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1、计算机网络技术教程 制作人 巢湖职业技术学院计算机系盛凯 计算机是20世纪人类最伟大的发明之一 计算机网络为提高信息社会的生产力提供了一种全社会的 经济的 快速的存取信息的手段 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 由计算机构成的通信网络 已成为各个国家经济竞争的战略武器 我国也把建设国家信息基础设施做为基本国策 积极发展和建设国家经济信息网络 计算机网络将成为人们日常生活中必不可少的工具 计算机网络概述 第一代计算机网络20世纪50年代中后期地理上分散的多个终端通过通信线路连接到一台中心计算机上以传输信息为目的而连接起来 使计算机系统实现远程信息处理或进
2、一步达到资源共享 通信线路 终端 主机 通信装置 通信装置 第二代计算机网络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 互联设备 工作站 NOS服务器 打印机 传输介质 第三代计算机网络网络应用越来越广泛 网络规模越来越大 通信更加复杂各大计算机公司纷纷制定了自己的网络技术标准1977年 ISO开始制定开放系统互联参考模型具有统一网络体系结构 并遵循国际标准的开放式和标准化的网络 第四代计算机网络20世纪80年代末到现在以互联网为代表以太
3、网的高速发展下一代计算机网络多种业务的融合统一协议 统一网络平台 统一管理 计算机网络发展阶段 第一阶段为面向终端的计算机网络 特点是由单个具有自主处理功能的计算机和多个没有自主处理功能的终端组成网络 第二阶段为计算机 计算机网络 特点是由具有自主处理功能的多个计算机组成独立的网络系统 第三阶段为开放式标准化网络 特点是由多个计算机组成容易实现网络之间互相连接的开放式网络系统 1 1 2计算机网络的应用 1 办公自动化2 电子数据交换3 电子教育4 电子银行5 证券及期货交易系统6 信息检索7 IP电话8 娱乐和在线游戏 1 2计算机网络的功能和分类 1 2 1计算机网络的定义利用通信设备和线
4、路将地理位置不同的 功能独立的多个计算机系统互联起来 以功能完善的网络软件 即网络通信协议和网络操作系统等 实现网络资源共享和信息传递的系统称为计算机网络 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 计算机网络主要由计算机系统 包括计算机和终端 网络节点 通信处理机 和通信链路 通信线路和网络设备 等网络单元组成 从功能上可以将计算机网络分为资源子网和通信子网 1 通信子网不同类型的网络 其通信子网的物理组成各不相同 局域网最简单 它的通信子网由物理传媒介质和主机网络接板 网卡 组成 而广域网 除物理传媒介质和主机网络接板 网卡 外 必须靠通
5、信子网的转接节点传递信息 2 资源子网资源子网一般由主机系统 终端 相关的外部设备和各种软硬件资源 数据资源组成 介绍常用的几个网络单元及其在网络中的作用 1 主计算机主计算机是在计算机网络中承担数据处理的计算机系统 可以是单机系统 也可以是多机系统 2 通信处理机通信处理机也称节点计算机或前端处理机 它是主计算机与通信线路之间设置的计算机 负责通信控制和通信处理工作 3 集中器集中器设置在终端较集中的地方 它把若干终端用低 速线路先集中起来再与高速线路连接 以提高通信效率 降低通信费用 4 调制解调器调制解调器提供计算机等数字信号与话音频带线路等模拟信号之间的转换 5 通信线路通信线路主要用
6、来连接网络各节点 计算机网络具有如下主要特征 1 计算机网络是个互联的计算机系统的群体 这些计算机系统在物理上是分布的 可能在一个房间内 在一个单位里的楼群里 一个或几个城市里 甚至在全国乃至全球范围 2 这些计算机系统是自治的 即每台计算机是可以独立工作的 它们是在网络协议控制下协同工作的 网络协议是指为进行网络数据交换而建立的规则 约定或标准 3 系统互联要通过通信设施 网 来实现 通信设施一般都由通信线路 传输 交换设备等组成 4 系统通过通信设施执行信息交换 资源共享 互操作和协作处理 实现各种应用要求 1 2 2计算机网络的功能 1 数据交换和通信计算机网络中的计算机之间或计算机与终
7、端之间 可以快速可靠地相互传递数据 程序或文件 例如 电子邮件 文件传输服务 FTP 2 资源共享充分利用计算机网络中提供的资源 包括硬件 软件和数据 是计算机网络组成的主要目标之一 资源共享即可以使用户减少投资 又可以提高这些计算机资源的利用率 3 提高系统的可靠性在一些用于计算机实时控制和要求高可靠性的场合 通过计算机网络实现的备份技术可以提高计算机系统的可靠性 当某一台计算机出现故障时 可以立即由计算机网络中的另一台计算机来代替其完成所承担的任务 4 分布式网络处理和负载均衡对于大型的任务或当网络中某台计算机的任务负荷太重时 可将任务分散到网络中的其他计算机上进行 这样即可以处理大型的任
