第1讲计算机网络基础

计算机网络第1讲绪论1计算机网络概述2计算机网络的分类1计算机网络概述什么是计算机网络计算机网络能做什么计算机网络的主要功能什么是计算机网络计算机网络是利用通信线路将具有独立功能的地理上分散的计算机连接起来而形成的计算机集合。计算机间可以借助通信线路传递信息，共享软件、硬件和数据等资源。计算机互连必须遵循约定的通信（网络）协议，由网络设备、通信链路及网络软件实现。什么是计算机网络计算机网络能做什么数据传输资源共享硬件资源软件资源数据资源分布式数据库和分布式数据处理计算机网络的主要功能网络通信、资源管理、网络服务、网络管理、交互式操作最基本的功能是在传输的源计算机和目标计算机之间，实现无差错的数据传输。1.1计算机网络的产生和发展面向终端的计算机通信网络20世纪50年代，美国的半自动地面防空系统主从式结构分组交换网络20世纪60年代末，美国国防部高级研究计划局首创的ARPA网，Internet的前身OSI的确定到Internet国际标准化组织ISO公布的开放式系统互联参考模型OSI／RM分布式计算１９８９年欧洲粒子实验室开发出万维网（）以单个计算机为中心的远程联机系统；首次实现了计算机技术与通信技术的结合。是20世纪60年代美苏冷战时期的产物。60年代初，美国国防部领导的远景研究规划局ARPA(AdvancedResearchProjectAgency)提出要研制一种生存性(survivability)很强的网络。传统的电路交换(circuitswitching)的电信网有一个缺点：正在通信的电路中有一个交换机或有一条链路被炸毁，则整个通信电路就要中断。如要改用其他迂回电路，必须重新拨号建立连接。这将要延误一些时间。计算机网络产生的背景ARPANET的成功使计算机网络的概念发生根本变化早期的面向终端的计算机网络是以单个主机为中心的星形网各终端通过通信线路共享昂贵的中心主机的硬件和软件资源。分组交换网则是以网络为中心，主机都处在网络的外围。用户通过分组交换网可共享连接在网络上的许多硬件和各种丰富的软件资源。报文分组交换的原理（一）在发送端，先把较长的报文划分成较短的、固定长度的数据段。1101000110101010110101011100010011010010假定这个报文较长不便于传输数据数据数据报文分组交换的原理（二）每一个数据段前面添加上首部构成分组。首部首部首部分组1分组2分组3请注意：现在左边是“前面”分组交换的原理（四）接收端收到分组后剥去首部还原成报文。数据首部分组1数据首部分组2数据首部分组3收到的数据数据数据数据分组交换的原理（五）最后，在接收端把收到的数据恢复成为原来的报文。这里我们假定分组在传输过程中没有出现差错，在转发时也没有被丢弃。报文1101000110101010110101011100010011010010分组交换的原理（三）分组交换网以“分组”作为数据传输单元。依次把各分组发送到接收端（假定接收端在左边）数据首部分组1数据首部分组2数据首部分组3从主机为中心到以网络为中心主机终端以主机为中心以分组交换网为中心主机分组交换网第一个分组交换网ARPANET最初只是一个单个的分组交换网。ARPA研究多种网络互连的技术。1983年TCP/IP协议成为标准协议。同年，ARPANET分解成两个网络：ARPANET——进行实验研究用的科研网MILNET——军用计算机网络1983~1984年，形成了因特网Internet。1990年ARPANET正式宣布关闭。因特网(Internet)的发展进入20世纪90年代以后，以因特网为代表的计算机网络得到了飞速的发展。已从最初的教育科研网络逐步发展成为商业网络。已成为仅次于全球电话网的世界第二大网络。因特网的意义因特网是自印刷术以来人类通信方面最大的变革。现在人们的生活、工作、学习和交往都已离不开因特网。三级结构的因特网各网络之间需要使用路由器来连接。有时在结构图中可不画出路由器。校园网校园网校园网校园网校园网校园网国家主干网地区网地区网地区网路由器三级结构的因特网主机到主机的通信可能要经过多种网络。校园网校园网校园网校园网校园网校园网国家主干网地区网地区网地区网从1993年开始，由美国政府资助的NSFNET逐渐被若干个商用的ISP网络所代替。1994年开始创建了4个网络接入点NAP(NetworkAccessPoint)，分别由4个电信公司经营。NAP就是用来交换因特网上流量的结点。在NAP中安装有性能很好的交换设施。到本世纪初，美国的NAP的数量已达到十几个。从1994年到现在，因特网逐渐演变成多级结构网络。三级结构的因特网多级结构的因特网大公司地区ISP网络接入点NAP（对等点）公司校园网主干服务提供者校园网校园网校园网校园网本地ISP地区ISP地区ISP地区ISP本地ISP本地ISP大公司大公司网络接入点NAP（对等点）主机到主机的通信可能经过多种ISP。