第1章 计算机网络知识概述

刘永华赵艳杰编著计算机组网技术第1章计算机网络知识概述本章主要内容1.1计算机网络的发展1.1.1终端计算机网络1.1.2计算机－计算机网络1.1.3开放式标准化网络1.1.4网络计算机的新时代1.2计算机网络的分类和组成1.2.1计算机网络的分类1.2.2计算机网络的组成1.3计算机网络可提供的服务本章主要内容（续）1.4Internet的概念1.4.1Internet的产生和发展1.4.2Internet提供的服务1.4.3Internet的展望1.5广域网的有关技术1.5.1接入网、传输网与广域网1.5.2ADSL接入网技术1.5.3传输网技术1.6局域网的基础知识1.6.1局域网的基本特征1.6.2局域网的基本组成1.6.3局域网的类型1.1计算机网络的发展1.1.1终端计算机网络第一代计算机网络实际上是以单台计算机为中心的远程联机系统。这样的系统除了一台中心计算机外，其余的终端都不具备自主处理功能，在系统中主要是终端和中心计算机间的通信。虽然历史上也曾称它为计算机网络，但为了更明确地与后来出现的多台计算机互联的计算机网络相区分，现在也将其称为面向终端的计算机网络。1.1.2计算机－计算机网络第二代计算机网络是多台主计算机通过通信线路互联起来为用户提供服务，即所谓的计算机—计算机网络。这类网络是20世纪60年代后期开始兴起的，它和以单台计算机为中心的远程联机系统的显著区别在于：这里的多台主计算机都具有自主处理能力，它们之间不存在主从关系。这样的多台主计算机互联的网络才是我们目前通称的计算机网络。第二代计算机网络的典型代表是ARPA网（ARPAnet）。以ARPA网以及英国国家物理实验室NPL的分组交换网为先驱，20世纪70年代和80年代第二代计算机网络得到了迅猛发展。第二代计算机网络有不少弊病，不能适应信息社会日益发展的需要，其中最主要的缺点是，第二代计算机网络大都是由研究单位、大学应用部门或计算机公司各自研制的，没有统一的网络体系结构，为实现更大范围内的信息交换与共享，把不同的第二代计算机网络互联起来十分困难。因而计算机网络必然要向更新的一代发展。1.1.3开放式标准化网络第三代计算机网络是开放式标准化网络，它具有统一的网络体系结构，遵循国际标准化协议。标准化使得不同的计算机能方便地互联在一起。20世纪70年代后期人们认识到第二代计算机网络的不足后，已开始提出发展新一代计算机网络的问题。国际标准化组织ISO（InternationalStandardsOrganization）下属的计算机与信息处理标准化技术委员会（TechnicalCommittee）TC97成立了一个专门研究此问题的委员会（Sub-Committee）。经过若干年卓有成效的工作，ISO制定并在1984年正式颁布了一个称为开放系统互联基本参考模型（OpenSystemInterconnectionBasicReferenceModel，OSI/RM）的国际标准。20世纪80年代，以OSI模型为参照，ISO以及当时的国际电话电报咨询委员会CCITT等为各个层次开发了一系列的协议标准，组成了一个庞大的OSI基本标准集。CCITT是联合国国际电信联盟（InternationalTelecommunicationUnion，ITU）下属的一个组织，目前已被撤消，该组更名为IYU-TSS（TelecommunicationStandardizationSector，国际标准化部）或简称为ITU-T。由CCITT制定的标准都称为建议（Recommendation）。虽然现在已没有了CCITT，但有些资料习惯上仍称其为CCITT建议。最著名的CCITT建议是在公用数据网中广泛采用的，它们是X.25、X.3、X.28、X.29和X.75。另一个开放式标准化网络的著名例子就是因特网（Internet也译为国际互联网）。