计算机网络基础及应用第1章课件

第一章概述1.1计算机网络的发展1.2计算机网络的概念和分类1.3计算机网络的体系结构

第一章概述1.1计算机网络的发展11.1计算机网络的发展通常，人们将计算网络技术的发展概括为以下四个阶段：第一阶段，面向终端的计算机网络。第二阶段，以资源共享为目标的计算机网络。第三阶段，建立标准化的计算机网络。第四阶段，广泛应用的计算机网络。

1.1计算机网络的发展通常，人们将计算网络技术的2第一阶段面向终端的计算机网络。该阶段可追溯到20世纪50年代初，人们将地理位置分散的不同终端，通过传输介质及相应的通信设备与一台计算机相连，这种以单台计算机为中心的联机系统被称为面向终端的计算机网络，为计算机技术的进一步发展打下了良好的理论基础和技术基础。第二阶段以资源共享为目标的计算机网络。20世纪60年代，为了进一步加强通信和计算机软硬件资源、信息资源的共享，人们提出将地理位置分散且具有独立功能的计算机互连起来，共同完成数据处理和通信功能。

第一阶段3第三阶段建立标准化的计算机网络。20世纪70年代中期，计算机网络技术发展迅速，计算机生产厂商纷纷推出了自己的计算机产品和网路产品，由于这些产品在技术和结构上有很大差异，很难实现互连，于是构建网络标准化的问题被提出。第四阶段广泛应用的计算机网络。20世纪90年代，互联网技术飞速发展，随之而来的是的Internet的广泛应用。互联网以其开放性改变了人们的生活，为人们带来了便利，互联网技术的应用渗透到社会生活的方方面面。第三阶段41.2计算机网络的概念和分类1.2.1计算机网络的定义从系统构成来讲，计算机网络系统由硬件和软件两部分组成，具体包括计算机系统、通信线路和通信设备、网络协议、网络软件。为了更好地理解和研究开发计算机网络技术，人们从计算机网络各组成部分的功能上将计算机网络划分为资源子网和通信子网，称为计算机网络的逻辑结构，如图1-1所示。资源子网提供网络访问、网络资源共享和数据处理业务，由计算机系统、存储系统、终端服务器和终端设备等组成。通信子网提供网络通信的功能，由通信线路、通信设备和通信控制处理机（CommunicationControlProcessor，CCP）组成。1.2计算机网络的概念和分类1.2.1计算机网络的定义5图1-1计算机网络的逻辑结构图1-1计算机网络的逻辑结构61.2.2计算机网络的分类计算机网络从不同角度有不同的分类方法，主要的分类方式有：●按照网络覆盖的地理范围分类●按照网络的拓扑结构分类●按照网络所使用的传输技术分类除上述常见的分类方法外，还有一些其他的分类方法。例如，按照网络使用的传输介质.，还可以将计算机网络分为同轴电缆网、双绞线网、光纤网和无线网等。1.2.2计算机网络的分类计算机网络从不同角度有不同的分类方7●按照网络覆盖的地理范围分类（1）局域网（LocalAreaNetwork,LAN）局域网的地理覆盖范围从几十米至数公里，一般是在一个办公室，一栋大楼，一个单位内将各种计算机、终端及外部设备互连成网络。局域网覆盖的地理范围小，网络传输速率高，网络拓扑结构简单。（2）城域网(MetropolitanAreaNetwork)城域网的地理覆盖范围从几十公里至数百公里，一般是在一个城市范围内。城域网通过局域网之间的互连，可以实现大量用户之间的多种信息的传输，包括声音、视频、图形、图像、动画等内容。（3）广域网(WideAreaNetwork,WAN)广域网的地理覆盖范围从数百公里至数万公里，可跨越省市、地区、国家、洲及全球，因此又被称为远程网。广域网覆盖的地理范围大，网络传输速率较低，网络拓扑结构复杂。因特网（Internet）就是一种广域网。●按照网络覆盖的地理范围分类8●按照网络的拓扑结构分类典型的计算机网络拓扑结构有：○总线型拓扑结构○环型拓扑结构○星型拓扑结构○树型拓扑结构○网状拓扑结构因此，按照网络的拓扑结构类型，计算机网络分为总线型网络、环型网络、星型网络、树型网络、网状网络和混合型网络。●按照网络的拓扑结构分类9●按照网络所使用的传输技术分类（1）广播式网络在广播式网络中，所有连网的计算机共享一条通信信道，一台计算机发送消息，其他计算机均可接收到消息，并根据消息中的目的地址判断消息是否是传送给自己的，如果是则接收该消息，否则放弃。良好的信道控制机制是广播式网络要解决的关键问题。（2）点到点网络在点到点式网络中，每条通信线路连接两台计算机。当网络中的两台计算机传递消息没有直接的通信线路连接时，就需要通过其他计算机转发。另外，点到点式的网络结构可能很复杂，怎样才能实现消息从一个节点到另一个节点高效率的传输，需要选择合适的路径，因此存储转发技术和路由选择算法是点到点网络的重要研究内容。●按照网络所使用的传输技术分类101.2.3计算机网络的功能与应用1.计算机网络的功能（1）资源共享这里的资源包括硬件资源、软件资源和信息资源。硬件资源包括巨型计算机、大容量磁盘、高性能打印机、通信线路、通信设备等。软件资源包括各种操作系统、数据库管理系统、工具软件及应用软件等。信息资源包括各种信息服务、广告娱乐、科技文化、医疗卫生等方方面面的内容。通过计算机网络的资源共享功能，能够充分发挥资源潜能，提高资源利用率。（2）通信功能利用计算机网络的通信功能，能够有效地实现数据传输，包括文字、声音、图形图像和视频等各种多媒体信息。计算机网络把地理上分散的、功能独立的计算机互连起来，为信息传输提供了通信信道，为信息资源共享创造了条件。1.2.3计算机网络的功能与应用112.计算机网络的应用计算机网络的应用已经渗透到人们社会生活的各个领域，科研人员可以通过网络进行学术交流与合作，人们可以通过网络教育平台学习远程课程，即时通讯工具拉近了人们之间的距离，办公自动化显著提高了办公效率，降低了企业成本，建立在计算机网络基础上的电子商务活动更是改变了人们的生活方式，随着计算机网络技术的不断发展和各种应用需求的不断增加，计算机网络应用的范围、广度和深度也会继续不断加强，未来我们将会看到计算机网络为我们的工作和生活带来的更大的变化。2.计算机网络的应用121.3计算机网络的体系结构

