第1章 计算机网络基本知识.ppt

1、第1章 计算机网络基本知识,课前导读 1.1计算机网络概念 1.2计算机网络的产生 1.3Internet的发展简史 1.4计算机网络的分类 1.5 常见的计算机网络拓扑结构 课后练习,课前导读,基础知识 计算机网络的概念、计算机网络的发展史和网络相关知识。 重点知识 计算机网络的分类和计算机网络拓扑结构 读者应掌握几种网络的基本组成及作用 几种常见结构的组成方式与优缺点。 了解知识 计算机网络的功能与应用。,1.1 计算机网络概念,计算机网络是由某种传输介质，如电线或电缆所连接的一组计算机和其他设备（比如打印机）。通过计算机网络，可以将分布在不同地区的计算机用专门的外部设备通过通信线路连接起

2、来，组成一个规模大、功能强的计算机综合系统，从而使计算机之间可以方便地传递信息，共享硬件、软件和数据等资源，实现信息集中或分布式处理。 1.1.1 什么是计算机网络 1.1.2 计算机网络的功能 1.1.3 计算机网络的用途,什么是计算机网络,计算机网络是现代计算机技术和通信技术密切结合的产物，是随社会对信息的共享和信息传递的要求而发展起来的。 计算机网络是指将地理上分散的计算机资源通过通信线路和通信设备连接起来，遵守共同的协议相互通信，以便用户随时随地能共享软件、硬件和数据等资源的系统。 计算机资源：凡是能和计算机连接使用或者能和通信设备连接使用的资源。如服务器、计算机、打印机等 通信线路：

3、电话线、同轴电缆、双绞线、微波等 通信设备：调制解调器、网卡、交换机、路由器等 协议：上网必须遵守的“交通法规”，如HTTP等,1、计算机网络的功能,计算机网络的主要功能就是资源共享和数据通信。 资源共享 硬件共享 软件共享 数据共享 数据通信 数据传输的控制、流量控制、路由选择、电子邮件、文件传输、视频会议。,2、Interent的主要功能,Interne是世界上最大的计算机网络。 信息传播：广告系统、信息网络、新闻媒体、政治宣传等 通信联络：电子邮件、网络电话、即时聊天等 专题讨论：论坛、博客等 资料检索：网页浏览、网上购物、股票行情等,3、Internet所提供的服务,E-mail服务（

4、电子邮件） Telnet服务（远程登录） FTP服务（文件传输） WWW服务（网页浏览）：万维网是当前Internet上最受欢迎、最为流行和最新的信息检索服务系统。 其它服务,计算机网络的用途,办公自动化 电子数据交换 远程交换 远程教育 电子公告板系统 电子银行、电子商务 证券及期货交易 广播分组交换 校园网、企业网 智能大厦和结构化综合布线系统,1.2 计算机网络的产生,1.2.1 具有通信功能的单机系统 1.2.2 具有通信功能的多机系统 1.2.3 计算机计算机网络,1.2.1 具有通信功能的单机系统,在20世纪50年代初期前，计算机与通信没有任何联系 在20世纪50年代中末期，计算机

5、技术与通信技术初步结合，形成了计算机网络的雏形。此时的计算机网络，参见下图。 以单个计算机为中心的远程联机系统，面向终端的计算机通信网络，即多个终端用户分时占用主机上的资源。 每一个分散的终端都要单独占用一条通信线路，线路利用率低。 主机既要承担通信工作，又要承担数据处理，因此主机的负荷较重，且效率低。,1.2.2 具有通信功能的多机系统,通信控制处理机 完成全部的通信任务，让主机专门进行数据的处理，提高数据处理的效率 ； 集中器 负责从终端到主机的数据集中以及从主机到终端的数据分发。,1.2.3 计算机计算机网络,随着计算机技术和通信技术的进步，将多个单处理机联机终端网络互相连接起来，形成了

6、以多处理机为中心的网络。利用通信线路将多台主机连接起来，为用户提供服务。,1.3 Internet的发展简史,1.3.1 Internet的发展简史 1.3.2 我国Internet的发展简史,1.3.1 Internet发展简史,60年代开始，美国国防部的高级研究计划局ARPA建立阿帕网ARPANet，向美国国内大学和一些公司提供经费，以促进计算机网络的研究。 1969年12月，ARPANet投入运行，建成了一个实验性的由4个节点连接的网络。供美国军事和各研究机构使用。 ARPANet的诞生，标志着现代意义的计算机网络的诞生，因此ARPANet被称为是Internet的前身。 Interne

