计算机网络基础课件

计算机网络,CopyRight 2004 G J H Department of Computer Science.,第一章 绪 论,1.1 计算机网络的发展 1.2 计算机网络的基本概念 1.3 计算机网络的结构,1. 面向终端的计算机网络,面向终端的计算机网络又称为联机系统，建于20世纪60年代，有人将其叫做第一代网络，它是由一台主机和若干终端组成。 实例： 美国空军半自动化地面防空系统SAGE ,1. 联机系统的结构,主机（HOST）,M modem 调制解调器,1. 面向终端的计算机网络-缺点,主机负担过重 主机既承担通信，又要进行数据处理 线路利用率低 每个终端独占一条线路 可靠性低 原因：集中控制,1. 面向终端的计算机网络-改进一,主机（HOST）,多点通信线路-提高线路利用率,1. 面向终端的计算机网络-改进二!,主机（HOST）,终 端 集 中 器,低速线路,高速线路,低速线路,1. 面向终端的计算机网络-改进,主机（HOST）,终 端 集 中 器,前 端 处 理 机,小型计算机,实例：美航空公司的飞机订票系统,2. 主机直接互联网络,主机（HOST）,T,主机（HOST）,主机（HOST）,2. 主机直接互联网络,主机（HOST）,T,主机（HOST）,主机（HOST）,通信控制处理机,具有通信子网的计算机网络,3. 真正意义上的计算机网络,计算机网络的概念最早起源于1964年8月美国兰德公司的一份有关分布式通信的报告。该报告导致了美国军方一些高层人士对通信系统的新设想：即建立一个类似于蜘蛛网（WEB）的网络系统，使得在现代战争中，如果通信网络中的某一交换节点被破坏之后，系统能够寻找其它路径并保证通信畅通和共享信息资源。,3. 现代计算机网络-INTERNET,H1,H2,Hn,Hi,R1,R3,R2,R4,S,局域网,1.2 计算机网络的概念,从不同时期、不同角度出发，对计算机网络有不同的理解和意义。 计算机网络： 将处于不同地理位置的相互独立的计算机，通过通信设备和线路按一定的通信协议连接起来，以达到共享资源为目的的计算机互联系统。,计算机网络的组成,根据计算机网络的定义，可以从逻辑上将其分成两大部分： 通信子网 资源子网,计算机网络的特点与功能,数据通信 资源共享 提高可靠性 均衡负载 促进分布式数据处理和分布式数据库的发展,计算机网络的软件,操作系统核心软件 通信控制用协议软件 管理软件(安全、记帐、出错、配置) 交换及路由软件 应用软件,操作系统核心软件,操作系统是网络软件系统的基础，一般来说，与计算机连接的主机或交换设备所使用的操作系统必须是多任务的否则将无法处理来自不同计算机的数据收发任务，这也是UNIX 操作系统从一开始就成为 Internet主要操作系统的原因。,通信控制用协议软件,协议软件则是计算机网络中通信各部分之间所必须遵守的规则的集合。它定义了通信各部分交换信息时的顺序、格式和词汇。协议软件是计算机网络软件中最重要、最核心的部分。计算机网络的体系结构都是由协议决定的。而且后续三类软件都要通过协议软件才能发生作用。,管 理 软 件,管理软件管理计算机网络的用户与网络的接入、认证、计算机网络的安全以及网络运行状态和负责记费等工作。,交换与路由软件,负责为通信各部分之间建立和维护传输信息所需的路径。,应 用 软 件,计算机网络透过应用软件为用户提供网络服务，即信息资源的共享和传输。应用软件可分为两类： 网络软件厂商开发的通用应用软件工具 用户根据实际需要开发的软件,1.3 计算机网络的结构,计算机网络的分类,由于计算机网络的广泛使用，目前世界上出现了各种形式的计算机网络。对网络的分类方法也很多。从不同角度观察网络、划分网络、有利于全面了解网络系统的各种特性。,按距离划分,广域网 WAN(Wide Area Network） 作用范围在几十到几千公里 局域网 LAN(Local Area Network） 作用范围在几米到几十公里 城域网 MAN(Metroplitan Area Network） 作用范围在WAN与LAN之间,按通信介质划分,有线网 通信介质：同轴电缆、双绞线、光纤 无线网 通信介质：微波、卫星,按通信传播方式划分,点对点传播方式网 星形网络、树状网络、环形网络 广播式传播方式网 总线形、卫星广播网,按通信速率划分,低速网 300bps1.4 Mbps 中速网 1.5 Mbpsbps45 Mbps 高速网 50 Mbps1Gbps,按使用范围划分,公 用 网 专 用 网,按网络控制方式划分,集中式计算机网络 分布式计算机网络,按网络环境划分,部门网络 企业网络 校园网络,计算机网络的拓扑结构,图论中的拓扑学是一种研究与大小形状无关的点、线、面特点的方法。 