计算机网络基础知识

1、计算机网络应用计算机网络应用 主讲：徐光达主讲：徐光达 网络通晓天下事网络通晓天下事 计算机成就未来计算机成就未来 2 第一节第一节 计算机网络基本知识计算机网络基本知识 第五节第五节 电子邮件的使用电子邮件的使用 第四节第四节 网上信息浏览网上信息浏览 第三节第三节 连接连接InternetInternet 第二节第二节 TCP/IPTCP/IP协议及相关技术协议及相关技术 一、计算机网络概论一、计算机网络概论 定义：定义： 利用利用通信线路通信线路和和通信设备通信设备，把，把地地 理上分散理上分散、并具有独立功能的、并具有独立功能的多个计算机系多个计算机系 统统相互连接，按照相互连接，按照

2、网络协议网络协议进行数据通信，进行数据通信， 由功能完善网络软件实现由功能完善网络软件实现资源共享资源共享的计算机的计算机 系统的集合。系统的集合。 什么是计算机网络什么是计算机网络 计算机计算机 + 通信通信 + 软件软件= 网络网络 远程联机远程联机 阶段阶段 多机互联多机互联 网络阶段网络阶段 标准化网标准化网 络阶段络阶段 互联与高速互联与高速 网络阶段网络阶段 计算机网络从计算机网络从2020世纪世纪5050年代年代开始发展至今开始发展至今, ,经历了从经历了从简简 单到复杂单到复杂、从单机到多机从单机到多机、由终端与计算机之间由终端与计算机之间的通的通 信演变到计算机与计算机之间的

3、直接通信信演变到计算机与计算机之间的直接通信. . 发展经历的发展经历的4 4个阶段个阶段 二、计算机网络的形成与发展 计算机网络的产生与发展计算机网络的产生与发展 v单个主机为中心，面 向终端设备的计算机 通信网络 v以共享资源为目标的 多处理中心的计算机 网络 v开放式体系结构标准 化网络 v互联网信息的高速 公路 v1954年第一代计算 机网络 v1969年ARPA网，第 二代计算机网络 v1983年OSI模型，第 三代计算机网络 vnternet的建立，第 四代计算机网络 为了共享为了共享主机资源主机资源和和信息采集信息采集以及综合处理，用一台计算以及综合处理，用一台计算 机与多台用户

4、终端相连，用户通过机与多台用户终端相连，用户通过终端命令终端命令以交互方式使用计以交互方式使用计 算机，人们把它称为算机，人们把它称为远程联机系统远程联机系统。 前端处理机结构：前端处理机结构：前端处理机（前端处理机（FEPFEP）用来专门负责通）用来专门负责通 信工作，实现信工作，实现数据处理数据处理与与通信控制通信控制的分工，发挥了中心计算机的分工，发挥了中心计算机 的数据处理能力。的数据处理能力。前端处理机的结构如图前端处理机的结构如图1-11-1所示。所示。 图图 1-1 1-1 利用利用前端处理机的结构示意图前端处理机的结构示意图终端终端 Modem Modem CCP或或FEP M

5、odem 公用电话网公用电话网 主机主机 利用利用调制解调器调制解调器的结构示意图的结构示意图 调制解调器：调制解调器：由于由于计算机计算机和和远程终端远程终端发出的信号都是发出的信号都是 数字信号数字信号，而公用电话线路只能，而公用电话线路只能传输模拟信号传输模拟信号，所以在传输，所以在传输 前必须把前必须把计算机或远程终端计算机或远程终端发出的发出的数字信号数字信号转换成可在电话转换成可在电话 线上传送的线上传送的模拟信号模拟信号, ,传输后再将模拟信号转换成数字信号。传输后再将模拟信号转换成数字信号。 利用调制解调器的结构如下图所示。利用调制解调器的结构如下图所示。 终端终端 Modem

