第一章 计算机网络概述1

第一章计算机网络概论1.1计算机网络的形成与发展计算机与通信技术的结合产生了计算机网络。计算机与通信技术的结合主要有两个方面，通信网络为计算机传输数据提供了必要的手段；另一方面，数字计算技术渗透到通信领域，又提高了通信网络的各种性能。(1）1946年世界上第一台数字电子计算机问世。（2）1954年人们使用一种叫做收发器的终端，将穿孔卡片上的数据从电话线路上发送到远端计算机。用户可在远程输入自己的计算程序至计算机，而计算机可将计算结果传回给用户，这样计算机和通信结合就开始了。线路控制器相当于计算机和远程用户之间的接口。（3）20世纪60年代初出现了多重线路控制器，它可以和许多远程终端相连，是最原始的计算机网络。计算机是网络的中心，终端围绕计算机分布。计算机通过多重线路控制器与远程终端相连•前端处理机（FrontEndProcessor)完成全部通信任务，而主机专门进行数处理，这样将大大提高主机处理数据的效率。由于可以采用小型计算机作为大型计算机的前端处理器，因此这种面向终端的计算机通信网获得很大的发展。•集中器（concentrator)一端与终端相连，而另一端与计算机相连。为节省通信费用可在远程终端密集处加集中器，由于具有智能性可以利用一些终端的空闲来传输其他工作终端的数据，从而明显降低通信费用。•用前端处理机完成任务采用集中器降低通信费用（4）分组交换网的出现分组交换也称包交换，是现代网络技术的基础。（a）电路交换技术简介电路交换是在用户通话之前，通过用户的呼叫（拨号），由网络预先给用户分配传输带宽，用户若呼叫成功，则从主叫端至被叫端建立一条物理通路，此后双方才能通话，通话完毕挂机后即自动放弃这条物理通路。电路交换的关键特点是：在通话的全部时间内用户始终占有端到端的固定传输带宽。电路交换示意图•当这种传统的通信系统来传输计算机或终端的数据时，由于计算机数据传送是突发式的出现在传输线路上，因此网络上真正用来传递数据的时间往往不到10%甚至1％。绝大部分时间内通信线路是空闲的，例如当用户正在阅读屏幕上的信息、编辑一份文件等时候，宝贵的通信资源实际上被白白浪费。•计算机和终端之间传输速率差别较大，采用电路交换时，不同类型规格、不同速率的计算机和终端很难互相通信。•另外在双方建立的通路中，只要任何一点出现故障，整个线路就会中断。（b)分组交换网发展历程1964年八月巴兰在美国兰德公司的“论分布式通信”的研究报告中提出存储转发的概念。1966年戴维斯（Davies)首次提出分组（Packet)这一名词。1969年12月，美国分组交换网APRANET投入运行，从此计算机网络的发展进入一个崭新的纪元。1973年英国和法国也分别开通其分组交换网。（C)分组交换的主要特点报文（message):将要发送的整块数据。分组（又称“包”）：发送报文之前，先将较长的报文划分为一个个等长的数据段，并加上首部，便构成了分组。首部：包含诸如源地址，目的地址等重要控制信息。111000001…………….110010100首部数据首部数据首部数据分组报文分组的概念分组交换网的组成：节点交换机和连接这些交换机的链路组成。在节点交换机的输入和输出端口之间是没有直接连线的，处理分组的过程是：将收到的分组先放入缓冲区，再查找路由表，然后确定将该分组交给某个端口转发出去。通过以上分析，采用存储转发的分组交换，实际上采用了通信过程动态分配带宽的的策略，非常适用于计算机传输数据，使通信线路利用于大大提高。BCAED计算机1计算机2计算机3•为提高分组的可靠性，常采用网状拓扑结构，使得发生网络拥塞少数节点出现网络故障时，可灵活的改变路由，不至于导致通信中断和全网瘫痪。•分组交换网的优缺点：•优点：高效在分组传输过程中动态分配传输带宽灵活每个节点均有智能，可根据情况决定路由和对数据做必要的处理。迅速以分组为单位，在每个节点存储转发，网络使用高速链路。可靠完善的网络协议；分布式多路由的通信子网•缺点：分组在各节点存储转发时因排队需要总会造成一定的时延。当网络通信量过大时，这种时延可能会很大。此外，各分组必须携带的控制信息也造成了一定的额外开销，而且整个分组交换网还需要专门的管理和控制机制。•总结：早期的面向终端的计算机网络是以单个主机为中心的星形网，各终端通过线路共享主机的硬件和软件资源，而分组交换网则是以网络为中心，主机和终端都在网络的外围，构成了用户资源网，用户可以通过分组交换网共享许多硬件和软件的资源。因此，分组交换技术是现代网络技术的基础。1.2计算机网络基本概念1.2.1计算机网络的定义凡将地理位置不同,并具有独立功能的多台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在网络中资源共享的系统,称之为计算机网络系统.1.2.2计算机网络系统的组成计算机网络系统由网络操作系统和用以组成计算机网络的多台计算机,以及各种通信设备和通信介质构成.具体来说可分为网络硬件和网络软件.在整个系统中,硬件对网络的性能起着决定作用,是网络运行的实体,而网络软件则是支持网络运,提高效益和开发网络资源的工具。网络硬件网络硬件是计算机网络系统的物质基础，构成计算机网络首先要将计算机以及相应的硬件设备连接起来实现物理连接。随着技术的发展，网络硬件日趋多样化，功能更强结构更复杂，而且不同的网络在硬件上有很大的差别，常用的网络硬件有服务器、网络工作站、网络接口卡、通信介质、网络互联设备等。