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计算机网络技术主编张学军夏长富高等职业教育计算机类课程规划教材大连理工大学出版社（电子教案）第1章计算机网络概述第2章数据通信基础第3章网络体系结构第4章TCP/IP协议体系结构第5章局域网基础第6章网络互连第7章网络设计第8章Internet应用技术第9章网络管理与安全第10章广域网技术第1章计算机网络概述1.1计算机网络的概念、形成和发展1.2计算机网络的功能及应用1.3计算机网络的组成1.4计算机网络的分类1.5计算机网络的拓扑结构1.6计算机网络的传输介质1.1.1计算机网络的概念计算机网络是现代计算机技术与通信技术密切结合的产物,是随着社会对信息共享和信息传递日益增强的需求而发展起来的，它涉及到通信与计算机两个领域。一方面，通信网络为计算机之间的数据传送和交换提供了必要的手段;另一方面，计算机技术的发展渗透到通信技术中，又提高了通信网络的各种性能。所谓计算机网络就是利用通信设备和线路将地理位置不同的、功能独立的多个计算机系统互连起来，以功能完善的网络软件（即网络通信协议、信息交换方式和网络操作系统等）实现网络资源共享和信息传递的系统。1.1计算机网络的概念、形成和发展建立计算机网络的主要目的在于实现资源共享。即所有网络用户都能够分享各计算机的全部或部分资源，而用户不必考虑自己在网络中的位置和资源在网络中的位置。1.1.2计算机网络的形成和发展1.面向终端的计算机网络面向终端的计算机网络是以单个计算机为中心的远程联机系统。所谓联机系统，就是由一台中央主计算机连接大量的地理上处于分散位置的终端。终端一般只有输入输出功能，不具备独立的数据处理能力。这类简单的“终端—通信线路—计算机”系统，形成了计算机网络的雏形。典型结构如图1-1所示。图中Modem代表调制解调器，它是利用模拟通信线路远程传输数字信号必须附加的设备;T代表终端（Terminal）。图1-1以单计算机为中心的远程联机系统2.计算机-计算机网络计算机－计算机网络是多台主计算机通过通信线路互连起来为用户提供服务的网络系统。这样的多台主计算机互连的网络才是目前所称的计算机网络。它的典型代表是ARPA网（ARPANET），1969年，由美国国防部高级研究计划局ARPA提供经费，联合计算机公司和大学共同研制而发展起来的，它标志着目前所称的计算机网络的兴起。ARPANET是一个成功的系统，它在概念、结构和网络设计方面都为后继的计算机网络打下了基础。此后，计算机网络得到了迅猛的发展，各大计算机公司都相继推出了自己的网络体系结构和相应的软硬件产品。用户只要购买计算机公司提供的网络产品，就可以通过专用或租用通信线路组建计算机网络。它们都是自成体系的系统，很难实现相互之间的互连，由此又称它们为“封闭”的系统。3.开放式标准化网络为了使不同体系结构的计算机网络都能互连，国际标准化组织ISO于1984年正式颁布了一个能使各种计算机在世界范围内互连成网的国际标准ISO7498，简称OSI/RM。OSI/RM由七层组成，所以也称OSI七层模型。开放式标准化网络指的就是遵循“开放系统互连基本参考模型”标准的网络系统。它具有统一的网络体系结构，遵循国际标准化协议。OSI/RM的提出，开创了计算机网络的新时代。1.2.1计算机网络的功能1.通信功能不同地点的计算机可通过网络进行对话，相互传送数据、程序和信息。从长远的观点看，利用网络来增强人际沟通可能比其他的技术更重要。2.资源共享（1）硬件资源的共享。共享硬件资源包括打印机、高速处理器、大容量存储设备和昂贵的专用外部设备等。（2）软件资源的共享。共享软件资源包括各种语言处理程序、服务程序和很多网络软件。（3）数据资源的共享。共享数据资源包括各种数据库、数据文件等。1.2计算机网络的功能及应用3.