第1章 計算機網(wǎng)絡基礎知識

教學章節(jié)計算機網(wǎng)絡的產(chǎn)生與發(fā)展

1.2計算機網(wǎng)絡概述

1.1計算機網(wǎng)絡的分類

1.5有線傳輸與無線傳輸1.6計算機網(wǎng)絡的基本組成

1.3計算機網(wǎng)絡的拓撲結構1.4第1章

計算機網(wǎng)絡概論教學引入討論：我們的生活越來越離不開計算機網(wǎng)絡，那么，你在生活中哪些方面會依賴于網(wǎng)絡呢？

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計算機網(wǎng)絡概論1.1計算機網(wǎng)絡概述計算機網(wǎng)絡是計算機技術與通信技術相結合的產(chǎn)物，它的誕生使計算機的體系結構發(fā)生了巨大變化。在當今社會發(fā)展中，計算機網(wǎng)絡起著非常重要的作用，并對人類社會的進步做出了巨大貢獻?，F(xiàn)在，計算機網(wǎng)絡的應用遍布全世界及各個領域，并已成為人們社會生活中不可缺少的重要組成部分。從某種意義上講，計算機網(wǎng)絡的發(fā)展水平不僅反映了一個國家的計算機科學和通信技術的水平，也是衡量其國力及現(xiàn)代化程度的重要標志之一。注意：這里所說的網(wǎng)絡不一定都是指的Internet1.1計算機網(wǎng)絡概述1.1.1計算機網(wǎng)絡的定義到目前為止,計算機網(wǎng)絡并沒有一個確切的定義。其實，可以簡單地描述為：計算機網(wǎng)絡是通過通信線路連接起來的自治的計算機集合。該描述包括了3個方面的含義：①必須有兩臺或兩臺以上、具有獨立功能的計算機系統(tǒng)相互連接起來，以達到共享資源為目的；②計算機互相通信交換信息，必須有一條通道。這條通道的連接是物理的，由物理介質來實現(xiàn)（例如銅線、光纖、微波、衛(wèi)星等）；③計算機系統(tǒng)之間的信息交換，必須要遵守某種約定和規(guī)則。1.1計算機網(wǎng)絡概述1.1.1計算機網(wǎng)絡的定義（比較完整、全面的定義）計算機網(wǎng)絡是把分布在不同地點，并具有獨立功能的多個計算機系統(tǒng)通過通信設備和線路連接起來，在功能完善的網(wǎng)絡軟件和協(xié)議的管理下，以實現(xiàn)網(wǎng)絡中資源共享為目標的系統(tǒng)。1.1計算機網(wǎng)絡概述1.1.2計算機網(wǎng)絡的基本功能1、軟、硬件資源共享2、信息共享3、通信4、負載均衡與分布處理5、系統(tǒng)的安全與可靠性1.1.2計算機網(wǎng)絡的基本功能1、軟、硬件資源共享⑴硬件資源：包括各種類型的計算機、大容量存儲設備、計算機外部設備，如彩色打印機、靜電繪圖儀等。⑵軟件資源：包括各種應用軟件、工具軟件、系統(tǒng)開發(fā)所用的支撐軟件、語言處理程序、數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)等。1.1.2計算機網(wǎng)絡的基本功能2、信息共享信息也是一種資源，當今社會也是“信息社會”互聯(lián)網(wǎng)是信息的海洋，我們經(jīng)常通過搜索引擎查詢信息1.1.2計算機網(wǎng)絡的基本功能3、通信計算機網(wǎng)絡可以傳輸各種類型的信息，包括數(shù)據(jù)信息和圖形、圖像、聲音、視頻流等各種多媒體信息。通信速度也在不斷提高1.1.2計算機網(wǎng)絡的基本功能4、負載均衡與分布處理負載均衡當網(wǎng)絡中某臺計算機的任務負荷太重時，通過網(wǎng)絡和應用程序的控制和管理，將作業(yè)分散到網(wǎng)絡中的其它計算機中，由多臺計算機共同完成。分布處理把要處理的任務分散到各個計算機上運行，而不是集中在一臺大型計算機上。這樣，不僅可以降低軟件設計的復雜性，而且還可以大大提高工作效率和降低成本。1.1.2計算機網(wǎng)絡的基本功能5、系統(tǒng)的安全與可靠性通過網(wǎng)絡中的冗余部件提高可靠性在一個網(wǎng)絡系統(tǒng)中，當一臺計算機出現(xiàn)故障時，可立即由系統(tǒng)中的另一臺計算機來代替其完成所承擔的任務。同樣，當網(wǎng)絡的一條鏈路出了故障時可選擇其它的通信鏈路進行連接。當然沒有絕對的安全1.1.3計算機網(wǎng)絡的基本應用1、在教育、科研中的應用2、在辦公中的應用3、在商業(yè)上的應用4、在通信、娛樂上的應用1.2計算機網(wǎng)絡的產(chǎn)生與發(fā)展1.2.1面向終端的計算機網(wǎng)絡1.2.2計算機通信網(wǎng)絡1.2.3計算機互聯(lián)網(wǎng)絡1.2.4高速互聯(lián)網(wǎng)絡1.2.5計算機網(wǎng)絡的發(fā)展趨勢1.2.1面向終端的計算機網(wǎng)絡第一代計算機網(wǎng)絡是面向終端的早期計算機主機數(shù)量少，價格昂貴，工作運行條件要求高，維護難，只有少數(shù)研究單位和大學擁有計算機系統(tǒng)主機控制整個系統(tǒng)的全部運行功能和通信過程，終端僅提供輸入輸出的功能，完全作為主機的從屬設備。用戶只能近距離使用計算機終端。1.2.1面向終端的計算機網(wǎng)絡面向終端的計算機聯(lián)機系統(tǒng)特點系統(tǒng)的可靠性和性能取決于主機的可靠性和性能，便于維護、管理。數(shù)據(jù)的一致性好。主機通信開銷較大，通信線路利用率低，對主機系統(tǒng)依賴性較大。終端數(shù)量少，且與主機距離近1.2.2計算機通信網(wǎng)絡第二代計算機網(wǎng)絡是以共享資源為目的的計算機通信網(wǎng)絡。網(wǎng)絡中的每個結點都是具有獨立功能的計算機系統(tǒng)計算機通信網(wǎng)絡從邏輯上可分為：通信子網(wǎng)和資源子網(wǎng)1.2.2計算機通信網(wǎng)絡(1)資源子網(wǎng)：是計算機網(wǎng)絡的外層，它由提供資源的主機和請求資源的終端組成。資源子網(wǎng)的任務是負責全網(wǎng)的信息處理。(2)通信子網(wǎng)：是計算機網(wǎng)絡的內(nèi)層，它的主要任務是將各種計算機互連起來完成數(shù)據(jù)傳輸、交換和通信處理。CCPCCPCCPCCPCCP通信子網(wǎng)資源子網(wǎng)主機主機主機主機1.2.3計算機互聯(lián)網(wǎng)絡

