1、授课学时：22 上机学时：10 主讲教师：吴江滨 Email: ,计算机网络原理及应用,武汉纺织大学计算机科学学院,计算机网络目前研究与应用的主要方向是Internet技术及应用，高速网络技术与信息安全技术。其应用的主要领域是电子商务、电子政务、远程教育、远程医疗与社区网络服务等。 随着计算机网络的进一步发展，下一步,人们将利用更加先进的网络服务技术，开展全球通信、数字地球、环境检测预报、能源与地球资源的利用研究，以及紧急事务的快速反应系统的研究与应用。网络最新的研究与应用热点问题有：移动计算网络、网络多媒体计算、网络并行计算、网格计算、存储区域网络与网络分布式对象计算等。,CH01 网络概述
2、（1）,1.1 计算机网络的形成与发展 最初的计算机网络形成于20世纪60年代初期，在短短的近50年的时间里取得了突飞猛进的发展，经历了一个从简单到复杂、由低级到高级的演变过程。特别是在过去的20多年里，由于Internet的出现，使得计算机网络已成为人类社会的一个重要组成部分。计算机网络从诞生至今，大致经历了下述四个阶段。,CH01 网络概述（2）,第一代计算机网络（联机系统阶段） 出现在20世纪50年代中期，是以单个计算机为中心的远程联机系统。它并不是真正意义上的计算机网络，而是一个面向终端的互联通信系统。即这种系统除了一台中心计算机外，其余终端都不具备自主处理能力。终端是指不具有处理和存
3、储能力的计算机。 在单机系统中，主计算机不仅要担负数据处理任务，同时还要担负通信控制任务，效率非常低。,CH01 网络概述（3）,为了解决这一问题，研究人员在中心计算机前设置了一个前端处理机FEP或通信控制器CCU专门负责通信工作，而让中心计算机专心进行数据处理；同时，在终端集中的区域设置线路集中器或多路复用器以提高通信效率并降低通信成本。集线器主要负责从终端到主机的数据集中收集及主机到终端的数据分发工作。 20世纪60年代初期，这种多机系统得到了很大的发展，有一些至今仍在使用。,CH01 网络概述（4）,第二代计算机网络（互联网络阶段） 20世纪60年代中期到70年代中期，随着计算机技术和通
4、信技术的进步，人们利用通信线路将多个单（多）机系统相互连接起来，为终端用户提供服务。从而形成了一个以多处理机为中心的计算机网络。 1969年，在美国出现的ARPANET是计算机网络技术发展的一个重要里程碑，其核心技术直接导致了Internet的诞生。,CH01 网络概述（5）,ARPANET是由美国国防部高级研究计划局（ARPA）于1968年提出的，起初的目的是将若干大学、科研机构、公司的多台计算机互联，以达到资源共享。1969年建成时，只有4台大型计算机互联，1971年发展为15台，到20世纪80年代已扩展到300多台，范围从美国扩展到欧洲、日本。 第二代计算机网络主要以资源共享为目的，联网
5、用户不仅可以共享主机资源，而且还可以共享网络上其他用户的软硬件资源。在网络中，每台计算机都具有自主处理能力，它们之间不存在主从关系。这种工作方式一直延续至今。,CH01 网络概述（6）,第三代计算机网络（标准化网络阶段） 主要解决了不同计算机系统之间及不同网络之间互联的问题，这一技术出现在20世纪70年代。1977年，国际标准化组织（ISO）成立了专门的机构来研究互联网络的网络体系结构和协议标准，并于80年代初正式颁布了著名的国际标准“开放系统互联基本参考模型（OSI/RM，Open System Interconnection/Reference Model）”。这一标准成为研究和制订新一代
6、计算机网络标准的基础，为计算机网络技术的发展开创了一个新纪元。,CH01 网络概述（7）,第三代计算机网络的典型代表是20世纪80年代中期由美国国家科学基金会（NSF）组建的基于IP协议的国家科学基金网络（NSFNET）。NSFNET是一个三级计算机网络，分为主干网、地区网和校园网，覆盖了全美的主要大学和研究所。NSFNET不仅与ARPANET相连接，而且逐渐取代ARPANET，成为Internet的主干网。1995年，NSFNET结束了它在Internet的网络，重新回到它作为研究网络的状态。而Internet则从学术性网络转化为今天的商业性网络。,CH01 网络概述（8）,第四代计算机网络
7、（高速网络阶段） 20世纪90年代，随着数字通信和多媒体技术的产生与发展，计算机网络也开始向数字化、综合化和高速化方向发展。如采用更先进的分组交换方法、光纤技术等。 1993年9月，美国政府提出了国家信息基础结构计划（NII）。指出：作为美国的国家信息基础设施结构应由五部分组成，即硬件设备、高速信息网、软件、信息本身以及开发和使用信息的各种人员。这里的高速信息网又称为信息高速公路，或称为宽带综合业务数字网（B-ISDN）。它可将各种业务，如数据、音频、动画、视频等都以二进制代码的数字形式综合到一个网中来传送。,1.2 什么是网络 计算机网络的定义：以能够相互共享资源的方式互连起来的自治计算机系
