第1章 计算机网络基础知识

教学章节计算机网络的产生与发展

1.2计算机网络概述

1.1计算机网络的分类

1.5有线传输与无线传输1.6计算机网络的基本组成

1.3计算机网络的拓扑结构1.4第1章

计算机网络概论教学引入讨论：我们的生活越来越离不开计算机网络，那么，你在生活中哪些方面会依赖于网络呢？

返回下一页第1章

计算机网络概论1.1计算机网络概述计算机网络是计算机技术与通信技术相结合的产物，它的诞生使计算机的体系结构发生了巨大变化。在当今社会发展中，计算机网络起着非常重要的作用，并对人类社会的进步做出了巨大贡献。现在，计算机网络的应用遍布全世界及各个领域，并已成为人们社会生活中不可缺少的重要组成部分。从某种意义上讲，计算机网络的发展水平不仅反映了一个国家的计算机科学和通信技术的水平，也是衡量其国力及现代化程度的重要标志之一。注意：这里所说的网络不一定都是指的Internet1.1计算机网络概述1.1.1计算机网络的定义到目前为止,计算机网络并没有一个确切的定义。其实，可以简单地描述为：计算机网络是通过通信线路连接起来的自治的计算机集合。该描述包括了3个方面的含义：①必须有两台或两台以上、具有独立功能的计算机系统相互连接起来，以达到共享资源为目的；②计算机互相通信交换信息，必须有一条通道。这条通道的连接是物理的，由物理介质来实现（例如铜线、光纤、微波、卫星等）；③计算机系统之间的信息交换，必须要遵守某种约定和规则。1.1计算机网络概述1.1.1计算机网络的定义（比较完整、全面的定义）计算机网络是把分布在不同地点，并具有独立功能的多个计算机系统通过通信设备和线路连接起来，在功能完善的网络软件和协议的管理下，以实现网络中资源共享为目标的系统。1.1计算机网络概述1.1.2计算机网络的基本功能1、软、硬件资源共享2、信息共享3、通信4、负载均衡与分布处理5、系统的安全与可靠性1.1.2计算机网络的基本功能1、软、硬件资源共享⑴硬件资源：包括各种类型的计算机、大容量存储设备、计算机外部设备，如彩色打印机、静电绘图仪等。⑵软件资源：包括各种应用软件、工具软件、系统开发所用的支撑软件、语言处理程序、数据库管理系统等。1.1.2计算机网络的基本功能2、信息共享信息也是一种资源，当今社会也是“信息社会”互联网是信息的海洋，我们经常通过搜索引擎查询信息1.1.2计算机网络的基本功能3、通信计算机网络可以传输各种类型的信息，包括数据信息和图形、图像、声音、视频流等各种多媒体信息。通信速度也在不断提高1.1.2计算机网络的基本功能4、负载均衡与分布处理负载均衡当网络中某台计算机的任务负荷太重时，通过网络和应用程序的控制和管理，将作业分散到网络中的其它计算机中，由多台计算机共同完成。分布处理把要处理的任务分散到各个计算机上运行，而不是集中在一台大型计算机上。这样，不仅可以降低软件设计的复杂性，而且还可以大大提高工作效率和降低成本。1.1.2计算机网络的基本功能5、系统的安全与可靠性通过网络中的冗余部件提高可靠性在一个网络系统中，当一台计算机出现故障时，可立即由系统中的另一台计算机来代替其完成所承担的任务。同样，当网络的一条链路出了故障时可选择其它的通信链路进行连接。当然没有绝对的安全1.1.3计算机网络的基本应用1、在教育、科研中的应用2、在办公中的应用3、在商业上的应用4、在通信、娱乐上的应用1.2计算机网络的产生与发展1.2.1面向终端的计算机网络1.2.2计算机通信网络1.2.3计算机互联网络1.2.4高速互联网络1.2.5计算机网络的发展趋势1.2.1面向终端的计算机网络第一代计算机网络是面向终端的早期计算机主机数量少，价格昂贵，工作运行条件要求高，维护难，只有少数研究单位和大学拥有计算机系统主机控制整个系统的全部运行功能和通信过程，终端仅提供输入输出的功能，完全作为主机的从属设备。用户只能近距离使用计算机终端。1.2.1面向终端的计算机网络面向终端的计算机联机系统特点系统的可靠性和性能取决于主机的可靠性和性能，便于维护、管理。数据的一致性好。主机通信开销较大，通信线路利用率低，对主机系统依赖性较大。终端数量少，且与主机距离近1.2.2计算机通信网络第二代计算机网络是以共享资源为目的的计算机通信网络。网络中的每个结点都是具有独立功能的计算机系统计算机通信网络从逻辑上可分为：通信子网和资源子网1.2.2计算机通信网络(1)资源子网：是计算机网络的外层，它由提供资源的主机和请求资源的终端组成。资源子网的任务是负责全网的信息处理。(2)通信子网：是计算机网络的内层，它的主要任务是将各种计算机互连起来完成数据传输、交换和通信处理。CCPCCPCCPCCPCCP通信子网资源子网主机主机主机主机1.2.3计算机互联网络

