计算机网络的拓扑结构-北京大学

1、精选优质文档-倾情为你奉上计算机网络的基本知识：专心-专注-专业n 什么是计算机网络？n 计算机网络的组成？n 计算机网络的基本功能？n 计算机网络的基本工作原理？n Internet的基本知识？n 利用计算机网络的基本技能：Ø 联网的方式与软硬件的配置Ø 电子邮件 Ø 信息浏览 Ø 文件传输与下载 Ø 文件的压缩与解压缩Ø 信息搜索 n 什么是计算机网络 计算机网络是利用通信线路和通信设备，把地理上分散的，并具有独立功能的多个计算机系统连接起来，按照网络协议进行数据通信，由功能完善的网络软件，实现资源共享的计算机系统的集合。它是计算

2、机系统与通信系统相结合的产物。 Ø 把一个实验室的几台计算机用通信线路连接起来，安装相应的网络软件，就构成了一个小的局域网Ø 北大的所有的系、所有的研究所和实验室的局域网连接起来，组成了北大的校园网Ø 北京大学的校园网、清华大学的校园网、南京大学的校园网又连接起来，构成更大的网络中国教育科研网CERNETØ CERNET又与全世界范围内的计算机网络连接起来，构成世界上最大的计算机网络-国际互联网Internet n 计算机网络的分类 Ø 按网络的分布范围分类² 局域网LAN(Local Area Network)² 城域网M

3、AN(Metropolitan Area Network) ² 广域网WAN（Wide Area Network）Ø 按网络的拓扑结构分类² 总线型² 环型² 星型² 树型² 网状 Ø 按网络的通信介质分类:² 有线网：采用双绞线、同轴电缆、光纤等物理介质来传输数据的网络；² 无线网：采用卫星、微波、激光等无线形式来传输数据的网络 Ø 按网络中使用的操作系统分类² Novell Netware网² Windows 网² UNIX网² Linux网

4、 Ø 按网络的用途分类² 教育² 科研² 商业² 企业 n 计算机网络的功能 Ø 数据通信 Ø 资源共享 Ø 高可靠性 Ø 均衡负荷 ² 数据通信± 使分布在不同地理位置的计算机用户能相互通信、交流信息；± 可以传输数据、声音、图形和图像等多媒体信息；± 可以发送电子邮件，网上聊天，传送文件等；² 资源共享 ± 共享硬件：巨型计算机、专用的高性能计算机、大容量磁盘、高性能打印机、高精度图形设备、通信线路、通信设备等± 共享软件：大型、专

5、用软件、各种网络应用软件、各种信息服务软件等 ± 共享信息：图书资讯、股票行情、天气预报、新闻、科技动态、旅游指南等。± 高可靠性± 每一台计算机都可以通过网络为另一台计算机做备份 ± 分布式处理± 把一项复杂的任务划分成若干个模块，将不同的子模块同时运行在网络中不同的计算机上，使其中的每一台计算机分别承担某一部分的工作。从而起到均衡负荷的作用。 n 计算机网络的发展 1. 远程终端联机阶段终端与计算机连接多重线路控制器 特点：多台终端到一台计算机的互联 2. 计算机网络阶段 计算机与计算机连接 特点：多台可独立工作的计算机之间的互联 3. 计

6、算机网络互联阶段 计算机网络与计算机网络连接 1984年，开放系统互联模式OSI 特点：可以包括多个计算机网络之间的互联4. 计算机网络的未来发展阶段特点：² 高速化² 多媒体网络：使用户通过网络共享图形、图象、声音、影象等这些多媒体信息。² 三网合一：三网指的是电信网络、有线电视网络和计算机网络 n 计算机网络的基本组成² 计算机网络是利用通信线路和通信设备，把地理上分散的，并具有独立功能的多个计算机系统连接起来，按照网络协议进行数据通信，由功能完善的网络软件，实现资源共享的计算机系统的集合。它是计算机系统与通信系统相结合的产物。² 组成计算

