1、大学文科计算机教程 （第三分册） 计算机网络应用基础,新世纪计算机基础教育丛书 主编 谭浩强,总 目 录,第1章 计算机网络的基础知识 第2章 Internet 第3章 远程登录 第4章 文件传输协议 第5章 电子邮件 第6章 万维网 第7章 电子公告牌 第8章 网页制作,第1章 计算机网络的基础知识,1.1 计算机网络的发展过程 1.2 计算机网络的分类 1.3 局域网、城域网、广域网和互联网 1.4 计算机网络通信协议 习题,1.1 计算机网络的发展过程,1.1.1 计算机网络发展的四个阶段 计算机网络的发展过程大致分四个阶段。按时间先后顺序分别是面向终端的计算机网络、两级结构的计算机网络
2、、计算机互联网络(Internet)、宽带综合业务数字网(信息高速公路)。,第一代计算机网络 第一代计算机网络是面向终端的计算机网络。20世纪60年代初，随着集成电路的发展，为了实现资源共享和提高计算机的工作效率，出现了面向终端的计算机通信网，有人称它是第一代计算机网络。在这种方式中，主机是网络的中心和控制者，终端(键盘和显示器)分布在各处并与主机相连，用户通过本地的终端使用远程的主机。,2 第二代计算机网络 第二代计算机网络是计算机通信网络。面向终端的计算机网络只能在终端和主机之间进行通信，子网之间无法通信。因此，从20世纪60年代中期开始，出现了多个主机互联的系统，可以实现计算机和计算机之
3、间的通信。它由通信子网和用户资源子网(第一代网络)构成，用户通过终端不仅可以共享本主机上的软硬件资源，还可共享通信子网中其他主机上的软硬件资源。但是，由于没有成熟的网络操作系统软件来管理网上的资源，它只能称为网络的初级阶段，因此，称其为计算机通信网，也叫两级结构的计算机网络。,20世纪70 年代初, 仅有四个结点的分组交换网美国国防部高级研究计划局网络(ARPANET，advanced research project agency network)的研制成功标志着计算机通信网的诞生。到1983年，此网络发展到200个结点，连接数百台计算机，由于网络覆盖面较广，因此是广域网阶段。 3 第三代计
4、算机网络 第三代计算机网络是Internet。这是网络互联阶段。20世纪70年代，局域网诞生并推广使用，例如以太网。1974年，IBM公司研制了它的系统网络体系结构，其他公司也相继推出本公司的网络体系结构。,这些不同公司开发的系统网络体系结构只能连接本公司生产的设备。为了使不同体系结构的网络也能相互交换信息，国际标准化组织(ISO)于1977年成立专门机构并制定了世界范围内网络互联的标准，称为开放系统互联基本参考模型(OSI/RM，open systems interconnection/reference model)，简称OSI，标志着第三代计算机网络的诞生。 20世纪80年代到90年代初
5、，是互联网飞速发展的阶段。今天的Internet就是从ARPANET逐步演变过来的。ARPANET使用的是TCP/IP协议，一直到现在，Internet上运行的仍然是TCP/IP协议。 Internet的飞速发展和广泛应用使计算机网络进入了一个崭新的阶段，它已深入到政府部门、金融、商业、企业、公司、教育部门和家庭等领域。,4.第四代计算机网络 第四代计算机网络是千兆位网络。千兆位网络也叫宽带综合业务数字网，也就是人们常说的“信息高速公路”。千兆位网络的发展，将使人类真正步入多媒体通信的信息时代。20世纪90年代美国政府将建设“信息高速公路”作为振兴美国经济的新举措，各公司开始研制高速网络产品。