网络体系结构与协议标准化的研究，广域网、局域网与公用分组交换网的研究与应用国际标准化组织（InternationalStandardsOrganization,ISO）提出了开放系统的互连参考模型与协议层次结构、级联式的现代计算机网络1、广域网的发展2、局域网的发展3、网络互联与标准化4、Internet1.2.4高速互联网络进入20世纪90年代,计算机技术、通信技术以及建立在互联计算机网络技术基础上的计算机网络技术得到了迅猛的发展。特别是1993年美国宣布建立国家信息基础设施（NationalInformationInfrastructure，NII）后，全世界许多国家纷纷制订和建立本国的NII,从而极大的推动了计算机网络技术的发展，使计算机网络进入一个崭新的阶段，这就是计算机网络互联与高速网络阶段。目前，全球以Internet为核心的高速计算机互联网络已经形成，Internet已经成人类最重要的、最大的知识宝库。高速计算机网络就成为第四代计算机网络。1.2.5计算机网络的发展趋势

1、三网合一2、光通信技术3、IPv6协议4、宽带接入技术5、移动通信系统技术1.3计算机网络的基本组成

1、计算机系统2、通信线路和通信设备3、网络协议4、网络软件1.3计算机网络的基本组成

1、计算机系统两台以上具有独立功能的计算机系统是计算机网络的第一个要素计算机系统是网络的基本模块，是被连接的对象，主要作用是负责数据信息的收集、处理、存储、传播和提供共享资源（软、硬件资源）1.3计算机网络的基本组成

2、通信线路和通信设备通信线路分为有线和无线通信设备指网络连接设备：如交换机、路由器、调制解调器等。通信线路和通信设备用于建立一条用于传输数据的物理通道1.3计算机网络的基本组成

3、网络协议协议是通信双方必须共同遵守的约定和通信规则，如TCP/IP、IPX/SPX。网络协议规定数据的组织格式、传输格式、如何校验和纠正信息传输中的错误等。协议的实现是由软件和硬件分别或配合完成的，有的协议是由通信设备来承担1.3计算机网络的基本组成

4、网络软件网络系统软件：包括网络操作系统、网络协议软件、通信控制软件、管理软件等。网络应用软件：为某一个应用目的而开发的软件1.4计算机网络的拓扑结构

拓扑结构的含义通常将网络中的计算机主机、终端和其他通信控制与处理设备抽象为节点；通信线路抽象为线路，而将节点和线路连接而成的几何图形称为网络的拓扑结构。计算机网络的拓扑结构就是指计算机网络中的通信线路和结点相互连接的几何排列方法和模式。网络拓扑结构可以反映出网络中各实体之间的结构关系。典型的拓扑结构：总线型、环型、星型、树型、网状与混合型1.4计算机网络的拓扑结构

