《Internet与网页设计》电子教案 CH2

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1、通过本章学习，应该掌握以下内容： 计算机网络的定义、产生与发展 计算机网络的组成、功能、拓扑结构 计算机网络的分类和应用 网络通信协议 常用的传输介质 网络连接设备 局域网的特点和组成 常用的广域网技术 网络管理与网络安全的基本概念,第2章 计算机网络基础,2.1 计算机网络概论,2.1.1 计算机网络的定义 计算机网络是一种地理上分散的、具有独立功能的多台计算机通过通信设备和线路连接起来，在配有相应的网络软件（网络协议、网络操作系统等）的情况下实现资源共享的系统。 1970年美国信息处理学会从共享资源角度出发，把计算机网络定义为“以能够相互共享资源（硬件、软件和数据等）的方式连接起来，并各自

2、具备独立功能的计算机系统的集合”。这里的计算机可以是大型计算机、小型计算机和微机等。,2.1.2 计算机网络的产生与发展 计算机网络发展划分为四个阶段。 1计算机-终端通信网络 在这种系统中，一台计算机通过通信线路与若干近地终端及远方终端连接，或多个终端共享一条通信线路和一台主机连接，形成“终端通信线路计算机”的通信系统，这就构成了计算机网络的雏形。 2以共享资源为目的的计算机网络 把多台主计算机通过通信线路互连起来，以共享资源为目的的计算机网络。 3基于个人计算机的局域网 80年代以后，以IBM PC为代表的个人计算机（简称PC机）得到了蓬勃发展和普及。 4标准化网络 “开放系统互连基本参考

3、模型”（OSI模型）,2.1.3 计算机网络的组成 按照计算机网络中各部分的功能可以将网络分成通信子网和资源子网。如图2-2所示。 图2-2 资源子网与通信子网,1资源子网 资源子网是由各计算机系统、终端控制器、终端设备、软件和可供共享的数据库等组成。资源子网的功能是负责全网面向应用的数据处理工作，向用户提供数据处理、数据存储、数据管理、数据输入输出以及其他数据资源，这些资源原则上可被所有用户共享。 资源子网主要包括：主机（H）和终端（T）。 2通信子网 通信子网的主要任务是将各种计算机互连起来，完成数据交换和通信处理。它主要包括通信线路（即传输介质）、网络连接设备（如网络接口设备、通信处理机

4、、网桥、路由器、网关、调制解调器、多路复用器、卫星地面站等）、网络通信协议、通信控制软件等。,2.1.4 计算机网络的拓扑结构 把计算机网络变成由点和线组成的几何图形，称之为网络的拓扑结构。网络的拓扑类型较多，主要可以分为以下五种：总线型、星型、环型、树型、不规则型等。 1星型结构 星型结构的网络是以中央结点为中心与各个结点连接组成的。 图2-3 星型拓扑结构,星型网络的优点： （1）控制简单。在星型网络中，任何一站点只和中央节点相连，因而媒体访问控制方法简单，致使访问协议也十分简单。 （2）故障诊断和隔离容易。 （3）方便服务。中央节点可方便地对各个站点提供服务和网络重新配置。 星型网络的缺

5、点： （1）电缆较长，安装工作量可观。 （2）中央节点的负担较重，形成瓶颈。一旦发生故障，则全网受影响，因而对中央节点的可靠性和冗余度方面的要求较高。 （3）各站点的分布处理能力较低。,2总线结构 如图2-4所示，总线型结构网络是将各个结点和一根总线相连。 图2-4 总线型拓扑结构 总线型网络优点： （1）总线结构所需的电缆数量少。 （2）总线布局简单且便于安装，并且有较高的可靠性。 （3）易于扩充，增加或减少用户比较方便。 总线型网络缺点： （1）总线的传输距离有限，通信范围受到限制。 （2）故障诊断和隔离较困难。,3环型结构 如图2-5所示，环型结构中的各结点是连接在一条首尾相连的闭合环型

