计算机网络应用基础01网络基础知识

1、供电信息部主讲：第一章 网络基础知识 当今世界正经历着一场信息革命，信息已成为人类赖以生存的重要资源。信息的流通离不开通信，信息的处理离不开计算机，计算机网络正是计算机技术与通信技术密切结合的产物。信息的社会化、网络化、全球经济的一体化，无不受到计算机网络技术的巨大影响。网络使人类的工作方式、学习方式乃至思维方式发生了深刻变革。本章介绍网络的基础知识。1.1 1.1 计算机网络概述计算机网络概述1.1.1 1.1.1 计算机网络的定义计算机网络的定义 计算机网络是计算机技术与通信技术密切结合的产物。 计算机网络是将分散在不同地点且具有独立功能的多个计算机系统，利用通信设备和线路相互连接起来，在

2、网络协议和软件的支持下进行数据通信，实现资源共享的计算机系统的集合。 这个定义涉及到以下几个方面的问题：1两台或两台以上的计算机相互连接起来才能构成网络。网络中的各计算机具有独立功能。2计算机之间要通信，要交换信息，彼此就需要有某些约定和规则，这些约定和规则就是网络协议。网络协议是计算机网络工作的基础。3网络中的各计算机间进行相互通信，需要有一条通道以及必要的通信设备。通道指网络传输介质，它可以是有线的（如双绞线，同轴电缆线等），也可以是无线的（如激光、微波等）。通信设备是在计算机与通信线路之间按照一定通信协议传输数据的设备。4计算机网络的主要目的是实现计算机资源共享，使用户能够共享网络中的所

3、有硬件、软件和数据资源。一个典型办公管理局域网1按地理覆盖范围分类 计算机网络按地理覆盖范围大小，可划分为局域网、城域网、广域网和互联网四种。 （1）局域网（Local Area Network ，简称LAN） （2）城域网（Metropolitan Area Network ，简称MAN） （3）广域网（Wide Area Network ，简称WAN） 2 2按通信介质分类按通信介质分类 根据通信介质的不同，网络可划分为以根据通信介质的不同，网络可划分为以下两种：下两种： （1 1）有线网：采用同轴电缆、双绞线、光）有线网：采用同轴电缆、双绞线、光纤等物理介质来传输数据的网络。纤等物理介质

4、来传输数据的网络。 （2 2）无线网：采用卫星、微波、激光等无）无线网：采用卫星、微波、激光等无线形式传输数据的网络。线形式传输数据的网络。 3按网络的拓扑结构分类 拓扑结构是指网络的通信线路与各站点（计算机或网络通信设备）之间的几何排列形式。按网络拓扑结构分类，网络可划分为总线型网、星型网、环型网、树型网等。 4按网络的传输速度分类 根据网络的传输速度大小，可将网络划分为10M、100M、1000M网等类型。5按网络中使用的操作系统分类 按网络中使用的操作系统进行划分，可将网络分为Novell Netware 网 、Windows NT网、Unix网及Linux网等。6按传输带宽分类 按传输

5、带宽方式进行划分，可分为基带网和宽带网。基带网传输数字信号，宽带网传输模拟信号。1网络的功能（1）数据通信 数据通信是计算机网络的最基本功能。 （2）资源共享 计算机网络的主要目的是资源共享。计算机网络中的资源有数据资源、软件资源、硬件资源三类，网络中的用户可以使用其中的所有资源。 （3）分布与协同处理 （4）提高系统的可靠性和可用性 2网络的应用1第一代计算机网络面向终端的计算机网络 面向终端的联机系统以单台计算机为中心，其原理是将地理上分散的多个终端通过通信线路连接到一台中心计算机上，利用中心计算机进行信息处理，其余终端都不具备自主处理能力。 2第二代计算机网络计算机计算机网络 20世纪6

6、0年代后期，随着计算机技术和通信技术的进步，出现了将多台计算机通过通信线路连接起来为用户提供服务的网络，这就是计算机计算机网络，即第二代计算机网络。它与以单台计算机为中心的联机系统的显著区别是：这里的多台计算机都具有自主处理能力，它们之间不存在主从关系。在这种系统中，终端和中心计算机之间的通信已发展到计算机与计算机之间的通信。 3第三代计算机网络开放式标准化网络 第三代计算机网络是开放式标准化网络，它具有统一的网络体系结构，遵循国际标准化协议，标准化使得不同的计算机网络能方便地互联在一起。4网络计算的新时代 随着信息高速公路计划的提出与实施，以及Internet技术越来越广泛的应用，计算机的发

