计算机网络技术基础第一讲 计算机网络概述

1第1讲计算机网络概述2主要内容计算机网络的产生和发展计算机网络的定义和功能计算机网络的组成计算机网络的分类计算机网络的拓扑结构计算机网络技术的发展趋势3学习要求了解计算机网络的发展历史理解计算机网络的定义掌握计算机网络的主要功能掌握计算机网络的硬件和软件组成熟悉计算机网络的分类掌握局域网和广域网的概念了解网络拓扑结构的概念熟悉常见的网络拓扑结构了解网络界一些重要的标准化组织了解计算机网络技术的发展趋势41.1计算机网络的产生和发展作为一门相对独立的学科，计算机网络也经历了一个从简单到复杂，从低级到高级的发展过程。它萌芽于上世纪60年代，在70到80年代得到发展与完善，并在90年代以后不断壮大、如火如荼地发展起来。计算机网络的发展和演变过程，大致上可分为如下三个阶段：–面向终端的计算机网络系统–计算机网络——多机系统–互联网——多网络系统5面向终端的计算机网络系统计算机网络的雏形。在该系统中，人们利用通信线路、集中器等设备，将一台计算机与多台用户终端相连接，用户通过终端命令以交互的方式使用计算机系统，从而将单一计算机系统的各种资源分散到了每个用户手中。该系统的成功，极大地刺激了用户使用计算机的热情，使计算机用户的数量迅速增加。缺点：如果计算机的负荷较重，会导致系统响应时间过长；而且单机系统的可靠性一般较低，一旦计算机发生故障，将导致整个网络系统的瘫痪。67计算机网络——多机系统多机系统是真正意义上的计算机网络。该系统中，多台计算机通过通信子网构成一个有机的整体，既分散又统一，从而使整个系统性能大大提高；原来单一主机的负载可以分散到全网的各个机器上，使得网络系统的响应速度加快；而且在这种系统中，单机故障也不会导致整个网络系统的全面瘫痪。8通信子网资源子网CCPCCPCCPCCPCCPCCP主机主机主机终端终端终端9计算机通信网络-多机系统在逻辑上可分为两大部分：通信子网（CommunicationSubnet）资源子网资源子网由主计算机系统、终端、终端控制器、连网外设、各种软件资源与信息资源组成。资源子网负责全网的数据处理业务，向网络用户提供各种网络资源与网络服务。通信子网由通信控制处理机（CommunicationControlProcessor,CCP）、通信线路和其他通信设备组成，完成网络数据传输、转发等通信处理任务。10互联网——多网络系统互联网是全球范围的计算机网络，它属于“网络——网络”的系统，在全球已有几万个网络进行了互连。互联网的发展历史可以追溯到70年代末，由于APRANET的发展，并成功地采用了TCP/IP协议，使网络可以在TCP/IP体系结构和协议规范的基础上进行互连。进人90年代以来，互联网进入了快速发展时期，到了20世纪末，互联网的应用越来越普及，随着全世界基础设施的建设，互联网的发展将会更加如火如荼。11通信子网路由器路由器路由器路由器路由器路由器主机局域网主机局域网主机局域网主机局域网路由器路由器路由器路由器服务器服务器服务器服务器12Internet和Internet的区别以小写字母i开始的internet（互联网或互连网）是一个通用名词，它泛指由多个计算机网络互连而成的网络。以大写字母I开始的的Internet（因特网）则是一个专用名词，它指当前全球最大的、开放的、由众多网络相互连接而成的特定计算机网络，它采用TCP/IP协议族作为通信的规则，且其前身是美国的ARPANET。13万维网的问世因特网已经成为世界上规模最大和增长速率最快的计算机网络，没有人能够准确说出因特网究竟有多大。因特网的迅猛发展始于20世纪90年代。由欧洲原子核研究组织CERN开发的万维网(WorldWideWeb)被广泛使用在因特网上，大大方便了广大非网络专业人员对网络的使用，成为因特网的这种指数级增长的主要驱动力。