计算机网络课件第2章 计算机网络简介

计算机网络管理技术及应用第2章计算机网络简介计算机网络的概念计算机网络的分类计算机网络硬件计算机网络体系结构一、计算机网络的概念

计算机网络就是利用通信设备和通信线路将位于不同地理位置的、具有独立功能的多台计算机及其外部设备互连起来，在网络管理系统、网络通信协议等功能完善的网络软件的管理和协调下，实现了网络中的资源共享和信息传递目的的系统。一、计算机网络的概念

计算机网络就是由多台计算机、网络设备通过传输介质和软件而物理地或逻辑地连接在一起组成的，通过互联设备间的相互通信，不仅共享了彼此的资源，也交流了数据与信息。一、计算机网络的概念

计算机网络由资源子网和通信子网两部分构成。资源子网由各个计算机组成，这些计算机会提出资源请求，也会向外提供资源，同时它们负责全网的数据处理，并向用户提供服务；通信子网主要由网络节点和通信链路组成，它们承担了全网的数据传输、数据交换等通信处理工作。一、计算机网络的概念

计算机网络的基本功能是利用连接网络设备和主机的通信线路，将信息从信息源点发送到信息终点，从而实现资源共享、数据通信的基本能力，并在此基础上，实现计算机网络的负载均衡、相互协作、分布处理、提高计算机的可靠性等。二、计算机网络的分类按地理范围分类按网络拓扑结构分类按数据交换方式分类1、按地理范围分类局域网城域网广域网

A、局域网

在按地理范围划分的网络类型中，局域网（LAN，LocalAreaNetwork）的分布距离是最小的，同时它也是一类最常见的、应用领域和范围最广的计算机网络。

局域网例子局域网的特点局域网分布于较小的地理范围，它适用于在有限范围之内的计算机设备的联网需求；局域网往往应用于某一群体，比如单位内部、学校内部等，以内部网络的形式存在；局域网提供较高的数据传输速率（10Mbps～10Gbps）；局域网提供了具有低误码率的、高质量的数据传输环境；局域网的特点（Cont.）局域网易于建立、维护与扩展；局域网支持包括光纤、双绞线、无线以及同轴电缆在内的多种传输介质；局域网具有对不同速率的适应能力，低速设备或高速设备均能接入；局域网在网络层次上只需要物理层和数据链路层，局域网的重点是通过数据链路层来解决共享信道的多点接入控制问题；局域网的特点（Cont.）局域网一般不在网络传输上使用多路复用技术；局域网的网络拓扑结构一般比较单纯、规整。

B、城域网

城域网的分布范围是一个城市或一个地区，是在一个城市内部或地区内部组建的计算机网络，按照网络分布范围与网络支撑的传输速度的反比关系，城域网的传输速度会低于局域网，但是会高于广域网。城域网的特点城域网分布的地理范围介于局域网与广域网之间，它适用于在一个城市或一个地区范围之内的计算机设备的联网需求；城域网由一个城市之内或一个地区之内的多个企业、机关、公司局域网连接构成；城域网的特点（Cont.）城域网的数据传输速度介于局域网与广域网之间；城域网的目标是实现一个城市之内或一个地区之内的大量用户之间的语音、视频、数据、图形等多种类型信息的传输功能。C、广域网

按地理范围划分，与局域网、城域网相比，广域网（WAN，WideAreaNetwork）覆盖的地理范围最大，分布距离最远。广域网通常由两个或多个局域网组成。广域网可以覆盖一个城市、一个国家甚至于全球，互联网（Internet）就是广域网的一种。广域网例子广域网的特点在网络拓扑结构上，广域网一般比较复杂、不规整，多为网状结构和树型结构，或者是网状结构和树型结构的混合结构；为了提高传输线路的利用率，广域网一般会采用多路复用技术。在网络层次上，广域网不仅包括物理层和数据链路层，还需加上网络层，而广域网的重点是网络层，解决分组转发和路由选择问题。广域网的特点（Cont.）广域网一般会使用分组交换技术，也就是将整个数据包分成若干个分组，然后逐个以存储转发的方式在网络结点间进行传输；广域网一般由主机和通信子网组成，通信子网由通信线路连接通信设备而构成，一般来说，通信子网是电信运营商提供的公共通信网。广域网的特点（Cont.）广域网一般采用点到点的发送方式，也就是发送主机通过广域网的通信线路将数据包只发送给指定的另一个主机，而别的主机是不会收到这个数据包的，在数据包发送过程中，数据包在由源主机发送后，会经过网络的传输，一般经过多个中间结点的转发后，才会到达目的结点；