7、机网络的四要素：± 计算机网络的连接对象计算机系统v 计算机网络连接的对象可以是：巨型机，大型机，小型机，工作站，微型计算机，笔记本电脑）或其他数据终端设备（如：各种计算机外部设备 ，打印机、扫描仪等）。v 计算机网络是多个计算机的集合系统，一个计算机网络至少包含两台具有独立功能的计算机系统，大型网络可容纳几千甚至几万台计算机。v 联网的计算机都具有独立操作的功能，在没有联网以前，它们都有自己独立的操作系统，并且能够独立运行。联网以后，每个计算机是网络中的一个节点，可以平等地访问网络中其它的计算机。 v 计算机系统在计算机网络中的作用是负责数据信息的收集、处理、存储与传播和提供共享资

8、源 根据在网络中的作用计算机系统可分为：± 计算机系统± 计算机网络的连接介质通信线路和通信设备± 通信线路和通信设备± 计算机网络的运行规则± 网络协议计算机网络的控制机制± 计算机网络的运行软件± 网络软件计算机网络的控制软件n 服务器n 工作站 n 服务器是整个网络系统的核心，它在网络中所起的作用是为网络用户提供各种网络服务和共享资源。n 服务器上拥有大量可共享的硬件资源（例如：大容量磁盘，高速打印机，高性能绘图仪等贵重的外围设备），也拥有大量可共享的软件资源（例如：数据库、文件系统、应用软件等）， 服务器还具有管理这

9、些资源和协调网络用户访问资源的能力。 n 一个局域网中至少有一台服务器n 网络服务器的功能1）提供网络通信服务，具有管理网络服务器和网络工作站之间通信的能力；2）为网络用户提供各种软硬件资源，并能管理和分配这些资源，协调用户对资源的访问；3）提供文件管理功能：文件和目录的存取和安全保护；共享数据库的管理与访问；数据的存储与共享；对共享软件的管理与对磁盘的管理4）提供各种Internet信息服务，如：文件服务，打印服务，电子邮件服务，域名服务，文件传输服务等；5）提供各种网络应用服务，如：信息管理系统；远程教学系统；电子图书馆，电子商务等。n 网络服务器的分类综合服务器文件服务器通信服务器打印服

10、务器磁盘服务器邮件服务器Web服务器n 网络服务器的类型：n 高档微机，大型、中型或小型计算机。是具有高性能的计算机系统，具有极高的处理速度、大容量磁盘和内存，高速的网络接口卡，高档外部设备和多用户、多任务的系统管理功能。计算机网络的连接对象计算机系统n 网络工作站（客户机）n 计算机网络中除服务器之外的计算机。能够在网络环境中工作，访问网络上的共享资源的计算机系统。n 客户机一般用具有一定处理能力的PC（个人计算机）机来承担。n 客户机与服务器在网络中的作用是相对的：n 服务器提供服务，客户机享受服务n 一台微机要连入计算机网络时，要从软件和硬件两方面来进行配置。n 硬件上，客户机需要通过网

11、卡、通信介质以及通信设备与网络服务器相连；n 软件上，除运行自己的操作系统外，还必须运行有关的网络软件，包括：网络协议软件（例如：TCP/IP协议软件）、网络应用软件（例如：Internet上各种信息服务的客户软件）。 计算机网络的基本组成n 计算机网络的连接对象计算机系统n 计算机网络的连接介质通信线路和通信设备n 计算机网络的控制机制网络协议n 计算机网络的控制软件网络软件计算机网络的连接介质通信线路和通信设备n 通信线路和通信设备-计算机网络的连接介质n 通信线路：传输介质及其介质连接部件，包括光缆，同轴电缆和双 绞线以及无线通信介质。n 通信设备：网络连接设备、网络互连设备，包括：网卡

12、，集线器(HUB)、中继器(Repeater)，交换机(Switch)，网桥(Bridge)，路由器(Router)，网关(Gateway)以及调制解调器(Modem)n 通信线路和通信设备在计算机网络中的作用是：将计算机连接起来，在计算机之间建立一条物理通道，以便传输数据。同时，负责控制数据的发出、传送、接收或转发。n 传输媒体：计算机网络中实现数据传输的介质。n 有线介质： n 同轴电缆n 双绞线n 光缆n 无线介质：n 微波n 卫星n 激光 n 同轴电缆：由内部导体环绕绝缘层、绝缘层外的金属屏蔽层和最外层的护套组成。可防止中心导体向外辐射电磁场，也可用来防止外界电磁场干扰中心导体中传输的