141.2计算机网络的定义和功能1.2.1计算机网络的定义从不同的角度理解有不同的定义–信息传输角度: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。–资源共享角度:以能够相互共享资源（硬件、软件和数据）的方式连接起来，并且各自具备独立功能的计算机系统之集合体。–用户透明性角度: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计算机大系统。15得到普遍认可的定义：计算机网络是把一定地理范围内的计算机通过通信线路互相连接起来，在特定的通信协议和网络系统软件的支持下，彼此互相通信并共享资源的系统。从以下几个方面来理解:–计算机网络中至少拥有两台以上的计算机。–传输媒体和通信设备把若干台计算机连结到了一起。–把多台计算机连接在一起，形成一个网络，是为了资源共享。–为了正确地通信，需要有一个共同遵守的约定——通信协议。161.数据通信2.资源共享3.提高可靠性4.提高系统处理能力5.分布式处理1.2.2计算机网络的功能17电子邮件远程文件传输、网上综合信息服务以及电子商务利用计算机网络的数据通信功能，还可以对分散的对象进行实时的、集中的跟踪管理与监控，如:管理信息系统（MIS）、计算机集成制造系统（CIMS）等。此外，计算机网络还给科学家和工程师们提供一个网络环境，在此基础上可以建立一种新型的合作方式—计算机支持协同工作（CSCW）。1.数据通信18硬件资源：由于网络中某些计算机及其外围设备价格昂贵，如巨型计算机、激光打印机、大容量磁盘等，采用计算机网络进行资源共享可以减少硬件设备的重复购置，从而提高设备的利用率；软件资源：软件共享避免了软件的重复购置或重复开发，从而达到降低成本，提高效率的目的；信息资源：用户数据也是一种非常有价值的资源，通过网络可以达到全网用户的共享，以提高信息的利用率。（如数字图书馆）2.资源共享19在一个单机系统中，某部件或计算机产生故障时，必须通过替换资源的办法来维持系统的继续运行，否则系统便无法开展正常的工作。而在计算机网络中，由于设备彼此相连，当一台机器出故障时，可以通过网络寻找其他机器来代替本机工作；而且每种资源可以存放在多个地点，用户可以通过多种途径来访问网内的某个资源，从而避免了单点失效对用户产生的影响。因此系统的可靠性可以得到大大地提高。3.提高可靠性20单机的处理能力是有限的，并且由于种种原因（例如时差），计算机之间的忙闲程度是不均匀的。从理论上讲，在同一网内的多台计算机可通过协同操作和并行处理来提高整个系统的处理能力，并使网内各计算机负载均衡。即当网络中某一台机器的处理负担过重时，可以将其作业转移到其他空闲的机器上去执行，从而提高系统的利用率，增加整个系统的可用性。4.提高系统处理能力21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，如分布式数据库系统。此外，利用计算机网络技术还可以把许多小型机或微机连接成具有大型机处理能力的高性能计算机系统，使其具有解决复杂问题的能力，如网格计算（GridComputing）技术、云计算等。5.分布式处理221.2.3计算机网络的基本应用21世纪的一些重要特征就是数字化、网络化和信息化，它是一个以网络为核心的信息时代。网络现已成为信息社会的命脉和发展知识经济的重要基础。进入20世纪90年代以后，以因特网为代表的计算机网络得到了飞速的发展。现在人们的生活、工作、学习和交往都已离不开因特网。231.2.3计算机网络的基本应用在科研和教育中的应用e-Science、e-Learning在企事业单位中的应用Intranet、远程办公、e-Business在商业上的应用EDI、B2B、B2C、C2C在通信与娱乐上的应用、Email、bbs、QQ、IP电话、视频点播虚拟现实、网络游戏、搜索引擎、网上购物、博客、微博241.3计算机网络的组成计算机网络系统由网络硬件和网络软件两部分组成。