计算机网络实用技术讲义(第1章)

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1、第1章 计算机网络概述 1.1 为什么学习计算机网络1.1.1 计算机网络与信息时代 20世纪出现了计算机，计算机与通信技术的结合并且大发展，出现 了计算机网络，出现了Internet；它是20世纪最伟大的科技成就之一。它的出现促进了经济腾飞，促进了整个社会发展，就连人们的工作、生活方式都发生了极大的变化。信息作为客观世界三大基本要素之一，显得越来越重要。在信息社会里，信息甚至比物质和能源重要。21世纪将是信息时代。计算机网络是信息社会的基础。1.1.2 激烈竞争当今社会的竞争,不同过去的各种社会形态(奴隶、土地、资源、资 本）；在信息社会里起决定性作用的不是资本，人力，而是信息知识 。知识已

2、成为生产力竞争和经济成就的关键因素；在知识经济或说信 息经济中，知识作为经济活动中决定性因素：脑力资源比体力资源更受 青睐；信息业比制造业更有效益；软网（信息网）比硬网（电路网）发 展更快；知识资本比金融资本更重要；无形的资本比有形的资本更宝贵 。信息与网络是衡量一个国家综合实力的重要标志之一。信息的收集、生产、存储、传递、检索和使用都离不开计算机网络；因此，许 多国家斥巨资建立“信息高速公路”和发展信息业，并把它作为基本国策。一场世界范围内网络信息的竞争已经开始，信息浪潮波及全球，其影 响面之大，范围之广，投资之巨，发展之快，史无前例。 以数字图书馆为例说明：1、美国等国斥巨资开展数字图书馆

3、的研究 1989-1993 “水星电子图书馆计划（EL-The Mercury project）” NII把DL作为重要内容列入；千秋万代，造福子孙后代 1994-1998“数字图书馆创始（Digital Library Initiative）”， 执行第一期DL计划 1995年,美国成立数字图书馆联合会 执行美利坚存储（American Memory）计划1990-1995 美国国会图书 馆数字化，1996起在此基础上，投资6000万美元，计划将500万份资 料数字化。数据量=104TB 1998年，执行第二期DL 计划。十院校参加2、G8全球信息社会电子图书馆项目,美、英、法、日、加、德、

4、意、俄等八国国家图书馆组成3、英国 1993年6月始，执行“存取创新计划”，共20个项目4、法国 将馆藏精华数字化，书目记录830万条。DL解决方案的研究、开发及商品化。资源量约3TB。 5、日本 国会图书馆 “关西图书馆工程”，4亿美元，2002年完成一期工程。目 前 有书目记录880万条，1000万页馆藏数字化6、其它 CIC（OCLC，12所大学书目）计划 ；IBM DL计划等 1.1.3 网络改变了人们的工作方式与生活方式 目前全世界联网国家170多国，因特网网页8亿多页。1999年，上网在线人 数1.96亿，预计2003年达5.02亿。工作：一般是一个群体，在其地区，建筑内，办公室里

5、工作或合作。方便（在任何时间，任何地点甚至家庭，以任何方式工作）经济（省差旅，交通费，管理费，节省时间）高效（可同时工作几项内容，易于质量控制，管理科学）学习研究：书本课堂 网上教育 课件 虚拟大学日常生活：将来的三网（计算机，电视，电话）合一，可以网上购物，网上通信 ，网上 娱乐，生活将更加丰富多彩。在Internet 大发展后，特别是web技术的出现，使得全球 计算机网络有了突飞猛进的大发展，应用广泛，无所不至。 普及到了多个领域，甚至生活各个部分。如电子购物，电子 出版，网上教学，数字图书馆等1.2 计算机网络简介1.2.1 网络的概念与界定我们多次使用了“网络”并冠以“计算机”，显得冗

