第1章网络概论

第一章网络概论计算机技术和通信技术的结合正在推动着社会信息化的技术革命。而学习和研究计算机网络方面的新技术对于我们进入近在眼前的信息社会是不可缺少的一步。第一节、为什么学习网络1.1.1计算机网络与信息时代20世纪出现了计算机，计算机与通信技术的结合并且大发展，出现了计算机网络，出现了Internet；它是20世纪最伟大的科技成就之一。它的出现促进了经济腾飞，促进了整个社会发展，就连人们的工作、生活方式都发生了极大的变化。信息作为客观世界三大基本要素之一，显得越来越重要。在信息社会里，信息甚至比物质和能源重要。21世纪是信息时代。计算机网络是信息社会的基础。1.1.2激烈竞争当今社会的竞争,不同过去的各种社会形态(奴隶、土地、资源、资本）；在信息社会里起决定性作用的不是资本，人力，而是信息知识。知识已成为生产力竞争和经济成就的关键因素；在知识经济或说信息经济中，知识作为经济活动中决定性因素：脑力资源比体力资源更受青睐；信息业比制造业更有效益；软网（信息网）比硬网（电路网）发展更快；知识资本比金融资本更重要；无形的资本比有形的资本更宝贵。信息与网络是衡量一个国家综合实力的重要标志之一。信息的收集、生产、存储、传递、检索和使用都离不开计算机网络；因此，许多国家诉巨资建立“信息高速公路”和发展信息业，并把它作为基本国策。一场世界范围内网络信息的竞争已经开始，信息浪潮波及全球，其影响面之大，范围之广，投资之巨，发展之快，史无前例。1.1.3网络改变了人们的工作方式与生活方式工作：一般是一个群体，在其地区，建筑内，办公室里工作或合作。方便（在任何时间，任何地点甚至家庭，以任何方式工作）经济（省差旅，交通费，管理费，节省时间）高效（可同时工作几项内容，易于质量控制，管理科学）学习研究：书本课堂网上教育课件虚拟大学日常生活：将来的三网（计算机，电视，电话）合一，可以网上购物，网上通信，网上娱乐，生活将更加丰富多彩。在Internet大发展后，特别是web技术的出现，使得全球计算机网络有了突飞猛进的大发展，应用广泛，无所不至。普及到了多个领域，甚至生活各个部分。如电子购物，网上教学，数字图书馆等泛在网络物联网。第二节、计算机网络概论1.2.1计算机网络的发展与定义一、网络的概念与界定我们多次使用了“网络”并冠以“计算机”，显得冗长。此举绝非咬文嚼字，实则是因“计算机网络”与“网络”并非同一概念或同一系统。所谓系统是指具有某种功能的一个有机整体，它由相互相依赖，具有某种关系的若干单元或其组合构成。把若干“元件”连接在一起，便构成一个网络。根据“元件”的不同，而称不同的网络。例如：电话网络，输电、配电网络，通信网络，计算机网络，甚至非电气“元件”也组成网络，如农田灌溉网络，交通运输网络，人体身躯的神经网络。网络包含三个主要方面：•连接对象与设施（也称元件或元件组合）；•连接的对象与设施采用之接口、介质（如公路，渠道，双绞线，光纤，空气等）和控制机制（如约定、协议）；•连接方式与结构（如星型，网状）。本课界定的网络是计算机网络，它是指由通信系统将不同计算机连接在一起，以达到资源共享目的所组成之系统。如无特殊声明，我们将“网络”与“计算机网络”一词等价使用或混合使用。二、计算机网络的发展1.发展的动力:需求牵引技术驱动市场刺激条件保证2.通讯技术的发展90年代，网络与计算机紧密结合，飞速发展。出现三网合一的趋势，出现IP电话，出现了电视机顶盒等。现在是几乎没有无通信的计算，也几乎没有无计算的通信。21世纪是“网络计算机时代”。“没有计算机网络就没有信息社会”3、计算机网络的发展（1）面向终端具有通信功能的计算机网络终端群（用户）--低速通信线路--集中器--高速通信线路--前端机--主计算机系统。面向终端的网络:计算机是网络的中心和控制者，终端围绕中心计算机分布在各处，呈分层型结构，各终端通过通信线路共享主机的硬件和软件资源，计算机的主要任务还是进行批处理，在20世纪60年代出现分式系统后，则具有交互式处理和成批处理能力。