它是在原ARPAnet技术上经过改造而逐步发展起来的，它对任何计算机开放，只要遵循TCP/IP协议套的标准并申请到IP地址就可以通过信道接入Internet。这里TCP和IP是Internet采用的一套协议中最核心的两个，分别称为传输控制协议（TransmissionControlProtocol，TCP）和网际协议或互联网协议（InternetProtocol，IP）。它们虽然不是某个国际官方组织制定的标准，但由于被广泛采用，已成为事实上的国际标准。1.1.4网络计算机的新时代计算机的发展已进入了网络计算机的新时代，换句话说就是以网络为中心的时代。当前计算机网络的发展有若干引人注目的方向。首先，是计算机网络向高速化发展。其次，对网络带宽、延迟时间（实时性）、时间抖动（等时性）、服务质量等方面都提出了更高的要求。目前，电话、有线电视和数据等都有各自不同的网络，随着多媒体网络的建立和日趋成熟，三网融合甚至多网融合是一个重要的发展方向。1.2计算机网络的分类和组成1.2.1计算机网络的分类1．按网络的覆盖范围划分（1）局域网（LocalAreaNetwork，LAN）。（2）广域网（WideAreaNetwork，WAN）。（3）城域网（MetropolitanAreaNetwork，MAN）。表1-1计算机网络的主要特征参数网络分类缩写分布距离（大约）网络中的物理设备传输速率范围局域网LAN10m房间4Mbps～2Gbps100m建筑物几千米校园城域网MAN10km城市50kbps～100Mbps广域网WAN10km～1000km城市、国家和洲9.6kbps～45Mbps2．按网络的通信传输技术划分（1）广播式网络（BroadcastNetworks）：如总线形网、环形网、微波卫星网等。（2）点－点式网络（Point-to-PointNetworks）：如星形、树形、网形等。3．其他分类方法（1）按传输速率划分。低速网络：传输速率为几十至10kbps。中速网络：传输速率为几万至几十Mbps。高速网络：传输速率为100Mbps至几个Gbps。注：1K=1000，1M=1000K，1G=1000M。（2）按传输媒体划分。有线计算机网：传输介质可以是双绞线、同轴电缆和光纤等。无线计算机网：传输介质有无线电波、微波、红外线、激光等。（3）按拓扑结构划分。网络的拓扑结构是指抛开网络中的具体设备，用点和线抽象出网络系统的逻辑结构。可分为星型、总线型、环型、树型、网状结构。（4）按交换方式划分。电路交换网：如电话系统。报文交换：如电报。分组交换（信元交换）：如因特网、ATM网络。（5）按适用范围划分。公用网：如CHINAPAC。专用网：如微软公司的内部网络。1.2.2计算机网络的组成计算机网络包括通信子网和资源子网。通信子网完成信息分组的传递工作，每个通信节点具有存储转发功能。资源子网包含所有由通信子网连接的主机，向网络提供各种类型的资源。通信子网和资源子网可分别建设。计算机网络系统由网络硬件和网络软件组成。1．网络硬件网络硬件是指在计算机网络中所采用的物理设备，包括以下内容：（1）网络服务器：提供网络资源。（2）工作站：用户机。（3）网络设备。网卡集线器HUB（中继器）交换机（网桥）节点交换机路由器网关（4）传输介质：如同轴电缆、双绞线、光缆、无线电、微波等。2．网络软件协议和软件在网络通信中扮演了极为重要的角色。网络软件可大致分为网络系统软件和网络应用软件。网络系统软件是控制和管理网络运行、提供网络通信和网络资源分配与共享功能的网络软件，它为用户提供了访问网络和操作网络的友好界面。网络应用软件是指为某一个应用目的而开发的网络软件，它为用户提供一些实际的应用。网络应用软件既可用于管理和维护网络本身，也可用于某一个业务领域1.3计算机网络可提供的服务1．数据通信2．资源共享3．远程传输4．数据信息的集中和综合处理1.4Internet的概念Internet的全称是InterNetwork，中文称为因特网，是一个全球性的计算机互联网络。