大学计算机基础教程 08计算机网络基础

第8章计算机网络基础

8」计算机网络概述

8.2通信介质

8.3局域网

大学计算机基础教程令<A

网络的应用不但方便人们的学习和工作，还加快了

社会的发展，特别是Internet的产生和不断发展，

使人类进入到了一个全新的信息时代。网络已成

为一切信息系统的基础，是人们日常工作、学习

和生活的重要组成部分。

本章主要介绍计算机网络的概念、分类、结构等基

础知识，局域网的概念和应用。

大学计算机基础教程令<A

8.1计第机网络概述

8.1.1计算机网络的定义与发展

812计算机网络的功能

813计算机网络的分类

814网络的协议与互连参考模型

大学计算机基础教程

8.1.1计算机网络的定义与发展

计算机网络的定义

计算机网络是以共享资源为目的，按照一定的规则,

通过通信系统连接起来的自治的计算机系统的集

合。

从应用目的角度看，计算机网络是以相互共享硬件、

软件和数据等资源方式连接起来的各自具有独立

功能的计算机系统的集合。

大学计算机基础教程令

从物理结构的角度看，计算机网络是在协议控制下,

由一台或多台计算机、若干台终端设备、数据传

输设备等组成的系统的集合。

计算机网络就是用通信线路和通信设备，将公布在

不同地点的具有独立功能的多个计算机系统互相

连接起来，在网络软件的支持下实现彼此间的数

据通信和资源共享的系统。

大学计算机基础教程令<A

计算机网络就是将地理上分散布置的具有独立功能

的多台计算机（系统）或由计算机控制的外部设

备，利用通信手段通过通信设备和线路连接起来,

按照特定的通信协议进行信息交流，实现资源共

享的系统。

大学计算机基础教程令<A

2.计算机网络的发展阶段

计算机网络的发展可划分为四个阶段。

第一阶段：诞生阶段

第二阶段：形成阶段

第三阶段：互联互通阶段

第四阶段：高速网络技术阶段

大学计算机基础教程令

8.1.2计算机网络的功能

计算机网络的功能可归结为资源共享、提高可靠性、

节省费用、便于扩充、提供通讯手段、分担负荷、

协同处理等几个方面，而这几个方面的功能本身

也是相辅相成的。

资源共享是计算机网络的基本功能。所谓“资源”