6、例如，ATM技术、千兆以太网和ISDN (integrated service digital network)技术的诞生和发展以及逐步推广，使得计算机网络逐步向信息高速公路的方向发展。千兆位网络的传输速率可达1Gbps (bps是网络传输速率的单位，即每秒传输的比特数)，它是多媒体计算机互联的重要技术。,千兆位网络的主要特点如下： (1) 高速 只有千兆位网络才能实现多媒体一体化综合服务。因为数字化语音要求传输速率为64kbps，立体声要求传输速率为1.5Mbps，视频广播要求传输速率为34Mbps，高清晰的TV要求传输速率为100Mbps(不进行压缩)；否则，不能实现实时传输。 (2) 交
7、互千兆位 网络可以实现网上电视点播、网上电视会议、网上可视电话、网上远程教育、网上远程医疗、网上电子购物、网上银行、网上电子报刊、网上图书馆、网上娱乐等。 (3) 可视化千兆位 网络可以覆盖全球，超越时空，真正实现全球村(global village)。,1.1.2 Internet的未来 自从WWW诞生后，Internet 的应用迅速扩展到商界。由于目前Internet体系结构已不能满足网络应用程序对带宽的需求，从而导致了网络拥塞的发生。为解决现有Internet 在传输能力上的限制，1996年美国政府提出了下一代Internet(NGI，next generation Internet)的
8、规划。该规划的目的是将彩色视频、声音和文字等多媒体信息集成在大型计算机上，以便能在网络上展示、建立一个工作、学习、购物、金融服务以及休闲的环境，使用户经过选择能得到不同水平的服务。其优点是在网上的各种活动更加方便、灵活、安全。它的开发主要面向远程医疗、远程教育、科学研究、环境保护、危机管理、生产工程等方面。,1.2 计算机网络的分类,计算机网络是由各自独立的计算机(大型机、小型机、微机)用通信媒体互联起来的系统。对计算机网络可以从不同的角度进行分类。 (1) 从网络的物理结构按传输技术可分为点对点式网络和广播式网络。点对点式网络拓扑结构又分为星型、环型、树型、完全互联型、相交环型和不规则型；广
9、播式网络又分为总线型、环型和卫星网。,(2) 从网络的作用范围可分为局域网、城域网、广域网。局域网(LAN，local area network)是指用高速通信线路将某建筑区域或单位内的计算机连在一起的专用网络，其作用范围一般只有数公里；速度大于10Mbps，甚至1Gbps。城域网(MAN ，metropolitan area network)可以认为是一种大型的LAN，其作用范围在100公里左右，能覆盖一个城市，其主干的工作速率可达数百Mbps。 广域网(WAN，wide area network)又称为远程网，它的作用范围通常是几十到几千公里，其工作速度可从1.2kbps到上百Mbps。
10、(3) 按网络的使用范围可分为公用网和专用网。例如，中国的ChineNet为公用网，它向公众开放；而中国教育科研网(CERNET)就是专用网。,(4) 按传输介质可分有线网和无线网。有线网是通过电缆或光缆将主机连接在一起的，无线网是通过自然空间的电磁波连接在一起的。例如，在一个展览厅或交易厅可用蜂窝式无线电话组成一个计算机网络，距离在200300m，传输速率在1M2Mbps；在轮船或火车上可使用手提式计算机通过蜂窝式无线电话与Internet通信；另外，通过卫星和地面站也可组成无线广域网。,1.3 局域网、城域网、广域网和互联网,1.3.1 局域网 局域网是将小范围的计算机、打印机等互联在一起
11、的计算机网络，用来实现信息共享和相互通信。局域网出现在20世纪70年代末，80年代初至今是局域网高速发展的阶段。 1. 局域网拓扑结构 局域网拓扑结构分为星型、树型、环型、总线型，如图1.1所示。,图1.1,(1) 星型 中心结点为控制结点。控制结点的设备叫集线器(hub)，叶结点是主机或打印机等外设，主机和集线器之间用双绞线(类似电话线)连在一起。星型结构简单，建网容易；但通信线路用得较多，网络可靠性差，中心结点易成为系统的“瓶颈”，且一旦发生故障会导致整个网络瘫痪。该结构适用于集中控制系统。 (2) 树型 是天然的分级结构。主结点和非主结点都是集线器，叶结点是主机或打印机等外设，主机和集线
