《计算机网络及分类》教学课件

1、计算机网络及分类第1页，共67页。1一、计算机网络的定义 计算机网络是指将地理位置不同且多个功能相对独立的计算机系统通过通信设备和线路连接起来，按照网络协议进行数据通信，以实现资源共享的大系统。计算机网络中的计算机通常都处于不同的地理位置相互连接的计算机之间不存在互为依赖的关系。通信线路包括通信媒体、通信设备关系。网络协议是实现总多不同计算机系统之间进行通信规则的集合网络的根本目的是为了实现资源共享，资源包括硬件与软件，如信息、程序、数据库、存储设备、打印机等。第2页，共67页。2第3页，共67页。3网络的功能数据通信与信息传送；协同工作与集中管理；资源共享与远程传输；第4页，共67页。4局域

2、网（LAN，Local Area Network）广域网（WAN，Wide Area Network）城域网（MAN，Metropolitan Area Network） 二 、 计算机网络的分类1按覆盖分类 第5页，共67页。52.计算机网络拓扑的分类 计算机网络拓扑结构 星型拓扑结构 总线型拓扑结构 环型拓扑结构 树型拓扑结构 混合型拓扑 网状拓扑结构 “星-环”式混合型拓扑 “星-总”式混合型拓扑 第6页，共67页。6常见网络拓扑结构第7页，共67页。73按通信交换方式分类 电路交换网络（Circuit Switching）报文交换网络（Message Switching）分组交换网络（

3、Packet Switching）。 4按通信传输介质分类 双绞线网、同轴电缆网、光纤网和卫星网。 5按传输技术分类广播式网络、点点式网路采用分组存储转发和路由选择机制是两者重要分别第8页，共67页。87. 按网络组件的关系分类 按照网络中的各组件的功能来划分，常见的有两种类型的网络：对等网络和基于服务器网络6按网络结构分类 资源子网和通信子网 第9页，共67页。9按覆盖范围局域网局域网（Local Area Network；LAN） 通常我们常见的“LAN”就是指局域网，这是我们最常见、应用最广的一种网络。局域网随着整个计算机网络技术的发展和提高得到充分的应用和普及，几乎每个单位都有自己的局

4、域网，有的甚至家庭中都有自己的小型局域网。很明显，所谓局域网，那就是在局部地区范围内的网络，它所覆盖的地区范围较小。第10页，共67页。10第11页，共67页。11城域网城域网（Metropolitan Area Network；MAN） 这种网络一般来说是在一个城市，但不在同一地理小区范围内的计算机互联。这种网络的连接距离可以在10-100公里，它采用的是IEEE802.6标准。MAN与LAN相比扩展的距离更长，连接的计算机数量更多，在地理范围上可以说是LAN网络的延伸。在一个大型城市或都市地区，一个MAN网络通常连接着多个LAN网。如连接政府机构的LAN、医院的LAN、电信的LAN、公司企

5、业的LAN等等。由于光纤连接的引入，使MAN中高速的LAN互连成为可能。第12页，共67页。12第13页，共67页。13广域网（Wide Area Network；WAN） 这种网络也称为远程网，所覆盖的范围比城域网（MAN）更广，它一般是在不同城市之间的LAN或者MAN网络互联，地理范围可从几百公里到几千公里。因为距离较远，信息衰减比较严重，所以这种网络一般是要租用专线，通过IMP（接口信息处理）协议和线路连接起来，构成网状结构，解决循径问题。这种城域网因为所连接的用户多，总出口带宽有限，所以用户的终端连接速率一般较低，通常为9.6Kbps45Mbps 如：邮电部的CHINANET，CHIN

6、APAC，和CHINADDN网。广域网第14页，共67页。14第15页，共67页。15 在一条总线上连接所有站点和其它共享设备。1. 总线型拓扑结构的主要优点(1) 结构简单，需要铺设的电缆短、易于布线和维护。(2) 造价低、易于扩充。(3) 某个站点的故障一般不会影响整个网络。按拓扑结构总线型网络2. 总线型拓扑结构存在的缺点(1) 总线容易阻塞。(2) 故障诊断、故障隔离困难。busABCC第16页，共67页。16TerminatorSegmentTerminator第17页，共67页。17总线型结构终端电阻终端电阻源主机数据分组 目标设备 第18页，共67页。18 每个节点均以一条单独线