7、t的发展经历了以下3个阶段：,Internet的发展的3个阶段,研究实验阶段（19681983年）：从1969年ARPANet诞生到1983年应用TCP/IP协议，标志着Internet的诞生。 实用发展阶段（19841991年）：1986年，NSF（美国国家科学基金会）为鼓励大学与研究机构共享昂贵的4台计算机主机，希望通过计算机网络把各大学、研究所的计算机与这4台计算机连接起来，建立了NSFnet，并逐渐取代了ARPANet在Internet的地位，成为Internet中的主要部分。到了1990年，ARPANet就正式宣布关闭。 商业化阶段（从1991年至今）：随着NSFnet的建设和开放，

8、以美国为中心的Internet网络互联也迅速向全球发展，许多国家纷纷接入到Internet，使网络上的通信量急剧增大。1991年Internet主干网交由私人经营，开始收费，1995年4月30日，NSFnet停止运作，Internet彻底商业化。,1.3.2 我国Internet的发展简史,研究试验阶段（19861993年）：我国于1986年启动接入Internet工程，19981993年建成世界银行贷款项目中关村地区教育与科研示范网络工程，包括一个主干网和3个院校网（中科院、清华大学和北京大学），并申请了顶级域名。 起步阶段（19941996年）： 1994年正式接入internet，主要为

9、教育科研应用。到1997年出现最著名的四大网络：ChinaNET、CERNET、CSTNET和ChinaGBN。 快速增长阶段（从1997年至今）：1997年6月3日成立中国互联网络信息中心工作委员会，internet沿两个方向发展：商业网络和政府上网工程。,1.4 计算机网络的分类,按网络覆盖区域： 局域网 城域网 广域网 按网络的传输技术： 点到点网络 广播式网络 按网络控制方式： 对等网 客户机/服务器网络 专用服务器风,按网络的使用范围： 公用网 专用网 按通信介质： 有线网 无线网 按企业管理分类 ： 内联网 外联网 因特网,局域网（LAN）,LAN通常安装在一个建筑物或校园（园区）

10、中，覆盖的地理范围一般在2公里内，最大距离不超过10公里。例如，一个实验室、一栋大楼、一个校园或一个单位。 LAN是计算机通过高速线路相连组成的网络，网上传输速率较高，从10Mbps2Gbps。 通过LAN，各种计算机可以共享资源;例如，共享打印机和数据库。 详细特点：P16,局域网,城域网（MAN）,MAN规模局限在一座城市的范围内，覆盖的地理范围从几十公里至数百公里。 MAN是对局域网的延伸，用来连接局域网，在传输介质和布线结构方面牵涉范围较广。 主要应用 主要特点,城域网,广域网（WAN）,WAN覆盖的地理范围从数百公里至数千公里，甚至上万公里。可以是一个地区或一个国家，甚至世界几大洲，

11、故称远程网。 WAN在采用的技术、应用范围和协议标准方面有所不同。在WAN中，通常是利用邮电部门提供的各种公用交换网，将分布在不同地区的计算机系统互连起来，达到资源共享的目的。 Internet在范畴上属于广域网。 主要特点,广域网,点到点网络 （Point-to-Point Network）,在点到点网络中，两台计算机之间通过一条物理线路连接。若两台计算机之间没有直接连接的线路，分组可能要通过一个或多个中间节点的接收、存储、转发，才能将分组能从信源发送到目的地。由于连接多台计算机之间的线路结构可能非常复杂，存在着多条路由，因此在点到点的网络中如何选择最佳路径显得特别重要。,广播式网络 （Br

12、oadcast Network）,广播式网络仅有一条通信信道，网络上的所有计算机都共享这个通信信道。当一台计算机在信道上发送分组或数据包时，网络中的每台计算机都会接收到这个分组，并且将自己的地址与分组中的目的地址进行比较，如果相同，则处理该分组，否则将它丢弃。 在广播式网络中，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，则称这种方式广播（Broadcasting），若分组是发送给网络中的某些计算机，则被称为多点播送或组播（Multicasting），若分组只发送给网络中的某一台计算机，则称为单播(Unicasting)。,对等网 （Peer to Peer）,在对等网中，所有计算机地

