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计算机网络与Internet应用基础教程21世纪高职高专规划教材朱根宜主编总目录第1章计算机网络基础知识第2章网络体系结构与协议第3章数据通信与通信网基础第4章局域网第5章局域网组网技术第6章网络互联第7章Internet基础第8章连接Internet第9章浏览计算机网络基础知识计算机网络（ComputerNetwork）是利用通信线路和通信设备，把分布在不同地理位置的具有独立功能的多台计算机、终端及其附属设备互相连接，按照网络协议进行数据通信，通过功能完善的网络软件实现资源共享的计算机系统的集合。它是计算机技术与通信技术相结合的产物。本章介绍的主要内容有：√计算机网络的基本概念√计算机网络的产生与发展√计算机网络的功能与应用√计算机网络的基本组成√计算机网络的拓扑结构与分类计算机网络是将若干台独立的计算机通过传输介质相互物理连接，并通过网络软件逻辑地相互联系到一起而实现资源共享的计算机系统。“网络”主要包含连接对象（即元件）、连接介质、连接的控制机制（如约定、协议、软件）和连接的方式与结构四个方面。1.1计算机网络概述计算机网络连接的对象是各种类型的计算机或其他数据终端设备。计算机网络的连接介质是通信线路和通信设备，其控制机制是各层的网络协议和各类网络软件。所以计算机网络是利用通信线路和通信设备，把地理上分散的、并具有独立功能的多个计算机系统互相连接起来，按照网络协议进行数据通信，用功能完善的网络软件实现资源共享的计算机系统的集合。它是指以实现远程通信和资源共享为目的，大量分散但又互联的计算机的集合。“互联”的含义是两台计算机能互相通信。计算机网络是计算机技术和通信技术相结合的产物。计算机网络最早出现于20世纪50年代，最早的计算机网络是通过通信线路将远方终端资料传送给主计算机处理，形成一种简单的联机系统。随着计算机技术和通信技术的不断发展，计算机网络也经历了从简单到复杂、从单机到多机的发展过程，其演变过程主要可分为三个阶段。1.2计算机网络的产生与发展第一代计算机网络是面向终端的计算机网络。面向终端的计算机网络又称为联机系统，建于20世纪50年代初。它是由一台主机和若干个终端组成，较典型的有1963年美国空军建立的半自动化地面防空系统（SAGE），其结构如图1-1所示。图1-1第一代计算机网络结构示意图1.2.1第一代计算机网络分布在不同办公室，甚至不同地理位置的本地终端或者远程终端，通过公共电话网及相应的通信设备与一台计算机相连，登录到计算机上，使用该计算机上的资源，这就有了通信与计算机的结合。这种具有通信功能的单机系统（如图1-2(a)所示）或多机系统（如图1-2(b)所示）被称为第一代计算机网络——面向终端的计算机通信网络，也是计算机网络的初级阶段。严格地讲，这不能算是网络，但它将计算机技术与通信技术结合了，可以让用户以终端方式与远程主机进行通信了，所以我们视它为计算机网络的雏形。图1-2第一代计算机网络这里的单机系统是一台主机与一个或多个终端连接，在每个终端和主机之间都有一条专用的通信线路，这种系统的线路利用率比较低。当这种简单的单机联机系统连接大量的终端时，存在两个明显的缺点：一是主机系统负担过重，二是线路利用率低。为了提高通信线路的利用率和减轻主机的负担，在具有通信功能的多机系统中使用了集线器和前端处理器（frontendprocessor，FEP）。集线器用于连接多个终端，让多台终端共用同一条通信线路与主机通信。前端机放在主机的前端，承担通信处理功能，以减轻主机的负担。第二代计算机网络是以共享资源为目的的计算机通信网络。面向终端的计算机网络只能在终端和主机之间进行通信，计算机之间无法通信。从20世纪60年代中期开始，出现了多个主机互联的系统，可以实现计算机和计算机之间的通信。