12、器之间用双绞线(类似电话线)连在一起。与星型相比通信线路总长度短，成本较低，结点扩充灵活，寻径比较方便；但除叶结点及其相连的线路外，非主结点或其相连的线路故障都会使网络局部受到影响，且一旦主结点发生故障会导致整个网络瘫痪。该结构适用于分级控制系统。,(3) 环型 各网络结点连成环路，环上的结点是主机。环型实现简单，总路径长度较短。因为这种连接形式是由各结点串联而成的，任意两个结点之间的正常联系不仅依赖各自本身的正常工作，还同信息经过的所有结点的正常与否密切相关，所以可靠性差，任意一个结点或线路的故障都会造成全网瘫痪，并且不易接入新的结点。 (4) 总线型 网中各叶结点连在一条总线(同轴电缆)上
13、，叶结点是主机或打印机等外设，总线两端各接一个50终端器以防信号反射，每个叶结点又通过T型头与总线相连。总线型结构简单，结点扩展灵活方便。总线通常用无源工作方式，因此任一叶结点故障不会使整个网络瘫痪；但网络对总线故障比较敏感，一旦总线某部位开路就可造成整个网络瘫痪。,2 局域网中计算机的相对地位 局域网中计算机的相对地位分对等式和客户机/服务器两种基本形式。 (1) 对等网络模式 在网络模式中，没有设置专门为客户机访问的文件服务器，连在网上的计算机即是客户机又是服务器，网上的每一台计算机以相同的地位访问其他计算机和处理数据，如图1.2所示。在一个不多于20台计算机的小公司或小机关可采取此方式，
14、但速度较慢，保密性差，维护困难。图1.2对等网络模式 (2) 客户机/服务器网络模式 现在大多数局域网采取客户机/服务器模式，它是由一台或多台单独的、高性能和大容量的微机或大、中、小型计算机作为中心服务器，另外与多台客户机以一种拓扑结构相连。图1.3 是一个星型客户机/服务器网络模式示意图。,图1.2,图1.2, 服务器 服务器有文件服务器和通信服务器等。现在流行软服务器的说法，像WWW服务器和电子邮件服务器等。这些软服务器都是基于硬服务器之上的，因此，我们这里讲的服务器是指硬服务器。一般用高档微机做为服务器。服务器是局域网中的核心设备，它有大容量的内存和硬盘以及高速CPU。服务器上装有网络操
15、作系统(UNIX，Windows NT，Netware，Linux)、用户共享软件及用户的软件资源。它是网上的软件共享资源，也是互联网上的有源结点。有时服务器还兼做互联网中的路由器。为了服务器中的资源不被破坏，一般要专人管理。, 客户机 客户机包括PC机、图形工作站、小型机等。客户机也称网络工作站，是局域网的主要组成部分，用户通过它访问服务器上的软件资源以及共享网上的硬件资源。工作站和终端的主要区别是，终端只包括显示器和键盘，无数据处理和存储能力；而工作站本身就是一台独立的微机，它具有数据存储和处理的能力。为了网络安全或节省经费，可使用无盘工作站。现在争议较大的下一代网络计算机(NC)就是无盘
16、工作站。客户机除安装PC机的操作系统外，还要装上与本地服务器通信的软件。, 网卡 网卡是客户机/服务器模式必需的设备。它是服务器和工作站与传输媒体相连的设备，要插在服务器和工作站的扩展槽内。服务器和工作站使用的网卡性能指标不一定相同，选择网卡首先要考虑速度，然后才是价格。 1.3.2 城域网 城域网是位于一座城市内的一组局域网。实际上是将分布在一个城市内不同地点的局域网互联起来的较大范围内的网络。图1.4所示为一个城市内某大学的校园网。,图1.4,1.3.3 广域网 广域网由相距较远的局域网或城域网互联而成。比如中国教育科研网就是广域网。它将分布在全国各地教育部门的局域网和城域网用邮电部门的数
