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第7章计算机网络技术计算机网络的形成1952美国的半自动地面防空系统——世界最早网络雏形。20世纪60年代，美国航空公司和IBM公司联合研发——全国航空公司飞机订票系统上述均属于由一台计算机经过通信线路与若干个终端直接连接的方式称为面向终端的计算机网络。20世纪60年代中期，由于资源共享的需要，实现了计算机之间的通信。1969年美国国防部研制的高级研究计划局网络（ARPANET），是仅有4个结点的分组交换网，标志着计算机通信网络的诞生。计算机网络的发展计算机网络发展经历了从简单、低级到复杂、高级的四个阶段：20世纪50年代，人们将计算机技术与通信技术结合起来，为计算机网络的产生奠定了基础。20世纪60年代，美国的ARPANET与分组交换技术是计算机网络的一个里程碑。20世纪70年代中期，国际上各种广域网、局域网与公用分组交换网发展十分迅速。20世纪90年代，局域网技术发展成熟，出现了光纤、高速网络技术、无线网络与信息安全技术、多媒体和智能网络。什么是计算机网络？简单地说，计算机网络的定义就是，相互连接的、实现资源共享的独立自主的计算机的集合。资源共享观点的定义：以能够相互共享资源的方式互联起来的自治计算机系统的集合。较为严格的定义是：将地理位置不同，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，以功能完善的网络软件实现网中资源共享的系统。三个要素：地理位置不同，具有独立功能的计算机系统，通信设备、线路和网络软件。一个目的：实现网中资源共享。计算机网络的分类计算机网络从不同角度有多种分类方法，最主要的有：从适用地区范围或规模来划分：局域网，LAN（LocalAreaNetwork）城域网，MAN（MetropolitanAreaNetwork）广域网，WAN（WideAreaNetwork）按通信方式来划分：点对点传输网络：中间结点的接收、存储与转发广播式传输网络：共享公共通信信道局域网（LAN）局域网是将小范围的计算机、打印机等互联在一起的计算机网络，用来实现信息共享和相互通信。局域网的速度：10~1000Mbps组建技术有：Ethrnet技术、FDDI技术、ATM技术。集线器(hub)Back城域网（MAN）城域网是位于一座城市内的一组局域网。实际上是将分布在一个城市内不同地点的局域网互联起来的较大范围内的网络。速率一般低于1Mbps.例如：闭路电视（CATV）网Back广域网（WAN）广域网：覆盖一个城市,国家,乃至全球。广域网由相距较远的局域网或城域网互联而成。例如中国教育科研网就是广域网。传输速率比MAN低。集线器(hub)计算机网络的分类从信号传输使用的频带或传输介质来划分基带网：双绞线，传输数字信号，输率0～10Mbps。宽带网：同轴电缆，传输模拟信号，输率0～400Mbps如CATV。从网络的功能和结构来划分通信子网：负责全网中的信息传递。由线缆、网卡、集线器、交换机和路由器等设备构成。资源子网：为用户提供信息资源。通常指的是计算机。计算机网络系统的基本组成计算机网络系统由网络硬件和网络软件两部分组成。网络硬件对网络的性能起着决定性作用，是网络运行的实体；网络软件是支持网络运行、利用网络资源的工具网络硬件服务器：用来管理网络并为网络用户提供网络服务；客户机：通过网络适配器连接到网络上的计算机，可作为独立的计算机供用户端使用，同时又可以访问服务器。网络适配器：简称网卡，是计算机与通信介质的接口共享的外部设备：连接在服务器上的硬盘、打印机等传输介质：传送信息的载体，是网络传输信息的通道。网络通信设备：交换机，中继器，集线器网络互连设备：网桥、网关、路由器，调制解调器网络软件网络操作系统：运行在网络硬件之上的，为网络用户提供共享资源管理服务、基本通信服务、网络系统安全服务及其他网络服务的软件系统。