1.3.1网络体系结构的基本概念计算机网络是一个复杂的系统，其主要功能是实现数据通信和资源共享。为了更好地理解和研究计算机网络结构，设计出高效率的计算机网络，人们提出了网络体系结构的概念。其中，协议和层次是理解网络体系结构的关键。协议是一种约定和规范，计算机网络中的节点必须遵守一定的约定和规范，才能有条不紊地完成通信功能。网络协议规定了通信过程中的控制信息、数据传输的格式和时序等内容，解决了网络节点做什么，怎么做和何时做的问题，被称为网络协议三要素，即语法、语义和时序。1.3计算机网络的体系结构1.3.1网络体系结构的基本13○语法：规定数据与控制信息的结构格式；○语义：规定发出何种控制信息，应该完成的动作以及做出的相应；○时序：规定事件（动作）实现的顺序。在计算机网络体系结构中，层次也是一个很重要的概念。计算机网络层次的概念来源于人们对复杂事务认识和处理的基本方法。

到目前为止，比较普遍且具有代表性的计算机网络体系结构有两个，一个是国际标准化组织推出的ISO/OSI参考模型,另一个是事实上的工业标准TCP/IP参考模型。○语法：规定数据与控制信息的结构格式；141.3.2ISO/OSI参考模型OSI参考模型将网络结构划分为7层，自底向上分别是物理层、数据链路层、网络层、传输层、会话层、表示层和应用层，如图1-2所示。图1-2OSI参考模型1.3.2ISO/OSI参考模型OSI参考模型将网络结构15遵循该模型的计算机网络系统均具有以下特征：○网络中的各节点具有相同的层次结构；○同一节点的相邻层之间通过接口实现通信；○同一节点的相邻层之间，下层为上层提供服务，上层使用下层提供的服务；○每层实现相对独立的功能，不同节点的同等层具有相同的功能；○不同节点的同等层按照协议实现对等层之间的通信遵循该模型的计算机网络系统均具有以下特征：16OSI参考模型的各层功能如下：物理层物理层是OSI参考模型的最底层。物理层不是物理传输介质，而是物理传输介质与数据链路层之间的接口。物理层提供物理连接服务，在物理传输介质之上为数据链路层提供0、1比特流的传输，并保证0、1信号按原顺序传输给对方。此外，物理层还提供了物理连接的建立、保持和拆除活动中的机械、电气、功能和规程特性。其中，机械特性是指网络接口的形状等。电气特性是指信号电压、持续的时间等。功能特性是指物理设备的具体功能。规程特性是指实现功能的动作序列或动作规则。OSI参考模型的各层功能如下：物理层17数据链路层数据链路层是OSI参考模型的第二层。数据链路层是在物理层提供的服务基础上，将比特流组织成帧，传输以帧为单位的数据信息。此外，数据链路层要实现物理寻址、差错控制、流量控制、接入控制等功能，以保证为网络层提供无差错的透明传输，两个节点间传送信息时发送速度和接收速度的匹配，同时当多个节点共享通信链路时，数据链路层能确定在什么时间由哪一个节点发送数据。数据链路层18网络层网络层是OSI参考模型的第三层。与数据链路层不同的是，数据链路层只是实现同一个网络中的相邻节点之间的链路管理及帧传输问题，而网络层，在数据链路层提供的服务基础上，还需要实现不同网络中的节点间的数据包传输问题。如何选择传输路径，提高传输效率，是网络层的路由选择功能需要解决的问题。网络层还实现逻辑地址寻址、流量控制、拥塞控制等功能，以保证数据正确顺利地传送到目的节点。