第1章 計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)知識(shí)

教學(xué)章節(jié)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的產(chǎn)生與發(fā)展

1.2計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)概述

1.1計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的分類

1.5有線傳輸與無線傳輸1.6計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的基本組成

1.3計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)1.4第1章

計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)概論教學(xué)引入討論：我們的生活越來越離不開計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)，那么，你在生活中哪些方面會(huì)依賴于網(wǎng)絡(luò)呢？

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計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)概論1.1計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)概述計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)是計(jì)算機(jī)技術(shù)與通信技術(shù)相結(jié)合的產(chǎn)物，它的誕生使計(jì)算機(jī)的體系結(jié)構(gòu)發(fā)生了巨大變化。在當(dāng)今社會(huì)發(fā)展中，計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)起著非常重要的作用，并對(duì)人類社會(huì)的進(jìn)步做出了巨大貢獻(xiàn)?，F(xiàn)在，計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用遍布全世界及各個(gè)領(lǐng)域，并已成為人們社會(huì)生活中不可缺少的重要組成部分。從某種意義上講，計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展水平不僅反映了一個(gè)國(guó)家的計(jì)算機(jī)科學(xué)和通信技術(shù)的水平，也是衡量其國(guó)力及現(xiàn)代化程度的重要標(biāo)志之一。注意：這里所說的網(wǎng)絡(luò)不一定都是指的Internet1.1計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)概述1.1.1計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的定義到目前為止,計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)并沒有一個(gè)確切的定義。其實(shí)，可以簡(jiǎn)單地描述為：計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)是通過通信線路連接起來的自治的計(jì)算機(jī)集合。該描述包括了3個(gè)方面的含義：①必須有兩臺(tái)或兩臺(tái)以上、具有獨(dú)立功能的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)相互連接起來，以達(dá)到共享資源為目的；②計(jì)算機(jī)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(zhì)來實(shí)現(xiàn)（例如銅線、光纖、微波、衛(wèi)星等）；③計(jì)算機(jī)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(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)概述1.1.1計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的定義（比較完整、全面的定義）計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)是把分布在不同地點(diǎn)，并具有獨(dú)立功能的多個(gè)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)通過通信設(shè)備和線路連接起來，在功能完善的網(wǎng)絡(luò)軟件和協(xié)議的管理下，以實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)中資源共享為目標(biāo)的系統(tǒng)。1.1計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)概述1.1.2計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的基本功能1、軟、硬件資源共享2、信息共享3、通信4、負(fù)載均衡與分布處理5、系統(tǒng)的安全與可靠性1.1.2計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)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(jì)算機(jī)、大容量存儲(chǔ)設(shè)備、計(jì)算機(jī)外部設(shè)備，如彩色打印機(jī)、靜電繪圖儀等。⑵軟件資源：包括各種應(yīng)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(kù)管理系統(tǒng)等。1.1.2計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的基本功能2、信息共享信息也是一種資源，當(dāng)今社會(huì)也是“信息社會(huì)”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(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的基本功能3、通信計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)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(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的基本功能4、負(fù)載均衡與分布處理負(fù)載均衡當(dāng)網(wǎng)絡(luò)中某臺(tái)計(jì)算機(jī)的任務(wù)負(fù)荷太重時(shí)，通過網(wǎng)絡(luò)和應(yīng)用程序的控制和管理，將作業(yè)分散到網(wǎng)絡(luò)中的其它計(jì)算機(jī)中，由多臺(tái)計(jì)算機(jī)共同完成。分布處理把要處理的任務(wù)分散到各個(gè)計(jì)算機(jī)上運(yùn)行，而不是集中在一臺(tái)大型計(jì)算機(jī)上。這樣，不僅可以降低軟件設(shè)計(jì)的復(fù)雜性，而且還可以大大提高工作效率和降低成本。1.1.2計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的基本功能5、系統(tǒng)的安全與可靠性通過網(wǎng)絡(luò)中的冗余部件提高可靠性在一個(gè)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)中，當(dāng)一臺(tái)計(jì)算機(jī)出現(xiàn)故障時(shí)，可立即由系統(tǒng)中的另一臺(tái)計(jì)算機(jī)來代替其完成所承擔(dān)的任務(wù)。同樣，當(dāng)網(wǎng)絡(luò)的一條鏈路出了故障時(shí)可選擇其它的通信鏈路進(jìn)行連接。當(dāng)然沒有絕對(duì)的安全1.1.3計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的基本應(yīng)用1、在教育、科研中的應(yīng)用2、在辦公中的應(yīng)用3、在商業(yè)上的應(yīng)用4、在通信、娛樂上的應(yīng)用1.2計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的產(chǎn)生與發(fā)展1.2.1面向終端的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)1.2.2計(jì)算機(jī)通信網(wǎng)絡(luò)1.2.3計(jì)算機(jī)互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)1.2.4高速互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)1.2.5計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展趨勢(shì)1.2.1面向終端的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)第一代計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)是面向終端的早期計(jì)算機(jī)主機(jī)數(shù)量少，價(jià)格昂貴，工作運(yùn)行條件要求高，維護(hù)難，只有少數(shù)研究單位和大學(xué)擁有計(jì)算機(jī)系統(tǒng)主機(jī)控制整個(gè)系統(tǒng)的全部運(yùn)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(jī)的從屬設(shè)備。用戶只能近距離使用計(jì)算機(jī)終端。1.2.1面向終端的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)面向終端的計(jì)算機(jī)聯(lián)機(jī)系統(tǒng)特點(diǎn)系統(tǒng)的可靠性和性能取決于主機(jī)的可靠性和性能，便于維護(hù)、管理。數(shù)據(jù)的一致性好。主機(jī)通信開銷較大，通信線路利用率低，對(duì)主機(jī)系統(tǒng)依賴性較大。終端數(shù)量少，且與主機(jī)距離近1.2.2計(jì)算機(jī)通信網(wǎng)絡(luò)第二代計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)是以共享資源為目的的計(jì)算機(jī)通信網(wǎng)絡(luò)。網(wǎng)絡(luò)中的每個(gè)結(jié)點(diǎn)都是具有獨(dú)立功能的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)計(jì)算機(jī)通信網(wǎng)絡(luò)從邏輯上可分為：通信子網(wǎng)和資源子網(wǎng)1.2.2計(jì)算機(jī)通信網(wǎng)絡(luò)(1)資源子網(wǎng)：是計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的外層，它由提供資源的主機(jī)和請(qǐng)求資源的終端組成。資源子網(wǎng)的任務(wù)是負(fù)責(zé)全網(wǎng)的信息處理。(2)通信子網(wǎng)：是計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的內(nèi)層，它的主要任務(wù)是將各種計(jì)算機(jī)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(jī)主機(jī)主機(jī)主機(jī)1.2.3計(jì)算機(jī)互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)