是指计算机系统中的软件、硬件和数据资源。所

谓“共享”是指计算机网络内用户均能享受网络

中各个计算机系统的全部或部分资源。

大学计算机基础教程令<A

二计凫机网络的功能

资源共享

数据通信

实现分布式处理

提高计算机的可靠性和可用性

大学计算机基础教程

计算机网络系统中各种被共享的资源，可以按资源

的特性分成四类：

硬件资源共享

软件资源共享

数据资源共享

通信信道资源共享

大学计算机基础教程令<A

8.1.3计算机网络的分类

1.按覆盖范围划分

计算机网络按照覆盖范围大小，一般可分为：局域

网、城域网、广域网和互联网四类。

2,按资源共享方式划分

(1)对等网

(2)客户/服务器网络

大学计算机基础教程令

3.按拓扑结构划分

所谓拓扑就是一种研究与大小、距离、形状无关的

点、线、面等几何图形特性的方法。在计算机网

络中，抛开网络中的具体设备，把工作站、服务

器等网络单元抽象为“点把网络中的电缆等

通信媒体抽象为“线就构成相对位置不同的

几何图形。而网络拓扑就是研究网络图形的共同

的基本性质。网络的拓扑结构有：总线型拓扑、

星型拓扑、环型拓扑、树型拓扑和网状型拓扑等

网络拓扑结构。

大学计算机基础教程令<A

I星型结构

星型拓扑结构有一个中央节点，以此为中心连接若

干外围节点，任何两个节点之间要进行信号的传

送必须通过中央节点，由发送端发出，经过中央

节点后转发到接收端。

(2)环型结构

环型拓扑结构是将所有节点依次连接起来，并首尾

相连构成一个环状结构。任何两个节点都必须通

过环路进行数据的传输，发送端将信号发出，环

状结构上的下一个节点对该信号进行检查，然后

发送给下一个节点，依次传送，直到接收端接收

到信号后将反馈信号发出，再经过其他节点传送

到发送端，才完成一个信号的传输。

大学计算机基础教程

(3)总线结构

总线拓扑结构中的各个节点都是通过相应的硬件接

口连接到一条公共的访问线路上，一个节点发送

的信号都可以沿着公共的访问线路传播，如图所

示。

大学计算机基础教程令<A

(4)树型结构

在树型拓扑结构中所有节点是按照一定的层次关系

排列而成的，就像一棵倒立着的树，与总线结构

的主要区别在于树型中有“根”，如图所示。

大学计算机基础教程

8.1.4网络的协议与互连参考模型

一个计算机网络应该有三个主要的组成部分：若干

个主机，它们向用户提供服务；一个通信子网，

它由一些专用的结点交换机和连接这些结点的通

信链路组成；一系列协议，为在主机之间或主机

与子网之间的通信而用。为了减少协议设计的复

杂性，大多数网络都按层或级的方式来组织，各

层之间是独立的。

大学计算机基础教程令

1.网络的协议

在计算机网络中，不同系统的实体之间将会发生通

信。一个通信实体是指能够发送和接收信息的任

何事物，例如应用程序、浏览器、数据库管理系

统以及电子邮件软件。一个系统是包含有一个或

多个实体的物理对象，例如计算机和终端。但是

两个实体间仅发送二进制位数据就指望对方能理

解所传输的信息的内容是不可能的。为了进行通

信，实体之间一定要达成一个控制数据通信的一

组规则，这就是协议。

大学计算机基础教程令<A

简单地讲，通信双方在通信时需要遵循的一组规则

和约定就是协议。协议使得通信的信息可以理解,

而标准使得不同厂家不同型号计算机的互联成为

可能。

大学计算机基础教程G<A

协议的构成：

语义规定通信双方准备“讲什么”，比特流中每一

部分的含义，亦即确定协议元素的种类；一个特

定的比特模式该如何理解？基于这样的理解该采

取何种动作？

语法是指数据的结构或格式，指数据表示的顺序。

语法规定通信双方“如何讲”，确定数据的信息

格式、信号电平等；

定时则包括速度匹配和排序等，时序包括两方面的