網(wǎng)絡體系結構與協(xié)議標準化的研究，廣域網(wǎng)、局域網(wǎng)與公用分組交換網(wǎng)的研究與應用國際標準化組織（InternationalStandardsOrganization,ISO）提出了開放系統(tǒng)的互連參考模型與協(xié)議層次結構、級聯(lián)式的現(xiàn)代計算機網(wǎng)絡1、廣域網(wǎng)的發(fā)展2、局域網(wǎng)的發(fā)展3、網(wǎng)絡互聯(lián)與標準化4、Internet1.2.4高速互聯(lián)網(wǎng)絡進入20世紀90年代,計算機技術、通信技術以及建立在互聯(lián)計算機網(wǎng)絡技術基礎上的計算機網(wǎng)絡技術得到了迅猛的發(fā)展。特別是1993年美國宣布建立國家信息基礎設施（NationalInformationInfrastructure，NII）后，全世界許多國家紛紛制訂和建立本國的NII,從而極大的推動了計算機網(wǎng)絡技術的發(fā)展，使計算機網(wǎng)絡進入一個嶄新的階段，這就是計算機網(wǎng)絡互聯(lián)與高速網(wǎng)絡階段。目前，全球以Internet為核心的高速計算機互聯(lián)網(wǎng)絡已經(jīng)形成，Internet已經(jīng)成人類最重要的、最大的知識寶庫。高速計算機網(wǎng)絡就成為第四代計算機網(wǎng)絡。1.2.5計算機網(wǎng)絡的發(fā)展趨勢