它既是一个多媒体的通信媒介，又是一个无限的信息资源。它由几万个不同规模的网络通过自愿原则主要采用TCP/IP协议互相连接起来。通俗地讲，成千上万台计算机相互联接到一起的集合体就是Internet。1.4.1Internet的产生和发展Internet是全世界最大的计算机网络，它起源于美国国防部高级研究计划局（ARPA）于1968年主持研制的用于支持军事研究的计算机实验网ARPANET。在20世纪90年代以前，Internet是由美国政府资助，主要供大学和研究机构使用，但近年来该网络商业用户数量日益增加，并逐渐从研究教育网络向商业网络过渡。近几年，Internet的规模迅速发展，已经覆盖了包括我国在内的154个国家，连接的网络达6万多个，主机达500万台，终端用户近5000万，并且以每年15%～20%的速度增长。1.4.2Internet提供的服务（1）全球信息网（WorldWideWeb或）。（2）电子邮件（E-mail）。（3）电子布告栏（BBS）。（4）文件传输功能（FTP）。（5）信息检索系统（Archie）。（6）网络论坛（NetNews）。（7）资料查询系统（Gopher）。1.4.3Internet的展望Internet创造的计算机空间正在以爆炸性的势头迅速发展。Internet能使人们现有的生活、学习、工作以及思维模式发生根本性的变化。1.5广域网的有关技术1.5.1接入网、传输网与广域网1．接入网（1）接入网的概念。国际电联标准部（ITU-T）根据近年来电信网的发展演变趋势，提出了接入网的概念。从整个电信网的角度讲，可以将全网划分为公用网和用户驻地网（CPN）两大块，其中CPN属用户所有，因而，通常意义的电信网指的是公用电信网部分。公用电信网又可以划分为长途网、中继网和接入网三部分。长途网和中继网合称为核心网。相对于核心网，接入网介于本地交换机和用户之间，主要完成使用户接入到核心网的任务，接入网由业务节点接口（SNI）和用户网络接口（UNI）之间的一系列传送设备组成。（2）宽带有线接入网技术。宽带有线接入网技术包括基于双绞线的ADSL技术、基于HFC网（光纤和同轴电缆混合网）的CableModem技术、基于五类线的以太网接入技术以及光纤接入技术。1）基于双绞线的ADSL技术。2）基于HFC网的CableModem技术。3）基于五类线的以太网接入技术。4）光纤接入技术。（3）宽带无线接入网技术。目前主要有四种宽带无线接入技术：1）MMDS接入技术。2）LMDS接入技术。3）卫星通信接入技术。4）不可见光纤无线系统。2．传输网传输网分为长途传输网和本地中继传输网两个等级。长途传输网包括省际骨干网和省内干线网，用作本地网间的信息传输，支持各种业务在本地网的网间互联。中继传输网用作本地网内各局端或交换节点间的中继电路，支持构建本地网。目前，传输网主要采用SDH光纤传输并正利用DWDM扩容。随着DWDM的广泛应用和OADM、ODXC及光交换技术的商用，一个全光网络将成为传输网的核心网（层）。3．广域网广域网（WideAreaNetwork，WAN）指覆盖范围广阔（通常可以覆盖一个城市、一个省、一个国家）的一类通信子网，有时也称为远程网。（1）广域网的特点。1）主要提供面向通信的服务，支持用户使用计算机进行远距离的信息交换。2）覆盖范围广，通信距离远，需要考虑的因素增多，如媒体的成本、线路的冗余、媒体带宽的利用和差错处理等。3）由电信部门或公司负责组建、管理和维护，并向全社会提供面向通信的有偿服务、流量统计和计费问题。（2）广域网的构成。广域网由许多节点交换机以及连接这些交换机的链路组成，各台计算机连接到交换机上，节点之间的连接方式是点到点方式。广域网初始的规模是由站点数目和连入的计算机数目决定，其他的交换机可以按需要加入，用来连接其他的站点或计算机。一组交换机相互联接构成广域网。一台交换机通常有多个输入/输出接口