网络层19传输层传输层是OSI参考模型的第四层。作为通信子网与资源子网的接口，传输层是OSI参考模型中的关键部分，负责协调通信连接与应用实现。传输层的主要任务是向用户提供透明的端到端的数据传输。会话层会话层是OSI参考模型的第五层。所谓会话，是指两个用户进程之间为完成一次完整的通信而进行的活动，包括建立会话连接，协调和同步会话连接以及结束会话连接。会话层的主要任务就是利用传输层提供的端到端的数据传输服务，提供会话机制的建立和管理服务。传输层20表示层表示层是OSI参考模型的第六层。表示层的主要任务是解决用户信息的表示问题。不同的计算机系统使用的数据表示法可能不同，例如大部分计算机系统的字符表示采用的是ASCII码字符集，但也有采用EBCDIC编码的，这种情况下，表示层就需要负责完成数据格式的转换。表示层还完成数据加密与解密、数据压缩与恢复等功能。应用层应用层是OSI参考模型的第七层，也是最高层，它是计算机网络与最终用户之间的接口。应用层在低6层提供的数据传输和数据表示等各种服务的基础上，提供为最终网络应用所需要的服务和协议，包括文件传输、访问和管理、电子邮件、虚拟终端、网络管理、查询服务和远程作业登录等。表示层211.3.3TCP/IP模型Internet网络体系结构基于TCP/IP模型，它采用的是TCP/IP（TransmissionControl/InternetProtocol）协议，即传输控制/网际协议。TCP/IP协议模型基于网络体系结构分层的思想，将网络划分为四层，从低到高分别是：网络接口层、网际层、传输层和应用层。其与ISO/OSI参考模型的对应关系如图1-3所示。图1-3TCP/IP参考模型与OSI参考模型1.3.3TCP/IP模型Internet网络体系结构基于22在TCP/IP参考模型中，各层的主要功能如下：○网络接口层向用户提供常用的应用程序，例如电子邮件收发程序、浏览器等○网际层也即IP层，它负责定义在互联网中传输的IP数据包格式，源数据包通过路由器到目的端时的路由选择。○传输层也即TCP层，它负责为用户应用程序间建立可靠的端到端的连接。○应用层向用户提供常用的应用程序，例如电子邮件收发程序、浏览器等在TCP/IP参考模型中，各层的主要功能如下：○网络接口层23第一章概述1.1计算机网络的发展1.2计算机网络的概念和分类1.3计算机网络的体系结构

第一章概述1.1计算机网络的发展241.1计算机网络的发展通常，人们将计算网络技术的发展概括为以下四个阶段：第一阶段，面向终端的计算机网络。第二阶段，以资源共享为目标的计算机网络。第三阶段，建立标准化的计算机网络。第四阶段，广泛应用的计算机网络。

1.1计算机网络的发展通常，人们将计算网络技术的25第一阶段面向终端的计算机网络。该阶段可追溯到20世纪50年代初，人们将地理位置分散的不同终端，通过传输介质及相应的通信设备与一台计算机相连，这种以单台计算机为中心的联机系统被称为面向终端的计算机网络，为计算机技术的进一步发展打下了良好的理论基础和技术基础。第二阶段以资源共享为目标的计算机网络。20世纪60年代，为了进一步加强通信和计算机软硬件资源、信息资源的共享，人们提出将地理位置分散且具有独立功能的计算机互连起来，共同完成数据处理和通信功能。