7、路与中心相连，形成辐射状网络构型 。1. 星型拓扑结构的优点 故障隔离简单。 网络的扩展容易。控制和诊断方便。星型网络2. 星型拓扑结构存在的缺点(1) 过分依赖中心结点，如果中心机发生故障,全网停止工作。 (2) 线路太多，成本高。第19页，共67页。19第20页，共67页。20星型拓扑中央节点工作站文件服务器第21页，共67页。21 在星形拓扑网络中，由于各节点都用自己的电缆与中央节点相连，数据的传输不会在工作站到中央节点的线路上发生碰撞，这种系统也较容易扩充，并可实现多个中央节点的级联，施主从式网络所使用的主要拓扑结构。扩展星型拓扑结构第22页，共67页。22环形网络 各节点经过环接口连

8、成一个环形，在这种结构中每个节点地位平等，传输速度快，适合组建光纤高速环形传输网络。优点：路由选择控制简单。电缆长度短。适用于光纤。缺点：结点故障引起整个网络瘫痪。诊断故障困难。ringADCBC第23页，共67页。23第24页，共67页。24 双环型的拓扑结构包括了两个共心的环。为了在网络中提供可靠性和灵活性，每台网络设备是两个独立的环型拓扑结构中的一部分。由于这种拓扑结构具有容错特性和自动恢复的特性，这两个环可以重新配置从而形成一个更大的环，而且当出现一个介质故障是该网络依然能够持续地运行。第25页，共67页。25 树型拓扑结构是从总线型拓扑演变而来的，形状像一颗倒立的树，顶端是根，树根以

9、下带分支，每个分支再带分支。由树根接收各站发送来的数据，然后再广播发送到全网。树型拓扑的特点大多与总线型拓扑的特点相同，但也有其特殊之处。 树型拓扑结构第26页，共67页。26 （1）易于扩展。这种结构可以延伸出很多分支和子分支，这些新节点和新分支都很容易加入网内。 （2）故障隔离容易。如果某一分支的节点或线路发生故障，很容易将故障分支与整个系统隔离开来。 树形拓扑结构的优点： 各个节点对根的依赖性太大，如果根发生故障，则全网不能正常工作。由此可见，树形拓扑结构的可靠性有点类似星形拓扑结构。 树形拓扑结构的缺点： 第27页，共67页。27树型拓扑第28页，共67页。28网状拓扑网型提供了网络的

10、冗余路径，因此，如果一条线路出现故障，另一条线路，继续发挥作用；因为冗余路径比在其他拓扑结构中所需的缆线更多，所以网状拓扑结构会更昂贵；第29页，共67页。29网状拓扑结构节点网型拓扑结构特点：优点：传输线路多元化，书就传输速度快，网络不宜瘫痪。 缺点：花费太高！ 点到点全连接，随节点数的增长（Nx(N-1)/2），建造成本急剧增长，只适用于节点数很少的广域网中第30页，共67页。30第31页，共67页。31 混合拓扑是将上述某两种单一拓扑结构混合起来，取两者的优点构成的拓扑结构。常用的混合拓扑有两种，一种是由星型拓扑和环型拓扑混合成的“星环”式拓扑结构；另一种则由星型拓扑和总线型拓扑混合成的

11、“星总”式拓扑结构。其结构如下图所示。 混合型拓扑结构“星-环”式混合型拓扑 第32页，共67页。32 （1）故障诊断和隔离较为方便。一旦网络发生故障，只要诊断出哪个集中器有故障，将该集中器和全网隔离即可。 （2）易于扩展。要扩展用户时，可以加入新的集中器，也可以在每个集中器留出一些备用的可插入的站点接口。 （3）安装方便。网络的主电缆只要连通这些集中器即可。这种安装和传统的电话系统电缆安装很相似。 混合型拓扑结构的优点： 第33页，共67页。33 （1）需要选用智能型的集中器。这是为了实现网络故障自动诊断和故障节点的隔离所必需的。 （2）像星型拓扑结构一样，集中器到各个站点的电缆安装长度会增

