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1、第1章 计算机网络基础概述,喀什大学计算机科学与技术学院,第1章 环境介绍,学习内容：计算机网络概述计算机网络的发展历程因特网时代计算机网络的分类网络连接设备与传输介质计算机网络的性能指标计算机网络体系结构,导入案例-初识一个简单的局域网络工程设计,各学校建有很多网络机房，图1.1所示为某大学设计的一个50台学生机的网络机房。网络机房就是将一些计算机通过传输介质(常为双绞线)和网络通信设备(集线器或交换机)连接起来，构成一个局域网络供师生使用。这些计算机不联网也是可以用的，但联网之后使用更方便(如安装软件、复制文件)，而且便于维护和管理。,在图1.1中，我们看到网络硬件有计算机(学生机和服务器
2、)、网线、交换机和机柜，还有安装在计算机主板上的网卡等。网络软件也是必不可少的，没有网络软件，即使将这些计算机连接起来也是无法工作的。就像你去买一台新计算机，没有安装操作系统(Operation System，OS)时(称裸机)什么事也做不了。,下面给出了这个网络机房的基本配置与设计方案。1网络硬件(1) 服务器：曙光天阔i200-F2服务器一台。(2) 学生机：联想扬天A4600R，60台(带网卡)。(3) 网线：AMP超五类双绞线3箱(4) 网络设备：交换机3台(TP-LINK10/100Mb/s、24口)2网络软件(1) 操作系统：服务器安装Windows 2000 Server操作系统
3、，各工作站安装Windows XP操作系统。(2) 通信协议：TCP/IP协议。(3) 教学软件、应用软件。3组网拓扑结构星形结构(或树形结构)。,4网络类型客户机/服务器(Client/Server，C/S)方式。5其他机房装修子系统、配电子系统、防雷接地子系统、安防子系统(略)。,案例分析,1网络硬件配置 计算机包括工作站(学生机)和服务器。工作站是一台“自治”的计算机，即具有独立功能的计算机，现在普通配置的个人计算机(Personal Computer，PC)就可以充当工作站，但必须配置网卡，网卡可以是独立的网卡，也可以是主板集成网卡。 传输介质包括有线传输介质和无线传输介质。有线传输介
4、质包括双绞线、同轴电缆和光纤；无线传输介质包括无线电、微波、红外线和激光。 网络设备包括中继器、集线器、交换机、路由器等。本例中采用交换机，但是要求交换机接口数要满足要求。本例中，采用TP-LINK 10/100Mb/s快速以太网交换机,2网络软件配置 网络操作系统实现对整个网络的软硬件资源的管理和控制，它是网络用户和局域网(Local Area Network，LAN)之间的接口。目前流行的网络操作系统有Windows系列的操作系统(如Windows NT、Windows 2003/2008 Server、Windows XP)、Linux、UNIX等。 局域网中最常见的3个协议是：Nove
5、ll的IPX/SPX(Internet Packet Exchange/Sequenced Packet Exchange)和交叉平台TCP/IP (Transmission Control Protocol/Internet Protocol)。NetBEUI是为IBM公司开发的非路由协议，缺乏路由和网络层寻址功能，这既是其最大的优点，也是其最大的缺点。因为它不需要附加的网络地址和网络层头尾，所以其快速、有效，且适用于只有单个网络或整个环境都连接起来的小工作组环境。IPX/SPX是Novell用于NetWare C/S的协议群组，用于网络服务器和工作站之间传输数据。TCP/IP用于和广域网(
