计算机网络基础教程-第1章_计算机网络概述

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1、计算机网络 基础与应用,工业和信息化普通高等教育“十二五”规划教材立项项目 主编 郑良斌,1、主要参考书,2、其他参考书,现代计算机网络技术与应用,计算机网络,谢希仁编著 高等教育出版社,夏云主编 科学出版社,总 目 录,第1章 计算机网络概论 第2章 Internet应用 第3章 TCP/IP 第4章 局域网 第5章 Internet的接入方法 第6章 数据通信 第7章 网络安全,第1章 计算机网络概述,本章内容,计算机网络是计算机技术与通信技术相结合的产物，它的诞生使计算机的体系结构发生了巨大变化。在当今社会发展中，计算机网络起着非常重要的作用，并对人类社会的进步做出了巨大贡献。 现在，计

2、算机网络的应用遍布全世界及各个领域，并已成为人们社会生活中不可缺少的重要组成部分。从某种意义上讲，计算机网络的发展水平不仅反映了一个国家的计算机科学和通信技术的水平，也是衡量其国力及现代化程度的重要标志之一。 那么，计算机网络涉及到哪些基本概念、知识和技术呢？这就是本章所要讨论的问题。,1.1 计算机网络的基本概念,到目前为止, 计算机网络并没有一个确切的定义。其实，我们可以简单地描述为：计算机网络是通过通信线路连接起来的自治的计算机集合。该描述包括了3个方面的含义： 必须有两台或两台以上、具有独立功能的计算机系统相互连接起来，以达到共享资源为目的； 计算机互相通信交换信息，必须有一条通道。这

3、条通道的连接是物理的，由物理介质来实现（例如铜线、光纤、微波、卫星等）； 计算机系统之间的信息交换，必须要遵守某种约定和规则。 以上从三个方面概括了计算机网络的基本内涵。因此，我们可以把计算机网络定义为：,1.1 计算机网络的定义,计算机网络是把分布在不同地点，并具有独立功能的多个计算机系统通过通信设备和线路连接起来，在功能完善的网络软件和协议的管理下，以实现网络中资源共享为目标的系统。 由多台计算机组成的计算机网络系统模型如图1-4所示。,1.1 计算机网络的定义,1.2 计算机网络的形成与发展,1.2 计算机网络的形成与发展,1、远程联机阶段 为了共享主机资源和信息采集以及综合处理，用一台

4、计算机与多台用户终端相连，用户通过终端命令以交互方式使用计算机，人们把它称为远程联机系统。 前端处理机结构：前端处理机（FEP）用来专门负责通信工作，实现数据处理与通信控制的分工，发挥了中心计算机的数据处理能力。前端处理机的结构如图1-1所示。,图 1-1 利用前端处理机的结构示意图,终端,Modem,Modem,CCP或FEP,Modem,公用电话网,主机,利用调制解调器的结构示意图, 调制解调器：由于计算机和远程终端发出的信号都是数字信号，而公用电话线路只能传输模拟信号，所以在传输前必须把计算机或远程终端发出的数字信号转换成可在电话线上传送的模拟信号,传输后再将模拟信号转换成数字信号。利用

5、调制解调器的结构如下图所示。,1.2 计算机网络的形成与发展,1.2 计算机网络的形成与发展, 集线器结构：把终端发来的信息收集起来，并把用户的作业信息存人集中器中,然后再用高速线路将数据信息传给前端处理机，最后提交给主机。 远程联机系统的特点是系统中只有一个计算机处理中心，各终端通过通信线路共享主计算机的硬件和软件资源，因此，主计算机负担过重，终端独占线路，资源利用率低。,利用集线器的结构示意图,计算机网络要完成数据处理与数据通信两大基本功能，因此在逻辑结构上可以将其分成两部分：资源子网和通信子网。,1.2 计算机网络的形成与发展,2、多机互联网络阶段,(1)资源子网：是计算机网络的外层，它

6、由提供资源的主机和请求资源的终端组成。资源子网的任务是负责全网的信息处理。,(2)通信子网：是计算机网络的内层，它的主要任务是将各种计算机互连起来完成数据传输、交换和通信处理。,1.2 计算机网络的形成与发展,3、标准化网络阶段,1.2 计算机网络的形成与发展,4、网络互联与高速网络阶段 进入20世纪90年代,计算机技术、通信技术以及建立在互联计算机网络技术基础上的计算机网络技术得到了迅猛的发展。特别是1993年美国宣布建立国家信息基础设施 （National Information Infrastructure，NII）后，全世界许多国家纷纷制订和建立本国的NII,从而极大的推动了计算机网络