真正意义上的计算机网络应该是计算机与计算机的互联，是计算机之间的通信，即通过通信线路将若干个自主的计算机连接起来的系统，称之为“计算机-计算机”网络，简称为计算机通信网络。它由通信子网和用户资源子网（第一代网络）构成，用户通过终端不仅可以共享本主机上的软硬件资源，还可共享通信子网上其他主机上的软硬件资源。1.2.2第二代计算机网络计算机通信网络在逻辑上可分为两大部分：通信子网和资源子网，以通信子网为核心，以资源共享为目的，如图1-3所示。计算机通信网络的最初代表是美国国防部高级计划研究署开发的ARPANET，它也是如今Internet的雏形。图1-3第二代计算机网络结构示意图1.资源子网资源子网由主计算机系统、终端、终端控制器、联网外设、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与网络服务。2.通信子网通信子网由通信控制处理机（communicationcontrolprocessor,CCP）、通信线路和其他通信设备组成，完成网络数据传输、转发等通信处理任务。第三代计算机网络又称现代计算机网络。随着微型计算机、广域网和局域网的广泛应用，使用大型机与中型机的主机-终端系统的用户减少，网络结构发生了巨大的变化。大量的微型计算机通过局域网连入广域网，而局域网与广域网、广域网与广域网的互联是通过路由器实现的。在Internet中，用户计算机需要通过校园网、企业网或Internet服务提供者（Internetservicesprovider,ISP）连入地区主干网，地区主干网通过国家主干网连入国家间的高速主干网，这样就形成一种由路由器互连的大型的、层次结构的现代计算机网络，即互联网络，它是第二代计算机网络的延伸。1.2.3第三代计算机网络图1-4现代计算机网络结构示意图1.广域网的发展ARPANET是第一个分组交换网，它的出现标志着以资源共享为目的的计算机网络的诞生，广域网的发展也是从ARPANET的诞生开始的。许多国家加强了基础设施的建设，开始建设公用数据网。早期的数据网是采用模拟的公用交换电话网，通过调制解调器（Modem）将计算机的数字信号调制为模拟信号，经交换电话网传送给另一端的Modem，经Modem的解调再将模拟信号恢复为数字信号被计算机接收，以完成通信，这种技术传输速率比较低。后来又发展为公用数据网，为广域网的发展打下了基础。当前，由于光纤介质的不断普及，使得广域网的发展进入了一个新的历史时期，大大提高了广域网的数据传输速率。2.局域网的发展早期的计算机网络大多为广域网，局域网的出现与发展是在20世纪70年代出现了微型计算机以后。由于微型计算机的大量涌现和广泛分布，基于信息交换和资源共享的需求越来越迫切，人们要求在一栋楼或一个部门内的计算机互联，于是局域网（localareanetwork,LAN）应运而生。局域网一经问世就得到了迅速的发展和广泛的应用。3.标准化网络与互联网1977年国际标准化组织（ISO）为适应网络标准化的发展趋势，在研究分析已有的网络结构经验的基础上，开始研究“开放系统互联（OSI）”问题。ISO于1984年公布了“开放系统互联基本参考模型”的正式文件，即OSI参考模型(opensysteminterconnection/referencemodel，OSI/RM)。OSI参考模型已被国际社会广泛地认可。它对推动计算机网络的理论与技术的发展，对统一网络体系结构和协议起到了积极的作用。从此，计算机网络进入了标准化网络阶段。图1-5是通过租用电信部门的通信线路互联起来的局域网示意图。图1-5计算机互联网络全世界出现了不计其数的局域网、广域网，如何将它们连接起来，以便达到扩大网络规模和实现更大范围资源共享的目的，又提出了把局域网互联起来的迫切需要。Internet的出现正好解决了这个问题。Internet也称为“因特网”，是全球规模最大，覆盖面积最广的互联网。