12、加。 混合型拓扑结构的缺点： “星-总”式混合型拓扑 第34页，共67页。34按通信传输方式电路交换电路交换在通信之前，要在通信双方之间建立一条被双方独占的物理通路。优点：通信线路双方专用，数据直达，传输时延非常小通路一旦建立，双方可以随时通信，实时性强双方按发送顺序传送数据，不存在失序问题既适用于传输模拟信号，也适用于传输数字信号交换设备及控制简单第35页，共67页。35电路交换缺点：平均连接建立时间比计算机通信时间长物理通路被双方独占，不能被其他用户使用，利用率低不同类型、不同速率的终端难以通信，难以进行差错控制第36页，共67页。36电路交换举例A 和 B 通话经过四个交换机通话在 A

13、到 B 的连接上进行DC(交换机交换机交换机交换机用户线用户线中继线中继线BDCA第37页，共67页。37C 和 D 通话只经过一个本地交换机通话在 C 到 D 的连接上进行(交换机交换机交换机用户线用户线中继线中继线BDCA第38页，共67页。38报文交换以报文为数据交换的单位，报文携带有目标地址、源地址等信息，在交换结点采用存储转发的传输方式。 报文交换的基本思想就是“存储转发”。假定用户甲有报文A，B和C要发往乙用户时，甲用户不需要先接通乙用户之间的电路，而是先与连接甲的一中间节点接通，将报文A，B和C先存储下来；然后，分析报文提供的乙地址信息，根据地址信息接通下一个中间节点后，将报文A

14、，B和C转发出去；如此进行下去直到将数据报文A，B和C发往乙用户。第39页，共67页。39报文交换优点：通信双方不固定占有一条通路，线路利用率高不需建立专用的通信线路，用户可随时发送报文缺点：数据需要存储转发，时延加大，实时性差只适用于数字信号由于报文没有长度限制，要求结点有较大的缓冲区第40页，共67页。40分组交换仍采用存储转发方式，将报文分割成若干个组，将这些组逐个发送出去。优点：加速了数据在网络中的传输简化了存储管理减少了出错几率和重发数据量由于分组较短，更适用于采用优先级策略，便于及时发送一些紧急数据第41页，共67页。41分组交换缺点：仍存在存储转发时延，需要结点交换机有更强的处理

15、能力每组需要加入附加信息，增大了信息量，降低了通信效率，增加了处理时间可能出现失序、丢失或重复分组，目的结点需要对组进行排序第42页，共67页。42分组交换的原理报文1101000110101010110101011100010011010010假定这个报文较长不便于传输1. 在发送端，先把较长的报文划分成较短的、固定长度的数据段。 第43页，共67页。43数 据数 据数 据报文首部首部首部分组 1分组 2分组 3请注意：现在左边是“前面”2. 在每一个数据段前添加首部构成分组。第44页，共67页。44数 据首部分组 1数 据首部分组 2数 据首部分组 33. 分组交换网以“分组”作为数据传输

16、单元。 依次把各分组发送到接收端（假定接收端在左边）。首部的重要性：（1）每一个分组的首部都含有地址等控制信息。（2）分组交换网中的结点交换机根据收到的分组的首部中的地址信息，把分组转发到下一个结点交换机。（3）用这样的存储转发方式，最后分组就能到达最终目的地。第45页，共67页。45数 据首部数 据首部分组 2数 据首部分组 3收到的数据4. 接收端收到分组后剥去首部还原成报文。第46页，共67页。46数 据数 据数 据报文11010001101010101101010111000100110100105. 在接收端把收到的数据恢复成为原来的报文。 这里我们假定分组在传输过程中没有出现差错，

