模塊1認識計算機網絡

1、計算機網絡基礎（第計算機網絡基礎（第2版）版）模塊一模塊一認識計算機網絡認識計算機網絡1任務分解 任務一：什么是計算機網絡 計算機網絡的含義 計算機網絡的組成與結構 計算機網絡的功能 任務二：選擇網絡類型 對等網絡 客戶/服務器網絡2 任務描述： 某實驗室有20臺個人計算機，1臺文件服務器，1臺共享打印機，在文件服務器上安裝了常用軟件并且有這些軟件的備份。如果要求個人計算機能夠使用這些軟件，并且能夠利用打印機，這些設備應該如何連接？ 任務1：什么是計算機網絡31資源共享的觀點“以能夠相互共享資源的方式互聯(lián)起來的自治的計算機系統(tǒng)的集合”。計算機網絡的基本特征： （1）群體性問題，（2）獨立性問題

2、， （3）互聯(lián)性問題，（4）主要目的是資源共享1.1 網絡的含義42廣義的觀點 廣義觀點將計算機網絡定義為“計算機技術與通信技術相結合，實現(xiàn)遠程信息處理從而進一步達到資源共享的系統(tǒng)”。 計算機網絡發(fā)展到“計算機計算機”之間的連接階段，又提出了計算機通信網的定義：“在計算機間以傳輸信息為目的連接起來的計算機系統(tǒng)的集合”。53用戶透明性的觀點 從用戶透明性觀點出發(fā)，定義計算機網絡為“存在著一個能為用戶自動管理資源的網絡操作系統(tǒng)，由它調用完成用戶任務所需要的資源，而整個網絡像一個大的計算機系統(tǒng)一樣對用戶是透明的”。 6 由此我們把計算機網絡定義為：凡將地理位置不同的、具有獨立功能的多個計算機系統(tǒng)通過

3、通信介質和設備連接起來，以功能完善的網絡軟件（網絡協(xié)議、網絡操作系統(tǒng)等）支持實現(xiàn)資源共享的系統(tǒng)，稱為計算機網絡系統(tǒng)。 通信介質可以是有線的，如雙絞線、同軸電纜、光纖等；也可以是無線的，如衛(wèi)星通信、微波、紅外線、激光等。71.2 計算機網絡的組成與結構 計算機網絡由計算機硬件、網絡軟件、通信設備和介質、網絡上有關的信息與資源組成。 計算機網絡三個主要組成部分： 若干個主機，它們分別為用戶提供服務； 一個通信子網，它主要由結點交換機和連接這些結點的通信鏈路所組成； 一系列的協(xié)議。81.2.1 網絡硬件 網絡硬件：是計算機網絡的物質基礎，計算機網絡系統(tǒng)在物理上就是通過連接設備和通信線路將各種硬件連接

4、起來。它由具有獨立工作能力的計算機、網絡設備、傳輸介質等硬件組成。 具有獨立工作能力的計算機 網絡設備9 具有獨立工作能力的計算機 具有獨立工作能力的計算機，是計算機網絡的核心。 根據(jù)用途可以分為網絡服務器和網絡工作站。 網絡設備 計算機網絡設備是構成計算機網絡的一些部件，例如網卡、中繼器、集線器、網橋、交換機、路由器、網關和調制解調器等 網絡傳輸介質 10 網卡 網卡又稱網絡適配器，是計算機與網絡互聯(lián)的接口設備。 它的主要功能在于：產生網絡信號、進行并行數(shù)據(jù)與串行數(shù)據(jù)的轉換、控制數(shù)據(jù)緩存及存取、裝配和拆卸數(shù)據(jù)包等。 11 集線器（HUB） 因為信號在傳輸過程中會有損耗，為了在網絡上遠程傳輸數(shù)

5、據(jù)，使用中繼器（Repeater）將在傳輸介質上傳輸?shù)男盘柗糯蟆?集線器又稱多口中繼器，它的主要功能是用于擴展網絡，將信號轉發(fā)。 12網橋（Bridge） 集線器和中繼器連接的網絡仍然屬于一個網絡，而網橋用來連接兩個同類型的局域網。 所謂同類型是指網絡的操作系統(tǒng)是相同的，與所用的傳輸介質和所采用的拓撲結構無關。 網橋主要用于連接使用相同傳輸介質、通信協(xié)議和尋址方式的計算機網絡。 13 交換機 交換機又叫交換式集線器，是一個多端口的網絡，它能夠接收由任一端口發(fā)來的數(shù)據(jù)幀，暫時存儲，然后再轉發(fā)到另一個端口。 它的基本功能是路徑選擇和數(shù)據(jù)交換，通常由軟件完成路徑選擇，而由硬件連接來實現(xiàn)數(shù)據(jù)交換。 1