7、技术的发展，使计算机网络进入一个崭新的阶段，这就是计算机网络互联与高速网络阶段。 目前，全球以Internet为核心的高速计算机互联网络已经形成，Internet已经成人类最重要的、最大的知识宝库。网络互联和高速计算机网络就成为第四代计算机网络。,1.2 计算机网络的形成与发展,1.3 计算机网络的组成与结构,1. 资源子网与通信子网,计算机网络要完成数据处理与数据通信两大基本功能，从逻辑功能上可以分成两个部分：资源子网与通信子网。,图1.3.1,（1）资源子网,资源子网由主机系统、终端、终端控制器、连网外设、各种软件资源与信息资源组成。资源子网负责全网的数据处理业务，向网络用户提供各种网络资

8、源与网络服务。早期的主机系统主要是指大型机、中型机与小型机。,主机系统（host）是资源子网的主要组成单元，它通过高速通信线路与通信子网的通信控制处理机(CCP)相连接。普通用户终端通过主机系统连入网内。主机系统为本地用户访问网络其他主机设备与资源提供服务，同时为网中远程用户共享本地资源提供服务。,终端（terminal）是用户访问网络的界面。终端可以是简单的输入、输出终端，也可以是带有微处理机并具有存储与信息处理能力的智能终端。终端可以通过主机系统连入网内，也可以通过终端控制器或通信控制处理机连入网内。,（2）通信子网,通信控制处理机在网络拓扑结构中被称为网络结点。它一方面将主机、其他外设和

9、终端连入网内；另一方面它又完成分组的接收、校验、存储、转发等功能，实现将源主机报文准确发送到目的主机的作用。,通信子网由通信控制处理机、通信线路与其他通信设备组成，负责完成网络数据传输、转发等通信处理任务。,1.3 计算机网络的结构组成,一个完整的计算机网络系统是由网络硬件和网络软件所组成的。网络硬件是计算机网络系统的物理实现,网络软件是网络系统中的技术支持。两者相互作用,共同完成网络功能。,1.3.1 网络硬件的组成,计算机网络硬件系统是由计算机(主机、客户机、终端)、通信处理机(集线器、交换机、路由器)、通信线路(同轴电缆、双绞线、光纤)、信息变换设备(Modem，编码解码器)等构成。,1

10、.3.1 计算机硬件的组成,1、主计算机 在一般的局域网中，主机通常被称为服务器，是为客户提供各种服务的计算机，因此对其有一定的技术指标要求，特别是主、辅存储容量及其处理速度要求较高。根据服务器在网络中所提供的服务不同,可将其划分为文件服务器、打印服务器、通信服务器等。 2、网络工作站 除服务器外，网络上的其余计算机主要是通过执行应用程序来完成工作任务的，我们把这种计算机称为网络工作站或网络客户机，它是网络数据主要的发生场所和使用场所，用户主要是通过使用工作站来利用网络资源并完成自己作业的。,1.3.1 计算机硬件的组成,3、网络终端 是用户访问网络的界面，它可以通过主机联入网内，也可以通过通

11、信控制处理机联入网内。 4、通信处理机 一方面作为资源子网的主机、终端连接的接口，将主机和终端连入网内；另一方面它又作为通信子网中分组存储转发结点，完成分组的接收、校验、存储和转发等功能。 5、通信线路 通信线路（链路）是为通信处理机与通信处理机、通信处理机与主机之间提供通信信道。 6、信息变换设备 对信号进行变换，包括：调制解调器、无线通信接收和发送器、用于光纤通信的编码解码器等。,在计算机网络系统中，除了各种网络硬件设备外，还必须具有网络软件。,网络软件的组成,1.3.2 网络软件的组成,1.3.2 计算机软件的组成,1、网络操作系统 网络操作系统是网络软件中最主要的软件,用于实现不同主机

