1、2021/8/14,计算机网络概述,1,第一章 计算机网络基础知识,主讲教师：穆红霞,2021/8/14,计算机网络概述,2,1.1 什么叫计算机网络 1.2 计算机网络的分类 1.3 网络的拓扑结构 1.4 计算机网络设备 1.5 网络操作系统 1.6 网络体系结构模型 1.7 数据通信技术常识,本章内容简介,2021/8/14,计算机网络概述,3,单元学习目的,初步建立计算机网络的概念 了解计算机网络分类、拓扑结构、网络主要设备的名称和主要功能 了解有哪些网络操作系统 了解并掌握OSI参考模型和TCP/IP模型的体系结构,2021/8/14,计算机网络概述,4,1.1 什么是计算机网络,多
2、终端的大型机,网络的雏形：,2021/8/14,计算机网络概述,5,1.1 什么是计算机网络,2021/8/14,计算机网络概述,6,我们把几台计算机连在一起，可以从一台机器拷贝文件到另一台机器，就建起一个简单的计算机网络，图1.1-1 就是一个非常简单的办公网络。图中的服务器实际是一种高性能的计算机；图中还显示了一台网络打印机；集线器（hub）是一种网络互联设备。,1.1 什么是计算机网络,2021/8/14,计算机网络概述,7,现代意义上的计算机网络可以这样定义： 为了实现计算机之间的通信联络、资源共享和协同工作，将地理位置分散的、各自具备独立自主功能的众多计算机通过各种通信手段有机地连接
3、起来，这样组成的多计算机复合系统就是计算机网络。,1.1 什么是计算机网络,2021/8/14,计算机网络概述,8,定义包括三个要点： 1、一个计算机网络包含多台具有“自主”功能的计算机。所谓的“自主”这些计算机脱离开计算机网络后，也能独立地工作和运行。通常将网络中这些“自主”的计算机称为主机（host）。（网络中有独立运行的主机）；,1.1 什么是计算机网络,2021/8/14,计算机网络概述,9,2、组成计算机网络需要使用通信手段，把众多的计算机有机地连接起来。所谓“有机地连接”使之连接时必须遵循所规定的约定和规则，这些约定和规则就是通信协议。这些通信协议有些是有关的国际组织颁布的国际标准
4、，有些是网络设备和软件生产厂商自己开发的通信协议。（“有机地连接”需要通信协议）。,1.1 什么是计算机网络,2021/8/14,计算机网络概述,10,3、建立计算机网络的主要目的是为了实现通信联络、信息资源的交流、计算机数据资源的共享，或者是计算机之间的协同工作。一般将计算机资源共享作为网络的最基本特征。（实现资源共享是网络的最基本特征）。,1.1 什么是计算机网络,2021/8/14,计算机网络概述,11,计算机网络上可以共享的资源,文件 （通过网络共享，电子邮件传递，文件上传下载等方式共享） 信息 （例如：通过World Wide Web 共享信息） 外设 （打印机、传真机、扫描仪、摄像
5、头等多种外设都可以在网络中共享 ） 计算机及其应用程序,2021/8/14,计算机网络概述,12,1.2 计算机网络的分类,计算机网络的划分方法有很多种，不同的划分方法有不同的分类。,按照网络的覆盖范围划分可以分为： 广域网 （WAN 即 Wide Area Network）、 城域网 （MAN 即 Metropolitan Area Network） 局域网 （LAN 即 Local Area Network）,2021/8/14,计算机网络概述,13,按照网络上各主机的组网方式可以分为： 对等网络、 客户机服务器模式网络、 浏览器服务器模式网络,1.2 计算机网络的分类,2021/8/14
6、,计算机网络概述,14,局域网： 局域网是指覆盖范围（1千米之内）很小的局部区域的计算机网络，局域网往往只覆盖连接一片校园、一个企业、一座或几座楼宇内的计算机。一般局域网的各个网络节点之间的距离较短，传输比较可靠、速度较快、延迟较小。局域网的设备也比较便宜。,1.2 计算机网络的分类,2021/8/14,计算机网络概述,15,目前常见的局域网类型有： 以太网（Ethernet）、 令牌环网（Token Ring）、 光纤分布式数据接口（FDDI）、 异步传输模式（ATM）等， 这些不同的网络类型在拓扑结构、传输介质、传输速率、数据格式以及所使用的网络传输设备都有许多不同。,1.2 计算机网络的
7、分类,2021/8/14,计算机网络概述,16,广域网是覆盖地理范围（几十千米到几千千米）很大的计算机网络。它的覆盖范围通常是一个国家或一个大洲。广域网把各个城市的城域网相互连接起来，在通过各城市的城域网把城市里的许多局域网连接在一起，这样实现众多局域网之间的计算机的资源共享。最广为人知的广域网就是因特网（Internet），它将全世界众多计算机通过网络连接在一起了。不过因特网并不是世界上唯一存在的广域网，有少数大企业例如大型银行、少数大型公司以及军事机构因为自身的特殊需要和安全考虑建有自己独立的广域网，这些网络与因特网在物理层面上是相互隔离的。,1.2 计算机网络的分类,2021/8/14,