2、按网络拓扑结构分类总线型星型树型环型网状型

计算机网络拓扑结构的类型A、总线型

总线型拓扑结构就是将服务器、工作站等设备都连接在同一根总线（通信介质可以采用双绞线、光纤、同轴电缆等）上。总线型的特点计算机网络需要铺设的电缆很短，网络铺设成本低；总线型拓扑结构的计算机网络的安全性低，监控比较困难，通信效率比较低下；增加新站点不如星型拓扑结构容易；总线型的特点（Cont.）网络中某个计算机设备发生的故障一般不会影响到整个网络，但公共传输介质发生的故障会导致整个网络无法运行；较早的以太网一般采用总线型拓扑结构。B、星型

在星型拓扑结构中存在中央站点，并以它为中心，其它站点通过单独线路与中央站点相连，各站点之间的通信通过中央站点完成。

星型的特点采于星型拓扑结构的计算机网络必须存在一个中央节点，网络中其它站点之间的所有数据交换都要通过中央节点进行，因此，中央节点是星型网络的核心点；采用星型拓扑结构的计算机网络增加站点容易，成本低；如果计算机网络出现故障，可以非常容易地确定故障点；星型的特点（Cont.）由于各站点之间的通信只与发送站点、接收站点、中央站点以及前两者与中央站点之间的通信线路相关，因此，整个计算机网络的运行不会因为某一个站点出现故障而受到影响；采于星型拓扑结构的计算机网络，增删网络站点的操作只与中央站点相关，而与其它站点无关，因此，基于星型拓扑结构的计算机网络的网络站点的增加、删除操作十分方便、快捷；星型的特点（Cont.）由于所有发送和接收站点都通过中央站点进行通信，因此，中央站点存在单点失效性，当中央站点出现故障时，整个计算机网络会瘫痪，故基于星型拓扑结构的计算机网络的可靠性较差；局域网经常采用星型拓扑结构，该结构可以提高计算机之间的通信效率，星型拓扑结构已经成为以太网的主要拓扑结构。

C、树型

采用树型拓扑结构的计算机网络中的各计算机都要与两类站点相连，一类是连接它的父站点（除根站点外），另一类是连接它的子站点（除叶站点外），这样就构成了呈树状的连接关系。

树型的特点树型拓扑结构连接简单，维护方便，适用于汇集信息的应用要求；树型拓扑结构是一种层次结构，网络中的所有站点都按层次连结；主要在上下层站点之间进行数据交换，而相邻站点或同层站点之间一般不进行数据交换；树型的特点（Cont.）由于树型拓扑结构的数据交换只发生在上下层站点之间，因此，网络的资源共享能力较低；树型拓扑结构的上下层通信方式使得某一个站点发生故障会影响它的上层或下层之间的通信，因此，可靠性不高；树型的特点（Cont.）树型拓扑结构是星型拓扑结构的扩展，站点层次越高，它的通信负荷越重；目前的网络中较少使用树型拓扑结构；D、环型

采用环型拓扑结构的计算机网络，网络中计算机设备相互联接而形成一个环。事实上，计算机设备是通过一种称为环接口的数据收发设备参与网络连接的，计算机设备之间通过它们所带的这种环接口逐段连接起来而形成环。

环型的特点构成环型拓扑结构的所有计算机设备发送的数据在环中只能单向传输，不能反向传输；环型拓扑结构规定信息在每台计算机设备上的延时时间是固定的，因此，该拓扑结构非常适于实现实时控制功能的局域网系统；环型的特点（Cont.）由于网络中的数据传输线路是由环网中的所有站点构成的，因此，网络中的每个站点均成为网络可靠性的瓶颈，任何一个站点发生故障，都会造成整个网络的瘫痪，同时，网络出现故障后，可疑故障站点太多而导致网络故障诊断困难；环型的特点（Cont.）由于数据传输过程中，需要经过路途中所有的计算机设备的环接口，造成一定的时间延迟，如果网络中的站点太多，只能加长数据传送延迟时间，因此，采用环型拓扑结构的计算机网络的容量是有限的；环型的特点（Cont.）采用环型拓扑结构的计算机网络建成后，新站点的增加会涉及到附近的站点，因此，存在一定的难度；环型拓扑结构在令牌环网和FDDI网络中有较好的应用。E、网状型