（2）以共享资源为目的的多计算机网络60年代，计算机功能提高价格下降，人们购买多台计算机，不再采用集中式，而是分散在不同地理位置的计算机互连，以实现资源共享和信息交换。ARPA网是这种网络的典型代表（1968年计划，1969年实验4个结点，1971年15个结点，23主机）。将多台计算机系统通过某种通信手段互连而成的网络就是第二阶段的计算机网络。计算机彼此独立没有主从关系。计算机网络从逻辑功能上将数据处理、资源共享与数据通信处理分开，称为通信子网和资源网。下图为计算机网络的逻辑结构。ARPA网在计算机网络发展史上是一个里程碑，它标志着以资源共享为目的的现代计算机网络的诞生，通常人们认为它是Internet的起源。ARPA网对计算机网络的发展，无论在理论方面还是在技术方面，影响都很大（许多现代网络名词概念来源于此）。主要有：●采用了层次化体系结构；●提出通信子网与资源子网的概念；●提出并实现了分组交换的数据交换方式；●提出了比ISO的OSI/RM早且先进的安全方面的协议内容(3)标准化网络前边已提到在70年代各大计算机公司纷纷发展网络。各公司都吸收了结构化网络思想，自行设计了网络结构，如SNA，DNA，各自按照自己的协议如DECnet，TokenRing等发展，势头越来越大。但是，各个不同厂家产品不同，不能互连。这对于广大用户来说极不方便；同时也不利于网络的继续发展。于是统一网络准提到议事日程上来了。1977年ISO根据网络标准化的趋势，其下述的计算机与信息处理标准化技术委员会TC97，成立了一个新的分委员会SC16。该委员会在研究分析已有网络结构经验的基础上，专门从事研究“开放系统互连”问题。经过几年的努力，ISO在1984年公布了“开放系统互连基本参考模型”的正式文件，即著名的国际标准ISO7498，通常人们称它为参考模型OSI/RM(OpenSystemInterconnection/ReferenceModel)。80年代人们估计，不久的将来，计算机网络会统一到OSI/RM上来。但是，人们的估计落空了。(4)互连网Internet称为“网际网”、“国际互连网”、“因特网”。三、计算机网络的定义计算机网络并无一个严格的定义，随着科学技术的发展和人们侧重点的不同，对计算机网络含义有不同的理解。1.早期（第一代）——计算机技术与通信技术相结合实现远程信息处理和进一步达到资源共享的系统。2．ARPANET问世后——用通信线路互连起来，能相互共享资源（硬，软件，信息），并且各自具有独立功能的计算机系统之集合。●计算机间通信的目的是为共享硬、软件、信息资源；●各计算机功能独立，地域可以分散；●计算机网络应具有网络操作系统。3.随着分布式技术的发展——使用一个NOS来自动管理用户任务所需的资源，使整个网络像一个大的计算机系统一样对用户是透明的。实际上是分布式计算机网络。透明性指用户不觉察多个PC的存在。4.目前通常采用的计算机网络定义是：计算机网络是用通信线路将分散在不同地点并具有独立功能的多台计算机系统互相连接，按照网络协议进行数据通信，实现资源共享的信息系统。这里强调计算机网络是在协议控制下，实现计算机之间的数据通信，网络协议是区别计算机网络与一般计算机互连系统的标志。1.2.2计算机网络的组成和功能一、计算机网络的组成结构一般讲：计算机网络由计算机系统、通信线路（指线路及其设备）和网络结点组成。从功能（逻辑）上，可分为资源子网和通信子网两部分：资源子网——主要包括拥有资源的用户主机和请求资源的用户终端、通信子网接口设备和软件等，提供访问网络和处理数据的能力。负责全网数据处理和向网络用户提供网络资源及网络服务。通信子网——由结点计算机、通信设备和通信线路组成的独立的数据通信系统。结点计算机也称通信处理机CCP（CommunicationControlProcessor）或前端处理机FEP(FrontEndProcessor)是设置在主计算机与通信线路间计算机，负责通信控制和通信处理工作。