(1)服务器服务器是具有较强的计算功能和丰富信息资源的高档计算机，它向网络用户提供服务，并对网络资源进行管理，是网络系统中重要组成部分。通常采用小型计算机、专用微机服务器、高档微机做服务器。常见的网络服务器有文件服务器、数据库服务器、服务器、邮件服务器、代理服务器等等。（2）网络工作站网路工作站是通过网卡连接到网络上的个人计算机，它保持原有计算机功能作为独立计算机为用户服务，同时有一定的权限访问服务器，各工作站之间可以互相通信，共享网络资源，有的工作站没有计算功能只提供联网的操作的界面，如网络终端。（3）网络接口卡简称网卡，又称为网络接口适配器，是计算机与通信介质的接口，是构成网络的基本部件。每一台计算机至少配备一块网卡，通过通信介质将它们连接到网络上。网卡的主要功能是实现网络数据格式和计算机数据格式的相互转换，网络数据的接收和发送等功能。网卡按照总线类型可分为•ISA(industrialstandrartarchitecture)工业标准总线接口卡。•PCI(peripheralcomponentinterconnect)外围设备互联接口卡。•PCMCIA接口卡。（4）通信介质通信介质是计算机之间传输数据的重要媒介，它提供了数据信号传输的物理通道。通信介质按其性能分为有形和无形两大类，有形通信介质包括双绞线、同轴电缆、光缆等等。无形介质包括无线电、微波、卫星通信等等。一般他们支持不同的传输速度和传输距离。选择通信介质常考虑以下几个因素：•传输带宽•信号衰减•抗干扰能力•安装难度•价格（5）网络通信设备主要包括交换机、路由器、集线器等交换机、路由器网卡双绞线RJ45接口交换机和双绞线连接网络软件（1）网络操作系统网络操作系统是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、网络系统安全服务以及其它服务的软件系统。（2）网络协议协议是一组规则，网络协议是计算机用于通信的一组规则。凡联入计算机网络的服务器。工作站都运行着相应的网络协议软件。•网络数据库：存储信息，并实现信息共享•应用系统：各种应用软件系统资源子网和通信子网•通信链路:是用于传输信息的物理信道以及为达到有效、可靠的传输质量所必需的信道设备的总称。一般，通信子网中的链路属于高速线路，所用的信道类型可以是有线信道或无线信道。而通信子网的作用则是为资源子网提供传输、交换数据信息的能力。通信子网主要由通信控制处理机、通信链路及其他设备如调制解调器等组成。通信控制处理机主要具有以下三个功能：1.网络接口功能-----实现资源子网和通信子网的接口功能；2.存储/转发功能----对进入网络传输的数据信息提供转接功能；3.网络控制功能-----为数据提供路径选择、流量控制等功能。资源子网负责全网的数据处理业务，并向网络用户提供各种网络资源和网络服务。资源子网主要由主机、终端以及相应的I/O设备、各种软件资源和数据资源构成。主机（HOST）可以是大型机、中型机、小型机、工作站或微型机，它通过高速通信线路与通信控制处理机相连。从计算机网络的设计与实现角度看，我们更多的是从功能角度去看待计算机网络的组成，并从功能上将计算机网络逻辑划分为资源子网和通信子网。主机系统拥有各种终端用户要访问的资源，它负担着数据处理的任务。终端（Terminal）是用户进行网络操作时所使用的末端设备，它是用户访问网络的界面。终端设备的种类很多，如电传打字机、CRT监视器加键盘，另外还有网络打印机、传真机等。终端设备可以直接或者通过通信控制处理机和主机相连。最上层：核心层中间层：分不成最下层：访问层，为最终用户提供接口1.2.3计算机网络的主要用途•资源共享计算机网络的主要目的就是实现资源共享，共享资源不但有信息资源，还可以共享主机设备如主机硬盘等。也可以共享较高级的外部设备如：激光打印机、绘图仪、扫描仪等等。使普通计算机用户也能享用昂贵的设备，从而避免重复建设。•数据通信利用计算机网络可以实现计算机用户互相通信，通过因特网我们可以收发电子邮件、视频会议、网上聊天等等。•分布式数据处理在获得数据和数据处理的地方设置计算机，把数据处理功能分散到各台计算机上。利用网络环境来实现分布处理和建立优良的、可靠性高的分布式数据库系统。1.3计算机网络类型与特点1.按传输距离长短划分（1）局域网（LANLocalareanetwork)LAN是在一个有限的地理范围将计算机、外部设备和网络互联设备`连接在一起的网络系统，常见于一个学校、几栋大楼或一个企业。局域网根据应用范围的不同分为共享局域网和交换局域网，目前局域网技术迅速发展，是计算机网络中最活跃的领域。（2）广域网(WANwideareanetwork)广域网是相对局域网而言的。广域网的覆盖范围通常可以在几十公里至几千公里，用来连接广阔区域中的局域网，广域网主要采用分组交换技术传输数据。（3）城域网城市地区网络简称为城域网。城域网介于广域网和局域网之间的一种高速网络。4.按传播方式划分（1）点对点传播方式网（2）广播式传播结构网1.4计算机网络的特点•数据通信在计算机网络中各台计算机能相互通信，使人们在异地仍可以方便的交流。•自治性计算机网络中的计算机是相互独立的，他们之间可以相互联系，也可独立操作。•建网周期短对于一个较为简单的局域网，通过结构化布线，并配齐相应的软硬件，调试后很快就能建立起来。•成本低计算机网络使网上普通用户也能共享较为昂贵的外部设备。•对技术要求不高本章总结1.什么是计算机网络?2.计算机网络的组成部分?3.计算机网络的分类,以及每个类型的特点?4.计算机网络的特点?5.了解计算机网络的发展历史