8、计算机网络概述,17,城域网： 城域网的规模和覆盖范围（几千米到100千米）介于局域网和广域网之间。一些电信运营商在许多城市中规划建设了覆盖了各个城市范围的城域网，从而为城市当地许许多多的局域网提供因特网（Internet）的接入服务，把当地的众多局域网连接汇聚在一起，在城域网的核心层与广域网相连接。,1.2 计算机网络的分类,2021/8/14,计算机网络概述,18,Internet和Intranet： Internet就是国际互联网，它是全世界各种网络互联的一个庞大的计算机网络系统； Intranet是指企业内部互联网，即企业内联网，通常称为内部网、企业网或单位内部网。它是指采用Inter
9、net技术建立的相对比较独立的，供机构、企业或单位内部使用的计算机网络系统，主要侧重机构内部的信息管理、内部通信等。Intranet属于局域网。简单地说，Intranet是建立在企业内部的计算机网络，它们都使用 TCP/IP协议，Internet是谁都可以去漫游的国际公用网络，Intranet是采用TCP/IP协议的企业内部私有网络。,1.2 计算机网络的分类,2021/8/14,计算机网络概述,19,对等网和基于服务器的网络 按照组网方式的不同，即网络中计算机之间的地位和关系的不同，局域网分为对等网和基于服务器的网络两种。,1.2 计算机网络的分类,对等网（Peer-to-Peer Netw
10、orks）指的是网络中没有专用的服务器（Server）、每一台计算机的地位平等、每一台计算机既可充当服务器又可充当客户机（Client）的网络。,2021/8/14,计算机网络概述,20,基于服务器（Server-based）的网络是指服务器在网络中起核心作用的组网模式。基于服务器的网络与对等网不同，网络中必须至少有一台采用网络操作系统（如Windows NT/2000 Server、Linux、Unix等）的服务器，其中服务器可以扮演多种角色，如文件和打印服务器、应用服务器、电子邮件服务器等。,1.2 计算机网络的分类,2021/8/14,计算机网络概述,21,1.2 计算机网络的分类,服务
11、器作为一台特殊的计算机，除了向其他的计算机提供如文件共享、打印共享等服务之外，它还具有账号管理、安全管理的功能，它能赋予账号不同的权限，它与其他非服务器计算机之间的关系不是对等的，即存在制约与被制约的关系。 需要注意的是，服务器虽然对客户机有相当大的制约，但是对于客户机之间共享的资源，服务器是无法控制的。,2021/8/14,计算机网络概述,22,1.3 网络的拓扑结构,拓扑学是几何学的一个分支，由图论演变而来，利用拓扑学的观点，可以将网络中计算机通信设备等网络单元抽象成“点”，将网络中的传输介质抽象成“线”。 网络拓扑结构就是通过网中节点和通信线路之间的几何关系表示网络结构，反映出网络中实体
12、的结构关系。,2021/8/14,计算机网络概述,23,1.3 总线型拓扑结构,2021/8/14,计算机网络概述,24,1.3 总线型拓扑结构,一个节点失效不影响其他节点的工作 节点的增删不影响全网的运行 结构简单 接入灵活 扩展容易 可靠性高,2021/8/14,计算机网络概述,25,1.3 总线型拓扑结构,总线型网络在20世纪90年代初期非常流行,它的优点是布线简单、需要的网线较少、建设成本较低。总线型网络缺点，一是总线的任何一段出现故障都会导致整个网络瘫痪，瘫痪后查找故障原因较麻烦；另一个是，向总线型网络中增加或减少一台设备必须暂时中断整个网络的运行。因此，目前总线型网络已经逐渐退出应
13、用。,2021/8/14,计算机网络概述,26,1.3 星型拓扑结构,星型特点 存在一个中心节点 每个节点通过点到点个的链路与中心节点连接 所有通信都通过中心节点进行 交换局域网是一种典型的星型拓扑结构,2021/8/14,计算机网络概述,27,1.3 星型拓扑结构,星型拓扑结构具有如下优点： 1、网络的局部线路出现故障不会影响整个网络的连通，除非网络中心节点出现严重故障，才会影响到与中心节点连接的周围各个网络节点的网络畅通。 2、查找判断网络故障的原因比较方便，从中心节点的交换机或集线器的端口指示灯可以判断故障出现在哪一个端口上。 3、增加或减少连接在中心节点上的网络设备时，不需要中断网络的