網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)與協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)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(yīng)用國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)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(jié)構(gòu)、級(jí)聯(lián)式的現(xiàn)代計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)1、廣域網(wǎng)的發(fā)展2、局域網(wǎng)的發(fā)展3、網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)與標(biāo)準(zhǔn)化4、Internet1.2.4高速互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)入20世紀(jì)90年代,計(jì)算機(jī)技術(shù)、通信技術(shù)以及建立在互聯(lián)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)基礎(chǔ)上的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)得到了迅猛的發(fā)展。特別是1993年美國(guó)宣布建立國(guó)家信息基礎(chǔ)設(shè)施（NationalInformationInfrastructure，NII）后，全世界許多國(guó)家紛紛制訂和建立本國(guó)的NII,從而極大的推動(dòng)了計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展，使計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)入一個(gè)嶄新的階段，這就是計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)與高速網(wǎng)絡(luò)階段。目前，全球以Internet為核心的高速計(jì)算機(jī)互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)已經(jīng)形成，Internet已經(jīng)成人類最重要的、最大的知識(shí)寶庫(kù)。高速計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)就成為第四代計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)。1.2.5計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展趨勢(shì)

1、三網(wǎng)合一2、光通信技術(shù)3、IPv6協(xié)議4、寬帶接入技術(shù)5、移動(dòng)通信系統(tǒng)技術(shù)1.3計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的基本組成