6、4 路由器（Router） 路由器是連接多個同類網絡或連接局域網和廣域網的網絡設備。 路由器除了具備網橋的功能外，還具有路由選擇功能。 路由器的主要工作就是為經過本路由器的計算機傳輸報文尋找一條最佳或較好的傳輸路徑，并將報文傳送到目的站點。 15 網關（Gateway） 網關在計算機網絡中主要用來連接不同類型的網絡，為這些不同的網絡間提供相互的協(xié)議變換，并將數(shù)據(jù)按照新的協(xié)議重新分組之后再向下傳送。 網關是一種協(xié)議轉換器，有時也稱為協(xié)議路由器。 常見的網關路由協(xié)議有外部網關協(xié)議EGP，邊界網關協(xié)議BGP，內部網關路由協(xié)議等。16 調制解調器（Modem） 調制解調器一般用于家庭計算機通過電話線聯(lián)

7、網， 主要作用在于通信過程中實現(xiàn)模擬信號和數(shù)字信號的相互轉換。 調制解調器分為內置調制解調器和外置調制解調器兩種。17 傳輸介質是網絡通信所使用的信號線路，分為有線介質和無線介質兩類。有線介質包括同軸電纜、雙絞線和光纖等，現(xiàn)在最常用的是雙絞線和光纖；無線介質有微波、紅外線和激光等 。181.2.2 網絡軟件 網絡軟件主要用于合理地調度、分配、控制網絡系統(tǒng)資源，并采取一系列的保密安全措施，保證系統(tǒng)運行的穩(wěn)定性和可靠性。它包括網絡通信協(xié)議軟件、網絡操作系統(tǒng)和網絡應用軟件等 網絡通信協(xié)議與協(xié)議軟件 網絡通信協(xié)議用于支持計算機與相應的網絡互聯(lián)，并與該網絡上的其他計算機按該協(xié)議進行通信。簡單地說協(xié)議是通

8、信雙方為了進行通信所作的約定和對話規(guī)則。19 網絡通信協(xié)議包括三個方面內容：語義、語法和時序。 語義：各種控制信息的含義、需要完成的動作和做出的響應，即協(xié)議元素的類型。 語法：用戶數(shù)據(jù)與控制信息的結構和格式，即協(xié)議元素的格式。 時序：對事件實現(xiàn)順序的詳細說明。時序包括執(zhí)行順序和速度匹配兩個方面的內容。 通信軟件的主要目的，是使用戶不需要了解很多通信規(guī)程，方便用戶控制的應用程序，同時與多個站點進行通信，并管理和加工大量通信數(shù)據(jù)的輸入和輸出 20 網絡操作系統(tǒng) 網絡操作系統(tǒng)（NOS,Network Operating System）是管理網絡資源的系統(tǒng)軟件，是網絡用戶與計算機網絡之間的接口。 網絡

9、操作系統(tǒng)是計算機網絡系統(tǒng)的核心部分，通過它對各種網絡資源、網絡用戶等進行管理。 網絡操作系統(tǒng)的主要部分存放在服務器上，它的主要功能是服務器管理、通信管理，以及一般多用戶、多任務操作系統(tǒng)所具有的功能。 21一個典型的網絡操作系統(tǒng)應有如下特征： 與硬件獨立：網絡操作系統(tǒng)可以在不同的網絡硬件上運行。 網橋/路由連接：內置有網橋/路由功能，從而能和其他網絡連接。 支持多用戶：支持多個用戶同時使用網絡資源，并能給應用程序及其數(shù)據(jù)文件提供足夠的、標準化的保護。 網絡管理：支持網絡實用程序及其管理功能，如系統(tǒng)備份、安全管理、容錯、性能監(jiān)控等。 安全和存取控制：對用戶資源進行控制，并提供控制用戶對網絡的訪問方