特征：数据何时发送以及以多快的速率发送。

大学计算机基础教程令<A

2.开放式系统互连参考模型

国际标准化组织ISO在1977年建立了一个分委员会

来专门研究网络的体系结构，提出了开放系统互

连OSI(OpenSystemInterconnect)模型，

OSI参考模型将整个网络通信的功能划分为七个

层次，每层完成一定的功能，每层都直接为其上

层提供服务，并且所有层次都互相支持。第四层

到第七层主要负责互操作性，而一层到三层则用

于创造两个网络设备间的物理连接。

大学计算机基础教程令<A

(1)物理层

物理层涉及到网络连接器和这些连接器电气特性的

标准化问题。它的设计要求是保证一侧发出二进

制1,另一侧收到的也应是1而不是0。

(2)数据链路层

数据链路层将原始的无结构的二进制位流分成一个

个分立的单元，即帧。并利用协议来交换这些单

元。

大学计算机基础教程令<A

(3)网络层

网络层确定报文分组从报源到报宿所经过的路由

(路径)。同时也处理拥挤控制、网络互连、计

费和安全等问题。

(4)传输层

传输层为更高层提供可靠的端对端连接。它的设计

原则是：减少剩余差错率与信号失真率，提高数

据传输速率、吞吐量与传输时延和能传送较大的

网络协议数据单元。

大学计算机基础教程令<A

(5)会话层

低四层提供了基本的可靠的通信服务，但还不能满

足应用设计的目的，因此需要为这些基本的服务

进行增值，这即是会晤层设计的目的。它有助于

解决网络崩溃及其它问题。

(6)表示层

不同的计算机系统具有不同的数据类型与结构。表

示层解决些计算机系统之间的差异问题，使各系

统间能彼此理解对方数据的含义。

大学计算机基础教程令<A

(7)应用层

完全面向用户或应用程序，所完成的是计算机实际

的工作，比如文件传输、电子邮件、仿真终端等,

它使用了表达层提供的服务，这一层的功能最强、

最复杂同时也是最不成熟的一层。

大学计算机基础教程令<A

8.2通讯介质

8.2.1传输速率和带宽

8.2.2数据传输介质

8.2.3无线传输

824网络设备

在通信系统和计算机网络中，数据传输速率和带宽

经常用于表述通信能力。

大学计算机基础教程令<A

1.数据传输速率

计算机网络也叫数字网络，其通信是以二进制进行

的。

数据传输速率是指单位时间内传输的二进制位数：

bps,称为比特率。我们说某个通信设备比特率

为9600bps,则表示该设备每秒钟能传输9600二

进制位，即信息量是1200B,相当于1200个字符。

传输速率的另一种表示方法称为波特率，它与比特

率是两个不同的概念，其定义为每秒钟传送的脉

冲数。波特率一般指的是信号传输。我们能够理

解的是，在“信号》中包含了“信息”，因此通

常认为波特率要大于比特率。

大学计算机基础教程令<A

2.带宽

带宽描述的是信道的传输能力，指一个信道单位时

间传输的数据量。用带宽作为网络通信能力的指

标更为直观。带宽的分类也是模糊的，主要是因

为商业名词和专业术语之间被交叉使用。

大学计算机基础教程令<A

一般认为带宽有三种类型：

语音带宽是标准电话线路的带宽，典型的速率是

9600bps〜56KbpSo

中等带宽是指租用线路的带宽，如中国电信为行业

用户如金融、证券等提供的DDN专线。其速率从

56Kbps〜264Mbps。这是一种商用d匕信道月艮务。

宽带指的是微波、卫星、同轴电缆和光纤信道的带

宽。其速率从264Mbps〜30Gbps。

大学计算机基础教程令<A

8.2.2数据传输介质

传输介质用来传送计算机网络中的数据。常用的传

输介质有：

(1)双绞线(TwistedPair)

(2)同轴电缆(CoaxialCable)

(3)光纤(OpticalFiber)