6、长。此举绝非咬文嚼字，实则是因“计算机网络”与“网络”并非同一概念或同一系统。所谓系统是指具有某种功能的一个有机整体，它由相互相依赖，具有某种关系的若干单元或其组合构成。把若干“元件”连接在一起，便构成一个网络。根据“元件”的不同，而称不同的网络。例如：电话网络，输电、配电网络，通信网络，计算机网络，甚至非电气“元件”也组成网络，如农田灌溉网络，交通运输网络，人体身躯的神经网络。网络包含三个主要方面： 连接对象与设施（也称元件或元件组合）； 连接的对象与设施采用之接口、介质（如公路，渠道，双绞线，光纤，空气等）和控制机制（如约定、协议）； 连接方式与结构（如星型，网状）。本课界定的网络是计算机

7、网络，它是指由通信系统将不同计算机连接在一起，以达到资源共享目的所组成之系统。如无特殊声明，我们将“网络”与“计算机网络”一词等价使用或混合使用。1.2.2 计算机网络的发展1. 发展的动力需求牵引 技术驱动 市场刺激 条件保证2. 计算机的发展计算机的发展有赖于硬、软件技术的发展，而元件的发展，对其影响特别大， 与通信技术的结合后，更是如虎添翼。（1）计算机硬件 z 1946年起 第一代电子管计算机，确立了程序设计的基本方法；“数据处理机”开始使用 z 1958年起 第二代晶体管计算机，运算速度上升，体积变小，成本降低，开始应用于“工业控制” z 1965年起 第三代集成电路计算机，整体性能

8、上升，应用广泛，机器多样化，系列化，小型机出现 z 1971年起 第四代计算机使用了大规模集成电路，成本低，性能高，很快出现了微型计算机或个人 计算机 从此，计算机全世界大普及。紧接着出现局域网，应用更加广泛。（2） 计算机软件以下以“语言”和“操作系统”发展为例。“语言”-解决了方便性，直观性问题计算机刚出生时，用户只能用机器指令二进制码编程符号语言编程，汇编语言的程序来翻译六十年代，高级语言。规定了一套符号，还根据经常使用的算法制定了一 套规则，这种符号接近数学语言。“操作系统”-解决了计算机运行高效率的问题最初，使用计算机是由专家（程序员），直接面向计算机硬件开始是单用户，后来改进成为批

9、处理多道程序运行。但是，这种管理还是 由用户自己操作。尽管人们编写了不少程序，但到计算机上一运行，立刻结束 。操作系统是一种软件，它自动管理处理机（CPU），内存储器（Memory） ,输入/输出(Input/output)设备，外存储器，另外，还管理多个用户及其文档，使 之紧张、有序、高效地工作。操作系统也是逐步完善提高的。它由最初的单机系统变成多道运行到后来 发展成为分时多用户，用户就象自己“独占”一台处理机一样。3. 通讯技术的发展1835年莫尔斯(S.F.Morse)发明了电报，1837年发明了莫耳撕电码，莫耳斯电磁式有线电报问世；1886年马可尼发明了无线电报机。1876年贝尔(A.

10、G.Bell)发明了电话机；1878年人工电话交换局出现；1892年史瑞桥自动交换局设立。电报和电话的发明开始了近代通信的历史，之后长达百年的时间里，通信业务基本上是这两种形式，为人们快速传递信息提供了 方便，促进了人类社会 的进步。20世纪30年代控制论，信息论等理论的形成，为通信领域注入 了新的活力，使通信业取得了一系列突破性的进展。后来，随着元件技术，传输介质，收音机，电视机，特别是计算机的出现，出现了广播电视业和数字通信业的发展。数据传输信道发展很快，出现了同轴电缆，双绞线，光纤等介质， 也出现了微波信道，短波信道的无线通信，还出现了卫星等宇宙通信。数据传输出现了基带传输，频带传输及调