10、法。 具備操作系統(tǒng)的基本功能：如任務管理、緩沖區(qū)管理、文件管理、磁盤和打印機等外部設備的管理。22 網絡應用軟件 網絡應用軟件是構建在網絡操作系統(tǒng)之上的應用程序，它擴展了網絡操作系統(tǒng)的功能，不同的網絡應用軟件，可滿足用戶在不同情況下的需求。如網絡數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)、網絡郵件系統(tǒng)等。231.2.3 計算機網絡的邏輯組成 按照計算機網絡的邏輯功能，可以認為計算機網絡由資源子網與通信子網兩部分組成。 24 資源子網又叫數(shù)據(jù)處理子網，包括網絡中獨立工作的計算機、外圍設備、各種軟件資源。負責處理整個網絡數(shù)據(jù)，并向網絡用戶提供各種網絡資源和網絡服務等。 通信子網又叫數(shù)據(jù)通信子網，也稱數(shù)據(jù)通信提供者。它是網絡中的數(shù)

11、據(jù)通信系統(tǒng)，它由用于信息交換的網絡結點處理機和通信鏈路組成。主要負責通信處理工作，如網絡中的數(shù)據(jù)傳輸、加工、轉發(fā)和變換等。 251.2.4 網絡拓撲結構 網絡中各結點相互聯(lián)接的方法和形式稱為網絡拓撲。 指明了網絡中計算機系統(tǒng)的幾何排列形狀，反映了網絡各部分的結構關系和整體結構，影響著整個網絡的設計、可靠性、功能和通信費用等重要指標，并與傳輸介質、介質訪問控制方法等密切相關。 計算機網絡的拓撲結構有星型、環(huán)型、總線型、樹型、網狀結構等基本形式。26 （1）星型結構 星型結構是由中央結點和通過點到點通信鏈路連接到中央結點的各個站點組成 27星型結構具有以下優(yōu)點： 控制簡單。任何一個站點只和中央結點

12、相連接，因而介質訪問控制方法很簡單，訪問協(xié)議也十分簡單。 故障診斷和隔離容易。中央結點對連續(xù)線路可以逐一地隔離來進行故障檢測和定位，單個連接點故障只影響一個設備。 方便服務。中央結點可以方便地對各個站點提供服務，或者重新配置網絡。星型結構的缺點： 電纜長度和安裝工作量大； 中央結點負擔重，容易成為系統(tǒng)瓶頸； 各個站點的分布處理能力較低。28 （2）環(huán)型結構 環(huán)型結構由站點和連接站點的通信鏈路組成一個閉合環(huán)。任何兩個結點之間都要通過環(huán)路相互通信，點到點通信線路形成閉合環(huán)路。環(huán)中的數(shù)據(jù)逐站傳送，繞環(huán)一周才能實現(xiàn)相互通信。 29 環(huán)型結構優(yōu)點： 電纜長度比星型結構要短； 可以使用光纖； 傳輸延時確定

13、。 環(huán)型結構的缺點： 環(huán)中每個結點的故障會引起全網的故障； 故障檢測困難； 結點的加入和撤出過程復雜。30 （3）總線型結構 總線型結構采用一個共享信道作為傳輸介質，所有站點都通過相應的硬件接口直接連到總線上。任何一個站點發(fā)送的數(shù)據(jù)信號都沿著傳輸介質傳播，而且能被所有站點所接收。 31 總線結構的優(yōu)點： 所需要的電纜數(shù)量少； 總線結構簡單； 易于擴充。 總線結構的缺點： 總線的傳輸距離有限，通信范圍受到限制； 故障診斷和隔離比較困難； 信息延遲不確定，不能適用于實時通信。32 （4）樹型結構 可以認為樹型結構是一種多總線結構，根結點接收各站點發(fā)送的數(shù)據(jù)，然后再廣播發(fā)送到全網。33 樹型結構優(yōu)點

14、： 易于擴展； 故障隔離容易。 樹型結構缺點： 各個結點對根結點的依賴性太大； 若根結點發(fā)生故障，則全網無法正常工作。34 （5）網狀結構 網狀結構網絡中的結點之間的連接是任意的、無規(guī)律的。 在網狀結構中，結點之間可能有多條路徑選擇，因此，其中個別結點發(fā)生故障對整個網絡影響不大。網狀結構的主要優(yōu)點是系統(tǒng)可靠性高，它的缺點是網絡系統(tǒng)結構復雜，一般成本較高。351.3 計算機網絡的功能 1數(shù)據(jù)通信 數(shù)據(jù)通信即數(shù)據(jù)傳送，是計算機網絡的最基本功能之一。從通信角度看，計算機網絡其實是一種計算機通信系統(tǒng)。作為計算機通信系統(tǒng)，能實現(xiàn)下列重要功能： （1）傳輸文件 網絡能快速地在計算機與計算機之間進行文件復制

