计算机网络的拓扑结构

1第1章计算机网络概述问题原由计算机网络是计算机技术和通信技术相结合的产物,它的诞生使计算机体系结构发生了巨大变化。那么,计算机网络涉及到哪些基本概念、基本知识和基本技术呢？这就是本章所要讨论的问题。本章重点讨论计算机网络的基本概念、计算机网络的结构组成、计算机网络的分类、计算机网络技术的发展趋势、标准化组织与机构等。教学重点能力要求了解:计算机网络的发展过程与发展趋势。熟悉:计算机网络的功能、定义、分类。掌握:计算机网络的拓扑结构、逻辑结构和组成结构等。2本章内容§1.1计算机网络的基本概念§1.5标准化组织与机构§1.4网络技术的发展趋势§1.3计算机网络的分类§1.2计算机网络的结构组成3知识结构计算机网络概述计算机网络的基本概念标准化组织与机构网络软件的组成网络硬件的组成网络的逻辑结构网络技术的发展趋势计算机网络的结构组成中国国家标准局欧洲组织与机构美国组织与机构国际组织与机构计算机网络的功能计算机网络的定义计算机网络的特点计算机网络的应用计算机网络的发展网络的拓扑结构按传播方式分类按覆盖范围分类按传输介质分类按传输技术分类计算机网络的分类计算机网络的关键技术计算机网络支撑技术计算机网络的研究热点4计算机网络是计算机技术与通信技术相结合的产物，它的诞生使计算机的体系结构发生了巨大变化。在当今社会发展中，计算机网络起着非常重要的作用，并对人类社会的进步做出了巨大贡献。现在，计算机网络的应用遍布全世界及各个领域，并已成为人们社会生活中不可缺少的重要组成部分。从某种意义上讲，计算机网络的发展水平不仅反映了一个国家的计算机科学和通信技术的水平，也是衡量其国力及现代化程度的重要标志之一。那么，计算机网络涉及到哪些基本概念、知识和技术呢？这就是本章所要讨论的问题。§1.1计算机网络的基本概念5远程联机阶段多机互联网络阶段标准化网络阶段互联与高速网络阶段计算机网络从20世纪60年代开始发展至今,经历了从简单到复杂、从单机到多机、由终端与计算机之间的通信演变到计算机与计算机之间的直接通信.发展经历的4个阶段1.1.1计算机网络的形成与发展61.1.1计算机网络的形成与发展1、远程联机阶段为了共享主机资源和信息采集以及综合处理，用一台计算机与多台用户终端相连，用户通过终端命令以交互方式使用计算机，人们把它称为远程联机系统。⑴前端处理机结构：前端处理机（FEP）用来专门负责通信工作，实现数据处理与通信控制的分工，发挥了中心计算机的数据处理能力。前端处理机的结构如图1-1所示。图1-1利用前端处理机的结构示意图终端ModemModemCCP或FEPModem公用电话网主机7利用调制解调器的结构示意图⑵调制解调器：由于计算机和远程终端发出的信号都是数字信号，而公用电话线路只能传输模拟信号，所以在传输钱必须把计算机或远程终端发出的数字信号转换成可在电话线上传送的模拟信号,传输后再将模拟信号转换成数字信号。利用调制解调器的结构如下图所示。1.1.1计算机网络的形成与发展终端ModemLCModem公用电话网主机81.1.1计算机网络的形成与发展⑶集线器结构：把终端发来的信息收集起来，并把用户的作业信息存人集中器中,然后再用高速线路将数据信息传给前端处理机，最后提交给主机。远程联机系统的特点是系统中只有一个计算机处理中心，各终端通过通信线路共享主计算机的硬件和软件资源，因此，主计算机负担过重，终端独占线路，资源利用率低。利用集线器的结构示意图集线器CCP或FEP主机公用电话网9计算机网络要完成数据处理与数据通信两大基本功能，因此在逻辑结构上可以将其分成两部分：资源子网和通信子网。1.1.1计算机网络的形成与发展2、多机互联网络阶段(1)资源子网：是计算机网络的外层，它由提供资源的主机和请求资源的终端组成。资源子网的任务是负责全网的信息处理。(2)通信子网：是计算机网络的内层，它的主要任务是将各种计算机互连起来完成数据传输、交换和通信处理。