2.数据链路层3.网络层4.传输层5.会话层6.表示层7.应用层OSI参考模型1.网络接口层2.网际层3.传输层4.应用层TCP/IP协议栈1.5.5第四代：以Internet为中心的新一代网络云计算5G物联网大数据1.5.6

新技术——物联网1．物联网的提出物联网（InternetofThings，IoT）的概念是在1999年提出的，当时不称为物联网而称为传感网。物联网是新一代信息技术的重要组成部分，也是“信息”时代的重要发展阶段。顾名思义，物联网就是物物相连的互联网。物联网包含两层意思：其一，物联网的核心和基础仍然是互联网，是在互联网基础上延伸和扩展的网络；其二，其用户端延伸和扩展到了物品与物品之间，使物和物能进行信息交换和通信，也就是物物相连。物联网通过智能感知、识别技术与普适计算等通信感知技术，广泛应用于网络的融合中，也因此被称为继计算机、互联网之后世界信息产业发展的“第三次浪潮”。1.5.6

新技术——物联网2．物联网的概念关于物联网比较准确的定义如下：物联网是通过各种信息传感设备及系统（传感器、射频识别系统、红外感应器、激光扫描器等）、条码与二维码、全球定位系统，按约定的通信协议，将物与物、人与物、人与人连接起来，通过各种接入网、互联网进行信息交换，以实现智能化识别、定位、跟踪、监控和管理的一种信息网络。这个定义的核心是，物联网的主要特征是每一个物件都可以寻址，每一个物件都可以控制，每一个物件都可以通信。1.5.6

新技术——物联网3．物联网的特点首先，它是各种感知技术的广泛应用。其次，它是一种建立在互联网上的泛在网络。最后，物联网不仅提供了传感器的连接，其本身也具有智能处理的能力，能够对物体实施智能控制。物联网中的“物”要满足以下条件才能够被纳入“物联网”的范围：要有数据传输通路；要有一定的存储功能；要有CPU；要有操作系统；要有专门的应用程序；遵循物联网的通信协议；在网络中有可被识别的唯一编号。1.5.6

新技术——物联网4．物联网的分类物联网可分为私有物联网（PrivateIoT）、公有物联网（PublicIoT）、社区物联网（CommunityIoT）和混合物联网（HybridIoT）4种。私有物联网一般面向单一机构内部提供服务。公有物联网基于互联网向公众或大型用户群体提供服务。社区物联网向一个关联的“社区”或机构群体（如一个城市政府下属的各委办局——公安局、交通局、环保局、城管局等）提供服务。混合物联网是上述两种或以上的物联网的组合，但后台有统一运维实体。1.5.6

新技术——物联网5．物联网的主要应用领域物联网的应用领域非常广阔，从日常的家庭个人应用，到工业自动化应用，以至军事反恐、城建交通。当物联网与互联网、移动通信网相连时，人们的生活方式将从“感觉”跨入“感知”，从“感知”到“控制”。目前，物联网已经在智能交通、智能安防、智能物流、公共安全等领域初步得到实际应用。2010年上海世博会的门票系统就是一个小型物联网的应用，该系统采用了射频识别（RadioFrequencyIdentification，RFID）技术，每张门票内都含有一块芯片，通过采用特定的密码算法技术，确保数据在传输过程中的安全性，外界无法对数据进行任何篡改或窃取。物联网比较典型的应用包括水电行业无线远程自动抄表系统、数字城市系统、智能交通系统、危险源和家居监控系统、产品质量监管系统等。1.5.7

新技术——5G1．5G的简介5G是4G的升级，它将是新一代移动通信系统，它不是一种单一的无线接入技术，也不都是全新的无线接入技术，而是新的无线接入技术和现有无线技术的高度融合，旨在解决高速率、低时延通信、海量互联、智慧城市建设等方面的技术问题。2019年6月6日，工业和信息化部向中国电信、中国移动、中国联通、中国广电发放5G商用牌照。我国正式步入5G商用元年。1.5.7