8、统的集合。 网络建立的主要目的是实现计算机资源的共享； 互连的计算机是分布在不同地理位置的多台独立的“自治计算机系统”； 连网计算机在通信过程中必须遵循相同的网络协议。网络协议具体到计算机中就是一组实现规则的软件。,CH01 网络概述（9）,1.3 计算机网络的功能 资源共享：包括硬件共享、软件共享和数据共享。 硬件资源主要包括大型主机、大容量磁盘、光盘库、打印机、网络通信设备和通信线路和服务器硬件等。 软件资源主要包括网络操作系统、数据库管理系统、网络管理系统、应用软件、开发工具和服务器软件等。 数据资源主要包括数据文件、数据库和光磁盘所保存的各种数据。数据包括文字、图表、图像和视频等。,C
9、H01 网络概述（10）,CH01 网络概述（11）,数据通信 ：联网的计算机之间可以快速、可靠地互相传递各种信息，收发E-amil、VOD、IP电话等。 负载均衡 ：在计算机网络中可进行数据的集中处理或分布式处理，一方面可以通过计算机网络将不同地点的主机或外设采集到的数据信息送往一台指定的计算机，在此计算机上对数据进行集中和综合处理，通过网络在各计算机之间传送原始数据和计算结果；另一方面当网络中某台计算机任务过重时，可将任务分派给其它空闲的多台计算机，使多台计算机相互协作，均衡负载，共同完成任务。,提高系统的可靠性：计算机网络一般都属于分布式控制，计算机之间可以独立完成通信任务，计算机网络中
10、的计算机可以通过网络资源彼此称为后备机。如果有单个部件或者某台计算机出现故障，由于相同的资源分布在不同的计算机上，这样网络系统可以通过不同路由来访问这些资源，不影响用户对同类资源的访问，避免了单机无后备机情况下的系统瘫痪现象，大大提高了系统的可靠性。,CH01 网络概述（12）,CH01 网络概述（13）,综合信息服务：借助于计算机网络，在各种功能软件的支持下，人类可以进行高速的异地电子信息交换，并获得了多种服务，例如： 新闻浏览和信息检索； 传送电子邮件； 多媒体电信服务，如可视电话和电视会议； 远程教育； 网上营销； 网上娱乐； 远程医疗诊断。,1.4 计算机网络的组成与结构 计算机网络要
11、完成数据处理与数据通信两大基本功能，早期的计算机网络主要是广域网，它从逻辑功能上可分为资源子网和通信子网两个部分： 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。主要由主计算机（Host）、终端（Terminal）、I/O设备、各种网络协议软件、网络软件和数据库等组成。 通信子网：负责全网的数据通信，为用户提供数据传输、转接、加工和转换等通信处理工作。主要由通信线路、网络互联设备（如网络接口设备、通信控制处理机、网桥、路由器、交换机、网关、调制解调器和卫星地面接收站等）、网络通信协议和通信控制软件等组成。,CH01 网络概述（14）,资源子网和通信子网两个部分的结构示
12、意图,CH01 网络概述（15）,1.5 网络的分类 按网络采用的传输技术分类 广播式网络（broadcast networks）：所有联网计算机都共享一个公共通信信道，一个结点广播信息，其它结点必须接受信息。 点对点式网络（point-to-point networks）：每条物理线路连接一对计算机，若两个结点之间没有直接连接线路，则须通过中间结点转接。 按网络的覆盖范围分类 局域网（LAN， Local Area Network ） 城域网（MAN，Metropolitan Area Network ） 广域网（WAN，Wide Area Network ） 因特网（Internet）,C
13、H01 网络概述（16）,局域网 覆盖有限的地理范围，一般从几十米到几公里，最大距离不超过10公里，它适用于公司、机关、校园、工厂等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； 提供高数据传输速率（10Mb/s10Gb/s）、低误码率的高质量数据传输环境； 一般属于一个单位所有，易于建立、维护与扩展； 从介质访问控制方法的角度，局域网可分为共享介质式局域网与交换式局域网两类。,CH01 网络概述（17）,城域网 城域网是介于广域网与局域网之间的一种高速网络； 城域网设计的目标是要满足通常在几公里到 100 公里范围之间的大量企业、机关、公司的多个局域网互连的需求； 城域网的传输介质一