17、字专线互联在一起。广域网通常除了计算机设备以外还要涉及一些电信通信方式。广域网的通信方式种类如下： 1.公用电话网(PSTN，public switched telephone network) 公用电话网用户端的接入速度是2.4kbps，通过编码压缩，一般可达9.6k56kbps，它需要异步调制解调器和电话线。该广域网投资少，安装调试容易，常常用做拨号访问方式。通常家庭访问Internet多采用此种方式。,2. 综合服务数字网(ISDN，integrated service digital network) ISDN的用户使用普通电话线加上一个专用设备接入Internet，但需要电信提供IS
18、DN业务。它的特点是数字传输、拨通时间短，费用约为普通电话的4倍，并与电话共用同一条电话线。ISDN的入网费，通信费较高，用户还要购买一个接入设备，因此适合于单位接入Internet时使用。 3 DDN(digital data network)专线 DDN专线速度为64k2.048Mbps，它需要配同步调制解调器。比如，中国教育科研网的主干网就租用了信息产业部的DDN专线。,4 帧中继(frame relay) 帧中继的速度为64k2.048Mbps，它采用一点对多点的连接方式、分组交换，其前提是大多数连接都要使用光缆。 此外还有ATM技术等。 1.3.4 互联网 1.互联网的产生 20世纪
19、80年代是局域网大发展的时期。由于计算机和网络设备性能价格比的逐步升高，计算机局域网得到了广泛的应用和发展。在应用的过程中，人们自然想到如何将一个个独立的局域网互联起来，组成一个较大的网络，使得在不同地理位置的异构机通过异构网也能相互通信和共享网上资源，于是网络互联技术得到了迅猛发展。网络互联包括局域网互联、局域网与广域网互联、广域网与广域网互联。,2.网络互联设备及应用举例 (1) 重发器(repeater) 重发器也称中继器。它是互联网中最简单的设备，用来连接相同拓扑结构的局域网。它的作用是清除噪音，放大整型信号，增加网段以延长网络距离。比如，总线型拓扑结构的局域网经常用重发器延长网段。图
20、1.5为两个总线型局域网通过重发器互联以延长网段。下面介绍的集线器、网桥等均具有中继器的基本功能。 (2) 集线器(hub) 集线器相当于一个多口的中继器。它是星型和树型拓扑结构局域网中的主要连接设备。图1.6为用多个集线器构成的树型局域网。,图1.5,图1.6,(3) 网桥(bridge) 网桥用于连接不同网络拓扑结构的网段。它可以进行协议转换，隔离网段，减少网络交通阻塞，使互联起来的局域网络变成单一的逻辑网络，并具有自选路径的能力，图1.7所示是某校园的主干网。它用网桥将一个总线局域网和两个星型局域网互联起来组成校园主干网。一旦某网桥的支路上发生故障就可选择另一条通路，而不会使整个网络瘫痪
21、。网桥同时还可起到对不同拓扑结构的局域网互联的作用。,图1.7,(4) 路由器(router) 路由器是比网桥更复杂的端口设备。它用于拓扑结构较复杂的网络互联，与介质无关，而与协议有关。它对异构网的互联能力较强，既可用于局域网互联，也可用于广域网互联。路由器工作在网络层，它根据路由表传送信息。现在市场上已有支持多种协议的复合路由器以及网桥/路由器结合的桥接路由器。图1.8是一个环型局域网通过DDN广域网与总线型局域网互联的示例。,图1.8,(5) 网关(gateway) 网关又称协议转换器，是最复杂的网络互联设备，用于在不兼容的协议之间进行信息转换。和路由器一样，网关既可用于广域网互联，也可用
22、于局域网互联。但网关一般难于安装和维护，只有在没有其他选择时(处理根本不兼容的协议)才选用。在Internet中常用网关来称呼路由器。一般用一台高档微机作为网关。,3 Internet Internet是国际上最大的互联网。全世界所有的局域网、城域网、广域网都可加入Internet。例如，中国的四大骨干网(中国教育科研网、中国科技网、中国金桥网、ChinaNet)都通过同步卫星国际出口接入了Internet。Internet 起源于美国，最初是为了科研和军事部门内不同结构的计算机网络之间的互联而设计的。随着计算机技术、多媒体技术和网络通信技术的飞速发展和普及，Internet的应用扩展到各个领
