项目1 认识计算机网络

项目一认识计算机网络小明特别喜欢上网，家里的计算机连上一只“猫”，就能带给他无数的信息，可以让他和许多同学“QQ”。他又听说，现在用手机也能与朋友网上聊天了。他非常想知道：这个神奇的网络世界是怎么构成的？怎么才能看懂学校的网络拓扑图？他在学校里应该选用什么样的网络帮助学习？一、什么是计算机网络思考与讨论图1-1互联网的部分应用1、2013年，中国网民对各类网络应用按使用率排名如下：★请一位同学将以上各类网络应用使用率排名？★这些应用，又可分为获取信息、商务交易、交流沟通、网络娱乐四大类，分别分类？（填表P21-1）即时通信、网络新闻、搜索引擎、网络音乐、博客/个人空间、网络视频、网络游戏、网络购物、微博、社交网站、网络文学、网上支付、电子邮件、网上银行。2、列举网民使用各类上网设备的比率。手机上网比例首超传统PC上网比例，移动互联网带动整体互联网发展。截至2014年6月，中国手机网民规模达到5.27亿，较2013年底增加2699万人。手机上网的网民比例为83.4%，相比2013年底上升2.4个百分点，首次超越80.9%的传统PC上网比例，手机作为第一大上网终端设备的地位更加巩固。网民在手机电子商务类、休闲娱乐类、信息获取类、交通沟流类等应用的使用率都在快速增长，移动互联网带动了整体互联网各类应用发展。结论3、使用电脑或手机，体验QQ或微信等功能。4、讨论：网络对日常生活的影响。二、计算机网络的功能（1）资源共享资源共享是计算机网络的主要功能。网络中可共享的资源有硬件资源、软件资源和数据资源。共享硬件设备共享软件、数据资源（2）通信为网络用户提供强有力的通信手段。如电子邮件、远程文件传输、网上综合信息服务以及电子商务等。（3）提高系统的可靠性（4）进行分布处理在计算机网络中，可以将某些大型处理任务分解为多个小型任务，从而分配给网络中的多台计算机分别处理，从而提高工作效率，如分布式数据库系统。计算机网络分布处理示意图（5）集中处理银行数据集中处理（6）均衡负荷负载均衡方案三、计算机网络的定义关于计算机网络这一概念，从不同角度可能给出不同的定义。•计算机网络是以计算机之间传输信息为目的而连接起来、实现远程信息处理或进一步达到资源共享的系统。从信息传输角度来讲•计算机网络是以相互共享资源（硬件、软件和数据）为目的连接起来，并且各自具备独立功能的计算机系统的集合体。从资源共享角度来讲•计算机网络是由一个网络操作系统自动管理用户任务所需的资源，从而使整个网络就像一个对用户透明的庞大的计算机系统。从用户来讲•利用通信线路将地理上分散的、具有独立功能的计算机系统和通信设备按不同的形式连接起来，以功能完善的网络软件及协议实现资源共享和信息传递的系统。一个比较通用的定义是计算机网络应具有以下要素：（1）计算机网络中至少拥有两台以上的计算机。（2）传输媒体和通信设备把若干台计算机连结在一起。（3）把多台计算机连接在一起，形成一个网络，是为了资源共享。（4）为了正确地通信，需要有一个共同遵守的约定——通信协议。最简单的计算机网络示意图典型的办公网络【任务描述】体验到网络的便利，小明和几个同学对计算机网络产生了深厚的兴趣，他们很想知道：网络是如何形成和发展起来的？今后会发展成什么样？如果把宿舍里的几台电脑连接起来，组成一个简单的网络，你能结合网络发展趋势和他们的需求，给出建议吗？【任务分析】计算机网络发展历史只有几十年，但发展很快，且由最初主要用于军事领域到今天用于人们生活的方方面面。而当前我们国家正大力培育和发展的“新一代信息技术产业”，正在大力推动下一代互联网、物联网、云计算等下一代网络的发展。了解计算机网络发展的现状及趋势，根据需求选择合适的网络，是计算机专业学生应该掌握的基础知识和基本技能。1.确定当前计算机网络发展的现状及趋势。2.在电脑或手机上搜索计算机网络的形成、发展、未来趋势，确定你所处的网络的现状。(上机实践）分组讨论3.进行简单的需求分析。把你的建议填入表1-2中。