(4)无线传送

大学计算机基础教程令<A

双绞线

双绞线是现在使用最普遍的传输介质，基本结构由

两条相互绝缘的铜线绞接在一起组成，典型直径

为1mm,两根线绞接是为了防止其电磁感应在邻

近线对中产生干扰信号。

大学计算机基础教程令<A

同轴电缆

同轴电缆如图所示，由内、外两部分导体组成，内

部是单股实心铜芯或成绞形的多股铜芯，外部是

采用编织状屏蔽或箔式屏蔽，内部铜芯与外部屏

蔽之间用塑料绝缘体隔开。常用的同轴电缆有：

电阻是50Q的细缆和电阻是70。的粗缆，典型的

传输速率为10bit/s,传输距离要远于双绞线，具

有很强的抗干扰能力。

屏蔽导体

大学计算机基础教程令<A

I光纤

光纤也称光缆，是由纤芯、包层和保护膜组成。

根据光缆传输形式不同，可将光缆分为单模光缆和

多模光缆，传输距离分别是几十公里和几公里，

多用于点到点的链路上，最大的优点是能避免外

界的电磁或是噪音的干扰，最大限度的降低了衰

减程度，传输性能要高于双绞线和同轴电缆，但

价格较昂贵。

It乙*”护毒

包带

©二_L俄元亶合物

大学计算机基础教程令<A

8.2.3无线传输

传输介质也可以采用技术先进的非直接连接介质如

微波、红外线和卫星等，每一种传输介质都是建

立在不同的电磁辐射基础之上的，微波多用于电

话或通信系统。

大学计算机基础教程令<A

数据通信无线通信有三种：无线电波通信、红外线

传输以及卫星通信。

无线电波通信主要靠电离层的反射实现通信。现在

最普及的无线通信是移动电话（Mobile）。无线

电波的频率在1Mhz〜3GHz之间，使用无线频道

需要国家无线电管理委员会的审批。

大学计算机基础教程令<A

红外线传输使用可见光谱以下的频率范围进行数据

通信。红外传输在发送和接收之间必须有一条无

障碍的路径。红外设备已经是一种常见的设备，

如家用电器的遥控器就是红外设备，它能在一定

距离内控制电视、空调、音响等设备的操作。市

售的大多数便携式计算机中，红外接口曾是标准

配置，能够在便携式计算机之间或和红外接口打

印机等外设实现数据传输。

大学计算机基础教程令<A

微波是一种频率在1GHz以上的电磁波。微波信号

由于频率高，传输受到距离的限制，一般在数公

里之内就需要建站，地球的曲线也影响微波的传

输。现代通信更多地是利用地面接收站和卫星实

现通信。

大学计算机基础教程令<A

8.2.4网络设备

卫星通信也是一种微波通信，只不过微波的中继站

被高空的同步卫星所代替。第一代通信卫星被定

位在36000公里的同步轨道上，和地球之间的传

输时间大约需要0.24秒。通信卫星覆盖范围广，

其跨度为18000km，大约为地球表面三分之一面

积，因此三个通信卫星就可以覆盖地球上的全部

通信区域。最近新的卫星通信技术能够使同步卫

星定位在16000公里的太空，传送时间被缩短。

通信卫星支持多个频段以实现多路传输，每一路

卫星信道的容量约等于10万条话频线路。

大学计算机基础教程令<A

8.2.4网络设备

通信被网桥隔离。网络负载重而导致性能下降时，

用网桥将其它计算机网络系统的硬件主要由计算

机（服务器、工作站）、互连设备（接入、互连）

和传输介质构成。基本接入设备：网卡、调制解

调器、集线器（异形结构设备接转）。基本互连

设备：交换机、中继器（扩展网络传输距离）、

桥接器或路由器、网关等。

大学计算机基础教程令<A

8.2.4网络设备

1,网卡

2.集线器

3.中继器

4.网桥

5.交换机

6.路由器

7.网关

大学计算机基础教程令<A

1网卡

网卡，也叫网络适配器，是连接计算机与网络的硬

件设备。网卡可以插在计算机或服务器扩展槽中,

通过网络线（如双绞线、同轴电缆或光纤）与网

络交换数据、共享资源。如图8・14所示。网卡的

速度描述网卡接收和发送数据的快慢。如今的主

板不仅仅只是集成声卡，网卡也变成主板不可缺

少的一个部分。

大学计算机基础教程令<A

迪

奈

田

腐

宾

越

4

4玲

K

2.集线器

集线器是网络传输媒介的中间节点，具有信号再生

转发功能，是局域网中计算机和服务器的连接设

备，是局域网的星型连接点，每个工作站是用双

绞线连接到集线器上，由集线器对工作站进行集

大学计算机基础教程d<A

3.中继器

中继器用于延伸同型局域网，在物理层连接两个网,

在网络间传递信息，中继器在网络间传递信息起

信号放大、整形和传输作用。当局域网物理距离

超过了允许的范围时，可用中继器将该局域网的