6、Wide Area Network，WAN)的连接，具备可扩展性和可靠性的需求。本例采用TCP/IP协议和IPX/SPX协议进行网络通信。 应用软件包括教学用的各种软件。,3组成结构及通信方式 网络机房常采用星形结构组网，各工作站接到交换机(或集线器)上。网络计算机之间的通信方式通常分为两大类：C/S方式和对等方式(Peer-to-Peer，P2P)方式。C/S方式所描述的是进程之间服务与被服务的关系，客户和服务器都是指通信中所涉及的两个应用进程，客户机是指服务请求方，服务器是服务提供方。P2P方式是指两个主机在通信时并不区分哪一个是服务请求方或服务提供方，只要两个主机都运行了对等连接软件，它
7、们就可以进行平等的对等连接通信。本例中，学生机与服务器之间可设置为C/S方式，学生机之间可设置为P2P方式通信。,1.1 计算机网络概述,1.1.1 网络硬件配置 计算机网络可以定义为：将地理位置不同的具有独立功能的多台计算机，连同其外部设备，通过通信线路连接起来，在网络操作系统、网络管理软件及网络通信协议的管理和协调下，实现资源共享和信息传递的计算机系统。 最简单的计算机网络就是两台计算机和连接它们的线路，即两个结点和一条链路。而当今世界上最庞大的计算机网络就是Internet，或称为因特网、互联网。因特网由非常多的计算机网络通过许多“网络互连设备”互相连接而成，因此因特网也称为“网络的网络
8、”。,1.1.2 计算机网络的功能 1资源共享 实现资源共享是计算机网络的主要目的。资源共享是指网络中的所有用户都可以有条件地利用网络中的全部或部分资源，包括硬件资源、软件资源和数据资源。(1) 硬件资源共享。(2) 软件资源和数据资源共享。,2信息传输与集中处理 信息传输是网络的基本功能之一，分布在不同地区的计算机之间可以传递信息。地理位置分散的生产单位或业务部门可以通过网络将各地收集来的数据进行综合和集中处理。计算机网络为分布在各地的用户提供了强有力的通信手段。例如，用户可以通过计算机网络发布或浏览新闻消息，进行电子商务等活动。流行的QQ、MSN等网络即时通信工具和电子邮件等都体现了计算机
9、网络信息传输的强大功能。,3均衡负荷与分布处理 网络中的多台计算机还可互为备用，一旦某设备出现故障或负荷过重，它的任务可转移到其他设备中去处理，从而极大地提高了系统的可靠性。另外，可对一些复杂的问题进行分解，通过网络中的多台计算机进行分布式处理，充分利用各地计算机资源，达到协同工作的目的。4综合信息服务 向全社会提供各种经济信息、科技情报和咨询服务，如提供文字、数字、图形、图像和语音等，实现电子邮件、电子数据交换、电子公告、电子会议和IP电话的传真等业务。随着信息科学技术的不断发展，新型业务不断出现，计算机网络将为社会各个领域提供全方位的服务，功能将向着高速化、多元化、可视化和智能化的方向发展
10、。,1.1.3 计算机网络的特点 计算机网络有着电话网和电视网等传统通信网络所不具备的特点，主要体现在以下几个方面。(1) 开放式的网络体系结构。它使各种具有不同软硬件环境、不同通信规则的局部网络可以自由互联，真正达到资源共享、数据通信和分布处理的目标。 (2) 向高性能发展。追求高速、高可靠性和高安全性，采用多媒体技术，提供文本、声音、图像等综合服务。 (3) 智能化。多方面提高网络的性能，更加合理地进行各种业务的管理，真正以分布和开放的形式向用户提供服务。,1.1.4 三网融合 如今是数字化、网络化、信息化，即以网络为核心的信息化时代，网络现已成为信息社会的命脉和发展知识经济的重要基础。三
11、网融合，在概念上从不同角度和层次上分析，可以涉及技术融合、业务融合、行业融合、终端融合及网络融合；从技术层面来看，包括基础数字技术、宽带技术、软件技术、IP技术、光通信技术等。1基础数字技术2宽带技术3软件技术4IP技术5光通信技术,1.2 计算机网络的发展历程,1.2.1 计算机网络的演变过程(1) 以单一主机为中心的联机终端系统。(2) 以通信子网为中心的主机互连。(3) 具有统一的网络体系结构、遵循国际标准化协议的计算机网络。 进行计算机结构的标准化有两个目的：第一，使不同设备之间的兼容性和互操作性更加紧密；第二，体系结构标准化是为了更好地实现计算机网络的资源共享。计算机网络体系结构的标