6、 LC Modem 公用电话网公用电话网 主机主机 集线器结构：集线器结构：把终端发来的信息收集起来，并把用户的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。处理机，最后提交给主机。 远程联机系统的特点远程联机系统的特点：系统中只有一个计算机处理中心，：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各终端通过通信线路共享主计算机的硬件计算机的硬件和和软件资源软件资源，因此，因此， 主计算机主计算机负担过重负担过重，终端，终端独占线路独占线路，资源利用率低

7、资源利用率低。 利用利用集线器的结构示意图集线器的结构示意图 集线器集线器 CCPCCP或或FEPFEP 主机主机 公用电话网公用电话网 例如：例如： 收发器收发器电传打字机电传打字机 计算机网络要完成计算机网络要完成数据处理数据处理与与数据通信数据通信两大基本功能，因两大基本功能，因 此在逻辑结构上可以将其分成两部分：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资源子网和通信子网。 (1)(1)资源子网：资源子网：是计算是计算 机网络的外层，它由提供机网络的外层，它由提供 资源的主机资源的主机和和请求资源请求资源的的 终端组成。终端组成。资源子网资源子网的任的任 务是负责全网的信息处

8、理务是负责全网的信息处理。 (2)(2)通信子网：通信子网：是计算是计算 机网络的内层，它的主要机网络的内层，它的主要 任务是任务是将各种计算机互连将各种计算机互连 起来完成数据传输起来完成数据传输、交、交换换 和通信处理和通信处理。 CCP CCP CCP CCP CCP 通信子网通信子网 资源子网资源子网 主机主机 主机主机 主机主机 主机主机 图图 1-2 1-2 资源子网和通信子网示意图资源子网和通信子网示意图 ISOISO于于19771977年成立年成立 了专门的机构来了专门的机构来 研究该问题，并研究该问题，并 且在且在19841984年正式年正式 颁布了颁布了“开放系开放系 统互

9、联基本参考统互联基本参考 模型模型” 的国际标的国际标 准准OSI,OSI,这就产生这就产生 了第三代计算机了第三代计算机 网络。网络。 2020世纪世纪7070年代，计年代，计 算机网络大都采用算机网络大都采用 直接通信方式直接通信方式。 19721972年后，年后，以太网以太网 LANLAN、MANMAN、WANWAN迅迅 速发展，各个计算速发展，各个计算 机生产商纷纷发展机生产商纷纷发展 各自的各自的网络系统网络系统， 制定自己的网络技制定自己的网络技 术标准。术标准。 19741974年年,IBM,IBM公司公司 公布了它研制的公布了它研制的 系统系统网络体系结网络体系结 构构。随后随

10、后DGEDGE公司公司 宣布了宣布了自己的数自己的数 字网络体系结构字网络体系结构 ,1976,1976年年UNIVACUNIVAC宣宣 布了该公司的分布了该公司的分 布式通信体系结布式通信体系结 构构。 进入进入2020世纪世纪9090年代年代, ,计算机技术计算机技术、通信技术通信技术以及建立在互以及建立在互 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。特别是展。特别是19931993年美国宣布建立年美国宣布建立( (国家信息基础设施国家信息基础设施NII)NII)后，后， 全世界许多国家纷纷制订和建立本国的全世界许多国家纷

11、纷制订和建立本国的NII,NII,从而极大的推动从而极大的推动 了计算机网络技术的发展，使计算机网络进入一个崭新的阶了计算机网络技术的发展，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。段，这就是计算机网络互联与高速网络阶段。 目前，全球以目前，全球以InternetInternet为核心为核心的高速计算机互联网络已的高速计算机互联网络已 经形成，经形成，InternetInternet已经成人类最重要的、最大的知识宝库。已经成人类最重要的、最大的知识宝库。 网络互联网络互联和和高速计算机网络高速计算机网络就成为第四代计算机网络。就成为第四代计算机网络。 图图 1-3

12、1-3 现代计算机网络逻辑结构示意图现代计算机网络逻辑结构示意图 以太网以太网 以太网以太网以太网以太网 以太网以太网 路由器路由器 路由器路由器 路由器路由器路由器路由器 路由器路由器 路由器路由器 通信子网通信子网 计算机网络在我国的发展计算机网络在我国的发展 v中国公用计算机互联网（CHINANET) 1、开始建于1995年，由中国电信负责运营， 该网由主干网和接入网组成。 2、主干网的速率以2.048M/s为主，逐步提 高到E3(34Mb/s)甚至更高速率。 3、接入网由各省内建设的网络构成，用戶 通过163拨号上网。 v中国金桥信息网（CHINAGBN) 1、开始建于1993年，即金

