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第10章计算机网络大学计算机基础教程•在信息化社会中，越来越多的应用领域需要将一定地理范围内的计算机联合起来进行工作，从而促进了计算机（Computer）和通信（Communication）这两种技术紧密的结合，形成了计算机网络（ComputerNetwork）这门学科。•本章主要介绍计算机网络的概念、网络的体系结构（NetworkArchitecture）、互联网(Internet)技术和TCP/IP（TransmissionControlProtocolandInternetProtocol）等知识华南理工大学计算机教学团队2目录10.1概述10.2网络分类10.3数据传输10.4网络拓扑结构3华南理工大学计算机教学团队10.5网络体系结构10.6网络互连10.7网络操作系统10.8Internet基础10.1概述4华南理工大学计算机教学团队10.1.1网络的定义•计算机网络是把分布在不同地点且具有独立功能的多个计算机系统通过通信设备和线路连接起来，在网络软件的支持下实现彼此之间数据通信和资源共享的系统。图10.1所示是用网络实现资源共享的简单示例。华南理工大学计算机教学团队510.1.2网络的发展历史(1)1.远程终端联机阶段•远程终端联机阶段是计算机网络发展的初级阶段。在此阶段，一台计算机和许多终端相连，多个用户可以通过不同的终端共享一台计算机。如图10.2所示。华南理工大学计算机教学团队610.1.2网络的发展历史(2)2.计算机网络阶段•1968年,美国国防部高级研究计划署（AdvancedResearchProjectsAgency,简称为ARPA）提出研制ARPANET的计划，1969年建成4个结点的实验网。随后的几年间，ARPANET迅速发展，连入的主机数很快超过100台，地理范围不断扩大。ARPANET是世界上第一个实现了以资源共享为目的的计算机网络，所以往往将ARPANET作为现代计算机网络诞生的标志。华南理工大学计算机教学团队710.1.2网络的发展历史(3)3.计算机网络互连阶段•国际标准化组织ISO在1984年正式颁布了“开放系统互连参考模型”，使计算机网络体系结构实现了标准化。以ARPANET为主干发展起来的国际互联网，覆盖范围已遍及全世界，全球各种各样的计算机和网络都可以通过网络互连设备连入国际互联网，实现全球范围内的计算机之间的通信和资源共享。如图10.3所示，网络1、网络2和网络3互连起来组成的互连网络。华南理工大学计算机教学团队810.1.2网络的发展历史(4)华南理工大学计算机教学团队图10.3计算机网络互连910.1.2网络的发展历史(5)4.高速计算机网络阶•1993年美国宣布建立国家信息基础设施（NationalInformationInfrastructure,简称为NII）后，全世界许多国家纷纷制定和建立本国的NII，从而极大地推动了计算机网络技术的发展，使计算机网络进入了一个崭新的阶段。目前，全球以美国为核心的高速计算机互联网络Internet已经形成，Internet已经成为人类最重要的、最大的知识宝库。而美国政府又分别于1996年和1997年开始研究发展更加快速可靠的互联网（Internet2）和下一代互联网（NextGenerationInternet）。华南理工大学计算机教学团队1010.1.3网络的基本组成（1）•从逻辑功能上看，计算机网络可以分为两部分，即资源子网和通信子网。如图10.4所示，虚线外的部分称为资源子网，虚线内的部分称为通信子网。华南理工大学计算机教学团队1110.1.3网络的基本组成（2）•资源子网由主机系统、终端（客户机）、连接设备、各种软件资源与信息资源组成。资源子网负责全网的数据处理业务，向网络用户提供各种网络资源和网络服务。•通信子网由通信控制处理机、通信线路及其它通信设备组成，负责完成网络数据传输、转发等通信处理任务。