12、准化对计算机网络的发展与普及产生了巨大的推动作用，计算机网络由此进入了蓬勃发展的因特网时代。,1.2.2 计算机网络在我国的发展 我国于1989年11月建成第一个公用分组交换网CNPAC，随后陆续建造了多个全国范围的公用计算机网络。(1) 中国公用计算机互联网ChinaNET。(2) 中国教育和科研计算机网CERNET。(3) 中国科学技术网CSTNET。(4) 中国联通互联网UNINET。(5) 中国网通公用互联网CNCnet。(6) 中国国际经济贸易互联网CIETNET。(7) 中国移动互联网CMNET。(8) 中国长城互联网CGWNET。(9) 中国卫星集团互联网CSNET。 其他有关计
13、算机网络在我国发展的最新状态信息，可登录中国互联网络信息中心网址：。,1.3.2 因特网的组成分两部分：资源子网和通信子网。1) 因特网的边缘部分 处在因特网边缘部分(资源子网)的是连接在因特网上的所有主机。这些主机又称端系统(End System)。“主机A和主机B进行通信”，实际上是指“运行在主机A上的某个程序和运行在主机B上的另一个程序进行通信”，更具体而言，是“主机 A 的某个进程和主机 B 上的另一个进程进行通信”，或简称“计算机之间通信”。(2)P2P方式是指两个主机在通信时并不区分哪一个是服务请求方或服务提供方。(3)B/S(Brower/Server，浏览器/服务器)方式,2)
14、 因特网的核心部分 网络核心部分(通信子网)是因特网中最复杂的部分。网络中的核心部分要向网络边缘中的大量主机提供连通性，使边缘部分中的任何一个主机都能够向其他主机通信(即传送或接收各种形式的数据)。在网络核心部分起特殊作用的是路由器(Router)。交换包括以下3种方式。 电路交换 报文交换 分组交换,1.4 计算机网络的分类,1.5 网络连接设备与传输介质,1.5.1 网络连接设备 网络连接设备主要负责控制数据的接收、发送和转发。其中，中继器、集线器和调制解调器这3种设备工作在物理层，网卡、网桥和普通的交换机工作在数据链路层，路由器是网络层设备，而网关则可以工作在更高的应用层。1中继器、集线
15、器、调制解调器2网卡、网桥、交换机3路由器4网关,1.5.2 传输介质 传输介质是通信网络中发送方和接收方之间传送信息的物理通道。常用的传输介质包括双绞线、同轴电缆和光纤等有线传输介质，以及红外线、激光、微波和无线电波等无线传输介质。1双绞线2同轴电缆3光纤4无线传输介质,1.6 计算机网络的性能指标,衡量计算机网络性能的指标有很多，包括网络速率、带宽、吞吐量、时延、往返时间、信道利用率等。为了便于网络工程设计的理解，下面简单介绍计算机网络的各种性能指标。速率。(2)带宽。(3)吞吐量。(4)时延：主要分为以下几部分。 发送时延：主机线路由发送数据帧所需的时间。 传播时延：电磁波在信道中传播一
16、定距离所需的时间。 处理时延：主机线路由分析首部、提取数据部分、差错检测、路由选择等需要花费的时间。 排队时延：在路由的输入队列中等待时间长度。,(5) 时延带宽积：表示发送的第一个比特到达终点时已发送的比特数。(6) 往返时间：从发送方发送数据开始，到发送方收到来自接收方的确认为止，共经历的时间长度。(7) 利用率：主要是指“信道利用率”和“网络利用率”。 信道利用率指出某信道有百分之几的时间是被利用的(有数据通过)。完全空闲的信道的利用率是零。 网络利用率则是全网络的信道利用率的加权平均值。,1.7 计算机网络体系结构,计算机网络由多个互连的结点组成，结点之间要不断地交换数据和控制信息。要做到有条不紊地交换数据，每个结点必须遵守一整套合理而严谨的结构化管理体系。为保证相互通信及双方能够正确地接收信息，必须事先形成一种约定，即网络协议。,