13、桥工程。由吉通 通信为业主，该网由地面光纤网和卫星网 组成。 2、主干网的速率以128K-8Mb/s为主. 3、主营业务：为金融、海关、外贸、气象、 交通等部门提供数据丶话音、图像信息 服务。 v中国教育和科研计算机网（CERNET) 1、开始建于1994年，是一个公益性网络，为 国民教育、科研提供信息服务。该网 由三级结构（主干网、地区网和校园网）组 成。 2、主干网的速率以2M/s为主，逐步提高到更 高速率。 中国科学技术网（CSTNET) 开始建于1994年，由中科院建设和管理。 v广域网的发展 广域网（WAN）是从ARPANET的诞生开始的， 公用数据网（如电话上网的方式） 公用交换数

14、据网 帧中继 综合业务数据网 交换多兆位数据服务 POS技术 波分多路复用技术 万兆以太网 公用数据网公用电话网 三、计算机网络的特点三、计算机网络的特点 v增强性能 v可扩充性 v可靠性 v资源共享 v经济性 v适应性 v 通过增加处理部件的数目提高并行程度可 以得到要求的性能 v 增加新节点不必替换整个网络 v 数据，资源的分散性，资源冗余及结构可 动态重组提高了可靠性 v 软件、硬件、信息资源的共享 v 避免较大的初始投资，用多个微小型机代 替一个大型主架机可得很好的性能价格比 v 如银行、铁路、商业等分散又必须协调的 部门很适应 四、 计算机网络的主要功能 集中集中 管理管理 负载负载

15、 平衡平衡 远程远程 传输传输 资源资源 共享共享 分布式分布式 处理处理 数据数据 通信通信 数据通信数据通信即实现即实现计算机与终端计算机与终端、计算机与计算机间传输各、计算机与计算机间传输各 种类型的信息种类型的信息, ,包括数据包括数据信息和图形信息和图形、图像图像、声音声音、视、视频频等各等各 种种多媒体多媒体信息。信息。 硬件资源：硬件资源：包括各种类型的计算机包括各种类型的计算机、大容量存储设备大容量存储设备、 计算机外部设备，如彩色打印机、静电绘图仪等。计算机外部设备，如彩色打印机、静电绘图仪等。 软件资源：软件资源：包括各种应用软件、工具软件、系统开发包括各种应用软件、工具软

16、件、系统开发 所用的支撑软件、语言处理程序、数据库管理系统等。所用的支撑软件、语言处理程序、数据库管理系统等。 数据资源：数据资源：包括数据库文件包括数据库文件、数据库数据库、办公文档资料办公文档资料、 企业生产报表等。企业生产报表等。 信道资源：信道资源：通信信道可以理解为电信号的传输介质。通信信道可以理解为电信号的传输介质。 通信信道的共享是计算机网络中最重要的共享资源之一。通信信道的共享是计算机网络中最重要的共享资源之一。 分布在很远的用户可以互相传输分布在很远的用户可以互相传输数据信息数据信息，互相交流互相交流，协同工，协同工 作。作。 把要处理的任务分散到把要处理的任务分散到各个计算

17、机上运行各个计算机上运行，而不是集中在一台，而不是集中在一台 大型计算机上。这样，不仅可以降低软件设计的复杂性，而且还可大型计算机上。这样，不仅可以降低软件设计的复杂性，而且还可 以大大提高以大大提高工作效率工作效率和和降低成降低成本。本。 对地理位置分散的对地理位置分散的组织和部门组织和部门, ,可通过计算机网络来实现可通过计算机网络来实现集中管集中管 理理, ,如如数据库情报检索系统数据库情报检索系统、交通运输部门的定票系统交通运输部门的定票系统、军事指挥系军事指挥系 统统等。等。 当网络中某台计算机的任务负荷太重时，当网络中某台计算机的任务负荷太重时，通过网络和应用程序通过网络和应用程序

