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1、第 1 章 计算机网络基础计算机网络给我们的工作、学习和生活带来了革命性的变化。随着各种网络应用的发展，人们的工作效率得以提高；随着远程教育的发展，学习变得更加方便，终生教育成为可能；随着网络游戏、虚拟社区等新兴应用的发展，人们的生活平添了许多乐趣。计算机网络已经成为人们获取信息的一个重要渠道。2001 年 9 月 11 日，美国遭到恐怖分子袭击，当电话、电报等传统通信系统几乎都被摧毁时，电子邮件使人们和远方的亲人仍可互通信息。可以说，在这次袭击中，当人类的许多现代文明都面临危险时，只有计算机网络以最顽强的生命力担负起为人类信息交流的使命。根据 2006 年 7 月中国互联网络信息中心发布的第
2、 18 次中国互联网络发展状况统计报告，我国网民总人数大约为 12300 万人，上网计算机总数约为 5450 万台。本章主要介绍计算机网络的基础知识，包括网络的基本概念、数据通信基础、计算机网络的分类和网络协议等。1.1 计算机网络概述1.1.1 计算机网络的概念计算机网络就是为了实现信息共享而利用通信线路连接起来的两台或多立计算机的集合。随着网络技术的发展以及网络应用范围的扩展，计算机网络的概念也在发展。这并不是最权威的定义，只是计算机网络定义中的一种。不同的书上，计算机网络的定义也各不相同。关键不是记住计算机网络的定义，而是通过对概念的正确理解把握它的内涵。理解计算机网络需要把握以下两点：
3、（1）组成网络的计算机要求是独立的。每台计算机核心的基本部件，如处理器、系统总线等要求存在并且是独立的。有的计算机系统不满足这一要求，在 1980 年前后，许多图书馆采用了图书查询系统，采用一台小型机带几十台查询终端的体系结构，如图 1.1 所示。这种系统不是计算机网络，因为整个系统中除了有一台主机具有处理器外，其他的终端都只有输入/输出设备，不是完整、独立的计算机，所以该系统属于具有一台主机的计算机系统，而不是计算机网络。（2）计算机网络通信的目的是实现信息共享。有的计算机系统数据通信的目的不是为了实现信息共享，而是为了实现分布式处理等，这种计算机系统也不是计算机网络。如在多处理机系统中，在
4、各个处理器之间虽然也存在数据通信，但数据通信的目的是为了实现多个处理器协同处理一个更大的任务，保证每个处理器都能完成自己的一部分任务而不致发生调度混乱。因此，一个多处理机系统，如双 CPU 的计算机系统不是计算机网络。在科学计算、天气预报等领域广泛应用的多处理机系统可以看作是处理能力很强的计算机，而不是计算机网络。判断计算机系统是不是计算机网络的一个必要标准，就是系统是否以实现信息共享作为数据通信的目的。当然，并不是说所有分布式处理的系统都不是计算机网络，一个计算机网络也可以实现分布式处理，如有的网络操作系统（Windows Server 2003、Linux 等）支持集群的功能，可以实现在网
5、络环境中的多台计算机之间的负载平衡，具有分布式处理的能力。计算机网络实用技术教程2 主 机显 示 器键 盘图 1.1 图书查询系统对于一个系统是否属于计算机网络，可从以上两个方面加以分析。至于计算机网络的实例，读者可以举出许多，在此就不赘述了。接下来介绍计算机网络是怎样产生的。1.1.2 计算机网络的产生早期的计算机系统都是相互独立的，要想实现软件或硬件的共享十分困难，需要在人力、物力和时间等方面有很多的投入。例如，用户甲要将自己计算机上的一个文档的打印稿交给乙，而甲的计算机没有连接打印机，乙的计算机连接了打印机，那么甲有以下 3 种方案可以解决该问题。方案 1：甲可以买一台打印机，连接到自己