新技术——5G2．5G网络的基本特征01高速率02低功耗03泛在网04低时延05海量物联1.5.7

新技术——5G3．5G网络与4G网络的比较5G网络的传输速率是4G网络的10～100倍，达到10Gbit/s。5G网络容量约是4G网络的1

000倍，可以连接的设备数约是4G的1

000倍。5G网络端到端的时延比4G网络小90%，可以达到毫秒级。5G网络频谱效率增加了5～10倍，是4G在同样带宽下传输的数据的5～10倍。频率更高，工业和信息化部初步定下我国的5G频率是3.3～3.6GHz/4.8～5GHz。不像传统的通信必须经过基站转发用户间的数据那样，5G只有信令需要通过基站。1.5.8

新技术——云计算1．云计算的由来云计算（CloudComputing）是IT产业发展到一定阶段的必然产物。在云计算概念诞生之前，很多公司就可以通过互联网发送诸多服务，如订票、地图、搜索以及硬件租赁业务。云计算是一种新兴的商业计算模型。它将计算任务分布在大量计算机构成的资源池中，使各种应用系统能够根据需要获取计算能力、存储空间和各种软件服务。之所以称为“云”，是因为它在某些方面具有现实中云的特征，如规模较大、可以动态伸缩、边界模糊等。人们无法也无须确定云的具体位置，但它确实存在于某处。1.5.8

新技术——云计算2．云计算的概念云计算以公开的标准和服务为基础，以互联网为中心，提供安全、快速、便捷的数据存储和网络计算服务，让云成为每一个网民的数据中心和计算中心。美国国家标准与技术研究院（NIST）对云计算的定义如下云计算是一种按使用量付费的模式，这种模式提供可用的、便捷的、按需的网络访问，进入可配置的计算资源共享池（资源包括网络、服务器、存储、应用软件、服务），这些资源能够被快速提供，只需投入很少的管理工作，或与服务供应商进行很少的交互。通俗地理解云计算的“云”就是存在于互联网中的服务器集群上的资源，它包括硬件资源（如服务器、存储器、CPU等）和软件资源（如应用软件、集成开发环境等），本地计算机只需要通过互联网发送一个需求信息，远端就会有成千上万的计算机提供需要的资源并将结果返回到本地计算机。1.5.8

新技术——云计算3．云计算的特点云计算是通过使计算分布在大量的分布式计算机上，而非本地计算机或远程服务器中，企业数据中心的运行将与互联网更相似。这使得企业能够将资源切换到需要的应用上，根据需求访问计算机和存储系统。从研究现状上看，云计算具有以下特点。便捷性强。01可靠性高。02成本低。031.5.8

新技术——云计算4．云计算应用云计算应用的范围很广，如云物联、云服务、云计算、云存储、云安全、云游戏、云会议、云教育等，下面将从云服务、云计算、云存储、云安全这4个方面来分析云计算的应用。（1）云服务云服务是一种更广义的服务方式，其中的典型代表就是苹果的云服务iCloud。这是一款可与iPhone、iPad、iPodtouch、Mac等的应用程序完美兼容的云服务免费套件，它能够存储某个苹果设备上的数据内容，并自动推送给用户所有的苹果设备。（2）云计算云计算其实是一种资源交付和使用模式，指通过网络获得应用所需的资源。提供资源的网络被称为“云”。云计算具有按需服务、无限扩展、成本低和规模化四大特征。云计算的核心思想是对大量用网络连接的计算资源进行统一管理和调度，构成一个计算资源池向用户提供按需服务。1.5.8

新技术——云计算（3）云存储云存储是在云计算概念上延伸和发展出来的一个概念。云计算时代，用户可以抛弃U盘等移动设备，只需要进入云存储的页面，新建文档，编辑内容，然后直接将文档的URL地址分享给他人，对方可以直接打开浏览器访问URL，再也不用担心因PC硬盘的损坏或者U盘打不开而发生资料丢失事件。（4）云安全云安全（CloudSecurity）是网络时代信息安全的新产物，它融合了并行处理、网格计算、未知病毒行为判断等新兴技术和概念，通过