18、 的控制和管理的控制和管理，将作业分散到网络中的其它计算机中，由多台计算，将作业分散到网络中的其它计算机中，由多台计算 机共同完成。机共同完成。 五、计算机网络的基本组成 一个完整的计算机网络系统是由一个完整的计算机网络系统是由网络硬件网络硬件和和网络软件网络软件所所 组成的组成的。网络硬件是网络硬件是计算机网络系统的物理实现计算机网络系统的物理实现, ,网络软件是网络软件是 网络系统中的技术支持网络系统中的技术支持。两者相互作用。两者相互作用, ,共同完成共同完成网络功能网络功能。 地面站地面站 地面站地面站 通讯卫星通讯卫星 服务器服务器 路由器路由器 交换机交换机 网络硬件的组成 计算机

19、网络硬件系统是由计算机计算机网络硬件系统是由计算机( (主机、客户机、终端主机、客户机、终端) )、 通信处理机通信处理机( (集线器、交换机、路由器集线器、交换机、路由器) )、通信线路通信线路( (同轴电缆、同轴电缆、 双绞线、光纤双绞线、光纤) )、信息变换设备、信息变换设备(Modem(Modem，编码解码器，编码解码器) )等构成。等构成。 图图 1-5 1-5 网络硬件组成示意图网络硬件组成示意图 HUBHUBHUBHUB 路由器路由器 中心交换机中心交换机 服务器服务器 服务器服务器 处处 理理 机机 工作站工作站 ModemModem 终端终端 终端终端 子网子网 子网子网 远

20、程网络远程网络 InternetInternet 网络硬件的组成 主机主机 路由器路由器 交换机交换机 水晶头水晶头 双绞线双绞线 网卡网卡 网络硬件的组成 在一般的局域网中，在一般的局域网中，主机主机通常被称为通常被称为服务器服务器，是为客户提，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 是是主、辅存储容量主、辅存储容量及其及其处理速度要求较高处理速度要求较高。根据服务器在网络。根据服务器在网络 中所提供的服务不同中所提供的服务不同,可将其划分为可将其划分为文件服务器文件服务器、打印服务器打印服务器、 通信服务器通

21、信服务器等。等。 除服务器外，网络上的其余计算机主要是除服务器外，网络上的其余计算机主要是通过执行应用程通过执行应用程 序序来完成工作任务的，我们把这种计算机称为来完成工作任务的，我们把这种计算机称为网络工作站网络工作站或或网网 络客户机络客户机，它是，它是网络数据网络数据主要的主要的发生场所发生场所和和使用场所使用场所，用户主，用户主 要是通过使用要是通过使用工作站工作站来利用来利用网络资源网络资源并完成自己作业的。并完成自己作业的。 网络硬件的组成 是用户访问网络的界面，它可以通过主机联入网内，也可是用户访问网络的界面，它可以通过主机联入网内，也可 以通过通信控制处理机联入网内。以通过通信

22、控制处理机联入网内。 一方面作为资源子网的主机、终端连接的接口，将主机和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。点，完成分组的接收、校验、存储和转发等功能。 通信线路（链路）是为通信处理机与通信处理机、通信处通信线路（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。理机与主机之间提供通信信道。 对信号进行变换，包括：调制解调器、无线通信接收和发对信号进行变换，包括：调制解调器、无线通信接收和发 送器、用于光纤

23、通信的编码解码器等。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。有网络软件。 网络应用网络应用 软件软件 网络管理网络管理 软件软件 网络通网络通 信软件信软件 网络操作网络操作 系统系统 网络协网络协 议软件议软件 网络软件的组成网络软件的组成 网络软件的组成 网络软件的组成 网络操作系统网络操作系统是网络软件中最主要的软件是网络软件中最主要的软件,用于实现不同用于实现不同 主机之间的用户通信，以及主机之间的用户通信，以及全网硬件全网硬件和和软件资源软件资源的共享，并的共享，并 向用