计算机网络的主干网络通常采用网状拓扑结构，网状拓扑结构中的网络站点之间的联结是任意的，毫无规律可言，也就是网络站点互联成不规则形状，网络结构复杂。

网状型的特点由于采用网状拓扑结构的计算机网络中任意两个站点之间存在两条或两条以上的通信路径，这样的话，当某一条路径出现故障时，就可以通过另一条路径传送信息，从而提高了计算机网络的运行可靠性，而且网络比较容易扩展；网状型的特点（Cont.）由于采用网状拓扑结构的计算机网络中存在多条通信路径完成相同两个站点之间的数据传输，可以根据不同通信路径的数据传输质量情况，来平衡不同通信路径的信息流量；网状型的特点（Cont.）在发送数据时，可以从多条通信路径中选择传输延迟小的最佳路径；网状拓扑结构的网络可以组建成各种形状的网络，可以采用具有多种传输速率的多种通信信道，这样可以适应复杂的网络环境；由于需要在两个站点间铺设多条线路，因此，网络的建设成本较高；网状型的特点（Cont.）网状拓扑结构复杂，因此，管理和维护难度较大；在网状拓扑结构中，几乎每一个站点都与多个站点进行连结，在站点发送数据前，需要采用路由算法来从多条通信路径中进行选择，同时需要采用流量控制方法来控制不同通信路径的通信流量。3、按数据交换方式分类电路交换网报文交换网分组交换网A、电路交换网

数据采用电路交换方式的计算机网络在用户开始发送数据前，必须首先申请并建立一条从发送端到接收端的通信信道，然后在这条信道上传输数据，在通信期间，通信双方始终占用该信道，即使中间有段时间没有数据传送，该信道也不能分配给其它用户，数据传送结束后，该信道需要释放才能分配给其它用户使用。这种数据交换方式类似于传统的电话交换方式。

B、报文交换网数据采用报文交换方式的计算机网络在用户开始发送数据前，不需要申请只服务于该用户的通信信道，而是所有的用户共享所有的通信信道，用户发送的数据以一个完整报文的方式发送出去，这样的报文长度没有限制，在通信路径中以整个报文的方式进行转发，转发设备在收到报文后，B、报文交换网（Cont.）先存储，选择出后面的发送路径后，再向后转发，这个就是存储一转发原理，为了实现转发的功能，报文中需要包含目的地址，每个中间转发站点根据事先获取的路径信息，通过一定的算法计算，从众多的路径中选择一条通往目的地址的路径，使其能最终到达目的端。

C、分组交换网

用户在开始发送数据前，不需要申请信道，通信转发方式也采用存储转发的方式，分组交换方式与报文交换方式的主要区别是，分组交换方式中的分组是从整个要发送的数据当中划发出来的较小的数据单元，而报文交换方式中的报文往往就是整个要发送的数据本身，因此，分组交换方式也称为包交换方式。

三、计算机网络硬件网络传输介质网络互联设备

1、网络传输介质有线传输介质无线传输介质A、有线传输介质双绞线同轴电缆光纤B、无线传输介质无线电通信微波通信红外通信2、网络互联设备中继器集线器网桥交换机路由器A、中继器

主要功能是将在一个网段上出现的数据信号放大后传到另一个网段，也就是对数据信号进行重新发送或者转发，达到防止数据信号在传输过程中衰减过大的目的，从而增加了传输距离。中继器工作在物理层。B、集线器

通过多个集线器，计算机网络的覆盖范围明显地得到扩展，但集线器与中继器所构成的计算机网络的拓扑结构是不同的，前者是星型拓扑结构，而后者是总线型拓扑结构。集线器与中继器一样都工作在物理层。C、网桥

网桥设备工作在网络层次中的数据链路层，属于二层网络设备。它可以将多个局域网连接在一起，从而形成一个具有更大范围的局域网。

D、交换机

所谓交换就是按照通信两端传输数据信息的需要，通过人工或设备自动完成的方法，把需要传输的数据信息传送到符合要求的相应传输路径上的技术的统称。传输路径的出现改变了由于广播方式而带来的盲目性。交换机就是一种可以在通信系统中完成数据信息交换功能的设备。E、路由器

所谓路由就是指通过互联的网络把数据信息从数据源地点发送到数据目的地的活动。在路由过程中，信息一般会经过至少一个或多个中间节点。E、路由器（cont.）

路由器是实现路由选择功能的设备，它工作在不同网络的物理层、数据链路层以及网络层，它通过选择路由来决定数据的转发方向。路由器是一种网络互联设备，它决定了数据包在网络中传输时能够通过的最佳路径。路由器根据网络层的地址信息选择合适路由，从而将数据包从一个网络向前转发到另一个网络，最终数据包到达目的地。四、计算机网络体