高可靠性例如，所有文档可以在多台计算机上留有副本，如果其中之一不能使用（由于硬件故障），还可以使用其他副本。另外，多处理机的出现，意味着如果其中一台机器出现了故障，其余的处理机仍然可以分担它的任务，尽管性能可能有所下降。4.提供分布处理环境在计算机网络中，用户可根据问题的性质和要求，选择网络内最合适的资源来处理;对于综合性的大型问题可以采用合适的算法，将任务分散到不同的计算机上进行分布处理。计算机连成网络也有利于进行重大科研课题的开发和研究。5.集中管理与处理有些地理上分散的组织机构要进行集中的管理和处理，也可通过计算机网络进行分级或集中管理。6.负载分担与均衡当某一处理系统任务过重时，新的作业可通过网络送给其他系统进行处理。在幅员广阔的国度里，就可以利用地理上的时差均衡系统的日夜负载，以充分发挥各处理系统的作用。7.跨越时间和空间的障碍网络用户可通过网络服务共享信息和互相协作，而不受地理因素的限制，也避免了由于时区不同所造成的混乱。1.2.2计算机网络的应用1.办公自动化办公自动化OA是计算机网络的一个重要应用领域，目前正方兴未艾，并且为越来越多的人们所关注。多媒体技术的应用使OA系统不仅能够处理文字和数据，而且还能处理图像、文本、音频、视频等多种信息，将电脑、电视、录像、录音、电话、传真等融为一体，形成智能化的多媒体终端与人之间相互交流的全新操作环境。网络将提供文件传送、电子邮件、分布式数据库及电子会议等功能。2.远程教育远程教育是一种利用在线服务系统，开展学历或非学历教育的全新的教学模式。远程教育几乎可以提供大学中所有的课程，学员们通过远程教育，同样可得到正规大学从学士到博士的所有学位。这种教育方式，对于已从事工作而仍想继续学习,从而不断提升自我的人士特别有吸引力。3.工业过程控制计算机网络应用于工业过程控制可以提高产品的数量和质量，获得显著的经济效益。其优点是可靠性高;各微处理机体积小,可安装在控制现场,系统响应特性好;各结点都有智能设备，易于用软件改变控制算法，提高了控制的灵活性;将上层控制和下层控制紧密结合，可实现较高级的控制策略。4.金融电子化全世界的计算机网络，最大的用户都是金融系统。借助信息高速公路，全球范围内的资金结算可瞬间完成，“无纸贸易”成为现实。5.智能大厦智能大厦是具有三A的大厦，分别是CA(通信自动化)、OA（办公自动化）和BA（楼宇自动化）。它必须具备下列基本构成要素:高舒适的工作环境、高效率的管理信息系统和办公自动化系统、先进的计算机网络和远距离通信网络及楼宇自动化。1.3.1计算机网络的系统组成1.计算机网络的硬件系统（1）服务器服务器（Server）是网络的核心设备，拥有数据库程序等可共享的资源，担负数据处理任务。如图1-2所示,它分为文件服务器、打印服务器、应用系统服务器和通信服务器等。1.3计算机网络的组成图1-2服务器①文件服务器。文件服务器(FileServer)能将其大容量磁盘存储空间提供给网络上的工作站（或称为客户端）使用,并接受工作站发出的数据处理、存取请求。②打印服务器。简单地说,打印服务器(PrintingServer）就是安装网络共享打印机的服务器，接受来自各工作站的打印任务，并将打印内容存入打印机的打印队列中，当在队列中轮到该任务时，就将其送到打印机打印输出。③应用系统服务器。应用系统服务器(ApplicationSystemServer)运行客户端/应用程序的服务器端软件,它往往保存大量的信息供用户查询。在客户端上运行客户端程序。客户端程序向应用系统服务器发送查询请求，服务器处理查询请求,并将查询的结果返回给客户端。④通信服务器。通信服务器(CommunicationServer）负责处理本网络与其他网络的通信,或者通过通信线路处理远程用户对本网络的数据传输。（2）工作站工作站(Workstation）就是共享网络资源的计算机，是用户进行信息交换的界面，它需要运行网络操作系统的客户端软件。