13、信号。n 双绞线：由相互按一定的缠绕距离绞合在一起的传输媒体，每根线加绝缘层，并有色标来标记。成对线的扭绞目的在于使电磁辐射和外部电磁干扰减到最小。 n 光纤：是一种细小、柔韧并能传输光信号的介质，一根光缆中包含有多条光纤。是利用光线在特定情况下发生全反射的特性而做成的缆线。n 光纤传输的特点：传输速率高，传输损耗小，频带宽，信号畸变小，传输范围可以非常大，并且具有极强的抗电磁干扰的能力。但价格昂贵，管理比较复杂。无线介质：n 微波通信：利用高频范围内的电波来进行通信。其成本低，但保密性差；n 卫星通信：使用地球同步卫星作为中继站来转发微波信号。通信容量大、传输距离远、可靠性稿，但通信延迟时间

14、长、误码率低、易受气候影响；n 激光通信：利用激光束来传输数据。不受电磁干扰，方向性好，易受气候影响。网络互联设备：是用来实现网络中各计算机之间的连接、网与网之间的互联的设备。常用的网络互联设备有：n 中继器 Repeatern 集线器 Hubn 网桥 Bridgen 路由器 Routern 网关 Gateway n 交换机 Switch个人计算机联网的设备：n 网络示配器（网卡）（Network Adapter） n 调制解调器（Modem） 计算机网络的控制机制网络协议n 网络协议-计算机网络的控制机制n 协议是指通信双方必须共同遵守的约定和通信规则，是通信双方关于通信如何进行所达成的一致

15、。n 网络通信协议包括：比如：用什么样的格式表达、组织和传输数据、如何校验和纠正信息传输的错误，以及传输信息的时序组织与控制机制等。n 现代网络都是层次结构，协议规定了分层原则、层间关系、执行信息传递过程的方向、分解与重组等约定。n 在网络上通信的双方必须遵守相同的协议，才能正确地交流信息。 n OSI开放系统互联模型 ：国际标准化组织于1977年制订了OSI（Open System Interconnection）开放系统互联模型。n OSI模型采用了7个层次的体系结构，从下到上依次是：n 物理层n 数据链路层n 网络层n 传输层n 会话层n 表示层n 应用层几种常用的网络通信协议：n TC

16、P/IP：是“传输控制协议/网际互联协议”的缩写，是Internet采用的协议标准，是目前最常用的一种网络协议，既能在局域网中应用，也能用于广域网。 n NetBEUI协议：支持小型局域网，效率高、速度快、内存开销少，易于实现。只限于小型局域网内使用，不能单独使用它来构建多个局域网组成的大型网络。 网络互联设备n 网络互联包括局域网之间的互联、广域网之间的互联以及局域网与广域网之间的互联 。n 在网络互联中，往往使用硬件设备再配以相应的软件来完成不同协议间的转换功能 。网络互联设备：是用来实现网络中各计算机之间的连接、网与网之间的互联的设备。常用的网络互联设备有：n 中继器 Repeatern

17、 集线器 Hubn 网桥 Bridgen 路由器 Routern 网关 Gateway n 交换机 Switch个人计算机联网的设备：n 网络示配器（网卡）（Network Adapter） n 调制解调器（Modem） 网络互联设备协议根据网络互联设备所转换的协议所在的层次不同，分以下几种：n 物理层：n 中继器，连接同一个局域网的两个电缆段，进行信号的再生与放大；n 集线器，是一种特殊的中继器，以星型拓扑结构将通信线路集中在一起；n 数据链路层：网桥、第二层交换机，可以连接数据链路层协议不同的两个不同的局域网；n 网络层：路由器，可以连接网络层协议不同的局域网与局域网、局域网与广域网、广域