第一阶段26第三阶段建立标准化的计算机网络。20世纪70年代中期，计算机网络技术发展迅速，计算机生产厂商纷纷推出了自己的计算机产品和网路产品，由于这些产品在技术和结构上有很大差异，很难实现互连，于是构建网络标准化的问题被提出。第四阶段广泛应用的计算机网络。20世纪90年代，互联网技术飞速发展，随之而来的是的Internet的广泛应用。互联网以其开放性改变了人们的生活，为人们带来了便利，互联网技术的应用渗透到社会生活的方方面面。第三阶段271.2计算机网络的概念和分类1.2.1计算机网络的定义从系统构成来讲，计算机网络系统由硬件和软件两部分组成，具体包括计算机系统、通信线路和通信设备、网络协议、网络软件。为了更好地理解和研究开发计算机网络技术，人们从计算机网络各组成部分的功能上将计算机网络划分为资源子网和通信子网，称为计算机网络的逻辑结构，如图1-1所示。资源子网提供网络访问、网络资源共享和数据处理业务，由计算机系统、存储系统、终端服务器和终端设备等组成。通信子网提供网络通信的功能，由通信线路、通信设备和通信控制处理机（CommunicationControlProcessor，CCP）组成。1.2计算机网络的概念和分类1.2.1计算机网络的定义28图1-1计算机网络的逻辑结构图1-1计算机网络的逻辑结构291.2.2计算机网络的分类计算机网络从不同角度有不同的分类方法，主要的分类方式有：●按照网络覆盖的地理范围分类●按照网络的拓扑结构分类●按照网络所使用的传输技术分类除上述常见的分类方法外，还有一些其他的分类方法。例如，按照网络使用的传输介质.，还可以将计算机网络分为同轴电缆网、双绞线网、光纤网和无线网等。1.2.2计算机网络的分类计算机网络从不同角度有不同的分类方30●按照网络覆盖的地理范围分类（1）局域网（LocalAreaNetwork,LAN）局域网的地理覆盖范围从几十米至数公里，一般是在一个办公室，一栋大楼，一个单位内将各种计算机、终端及外部设备互连成网络。局域网覆盖的地理范围小，网络传输速率高，网络拓扑结构简单。（2）城域网(MetropolitanAreaNetwork)城域网的地理覆盖范围从几十公里至数百公里，一般是在一个城市范围内。城域网通过局域网之间的互连，可以实现大量用户之间的多种信息的传输，包括声音、视频、图形、图像、动画等内容。（3）广域网(WideAreaNetwork,WAN)广域网的地理覆盖范围从数百公里至数万公里，可跨越省市、地区、国家、洲及全球，因此又被称为远程网。广域网覆盖的地理范围大，网络传输速率较低，网络拓扑结构复杂。因特网（Internet）就是一种广域网。●按照网络覆盖的地理范围分类31●按照网络的拓扑结构分类典型的计算机网络拓扑结构有：○总线型拓扑结构○环型拓扑结构○星型拓扑结构○树型拓扑结构○网状拓扑结构因此，按照网络的拓扑结构类型，计算机网络分为总线型网络、环型网络、星型网络、树型网络、网状网络和混合型网络。●按照网络的拓扑结构分类32●按照网络所使用的传输技术分类（1）广播式网络在广播式网络中，所有连网的计算机共享一条通信信道，一台计算机发送消息，其他计算机均可接收到消息，并根据消息中的目的地址判断消息是否是传送给自己的，如果是则接收该消息，否则放弃。良好的信道控制机制是广播式网络要解决的关键问题。（2）点到点网络在点到点式网络中，每条通信线路连接两台计算机。当网络中的两台计算机传递消息没有直接的通信线路连接时，就需要通过其他计算机转发。另外，点到点式的网络结构可能很复杂，怎样才能实现消息从一个节点到另一个节点高效率的传输，需要选择合适的路径，因此存储转发技术和路由选择算法是点到点网络的重要研究内容。●按照网络所使用的传输技术分类331.2.3计算机网络的功能与应用1.计算机网络的功能（1）资源共享这里的资源包括硬件资源、软件资源和信息资源。硬件资源包括巨型计算机、大容量磁盘、高性能打印机、通信线路、通信设备等。软件资源包括各种操作系统、数据库管理系统、工具软件及应用软件等。信息资源包括各种信息服务、广告娱乐、科技文化、医疗卫生等方方面面的内容。通过计算机网络的资源共享功能，能够充分发挥资源潜能，提高资源利用率。（2）通信功能利用计算机网络的通信功能，能够有效地实现数据传输，包括文字、声音、图形图像和视频等各种多媒体信息。计算机网络把地理上分散的、功能独立的计算机互连起来，为信息传输提供了通信信道，为信息资源共享创造了条件。1.2.3计算机网络的功能与应用342.计算机网络的应用计算机网络的应用已经渗透到人们社会生活的各个领域，科研人员可以通过网络进行学术交流与合作，人们可以通过网络教育平台学习远程课程，即时通讯工具拉近了人们之间的距离，办公自动化显著提高了办公效率，降低了企业成本，建立在计算机网络基础上的电子商务活动更是改变了人们的生活方式，随着计算机网络技术的不断发展和各种应用需求的不断增加，计算机网络应用的范围、广度和深度也会继续不断加强，未来我们将会看到计算机网络为我们的工作和生活带来的更大的变化。2.计算机网络的应用351.3计算机网络的体系结构