网络硬件：是网络运行的实体，其性能的好坏对网络的性能具有决定性的作用。网络软件：是支持网络运行、开发网络资源使用效率、挖掘网络潜力的工具。251.计算机设备2.网络接口设备3.传输媒体4.网络互联设备1.3.1网络硬件26计算机设备根据其在网络服务中扮演的角色，可划分为：网络服务器网络工作站1.计算机设备27服务器服务器是具有较强的计算功能和丰富的信息资源的高档计算机，它向网络客户提供服务，并负责对网络资源的管理，是网络系统中的重要组成部分。28主要功能：•为网络工作站上的用户提供共享资源•管理网络文件系统•提供网络打印服务•处理网络通信•响应工作站上的网络请求类型：文件服务器、通信服务器、计算服务器、打印服务器，应用服务器等。29工作站在计算机网络中，只向服务器提出请求而不为其他计算机提供服务的计算机设备称为工作站。工作站通过网络接口设备连接到网络上，它保持原有计算机的功能，作为独立的个人计算机为用户服务，同时又可以按照被授予的权限访问服务器。工作站之间可以进行通信，也可以共享网络资源。30一般采用高档微机作工作站，它通常配有高分辨率的大屏幕显示器及容量较大的内存和外存，并且具有较强的信息处理功能和高性能的图形、图像处理功能以及联网功能。31网络接口设备是连接计算机设备与传输媒介的设备，常用的网络接口设备有：网络接口卡调制解调器2.网络接口设备32网络接口卡网络接口卡简称网卡或网板，也称为网络接口适配器。通常插入到计算机总线插槽内或某个外部接口的扩展卡上。网卡的主要功能是进行信息收发和编码转换。在接收传输媒体上传送的信息时，网卡把传来的信息按照网络上信号编码要求交给主机处理；在主机向网络发送信息时，网卡把发送的信息按照网络传送的要求装配成帧的格式，然后采用网络编码信号向网络发送出去。33网卡的类型：•按网络类型分：•以太网卡、令牌环网网卡、FDDI网卡、无线网卡等。•按总线类型分：•ISA网卡、PCI网卡、PCMCIA网卡、USB网卡。•按带宽分：•10M网卡、100M网卡、1000M网卡。3435调制解调器调制解调器（MODEM）是调制器和解调器的简称，俗称“猫”。调制解调器是实现计算机通信的外部设备，其主要功能是实现数字信号与模拟信号之间的转换。它将计算机输出的数字信号转换为适合电话线传输的模拟信号，在接收端再将接收到的模拟信号转换为数字信号由计算机处理。36调制解调器按外观可分为内置式、外置式和PC卡式3类。选择调制解调器的一个重要指标是传输速率，目前主要使用的是33.6Kbps和56Kbps的调制解调器。37传输媒介也称为传输介质，它负责将计算机网络中的多种设备连接起来，提供数据传输的物理通路。传输媒介可分为两大类：导向传输媒介和非导向传输媒介。导向传输媒介包括双绞线、同轴电缆和光缆等；而非导向传输媒介包括无线电、微波和卫星通信等。不同的传输媒介具有不同的传输速率和传输距离，可以支持不同类型的网络。3.传输媒介38双绞线双绞线也称为双扭线，是一种最古老也最常用的传输媒体。把4对相互绝缘的铜线并排放在一起，用规则的方法两两绞合在一起就构成了双绞线。双绞线价格便宜、安装容易、使用方便，因此使用十分广泛。内导体芯线绝缘箔屏蔽铜屏蔽外套39屏蔽双绞线(STP)非屏蔽双绞线(UTP)以屏蔽提高其抗电磁干扰能力–3类–4类–5类，超5类40同轴电缆同轴电缆由内导体（单根铜质芯线）和外导体（园柱形金属网导体）组成，内导体和外导体之间由绝缘材料隔开，外导体外部是一层绝缘保护套。同轴电缆具有质量稳定、寿命长、通信容量大、传输距离长、抗干扰能力强、可靠性高和维护方便等特点，在有线传输中使用十分广泛。绝缘层铜芯外导体屏蔽层保护套41同轴电缆按其阻抗特性可分为两类：50Ω同轴电缆和75Ω同轴电缆。50Ω同轴电缆也称为基带同轴电缆，适合于在数据通信中传输基带数字信号，计算机局域网中广泛使用50Ω同轴电缆作为物理传输媒介。75Ω同轴电缆也称为宽带同