6、线路中的。环型网络中的信息传送是单向的，即沿一个方向从一个结点传到另一个结点。由于信息按固定方向单向流动，两个结点之间仅有一条通路，系统中无信道选择的问题。 图2-5 环型拓扑结构,环型网络的优点： （1）电缆长度短。环型拓扑结构所需的电缆长度和总线拓扑网络相似，但比星型拓扑网要短。 （2）在一次通信中，信息在网中传输的最大传输延迟是固定的。 （3）每个网上节点只与其它两个节点有物理链路直接互连，因此，传输控制机制较为简单，实时性强。 （4）环型网络安装比较简便。物理环状要求的电缆数比总线拓扑多，比星型拓扑少。 环型网络的缺点: （1）环型网络的缺点是如果一个节点出现故障可能会终止全网运行，因

7、此可靠性较差。 （2）故障检测困难。 （3）环型拓扑结构的媒体访问控制协议都采用令牌传递方式，在负载很轻时，信道利用率相对来说就比较低。,4树型结构 如图2-6所示，树型结构是种分级结构。在树型网络中，任意两个结点之间不产生回路，每条通路都支持双向传输。 图2-6 树型拓扑结构 树型网络的主要优点是扩充方便、灵活，成本低，易推广。此外，天然的分级结构使得这种网络比较适用于分主次或分等级的层次型管理系统。,5不规则型结构 不规则型的网络中各结点的连接没有一定的规则，一般是在结点的地理位置分散的远程网中使用，其结构如图2-7所示。 图2-7 不规则型拓扑结构,2.1.5 计算机网络分类 1根据计算

8、机网络的覆盖范围划分，可以分为三类： （1）局域网LAN（Local Area Network） 局域网地理范围一般在几百米到二十公里之间，适用于一个建筑物（办公楼）或相邻的大楼内，属于一个部门或者单位组建的专用网络。 （2）城域网MAN（Metropolitan Area Network） 城域网是一种大型的局域网，因此使用类似于局域网的技术，它可能覆盖一个城市，作用距离在10到50公里之间。 （3）广域网WAN（Wide Area Network） 广域网也称为远程网。它所覆盖的地理范围从几十公里到几千公里。广域网覆盖一个国家、地区，或横跨几个洲，形成国际性的远程网络。,2根据网络传输技术

9、，可以分为两类： （1）广播式网络 在广播式网络中，所有连网计算机都共享一个公共通信信道。当一台计算机利用共享通信信道发送报文分组时，所有其它的计算机都会“收听”到这个分组。 （2）点到点式网络 与广播网络相反，在点到点式网络中，每条物理线路连接一对计算机。假如两台计算机之间没有直接连接的线路，那么它们之间的分组传输就要通过中间节点的接收、存储、转发，直至目的节点。 采用分组存储转发与路由选择是点到点式网络与广播式网络的重要区别之一。,2.1.6 计算机网络的功能 计算机网络具有下述主要的功能与特点： 1资源共享 资源共享是计算机网络最有吸引力的功能。资源共享除共享硬件资源外，还包括共享数据和

10、软件资源。 2数据通信能力 网络系统中的各计算机间能快速可靠地相互传送数据及信息，根据需要可以对这些数据信息进行分散、分组、集中管理或处理，这是计算机网络最基本的功能。 3分布处理 对于综合性的大型问题，可以采用合适的算法将任务分散到不同的计算机上进行分布处理。利用网络技术，还可以将许多小型机或微机连成具有高性能的分布式计算机系统。,4良好的可靠性 计算机网络系统能实现对差错信息的重发，从而增强了可靠性。提高可靠性还表现在计算机网络中的各台计算机可以通过网络彼此互为后备机，一旦某台计算机出现故障，故障机的任务就可由其他计算机代为处理，避免了在单机无后备的使用情况下某台计算机故障导致系统瘫痪的现

11、象。 5均衡负载 通过网络可以缓解用户资源缺乏的矛盾，使各资源的“忙”与“闲”得到合理调整。例如，当某台计算机的计算任务很重时，可以通过网络将某些任务传送给空闲的计算机去处理。,2.1.7 计算机网络的应用 1计算机网络在单位信息管理中的应用 （1）计算机网络可以实现资源共享 （2）计算机网络可以提高信息系统的可靠性 （3）计算机网络可以节约资金 （4）计算机网络可以增强信息系统的可扩展性 （5）计算机网络可以为用户提供一种功能强大的通信工具 2计算机网络在个人信息服务中的应用 （1）远程信息访问 （2）个人与个人之间的通信 （3）家庭娱乐,2.2 网络通信协议,2.2.1 网络通信协议概述