14、连通。,缺点： 每一台计算机和网络设备都需要通过网线与中心节点相连，这样需要较多的网线。另外，与总线型网络相比，网络连接需要交换机或集线器这样的中心节点设备，需要额外的投资。,2021/8/14,计算机网络概述,28,1.3 环形拓扑结构,环形： 各节点形成闭合的环，可实现任意两点间通信优点：容易安装和监控。缺点：容量有限，环中任意一处故障都会造成网络瘫痪，增加新节点难。,2021/8/14,计算机网络概述,29,1.3 环形拓扑结构,环型特点：以共享介质方式进行数据传输 每个节点都与两个相邻的节点相连 节点之间采用点到点的链路 网络中的所有节点构成一个闭合的环 环中的数据沿着一个方向绕环逐站
15、传输,2021/8/14,计算机网络概述,30,环型的主要问题,环中某一位置的断开将导致整个网络瘫痪,1.3 环形拓扑结构,2021/8/14,计算机网络概述,31,1.3 网状拓扑结构,2021/8/14,计算机网络概述,32,1.3 网状拓扑结构,网状拓扑结构主要用在城域网和广域网的建设中，网络各个节点的设备主要使用路由器。 网状拓扑结构主要优点是网络系统的可靠性高，个别节点发生故障对整个网络影响不大，它的缺点是系统的结构复杂，建设成本相应地高。,2021/8/14,计算机网络概述,33,1.4 计算机网络设备,有线网络设备：网卡、集线器（hub）、交换 机（switch）、路由器（rou
16、ter） 调制解调器、中继器、网桥 无线局域网设备：无线网卡、无线接入点（AP）,2021/8/14,计算机网络概述,34,小型局域网示意图,2021/8/14,计算机网络概述,35,3千兆位以太网的应用,2021/8/14,计算机网络概述,36,PDA是Personal Digital Assistant的缩写，字面意思是“个人数字助理”。 这种手持设备集中了计算，电话，传真，和网络等多种功能。它不仅可用来管理个人信息（如通讯录，计划等），更重要的是可以上网浏览，收发Email，可以发传真，甚至还可以当作手机来用。尤为重要的是，这些功能都可以通过无线方式实现。当然，并不是任何PDA都具备以上
17、所有功能；即使具备，也可能由于缺乏相应的服务而不能实现。但可以预见，PDA发展的趋势和潮流就是计算、通信、网络、存储、娱乐、电子商务等多功能的融合。 PDA一般都不配备键盘，而用手写输入或语音输入。,1.4 计算机网络设备,2021/8/14,计算机网络概述,37,一块10/100M自适应 PCI插槽的以太网网卡,2021/8/14,计算机网络概述,38,(1)网卡 网络接口卡是把计算机或服务器等设备连接到网络上的借口设备.它一方面把需要传输的数据转换成可在网络中传输的信号;另一方面它将网络中传输过来的信号转换成数据传送入计算机里。,1.4 计算机网络设备,2021/8/14,计算机网络概述,
18、39,一台24端口的集线器,2021/8/14,计算机网络概述,40,1.4 计算机网络设备,(2)集线器 集线器的英文名称为Hub,其主要功能是对接收到的信号进行再生、整形及放大，以扩大网络的传输距离，同时把所有节点都集中在以它为中心的节点上。 在局域网布线中，由于集线器共享式的背板总线带宽很小，而且交换机的价格越来越低，现在集线器越来越多地被交换机代替。,2021/8/14,计算机网络概述,41,图 堆叠式集线器,图 以太网的独立型集线器,2021/8/14,计算机网络概述,42,集线器（HUB）是对网络进行集中管理的最小单元，像树的主干一样，它是各分枝的汇集点。HUB是一个共享设备，其实
19、质是一个中继器，而中继器的主要功能是对接收到的信号进行再生放大，以扩大网络的传输距离。正是因为HUB只是一个信号放大和中转的设备，所以它不具备自动寻址能力，即不具备交换作用。所有传到HUB的数据均被广播到之相连的各个端口，容易形成数据堵塞，因此有人称集线器为“傻HUB”。,图 用中继器再生信号,2021/8/14,计算机网络概述,43,（3）网桥 网桥（bridge）是指用来连接两个或多个在数据链路层以上具有相同或兼容协议的网络互连设备。网桥一般由软件和硬件组成，它工作在OSI模型的第二层。网桥是一种基于物理地址来过滤、存储和转发数据帧的互连设备，它通过对网络上的数据帧进行筛选来实现网络分段，
20、改善网络性能的。它可以实现基于端口MAC地址的过滤和分段,1.4 计算机网络设备,2021/8/14,计算机网络概述,44,（4）交换机 交换机同时具有集线器和网桥的功能。交换机会记忆哪个网络地址的计算机接在交换机的哪一个端口上，它能够将来自源端口的数据包直接送到目的端口上，而不影响其他端口之间的数据传送。交换机有很大的带宽，允许很多对端口之间同时以线速通信。 以太网交换机除了包括集线器的所有特性外，还具有自动寻址、交换和处理等功能,2021/8/14,计算机网络概述,45,1.4 计算机网络设备,（5）路由器 路由器主要用来寻找数据传输的最佳路径的，它为数据包的转发与传送指明方面。 广域网和