CCPCCPCCPCCPCCP通信子网资源子网主机主机主机主机图1-2资源子网和通信子网示意图101.1.1计算机网络的形成与发展ISO于1977年成立了专门的机构来研究该问题，并且在1984年正式颁布了“开放系统互联基本参考模型”的国际标准OSI,这就产生了第三代计算机网络。3、标准化网络阶段20世纪70年代，计算机网络大都采用直接通信方式。1972年后，以太网LAN、MAN、WAN迅速发展，各个计算机生产商纷纷发展各自的网络系统，制定自己的网络技术标准。1974年,IBM公司公布了它研制的系统网络体系结构。随后DGE公司宣布了自己的数字网络体系结构,1976年UNIVAC宣布了该公司的分布式通信体系结构。111.1.1计算机网络的形成与发展4、网络互联与高速网络阶段进入20世纪90年代,计算机技术、通信技术以及建立在互联计算机网络技术基础上的计算机网络技术得到了迅猛的发展。特别是1993年美国宣布建立国家信息基础设施（NationalInformationInfrastructure，NII）后，全世界许多国家纷纷制订和建立本国的NII,从而极大的推动了计算机网络技术的发展，使计算机网络进入一个崭新的阶段，这就是计算机网络互联与高速网络阶段。目前，全球以Internet为核心的高速计算机互联网络已经形成，Internet已经成人类最重要的、最大的知识宝库。网络互联和高速计算机网络就成为第四代计算机网络。121.1.1计算机网络的形成与发展图1-3现代计算机网络逻辑结构示意图以太网以太网以太网以太网路由器路由器路由器路由器路由器路由器通信子网13到目前为止,计算机网络并没有一个确切的定义。其实，我们可以简单地描述为：计算机网络是通过通信线路连接起来的自治的计算机集合。该描述包括了3个方面的含义：①必须有两台或两台以上、具有独立功能的计算机系统相互连接起来，以达到共享资源为目的；②计算机互相通信交换信息，必须有一条通道。这条通道的连接是物理的，由物理介质来实现（例如铜线、光纤、微波、卫星等）；③计算机系统之间的信息交换，必须要遵守某种约定和规则。以上从三个方面概括了计算机网络的基本内涵。因此，我们可以把计算机网络定义为：1.1.2计算机网络的定义14计算机网络是把分布在不同地点，并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，在功能完善的网络软件和协议的管理下，以实现网络中资源共享为目标的系统。由多台计算机组成的计算机网络系统模型如图1-4所示。1.1.2计算机网络的定义图1-4计算机互连网络系统基本模型AB存储器A机能使用B机的存储器B机能使用A机的打印机151.1.3计算机网络的主要功能集中管理均衡负荷网络通信资源共享分布式处理161、资源共享⑴硬件资源：包括各种类型的计算机、大容量存储设备、计算机外部设备，如彩色打印机、静电绘图仪等。⑵软件资源：包括各种应用软件、工具软件、系统开发所用的支撑软件、语言处理程序、数据库管理系统等。⑶数据资源：包括数据库文件、数据库、办公文档资料、企业生产报表等。⑷信道资源：通信信道可以理解为电信号的传输介质。通信信道的共享是计算机网络中最重要的共享资源之一。2、网络通信通信通道可以传输各种类型的信息,包括数据信息和图形、图像、声音、视频流等各种多媒体信息。1.1.3计算机网络的主要功能173、分布处理把要处理的任务分散到各个计算机上运行，而不是集中在一台大型计算机上。这样，不仅可以降低软件设计的复杂性，而且还可以大大提高工作效率和降低成本。4、集中管理对地理位置分散的组织和部门,可通过计算机网络来实现集中管理,如数据库情报检索系统、交通运输部门的定票系统、军事指挥系统等。5、均衡负荷当网络中某台计算机的任务负荷太重时，通过网络和应用程序的控制和管理，将作业分散到网络中的其它计算机中，由多台计算机共同完成。1.1.3计算机网络的主要功能181.1.4计算机网络的特点1、可靠性在一个网络系统中，当一台计算机出现故障时，可立即由系统中的另一台计算机来代替其完成所承担的任务。