6、的计算机上，打印自己的文档并交给乙。这是最直接的方案。方 案 2： 甲 可 以 把 要 打 印 的 文 档 复 制 到 U 盘 或 光 盘 等 存 储 介 质 上 ， 把 这 个 存 储 介 质 交 给 乙 ， 乙 再 把 甲的 文 档 复 制 到 自 己 的 计 算 机 上 ， 打 印 甲 的 文 档 。 这 种 方 案 适 合 于 甲 的 文 档 比 较 少 的 情 况 。方案 3：甲可以把乙的打印机拿过来，连接到自己的计算机上，打印自己的文档，再把打印机和打印好的文档一起交给乙。这种方案适合于甲的文档比较多的情况。如果甲和乙之间距离很远，以上解决办法都会有更多的困难。在没有计算机网络时，
7、人们把一台计算机中存储的数据传送给另外一台计算机，一般要经过很繁琐的步骤和比较长的时间，并且需要人作为数据传输的“交通工具”。这种处理方式曾经被戏称为“运动鞋网络（Sneaknet）”，如图 1.2 所示。第 1 章 计算机网络基础 3甲 方 案 1甲 买 打 印 机方 案 2利 用 U盘 或 光 盘 等 存 储 介 质方 案 3甲 借 用 乙 的 打 印 机 乙 打 印 机图 1.2 计算机网络产生前的方案随着技术的发展，人们把独立的计算机通过通信线路连接成小范围的计算机网络，经济地实现了计算机之间的软、硬件共享。这时，对于前面的例子，甲就可以很容易地解决，如图 1.3 所示。甲 乙 打 印
8、 机文 件 共 享打 印 机 共 享方 案 1方 案 2图 1.3 计算机网络产生后的方案方案 1：甲可以把要打印的文档共享给乙，乙用自己的打印机直接打印甲的文档，乙得到了甲的文档。方案 2：乙可以把自己的打印机共享给甲，甲可以使用网络打印机打印自己的文档，乙得到了甲的文档。这时，甲不用去买一台打印机，并且免去了数据转移和文档转移时的麻烦，不用借助任何存储介质，很容易地借助计算机网络解决问题。如果甲和乙之间距离很远，他们的计算机虽然可能都连接到计算机网络，但是没有在同一个计算机网络中，甲只有痛苦地采取最初的 3 个方案中的一种，解决他的问题。随着技术的进一步发展，人们可以把不同地域的计算机网络
9、连接成一个更广、更大的计算机网络。这时，对于前面的例子，尽管甲和乙可能相隔千山万水，但他们仍可以借助计算机网络方便、快捷地解决问题，如图 1.4 所示。 甲 乙 打 印 机广 域 网图 1.4 广域网产生后可见，计算机网络可以节省大量的人力、物力和时间。结合计算机网络发展的历史，可以看出，计算机网络经历了一个由“独立计算机”到“独立的计算机网络”再到“计算机网络构成的计算机网络”这样一个发展过程，也就是从“没有计算机网络”到“局域网应用”再到“广域网应用”，如图 1.5 所示。计算机网络实用技术教程4 广 域 网独 立 的 计 算 机 局 域 网 应 用 广 域 网 应 用图 1.5 计算机网
10、络的发展1.1.3 计算机网络的功能为什么要把多个计算机连成一个计算机网络呢？换句话说，计算机网络主要为用户提供了哪些功能？可以概括为 4 个方面。1资源共享资源包括硬件、软件和数据。硬件为各种处理器、存储设备、输入/输出设备等，可以通过计算机网络实现这些硬件的共享，如打印机、硬盘空间。软件包括操作系统、应用软件和驱动程序等，可以通过计算机网络实现这些软件的共享，如多用户的网络操作系统、应用程序服务器。在后面的章节中会介绍利用 Windows Server 2003 的远程桌面服务进行应用程序的共享，在一台服务器上安装的应用程序可以在其他的计算机上直接使用。数据包括用户文件、配置文件、数据文件
11、等，可以通过计算机网络实现这些数据的共享，如通过网络邻居复制文件、网络数据库。通过共享使资源发挥最大的作用，同时节省成本、提高效率。2数据传输这里的数据指的是数字、文字、声音、图像、视频信号等媒体所存储信息的计算机表示。在计算机世界里，一切事物都可以用 0 和 1 这两个数字表示出来。计算机网络使得各种媒体信息通过一条通信线路从甲地传送到乙地。数据传输是计算机网络各种功能的基础，有了数据传输，才会有资源共享，才会有其他的各种功能。3协调负载在有多台计算机的环境中，这些计算机需要处理的任务可能不同，经常有忙闲不均的现象。有了计算机网络，可以通过网络调度来协调工作，把“忙”的计算机上的部分工作交给