7、展已进入网络计算的新时代，即以网络为中心的时代。现在，任何一台计算机都必须以某种形式接入网络，以共享信息或协同工作，否则就无法充分发挥其效能。 根据网络的定义，一个典型的计算机网络主要是由计算机系统、数据通信系统、网络软件及协议三大部分组成。计算机系统是网络的基本模块，为网络内的其他计算机提供共享资源；数据通信系统是连接网络基本模块的桥梁，它提供各种连接技术和信息交换技术；网络软件是网络的组织者和管理者，在网络协议的支持下，为网络用户提供各种服务。1计算机系统 计算机系统主要完成数据信息的收集、存储、处理和输出任务，并提供各种网络资源。计算机系统根据在网络中的用途可分为服务器（Server）和

8、工作站（Workstation）。（1）服务器 服务器负责数据处理和网络控制，并构成网络的主要资源。（2）工作站 工作站又称“客户机”，是连接到服务器的计算机，相当于网络上的一个普通用户，它可以使用网络上的共享资源。2数据通信系统 数据通信系统主要由网络适配器、传输介质和网络互联设备等组成。 （1）网络适配器（又称网卡）主要负责主机与网络的信息传输控制，是一个可插入微机扩展槽中的网络接口板。 （2）传输介质 （3）网络互联设备 网络互联设备用来实现网络中各计算机之间的连接、网与网之间的互联及路径选择。常用的网络互联设备有：中继器（Repeater）、集线器（HUB）、网桥（Bridge）、路由

9、器（Router）和交换机（Switch）等。 3网络软件 网络软件是实现网络功能所不可缺少的软环境。 网络协议和协议软件l 网络通信软件l 网络操作系统l 网络管理及网络应用软件1.2.2 通信子网和资源子网 按照计算机网络的 系统功能，一个网络可划分为资源子网和通信子网两大部分。资源子网通信子网主计算机通信控制处理机 计算机网络的资源子网和通信子网 计算机网络的资源子网和通信子网 资源子网主要负责全网的信息处理，为网络用户提供网络服务和资源共享功能。 通信子网主要负责全网的数据通信。为网络用户提供数据传输、转接、加工和变换等通信处理工作。 将计算机网络分为资源子网和通信子网，符合网络体系结

10、构的分层思想，便于对网络进行研究和设计。资源子网、通信子网可单独规划、管理，使整个网络的设计与运行简化。 在局域网中，资源子网主要是由网络的服务器和工作站组成，通信子网主要是由传输介质、集线器、网卡等组成。 拓扑（Topology）是从图论演变而来的，是一种研究与大小形状无关的点、线、面特点的方法。在计算机网络中抛开网络中的具体设备，把工作站、服务器等网络单元抽象为“点”，把网络中的电缆等通信介质抽象为“线”，这样计算机网络结构就抽象为点和线组成的几何图形，人们称之为网络的拓扑结构。 网络拓扑结构对整个网络的设计、功能、可靠性、费用等方面有着重要的影响。 常用的网络拓扑结构（如图所示）有以下几

11、种。（a）（b）（c）（d）（e）1总线型结构 由一条总线连接若干个结点所形成的网络称总线型网络。总线型网络采用广播通信方式，即由一个结点发出的信息可被网络上的多个结点所接收。作为总线的通信线路可以是同轴电缆，也可以是光缆等。 总线型结构应用广泛，其突出的特点为：（1）结构简单，可扩充，性能好；（2）网络的可靠性高，结点间响应速度快，共享资源能力强；（3）网络的成本低，设备投入量少，安装使用方便；（4）总线的性能和可靠性对网络有很大影响。2星型结构 以中央结点为中心，把若干外围结点连接起来的网络称星型结构，如图1-3（b）所示。星型结构中，中央结点对各外围结点间的通信和信息交换进行集中控制和管