Internet自产生以来就呈爆炸式的速度发展。20世纪80年代到90年代初，是互联网飞速发展的阶段。今天的Internet就是从ARPANET逐步演变过来的，当时ARPANET上的主机安装的是UNIX操作系统，并内嵌TCP/IP协议。一直延续到现在，Internet上仍然使用的是TCP/IP协议。Internet的飞速发展和广泛应用使计算机网络进入了一个崭新的阶段，它深入政府、金融、商业、企业、公司、教育等各个部门和家庭之中。计算机网络具有很多功能，其中最主要的功能是资源共享和通信。1.共享硬件与软件计算机网络允许其用户共享网络上各种不同类型的硬件设备。共享硬件的好处是节约开支，用户可以通过网络访问各种不同类型的设备。现在已经有许多专供网上使用的软件。共享软件允许多个用户同时使用，并能保持数据的完整性和一致性。1.3计算机网络的功能与应用1.3.1计算机网络的功能2.共享信息信息也是一种资源，Internet就是一个巨大的信息资源宝库。每一个接入Internet的用户都可以共享这些信息资源。可共享的信息资源有：搜索与查询的信息，Web服务器上的主页及各种链接，FTP服务器中的软件，各种各样的电子出版物，网上消息、报告和广告，网上大学，网上图书馆等。3.通信功能通信功能是计算机网络的基本功能之一，它可以为网络用户提供强有力的通信手段。建设计算机网络的主要目的，就是让分布在不同地理位置的计算机用户之间能够相互通信，交流信息。计算机网络可以传输数据、声音、图形和图像等多媒体信息。随着现代信息社会进程的推进，通信和计算机技术迅猛发展，计算机网络的应用也越来越普及，如今计算机网络几乎深入到社会的各个领域。1.网络在科研和教育中的应用通过全球计算机网络，科技人员可以在网上查询各种文件和资料，可以互相交流学术思想和交换实验资料，甚至可以在计算机网络上进行国际合作研究项目。在教育方面，可以开设网上学校。1.3.2计算机网络的应用2.网络在企事业单位中的应用计算机网络可以使企事业单位和公司内部实现办公自动化，做到各种软硬件资源共享，而且，如果将内部网络联入Internet还可以实现异地办公。随着计算机网络的广泛应用，电子数据交换（EDI）已成为国际贸易往来的重要手段之一。网上商店实现了网上购物、网上付款的网上消费梦想。3.网络在通信与娱乐上的应用计算机网络所提供的通信服务包括电子邮件、网络寻呼、BBS、网络新闻和IP电话等。家庭娱乐正在对信息服务业产生着巨大的影响，它可以让人们在家里点播电影和电视节目。家庭娱乐中最重要的应用可能是在游戏上。随着网络技术的发展和各种网络应用的需求，计算机网络应用的范围在不断扩大，应用领域越来越拓宽且深入，许多新的计算机网络应用系统不断地被开发出来，如工业自动控制、辅助决策、虚拟大学、远程教学、远程医疗、管理信息系统、数字图书馆、电子博物馆、全球情报检索与信息查询、网上购物、电子商务、电视会议、视频点播等。计算机网络是一个非常复杂的系统。网络的组成，根据应用范围、目的、规模、结构以及采用的技术不同而不尽相同。但计算机网络都必须包括硬件和软件两大部分，网络硬件提供的是数据处理、数据传输和建立通信通道的物质基础，而网络软件是真正控制数据通信的；软件的各种网络功能需依赖于硬件去完成，二者缺一不可。计算机网络的基本组成主要包括四部分，常称为计算机网络四大要素。1.4计算机网络的基本组成1.计算机系统建立具有两台以上独立功能的计算机系统是计算机网络的第一个要素，计算机系统是计算机网络的重要组成部分，是计算机网络不可缺少的硬件元素。计算机网络连接的计算机可以是巨型机、大型机、小型机、工作站或微机，以及笔记本电脑或其他数据终端设备（如终端服务器）。计算机系统是网络的基本模块，是被连接的对象。它的主要作用是负责数据信息的收集、处理、存储、传播和提供共享资源。在网络上可共享的资源包括硬件资源（如巨型计算机、高性能外围设备、大容量