1、三網(wǎng)合一2、光通信技術3、IPv6協(xié)議4、寬帶接入技術5、移動通信系統(tǒng)技術1.3計算機網(wǎng)絡的基本組成

1、計算機系統(tǒng)2、通信線路和通信設備3、網(wǎng)絡協(xié)議4、網(wǎng)絡軟件1.3計算機網(wǎng)絡的基本組成

1、計算機系統(tǒng)兩臺以上具有獨立功能的計算機系統(tǒng)是計算機網(wǎng)絡的第一個要素計算機系統(tǒng)是網(wǎng)絡的基本模塊，是被連接的對象，主要作用是負責數(shù)據(jù)信息的收集、處理、存儲、傳播和提供共享資源（軟、硬件資源）1.3計算機網(wǎng)絡的基本組成

2、通信線路和通信設備通信線路分為有線和無線通信設備指網(wǎng)絡連接設備：如交換機、路由器、調制解調器等。通信線路和通信設備用于建立一條用于傳輸數(shù)據(jù)的物理通道1.3計算機網(wǎng)絡的基本組成

3、網(wǎng)絡協(xié)議協(xié)議是通信雙方必須共同遵守的約定和通信規(guī)則，如TCP/IP、IPX/SPX。網(wǎng)絡協(xié)議規(guī)定數(shù)據(jù)的組織格式、傳輸格式、如何校驗和糾正信息傳輸中的錯誤等。協(xié)議的實現(xiàn)是由軟件和硬件分別或配合完成的，有的協(xié)議是由通信設備來承擔1.3計算機網(wǎng)絡的基本組成

4、網(wǎng)絡軟件網(wǎng)絡系統(tǒng)軟件：包括網(wǎng)絡操作系統(tǒng)、網(wǎng)絡協(xié)議軟件、通信控制軟件、管理軟件等。網(wǎng)絡應用軟件：為某一個應用目的而開發(fā)的軟件1.4計算機網(wǎng)絡的拓撲結構

拓撲結構的含義通常將網(wǎng)絡中的計算機主機、終端和其他通信控制與處理設備抽象為節(jié)點；通信線路抽象為線路，而將節(jié)點和線路連接而成的幾何圖形稱為網(wǎng)絡的拓撲結構。計算機網(wǎng)絡的拓撲結構就是指計算機網(wǎng)絡中的通信線路和結點相互連接的幾何排列方法和模式。網(wǎng)絡拓撲結構可以反映出網(wǎng)絡中各實體之間的結構關系。典型的拓撲結構：總線型、環(huán)型、星型、樹型、網(wǎng)狀與混合型1.4計算機網(wǎng)絡的拓撲結構

1.4.1總線型結構總線型拓撲結構是指所有結點共享一根傳輸總線，所有的站點都通過硬件接口連接在這根傳輸線上。優(yōu)點：結構簡單，價格低廉、安裝使用方便。缺點：故障診斷和隔離比較困難。打印機磁盤工作站工作站工作站工作站終接器終接器服務器1.4計算機網(wǎng)絡的拓撲結構環(huán)型結構的顯著特點是每個節(jié)點用戶都與兩個相鄰節(jié)點用戶相連。優(yōu)點：簡化路徑選擇控制，傳輸延遲固定,實時性強,可靠性高。

缺點：節(jié)點過多時,影響傳輸效率。環(huán)某處斷開會導致整個系統(tǒng)的失效，節(jié)點的加入和撤出過程復雜。工作站工作站工作站服務器工作站工作站

1.4.2環(huán)型結構環(huán)型拓撲結構將所有網(wǎng)絡結點通過點到點通信線路連接成閉合環(huán)路,數(shù)據(jù)將沿一個方向逐站傳送，每個結點的地位和作用相同，且每個結點都能獲得執(zhí)行控制權。1.4計算機網(wǎng)絡的拓撲結構

