第一章计算机网络基础知识

1、 第一章第一章 计算机网络基础知识计算机网络基础知识 计算机计算机网络概述网络概述 计算机计算机网络的产生和发展网络的产生和发展 计算机计算机网络的功能网络的功能 计算机网络的分类和拓扑结构计算机网络的分类和拓扑结构本章学习要点：本章学习要点： 计算机网络的应用计算机网络的应用1.1 计算机网络的产生与发展计算机网络的产生与发展 计算机网络的发展大体上可以分为四个时期。在这期间，计算机技计算机网络的发展大体上可以分为四个时期。在这期间，计算机技术和通信技术紧密结合，相互促进，共同发展，最终产生了今天的术和通信技术紧密结合，相互促进，共同发展，最终产生了今天的Internet。1. 面向终端的通

2、信网络阶段面向终端的通信网络阶段 诞生于诞生于20世纪世纪50年代。由一台中央主机通过通信线路连接大量的地年代。由一台中央主机通过通信线路连接大量的地理上分散的终端，构成面向终端的通信网络，也称为远程联机系统。理上分散的终端，构成面向终端的通信网络，也称为远程联机系统。这是计算机网络的雏形，如图这是计算机网络的雏形，如图1-1所示。所示。 图1-1 远程联机系统 2. 计算机网络阶段计算机网络阶段 远程联机系统最突出的特点是：终端无独立的处理能力，单向共享主远程联机系统最突出的特点是：终端无独立的处理能力，单向共享主机的资源机的资源(硬件、软件硬件、软件)，所以称为面向终端的计算机网络。这种网

3、络结，所以称为面向终端的计算机网络。这种网络结构属集中控制方式，可靠性低。构属集中控制方式，可靠性低。 随着计算机应用的发展以及计算机的普及和价格的降低，随着计算机应用的发展以及计算机的普及和价格的降低，20世纪世纪60年年代中期，出现了多台计算机通过通信系统互连的系统，开创了代中期，出现了多台计算机通过通信系统互连的系统，开创了“计算计算机机计算机计算机”通信时代，这样分布在不同地点且具有独立功能的计算通信时代，这样分布在不同地点且具有独立功能的计算机就可以通过通信线路，彼此之间交换数据、传递信息。如图机就可以通过通信线路，彼此之间交换数据、传递信息。如图1-2所示：所示：图图1-2 计算机

4、网络系统计算机网络系统 3. 计算机网络互联阶段计算机网络互联阶段 1984年，国际标准化组织年，国际标准化组织ISO（International Standards Organization）正式制订和颁布了正式制订和颁布了“开放系统互联参考模型开放系统互联参考模型”，简称，简称OSI RM，即著名的即著名的OSI七层模型。七层模型。ISO/OSI RM 已被国际社会所公认，已被国际社会所公认，成为研究和制订新一代计算机网络标准的基础。从此，网络产品有了成为研究和制订新一代计算机网络标准的基础。从此，网络产品有了统一标准，促进了企业的竞争，大大加速了计算机网络的发展。并使统一标准，促进了企业

5、的竞争，大大加速了计算机网络的发展。并使各种不同的网络互联、互相通信变为现实，实现了更大范围内的计算各种不同的网络互联、互相通信变为现实，实现了更大范围内的计算机资源共享。机资源共享。 第二代计算机网络的主要特点是：资源的多向共享、分散控制、分组第二代计算机网络的主要特点是：资源的多向共享、分散控制、分组交换、采用专门的通信控制处理机、分层的网络协议。这些特点往往被交换、采用专门的通信控制处理机、分层的网络协议。这些特点往往被认为是现代计算机网络的典型特征。但是这个时期的网络产品彼此之间认为是现代计算机网络的典型特征。但是这个时期的网络产品彼此之间是相互独立的，没有统一标准。是相互独立的，没有

6、统一标准。4. Internet与高速网络阶段与高速网络阶段 目前计算机网络的发展正处于第四阶段。这一阶段计算机网络目前计算机网络的发展正处于第四阶段。这一阶段计算机网络发展的特点是：互连、高速、智能与更为广泛的应用。发展的特点是：互连、高速、智能与更为广泛的应用。Internet是是覆盖全球的信息基础设施之一，用户可以利用覆盖全球的信息基础设施之一，用户可以利用Internet实现全球范实现全球范围的信息传输、信息查询、电子邮件、语音与图像通信服务等功围的信息传输、信息查询、电子邮件、语音与图像通信服务等功能。能。 返回本章首页返回本章首页返回本节首页返回本节首页1.2 计算机网络概述计算机

