計算機網絡基礎《計算機網絡概論》

1、第1部分計算機網絡概論主要內容計算機網絡基本概念，計算機網絡的發(fā)展，計算機網絡的組成與功能， 計算機網絡分類。教學重點計算機網絡的發(fā)展，資源子網，通信子網。計算機網絡是計算機技術（或信息技術）與通信技術結合的產物。隨著計算機軟件和硬件（特別是微電 子技術的發(fā)展促使芯片價格越來越低）的產生和發(fā)展，在計算機應用的過程中，需要對大量復雜的信息進 行收集、交換、加工、處理和傳輸，為了提高計算機應用效率，提供信息處理的有效手段，充分發(fā)揮計算 機與信息本身的作用，從而引入了通信技術，以便通過通信線路為計算機或終端設備提供收集、交換和傳 輸信息的手段。1.1計算機網絡的形成與發(fā)展計算機網絡從20世紀60年代

2、中期開始發(fā)展至今，已形成從小型的辦公室局域網到全球性大型廣域網 的規(guī)模，對現代人類的生產、經濟、生活等各個方面都產生了巨大的影響。在當今的信息社會中，人們不 斷地依靠計算機網絡來處理個人和工作上的事務，而這種趨勢正在加劇并顯示出計算機和計算機網絡的強 大功能。計算機網絡的形成大致分為四個階段：1.1.1聯機終端網絡階段（第一階段）20世紀60年代以前，計算機主機昂貴，而通信線路和通信設備的價格相對便宜，為了使用戶共享主 機寶貴的資源和進行信息的采集及綜合處理，網絡由此產生了。1、聯機終端控制系統(tǒng)A、單點通信線路：終端用戶直接共享主機資源同回說明：早期計算機功能不強，又十分龐大，主要用于科學計算

3、，為了解決用戶要到機房上機的不便，因此在遠離計 主機終端算機的地方設置了遠程終端，并在計算機上增加了通信控制功能，經線路連接輸送數據進行成批處理，這 樣就產生了具有通信功能的主機一一單終端系統(tǒng)。、多點通信線路：多個終端用戶通過一條通信線路與主機通信說明：主機一一單終端系統(tǒng) 減少了用戶遠程上機的時間，提 高了計算機的應用效率。為了使 更多的用戶使用主機的資源，提 高通信線路的利用率，采用了多個終端通過一條通信線路或多條線路連接主機，各終端用戶分時使用主機 資源。特點:（1）通信與數據處理任務全部由主機完成（2）主機與終端的關系是支配與被支配的關系在聯機終端控制 系統(tǒng)中終端僅僅 是一個I/O設備在

4、聯機終端控制 系統(tǒng)中終端僅僅 是一個I/O設備2、通信控制系統(tǒng)為了提高通信線路的利用率并減輕主機的負擔，將主機的通信處理任務交給專門的設備來處理，這樣 就構成通信控制系統(tǒng)。說明：（1）通信控制處理機（Communication Control Processor， CCP）或稱前端處理機（Front End Processor，FEP）:是指在主機前增加的通信設備，主要任務就是完成全部通信任務（2）主機專門進行數據處理，通信控制處理器完成全部通信任務（3）集中器（Repeater）:負責終端到主機的數據集中、主機到終端的數據分發(fā)3、主要特點與主要代表主要特點：用戶終端分時共享主機資源主要代表：

5、60年代初的美國航空公司與IBM研制的飛機訂票系統(tǒng)（SABRE-I）、1968年投入使用的美國通 用電氣公司的信息服務系統(tǒng)（GE Information Service）1.1.2分組交換網絡階段（或網絡互連階段）20世紀60年代，隨著計算機技術和通信技術的進步，網絡用戶不僅可以通過計算機使用本地計算機 的軟件、硬件與數據資源，也可以通過網絡使用其他計算機的軟件、硬件與數據資源，以達到計算機資源 共享的目的。這時計算機網絡從單處理機聯機終端網絡系統(tǒng)發(fā)展到以多處理機為中心的網絡系統(tǒng)。多主機一一多終端連接方式終端以多處理機為中心的網絡，通過通信線路將多臺主機 連接起來為用戶通過服務。這種網絡的連接