1.3.1网络体系结构的基本概念计算机网络是一个复杂的系统，其主要功能是实现数据通信和资源共享。为了更好地理解和研究计算机网络结构，设计出高效率的计算机网络，人们提出了网络体系结构的概念。其中，协议和层次是理解网络体系结构的关键。协议是一种约定和规范，计算机网络中的节点必须遵守一定的约定和规范，才能有条不紊地完成通信功能。网络协议规定了通信过程中的控制信息、数据传输的格式和时序等内容，解决了网络节点做什么，怎么做和何时做的问题，被称为网络协议三要素，即语法、语义和时序。1.3计算机网络的体系结构1.3.1网络体系结构的基本36○语法：规定数据与控制信息的结构格式；○语义：规定发出何种控制信息，应该完成的动作以及做出的相应；○时序：规定事件（动作）实现的顺序。在计算机网络体系结构中，层次也是一个很重要的概念。计算机网络层次的概念来源于人们对复杂事务认识和处理的基本方法。

到目前为止，比较普遍且具有代表性的计算机网络体系结构有两个，一个是国际标准化组织推出的ISO/OSI参考模型,另一个是事实上的工业标准TCP/IP参考模型。○语法：规定数据与控制信息的结构格式；371.3.2ISO/OSI参考模型OSI参考模型将网络结构划分为7层，自底向上分别是物理层、数据链路层、网络层、传输层、会话层、表示层和应用层，如图1-2所示。图1-2OSI参考模型1.3.2ISO/OSI参考模型OSI参考模型将网络结构38遵循该模型的计算机网络系统均具有以下特征：○网络中的各节点具有相同的层次结构；○同一节点的相邻层之间通过接口实现通信；○同一节点的相邻层之间，下层为上层提供服务，上层使用下层提供的服务；○每层实现相对独立的功能，不同节点的同等层具有相同的功能；○不同节点的同等层按照协议实现对等层之间的通信遵循该模型的计算机网络系统均具有以下特征：39OSI参考模型的各层功能如下：物理层物理层是OSI参考模型的最底层。物理层不是物理传输介质，而是物理传输介质与数据链路层之间的接口。物理层提供物理连接服务，在物理传输介质之上为数据链路层提供0、1比特流的传输，并保证0、1信号按原顺序传输给对方。此外，物理层还提供了物理连接的建立、保持和拆除活动中的机械、电气、功能和规程特性。其中，机械特性是指网络接口的形状等。电气特性是指信号电压、持续的时间等。功能特性是指物理设备的具体功能。规程特性是指实现功能的动作序列或动作规则。OSI参考模型的各层功能如下：物理层40数据链路层数据链路层是OSI参考模型的第二层。数据链路层是在物理层提供的服务基础上，将比特流组织成帧，传输以帧为单位的数据信息。此外，数据链路层要实现物理寻址、差错控制、流量控制、接入控制等功能，以保证为网络层提供无差错的透明传输，两个节点间传送信息时发送速度和接收速度的匹配，同时当多个节点共享通信链路时，数据链路层能确定在什么时间由哪一个节点发送数据。数据链路层41网络层网络层是OSI参考模型的第三层。与数据链路层不同的是，数据链路层只是实现同一个网络中的相邻节点之间的链路管理及帧传输问题，而网络层，在数据链路层提供的服务基础上，还需要实现不同网络中的节点间的数据包传输问题。如何选择传输路径，提高传输效率，是网络层的路由选择功能需要解决的问题。网络层还实现逻辑地址