21、城域网节点之间的连接、局域网之间的互连以及局域网接入广域网或城域网都是通过路由器连接起来的。,2021/8/14,计算机网络概述,46,1.5 网络操作系统,常见的网络操作系统有： Unix系统、 Linux系统、 NetWare操作系统 Windows操作系统家族的Windows NT 4.0、 Windows 2000 Server、 Window 2003 Server、Windows XP 等。 这些网络操作系统是安装在服务器或网络工作站上的，服务器和工作站硬件往往是通用计算机，它们可以有多种网络操作系统可以选择安装。,2021/8/14,计算机网络概述,47,1.6 网络体系结构模型
22、,计算机网络体系结构是指整个网络体系中的逻辑构成和功能分配，它是对构成计算机网络的各个组成部分所具备的功能的一组定义，它使计算机网络系统能够在统一的原则下进行设计、建造、使用和发展。它提出的问题并不是制造网络的某个产品部件，也不是具体的某个网络，而是对整个网络功能，进行合理地抽象和概括。由于它从全局出发研究、探讨计算机网络，所以对促进网络的合理化、标准化、高性能化、通用化，产生了巨大影响。,2021/8/14,计算机网络概述,48,OSI的分层原则,（1）每层的功能选择立足于能使该层协议易于标准化； （2）每层都应该有准确的定义和相适应的描述； （3）每层的功能尽量限制在本层内，层与层之间相对
23、独立； （4）每层的功能选择尽量立足于现有比较成熟的技术； （5）每层边界选择应尽量减少跨边界的接口通信信息流； （6）每层只与它的上下邻层产生服务接口； （7）层次不能太少，以避免不同的功能混杂在同一层中，但也不能太多，以防止体系结构过于庞大复杂。,2021/8/14,计算机网络概述,49,ISO/OSI开放系统互连参考模型,第一层 物理层、 第二层 数据链路层、 第三层 网络层、 第四层 传输层、 第五层 会话层、 第六层 表示层、 第七层 应用层,2021/8/14,计算机网络概述,50,1.6.4 OSI参考模型的数据传输,2021/8/14,计算机网络概述,51,2021/8/14,
24、计算机网络概述,52,1.7 数据通信技术常识,1.7.1数据通信的基本概念 信号 信道 模拟信号与数字信号 模拟数据和数字数据 数据传输速率 带宽的两种概念,2021/8/14,计算机网络概述,53,1.7.2 数据通信的操作模式 1. 单工操作模式 2. 半双工操作模式 3. 全双工操作模式,2021/8/14,计算机网络概述,54,1.7.3通信的多路复用技术 1. 频分多路复用 （Frequency Division Multiplexing, FDM） 2. 波分多路复用 （Wave Division Multiplexing, WDM） 4. 码分复用 （Code Division
25、 Multiplexing, CDM） 3. 时分多路复用 （Time Division Multiplexing, TDM）,2021/8/14,计算机网络概述,55,1.7.4数据传输方式： 1.7.5数据同步技术 1.7.6数据传输的调制和编码技术： 1. 模拟数据经调制在模拟信道上传输 2. 数字数据经调制在模拟信道上传输 3. 模拟数据经采样编码在数字信道上传输 4. 数字数据经编码在数字信道上传输,2021/8/14,计算机网络概述,56,1.7.7数据交换技术： 1.电路交换（Circuit Switching）方式 2.报文交换（Message Switching）方式 3.分
26、组交换（Packet Switching）方式 4. 异步传输模式（ATM）交换 （Asynchronous Transfer Mode Switching）方式 5. 高速光网络中的交换方式,2021/8/14,计算机网络概述,57,1.7.8差错控制 1. 奇偶校验（也称垂直冗余校验，VRC， Vertical Redundancy Checks） 2. 方块校验（也称水平垂直冗余校验，LRC，Longitudinal Redundancy Checks） 3. 循环冗余校验 （Cyclic Redundancy Check，CRC）,2021/8/14,计算机网络概述,58,1.8计算机网络及因特网的发展过程,1.8.1分组交换的发展：1961-1972 1.8.2 专用网络和网络互联：1972-1980 1.8.3 网络的激增：1980-1990 1.8.4 20世纪90年代-因特网爆炸 1.8.5 进入21世纪后,