项目内容组网目的网络应用现有条件方案选择4.方案示例方案一：如果宿舍同学的电脑有有线接口，为了提高网络的速度和可靠性，可以使用集线器或交换机，将电脑连接起来，组成简单网络，如图所示。方案二：思考，如果每台电脑有无线接口，且为了消除“杂乱”的网线带来的烦恼，有没有更好的方法，组成简单的办公网络？四、计算机网络的形成与发展1、（1）面向终端的计算机网络20世纪50年代中期到60年代中期，是计算机网络的“萌芽”阶段。在该计算机网络和控制中，因为终端无独立处理数据的功能，只能共享主机的资源。从严格意义说，该阶段的计算机网络还不是真正的计算机网络。第一代计算机网络结构示意图（2）计算机—计算机网络世界上第一个采用分组交换技术的计算机网络是1969年建成的ARPANET，也是现今互联网的前身。第二代计算机网络结构示意图（3）开放式标准化网络1984年正式颁布了“开放系统互连基本参考模型”（OSI/RM），为不同厂商之间开发可互操作的网络部件提供了基本依据。从此，计算机网络进入了标准化时代。第三代计算机网络结构示意图（4）高速互联网络20世纪80年代末，局域网技术发展成熟，出现了光纤及高速网络技术。整个网络就像一个对用户透明的、大的计算机系统。因特网（国际互联网Internet）就是第四代高速计算机网络时期的典型代表。第四代计算机网络结构示意图2、计算机网络发展的趋势网络融合•统一了在不同网络上传输的多种数据•把以前各种异构网络上的应用全部整合到一个IP网络上移动互联网•移动互联网正在极大的改变人们在信息时代的社会生活。移动音乐、手机游戏、视频应用、手机支付、GPS定位等丰富多彩的移动互联网应用正在飞速发展。其它•计算机网络也朝着软交换、光通信、IPv6协议、宽带接入、3G以上的移动通信系统技术方面发展。3、计算机网络的分类按网络覆盖地理范围分类•局域网（LAN）•城域网（MAN）•广域网（WAN）按传输介质分类•有线网•无线网按通信方式分类•广播式网络•点到点式网络★按网络的覆盖范围分类计算机网络按照其覆盖的地理范围进行分类，可以很好地反映不同类型网络的技术特征。由于网络覆盖的地理范围不同，它们所采用的传输技术也就不同，因而形成了不同的网络技术特点与网络服务功能。另外，计算机网络还可以按照其覆盖的地理范围进行分类，使用这种方法，可以将计算机网络分为3类：局域网、城域网与广域网。这也是最常见的网络分类方法。1.局域网(LocalAreaNetwork，LAN)局域网覆盖有限的地理范围，它适用于一个单位有限范围内的计算机、终端与各类信息处理设备连网的需求。局域网提供高数据传输速率(10~1000Mb／s)、低误码率的高质量数据传输环境。决定局域网特性的主要技术要素为网络拓扑、传输介质与介质访问控制方法。2.城域网(MetropolitanAreaNetwork，MAN)使用基于IEEE802.5的单令牌的环网介质访问控制MAC协议。使用IEEE802.2协议，与符合IEEE802标准的局域网兼容。数据传输速率为100Mb／s，连网的节点数≤1000，环路长度为100km。3.广域网（WideAreaNetwork，WAN）广域网的覆盖范围比城域网更大，是局域网在更大空间中的延伸，是利用公共通信设施(如电信局的专用通信线路或通信卫星)，将相距数百、甚至数千公里的局域网或计算机连接起来构建而成的网络。其范围已不再仅仅局限于某一特定的区域，而是可以包括在地理上分布得很广的、数量庞大的局域网或计算机。★按网络的通信介质分类1.有线网有线网是采用同轴电缆、双绞线、光纤等有形的传输介质来连接的计算机网络。◆工程造价低◆传输速率高◆传输距离远◆受外界干扰小2.无线网无线网用电磁波作为载体来传输数据，如通信卫星、地面微波接力通信。◆部署灵活◆建设速度快◆安装灵活方便◆节约建设投资◆安全性好（1）该网络中用到哪些硬件？（2）该网络要用到哪些软件？