18、网与广域网。n 第4层以上（包括：传输层、会话层、表示层和应用层）：网关，是实现应用系统级网络互联的设备。现有网络上的应用系统不都是基于同一个协议。当在使用不同应用协议的网络系统之间进行通信时就需要利用网关进行相应的协议转换。n 网关（Gateway）就是一个网络连接到另一个网络的“海关” 。n 网络示配器（网卡）（Network Adapter）n 每台接入局域网的计算机，包括服务器和工作站，都要通过网卡上的电缆接头与局域网的电缆系统相连接。n 网卡的作用，一方面要完成计算机与通信线路的电缆系统的物理连接，还要在计算机的数据信号与电缆系统所传输信号的形式之间进行转换；另一方面要完成通信协议中

19、物理层和数据链路层的大部分功能。实现数据的封装和拆封，差错校验以及相应的数据通信管理。 调制解调器 ：n 计算机之间如果需要通过电话系统来通信，必须有一个专用的设备，在发送方，将计算机传输的数据信号转换成电话线上能够传输的模拟信号，在接收方，再把电话线上传输的模拟信号转换回计算机内部的数据信号，实现这一功能的设备叫调制解调器（Modem） 调制解调器主要有两个功能：n 调制和解调。调制：将计算机输出的数据信号“0”“1”调制成模拟信号，以便在电话线上传输；解调：将电话线传输的模拟信号转化成计算机能识别的由“0”“1”组成的数据信号。n 提供硬件纠错、硬件压缩等功能。n 计算机网络的连接对象计算

20、机系统n 计算机网络的连接介质通信线路和通信设备n 计算机网络的控制机制网络协议n 计算机网络的控制软件网络软件计算机网络的控制软件网络软件n 网络软件是一种在网络环境下使用和运行或者控制和管理网络工作的计算机软件。n 根据软件的功能，网络软件分：n 网络系统软件n 网络应用软件 n 网络系统软件：是控制和管理网络运行、提供网络通信、分配和管理共享资源的网络软件。n 网络系统软件包括：n 网络操作系统n 网络协议软件n 通信控制软件n 管理软件 n 网络应用软件：是指为某一个应用目的而开发的网络软件（如：远程教学软件、电子图书馆软件、Internet信息服务软件IE，Netscape等）。网络

21、操作系统 n 是控制和管理计算机网络，对网络资源进行统一管理和调度的网络软件。支持多任务、多用户的操作系统。常用的网络操作系统有： Windows和UNIX、Linux 。计算机网络的硬件组成n 通信子网和资源子网n 网络中的计算机部分为资源子网；n 网络中除计算机之外的其他硬件设备，包括通信传输介质、网卡和集线器等为通信子网。计算机网络的拓扑结构 n 网络的拓扑结构是计算机网络节点和通信链路组成的几何形状。 n 常见的拓扑结构 ：n 总线型结构 n 星型结构 n 环型结构 n 树型结构n 网状结构 n 总线型结构 采用一条单根的通信线路（总线）作为公共的传输通道，所有的节点都通过相应的接口直

22、接连接到总线上，并通过总线进行数据传输。 总线形结构的优点是：构建费用低、数据端用户入网灵活。缺点是，一次仅允许一个用户发送数据，其它用户必须等待信道空，才可以发送数据。 n 星型结构 每个节点都由一条点到点链路与中心节点相连 星型结构的特点是：便于集中控制。如果其中一个节点因为故障而停机，不会影响其它用户之间的通信。缺点是：对中心节点的依赖性极高，中心节点一旦损坏，整个系统就会瘫痪。 n 环型结构 各个网络节点通过环接口连在一条首尾相接的闭合环型通信线路中 环型结构的特点是：每个网络节点都与相邻的两个网络节点相连，并且数据传输是单向的，是由下游的节点传输到上游的节点。n 树型结构：形状象一棵

23、倒置的树，顶端是树根，树根以下带分支，每个分支还可以再带子分支。n 树形结构的优点：n 易于扩展：可以延伸出很多分支和子分支；n 故障隔离较容易：如果某一个分支的结点或线路发生故障，很容易将故障分支和整个系统隔离开；n 缺点：各个结点对根的依赖性太大，如果根发生故障，则全网就不能正常工作.n 网状结构 将各网络节点与通信线路互连成不规则的形状，每个节点至少与其他两个节点相连 特点是：节点之间数据传输快，但这种连接方式需要的线路很多，代价很高。 数据通信基础n 数据通信系统的构成n 任务：把源计算机欲发送的数据迅速、可靠、准确地传输到目的计算机。n 构成：源计算机（发送者）、目的计算机（接收者）