华南理工大学计算机教学团队1210.1.3网络的基本组成（3）•计算机网络系统主要由网络通信系统、网络操作系统、网络应用系统组成。–网络通信系统提供节点间的数据通信功能，涉及到传输介质、拓扑结构以及介质访问控制等一系列核心技术，决定着网络的性能。–网络操作系统对网络资源进行有效管理，提供基本的网络服务、网络操作界面、网络安全性和可靠性等，是实现用户透明性访问网络必不可少的人机接口。–网络应用系统是根据应用要求而开发的基于网络环境的应用系统。例如各行各业中所开发的办公自动化、生产自动化、企业管理信息系统、电子银行系统、决策支持系统、医疗管理服务系统、电子商务和辅助教学等应用系统。华南理工大学计算机教学团队1310.2网络分类计算机网络分类的方法很多,从不同的角度观察网络系统,划分网络系统,可以得到不同的分类结果。华南理工大学计算机教学团队1410.2.1按覆盖范围划分1.局域网（LocalAreaNetwork,LAN）是指覆盖范围在10km以内的网络。通常在学校、企业、大型建筑物中使用。局域网的特点是传输速度快、可靠性高。2.广域网（WideAreaNetwork,WAN）是指城市与城市之间、国家与国家之间、城市与国家之间连接而成的网络。它所覆盖的地理范围可达几十公里、几百公里甚至遍及世界，形成国际性的远程网络。3.城域网（MetropolitanAreaNetwork,MAN）覆盖范围在局域网和广域网之间，通常是指城市内部连接而成的网络，如政府网。华南理工大学计算机教学团队1510.2.2按网络的工作模式划分（1）1.客户机/服务器网在客户机/服务器（Client/Server）网络中，使用一台计算机来协调和提供服务给网络中的其他节点。服务器提供被访问的资源，如网页、数据库、应用软件和硬件等，如图10.5所示。服务器节点协调和提供某种服务，客户机节点获取这些服务。华南理工大学计算机教学团队1610.2.2按网络的工作模式划分（2）•客户机/服务器系统的优点：可以高效地运用于大型网络，有强大的网络管理软件监控网络活动。•主要缺点是：安装和维护系统的费用较高。华南理工大学计算机教学团队1710.2.2按网络的工作模式划分（3）2.对等网•在对等网络(Peer-to-Peer)模型中，每个节点既是客户机也是服务器。例如，一台微型计算机能够获取另一台微型计算机上的文件，同时也能为其他微型计算机提供文件，如图10.6所示华南理工大学计算机教学团队1810.2.2按网络的工作模式划分（4）•对等网络模型有很多优点：–首先，这种网络很容易建立且造价不高；–其次，在节点数低于10的时候，这种小型网络通常工作良好；–另外，不同于客户机/服务器网络模型，对等网络模型的操作不依赖某个单独的中心节点。•缺点：–当节点数不断增加时，对等网络模型的性能有所下降；–没有强大的网络管理软件来监控大型网络活动。华南理工大学计算机教学团队1910.3数据传输华南理工大学计算机教学团队2010.3.1传输介质（1）1．有线传输介质（1）双绞线传输•双绞线由两根分别包有绝缘材料的铜线螺旋型地绞在一起，芯线为软铜线，线径为0.4～1.4mm不等，两线绞合的目的是减少相邻线对间的电磁干扰，可以传输模拟和数字信号。•双绞线分为无屏蔽双绞线（UnshieldedTwistedPair，简称为UTP）和屏蔽双绞线（ShieldedTwistedPair，简称为STP），如图10.7所示。华南理工大学计算机教学团队图10.7屏蔽双绞线和无屏蔽双绞线2110.3.1传输介质（2）（2）同轴电缆•同轴电缆（CoaxialCable）由一根内导体铜质芯线外加绝缘层、密集网状编织导电金属屏蔽层以及外包装保护塑橡材料组成，其结构如图10.8所示。同轴电缆的特点：高带宽及好的噪声抑制性。同轴电缆的带宽取决于电缆长度，1km的电缆可以达到1～2Gbit/s的数据传输速率。通常按特性阻抗数值的不同，将同轴电缆分为50同轴电缆和75同轴电缆。•50同轴电缆又称为基带同轴电缆或细缆。