第一章计算机网络系统概述-船舶局域网

第一章计算机网络系统概述本章主要内容：•计算机网络的产生与发展，网络的定义及常用网络概念，网络的组成要素•网络的硬件系统和软件系统组成及其作用，网络的拓扑结构及其特点，网络的功能和分类。1.1引言•网络定义：利用①通信线路将②地理上分散的、具有③独立功能的计算机系统和④通信设备按⑤不同的形式连接起来、⑥以功能完善的⑦网络软件实现资源共享和信息传递的⑧复合系统。•示例：①两台电脑互连•②计算通过交换机对打印机进行共享•③网络节点通过网络硬件的相互实际连接，达到数据的传输通信，完成软硬件资料共享的目的。•随着计算机和网络技术的发展，船舶的信息化和智能化的时代随之到来，计算机的使用和船舶局域网的架设大大提高了船舶管理的效率，降低了船员的工作强度。•对于船电人员来说，具备较高的计算机操作管理水平和熟练的网络组建维护技能，已经成为船员必不可少的工作能力之一。计算机网络的发展可以大致分为四个阶段：(1)面向终端的计算机网络阶段(2)多机系统的互连阶段(3)标准化计算机网络阶段(4)网络互连和高速网络阶段第一代计算机网络的特点:①面向终端②以主机为中心③终端无处理能力•第一代计算机网络是由主机--通信线路--终端组成，只可算是计算机网络的“雏形”。第二代计算机网络--多机系统互连形成以通信子网为中心的系统•该阶段始于60年代后期，由多个多机系统互连在一起而形成(各计算机通过通信线路连接，相互交换信息，实现了互连的计算机之间的资源共享)，真正有了“网”的概念。第三代计算机网络--标准化的计算机网络•该阶段始于70年代末，这是按照ISO提出的OSI参考模型为指导性标准构建的计算机网络。•第三代计算机网络是计算机网络的“成熟”阶段。第四代计算机网络--高速、综合化网络•该阶段始于80年代末，相继出现了快速以太网、光纤分布式数字接口(FDDI)、快速分组交换技术(包括帧中继、ATM)、千兆以太网、B-ISDN等一系列新型网络技术，这就是高速与综合化计算机网络阶段。第四代计算机网络的特点：①高速（宽带）化②业务综合化•第四代计算机网络属于计算机网络的“继续发展”阶段•Internet就是这一代网络的典型代表，已经成为人类最重要的、最大的知识宝库•高速化的特征：网络宽频带，低时延。光纤等高速传输介质，可实现高速率；快速交换技术可保证低时延。•综合化：一个网中综合了多种媒体（语音、视频、图像、数据等）的信息。使用多媒体技术实现综合化。(5)局域网络•VLSI的发展促进了PC的发展，而PC的发展又促进了局域网的发展。局域网的发展跨越了计算机网络的第三代和第四代。•微机LAN从上世纪70年代发展起来。1972年，美国贝尔实验室发明了Pierce环；同年，1976年美国Xeror公司推出了著名的Ethernet。(5)局域网络•VLSI的发展促进了PC的发展，而PC的发展又促进了局域网的发展。局域网的发展跨越了计算机网络的第三代和第四代。•微机LAN从上世纪70年代发展起来。1972年，美国贝尔实验室发明了Pierce环；同年，1976年美国Xeror公司推出了著名的Ethernet。•Ethernet的问世，是局域网络发展史上的一个里程碑。又相继出现了CambridgeRing网，Spider环网，ARC星型网等LAN产品。•进入80年代，局域网开始得到了大规模的发展。主要表现在1980年公布了以太局域网的标准规范；IEEE成立了致力于局域网标准化的802委员会，并相继推出了IEEE802系列标准。(6)计算机网络的发展趋势•进入21世纪，计算机网络向着和继续向着综合化、宽带化、智能化和个性化方向发展，这也是网络发展的目标：高速网络，宽带接入，高速交换网络，全光网络等。•曾经独立发展的电信网络、电视网络和计算机网络正在融合，进而将合而为一(即“三网合一”)。2.Internet的起源与发展•Internet起源于ARPANET(美国国防部高级计划研究局1969年建立的分组交换网)，使用TCP／IP协议。后来ARPENET分为军事和民用两部分。其中民用部分与NFSNET(国家科学基金会网，1986年组建的学术性计算机网络)及其不同的兼容网络一起，成为Internet的基础•我国的Internet发展：87年开始了第一份Internet电子邮件往来；最早与Internet有业务联系的是中科院高能所和化工大学节点；后来国家建设了CSTnet、CERnet、CHINAnet和GBnet等。它们在中国Internet的发展中分别扮演不同领域的主要角色，为我国的经济、文化、教育和科学的发展起着决定性的作用。1.2计算机应用基础1.3计算机网络基础•1.3.3计算机网络的组成•计算机网络由计算机系统、通信链路和网络节点组成。