7、网络概述 计算机网络是现代通信技术与计算机技术相结合的产物。所计算机网络是现代通信技术与计算机技术相结合的产物。所谓计算机网络，就是把分布在不同地理区域的计算机与专门的谓计算机网络，就是把分布在不同地理区域的计算机与专门的外部设备用通信线路互连成一个规模大、功能强的网络系统外部设备用通信线路互连成一个规模大、功能强的网络系统,从从而使众多的计算机可以方便地互相传递信息，共享硬件、软件、而使众多的计算机可以方便地互相传递信息，共享硬件、软件、数据信息等资源。数据信息等资源。 2. 计算机网络包含的四个方面计算机网络包含的四个方面1.2.1 计算机网络的基本概念计算机网络的基本概念1. 什么是计算

8、机网络什么是计算机网络l 连接对象连接对象（主要指各种类型的计算机或其他数据终端设备）（主要指各种类型的计算机或其他数据终端设备）l 连接介质连接介质（主要指双绞线、同轴电缆、光纤、微波等通信线和网（主要指双绞线、同轴电缆、光纤、微波等通信线和网 桥、网关、中继器、路由器等通信设备）桥、网关、中继器、路由器等通信设备）l 连接的控制机制连接的控制机制（主要指网络协议和各种网络软件）（主要指网络协议和各种网络软件）l 连接方式连接方式（指网络所采用的拓扑结构，如星型、环型、总线型和（指网络所采用的拓扑结构，如星型、环型、总线型和 网状型等）网状型等）1.2.2 通信子网和资源子网通信子网和资源子

9、网 计算机网络系统计算机网络系统在逻辑功能上可分成两个子网：通信子网和资源在逻辑功能上可分成两个子网：通信子网和资源子网组成两级网络结构，如下图子网组成两级网络结构，如下图1-3所示所示： 图图1-3 计算机网络系统结构示意图计算机网络系统结构示意图 通信子网由通信控制处理机（通信子网由通信控制处理机（CCP）、）、通信线路和其他网络通通信线路和其他网络通信设备组成，它主要承担全网的数据传输、转发、加工、转换等信设备组成，它主要承担全网的数据传输、转发、加工、转换等通信处理工作。通信处理工作。 资源子网主要负责全网的数据处理业务，向全网用户提供所资源子网主要负责全网的数据处理业务，向全网用户提

10、供所需的网络资源和网络服务。它主要由主机、终端、终端控制器、需的网络资源和网络服务。它主要由主机、终端、终端控制器、连网外设以及软件资源和信息资源等组成。连网外设以及软件资源和信息资源等组成。返回本章首页返回本章首页返回本节首页返回本节首页l 通信子网通信子网 l 资源子网资源子网1.3 计算机网络的功能计算机网络的功能 计算机网络与通信网的结合计算机网络与通信网的结合,可以使众多的个人计算机不仅能够同时可以使众多的个人计算机不仅能够同时处理文字、数据、图像、声音等信息处理文字、数据、图像、声音等信息, 而且还可以使这些信息四通八达而且还可以使这些信息四通八达,及时地与全国乃至全世界的信息进行

11、交换。计算机网络的主要功能归及时地与全国乃至全世界的信息进行交换。计算机网络的主要功能归纳起来主要有以下几点纳起来主要有以下几点：1. 数据通信数据通信 数据通信是计算机网络最基本的功能，它为网络用户提供了强有力的数据通信是计算机网络最基本的功能，它为网络用户提供了强有力的通信手段。计算机网络的其他功能都是在数据通信功能基础之上实现的，通信手段。计算机网络的其他功能都是在数据通信功能基础之上实现的，例如发送电子邮件、远程登录、联机会议、例如发送电子邮件、远程登录、联机会议、WWW等。等。 2. 资源共享资源共享 资源共享包括硬件、软件和信息资源的共享，它是计算机网络最有吸资源共享包括硬件、软件

12、和信息资源的共享，它是计算机网络最有吸引力的功能。资源共享指的是网上用户能够部分或全部地使用计算机网引力的功能。资源共享指的是网上用户能够部分或全部地使用计算机网络资源，使计算机网络中的资源互通，从而大大地提高各种硬件、软件络资源，使计算机网络中的资源互通，从而大大地提高各种硬件、软件和信息资源的利用率。和信息资源的利用率。3. 均衡负荷与分布式处理均衡负荷与分布式处理 4. 提高计算机系统的可靠性提高计算机系统的可靠性 负载均衡同样是计算机网络的一大特长。例如一个大型的负载均衡同样是计算机网络的一大特长。例如一个大型的ICP，为了为了支持更多的用户访问它的网站，在全世界多个地方放置了相同内容