去掉网络单元的物理意义，把网络单元看作是结点，把连接各结点的通信线路看作是连线，这样采用拓扑学的观点来看，计算机网络可以说是由一组结点和连线组成的几何图形，拓扑图形中的结点和连线的几何位置就是计算机网络的拓扑结构。,研究拓扑结构的目的和意义,网络拓扑结构对整个网络的以下方面有着重要的影响： 设计 功能 可靠性 费用,计算机网络的拓扑结构,星形结构 树状结构 总线形结构 环形结构 不规则结构 全互连结构,星形拓扑结构,在星形网络中，有一个中心节点，其它所有节点都与这一中心节点相连接。中心节点是其它所有节点的中继节点,其它节点必须通过中心节点才能在相互之间形成可以通信的通道。,星形拓扑结构,两类星形网络： 1. 中心节点仅起连通各从节点的作用 2. 中心节点有转接和数据处理的双重功能，一般是具有较强功能的计算机,星形拓扑结构,S,负责建立和维护节点之间的通信信道，并转发或交换数据分组信息,星形拓扑结构的特点,优点： 结构简单，组网容易，线路集中，便于管理、控制和维护，主要用于交换式网络，具有转发速度快的优点。 缺点： 中心节点负担重，容易形成瓶颈，每条线路只连接一个节点，线路利用率低。,树形拓扑结构,树形结构是一种分级结构，可看成是多级星形结构的组合。一般越靠近树根的节点处理能力越强。 在实际组建一个较大型网络时，往往采用多级星形网络，将多级星形网络按层次方式排列即形成树形网络。,树形拓扑结构,A,C,D,F,E,B,树形拓扑结构的特点,优点： 扩充方便、灵活，建网费用也较低，故障隔离容易。适用于分主次或分等级的层次型管理系统。 缺点： 对根节点的依赖太大，如果根发生故障，则整个网络不能正常工作。,总线型拓扑结构,在逻辑上由一根共享的电缆以及与其连接的节点构成。计算机与总线结构的局域网连接时，还需要有相应的BNC连接接头和网络接口卡NIC。 所有节点都通过总线、并沿着总线的两个方向传送信息，并可被任一节点所接收，通信方式为广播通信方式。,总线型拓扑结构,由于所有节点共享一条总线，因此必须有相应的访问控制规程来分配信道，以避免冲突。 媒体访问控制技术是局域网很重要的一项基本技术，也是网络设计和组成的最根本问题，因为它对局域网体系结构、工作过程和网络性能产生决定性的影响。,总线型拓扑结构,局域网的媒体访问控制包括两方面的内容： 1. 要确定网络的各个节点能够将信息发送到媒体上的特定时刻。 2. 如何对公用传输媒体进行访问并加以利用和控制。,总线型拓扑结构,常用的局域网媒体访问控制方法主要有以下三种: CSMA/CD (Carrier Sense Multiple Access / Collision Detect) 即载波监听多路访问/冲突检测技术 Token Ring 令牌环 Token Bus 令牌总线,总线型拓扑结构,作用：阻塞电子 干扰，防止反射,树形拓扑结构的特点,优点： 结构简单，信道利用率高，网络建设与扩充容易，传输速率高，可靠性好。 缺点： 传输距离短，故障诊断困难、故障隔离困难，任何通信线路的故障都有可能使整个网络瘫痪。,环形拓扑结构,由一些中转发器和连接转发器的点到点链路组成一个闭合环，每台入网的计算机都连接到一个转发器上。 环形网络中信息流动是单向的，从任意源转发器所送出的信息，经环路传送一周后由返回到源转发器。固定方向，无冲突，地址相符，信息复制。,环形拓扑结构,A,B,C,D,E,信息流动方向,环形拓扑结构的特点,优点： 传输时延的确定性，电缆长度短，结构简单组网容易，适用于光纤。 缺点： 可靠性差，灵活性差（增、减），故障诊断困难,不规则拓扑结构,不规则结构也称为网状结构，多被用于远距离网络。各节点地理位置分散，网络的组成是典型的两级网络，即可分为通信子网和资源子网。主计算机之间的通信由通信子网来完成，数据处理由资源子网来完成。,不规则拓扑结构,A,C,D,E,B,全互连拓扑结构,在这种网络中，任意两个节点间都直接相连，这种结构的可