12、理。 星型结构的特点是：（1）建网容易，扩充性好，控制简单；（2）只要中央结点不出现故障，系统的可靠性较高；如果中央结点出现故障，则导致整个网络瘫痪；3树型结构 树型结构是指联网的各计算机按树形结构组成，树的每个结点都是计算机，如图1-3（c）所示。在树型结构的网络中有多个中心结点，形成一种分级管理的集中式网络，适用于各种管理部门需要进行分级数据传送的场合。其优点是连接容易，管理简单，维护方便。缺点是共享能力差，可靠性低。4环型结构环型拓扑结构如图1-3（d）所示，它由通信线路将各结点连接成一个闭合的环。环型结构网络结构简单，环中各结点地位相等，建网容易，能实现数据传送的实时控制，但网络的可靠

13、性较差。5网状型结构 网状型拓扑结构如图1-3（e）所示，这种结构的各结点通过传输线相互连接起来，并且任何一个结点都至少与其他两个结点相连。所以网状结构的网络具有较高的可靠性，但其实现起来费用高、结构复杂、不易管理和维护。6混合型拓扑结构 从上面的介绍可知，每一种拓扑结构都有自己的优缺点。一般来说，一个较大的网络都不是单一的网络拓扑结构，而是由多种拓扑结构混合而成，充分发挥各种拓扑结构的特长，这就是所谓的混合型拓扑结构。 传输介质是指数据传输系统中发送者和接收者之间的物理路径。数据传输的特性和质量取决于传输介质的性质。在计算机网络中使用的传输介质可分为有线和无线两大类。 1有线传输介质（1）双

14、绞线 双绞线（Twisted Pair ）是一种最常使用的有线物理传输介质。它由两根绝缘的铜线互绞在一起而得名。将两根导线绞在一起的目的是减少来自其他导线中的信号干扰。相对于其他有线物理传输介质（同轴电缆和光纤）来说，双绞线价格便宜，也易于安装使用，但在传输距离、信道宽度和数据传输速度等方面均受到一定限制。 （2）同轴电缆 同轴电缆（Coaxial Cable ）也像双绞线那样由一对导体组成。它的内芯为铜导体，其外围是一层绝缘材料，再外层为金属屏蔽线组成的网状导体，最外层为塑料保护绝缘层。由于铜芯与网状外部导体同轴，故称同轴电缆。同轴电缆的这种结构使它具有高带宽和高抗干扰性，在数据传输速率和传

15、输距离上都优于双绞线。同轴电缆是局域网中使用最普遍的物理传输介质，如以太网。但目前已逐步为高性能的双绞线所替代。 （3）光纤 光纤是一根很细的可传导光线的纤维媒体，其半径仅几微米至一、二百微米。制造光纤的材料可以是超纯硅、合成玻璃或塑料。相对于双绞线和同轴电缆等金属传输介质，光纤有轻便、低衰减和大容量、电磁隔离等优点，是一种很有发展前途的物理传输介质。目前光纤主要在大型局域网中用作主干线路的传输介质。 2无线传输介质目前比较成熟的无线传输介质有以下几种。（1）微波通信 微波通信通常是指利用高频（2GHz40GHz）范围内的电波来进行通信。它的一个重要特性是沿直线传播，而不是向各个方面扩散。通过

16、抛物状天线可以将能量集中于一小束上，以获得很高的信噪比，并传输很长的距离。微波通信成本较低，但保密性差。（2）卫星通信 卫星通信可以看成是一种特殊的微波通信，它使用地球同步卫星作为中继站来转发微波信号，并且通信成本与距离无关。卫星通信容量大、传输距离远、可靠性高，但通信延迟时间长，误码率不稳定，易受气候的影响。 （3）激光通信 激光通信是利用在空间传播的激光束将传输数据调制成光脉冲的通信方式。 激光通信不受电磁干扰，也不怕窃听，方向也比微波好。激光束的频率比微波高，因此可以获得更高的带宽，但激光在空气中传播衰减很快，特别是雨、雾天，能见度差时更为严重，甚至会导致通信中断。1.3.1 1.3.1 网络通信协议的特点及组成要素网络通信协议的特点及组成要素 计算机网络是各类计算机通过通信线路连接起来的一个复杂的系统，在这个系统中，由于计算机型号不一、类型各异，并且连接方式、同步方式、通信方式、线路类型等都有可能不一样，这就给网络通信带来了一定的困难。要做到各设备之间有条不紊地交换数据，所有设备必须遵守共同的规则，这些规则明确地规定了数据交换时的格式和时序。这些为进行网络中数据交换而建立的规则、标准或约定称为网络协议（Protocol）。 网络协议主要由三个要素组成：语法、语义和时序。1语法是指数据与控制信息的结