1.4.3星型拓撲結構

星型拓撲結構是符合令牌協(xié)議的高速局域網(wǎng)絡。它是以中央結點為中心，把若干外圍結點連接起來的幅射式互連結構。優(yōu)點：單點故障不影響全網(wǎng)，結構簡單。增刪節(jié)點及維護管理容易；故障隔離和檢測容易，延遲時間較短。缺點：成本較高，資源利用率低；網(wǎng)絡性能過于依賴中心節(jié)點。工作站工作站工作站工作站服務器集線器1.4計算機網(wǎng)絡的拓撲結構

1.4.4樹型拓撲結構

樹型結構是星型結構和總線型結構的擴展，它由根結點和分支結點所構成。

優(yōu)點：結構比較簡單，成本低。擴充節(jié)點方便靈活。缺點：對根的依賴性大。工作站工作站打印機服務器集線器集線器集線器集線器1.4計算機網(wǎng)絡的拓撲結構

1.4.5網(wǎng)狀拓撲結構

網(wǎng)狀拓撲結構中的所有結點之間的連接是任意的,每個結點至少與其他兩個結點相連。實際存在與使用的廣域網(wǎng)基本上都采用網(wǎng)狀拓撲結構。

工作站工作站工作站路由器工作站路由器路由器路由器優(yōu)點：具有較高的可靠性。某一線路或節(jié)點有故障時，不會影響整個網(wǎng)絡的工作。

缺點：結構復雜，需要路由選擇和流控制功能，網(wǎng)絡控制軟件復雜，硬件成本較高，不易管理和維護。1.5計算機網(wǎng)絡的分類

1.5.1局域網(wǎng)、城域網(wǎng)和廣域網(wǎng)這是按照網(wǎng)絡覆蓋范圍劃分的1.5.2廣播式網(wǎng)絡與點對點網(wǎng)絡這是按照網(wǎng)絡所使用的傳輸技術劃分的1.5計算機網(wǎng)絡的分類

局域網(wǎng)（LocalAreaNetworks，LAN）（1）局域網(wǎng)覆蓋有限的地理范圍，它適用于機關、校園、工廠等有限范圍內(nèi)的計算機、終端與各類信息處理設備聯(lián)網(wǎng)的需求；（2）局域網(wǎng)提供高數(shù)據(jù)傳輸速率（10Mb/s∽10Gb/s）、低誤碼率的高質量數(shù)據(jù)傳輸環(huán)境；（3）局域網(wǎng)一般屬于一個單位所有，易于建立、維護與擴展；1.5計算機網(wǎng)絡的分類

城域網(wǎng)（MetropolitanAreaNetwork，MAN）城域網(wǎng)是局域網(wǎng)的延伸，用于局域網(wǎng)之間的連接,網(wǎng)絡規(guī)模局限在一座城市范圍內(nèi),覆蓋的地理范圍從幾十至幾百公里。1.5計算機網(wǎng)絡的分類

廣域網(wǎng)（WideAreaNetwork，WAN）廣域網(wǎng)又稱遠程網(wǎng)，是指在一個很大地理范圍（從數(shù)百公里到數(shù)千公里，甚至上萬公里）由許多局域網(wǎng)組成的網(wǎng)絡。廣域網(wǎng)是將遠距離的網(wǎng)絡和資源連接起來的任何系統(tǒng)，主要用在一個地區(qū)、行業(yè)甚至在全國范圍內(nèi)組網(wǎng)，達到資源共享的目的。1.5計算機網(wǎng)絡的分類

廣播式網(wǎng)絡廣播式網(wǎng)絡：在網(wǎng)絡中只有一個單一的通信信道，由這個網(wǎng)絡中所有的主機所共享。即多個計算機連接到一條通信線路上的不同分支點上，任意一個結點所發(fā)出的報文分組被其他所有結點接受。發(fā)送的分組中有一個地址域，指明了該分組的目標接受者和源地址。一臺機器收到了一個分組以后，它檢查地址域。如果該分組正是發(fā)送給它的，那么它就處理該分組；如果該分組是發(fā)送給其他機器的，那么就忽略該分組。局域網(wǎng)、無線網(wǎng)和總線型網(wǎng)絡基本上都是廣播式網(wǎng)絡。1.5計算機網(wǎng)絡的分類

點對點網(wǎng)絡由許多相互連接的結點構成，在每對結點之間都有一條