12、“闲”的计算机去做。还可以把庞大的科学计算或信息处理题目交给几台联网的计算机协调配合来完成。分布式信息处理、分布式数据库等只有依靠计算机网络才能实现协调负载，提高效率。在有些科研领域，只有借助计算机网络的协调负载才能使得一些计算处理任务繁重的工作能够完成。4提供服务有了计算机网络，才有了现在风靡全球的电子邮件、网上电话、网络会议、电子商务等，它们给人们的生活、学习和娱乐带来了极大的方便。有了网络，使得实时控制系统有了备用和安全保证，使得军第 1 章 计算机网络基础 5事设施在遭到敌方打击时指挥系统保持畅通无阻。最大的计算机网络因特网就是冷战时期的产物，用它能够解决可靠性问题，并为计算机用户带来
13、很大的便利。网络新技术层出不穷，不断有新的服务使人们从中受益。以上介绍的是计算机网络的一般功能，只是一个描述性的介绍。所有计算机网络的功能都会是以上4 种功能中的一种或几种。具体的计算机网络可能各有不同的功能，如有的网络能够实现打印机共享，有的网络可以实现电子邮件服务等。这些具体的网络功能将在后面的章节结合具体的网络操作系统Windows Server 2003 来详细地讲解，以使读者进一步了解计算机网络带来的各种服务。1.1.4 计算机网络的组成部分尽管现在的计算机网络很多，但不同的计算机网络都有一个共同的特点，就是它们都由 3 个部分组成，即网络硬件、传输介质、网络软件，如图 1.6 所示
14、。计算机网络 网 络 硬 件 计 算 机 ： 服 务 器 、 工 作 站网 络 互 联 设 备 ： 集 线 器 、 交 换 机 、 路 由 器传 输 介 质网 络 软 件 有 线 传 输 介 质 ： 同 轴 电 缆 、 双 绞 线 、 光 缆无 线 传 输 介 质 ： 微 波 、 红 外 线 、 卫 星 通 信网 络 操 作 系 统网 络 传 输 协 议网 络 管 理 软 件网 络 应 用 软 件网 络 服 务 软 件图 1.6 网络组成部分1网络硬件网络硬件是构成网络的节点，包括计算机和网络互联设备。作为网络硬件的计算机可以是服务器，也可以是工作站。网络互联设备包括集线器、交换机、路由器等。
15、有的网络硬件（如计算机）只有一个网络接口；有的网络硬件（如各种网络互联设备）可能有几个、几十个甚至更多的网络接口，如集线器、交换机和大多数路由器。路由器这种特殊的网络互联设备，在网络中可以有一个网络接口，也可以由多个网络接口用以连接网络，这是由路由器在网络中的功能决定的。路由器用于连接多个网络，如果一台路由器用于连接多个物理网络，那么它需要有多个物理网络接口；如果一台路由器用于连接多个逻辑网络，那么，它可以让多个逻辑接口共用一个物理接口。2传输介质传输介质是把网络节点连接起来的数据传输通道，包括有线传输介质和无线传输介质。同轴电缆、计算机网络实用技术教程6双绞线、光缆都是有线传输介质；微波、卫
16、星通信、红外线都是无线传输介质。传输介质是网络数据传输的通路，所有的网络数据都要经过传输介质进行传输。因此，一个网络所选用传输介质的种类和质量对网络性能的好坏有很大的影响。本书第 2 章将会详细介绍各种常见的传输介质的特点及其适用环境。3网络软件网络软件是负责实现数据在网络硬件之间通过传输介质进行传输的软件系统。包括网络操作系统、网络传输协议、网络管理软件、网络服务软件、网络应用软件。（1）网络操作系统网络操作系统是指在计算机或其他网络硬件上安装的，用于管理本地及网络资源和它们之间相互通信的操作系统。网络操作系统有集中式和对等式两种。集中式网络操作系统安装在网络服务器上，集中管理网络资源；对等式网络操作系统平等地安装在所有网络节点上，没有服务器。最典型的对等式网络操作系统是 Windows 98，常见的集中式网络操作系统有 Windows 2000/2003、Windows XP、Linux、Netware 和各种 UNIX（Solaris、AIX、HP UNIX、F