11、制技术，同步技术，多路 复用技术，数据交换技术以及编码差错控制技术。与此同时还出现了一 系列的数据通信网的设备和协议。进入80年代，全球电信事业更是取得长足进步，其中电报向用户电 报和智能电报过渡；电话向自动电话，程控数字电话，传真电话，可视 图文电话过。另外，数据通信，图像通信也大发展。 通信在网络方面的贡献与突破，是在计算机出现后才明显突出。90年代，网络与计算机紧密结合，飞速发展。出现了三网合一的趋 势，出现IP电话，出现了电视机顶盒等。现在是几乎没有无通信的计算，也几乎没有无计算的通信。在Internet 大发展后，特别是web技术的出现，使得全球计算机网络 有了突飞猛进的大发展。应用

12、广泛，无所不至；普及到了多个领域，甚 至生活各个部分。如电子购物，电子出版，网上教学，数字图书馆等。因此，有人说:21世纪是“网络计算机时代”。“没有计算机网络就没有信息社会”4、 计算机网络的发展（1） 面向终端具有通信功能的计算机网络终端群 （用户）-低速通信线路-集中器-高速通信线路-前端机-主计算机系统。面向终端的网络（2）以共享资源为目的的多计算机网络60年代，计算机功能提高价格下降，人们购买多台计算机，不再采用集中式，而 是分散在不同地理位置的计算机互连，以实现资源共享和信息交换。ARPA网是这种网络的典型代表（1968年计划，1969年实验4个结点，1971年 15个结点，23主

13、机）。将多台计算机系统通过某种通信手段互连而成的网络就是第二阶段的计算机网络 。 计算机彼此独立没有主从关系。 计算机网络从逻辑功能上将数据处理、资源共享与数据通信处理分开，称为通信 子网和资源网。 计算机网络的逻辑结构通信子网资源子网H: 主机 T: 终端 CCP：通信控制处理器ARPA网在计算机网络上发展史上是一个里程碑，它标志着以资源共享为目的的现代计算机网络的诞生，通常人们认为它是Internet的起源。ARPA网对计算机网络的发展，无论在理论方面还是在技术方面，影响都很大（许多现代网络名词概念来源于此）。主要有： 采用了层次化体系结构； 提出通信子网与资源子网的概念； 提出并实现了分

14、组交换的数据交换方式； 提出了比ISO 的OSI/RM早且先进的安全方面的协议内容(3) 广域网的发展（WAN） ARPANet发展很快，1971年发展成15个结点 到1983年已有100多个结点300多台计算机。它在美国已扩展到夏威胰 后来又发展到了欧洲、日本等国家和地区 ARPANet 主要在研究机构和大学中。 网络应用正在向各行各业甚至于个人普及发展。因此，许多国家增强了基 础设施的建设。 早期是模拟通信电话网，后来是数字通信公用数据网。(4) 个人计算机与局域网（LAN）众所周知，70年代出现了个人计算机（PC），80年代由 于PC机性能不断提高，价格不断降低；计算机从“专家”群里 走

15、入“大众”之中，应用从科学计算走入事物处理。PC机大量 地进入各行各业的办公室，甚至到家庭，PC机大普及。人们要求在一个楼或一个部门内的计算机互连，交换信息 ，交互工作，共享贵重仪器设备包括使用附近其它大中型机软 、硬件资源，于是局域网LAN（Local Area Network）应运而 生。以太网研究十分活跃；CSMA/CD方法的出现，特别是 1980年9月，由Xerox，DEC和Intel三家公司联合研制并宣布以 太局域网规范；整个世界出现了一股局域网热，各计算机公司 纷纷加大投入，争先恐后研制网络产品。局域网进入成熟阶段。(5) 标准化网络 前边已提到在70年代各大计算机公司纷纷发展网络。各公司 都吸收了结构化网络思想，自行设计了网络结构，如SNA，DNA ， 各自按照自己的协议如 DECnet，Token Ring等发展，势头越来越大。但是，各个不同厂家产品不同，不能互连。这对于广大用户 来说极不方便；同时也不利于网络的继续发展。于是统一网络准 提到议事日程上来了。1977年ISO根据网络标准化的趋势，其下述的计算机与信息处 理标准化技术委员会TC97，成立了一个新的分委员会SC16。该委 员会在研究分析已有网络结构经验的基础上，专门从事研究“开放 系统互连”问题。经过几年的