范围进行延伸。很多网络上都限制了工作站之间

加入中继器的数目，例如在以太网中最多使用四

个中继器。

大学计算机基础教程令<A

4.网桥

网桥则是指数据层连接两个局域网络段，网间通信

从网桥传送，网内通信被网桥隔离。网络负载重

而导致性能下降时，用网桥号其分为两个网络段,

可最大限度地缓解网络通信繁忙的程度，提高通

信效率。例如把分布在两层楼上的网络分成每层

一个网络段，用网桥连接。网桥同时起隔离作用,

一个网络段上的故障不会影响另一个网络段，从

而提高了网络的可靠性。

大学计算机基础教程令

5.交换机

交换机是一个基于网桥技术的多端口第二层网络设

备，它为数据帧从一个端口到另一个任意端口的

转发提供了低时延、低开销的通路。交换机可以

把一个网络从逻辑上划分成几个较小的段。交换

机属于OSI模型的数据链路层。它能够解析出

MAC地址信息。从这个意义上讲，交换机与网桥

相似。它相当于多个网桥。

大学计算机基础教程令

6.路由器

路由器用于连接网络层、数据层、物理层执行不同

协议的网络，协议的转换由路由器完成，从而消

除了网络层协议之间的差别。路由器适合于连接

复杂的大型网络。路由器的互连能力强，可以执

行复杂的路由选择算法，处理的信息量比网桥多,

但处理速度比网桥慢。

大学计算机基础教程令<A

7.网关

网关用于连接网络层之上执行不同协议的子网，组

成异构的互连网。网关能实现异构设备之间的通

信，对不同的传输层、会话层、表示层、应用层

协议进行翻译和变换。网关具有对不兼容的高层

协议进行转换的功能。网关通常是安装了协议软

件的计算机。

大学计算机基础教程令

目前主要有三类网关是：协议网关、应用网关和安

全网关。

(1)协议网关。协议网关通常在使用不同协议的

网络区域间做协议转换，使得使用不同协议的网

络可以相连。一般所指的网关设备就是指协议网

关。

大学计算机基础教程令<A

(2)应用网关。应用网关是在使用不同数据格式

间翻译数据的系统。典型的应用网关接收一种格

式的输入，将之翻译，然后以新的格式发送。一

种应用可以有多种应用网关，如E-mail可以以多

种格式实现，提供E-mail的服务器可能需要与各

种格式的邮件服务器交互，实现此功能唯一的方

法是支持多个网关接口。

(3)安全网关。安全网关是各种计算机和网络安

全技术的融合，最典型的应用就是防火墙的网络

安全保护。

大学计算机基础教程令<A

8.3局域网

8.3.1IEEE802

832局域网组网技术

8,3,3WindowsXP局域网连接

834网络操作系统

8,3,5网络应用程序

8・3・6局域网的应用

大学计算机基础教程

按照IEEE的定义，局域网是一个通信系统，它允许

很多彼此独立的计算机在一个小的区域内、以适

当的传输速率直接进行沟通的数据通信网。因此

它的主要特点有：覆盖一个有限的地理区域、网

络各节点间构成平等关系，它是一个广播式网络,

顾名思义，局域网的站点对来自其他站点的信息

是有选择地接收的。

大学计算机基础教程令<A

8.3.1IEEE802

ISO的OSI/RM模型规定了网络的层次，而IEEE802

协议则是制定了一系列的局域网标准和各种局域

网协议。IEEE于1980年2月成立了局域网标准委

员会，简称IEEE802委员会，专门从事局域网的

标准化工作，该委员会为局域网制定了一系列标

准，统称为IEEE802标准。

大学计算机基础教程令<A

832局域网组网技术

决定局域网的主要技术有：传输介质、拓扑结构和

介质访问控制方法。一个局域网由网络硬件和软

件两部分组成，不同的局域网类型使用不同的网

卡和传输介质、不同的访问控制办法。

大学计算机基础教程令<A

传输介质有双绞线和光缆等。不同传输介质的特性

将影响网络数据通信的质量，这些特性包括物理

特性、传输特性、传输距离和抗干扰能力等。

拓扑结构是指网络的连接形式。如前述有总线型、

星型和环型等。介质访问控制是局域网最重要的

一项基本技术，决定和影响局域网的体系结构、

工作过程和网络性能。

大学计算机基础教程令<A

常用的局域网介质访问控制方法主要有三种：载波

监听多路访问/冲突检测技术，适用于总线型、星

型网；

令牌环技术，适用于环型拓扑结构；令牌总线技术,

是一种综合上述两种技术基础上形成的一种介质

访问控制技术，适用于总线型/树型拓扑结构。

根据数据传输方式，局域网主要有以太网、

ARCNET和IBM令牌网，ATM网等。现在局域网

组网中使用最多的就是以太网。

大学计算机基础教程令<A