6、頁有兩種連接 形式：終端1）通過通信線路將主機直接連接起來通過通信線路將主機直接連接起來，主機即要承擔數 據處理又要承擔通信工作。2）通過通信線路將CCP、直接連接起來把通信任務從主機分離出來，設置通信控制處理機 CCP，主機間的通信通過CCP的中繼功能間接進行。這樣網絡就可以看成是兩個部分組成的。 通信子網：由CCP組成的傳輸網絡， 即由網絡中的各種通信設備及只用作 信息交換的計算機組成。資源子網：網絡中所有主機構成的網 絡 通信子網為資源子網提供信 息傳輸服務，資源子網上用 戶間的通信是建立在通信子 網的基礎上，兩者缺一不可， 共同組成了統(tǒng)一的資源共享網絡。 分組交換網絡系統(tǒng)以通信子網為中

7、心，主機和終端構成了用戶資源子網。用戶不僅可共享通信子網的資源，而且還可以共享用戶資源子網的硬件和軟件資源。 由圖可見，通信子網位于網絡的內層，資源資源子網位于網絡的外層。ARPANET1967年初，美國國防部高級研究計劃局（ARPA）著手于計算機聯網的課題，同年7月正式公布了研究 計劃，1969年12月，ARPA和十幾個計算機中心一起研制出了 ARPANET網，該網的目的是將若干大學（最 初是4個）、科研機構和公司的多臺計算機連接起來，實現資源共享。ARPANET建立和發(fā)展，促使了 Internet的產生，因此被稱為Internet的前身?！胺纸M交換”的概念最初是由巴蘭（Baran）于196

8、4年8月在美國蘭德（Rand）公司的“論分布式通 信”的研究報告中提出的。1966年6月，ARPA與英國國家物理實驗室NPL的戴維斯（Davis）對上述通過 通信線路將通信控制處理器CCP連接起來所構成的新型網絡進行研究，提出了 “分組”（又稱為包交換） 概念，奠定了現代網絡系統(tǒng)基礎。ARPANET是第一個較為完善地實現分布式資源共享的網絡，為計算機網絡的發(fā)展奠定了根基，是計算 機網絡理論與技術發(fā)展的重要里程碑。它的出現，不僅標志著計算機網絡的誕生，而且使計算機網絡處于 大發(fā)展的階段。ARPANET對計算機網絡的貢獻主要有如下：網絡的構成：資源子網和通信子網用NOS實現資源共享具有完備的路由選

9、擇和流量控制實現了層次結構的網絡協議3、主要特點與主要代表主要特點：以通信子網為中心，采用了分組交換技術主要代表：美國國防部的ARPANET1.1.3 OSI標準網絡階段（第三階段）分組交換技術發(fā)展，硬件價格下降、功能增加，導致計算機特別是微型機的廣泛使用，為了相互傳遞 文件和數據以實現小范圍的資源共享，要求將這些計算機在近距離內連成網絡，局域網從而產生和發(fā)展。局域網的突飛猛進發(fā)展促使網絡產品的開發(fā)，各大公司制定了自己的網絡技術標準，這樣局域網標準 的不統(tǒng)一反而阻礙了局域網的發(fā)展。1977年國際標準化組織ISO制定了 OSI標準（開放系統(tǒng)互聯參考模型 OSI/RM），規(guī)定互聯的計算機系統(tǒng)之間的

