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1、3.1 计算机网络基本概念,计算机网络(Computer Network)是计算机技术与通信技术相结合的产物，它是利用通信线路和通信设备，把地理上分散的并具有独立功能的多个计算机系统互相连接，按照网络协议进行数据通信，由功能完善的网络软件实现资源共享的计算机系统的集合。主要包括内容：,计算机网络连接的对象： 各种类型的计算机(如大型计算机、工作站、微型计算机等) 其他数据终端设备(如各种计算机外部设备、终端服务器等) 非计算机类终端设备，如个人数字助理(PDA，Personal Digital Assistant)、移动电话等手持终端设备，冰箱、电视机、微波炉等信息家电产品 计算机网络的连接介
2、质： 通信线路(如双绞线、同轴电缆、光缆、微波、卫星链路等) 通信设备(如中继器、网关、网桥、路由器、调制解调器等) 控制机制： 各层的网络协议 各类网络软件 连接的方式与结构：,3.2 计算机网络的产生和发展,最早出现于20世纪50年代 基于终端(Terminal)和主计算机(Host)的联机系统演变过程：四代计算机网络,1. 第一代计算机网络面向终端的计算机网络单机联机系统，建于20世纪60年代初，由一台主机和若干个终端（无数据处理能力）组成两个明显的缺点： 主机系统负担过重 线路利用率低改进：多机联机系统，设置前端处理机FEP(Front End Processor)，在主机和通信线路之
3、间专门负责通信控制，以减轻主机负担，提高线路利用率。,2. 现代计算机网络第二代，计算机与计算机的互联，计算机计算机网络，简称为计算机网络。通信子网：从设计和建设者的角度资源子网：从使用者的角度 二者合一构成以通信子网为核心，以资源共享为目的的计算机网络。最初代表美国国防部高级研究计划署(Advanced Research Projects Agency)开发的ARPANET，Internet的雏形。,3. 广域网的发展 ARPANET，第一个分组交换网 SNA(System Network Architecture)，DNA(Distributed Network Architecture)
4、 基于电话网，使用调制解调器(Modem) 专用的公用数据网：美国的Telenet、日本的DDX、加拿大的DATAPAC、我国的公用数据网CHINAPAC和提供数字专线服务的CHINADDN 帧中继(Frame Relay)、综合业务数字网ISDN(Integrated Services Digital Network)和通过电话网实现的交换多兆位数据服务SMDS(Switched Multimegabit Data Service)等公用数据网 光纤传输和波分多路复用技术WDM(Wavalength Division Multiplex),4. 个人计算机与局域网随着PC大量地进入各行各业的
5、办公室及家庭，使得信息交换和资源共享的需求越来越迫切，人们要求在一栋楼或一个部门内的计算机互联，于是局域网LAN(Local Area Network)应运而生。局域网一经问世就得到了迅速的发展和广泛的应用。,5. 标准化网络标准化网络 = 第三代网络第二代计算机网络：缺乏统一的体系结构和标准，不同的计算机及网络产品很难实现互联，急需统一网络标准。国际标准化组织ISO(International Standardization Organization) 于1984年公布了“开放系统互联基本参考模型” ( OSI/RM，Open System Interconnect / Reference
6、Model) ，对统一网络体系结构和协议起到了积极的作用。,6. 互联网与新一代计算机网络宽带综合业务数字网第四代Internet：连接全世界不计其数的局域网、广域网,Internet迅速发展的重要因素： 美国的许多地区和院校使用TCP/IP协议相互连接；Internet：使用TCP/IP协议连接的各个网络的总称 Cisco公司的多协议路由器实现了TCP/IP上异构网的互联 WWW(World Wide Web)技术：在Internet上交换超文本的多媒体信息 基于TCP/IP协议的多种应用的普及：电子邮件(E-mail)、新闻组(NewsGroup) 、FTP(File Transfer P
7、rotocol，文件传输协议） 浏览器的开发和普及与Web服务器相结合，推动了广大用户对Internet上的信息的收集、存储、加工、传播 新技术。高速传输技术：交换式网络技术、ATM和千兆以太网技术；综合业务提供技术：Java技术、瘦客户机、手提电脑等 Internet的商业化运作，Web技术使得计算机网络的应用渗透到了各个领域，如电子购物、电子出版、网上教学、数字图书馆等,计算机网络的四无三不： 无所不在(各种生产设备、工具，包括日常家电、移动电话等用品) 无行不有(电子购物、企业管理与制造、娱乐、教育、医疗、军事、图书馆、旅游等行业) 无时无地不用(全球，每天24小时)宽带综合业务数字网发
8、展(B-ISDN)，第四代计算机网络 技术特点： 综合化：多种业务综合到一个网络中 高速化：网络的数据传输速率甚至能达到几到几十吉比特/秒(Gb/s)的量级 发展方向：三网合一，电话网、有线电视网和计算机网络等都将并入综合业务数字网(ISDN)。,3.3 计算机网络的基本组成,基本组成 网络硬件：数据处理、数据传输和建立通信通道的物质基础 网络软件：控制管理数据通信,四大要素 1. 计算机系统 被网络连接的客体，各种计算机或其他数据终端设备 主要作用： 数据信息的收集、处理、存储、传播 提供共享资源 硬件资源(如巨型计算机、高性能外围设备、大容量磁盘等) 软件资源(如各种软件系统、应用程序、数