12、之间的用户通信，以及全网硬件和软件资源的共享，并向用户提供统一的、方便的网络接口,便于用户使用网络。目前网络操作系统有三大阵营：UNIX、NetWare和Windows。目前， 我国最广泛使用的是Windows网络操作系统。 2、网络协议软件 网络协议是网络通信的数据传输规范，网络协议软件是用于实现网络协议功能的软件。 目前, 典型的网络协议软件有TCP/IP协议、IPX/SPX协议、IEEE802标准协议系列等。其中, TCP/IP是当前异种网络互连应用最为广泛的网络协议软件。,1.3.2 计算机软件的组成,3、网络管理软件 网络管理软件是用来对网络资源进行管理以及对网络进行维护的软件，如性

13、能管理、配置管理、故障管理、记费管理、安全管理、网络运行状态监视与统计等。 4、网络通信软件 是用于实现网络中各种设备之间进行通信的软件，使用户能够在不必详细了解通信控制规程的情况下，控制应用程序与多个站进行通信,并对大量的通信数据进行加工和管理。 5、网络应用软件 网络应用软件是为网络用户提供服务，最重要的特征是它研究的重点不是网络中各个独立的计算机本身的功能，而是如何实现网络特有的功能。,1.3.3 网络的拓扑结构,拓扑学是几何学的一个分支。拓扑学首先把实体抽象成与其大小、形状无关的点,将连接实体的线路抽象成线,进而研究点、线、面之间的关系,即拓扑结构(Topology Structure

14、)。 在计算机网络中，抛开网络中的具体设备，把服务器、工作站等网络单元抽象为“点”，把网络中的电缆、双绞线等传输介质抽象为“线”。 计算机网络的拓扑结构就是指计算机网络中的通信线路和结点相互连接的几何排列方法和模式。拓扑结构影响着整个网络的设计、功能、可靠性和通信费用等许多方面，是决定局域网性能优劣的重要因素之一。,1.3.3 网络的拓扑结构,优点：结构简单，价格低廉、安装使用方便。 缺点：故障诊断和隔离比较困难。,1、总线型拓扑结构 总线型拓扑结构是指所有结点共享一根传输总线,所有的站点都通过硬件接口连接在这根传输线上。,图 1-6 总线型拓扑结构示意图,1.3.3 网络的拓扑结构,2、星型

15、拓扑结构 星型拓扑结构是符合令牌协议的高速局域网络。它是以中央结点为中心，把若干外围结点连接起来的幅射式互连结构。 优点：单点故障不影响全网，结构简单。增删节点及维护管理容 易；故障隔离和检测容易，延迟时间较短。 缺点：成本较高，资源利用率低；网络性能过于依赖中心节点。,1.3.3 网络的拓扑结构,3、树型拓扑结构 树型结构是星型结构的扩展，它由根结点和分支结点所构成，如图1-8所示。 优点：结构比较简单，成本低。扩充节点方便灵活。 缺点：对根的依赖性大。,图 1-8 树型拓扑结构示意图,工作站,工作站,打印机,服务器,集线器,集线器,集线器,集线器,1.3.3 网络的拓扑结构,环型结构的显著

16、特点是每个节点用户都与两个相邻节点用户相连。 优点：简化路径选择控制，传输延 迟固定,实时性强,可靠性高。 缺点：节点过多时,影响传输效率。 环某处断开会导致整个系统 的失效，节点的加入和撤出 过程复杂。,4、 环型拓扑结构 环型拓扑结构将所有网络结点通过点到点通信线路连接成闭合环路,数据将沿一个方向逐站传送，每个结点的地位和作用相同，且每个结点都能获得执行控制权。,1.3.3 网络的拓扑结构,5、网状拓扑结构 网状拓扑结构中的所有结点之间的连接是任意的,没有规律。实际存在与使用的广域网基本上都采用网状拓扑结构。,优点：具有较高的可靠 性。某一线路或 节点有故障时， 不会影响整个网 络的工作。 缺点：结构复杂，需要 路由选择和流控 制功能，网络控 制软件复杂，硬 件成本较高，不 易管理和维护。,1.4 计算机网络的分类,从不同方向来进行分类,由于计算机网络自身的特点，其分类方法有多种。根据不同的分类原则，可以得到不同类型的计算机网络。,1.4.1 按覆盖范围分类, 局部区域网：传输速率为120Mb/s