23、域与部门，已成为人们在工作、生活、娱乐等方面获取和交流信息不可缺少的工具。收发电子邮件、网上聊天、浏览WWW、电子商务、网上医疗、基于WWW的远程教育等都是Internet 提供的深受客户欢迎的服务。图1.9所示为Internet提供的服务。,用户通过客户机拨号入网与Internet连接，然后就通过有权使用的电子邮件服务器收发电子邮件，并且可以通过客户机上安装的相关应用软件访问WWW服务器、文件服务器、BBS服务器和新闻服务器等。客户机是与Internet 交互的智能窗口，信息的输入、输出和个人信息的存储都使用这个智能窗口。在客户机上安装着许多网络应用软件。这些软件相当于生活中使用的运货车，种
24、类很多；运不同的货要使用不同的车，在Internet上访问不同的服务器也要用不同的软件。,1.4 计算机网络通信协议,1.4.1 网络协议的概念 为了实现异构机、异构网之间的相互通信，产生了网络协议的概念。 网络协议是网络通信的语言，是通信的规则和约定。协议规定了通信双方相互交换的数据或控制信息的格式、所应给出的响应和所完成的动作以及它们的时间关系。 计算机网络系统的设计像结构化程序设计一样，实现了高度的结构化。利用分层的方法把网络系统所提供的通路，分成一组功能分明的层次，各层执行自己所承担的任务，依靠各层功能的组合，为用户或应用程序提供与另一端点用户之间的通信；并且规定：,(1) 每一层向上
25、一层提供服务。 (2) 每一层利用下一层的服务传输信息。 (3) 相邻层间有明显的接口。 也就是说，除最低层(物理层)可水平通信外，其他层只能垂直通信。下边举一个生活中的例子说明这个层次关系。假设一个只懂得德文的德国哲学家和一个只懂得中文的中国哲学家要进行学术交流，那么他们可以将论文翻译成英语或某一种中间语言，然后交给各自的秘书选一种通信方式发给对方，见图1.10所示。,图1.10,1.4.2 TCP/IP协议 TCP/IP(Transmission Control Protocol /Internet Protocol)协议是Internet使用的通信协议，通俗地讲就是用户在Internet
26、上通信时所遵守的语言规范。它起源于1969年的ARPANET，现在由ARPANET演变过来的世界上最大的计算机互联网Internet仍然延用TCP/IP协议，因此，许多计算机网络厂商推出的产品都支持TCP/IP协议。 TCP/IP协议的体系结构分为四层，见图1.11。 (1) 网络接口层是该协议软件的最低层，其作用是接收IP数据报，通过特定的网络进行传输。网络接口可能包括设备驱动程序或专用的数据链路协议子系统。,(2) 网络层(Internet Protocol，IP)为网际互联协议。它负责将信息从一台主机传送到指定接收的另一台主机。 (3) 传送层(Transmission Control
27、Protocol ，TCP)为传输控制协议，负责提供可靠和高效的数据传送服务。 (4) 应用层为用户提供一组常用的应用程序协议，例如，电子邮件协议、文件传输协议、远程登录协议、超文本传输协议等；并且随着Internet的发展，又为用户开发了许多新的应用层协议。,图1.11,习 题,1.1 计算机网络分为哪几代？ 1.2 网络按作用范围分为几类？其作用范围分别是多少？ 1.3 铺设总线型局域网需要什么传输介质？铺设星型局域网需要什么传输介质？ 1.4 Internet执行的是什么协议？此协议分为几层？电子邮件、远程登录、文件传输、WWW属于哪一层？ 1.5 局域网的拓扑结构有几种？,1.6 网络互联设备有哪些？画一个局域网通过广域网互联的示意图。 1.7 目前流行的网络操作系统有哪几种？ 1.8 画出对等网络和客户机/服务器模式的网络示意图，并标出客户机和服务器以及使用的传输介质、连接设备。,