8、务 使得一台计算机不会负担过重 又提高了计算机的可用性 起到了分布式处理和均衡负荷的作用 1 2 3计算机网络的分类 1 按网络的覆盖范围分类 1 局域网 LAN 2 城域网 MAN 3 广域网 WAN 2 按网络的传输技术分类 1 广播式网络特点是仅有一条通信信息 网络上的所有计算机都共享这个通信信息 当一台计算机在信道上发送分组或数据时 分组和数据包实质上就是一种短的信息 按照特定的数据结构组织而成 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 在广播网络中 若某个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
9、播 若分组只发送给网络中的某一台计算机 则称为单播 2 点到点网络点到点网络的特点是 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结点的接收 存储 转发 才能将分组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 3 按网络的使用范围分类 1 公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给任何部门和单位使用 公用网分为公共电话交换网 PSTN 数字数据网 DDN 综合业务数字网 ISDN 等 2 专用网专用网事由某
10、个单位或部门组建的 不允许其他部门或单位使用 如 金融 军队 铁路等行业都有自己的专用网 4 按传输介质分类 1 有线网有线网是指采用双绞线 同轴电缆以及光纤作为传输介质的计算机网络 2 无线网无线网是指使用电磁波作为传输介质的计算机网络 它可以传送无线电波和卫星信号 无线网包括如下几种 无线电话网 通过手机上网已成为新的热点 目前这种联网方式费用较高 速率不高 但联网方式灵活方便 语音广播网 价格低廉 使用方便 但保密性和安全性差 无线电视网 普及率高 但无法再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 5 按网络作用范围分类
11、1 内联网 2 外联网 3 Internet6 按网络的交换功能分类 1 电路交换 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 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 1 3计算机网络的拓扑和体系结构 1 3 1计算机网络的拓扑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
12、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 混合型拓扑结构5 树形拓扑结构6 网型拓扑结构 1 总线型拓扑结构 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 2 星型拓扑结构 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
13、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 3 环型拓扑结构 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
14、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 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
15、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 5 网型拓扑结构 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 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将会成为21世纪局域网最流行的趋势 在实际组建网络时 其
16、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 1 3 2计算机网络的体系结构 1 体系结构中的主要概念计算机网络的体系结构是从功能的角度描述计算机网络的结构 计算机网络的体系结构 为了完成计算机间的通信合作 把每个计算机互联的功能划分成有明确定义的层次 规定了同层次进程通信的协议及相邻层之间的接口及服务 将这些同层进程通信的协议以及相邻层接口统称为网络体系结构 1 分层 为了理解分层的含义 设甲乙两个外交人员准备讨论有关外交或其他问题 甲在中国 乙在英国 怎么进行讨论呢 首先 讨论要能进行下去 甲乙双方需要有共同感兴趣的话题和相关知识 这样 双方才能听懂对方所谈的内容是什么 这实际上就是把双方的这种认识作为一层认识层 设为第三层 来处理 然后 甲方讲汉语 乙方讲英语 双方语言不通仍不能直接通话 因此 双方都要借助于翻译 翻译成了双方都懂的第三国语言 如英语 这是认识层下面的一层 称为语言层 设为第二层 显然这个第二层是向第三层提供语言翻译服务的 至此 甲乙双方还是不能直接通话 因此甲乙双方在两个国家 相距甚远 无法面对面交谈 因此 还需要下面一层称为传送层 设为第一