12、1协议的概念 网络协议（Protocol）是为进行计算机网络中的数据交换而建立的规则、标准或约定的集合。网络协议主要由下列三个要素组成： （1）语义（Semantics）。涉及用于协调与差错处理的控制信息。 （2）语法（Syntax）。涉及数据及控制信息的格式、编码及信号电平等。 （3）定时（Timing）。涉及速度匹配和排序等。,2协议分层 两个系统实体间的通信是一个十分复杂的过程。为了减少协议设计和调试过程的复杂性，网络协议通常都按结构化的层次方式进行组织，每一层完成一定功能，每一层又都建立在它的下层之上。不同网络的层的数量、各层的名字、内容和功能不尽相同。然而在所有的网络中，每层都是通过

13、层间接口向上一层提供服务，而把这种服务实现的细节对上层屏蔽。 假设网络协议分为若干层，那么A、B两站通信，实际是A站的第n层与B站的第n层进行通信，故协议总是指某一层的协议。 层次、协议及接口关系如图2-11所示。,图2-11 层次、协议和接口之间的关系 3网络体系结构 计算机网络各层次及其协议的集合，称为网络的体系结构。体系结构是一个抽象的概念，它精确定义了网络及其部件所能实现的功能，但这些功能究竟用何种硬件或软件方法来实现则是一个具体实施的问题。,2.2.2 OSI基本参考模型 图2-12所示为OSI参考模型 。 图2-12 开放式系统互联模型,OSI各层的主要功能是： （1）物理层 物理

14、层定义了为建立、维护和拆除物理链路所需的机械的、电气的、功能的和规程的特性，其作用是使原始的数据比特流能在物理媒体上传输。 （2）数据链路层 在数据链路层中，比特流被组织成帧，并以其为单位进行传输。数据链路层的主要作用是通过校验、确认和反馈重发等手段，将不可靠的物理链路改造成对网络层来说无差错的数据链路。数据链路层还要协调收发双方的数据传输速率，即进行流量控制。 （3）网络层 在网络层中，数据以分组为单位进行传输。网络层主要解决路由选择、流量控制。当分组要跨越多个通信子网才能到达目的地时，还要解决网际互连的问题。,（4）传输层 传输层是第一个端-端，也即主机-主机的层次。传输层提供的端到端的透

15、明数据传输服务，还要处理端到端的差错控制和流量控制问题。 （5）会话层 会话层是进程-进程的层次，其主要功能是组织和同步不同主机上各种进程间的通信（也称为对话）。 （6）表示层 表示层为上层用户提供共同的数据或信息的语法表示变换。 （7）应用层 应用层是OSI参考模型中的最高层。应用层确定进程之间通信的性质，以满足用户的需要。,2.3 传输介质,常用的传输介质有： 1双绞线（Twisted Pair） 双绞线电缆由两根绝缘导线相互缠绕而成，对或多对（一般使用4对）双绞线安置在一个护套中便成了双绞线电缆，既可用于传输模拟信号，也可以用于传输数字信号，双绞线电缆又可分为屏蔽和非屏蔽两种。 （1）非

16、屏蔽双绞线电缆（UTP） 非屏蔽双绞线电缆由多股双绞线和一层塑料护套构成。 （2）屏蔽双绞线电缆（STP） 屏蔽双绞线的电缆内部也是双绞线，只是先由铝箔包住双绞线，再用塑料护套套住，它比UTP要贵一些。,2同轴电缆（Coaxial Cable） 同轴电缆由绕在同一轴线上的两个导体组成,图2-14所示。 图2-14 同轴电缆 同轴电缆通常使用的有50和750两种类型。50同轴电缆又称基带同轴电缆，仅用于数字信号传输。750同轴电缆又称为宽带同轴电缆，既可以传输模拟信号，又可以传输数字信号。,3光纤（Optical Fiber） 光纤（即光缆）是用极细的玻璃纤维或极细的石英玻璃纤维做传输媒体。 光纤系统是把电信号转换为光信号进行传输。由于可见光的频率非常高，约为108MHz的量级，因此，光纤通信系统的传输带宽远远大于其它各种传输媒体的带宽。 4无线通信媒体 无线通信媒体通过空间传输，不需要架设或铺埋电缆或光纤，常用的技术有：无线电波、微波、红外线和激光。计算机网络中的无线通信主要