14、般以光纤为主，传输速率一般从 45Mb/s150Mb/s可以实现大量用户之间的数据、语音、图形与视频等多种信息的传输功能； 城域网在技术上与局域网相似。,CH01 网络概述（18）,广域网 广域网也称为远程网，覆盖的地理范围从几十公里到几千公里； 覆盖一个国家、地区，或横跨几个洲，形成国际性的远程网络，达到资源共享的目的； 通信子网主要使用分组交换技术，它常借助公用分组交换网、卫星通信网和无线分组交换网。它的传输速率较低，一般为 9.6Kb/s45Mb/s 之间。由于传输距离远，又主要依靠公用传输网，所以误码率较高，且通信控制复杂。,CH01 网络概述（19）,CH01 网络概述（20）,因特
15、网 因特网在范畴上属于广域网。但它并不是一种具体的物理网络技术，它是将不同的物理网络技术按某种协议统一起来的一种高层技术。是广域网与广域网、广域网与局域网、局域网与局域网之间的互连，形成了局部处理与远程处理、有限地域范围资源共享与广大地域范围资源共享相结合的互联网。,CH01 网络概述（21）,按计算机网络的工作模式分类 对等网模式（Peer to Peer） 在对等网络中，所有计算机地位平等，没有从属关系，也没有专用的服务器和客户机。网络中的资源是分散在每台计算机上的，每一台计算机都有可能成为服务器也以可能成为客户机。网络的安全验证在本地进行，一般对等网络中的用户=10台。 对等网能够提供灵
16、活的共享模式，组网简单、方便、但难于管理，安全性能较差。,CH01 网络概述（22）,客户机/服务器模式（Client/Server） 这种网络是基于服务器的。网络中有一台或几台较大计算机（服务器）集中进行共享数据库的管理和存取，而将其他的应用处理工作分散到网络中其他计算机（客户机）上去做，构成分布式的处理系统。服务器控制管理数据的能力已由文件管理方式上升为数据库管理方式，因此，C/S中的服务器也称为数据库服务器，它有足够的能力做到把其处理后用户所需的那一部分数据而不是整个文件通过网络传送到客户机去，减轻了网络的传输负荷。 C/S结构是数据库技术与局域网技术相结合的结果。,CH01 网络概述（
17、23）,专用服务器 在专用服务器网络中，其特点和基于服务器模式功能差不多，只不过服务器在分工上更加明确。比如：在大型网络中服务器可能要为用户提供不同的服务和功能，如：文件打印服务、WEB、邮件、DNS等等。那么，使用一台服务器可能承受不了这么大压力，所以，这样网络中就需要有多台服务器为其用户提供服务，并且每台服务器提供专一的网络服务。,1.6 网络的拓扑结构（Network Topology）： 计算机网络拓扑是指通过网中结点与通信线路之间的几何关系表示网络结构，反应出网络中各实体间的关系。 网络的拓扑结构分为网络的物理拓扑结构和逻辑拓扑结构。网络的物理拓扑结构指的是计算机、电缆或光缆、集线器
18、、交换机、路由器以及其它网络组件的物理布局。网络的逻辑拓扑指的是信号在网络中的实际通路。除非特别指明，网络的拓扑结构指的是物理拓扑结构。,CH01 网络概述（24）,CH01 网络概述（25）,网络拓扑可以根据通信子网中通信信道类型分为两类：广播信道通信子网的拓扑与点对点线路通信子网的拓扑。 在广播式网络拓补中，一个公共信道被多个网络结点共享。在信道上所传播的数据，根据情况可被全体用户接收（即广播，Broadcast），也可以只被指定的若干个用户接收（即组播，Multicast）。主要有4种结构：总线形、环形、无线通信形和卫星通信形。 在点对点式（即通信双方处于信道两端，其它通信设备不与其发生
19、信息共享与交互）网络拓补中，每条物理线路连接一对结点。主要有4种结构：星形、树形、环形与网状形。广域网基本上都是采用网状结构。,总线形：所有结点都连接到一条主干电缆上（共享方式），这条主干电缆就称为总线。总线型结构没有关键性结点，单一的工作站故障并不影响网上其它站点的正常工作。此外，电缆连接简单、易于安装，增加和撤销网络设备灵活方便、成本低，但由于采用”广播”方式收发信息，通信效率较低，故障诊断困难，尤其是总线故障会引起整个网络瘫痪。,CH01 网络概述（26）,星形：以一台设备作为中央结点，其它外围结点都单独连接在中央结点上。各外围结点之间不能直接通信，必须经过中央结点进行通信。中央结点可以
20、是文件服务器或专门的接线设备。这种结构的优点是结构简单、建网容易、易于扩充，故障诊断与隔离比较简单、便于管理；网络传输延时较短，误码率较低。其缺点是中央节点的负荷过重，其故障会使整个网络瘫痪；网络资源共享能力差，通信线路利用率低。,CH01 网络概述（27）,环形：各结点通过点对点通信线路连接成闭合环路。环中数据将沿一个方向逐站传送，通信线路共享。其优点是信息单向传输，不需路由选择，无冲突；当有旁路电路时，某个节点发生故障时可自动旁路，可靠性较高；网络传输延时固定，适用于对数据传输实时性要求较高的应用场合。缺点是随着结点数目的增加，传输效率会降低，网络响应时间变长；单环时，由于环路封闭，因此扩展不便，灵活性差。,CH01 网络概述（28）,