13、位平等，没有从属关系，也没有专用的服务器和客户机。 网络的资源是分散在每台计算机上，每一台计算机都有可能成为服务器，也可能成为客户机。,客户机/服务器网络 （c/s）,这种类型的网络中有一台或几台较大计算机集中进行共享数据库的管理和存取，称为服务器。 负责其他的应用处理工作的其他计算机称为客户机。,专用服务器网络,这种类型的网络与基于服务器模式功能差不多，只不过服务器在分工上更加明确，每台服务器提供专门的服务。,公用网和专用网,公用网 由电信部门组建，一般由政府电信部门管理和控制，网络内的传输和交换装置可提供（如租用）给任何部门和单位使用，例如公共电话交换网PSTN、数字数据网DDN、综合业务

14、数字网ISDN等。 专用网 由某个单位或部门组建，不允许其他部门或单位使用，例如金融、石油、铁路等行业都有自己的专网。专用网可以租用电信部门的传输线路，也可以自己铺设线路，但后者的成本非常高。,有线网,有线网是指采用双绞线、同轴电缆、光纤连接的计算机网络。有线网的传输介质包括： 双绞线：双绞线网是目前最常见的连网方式，它比较经济，安装方便，传输率和抗干扰能力一般，广泛应用于局域网中。还可以通过电话线上网，通过现有电力网导线建网； 同轴电缆：可以通过专用的粗电缆或细电缆组网。此外，还可通过有线电视电缆，使用电缆调制解调器（Cable Modem）上网； 光纤：光纤网采用光导纤维作传输介质。光纤传

15、输距离长，传输率高，可达每秒数千兆比特，抗干扰性强，不会受到电子监听设备的监听，是高安全性网络的理想选择。,无线网,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。无线网包括： 无线电话：通过手机上网已成为新的热点。目前联网费用较高，速率不高。但由于联网方式灵活方便，是一种很有发展前途的连网方式； 无线电视网：普及率高，但无法在一个频道上和用户进行实时交互； 微波通信网：通信保密性和安全性较好； 卫星通信网：能进行远距离通信，但价格昂贵。,1.5 常见的计算机网络拓扑结构,拓扑结构一般指点和线的几何排列或组成的几何图形。 计算机网络的拓扑结构是指一个网络的通信链路和节点的几何排列或物理

16、布局图形。 链路是网络中相邻两个结点之间的物理通路。 节点指计算机和有关的网络设备，甚至指一个网络。常见的有服务器、工作站、集线器、交换机等设备。 通路：指从发出信息的节点到接收信息的节点之间的一连串节点和链路之间的线路，可看作是一系列穿越通信线路而建立起的节点到节点的链路。,计算机网络的拓扑结构,1.5 常见的计算机网络拓扑结构,1.5.1 星型拓扑网络,各节点通过点到点的链路与中心节点相连，中心节点可以是转接中心，起到连通的作用，也可以是一台主机，此时就具有数据处理和转接的功能。 优点：很容易在网络中增加新的站点，数据的安全性和优先级容易控制，易实现网络监控。网络延迟时间较短，误码率较低。

17、 缺点：属于集中控制，对中心节点的依赖性大，一旦中心节点有故障会引起整个网络瘫痪。,星型拓扑结构,优点：结构简单、连接方便、容易管理和维护、扩展性强。 缺点：安装和维护费用较高，且共享资源的能力较差，对中心节点要求高，网络中的点心节点出现问题，将导致网络瘫痪，其它节点影响不大。,1.5.2 树型拓扑网络,网络中的各节点形成了一个层次化的结构，树中的各个节点都为计算机。 树中低层计算机的功能和应用有关，一般都具有明确定义的和专业化很强的任务，如数据的采集和变换等，而高层的计算机具备通用的功能，以便协调系统的工作，如数据处理、命令执行和综合处理等。 一般来说，层次结构的层不宜过多，以免转接开销过大