17、在转发时也没有被丢弃。第47页，共67页。47按网络传输技术广播网络 (Broadcasting Network)网络中的计算机或设备通过一条共享的通信介质进行数据传播，所有节点都会收到任何节点发出的数据信息。这种传输方式主要应用于局域网中。广播网络中有三种传输类型：单播、组播和广播。点对点网络 (Point to Point Network) 网络中的计算机或设备通过单独的链路进行数据传输，并且两个节点间都可能会有多条单独的链路。这种传播方式主要应用于广域网中。 第48页，共67页。48按网络结构资源子网第49页，共67页。491、 资源子网资源子网：资源子网是由处于网络外围的主机和终端机构

18、成。资源子网的任务是负责信息处理，向网络提供可用的资源。 资源子网包括各种计算机和相关的硬件、软件； 第50页，共67页。50 通信子网：是由网络中的各种通信设备和用作信息交换的节点计算机构成。系统以通信子网为中心，通信子网处于网络的内层。通信子网的重要任务是负责全网的信息交换，它采用的是分组交换技术(也就是存储转发技术)。 2、通信子网第51页，共67页。51按工作模式对等网对等网：网络中的每一台计算机都是平等的，没有主从之分。不需要专用服务器，每一台计算机可以既是客户机又是服务器。特点： 对等网架设简单，成本低，易维护，易实现。 适用于小型局域网：计算机数较少，20台以内、布置相对集中。

19、注重网络共享资源，网络安全不是重要的问题。缺点：网络性能较低、数据保密性差、文件管理分散。第52页，共67页。52客户机/服务器（C/S）模式C/S：服务器负责管理网络用户和重要的网络资源，客户机一方面可作为客户访问服务器的资源，另一方面客户机之间又可以看作是一个对等网，相互之间可共享资源。特点： 适用于大型网络，连接网络用户较多。 注重文件资源管理和网络安全 。 网络成本高，网络配置和维护复杂。典型网络： WindowsNT域 Win2K活动目录 第53页，共67页。53无线网随着笔记本电脑（notebook computer）和个人数字助理无线网（ Personal Digital Ass

20、istant，PDA）等便携式计算机的日益普及和发展，人们经常要在路途中接听电话、发送传真和电子邮件阅读网上信息以及登录到远程机器等。然而在汽车或飞机上是不可能通过有线介质与单位的网络相连接的，这时候可能会对无线网感兴趣了。虽然无线网与移动通信经常是联系在一起的，但这两个概念并不完全相同。 第54页，共67页。54第55页，共67页。55讨论无线网无线网特别是无线局域网有很多优点，如易于安装和使用。但无线局域网也有许多不足之处：如它的数据传输率一般比较低，远低于有线局域网；另外无线局域网的误码率也比较高，而且站点之间相互干扰比较厉害。用户无线网的实现有不同的方法。国外的某些大学在它们的校园内安

21、装许多天线，允许学生们坐在树底下查看图书馆的资料。这种情况是通过两个计算机之间直接通过无线局域网以数字方式进行通信实现的。第56页，共67页。56三、 网络硬件系统和网络软件系统 计算机网络系统是由计算机网络硬件系统和网络软件系统组成的。 网络硬件系统是指构成计算机网络的硬设备，包括各种计算机系统、终端及通信设备。 1、网络硬件系统第57页，共67页。57 （1）主机系统：服务器和工作站 常见的网络硬件有：服务器：局域网中，一种运行管理软件以控制对网络或网络资源（磁盘驱动器、打印机等）进行访问的计算机，并能够为在网络上的计算机提供资源使其犹如工作站那样地进行操作。第58页，共67页。58 工作站：是一种高档的微型计算机，通常配有高分辨率的大屏幕显示器及容量很大的内存储器和外部存储器，并且具有较强的信息处理功能和高性能的图形、图像处理功能以及联网功能。第59页，共67页。59 （2）终端（termination）：网络与最终用户接触用以实现网络应用的各种设备。 （3）传输介质：是指在网络中传输信息的载体，常用的传输介质分为有线传输介质和无线传输介质两大类 传输介质第60页，共67页。60（4）网卡：计算机与外界局域网的连接是通过主机箱内插入一块网络接口板（或者是在笔记本电脑中插入一块PCMCIA卡）。网络接口板又称为通信适配器或