9、据库系统等) 信息资源,2. 通信线路和通信设备 同属于数据通信系统，用于连接计算机，完成数据的发出、传送、接收或转发 通信线路：数据传输介质及其介质连接部件，包括光缆、同轴电缆、双绞线等 通信设备：网络连接设备，包括网卡、集线器(Hub)、中继器(Repeater)、交换机(Switch)、网桥(Bridge)、路由器(Router)以及调制解调器(Modem)等其他的通信设备3. 网络协议 通信双方必须共同遵守的约定和通信规则，如TCP/IP、NetBEUI协议、IPX/SPX协议 现代网络都具有层次结构，网络协议也相应地具有层次结构，规定了各分层的功能、层间关系、信息传递的方向、信息的分
10、解与重组等。,4. 网络软件 根据功能划分：(1) 网络系统软件，控制和管理网络运行，主要包括： 网络操作系统NOS(Network Operating System)：对局域网范围内的资源进行统一调度和管理 网络协议软件：实现各种网络协议(2) 网络应用软件，实现某一个网络应用目的 (如远程教学软件、电子图书馆软件、Internet信息服务软件等),3.4 计算机网络的功能,1. 共享硬件与软件 高性能的硬件设备 提供在线服务，允许多个用户同时使用，并能保持数据的完整性和一致性的共享软件,2. 共享信息 搜索与查询的信息 Web服务器上的主页及各种链接 FTP服务器中的软件 各种各样的电子出
11、版物 网上消息、报告和广告 网上大学，网上图书馆3. 通信功能 传输信息 电子邮件 电视会议，实现实时通信的,3.5 计算机网络的分类,不同的分类标准有： 网络覆盖的地理范围 拓扑结构 使用的协议 使用的传输介质 使用的网络操作系统 使用的传输技术,1. 按网络覆盖的地理范围分类1) 局域网LAN(Local Area Network) 覆盖的地理区域比较小，0.120 km 传输速率高(1 Mb/s10 Gb/s)，误码率低 拓扑结构简单，总线型、星型、环型 由单一的组织管理，常用于组建一个办公室、一栋楼、一个楼群、一个校园或一个企业的计算机网络。,2) 广域网WAN(Wide Area N
12、etwork) 覆盖广阔的地理区域，一个城市、一个国家甚至于全球 基于公用通信网络，如PSTN(Public Switched Telephone Network，公共交换电话网络)，DDN(Digital Data Network，数字数据网)、ISDN等 以前，传输速率比较低；目前，通过光纤介质传输速率达到155 Mb/s，甚至2.5 Gb/s 网络拓扑结构复杂，是多种物理网络的互联，如因特网3) 城域网MAN(Metropolitan Area Network)大型的LAN，它的覆盖范围介于局城网和广域网之间，通常就在一个城市内。,2. 按网络的拓扑结构分类按网络的拓扑结构可以将网络分为
13、总线型网络、环型网络、星型网络、树型网络、网状型网络和混合型网络。3. 按网络协议分类 使用IEEE802.3标准协议的以太网(Ethernet) 使用IEEE802.5标准协议的令牌环网(Token Ring) FDDI网(Fiber Distributed Data Interface，光纤分布式数据接口) ATM网(Asynchronous Transfer Mode，异步传输模式) X.25 TCP/IP,4. 按使用的传输介质分类双绞线、同轴电缆、光纤、无线、卫星5. 按网络操作系统分类Novell NetWare网、UNIX网、Linux网、Windows NT网等,6. 按传输技
14、术分类 (1) 广播式网络 信道：所有站点共享一条通信信道 信息接收：根据数据包中的目的地址进行判断接受与否 (2) 点到点网络 信道：每对机器专用一条信道 信息接收：数据分组直接到达目的站点,3.6 计算机网络协议,计算机之间通信所必须遵守的规则、标准或是某些约定统称为网络协议。网络协议的特点：分层。因为：网络分层，将庞大而复杂的问题转化为若干较小的简单的问题，带来了协议的分层。计算机网络的各层和层间协议的集合被称为网络体系结构。为了使不同厂家生产的网络和计算机能够互相通信，需要制定一个国际范围的标准。,1. OSI参考模型国际标准化组织ISO(International Standardi
15、zation Organization) 于1984年公布了“开放系统互联参考模型” ( OSI/RM，Open System Interconnect / Reference Model) “开放”是指按OSI标准建立的系统可以与任意其他也按OSI标准建立起来的系统相互进行通信。OSI率先提出的分层思想使整个网络的设计变成了对各层及层间接口的设计。OSI开放系统模型包括七个层次，自下而上分别为物理层、数据链路层、网络层、传输层、会话层、表示层和应用层。,2. TCP/IP实际的工业标准。得益于Internet的流行与普及，支持TCP/IP的网络产品则越来越多。TCP/IP参考模型：,网络接口
16、层(Host to-network Layer) 指出通信主机必须采用某种协议连接到网络上，并且能够传输网络数据分组。 并没有规定使用或实现了某种协议。 局域网基本上采用了IEEE 802系列的协议；广域网较常采用的协议有帧中继、X.25等。,(2) 互联层 (Internet Layer) 功能：提供无连接的传输数据分组服务。对从底层来的数据包，选择传给其他网络节点或是交给传输层；对从传输层来的数据包，填充报头，选择发送路径，并交给下层线路。 定义了互联协议 (IP)以及数据分组的格式 数据传输的路由选择和拥塞控制 定义了地址解析协议ARP(Address Resolution Protocol)和反向地址解析协议RARP(Reverse Address Resolution Protocol) 定义了因特网控制报文协议ICMP(Internet Control Message Protocol),(3) 传输层(Transport Layer)功能：负责端到端的对等实体之间的包交换通信 传输控制协议(Transport Control Protocol，TCP)，提供可靠的、面向连接的数据传输 用户数据报协议(User Datagram Protocol，UDP)，提供简单高效，但不可靠的、无连接的数据传输,