13、的支持更多的用户访问它的网站，在全世界多个地方放置了相同内容的WWW服务器，通过一定技巧使不同地域的用户看到放置在离他最近服务器，通过一定技巧使不同地域的用户看到放置在离他最近的服务器上的页面，这样来实现各服务器的负荷均衡，实现分布处理的服务器上的页面，这样来实现各服务器的负荷均衡，实现分布处理的目的。此外，利用网络技术，还能将多台计算机连成具有高性能的的目的。此外，利用网络技术，还能将多台计算机连成具有高性能的计算机系统，以并行的方式共同来处理一个复杂的问题，这就是当今计算机系统，以并行的方式共同来处理一个复杂的问题，这就是当今称之为协同式计算机的一种网络计算模式。称之为协同式计算机的一种网

14、络计算模式。 计算机系统可靠性的提高主要表现在计算机网络中每台计算机都可计算机系统可靠性的提高主要表现在计算机网络中每台计算机都可以依赖计算机网络相互为后备机，一旦某台计算机出现故障，其它的以依赖计算机网络相互为后备机，一旦某台计算机出现故障，其它的计算机可以马上承担起原先由该故障机所担负的任务，避免了系统的计算机可以马上承担起原先由该故障机所担负的任务，避免了系统的瘫痪，从而使得计算机的可靠性得到了大大的提高。瘫痪，从而使得计算机的可靠性得到了大大的提高。 返回本章首页返回本章首页返回本节首页返回本节首页1.4 计算机网络的分类和拓扑结构计算机网络的分类和拓扑结构 计算机网络分类的标准很多，

15、如按拓扑结构、应用协议、传输介质、计算机网络分类的标准很多，如按拓扑结构、应用协议、传输介质、数据交换方式等等。但最能反映网络技术本质特征的分类标准是网络的数据交换方式等等。但最能反映网络技术本质特征的分类标准是网络的覆盖范围，按网络的覆盖范围可以将网络分为局域网（覆盖范围，按网络的覆盖范围可以将网络分为局域网（LAN）、）、广域网广域网（WAN）、）、城域网（城域网（MAN）和国际互联网（和国际互联网（Internet）。）。 1. 局域网局域网 LAN（Local Area Network） 一般用微型计算机通过高速通信线路相连，数据传输速率较快，通常一般用微型计算机通过高速通信线路相连，

16、数据传输速率较快，通常在在10 Mbit/s以上。但其覆盖范围有限，是一个小的地理区域（例如：办以上。但其覆盖范围有限，是一个小的地理区域（例如：办公室、大楼和方圆几公里远的地域）内的专用网络。局域网的目的是将公室、大楼和方圆几公里远的地域）内的专用网络。局域网的目的是将个别的计算机、外围设备和计算机系统连接成一个数据共享集体，软件个别的计算机、外围设备和计算机系统连接成一个数据共享集体，软件控制着网上用户之间的相互联系和信息传输。局域网结构如图控制着网上用户之间的相互联系和信息传输。局域网结构如图1-4所示：所示：1.4.1 计算机网络的分类计算机网络的分类图图1-4 局域网结构示意图局域网

17、结构示意图2. 广域网广域网WAN（Wide Area Network） 广域网是远距离、大范围的计算机网络，覆盖范围一般是几百公广域网是远距离、大范围的计算机网络，覆盖范围一般是几百公里几千公里的广阔地理区域，其主要作用是实现远距离计算机之间里几千公里的广阔地理区域，其主要作用是实现远距离计算机之间的数据传输和信息共享，并且通信线路大多租用公用通信网络（如公的数据传输和信息共享，并且通信线路大多租用公用通信网络（如公用电话网用电话网PSTN）。）。广域网上的信息量非常大，共享的信息资源极为丰广域网上的信息量非常大，共享的信息资源极为丰富，但数据的传输速率较低，比局域网更容易发生传输差错。广域

18、网富，但数据的传输速率较低，比局域网更容易发生传输差错。广域网结构如图结构如图1-5所示。所示。 图图1-5 广域网结构示意图广域网结构示意图3. 城域网城域网MAN（Metropolitan Area Network） 城域网的覆盖范围介于局域网和广域网之间，城域网的覆盖范围介于局域网和广域网之间，它可能是覆盖一组邻它可能是覆盖一组邻近的公司、办公室，也可能是覆盖一座城市，地理范围近的公司、办公室，也可能是覆盖一座城市，地理范围一般为几公一般为几公里几十公里。城域网里几十公里。城域网通常使用与通常使用与LAN相似的技术。相似的技术。 4. 国际互联网（国际互联网（Internet） Inte