1、計(jì)算機(jī)系統(tǒng)2、通信線路和通信設(shè)備3、網(wǎng)絡(luò)協(xié)議4、網(wǎng)絡(luò)軟件1.3計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的基本組成

1、計(jì)算機(jī)系統(tǒng)兩臺(tái)以上具有獨(dú)立功能的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)是計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的第一個(gè)要素計(jì)算機(jī)系統(tǒng)是網(wǎng)絡(luò)的基本模塊，是被連接的對(duì)象，主要作用是負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)信息的收集、處理、存儲(chǔ)、傳播和提供共享資源（軟、硬件資源）1.3計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的基本組成

2、通信線路和通信設(shè)備通信線路分為有線和無線通信設(shè)備指網(wǎng)絡(luò)連接設(shè)備：如交換機(jī)、路由器、調(diào)制解調(diào)器等。通信線路和通信設(shè)備用于建立一條用于傳輸數(shù)據(jù)的物理通道1.3計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的基本組成

3、網(wǎng)絡(luò)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(luò)協(xié)議規(guī)定數(shù)據(jù)的組織格式、傳輸格式、如何校驗(yàn)和糾正信息傳輸中的錯(cuò)誤等。協(xié)議的實(shí)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(shè)備來承擔(dān)1.3計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的基本組成

4、網(wǎng)絡(luò)軟件網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)軟件：包括網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)、網(wǎng)絡(luò)協(xié)議軟件、通信控制軟件、管理軟件等。網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用軟件：為某一個(gè)應(yīng)用目的而開發(fā)的軟件1.4計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)

拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的含義通常將網(wǎng)絡(luò)中的計(jì)算機(jī)主機(jī)、終端和其他通信控制與處理設(shè)備抽象為節(jié)點(diǎn)；通信線路抽象為線路，而將節(jié)點(diǎn)和線路連接而成的幾何圖形稱為網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)就是指計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)中的通信線路和結(jié)點(diǎn)相互連接的幾何排列方法和模式。網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)可以反映出網(wǎng)絡(luò)中各實(shí)體之間的結(jié)構(gòu)關(guān)系。典型的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)：總線型、環(huán)型、星型、樹型、網(wǎng)狀與混合型1.4計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)

1.4.1總線型結(jié)構(gòu)總線型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)是指所有結(jié)點(diǎn)共享一根傳輸總線，所有的站點(diǎn)都通過硬件接口連接在這根傳輸線上。優(yōu)點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，價(jià)格低廉、安裝使用方便。缺點(diǎn)：故障診斷和隔離比較困難。打印機(jī)磁盤工作站工作站工作站工作站終接器終接器服務(wù)器1.4計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)環(huán)型結(jié)構(gòu)的顯著特點(diǎn)是每個(gè)節(jié)點(diǎn)用戶都與兩個(gè)相鄰節(jié)點(diǎn)用戶相連。優(yōu)點(diǎn)：簡(jiǎn)化路徑選擇控制，傳輸延遲固定,實(shí)時(shí)性強(qiáng),可靠性高。

缺點(diǎn)：節(jié)點(diǎn)過多時(shí),影響傳輸效率。環(huán)某處斷開會(huì)導(dǎo)致整個(gè)系統(tǒng)的失效，節(jié)點(diǎn)的加入和撤出過程復(fù)雜。工作站工作站工作站服務(wù)器工作站工作站

1.4.2環(huán)型結(jié)構(gòu)環(huán)型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)將所有網(wǎng)絡(luò)結(jié)點(diǎn)通過點(diǎn)到點(diǎn)通信線路連接成閉合環(huán)路,數(shù)據(jù)將沿一個(gè)方向逐站傳送，每個(gè)結(jié)點(diǎn)的地位和作用相同，且每個(gè)結(jié)點(diǎn)都能獲得執(zhí)行控制權(quán)。1.4計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)

1.4.3星型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)