它可连多个主机，也可将多个终端接入网点。它是为了减轻主计算机负担，提高主机效率而设置。通信设备是数据传输设备，包括集中器、MODEM等。通信子网提供网络通信功能，完成主机之间的数据传输、交换、控制和转换等通信任务。即将一个主机的输出信息传送给另一个主机。二、计算机网络的功能计算机网络的主要功能是：数据通信、资源共享、分布处理。数据通信——是计算机网络的基本功能，正是这一功能才能实现计算机之间传送各种信息（文字、声音、图象等）以及对地理位置分散的单位进行集中管理与控制。是计算机网络实现其他功能的基础。资源共享——共享计算机系统的硬件、软件和数据，是现代计算机网络的重要标志之一。分布处理——各计算机协同完成各种处理任务（按一定算法）计算机的可靠性和可用性得到提高——可靠性指网络中的计算机彼此互为备用。可用性指均衡各台PC负担过重，避免产生忙闲不均的现象。计算机网络可以应用于任何地方，任何行业，包括：政治、经济、军事、科学、文教及生活等诸多方面，它将为各行各业以至人们的生活带来崭新的通信手段和崭新的变化。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，越来越深入，许多新的计算机网络应用系统不断地被开发出来，这里仅举几例说明计算机网络的应用。·工业自动控制·电子博物馆·过程控制·全球情报检索与信息查询·管理信息与办公自动化·视频点播·辅助决策·电视会议·远程教学·网上购物·虚拟大学·电子商务·数字图书馆·远程医疗1.2.3计算机网络的分类在刚刚接触网络的时侯，你会听到各种各样的网络类型，如：“局域网”、“广域网”、“以太网”、“互联网”、“Novell网”等，而且经常是对某一种网络有多种说法，使人们很容易混淆，不知哪一种说法是正确的。其实这些说法都没错，因为计算机网络可以从不同的角度进行分类，常用的分类方法有：☆按网络覆盖的地理范围分类☆按网络的拓扑结构分类☆按网络协议分类☆按传输介质分类☆按所使用的网络操作系统分类☆按传输技术分类1、按网络覆盖的地理范围分类按照网络覆盖的地理范围的大小，我们可以把计算机网络分为：局域网、城域网和广域网三种类型。2、按网络的拓扑结构分类根据以什么拓扑结构组建网络，可以把网络分为总线型网络、环型网络、星型网络、树型网络、网状型网络和混合型网络。例如：以总线型物理拓扑结构组建的网络为总线型网络，同轴电缆以太网系统就是典型的总线型网络；以星型物理拓扑结构组建的网络为星型网络，交换式局域网以及双绞线以太网系统都是星型网络。星型结构的主要特点是：星型拓扑结构简单，便于管理和维护易实现结构化布线星型结构易扩充，易升级通信线路专用，电缆成本高星型结构的网络由中心结点控制与管理，中心结点的可靠性基本上决定了整个网络的可靠性中心结点负担重，易成为信息传输的瓶颈，且一旦故障，全网瘫痪树型结构的主要特点是：这种结构是天然的分级结构易于扩展易故障隔离，可靠性高电缆成本高根结点的依赖性大，一旦根结点出现故障，将导致全网不能工作总线型结构的主要特点是：这种结构简单，而且又是无源元件易于扩充使用电缆较少，且安装容易使用的设备相对简单，可靠性高故障隔离困难。如果某个站点发生故障，则需将该站点从总线上拆除，如传输介质故障，则整个这段总线要切断和变换环型结构的主要特点是：路由选择控制简单电缆长度短时延固定、实时性强结点故障引起整个网络瘫痪适用于光纤。光纤传输速度高，而环型拓扑是单方向传输，十分适用于光纤这种传输介质网状结构的主要特点是：每个结点都有冗余链路，可靠性高因为有多条路径，所以可以选择最佳路径，减少时延，改善流量分配，提高网络性能，但路经选择比较复杂结构复杂，不易管理和维护适用于大型广域网线路成本高混合型拓扑结构是由以上几种拓扑结构混合而成的。如：环星型结构,它是令牌环网和FDDI网常用的结构。再如：总线型和星型的混合结构等3、按网络协议分类根据所使用的网络协议，可以把计算机网络分为：以太网（Eth