以太网组网主要采用的技术如下。

拓扑结构为总线型或星型，以星型为主。

传输介质为同轴电缆、双绞线。主要为双绞线。使

用万兆以太网的介质为光缆。

传输速率有10M,100M,1000M和10G,单位bps。

媒体访问控制方法为CSMA/CDo

采用分组交换技术，即把发送的数据封装为一个个

数据包（Packet）进行传送。

一般100M或10M以太网还是属于传统的较小型的局

域网主流，而千兆和万兆以太网则作为大型网

络如校园网或者城域网的主干。

大学计算机基础教程令<A

833WindowsXP局域网连接

WindowsXP的网络功能十分强大，在局域网功能

中也表现非常出色。创建家庭或小型办公网络时,

运行WindowsXPProfessionaKWindowsXP

HomeEdition的计算机I寻连接到局域网。安装

WindowsXP时，将检测网卡，而且还将创建本

地连接。像所有其他连接类型一样，它将出现在

“网络连接”文件夹中。默认情况下，本地连接

始终是激活的。本地连接是唯一自动创建并激活

的连接类型。

大学计算机基础教程令<A

1.安装网卡

关闭计算机，打开机箱，找到一空闲PCI插槽（一般

为较短的白色插槽），插入网卡，上好螺丝。如果

集成网卡，本步可以省略。

大学计算机基础教程令<A

2.连接网线

将网线一头插在网卡接头处,一'头插到交换机或集

线器上。

大学计算机基础教程

3.设置IP地址

用鼠标右键单击“网上邻居”，选择“属性”，进

入“网络和拨号连接"窗口，右键单击“本地连

接力图标，该图标可以在安装设置完网卡后自动

出现，选择“属性”，进入“本地连接属性”窗

口，在这里可以看到连接时选用的网卡和可采用

的协议，选择“Internet协议（TCP/IP）”，单

击“属性”按钮，进入"Internet协议（TCP/IP）

属性”窗口，选择“使用下面的IP地址”，输入

IP地址和相应的子网掩码。

大学计算机基础教程令<A

4.设置网络标识

用鼠标右键单击“我的电脑”，选择“属性”，打

开“系统特性”窗口。选择“网络标识”选项卡,

单击“属性”按钮，打开“标识更改”窗口，输

入计算机名，在“隶属于”一栏中选择“工作组，

按钮，并输入设定的工作组名。需要注意的是，

局域网中的所有计算机必须隶属于同一工作组。

单击“确定“，完成对网络标识的设置。

大学计算机基础教程令<A

5.设置共享资源

系统默认的共享资源有“打印机”和“任务计划”，

其他的共享资源必须由用户设置。打开“我的电

脑”或“资源管理器“，找到要设置成共享资源

的文件夹，用鼠标右键单击相应的图标，选择

“属性”，进入该资源的属性窗口，在“共享”

选项卡，如图8・24所示中选择“共享该文件夹”，

输入共享名，并可通过单击“权限”按钮进入该

资源的权限窗口，进行共享权限设置。权限设置

完成后返回属性窗口，单击“确定”完成设置共

享资源。

大学计算机基础教程令<A

8.3.4网络操作系统

网络操作系统（NOS）是整个局域网中最重要的系

统软件，因为网络的性能及其所提供的服务在很

大程度上取决于所配置的网络操作系统。网络操

作系统可以看作是实现网络通信的有关协议以及

为网络中各类用户提供服务的软件的集合。网络

操作系统除了有处理机管理、存储器管理、文件

管理等基本操作系统功能外，还必须有处理网络

协议、控制网上数据流、维护网络安全并为局域

网用户提供服务等功能。

大学计算机基础教程令<A

目前常见的操作系统如Windows、Unix、Linux都

有支持网络服务的功能。网络操作系统一般都在

网络服务器上安装，一个网络如果使用多个服务

器，就需要为每一个服务器都安装网络操作系统。

大学计算机基础教程令<A

8.3.5网络应用程序

当我们使用网络设备和计算机，加上必要的布线，

就可以构建一个网络。构建简单的网络也许这些

工作是可以自己动手完成的，但一个较大的网络

还是需要专业机构如网络集成公司去实施。我们

知道，“集成”这个词的含义就是把不同的计算

机硬件、设备和需要的系统软件组合成一个所期

望的新的系统。集成一词也被用在软件系统中，

它是指使得不同的软件能够协调起来完成一个任

务。

大学计算机基础教程令<A

建立网络的根本目的就是使用网络，使用网络是通

过运行网络应用程序实现的。一般而言，不同的

工作需要不同的软件。例如需要从网络上的另一

台机器上查看一个共享文件，那么需要网络共享

服务的软件。如果需要发送一封电子邮件，就需

要电子邮件程序。