如Windows2000Professional、Windows98等,如图1-3所示.图1-3工作站（3）通信设备网络通信设备主要包括网卡及其中间连接设备，如调制解调器、中继器、集线器、网桥、交换机、路由器、网关等。在此主要介绍网卡，其余的都将在第六章中做详细阐述。网卡亦称为网络适配器，它是计算机与通信介质进行数据交换的中间处理部件，是工作站与网络之间的逻辑和物理链路,计算机主要通过网卡连接网络。网卡的基本功能是:并行数据和串行信号之间的转换、数据帧的装配与拆装、网络访问控制和数据缓冲等。网卡的分类方法有多种:按其传输速率可分为:10M网卡、100M网卡、10.100M自适应网卡以及千兆（1000M）网卡。按其主板上的总线类型来分,又可分为:ISA、VESA、EISA、PCI等接口类型。根据连接传输介质的不同,可分为:AUI接口（粗缆接口）、BNC接口（细缆接口）、RJ-45接口（双绞线接口）和FIO接口（光纤接口）等几种接口类型，如图1-4所示。图1-4网卡的各种接口（4）传输介质传输介质是计算机网络中发送方和接收方之间的物理通道.通常有:双绞线、同轴电缆、光纤、无线传输介质（如微波、红外线和激光）和卫星线路。在本章1.6节计算机网络传输介质中将对它们做具体介绍。2.计算机网络的软件系统（1）网络操作系统。网络操作系统把网络中各台计算机的操作系统有机地联系起来，除常规操作系统所应具有的功能外,还具有网络通信、网络资源管理和网络服务功能等。网络操作系统主要包括：网络适配器驱动程序、子网协议和应用协议。（2）网络应用服务系统。客户端和服务器是针对服务而言的，请求服务的应用系统是客户端，为其他应用提供服务的系统或系统软件，称为服务器，组成客户端.服务器计算机模式。1.3.2计算机网络的两层子网结构1.通信子网通信子网主要由网络结点和通信链路组成，负责全网的信息传递。其中网络结点也称为转接结点或中间结点，它们的作用是控制信息的传输和在端结点之间转发信息。通信链路即传输信息的通道，它们可以是双绞线、同轴电缆、光纤、微波及卫星通信信道。局域网中，通信子网由网卡、缆线、集线器、中继器、网桥、交换机、路由器等设备和相关软件组成;在广域网中，通信子网由一些专用的通信处理机（结点交换机）及其运行的软件、集中器等设备和连接这些结点的通信链路组成。2.资源子网资源子网主要由提供资源的主机和请求资源的终端组成。它们都是信息传输的源结点或宿节点，有时也统称为端结点，负责全网的信息处理。局域网中，资源子网是由联网的服务器、工作站、共享的打印机和其他设备及相关软件组成;在广域网中，资源子网由网上的所有主机及其他外部设备组成。1.4.1按网络的地理范围分类1.局域网局域网指在有限的地理区域内构成的规模相对较小的计算机网络，其覆盖范围一般不超过几十公里。局域网通常局限在一个办公室、一幢大楼或一个校园内，用于连接个人计算机、工作站和各类外围设备以实现资源共享和信息交换。2.城域网城域网基本上是一种大型的LAN，通常使用与LAN相似的技术。其覆盖范围为一个城市或地区，网络覆盖范围为几十公里到几百公里。1.4计算机网络的分类城域网中可包含若干个彼此互连的局域网，每个局域网都有自己独立的功能，可以采用不同的系统硬件、软件和传输介质，从而使不同类型的局域网能有效地共享信息资源。城域网通常采用光纤或微波作为网络的主干通道。它可以支持数据和语音的传输，并且还可能涉及到当地的有线电视网.3.广域网广域网，又称远程网。它是一种跨越城市、国家的网络,可以把众多的城域网、局域网连接起来。广域网的作用范围通常为几十公里到几千公里。用于通信的传输装置和介质一般由电信部门提供，能实现大范围内的资源共享。1.4.2其他分类方法1.根据传输介质的不同划分（1）有线网:采用有线传输介质来传输数据的网络。如双绞线、同轴电缆、光纤等。（2）无线网:采用无线传输介质来传输数据的网络。如卫星、微波等。2.根据网络所有权性质的不同划分（1）公用网