承担整个网络的任务管理和资源管理、分配，是网络中各个计算机及其他设备遵守协议，协调一致的工作。网络应用软件：用于提高网络本身的性能，改善网络的管理能力。网络通信协议：通信双方在通信时遵循的规则和约定，是信息网络中使用的特性语言。TCP/IP是Internet上进行的通信的标准协议计算机网络的基本功能资源共享：硬件、软件和数据资源的共享数据通信：网络的最基本功能，在计算机之间快速传递各种信息。分布处理：均衡各计算机的负载，协同工作，分布式处理，调节系统忙闲不均状态。负载平衡：工作被均匀的分配给网络上的各台计算机。网络中心负责分配和超载检测。提高系统的安全性和可靠性。合理配置系统，节省软、硬件设备的开销。提高系统兼容性，方便用户扩充，提高处理能力。计算机网络的拓扑结构基本概念网络拓扑结构——通过网中结点和通信线路之间的几何关系表示网络结构，反映出网络中各实体的结构关系。它其实就是抛开网络中的具体设备，利用拓扑学观点，把计算机、打印机等通信设备抽象地看成“节点”，把电缆等通信介质看成“链路”。这样，从拓扑学的观点看，计算机网络就变成节点和链路组成的几何图形，我们就称之为网络的拓扑结构。拓扑结构的分类拓扑结构影响着整个网络的设计、功能、可靠性和通信费用用，是设计计算机网络时值得注意的重要问题。根据通信子网设计方式的不同，网络可以分成不同的拓扑结构：最基本的拓扑结构有：星型、环型、总线型、树型、网状型五种。计算机网络的拓扑结构传输介质传输介质又称为传输媒体，是传输信息的载体，也即是将信息从一个结点向另一个结点传送的连接线路实体。同轴电缆（50欧姆电缆和75欧姆电缆）绞线（UTP和STP）光纤（用于高速网中）无线传输介质微波通信红外系统同轴电缆：由内部导体、环绕绝缘层、金属屏蔽网、外层护套组成传输介质抗干扰能力强，传输数据稳定、价格便宜；主要用于中、高档局域网及电话系统。分50和70欧姆两种。双绞线：将一对或一对以上的双绞线封装在一个绝缘外套中的一种传输介质。传输介质分为非屏蔽双绞线（UTP）和屏蔽双绞线(STP)两种主要用于：中、低档局域网及电话系统。光纤：由纤芯、包层以及护套构成传输介质不受外界电磁干扰与影响，信号衰变小，频带较宽，传输距离远，传输速度快；主要用于高速局域网中。计算机网络协议网络协议是管理网络上所有实体（服务器、计算机、交换机、路由器、防火墙等）之间通信规则的集合，是用来控制计算机之间数据传输的计算机软件。计算机之间相互通信时共同遵守一定的规则，这些规则就称为网络协议，使网络上各种设备能够相互交换信息，不同计算机之间必须使用相同的网络协议才能进行通信。网络协议的多样性，以ISO/OSI模型作为标准：TCP/IP协议、IPX/SPX协议等局域网局域网：将小范围内的有限的通信设备互联在一起的通信网。IEEE802的定义：局域网是一个数据通信系统，其传输范围在中等地区领域，使用中等或高等的传输速率，可连接最大独立设备，在物理信道上互相通信。局域网基本特点：局域网联网范围较小局域网传输速率高可连接大量独立设备局域网误码率低可方便的共享网络资源能进行组播和广播局域网基本组成服务器和客户机网卡通信线路网络通信设备网络互连设备网络软件局域网决定局域网特性的三个主要技术要素：网络拓扑结构：总线型、星型、环型、树型、网状型传输介质：双绞线、光纤、微波、激光、红外线介质访问控制方法，也称介质存取控制技术，是对传输信道的控制和使用的技术标准，其功能在于合理完成传信道使用的分配。访问控制方式CSMA／CD总线式（载波侦听多路访问/冲突检测方式），目前应用最广。令牌总线传递方式（TokenPassingBus）令牌环传递方式（TokenRing）在计算机网络中，特别是局域网的广播信道中，各个节点都通过公共传输信道相互通信，但任何一个时刻，一个信道只能被一个用户占用。常常会产生多个用户竞争信号传输权时，如何处理合理分配信道的技术难题？