五、描述计算机网络组成观察与思考2、计算机网络的组成网络硬件•主机（又分为服务器和工作站）•网络设备•和传输介质网络软件•网络操作系统•网络协议软件•通信控制软件•管理软件一、网络体系结构网络体系结构是为了完成计算机间的协同工作，把计算机间互连的功能划分成具有明确定义的层次，规定了同层次进程通信的协议及相邻层之间的接口服务。网络体系结构是网络各层及其协议的集合。好处是：（1）各层之间相互独立。（2）灵活性好。（3）有利于标准化的实现。网络分层结构示意图OSI参考模型OSI（OpenSystemInterconnection，开放系统互连）参考模型称为开放式系统互联参考模型。它把网络从逻辑上分为了7层。每一层都有相对应的物理设备，如路由器，交换机。建立该模型的主要目的是为解决异种网络互连时所遇到的兼容性问题。其最主要的功能就是帮助不同类型的主机实现数据传输，通过层次化的结构模型使不同的系统、不同的网络之间实现可靠的通讯。3、OSI参考模型OSI模型中信息传输过程示意图六、认识计算机网络硬件【任务描述】复杂的网络问题可以“分层”解决，小明决心从认识身边常见硬件设备开始。【任务分析】认识常见网络硬件设备，并了解其功能，有助于我们进一步学习计算机网络。1.仔细阅读下图，并思考：（1）图中有哪些网络硬件设备？（2）这些设备分别叫什么？2.观察所在机房或网络实验室中用到了那些网络设备，并说说这些设备有什么功能？常用的网络设备网络设备是在网络通信过程中完成特定功能的通信部件。主要有网卡、中继器、集线器、交换机、路由器、网桥、防火墙等。（1）网络适配器网络适配器(NetworkInterfaceCard，NIC)也叫网卡，是局域网的接入设备，也是单机与网络间架设的桥梁，是OSI参考模型中数据链路层的设备。有线网卡无线网卡集成网卡（2）交换机交换机是一种用于电信号转发的网络设备。它可以为接入交换机的任意两个网络节点提供独享的信号通道，工作于OSI参考模型的数据链路层。常见交换机（3）路由器路由器是一种典型的网络层设备，用于连接多个逻辑上分开的网络，所谓逻辑网络是指一个单独的网络或者一个子网。路由器负责两个网络之间转发报文，并选择最佳路由线路。当数据从一个子网传输到另一个子网时，可通过路由器来完成。常见路由器七、认识常用网络传输介质【任务描述】看着连接计算机的网络，小明又疑惑了：网络可以传输信息，无线电波也可以传输，听说光纤也行，网络中都有哪些常见传输介质呢？【任务分析】任何信息传输和共享都需要有传输介质，计算机网络也不例外。对于网络设计人员或网络开发者来说，了解网络底层的结构和工作原理则是必要的，因为他们必掌握常见传输介质的优缺点和使用场合，以便根据联网需求选择适合网络的介质。1、阅读右图，看看该网络中用到哪些传输介质？并将观察的结果写入下表中。传输介质名称功能介质1介质2介质3其它介质2、观察所在机房或网络实验室的网络结构，看看用到了哪些传输介质，说一说能不能换成其它的介质？为什么？传输介质传输介质就是通信中实际传送信息的载体，在网络中是连接收发双方的物理通路或信道。双绞线同轴电缆光缆有线介质无线电波红外线激光无线介质计算机网络中采用的传输介质有两类：1、双绞线组网方便易行，成为现在应用很广的传输介质。按是否屏蔽分非屏蔽双绞线（UTP）屏蔽双绞线（STP）按传输带宽分3类4类5类超5类6类超6类7类◆双绞线分类特性及应用序号名称最高传输频率最高传输速度应用13类双绞线16MHz10Mbit/s基本淘汰24类双绞线20MHz16Mbit/s令牌环网（现在减少）35类双绞线100MHz100Mbit/s10/100Base-T语音数据传输4超5类双绞线100MHz100Mbit/s大多数应用56类双绞线250MHz200Mbit/s全双工高速网络67类双绞线1000MHz600Mbit/s安全、高速网络2、同轴电缆同轴电缆是因为中心铜线和网状导电层为同轴关系而得名。中心铜线和网状导电层形成电流回路，进行信息传输。•可以在相对长的无中继器的线路上支持高带宽通信优点•体