同样，当网络的一条链路出了故障时可选择其它的通信链路进行连接。2、高效性计算机网络系统摆脱了中心计算机控制结构数据传输的局限性，并且信息传递迅速，系统实时性强。网络系统中各相连的计算机能够相互传送数据信息，使相距很远的用户之间能够即时、快速、高效、直接地交换数据。3、独立性网络系统中各相连的计算机是相对独立的，它们之间的关系是既互相联系，又相互独立。191.1.4计算机网络的特点4、扩充性在计算机网络系统中,人们能够很方便、灵活地接入新的计算机，从而达到扩充网络系统功能的目的。5、廉价性计算机网络使微机用户也能够分享到大型机的功能特性,充分体现了网络系统的“群体”优势，能节省投资和降低成本。6、分布性计算机网络能将分布在不同地理位置的计算机进行互连，可将大型、复杂的综合性问题实行分布式处理。7、易操作性对计算机网络用户而言,掌握网络使用技术比掌握大型机使用技术简单，实用性也很强。201.1.5计算机网络的应用计算机网络的应用办公自动化数字通信分布式计算信息查询远程教育虚拟现实电子商务企业管理与决策计算机网络技术的发展给传统的信息处理工作带来了革命性的变化，同时也给传统的管理带来了很大的冲击。目前，计算机网络的应用主要体现在以下几个方面：211.1.5计算机网络的应用1、数字通信数字通信是现代社会通信的主流，包括网络电话、可视图文系统、视频会议系统和电子邮件服务。2、分布式计算分布式计算包括两个方面：一是将若干台计算机通过网络连接起来，将一个程序分散到各计算机上同时运行，然后把每一台计算机计算的结果搜集汇总，整体得出结果；另一种是通过计算机将需要大量计算的题目送到网络上的大型计算机中进行计算并返回结果。3、信息查询信息查询是计算机网络提供资源共享的最好工具,通过“搜索引擎”，用少量的“关键”词来概括归纳出这些信息内容,很快地把你所感兴趣的内容所在的网络地址一一罗列出来。221.1.5计算机网络的应用4、远程教育远程教育是利用Internet技术开发的现代在线服务系统，它充分发挥网络可以跨越空间和时间的特点，在网络平台上向学生提供各种与教育相关的信息,做到“任何人在任何时间、任何地点，可以学习任何课程”。5、虚拟现实虚拟现实是计算机软硬件技术、传感技术、机器人技术、人工智能及心理学等高速发展的结晶。虚拟现实与传统的仿真技术都是对现实世界的模拟,即两者都是基于模型的活动，而且都力图通过计算机及各类装置达到现实世界尽可能精确地再现。随着计算机科学技术的飞速发展，虚拟现实技术与仿真技术必将在21世纪异彩纷呈，绚丽夺目。231.1.5计算机网络的应用6、电子商务广义的电子商务包括各行各业的电子业务、电子政务、电子医务、电子军务、电子教务、电子公务和电子家务等；狭义的电子商务指人们利用电子化网络化手段进行商务活动。7、办公自动化办公自动化能实现办公活动的科学化、自动化，最大限度提高工作质量、工作效率和改善工作环境。8、企业管理与决策随着计算机网络的广泛应用，各类企业采用管理科学与信息技术相结合的方式，开发企业管理和决策信息系统，为企业管理和决策提供支持服务。目前，正在朝着开发“智能化”的决策支持系统迅速发展。24§1.2计算机网络的结构组成一个完整的计算机网络系统是由网络硬件和网络软件所组成的。网络硬件是计算机网络系统的物理实现,网络软件是网络系统中的技术支持。两者相互作用,共同完成网络功能。地面站地面站通讯卫星服务器路由器交换机251.2.1网络硬件的组成计算机网络硬件系统是由计算机(主机、客户机、终端)、通信处理机(集线器、交换机、路由器)、通信线路(同轴电缆、双绞线、光纤)、信息变换设备(Modem，编码解码器)等构成。图1-5网络硬件组成示意图HUBHUB路由器中心交换机服务器服务器处理机工作站Modem终端终端子网子网远程网络Internet261.2.1计算机硬件的组成1、主计算机在一般的局域网中，主机通常被称为服务器，是为客户提供各种服务的计算机，因此对其有一定的技术指标要求，特别是主、