访问控制方式控制方式适用范围优点缺点CSMA／CD总线式总线型和树型网络中简单、可靠、延迟小、成本低传输效率低、不适合实时性场合令牌总线传递方式环型、总线型和树型网络中公平、信息走向和传输延时时间确定，适合实时性场合设计复杂，节点的加入和撤出复杂令牌环传递方式环型网络中访问方式可调整、提供优先权服务、实时性强。令牌维护困难、有空牌丢失和重复牌现象。Internet基础Internet是什么？Internet是国际计算机互联网的英文简称，因特网，国际互联网。指全球最大的、开放的、由众多网络相互联结而构成的世界范围的计算机网络，是世界上规模最大的计算机网络，“计算机网络的网络”。Internet的起源：1969年美国国防部高级研究计划局用于军事试验的ARPAnet。该项目与1969年开始研制，80年代中期又设计出了TCP/IP协议。Internet的发展历史1981年，ARPAnet被分成两个网络：ARPAnet和MILnet，1982年，两个网成功实现互连，组成了最早的Internet雏形1986年，美国国家科学基金会（NationalScienceFoundation）认识到Internet在科研方面的价值，投入巨资主持发展Internet和TCP/IP，实现了多所机构的互连，组成了NSFnet网络Internet的发展历史1990年7月ANSnet完全取代NFSnet。为了解决NSFnet的通信能力和满足不断增长的用户需求，美国高级网络和服务组织（AdvancedNetwork&Service）重新建立了ANSnet网，比NFSnet的网络容量扩充了30倍，这就是今天的Internet主干。1996年，美国政府提出了下一代Internet（NGI，NextGenerationInternet）的规划。该规划的目的是将多媒体信息集成在大型计算机上，以便能在网络上展示、建立一个工作、学习、购物、金融服务以及休闲的环境。Internet在我国的发展1987年9月，北京计算机应用技术研究所与德国卡尔斯鲁厄大学合作，建成CANET中国学术网，它是我国第一个Internet电子邮件服务结点，并于1990年10月正式向Internet信息中心InterNIC注册了我国的顶级域cn。1987年至1993年，我国与Internet的连接仅是电子函件的转发联接，并只在少数高校和科研机构提供电子邮件服务Internet在我国的发展1994年3月，Internet管理委员会正式批准中国进入Internet，中国政府也批准Internet与中国连通。1994年，我国第一条Internet专线在中国科学院高能物理研究所正式接通。1994年4月20日，由中国科学院主持的中国国家计算与网络设施工程（NCFC）通过美国Sprint公司连入Internet的64Kbps国际专线开通，实现了与Internet的全功能连接。从此中国被国际上正式承认为真正拥有全功能Internet的国家。国内著名的Internet骨干网中国互联网络信息中心（CCNIC,www.cnnic.net.cn），非营利管理与服务机构，行使国家互联网络信息中心的职责。中国科技网(CSTNET,www.cstnet.net.cn)中国科学院建设中国国家公用经济信息通信网(CHINAGBNET,www.chinagbn.com)金桥网，面向社会提供商业性服务。中国公用计算机互联网(CHINANET),中国电信建设中国教育和科研计算机网(CERNET,www.edu.cn)国家教委建设教育网中国教育与科研网（CERNET）CERNET是中国教育与科研网的英文缩写。它是1994年8月经国家计委批准，由原国家教委组织实施的。其目标是把全国大部分高等学校连接起来，推进各个高校校园网的建设和信息资源的交流与共享，与国际学术性计算机网络互联。CERNET将建成包括全国主干网、地区网、省教育科研网和校园网在内的四级层次结构的网络。主干网的网络中心建在清华大学，八个地区网的网络中心分别设在北京、上海、