10、通信協議應符合OSI標準網絡，即開放系統(tǒng)。主要特點：異類計算機通過通信協議連接成網絡主要代表：局域網LAN1.1.4國際互聯網Internet和高速網絡階段（第四階段）美國國防部的ARPANET網絡成功應用使互聯的計算機數目越來越多，也使人們認識到計算機網絡的重 要性，1986年美國國家科學基金會NSF建立了國家科學基金網NSFNET，從而進一步加速了國際互聯網 Internet的發(fā)展。在Internet中人們通過WWW瀏覽器進行查詢和瀏覽、發(fā)送電子郵件、文件傳輸、網絡 新聞、資源共享等等。在Internet發(fā)展的同時，高速網絡也得到了迅速發(fā)展，主要表現在寬帶綜合業(yè)務數據網B-ISDN、高 速

11、局域網、交換局域網及虛擬網絡VLAN。這個階段的最熱門的話題就是Internet和異步傳輸模式ATM技術。Internet， Intranet與Extranet和電子商務已經成為企業(yè)網研究與應用的熱點。主要特點：利用路由器實現局域網和廣域網間的互連主要代表：國際互聯網Internet、企業(yè)網Intranet和外聯網Extranet注：關于計算機網絡階段的劃分的年代如下：第一階段：20世紀50年代；第二階段：20世紀60年代； 第三階段：20世紀70年代中期；第四階段：20世紀90年代。1.2 計算機網絡的定義與功能1.2.1計算機網絡的定義關于計算機網絡定義有三種觀點：廣義的觀點（定義了計算機

12、通信網絡）、用戶透明性觀點（定義了 計算機分布式系統(tǒng)）和資源共享觀點（比較準確的網絡定義）。計算機網絡：是指“利用通信設備和線路，將分布在地理位置不同的、功能獨立的具有“自治計算機” 連接起來，以功能完善的網絡軟件（網絡通信協議及網絡操作系統(tǒng)等）實現網絡資源共享和信息傳涕的大 系統(tǒng)?！标P于計算機網絡概念應掌握三大要點：網絡的主要目的一一資源共享、地理位置分布不同的具有“自 治的”計算機、聯網的網絡通信協議注：計算機網絡的判斷的關鍵在于判斷計算機是不是獨立的自治計算機，即不存在主從關系，如多媒 體廣播系統(tǒng)就不是計算機網絡，因為教師可以控制學生的計算機；同樣一臺帶有多個遠程終端或遠程打印 機的系統(tǒng)

13、也不是計算機網絡。1.2.2計算機網絡的功能（或目標）資源共享、提高系統(tǒng)的可靠性、分布式網絡數據處理、系統(tǒng)負載均衡、數據交換和通信、節(jié)省投資1.2.3計算機網絡的特點計算機之間數據易于交換各計算機具有相對獨立性建網周期短、見效快用戶使用簡單易于分布處理系統(tǒng)靈活性、適應性強說明：1、計算機網絡的資源共享計算機網絡資源：硬件、軟件、數據（和通信信道）硬件資源共享是指網絡用戶對網絡系統(tǒng)中的各種硬件資源的共享，如主機、外存和I/O設備軟件資源共享是指網絡用戶對網絡系統(tǒng)中的各種軟件資源的共享，如各種應用軟件、工具軟件、語言 處理軟件等數據資源共享是指網絡用戶對網絡系統(tǒng)中的各種數據資源的共享通信信道的共享

14、方式包括固定分配信道（是把一個物理的通信信道劃分出多個邏輯上存在的子信道， 每一對用戶獨占系統(tǒng)固定分配的各自子信道）、隨機分配信道（是把一個物理上的通信信道劃分出子信道， 每對用戶在進行通信時先向系統(tǒng)提出申請，系統(tǒng)將會分配當前空閑的子信道，用戶通信完畢時要釋放即歸 還所占用信道的使用權，從而實現多對用戶共享一條通信信道）和排隊分配信道（將用戶發(fā)出的數據劃分 為一定長度的數據單元，然后送到網絡節(jié)點的排隊緩沖區(qū)隊列中，系統(tǒng)按先來先服務的原則進行通信服務。這樣每對用戶是在一段一段的使用部分通信信道，形成存儲、轉發(fā)的一系列過程）。硬件資源共享的方式是指 A 硬件資源共享的方式是指 A （共享后雙方可以