15、和傳送。 （2）使用電子郵件（E-mail） 用戶可以將計算機網絡作為郵局，向網絡上的其他計算機用戶發(fā)送備忘錄、報告和報表等。雖然在辦公室使用電話是非常方便的，但E-mail可以向不在辦公室的人傳送消息，而且還提供了一種無紙辦公的環(huán)境。36 2資源共享 資源共享包括硬件、軟件和數(shù)據(jù)資源的共享，它是計算機網絡最有吸引力的功能。資源共享是指網上用戶能夠部分或全部地使用計算機網絡資源，使計算機網絡中的資源互通有無、分工協(xié)作，從而大大地提高各種硬件、軟件和數(shù)據(jù)資源的利用率。 3提高計算機系統(tǒng)可靠性和可用性 計算機系統(tǒng)可靠性的提高主要表現(xiàn)在，計算機網絡中每臺計算機都可以依賴計算機網絡相互作為后備機，一旦

16、某臺計算機出現(xiàn)故障，其他的計算機可以馬上承擔起原先由該故障機所擔負的任務，避免了系統(tǒng)的癱瘓，使得計算機的可靠性得到了大大的提高。37 4易于進行分布處理 在計算機網絡中，每個用戶可根據(jù)情況合理選擇計算機網內的資源，以就近的原則快速地處理。對于較大型的綜合問題，通過一定的算法將任務分交給不同的計算機，從而達到均衡網絡資源，實現(xiàn)分布處理的目的。此外，利用網絡技術，能將多臺計算機連成具有高性能的計算機系統(tǒng)，以并行的方式共同來處理一個復雜的問題，這就是當今稱之為協(xié)同式計算機的一種網絡計算模式。38完成任務1 通過學習前面的知識，完成任務1.1就是水到渠成的事情了。任務1.1要求將實驗室中的20臺個人計

17、算機，1臺文件服務器，1臺共享打印機，組成計算機網絡的形式，實現(xiàn)資源共享。我們用最簡單的星型結構方式，用一個24口的集線器將所提供的設備連接起來，構建一個星型網絡。39任務2：選擇網絡類型選擇網絡類型 任務描述任務描述：某部門有5臺PC機，其中1臺性能較高，在不關心安全性的情況下，采用什么樣的網絡使得各計算機能夠互相通信，并能夠使用性能較高計算機的資源？每臺機器各自的角色是什么？402.1 對等網絡所謂對等網絡（簡稱對等網），即網絡中各臺計算機都有相同的功能，無主從之分，網絡中任意一臺計算機既可以作為網絡服務器，為其他計算機提供資源；也可以作為工作站，以分享其他服務器的資源。任一臺計算機均可同

18、時兼作服務器和工作站，也可只作其中之一。對等網的主要特點如下： 網絡用戶較少，一般在20臺計算機以內，適合人員少、網絡應用較多的中小企業(yè)； 網絡用戶都處于同一區(qū)域中； 對于網絡來說，網絡安全不是最重要的問題。它的主要優(yōu)點有：網絡成本低、網絡配置和維護簡單。主要缺點有：網絡性能較低、數(shù)據(jù)保密性差、文件治理分散、計算機資源占用大。41 1兩臺機的對等網，這種對等網的組建方式比較多。 在傳輸介質方面既可以采用雙絞線，也可以使用同軸電纜，還可采用串行、并行電纜； 所需網絡設備只需相應的網線（或電纜）和網卡。 假如采用串行、并行電纜還可省去網卡的投資，直接用串行、并行電纜連接兩臺計算機即可，顯然這是一種最廉價的對等網組建方式。 采用串行、并行電纜連接的網絡的傳輸速率非常低，并且串行、并行電纜制作比較麻煩，在網卡如此便宜的今天，這種對等網連接方式比較少用。422三臺機的對等網 假如網絡所連接的計算機不是兩臺，而是三臺，則此時就不能采用串行、并行電纜連接了，而必須采用雙絞線或同軸電纜作為傳輸介質，而且網卡是不能少的。 假如是采用雙絞線作為傳輸介質，根據(jù)網絡結構的不同又可有兩種方式：一種是采用雙網卡網橋方式，就是在其中一臺計算機上安裝兩塊網卡，另外兩臺計算機各