24、、发送转换设备、传输数据、通信线路数据通信的基本概念n 数据：数据是传递信息的实体和形式，例如文字、声音和图像等。n 数据可分为模拟数据和数字数据两类。n 模拟数据是指在某个区间连续变化的物理量，例如声音的大小和温度的变化等。n 数字数据是指离散的不连续的量，例如文本信息和整数。 n 数据只有被编码为信号后，才能在通信线路上被传输 n 信号：信号是数据的电磁或电子编码。 n 信号在通信系统中可分为模拟信号和数字信号。n 模拟信号是模拟数据的编码，指一种连续变化的电信号，例如：电话线上传送的按照话音强弱幅度连续变化的电波信号。n 数字信号是数字数据的编码，指一种离散变化的电信号，例如计算机产生的

25、电信号就是“0”和“1”的电压脉冲序列串。 n 信号需要通过信道来传输，不同的信号用不同的信道来传输。n 信道：是用来传送信号的通道。n 信道可分为模拟信道和数字信道。n 模拟信道是适合传送模拟信号的信道。数字信道是适合传送数字信号的信道n 数字信号与模拟信号的转换n 当希望利用模拟线路传输数字信号时，就需要进行数字信号与模拟信号之间的转换。n 由调制解调器Modem将数字信号转换成模拟信号 ，也可以将模拟信号转换成数字信号。 n 数字信号的传输方式 并行传输：可以同时传输多个二进制位。每个位需要一条信道。 在计算机内部或计算机与高速外设（如打印机，磁盘存储器等）之间 n 串行传输：数字信息是

26、逐位在一条线路上或一个信道上进行传输的。 传输速率较低，但对信道的要求也低。 n 数字信号的传输类型：基带传输与宽带传输n 基带传输：数字信号直接在数字信道上传输的方式 。n 基带传输直接传输数字信号，基本上不改变数字信号的波形，因此传输速率高，误码率低。但需要铺设专门的传输线路。 n 宽带传输：数字信号经过调制在模拟信道上传输的方式。n 宽带传输要把数字信号转换成模拟信号，所以误码率比较高。但可以利用现有的大量的模拟信道通信，价格便宜，容易实现。 n 传输速率 传输速率：单位时间内传输的信息量。 数字信号的传输速率：每秒传输多少个位信息，单位为比特/秒。 模拟信号的传输速率：每秒传输的脉冲数

27、，单位为波特/秒。 n 带宽：信道能够传输电磁波的有效频率范围。即线路的最大传输能力。通信方式n 通信方式：指通信双方的信息交互的方式 单工 半双工 全双工 n 单工通信：指通信双方只能由一方将数据传输给另一方。 例如：有线电视广播n 半双工通信：指通信的双方都可以发送和接收信息，但不能同时发送，也不能同时接收，只能交替进行。 如：无线电发报机系统 n 全双工通信：指通信双方可以同时发送和接收信息。全双工通信需要两条信道，一条用来接收信息，一条用来发送信息。例如：电话系统局域网和广域网n 计算机网络在规模大小上千差万别n 小者如两台家用计算机连接起来所组成的网络；大者如Internet网，它把

28、全世界范围的难以计数的机器连在一起。n 如果把计算机网络按地域来分，它们正好对应局域网和广域网。n 局域网与广域网之间在规模和使用范围之间相差很大； n 局域网用在一些局部的、地理位置相近的场合，如一个家庭或一个小办公楼；而广域网可以用于地理位置相差甚远的场合，比如说两个国家之间；n 局域网中包含的计算机数目一般相当有限，而广域网中包含的机器数目则可高达几百万台。n 广域网和局域网在连接的方式上有所不同 n 一个局域网通常是在一个单位拥有的建筑物里用本单位所拥有的电缆线连接起来，即网络的隶属权是属于该单位自己的；n 广域网通常是租用一些公用的通信服务设施连接起来的，如公用的无线电通信设备，微波