15、使用對方的資源，還有結果）HHHHA、B、C、D、例2：軟件資源共享的方式是指 D （軟件共享前通常要安裝，共享的目的是為了軟件執(zhí)行結果） 例3：數據資源共享的方式是指 B （數據共享通常是獲取對方的數據資源）2、計算機網絡與分布式計算機系統(tǒng)的區(qū)別分布式計算機系統(tǒng)是計算機網絡發(fā)展的高級階段，它是在分布式計算機操作系統(tǒng)支持下，進行分布式 數據處理和各計算機之間的并行計算工作，也就是說各互連的計算機可以互相協調工作，共同完成一項任 務，一個大型程序可以分布在多個計算機上并行運行。分布式計算機系統(tǒng)是以全局方式管理系統(tǒng)資源，能自動為用戶任務調度網絡資源，根據用戶任務的要 求在系統(tǒng)中選擇最合適的處理器，

16、將用戶所需要的文件自動傳送到該處理器，在處理器完成計算后，再將 結果傳送給用戶。共同點：物理結構上基本相同（分布式系統(tǒng)建立在網絡之上）不同點：兩者在設計思想、結構、工作方式與功能是不同的，即高層軟件上的不同，或者說OS不同。1.3計算機網絡的組成1.3.1計算機網絡的系統(tǒng)組成資源子網：由主機、終端、終端控制器、連網外設、各種軟件資源與信息資源組成計算機網絡系統(tǒng)，通信子網：由通信控制處理機、通信線路與其它通信設備組成1.3.2計算機網絡的軟件網絡協議軟件：實現網絡協議功能，如TCP/IP、IPX/SPX等網絡通信軟件：用于實現網絡中各種設備之間進行通信的軟件網絡操作系統(tǒng)：實現系統(tǒng)資源共享，管理用

17、戶的不同訪問，如NT、NetWare. Unix網絡管理軟件：用來對網絡資源進行管理以及對網絡進行維護網絡應用軟件：網絡用戶在網絡上解決實際問題的軟件網絡軟件最重要特征是如何實現網絡特有的功能，而不是網絡中各個獨立的計算機本身的功能。1.4計算機網絡的分類計算機網絡的分類方法是多種多樣的，最主要的兩種方法是：根據網絡的覆蓋范圍和規(guī)模分類根據網絡所使用的傳輸技術分類1.4.1按網絡的覆蓋范圍劃分1、局域網LAN：幾十米至數公里范圍內計算機通過高速線路相連組成的網絡，其基本組成是：服務器 （LAN核心）、工作站、網絡設備和通信介質2、城域網WAN：幾十公里至數百公里范圍內計算機通過高速線路相連組成

18、的網絡城域網MAN介于廣域網與局域網之間的一種高速網絡。各種城域網建設方案（如使用光纖分布式數據 接口 FDDI）有幾個相同點:傳輸介質采用光纖，交換接點采用基于IP交換的高速路由交換機或ATM交換機， 在體系結構上采用核心交換層、業(yè)務匯聚層與接入層三層模式。說明：局域網與城域網有時難以區(qū)分，區(qū)分的標準仍是地理位置的分布，如組成校園網的各計算機若 分布在一個校園區(qū)內則是局域網；若分布在一個城市內的不同地理位置則是城域網。3、廣域網WAN （遠程網）：數百公里至數千或數萬公里范圍內計算機通過高速線路相連組成的網絡廣域網（遠程網）以下特點：（1）適應大容量與突發(fā)性通信的要求。（2）適應綜合業(yè)務服務