24、户提供统一的、方便的网络接口向用户提供统一的、方便的网络接口,便于用户使用网络便于用户使用网络。目目 前网络操作系统有三大阵营：前网络操作系统有三大阵营：UNIX、NetWare和和Windows 。目前，目前， 我国最广泛使用的是我国最广泛使用的是WindowsWindows网络操作系统。网络操作系统。 网络协议是网络通信的数据传输规范，网络协议软件是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。用于实现网络协议功能的软件。 目前目前, 典型的网络协议软件有典型的网络协议软件有TCP/IP协议协议、IPX/SPX协议协议 、IEEE802IEEE802标准协议

25、系列等标准协议系列等。其中其中, TCP/IP是当前异种网络互是当前异种网络互 连应用最为广泛的网络协议软件。连应用最为广泛的网络协议软件。 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，如行维护的软件，如性能管理性能管理、配置管理配置管理、故障管理故障管理、记费管记费管 理理、安全管理安全管理、网络运行状态监视网络运行状态监视与与统计统计等。等。 是用于实现网络中各种设备之间进行是用于实现网络中各种设备之间进行通信的软件通信的软件，使用，使用 户能够在不必详细了解通信控制规程的情况下，控制应用程户能够在不必详细了解通信控制规程

26、的情况下，控制应用程 序与多个站进行通信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。并对大量的通信数据进行加工和管理。 网络应用软件是为网络用户提供服务，最重要的特征是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。是如何实现网络特有的功能。 六、 计算机网络的分类 从不同方向来进行分类从不同方向来进行分类 网络的网络的 覆盖范围覆盖范围 通信信道通信信道 传输介质传输介质 传输传输 技术技术 由于计算机网络自身的特点，其分类方法有多种。根据由于计算机

27、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。不同的分类原则，可以得到不同类型的计算机网络。 1、按覆盖范围分类 局部区域网：局部区域网：传输速率为传输速率为 1 120Mb/s,20Mb/s,最大距离为最大距离为25km,25km,采用采用 分组交换技术分组交换技术, ,入网最大设备数为入网最大设备数为 几百到几千。几百到几千。 高速区域网：高速区域网：采用采用CATVCATV电电 缆或光缆缆或光缆, ,传输速率一般传输速率一般50Mb/s50Mb/s， 最大距离为最大距离为1km,1km,入网最大设备数入网最大设备数 为几十个。为几十个。 图图 1-

28、11 1-11 局域网连接示意图局域网连接示意图 服务器服务器 工作站工作站工作站工作站工作站工作站 打印机打印机 根据网络连接的地理范围根据网络连接的地理范围,可将计算机网络分成局域网、城可将计算机网络分成局域网、城 域网、广域网三种类型。域网、广域网三种类型。 局域网的作用范围是几百到几千米，通常用于组建企业网局域网的作用范围是几百到几千米，通常用于组建企业网 和校园网，并分为局部区域网和高速区域网。和校园网，并分为局部区域网和高速区域网。 城域网是局域网的延伸城域网是局域网的延伸, ,用于局域网之间的连接用于局域网之间的连接,网络规模网络规模 局限在一座城市范围内局限在一座城市范围内,

29、覆盖的地理范围从几十至几百公里。覆盖的地理范围从几十至几百公里。 城域网络城域网络 路由器路由器 计算机计算机 图图 1-12 1-12 城域网链接示意图城域网链接示意图 广域网又称远程网，是指在一个很大地理范围（从数百公广域网又称远程网，是指在一个很大地理范围（从数百公 里到数千公里，甚至上万公里）由许多局域网组成的网络。广里到数千公里，甚至上万公里）由许多局域网组成的网络。广 域网是将远距离的网络和资源连接起来的任何系统，主要用在域网是将远距离的网络和资源连接起来的任何系统，主要用在 一个地区一个地区、行业甚至在全国范围内组网行业甚至在全国范围内组网, ,达到资源共享的目的达到资源共享的目的。 公用交换网公用交换网 MAN LAN MAN LAN 图图 1