19、rnet并不是一种具体的网络技术，它是将同类和不同类的物理并不是一种具体的网络技术，它是将同类和不同类的物理网络（局域网、广域网、城域网）通过某种协议互联起来的一种高层网络（局域网、广域网、城域网）通过某种协议互联起来的一种高层技术。技术。 不同类型网络之间的比较如下表不同类型网络之间的比较如下表1-1所示所示 表表1-1 不同类型网络之间的比较不同类型网络之间的比较1.4.2 计算机网络的拓扑结构计算机网络的拓扑结构 网络拓扑结构网络拓扑结构是指用传输介质互连各种设备的物理布局。它将工作是指用传输介质互连各种设备的物理布局。它将工作站、服务器等网络单元抽象为站、服务器等网络单元抽象为“点点”

20、，网络中的通信介质抽象为，网络中的通信介质抽象为“线线”，从而抽象出网络系统的具体结构。，从而抽象出网络系统的具体结构。 常见的计算机网络的拓扑结构有星型、环型、总线型、树型和网常见的计算机网络的拓扑结构有星型、环型、总线型、树型和网状型。状型。1星型拓扑网络星型拓扑网络l 各节点通过点到点的链路与中央节点连接，如图各节点通过点到点的链路与中央节点连接，如图1-6所示。所示。 图图1-6 星型拓扑结构星型拓扑结构l 中央节点可以是转接中心，起到连通的作用；也可以是一台主中央节点可以是转接中心，起到连通的作用；也可以是一台主机，此时具有数据处理和转接的功能。机，此时具有数据处理和转接的功能。 l

21、 优点：很容易在网络中增加和移动节点，容易实现数据的安全优点：很容易在网络中增加和移动节点，容易实现数据的安全性和优先级控制；性和优先级控制； l 缺点：属于集中控制，对中央节点的依赖性大，一旦中心节缺点：属于集中控制，对中央节点的依赖性大，一旦中心节点有故障就会引起整个网络的瘫痪。点有故障就会引起整个网络的瘫痪。 2环型拓扑网络环型拓扑网络l 节点通过点到点通信线路连接成闭合环路，如图节点通过点到点通信线路连接成闭合环路，如图1-7所示，环中数所示，环中数据将沿一个方向单向传送。据将沿一个方向单向传送。图图1-7 环型拓扑结构环型拓扑结构l 网络结构简单，传输延时确定，但是环中某一个节点以及

22、节点与网络结构简单，传输延时确定，但是环中某一个节点以及节点与节点之间的通信线路出现故障，都会造成网络瘫痪。节点之间的通信线路出现故障，都会造成网络瘫痪。l 环型网络中，网络节点的增加和移动以及环路的维护和管理都环型网络中，网络节点的增加和移动以及环路的维护和管理都比较复杂。比较复杂。3总线型拓扑网络总线型拓扑网络l 所有节点共享一条数据通道，如图所有节点共享一条数据通道，如图1-8所示，一个节点发出的信所示，一个节点发出的信息可以被网络上的每个节点接收。息可以被网络上的每个节点接收。 图图1-8 总线型拓扑结构总线型拓扑结构l 由于多个节点连接到一条公用信道上，所以必须采取某种方法由于多个节

23、点连接到一条公用信道上，所以必须采取某种方法分配信道，以决定哪个节点可以优先发送数据。分配信道，以决定哪个节点可以优先发送数据。l 优点是：网络结构简单，安装方便，成本低，并且某个站点自优点是：网络结构简单，安装方便，成本低，并且某个站点自身的故障一般不会影响整个网络。身的故障一般不会影响整个网络。l 缺点是：实时性较差，总线上的故障会导致全网瘫痪。缺点是：实时性较差，总线上的故障会导致全网瘫痪。4树型拓扑网络树型拓扑网络l 在树型拓扑结构中，网络的各节点形成了一个层次化的结构，在树型拓扑结构中，网络的各节点形成了一个层次化的结构，如图如图1-9所示，树中的各个节点通常都为主机，所示，树中的各

24、个节点通常都为主机， 图图1-9 树型拓扑结构树型拓扑结构l 树中低层主机的功能和应用有关，一般都具有明确定义功能，树中低层主机的功能和应用有关，一般都具有明确定义功能，如数据采集、变换等；高层主机具备通用的功能，以便协调系统如数据采集、变换等；高层主机具备通用的功能，以便协调系统的工作，如数据处理、命令执行等。的工作，如数据处理、命令执行等。 l 若树型拓扑结构只有两层，就变成了星型结构，因此，树若树型拓扑结构只有两层，就变成了星型结构，因此，树型拓扑结构可以看作是星型拓扑结构的扩展结构。型拓扑结构可以看作是星型拓扑结构的扩展结构。5网状型拓扑网络网状型拓扑网络l 节点之间的连接是任意的，没有规律，如图节点之间的连接是任意的，没有规律，如图1-10所示。所示。 l 其主要优点是