19、的要求。（3）開放的設備接口與規(guī)范化的協議。（4）完善的通信服務與網絡管理。X.25網是一種典型的公用分組交換網，也是早期廣域網中廣泛使用的一種通信子網。1.4.2按網絡的傳輸技術劃分1、廣播式網絡：網絡上所有計算機共享僅有的一條通信信道，接收信道上傳送的分組或數據包，將 自己的地址與分組中的目的地址進行比較，再作相應的處理（處理或丟棄）（分組存儲轉發(fā)方式）。有兩種 方式：單播（單點廣播）和多播（多點廣播）2、點到點網絡：兩臺計算機通過一條物理線路（如：RS232的連接、調制解調器連接）連接成網絡， 數據廣播要考慮如何選擇最佳路徑即路由選擇。分組存儲轉發(fā)與路由選擇是廣播式網絡、點到點網絡的主要

20、區(qū)別1.4.3按網絡的使用范圍劃分1、公用網：由電信部門組建、管理和控制供內部各個單位或部門使用傳輸和交換裝置的網絡。如： 公共電話交換網PSTN、數字數據網DDN、綜合業(yè)務數字網ISDN2、專用網：由租用電信部門的傳輸線路或自己鋪設線路而建立的只允許內部使用的網絡。如：金融、 鐵路、石油的專用網1.4.4按傳輸介質分類1、有線網：指采用雙絞線、同軸電纜以及光纖作為傳輸介質的計算機網絡。2、無線網：指使用電磁波作為傳輸介質的計算機網絡。如：無線電話網、語音廣播網、無線電視網、 微波通信網、衛(wèi)星通信網1.4.5按企業(yè)和公司管理分類1、內聯網（Intranet）：指企業(yè)的內部網，是由企業(yè)內部原有的

21、各種網絡環(huán)境和軟件平臺組成的計算 機網絡。采用TCP/IP通信協議，利用WWW技術以Web模型作為標準平臺2、外聯網（Extranet）：是指擴展連接到與自己相關的其他企業(yè)網的計算機網絡。采用Internet技 術，建立自己的WWW服務器，安裝防火墻將內聯網與Internet隔開以保證企業(yè)內部信息的安全。3、國際互聯網（Internet）：1.4.6按通信速率劃分低速網、中速網和高速網1.4.7按數據交換方式劃分直接交換網、存儲轉發(fā)交換網和混合交換網1.4.8按通信性能劃分資源共享計算機網、分布式計算機網和遠程通信網1.4.9按配置劃分同類網、單服務器網和混合網1.4.10按數據組織方式劃分分

22、布式數據組織網絡系統(tǒng)、集中式數據組織網絡系統(tǒng)1.5計算機網絡的拓撲結構計算機網絡的拓撲結構就是將主機和終端抽象為點，將通信介質抽象為線，形成反映各實體間關系的 點和線組成的結構圖形。1.5.1局域網的拓撲結構Internet的拓撲結構。如果從計算機網絡的構成來看，拓撲結構就是通信子網的拓撲構型。計算機的網絡常用的拓撲結構有五種，它是組建網絡時所要考慮的第一步，換句話說就是建立網絡的 最根本的基礎，在局域網中，最常用的拓撲結構是星型和總線型兩種，而網狀型拓撲結構是廣域網及Internet的拓撲結構。如果從計算機網絡的構成來看，拓撲結構就是通信子網的拓撲構型。1、星型拓撲網絡優(yōu)點：易增加結點、實現數 據安全和優(yōu)先級控制、實現網絡 監(jiān)控（說明結點概念）缺點：對中心結點依賴性 大，中心結點一旦出現故障會導 致整個網絡癱瘓2、總線型拓撲網絡優(yōu)點：結構簡單、成本低， 安裝方便，易實現擴展，某個結 點故障不會影響整個網絡缺點：實時性差，總線上任一點故障會導致整個網絡癱瘓3、環(huán)型拓樸網絡優(yōu)點：數據沿固定方向逐點傳輸（固定的單向流動），網絡結構簡單，傳輸延時確定缺點：環(huán)中結點故障會導致整個網絡癱瘓4、樹型拓撲網絡使用了層次化的結