18、，使高层节点的负荷过重。,1.5.3 环型拓扑网络,在环行拓扑网络中，节点通过点到点通信线路连接成闭合环路。环中数据将沿一个方向逐站传送。 环型拓扑网络结构简单，传输延时确定，但是环中每个节点与连接节点之间的通信线路都会成为网络可靠性的屏障。 对于环型网络，网络节点的加入、退出、环路的维护和管理都比较复杂。,环型拓扑结构,优点：网络性能稳定且传输速率高，不易产生网络冲突。 缺点：不易扩充且网络中某一节点出现问题，将导致网络瘫痪。,1.5.4 网状型拓扑网络,网状型拓扑网络中，节点之间的连接是任意的，没有规律。 主要优点是可靠性高，但结构复杂，必须采用路由选择算法和流量控制方法。 广域网基本上采

19、用网状型拓扑结构。,1.5.5 总线型拓扑网络,网络中所有的站点共享一条数据通道，一个节点发出的信息可以被网络上的多个节点接收。由于多个节点连接到一条公用信道上，必须采取某种方法分配信道，以决定哪个节点可以发送数据。 总线型网络结构简单，安装方便，需要铺设的线缆最短，成本低，某个站点自身的故障一般不会影响整个网络。因此它是最普遍使用的一种网络。 其缺点是实时性较差，总线的任何一点故障都会导致网络瘫痪。,总线型拓扑结构,优点：结构简单、连接方便，扩展性强，易于维护和管理。 缺点：网络中总线或某一节点出现问题，将导致网络瘫痪。同时必需配置中继器、调整终端器等。,标准化组织ISO,ISO 国际标准化

20、组织ISO( International Standardization Organization)，是一个全球性的非政府组织，是国际标准化领域中一个十分重要的组织。 ISO于1947年2月23日正式成立，总部设在瑞士的日内瓦。ISO致力于开发科学、技术、经济领域里的广泛合作，尤其在信息技术方面，ISO制定了网络通信的标准，即开放系统互连OSI。,标准化组织 ITU,国际电信联盟（ITU） 国际电信联盟（ITU）是世界各国政府的电信主管部门之间协调电信事务方面的一个国际组织，成立于1865年5月17日。 ITU的宗旨是维持和扩大国际合作，以改进和合理地使用电信资源、提高电信业务的效率、扩大技术

21、设施的用途、协调各国行动。 ITU的原设机构有：国际电报、电话咨询委员会（CCITT），国际无线电咨询委员会（CCIR），国际频率登记委员会（IFRB）。 1993年3月1日ITU第一次世界电信标准大会（WTSC-93）在芬兰召开，将原有的三个机构CCITT、CCIR、IFRB进行了改组，取而代之的是电信标准部门（TSS，即ITU-T）、无线电通信部门（RS，即ITU-R）和电信发展部门（TDS，即ITU-D）。 在通信领域，最著名的ITU-T标准有V系列标准，例如V.32、V.35、V.42标准对使用电话线传输数据作了明确的说明；X系列标准，例如X.25、X.400、X.500为公用数字网上

22、传输数据的标准；ITU-T的标准还包括了电子邮件、目录服务、综合业务数字网ISDN以及宽带ISDN等方面的内容。,标准化组织 ANSI,美国国家标准学会ANSI ANSI（American National Standards Institute）成立于1918年。当时，美国的许多企业和专业技术团体，已开始了标准化工作，但因彼此间没有协调，存在不少矛盾和问题。为了提高效率，制订统一的通用标准，1918年，美国材料试验协会（ASTM）、与美国机械工程师协会（ASME）、美国矿业与冶金工程师协会（ASMME）、美国土木工程师协会（ASCE）、美国电气工程师协会（AIEE）等组织，共同成立了美国工程

23、标准委员会（AESC）。 1928年，美国工程标准委员会改组为美国标准协会（ASA）。为致力于国际标准化事业和消费品方面的标准化，1966年8月，ASA又改组为美利坚合众国标准学会（USASI）。1969年10月6日改为美国国家标准学会（ANSI）。,标准化组织 IEEE,电气和电子工程师学会IEEE IEEE（Institute of Electrical and Electronics Engineers)于1963年，由美国电气工程师学会（AIEE）和美国无线电工程师学会（IRE）合并而成，是美国规模最大的专业学会。 IEEE的标准制定内容有电气与电子设备、试验方法、原器件、符号、定义以及测试方法等。 IEEE最大的成果是定义了局域网和城域网的标准，这个标准被称为802项目或802系列标准。,标准化组织 EIA,美国电子工业协会EIA EIA创建于1924年，它代表了设计生产电子元件、部件、通信系统和设备的制造商以及工业界、政府和用户的利益，在提高