•计算机系统：负责数据处理，如巨型机、大型机、小型机、工作站、微型机或其他数据终端•节点(Node)：就是由一条或多条通信线路连接的具有一定功能的设备。网络中的各主计算机、终端和通信设备等均可称为节点。•负责信息的发送、接收和转发•网络节点有两类：访问节点、交换节点。访问节点：也称为端节点，通常指计算机及附属设备和终端。交换节点：也叫转接节点，其作用是支持网络的连接并提供转发与交换功能，通过所连接的线路来交换信息，该类节点通常为通信设备。通信链路•任意两个节点间承载信息的线路段。链路之间没有任何节点。包括通信线路和通信设备。•物理链路：是指两节点之间的物理线路(传输介质)。•逻辑链路：是指在物理链路基础上构成的具有数据传输和控制能力的链路。•通路：从信息发送点到接收点间一连串节点和链路的集合，即穿越通信子网而建立的“端点--端点”之间的数据链路，也叫数据通路，通常都是指逻辑链路。•通信子网是由网络节点、通信链路及其他通信设备组成，其功能是为网中用户共享各种网络资源提供必要的通信手段和通信服务。•通信子网类型：①结合型②公用型③专用型•资源子网(用户子网)是由各计算机系统（主机）、终端控制器和终端设备、软件和可供共享的数据库等组成。其功能是负责全网面向应用的数据处理工作，向用户提供数据处理能力、数据存储能力、数据管理能力和数据输入输出能力以及其他数据资源。1.3.4计算机网络的功能•数据通信•资源共享•提高系统的可靠性•分布式处理•系统负载的均衡与调节•综合信息服务•网络资源：硬件资源、软件资源和数据资源•资源共享：是指网络系统中的各计算机用户可以利用网内其他计算机系统中的全部或部分资源的过程。它是网络的主要功能之一。1.3.5计算机网络的类型①按照网络的覆盖范围划分：广域网、城域网和局域网；②按照网络的逻辑功能划分：资源子网和通信子网；③按照网络的拓扑结构划分：星型网、总线型网、环型网、树型网和网型网等；④按照网络的传输介质的形态划分：有线网和无线网；•广域网、局域网和城域网•广域网(WAN)：WAN覆盖的范围大，如一个大城市一个国家或洲际间建立的网络。DCEDCEDTEDTE资源子网通信子网计算机网络的组成•局域网(LAN)：LAN覆盖范围有限，属于一个部门或单位组建的小范围网络，是目前计算机网络发展中最活跃的分支。•城域网(MAN)：是指建立在大城市、大都市区域的计算机网络，覆盖城市的大部分或全部地域。公用网和专用网•就计算机网络的应用范围和管理性质来看，它可以分为公用网和专用网。•公用网也叫通用网，一般由政府的电信部门组建、控制和管理，网络内的数据传输和交换设备可租用给任何个人或部门使用。部分的广域网是公用网。•专用网通常是由某一部门、某一系统、某机关、学校、公司等组建、管理和使用的。多数局域网属于专用网。某些广域网也可用作专用网，如广电网、铁路网等。目前专用广域网发展也极为迅速，它们也提供对外租用服务，形成与公用网竞争的局面。互连网我们把由多个网络相互连接构成的复合网络称为互连网。互连网一般是不同网络的相互连接，如局域网和广域网连接、两个局域网相互连接或多个局域网通过广域网连接起来。无线网利用无线传输介质（微波、卫星）连接各主机和通信子网构成无线网。无线网的发展依赖于无线通信技术的支持。无线通信系统有模拟蜂窝系统，数字蜂窝系统，移动卫星系统，无线LAN和无线WAN等•无线网的特点：易于安装和使用，数据速率较低，误码率较高，站间干扰较大等。1.3.6计算机网络的拓扑结构(1)星型网络：•组成：由中央节点与各站点通过传输介质连接而成。以中央节点为中心，实行集中式控制。该节点可能是转接设备，也可是主机。•特点：结构简单，建网、扩充、管理、控制和诊断维护容易；但可靠性差，分布式处理能力差，电缆长度大。(2)总线型网络：•组成：各站点通过相应的连接器连接到公共传输介质(总线)上，各站信息均在总线上传输，属广播式信道。•特点：结构简单，扩充容易，可靠性较高；但控制复杂且时延不确定，受总线长度限制而使系统范围小，诊断维护较困难。(a)(c)(b)(d)(e)(3)环型网络：•组成：各站点由传输介质连接构成闭合环路，数据在一个环路中单向传输。要双向传输时，必须有双环支持。•特点：节省线路，路径选择简单；但故障诊断困难，不容易扩充，节点多时响应时间长。(4)树型网络：•组成：多级星型，分级连接。•特点：线路总长度短，成本较低，节点易于扩充，故障隔离容易；但结构较复杂，传输延时较大。(5)网型网络：•组成：节点间连线较多，各节点间都有直线连接时为全连通网，大多数连接不规则。•特点：可靠性较高，节点共享资源容易，便于信息流量分配及负荷均衡，可选择较佳路径，传输延时小；但控制和管理复杂，协议和软件复杂，布线工程量大，建设成本高。