29、通信线路，光纤通信线路和卫星通信线路等，这些设备可以突破距离的局限性。 n 联系：广域网是由多个局域网组成的。n 在局域网和广域网两种网络类型之间还有：n 校园网（Compus Network）象广域网一样跨越多个建筑物，但它又不必依赖外部传输线路（和邮电线路无关），这种网络一般用在学校或大的企事业机构中，它把地理上分散的建筑物连为一体，使用的传输媒体一般是高速骨干线，如光纤等。在它所连接的建筑物的里面，可能有很多的局域网。 n 城域网（MAN，Metropolitan Area Network）它的作用范围介于局域网和广域网之间。它可能覆盖一组邻近的公司办公室和一个城市，既可能是私有的也可能

30、是公用的。 局域网n 局域网的定义 :在较小的地理范围内，利用通信线路将多种数据设备连接起来，实现相互间的数据传输和资源共享的系统。 局域网的发展历史：n 局域网的研究工作开始于20世纪70年代，以1975年美国Xerox公司推出的实验性以太网和1974年英国剑桥大学研制的剑桥环网为典型的代表，并在80年代飞速发展和大范围普及。90年代至今，局域网的发展进入了更高速的阶段。 n 局域网的主要用途： 1）共享打印机、绘图仪、扫描仪等较昂贵的外部设备； 2）通过公共数据库共享各类信息并进行分散处理； 3）向用户提供诸如电子邮件之类的高级服务。 n 局域网的主要特点1）网络所覆盖的地理范围比较小。2

31、）信息传输速率比较高 3）局域网的经营权和管理权归部门所有 4）便于管理、安装和维护 局域网的基本组成n 局域网的硬件组成计算机系统：包括网络服务器和网络工作站网络通信硬件：包括通信线路和通信设备n 局域网的软件组成网络协议软件网络操作系统通信控制软件网络应用软件局域网的拓扑结构 目前常见的局域网的拓扑结构一般为：n 总线型n 环型n 星型 n 一个基本的LAN硬件平台 局域网操作系统 目前使用较广泛的局域网操作系统有：n NetWaren UNIXn Windows NT Servern Linux n Novell公司的NetWare：传统的局域网操作系统，支持高速文件处理；n UNIX：

32、强大的分时操作系统，具有较强的稳定性和安全性，以前在大型机和小型机上使用，现已向PC过渡；n Windows NT Server / Windows 2000 Server /. Windows XP Server：其网络稳定性和安全性不及UNIX，但界面友好，是目前中小型网络的主流操作系统；n Linux：属于UNIX的分支，可以免费使用，包含多种功能，是一种广受欢迎的操作系统。n 局域网操作系统性能比较 局域网的分类 按照局域网的通讯方式以及用途，局域网可分为以下三种：n 专用服务器局域网 n 客户机/服务器局域网 n 对等式局域网 n 专用服务器局域网：n 由若干台工作站及一台或多台服务

33、器构成；n 工作站可以存取服务器内的文件和数据及共享服务器的存储设备；n 服务器可以为每一个工作站用户设置访问权限；n 工作站之间不能直接通信，不能进行软硬件资源的共享；n 客户机/服务器局域网：n 由若干台工作站及一台或多台服务器构成;n 工作站可以存取服务器内的文件和数据及共享服务器的存储设备；n 服务器可以为每一个工作站用户设置访问权限；n 工作站之间可以相互自由访问。n 对等式局域网：又称点对点网络；n 每个通信结点既是网络的提供者-服务器，又是网络的使用者-工作站；n 各结点和其他结点均可进行通信，可以共享网络中各计算机的存储容量和具有的处理能力。常见的局域网类型目前常见的局域网类型包括：n 以太网（Ethernet）n 光纤分布式数据接口（FDDI）n 异步传输模式（ATM）n 令牌环网（Token Ring）n 交换网Switching 以太网Ethernet n 以太网：典型的总线型局域网，是当今最流行的一种局域网。n 利用载波监听多路访问/碰撞检测(CSMA/CD)技术成功