星型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)是符合令牌協(xié)議的高速局域網(wǎng)絡(luò)。它是以中央結(jié)點(diǎn)為中心，把若干外圍結(jié)點(diǎn)連接起來的幅射式互連結(jié)構(gòu)。優(yōu)點(diǎn)：?jiǎn)吸c(diǎn)故障不影響全網(wǎng)，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單。增刪節(jié)點(diǎn)及維護(hù)管理容易；故障隔離和檢測(cè)容易，延遲時(shí)間較短。缺點(diǎn)：成本較高，資源利用率低；網(wǎng)絡(luò)性能過于依賴中心節(jié)點(diǎn)。工作站工作站工作站工作站服務(wù)器集線器1.4計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)

1.4.4樹型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)

樹型結(jié)構(gòu)是星型結(jié)構(gòu)和總線型結(jié)構(gòu)的擴(kuò)展，它由根結(jié)點(diǎn)和分支結(jié)點(diǎn)所構(gòu)成。

優(yōu)點(diǎn)：結(jié)構(gòu)比較簡(jiǎn)單，成本低。擴(kuò)充節(jié)點(diǎn)方便靈活。缺點(diǎn)：對(duì)根的依賴性大。工作站工作站打印機(jī)服務(wù)器集線器集線器集線器集線器1.4計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)

1.4.5網(wǎng)狀拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)

網(wǎng)狀拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)中的所有結(jié)點(diǎn)之間的連接是任意的,每個(gè)結(jié)點(diǎn)至少與其他兩個(gè)結(jié)點(diǎn)相連。實(shí)際存在與使用的廣域網(wǎng)基本上都采用網(wǎng)狀拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。

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(diǎn)：具有較高的可靠性。某一線路或節(jié)點(diǎn)有故障時(shí)，不會(huì)影響整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的工作。

缺點(diǎn)：結(jié)構(gòu)復(fù)雜，需要路由選擇和流控制功能，網(wǎng)絡(luò)控制軟件復(fù)雜，硬件成本較高，不易管理和維護(hù)。1.5計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)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(luò)覆蓋范圍劃分的1.5.2廣播式網(wǎng)絡(luò)與點(diǎn)對(duì)點(diǎn)網(wǎng)絡(luò)這是按照網(wǎng)絡(luò)所使用的傳輸技術(shù)劃分的1.5計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)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(jī)關(guān)、校園、工廠等有限范圍內(nèi)的計(jì)算機(jī)、終端與各類信息處理設(shè)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(zhì)量數(shù)據(jù)傳輸環(huán)境；（3）局域網(wǎng)一般屬于一個(gè)單位所有，易于建立、維護(hù)與擴(kuò)展；1.5計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)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(luò)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(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的分類

廣域網(wǎng)（WideAreaNetwork，WAN）廣域網(wǎng)又稱遠(yuǎn)程網(wǎng)，是指在一個(gè)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(luò)。廣域網(wǎng)是將遠(yuǎn)距離的網(wǎng)絡(luò)和資源連接起來的任何系統(tǒng)，主要用在一個(gè)地區(qū)、行業(yè)甚至在全國(guó)范圍內(nèi)組網(wǎng)，達(dá)到資源共享的目的。1.5計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的分類

廣播式網(wǎng)絡(luò)廣播式網(wǎng)絡(luò)：在網(wǎng)絡(luò)中只有一個(gè)單一的通信信道，由這個(gè)網(wǎng)絡(luò)中所有的主機(jī)所共享。即多個(gè)計(jì)算機(jī)連接到一條通信線路上的不同分支點(diǎn)上，任意一個(gè)結(jié)點(diǎn)所發(fā)出的報(bào)文分組被其他所有結(jié)點(diǎn)接受。發(fā)送的分組中有一個(gè)地址域，指明了該分組的目標(biāo)接受者和源地址。一臺(tái)機(jī)器收到了一個(gè)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(jī)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(luò)基本上都是廣播式網(wǎng)絡(luò)。1.5計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的分類

點(diǎn)對(duì)點(diǎn)網(wǎng)絡(luò)由許多相互連接的結(jié)點(diǎn)構(gòu)成，在每對(duì)結(jié)點(diǎn)之間都有一條