•75同轴电缆又称为宽带同轴电缆、粗缆或CATV电缆。华南理工大学计算机教学团队22•光纤通信的优点是：通信容量非常大，抗雷电和电磁干扰性能好，传输距离远，传输速率高，单芯可实现传输，传输损耗小，中继距离长，无串音干扰，保密性好，体积小，重量轻。10.3.1传输介质（3）（3）光缆•光缆中的光纤为光导纤维的简称，由直径8～100m的细玻璃丝构成，四芯光缆剖面如图10.9所示。华南理工大学计算机教学团队2310.3.1传输介质（4）2.无线传输介质（1）短波（2）无线地面微波接力通信（3）卫星通信（4）VSAT卫星通信（5）红外线通信和激光通信华南理工大学计算机教学团队2410.3.2带宽（1）带宽（bandwidth）是对通信信道容量的度量。它表示在给定时间内有多少信息通过通信信道。1．语音带（Voiceband）又名语音级（voicegrade）或低带宽（lowbandwidth），被用做标准的电话通信，微机用标准的调制解调器和拨号服务时也使用该带宽。典型的带宽从5Kbit/s～96Kbit/s。华南理工大学计算机教学团队2510.3.2带宽（2）2．中带宽（Mediumband）用于指定的租用线路上，连接小型机和大型机，实现长距离的数据传输，一般不用于个人通信。3．宽带（Broadband）是用于高容量传输的带宽。使用电缆或卫星连接的微机及其他较特殊的高速设备使用该带宽。它能满足目前大多数通信需求，包括传输高质量的音频和视频。典型的带宽是1.5Mbit/s，当然，也可能更宽华南理工大学计算机教学团队2610.3.3协议（1）1．人类活动的类比•要理解计算机网络协议（NetworkProtocol）的概念，也许一个最容易的办法是先与某些人类活动进行类比，因为人类无时无刻不在执行协议。例如，当你想要向某人询问时间的时候该怎么办？图10.11左半部分显示了这个典型的交互过程。华南理工大学计算机教学团队2710.3.3协议（2）•网络协议：定义了在两个或多个通信实体之间交换的报文格式和次序，以及在报文传输、接收或其他事件上所采取的动作。•计算机网络广泛地使用了协议，不同的协议用于完成不同的通信任务。有些协议简单而直接，而有些协议复杂难懂。掌握计算机网络领域知识的过程就是理解网络协议的构成、原理和工作的过程。华南理工大学计算机教学团队2810.4网络拓扑结构华南理工大学计算机教学团队2910.4.1拓扑的概念•计算机科学家通过采用图论演变而来的“拓扑”方法，把工作站（Workstation）、服务器（Server）等网络元素抽象为“点”，把网络中的电缆等通信介质抽象为“线”，这样从拓扑学的观点看计算机网络系统，就形成了点和线组成的几何图形，从而抽象出了网络系统的具体结构。•采用拓扑学方法抽象出的网络结构称为计算机网络的拓扑结构。•网络拓扑结构对整个网络的设计、功能、可靠性及费用等方面有着重要的影响。华南理工大学计算机教学团队3010.4.2网络拓扑结构（1）•基本的网络拓扑结构有总线型、树型、星型、环型和网状型。1．总线型•在总线型拓扑结构中，网络中的所有节点都直接连接到同一条传输介质上，这条传输介质称为总线，总线的两端是终结器，任何一台设备发送数据，都必须经过总线，如图10.12所示。华南理工大学计算机教学团队3110.4.2网络拓扑结构（2）•总线拓扑结构的特点：–每个节点都可收到发送节点发出的信息–故障定位困难。–任何时刻只能有一个站点发送数据•典型的总线型网络是以太网（Ethernet）。华南理工大学计算机教学团队3210.4.2网络拓扑结构（3）2．星型在星型拓扑结构中，每个用户节点都通过传输介质与中心节点相连，而且每个用户节点只能与中心节点交换数据。在这种结构中，由中心节点执行集中的通信控制，因此要求中心节点的功能强，可靠性高。图10.13是目前普遍使用的星型网络结构。华南理工大学计算机教学团队3310.4.2网络拓扑结构（4）•星型结构的优点是：便于集中控制，因为用户节点之间的通