今日的多级结构的因特网大致上可将因特网分为以下五个接入级网络接入点NAP国家主干网（主干ISP）地区ISP本地ISP校园网、企业网或PC机上网用户1.2计算机网络的定义计算机网络=计算机子网+通信子网通信子网负责整个网络的纯粹通信部分计算机子网是各种网络资源的集合网络节点网络中由传输介质链路连接在一起的设备通信信道链路资源子网组成：服务器，客户计算机通信子网通信线路(或称通道)网络互连设备(路由器、交换机、网桥、中继器、网卡、HUB等)相关软件（网络操作系统、网络协议等）1.2计算机网络的定义1.2计算机网络的定义计算机网络与分布式系统相同：由多个互联的自治计算机系统构成的集合；具有通信和资源共享的功能；不同：分布式系统：整个系统中的计算机对用户是透明的，强调计算机在协调下自治工作；计算机网络：每台计算机对用户是完全可见的，以资源共享为主要目的；两者的区别主要在软件而不是硬件。1.3计算机网络的组成计算机网络的硬件组成服务器客户机网卡通信介质通信处理设备调制解调器中继器和集线器网桥交换机路由器网关计算机网络中向其他计算机或网络设备提供服务的计算机：文件服务器、打印服务器、应用系统服务器和通信服务器等并行数据和串行信号的转换;数据帧的拆装;网络访问控制;数据缓冲有线传输介质和无线传输介质计算机网络中享受其他计算机提供服务的计算机计算机网络的软件组成网络操作系统网络应用服务系统1.3计算机网络的组成网络操作系统(NOS)是使网络上各计算机更有效地共享资源，为用户提供各种网络服务的软件和相关规程的集合。网络操作系统的功能网络通信共享资源管理网络管理1.3计算机网络的组成网络服务互操作提供网络接口2计算机网络的分类几种不同的分类方法按网络的拓扑结构分类按地理位置分类按计算机和设备在网络中的地位其他分类2.1按网络的拓扑结构分类所谓拓扑结构就是指网络中通信线路和站点（计算机或设备）的几何排列形式。网络的拓扑结构主要有总线型、环型、星型和网状结构。2.1.1总线拓扑结构所有节点都连到一条主干电缆上优点：安装简单方便，成本低，铺设电线最短缺点：故障诊断困难，总线故障会引起整个网络瘫痪，增加新节点难，监控难2.1.1总线拓扑结构2.1.2环型拓扑结构各节点形成闭合的环，可实现任意两点间通信优点：容易安装和监控缺点：容量有限，环中任意一处故障都会造成网络瘫痪，增加新节点难一般采用令牌来控制数据的传输单环和双环两种结构2.1.2环型拓扑结构2.1.3星型拓扑结构各站点通过点到点的链路与中心站相连优点：结构简单、建网易，故障诊断易，增加新节点易，监控易缺点：太依赖中心节点，可靠性低常见的星型物理拓扑的网络有100BaseT以太网、令牌环网和ATM网等。2.1.3星型拓扑结构2.1.4树型拓扑结构总线型和星型的综合2.1.4网状拓扑结构以上各种拓扑结构为基础的综合应用2.2按地理位置分类局域网LAN辐射的地理范围从几十米至数公里城域网MAN辐射的地理范围从几十公里到数百公里广域网WAN辐射的地理范围从数百公里至数千公里，甚至上万公里三种网络类型的比较网络类型范围传输速度成本局域网4km内，同一栋建筑物内快便宜城域网4~20km，同一城市内中等昂贵广域网20km以上，可跨越国家慢昂贵广域网、城域网、接入网以及局域网的关系城域网城域网接入网接入网接入网接入网接入网接入网广域网局域网局域网校园网企业网……2.3按在网络中的地位分类基于服务器的网络客户机/服务器（C/S）模式。工作特点：文件从服务器被下载到工作站上，然后在工作站上进行处理。浏览器/服务器（B/S）模式。主要特点：与软硬件平台无关性，把应用逻辑和业务处理规则放在服务器一侧。对等网络或称为对等式的网络（PeertoPeer）。特点：灵活方便，但较难实现集中管理和控制，安全性低。2.4其他分类按传输介质分类有线网：包括有线电话线网、电力线网、有线电视电缆网、同轴电缆网、双绞线网、光纤网；无线网：包括无线电话网、语音广播网、无线电视网、微波通信网、卫星通信网。按通信方式分类点对点传输网络：数据以点到点的方式在计算机或通信设备中传输。星型网、环形网采用这种传输方式。适用于大的网络。广播式传输网络：数据在共用通信介质线路中传输。无线网和总线型网络属于这种类型。适用于地理范围小的网络或保密要求不高的网络。2.4其他分类按网络的使用的目的分类共享资源网：使用者可共享网络中的各种资源，例如，文件、扫描仪、绘图仪、打印机以及各种服务。数据处理网：用于处理数据的网络，研究机构的科学计算机网络、企业管理网。数据传输网：用来收集、交换、传输数据的网络。例如，情报检索网络和信息浏览等。2.4其他分类从网络的交换功能分类电路交换报文交换分组交换混合交换2.4其他分类从网络的使用者进行分类公用网(publicnetwork)专用网(privatenetwork)2.4其他分类本讲小结本讲对计算机网络的最基本的基础知识进行了简单介绍。通过本讲的学习：了解计算机网络的产生和发展过程，计算机网络的分类，组成计算机网络的硬件系统和软件系统等基本概念；深刻理解计算机网络定义，两级子网概念。