1.4.1总线型结构总线型拓扑结构是指所有结点共享一根传输总线，所有的站点都通过硬件接口连接在这根传输线上。优点：结构简单，价格低廉、安装使用方便。缺点：故障诊断和隔离比较困难。打印机磁盘工作站工作站工作站工作站终接器终接器服务器1.4计算机网络的拓扑结构环型结构的显著特点是每个节点用户都与两个相邻节点用户相连。优点：简化路径选择控制，传输延迟固定,实时性强,可靠性高。

缺点：节点过多时,影响传输效率。环某处断开会导致整个系统的失效，节点的加入和撤出过程复杂。工作站工作站工作站服务器工作站工作站

1.4.2环型结构环型拓扑结构将所有网络结点通过点到点通信线路连接成闭合环路,数据将沿一个方向逐站传送，每个结点的地位和作用相同，且每个结点都能获得执行控制权。1.4计算机网络的拓扑结构

1.4.3星型拓扑结构

星型拓扑结构是符合令牌协议的高速局域网络。它是以中央结点为中心，把若干外围结点连接起来的幅射式互连结构。优点：单点故障不影响全网，结构简单。增删节点及维护管理容易；故障隔离和检测容易，延迟时间较短。缺点：成本较高，资源利用率低；网络性能过于依赖中心节点。工作站工作站工作站工作站服务器集线器1.4计算机网络的拓扑结构

1.4.4树型拓扑结构

树型结构是星型结构和总线型结构的扩展，它由根结点和分支结点所构成。

优点：结构比较简单，成本低。扩充节点方便灵活。缺点：对根的依赖性大。工作站工作站打印机服务器集线器集线器集线器集线器1.4计算机网络的拓扑结构

1.4.5网状拓扑结构

网状拓扑结构中的所有结点之间的连接是任意的,每个结点至少与其他两个结点相连。实际存在与使用的广域网基本上都采用网状拓扑结构。

工作站工作站工作站路由器工作站路由器路由器路由器优点：具有较高的可靠性。某一线路或节点有故障时，不会影响整个网络的工作。

缺点：结构复杂，需要路由选择和流控制功能，网络控制软件复杂，硬件成本较高，不易管理和维护。1.5计算机网络的分类

1.5.1局域网、城域网和广域网这是按照网络覆盖范围划分的1.5.2广播式网络与点对点网络这是按照网络所使用的传输技术划分的1.5计算机网络的分类

局域网（LocalAreaNetworks，LAN）（1）局域网覆盖有限的地理范围，它适用于机关、校园、工厂等有限范围内的计算机、终端与各类信息处理设备联网的需求；（2）局域网提供高数据传输速率（10Mb/s∽10Gb/s）、低误码率的高质量数据传输环境；（3）局域网一般属于一个单位所有，易于建立、维护与扩展；1.5计算机网络的分类

城域网（MetropolitanAreaNetwork，MAN）城域网是局域网的延伸，用于局域网之间的连接,网络规模局限在一座城市范围内,覆盖的地理范围从几十至几百公里。1.5计算机网络的分类

广域网（WideAreaNetwork，WAN）广域网又称远程网，是指在一个很大地理范围（从数百公里到数千公里，甚至上万公里）由许多局域网组成的网络。广域网是将远距离的网络和资源连接起来的任何系统，主要用在一个地区、行业甚至在全国范围内组网，达到资源共享的目的。1.5计算机网络的分类

广播式网络广播式网络：在网络中只有一个单一的通信信道，由这个网络中所有的主机所共享。即多个计算机连接到一条通信线路上的不同分支点上，任意一个结点所发出的报文分组被其他所有结点接受。发送的分组中有一个地址域，指明了该分组的目标接受者和源地址。一台机器收到了一个分组以后，它检查地址域。如果该分组正是发送给它的，那么它就处理该分组；如果该分组是发送给其他机器的，那么就忽略该分组。局域网、无线网和总线型网络基本上都是广播式网络。1.5计算机网络的分类

点对点网络由许多相互连接的结点构成，在每对结点之间都有一条