1、計算機網絡基礎計算機網絡基礎西南林學院計科系董躍宇本章主要內容本章主要內容l計算機網絡的基本概念l計算機網絡的產生和發展l計算機網絡的功能和應用l計算機網絡的基本組成l計算機網絡的拓撲結構和分類計算機網絡概述計算機網絡概述l什么是計算機網絡l計算機網絡的功能l計算機網絡的應用什么是計算機網絡？什么是計算機網絡？l計算機網絡（Computer Network）是利用通信線路和通信設備，把分布在不同地理位置的具有獨立功能的多臺計算機、終端及其附屬設備互相連接，按照網絡協議進行數據通信，由功能完善的網絡軟件，實現資源共享的計算機系統的集合。“網絡網絡”的四個方面的四個方面l“網絡”主要包括連接對象、

2、連接介質、連接的控制機制（協議、軟件）和連接的方式與結構四個方面l計算機網絡是將若干獨立的計算機通過傳輸介質相互物理連接，并通過網絡軟件邏輯的相互聯系到一起而實現資源共享的計算機系統連接的對象連接的對象l各種類型的計算機（大型計算機、工作站、微型計算機等）l其它數據終端設備（各種計算機外部設備、終端服務器）連接介質連接介質l通信線路（光纜、同軸電纜、雙絞線、微波、衛星等）l通信設備（網關、網橋、路由器、調制解調器等）連接控制機制連接控制機制l約定l協議l軟件計算機網絡的功能計算機網絡的功能l網絡的功能共享硬件和軟件共享信息通信功能l網絡的主要功能是資源共享和通信計算機網絡的應用計算機網絡的應用

3、l教育和科研領域的應用l企事業單位的應用l商業上的應用l通信和娛樂上的應用l其他的新應用計算機網絡的產生與發展計算機網絡的產生與發展l計算機網絡是計算機技術和通信技術相結合的產物l隨著計算機技術和通信技術的不斷發展，計算機網絡也經歷了從簡單到復雜，從單機到多機的發展過程，其演變過程主要可以分為以下三個階段：面向終端的計算機網絡計算機通信網絡計算機互聯網絡面向終端的計算機網絡面向終端的計算機網絡l面向終端的計算機網絡又稱為聯機系統，出現于20世紀50年代初，是第一代計算機網絡l在這種網絡中，主機是網絡的中心和控制者，終端（鍵盤和顯示器）分布在各處并與主機相連，用戶通過本地的終端使用遠程的主機聯機

4、系統示意圖聯機系統示意圖公用電話網終端終端ModemModemModemModem主機多重線路控制器計算機通信網絡計算機通信網絡l第一代計算機網絡只能在終端和主機間進行通信，20世紀60年代中期開始，出現了多個主機互聯的系統，可以實現計算機和計算機之間的通信，即通過通信線路將若干個自主的計算機系統連接起來的系統，稱之為計算機-計算機網絡，簡稱計算機通信網絡。l計算機通信網絡在邏輯上可分為：通信子網和資源子網兩個部分，二者合一構成以通信子網為核心，以資源共享為目的計算機網絡。l典型代表：ARPANET計算機通信網絡示意圖計算機通信網絡示意圖通信子網資源子網CCPCCPCCPCCPCCPCCP主機

5、系統主機系統主機系統通信子網通信子網l通信子網由通信控制處理機（CCP）、通信線路和其他通信設備組成，完成網絡數據傳輸、轉發等通信處理任務l通信控制處理機在網絡拓撲結構中被稱為網絡節點。一方面它是主機、終端接入網內的接口；另一方面它又作為通信子網中的分組存儲轉發節點，實現將源主機報文準確發送到目的主機的作用l通信線路為通信控制處理機之間、通信控制處理機與主機之間提供通信信道。資源子網資源子網l資源子網由主機系統、終端、終端控制器、聯網外設、各種軟件資源和信息資源組成l資源子網負責全網的數據處理業務，向網絡用戶提供各種網絡資源與網絡服務計算機互聯網絡計算機互聯網絡l第三代計算機網絡又稱為互聯網絡

6、或現代計算機網絡l隨著微型計算機、廣域網和局域網的廣泛應用，主機-終端系統用戶的減少，網絡結構發生了巨大的變化。l大量的微型計算機通過局域網連入廣域網，而局域網與廣域網、廣域網與廣域網由路由器實現互聯計算機互聯網絡示意圖計算機互聯網絡示意圖通信子網路由器路由器路由器路由器路由器路由器局域網廣域網局域網Internet的層次結構的層次結構l在Internet中，用戶計算機需要通過校園網、企業網或ISP(Internet Service Provider)連入地區主干網，地區主干網通過國家主干網連入國家間的高速主干網，形成一種由路由器互聯的大型的層次結構的現代計算機網絡，即互聯網絡l互聯網絡是第二

7、代計算機網絡的延伸互聯網絡時代的重大事件互聯網絡時代的重大事件l廣域網的發展l局域網的發展l標準化網絡與互聯網廣域網的發展廣域網的發展l廣域網的發展是由ARPANET的誕生開始的l隨著網絡應用在各行業甚至于個人的普及和發展，發展網絡的需求十分迫切，許多國家加強了基礎設施的建設，開始建設公用數據網。l光纖等新技術的出現促進了廣域網的發展局域網的發展局域網的發展l早期的計算機網絡多為廣域網，隨著微型計算機的出現和普及，基于信息交換和資源共享的需求不再局限于少數的“專家”群體，而在各行各業的辦公室甚至于家庭中出現。這就要求將一個建筑物內或一個部門內的計算機互聯，于是局域網應運而生。標準化網絡與互聯網

8、標準化網絡與互聯網l計算機廣域網和局域網大多是由研究部門、大學或計算機公司自行開發研制的，沒有統一的體系結構和標準，不同來源的計算機網絡之間很難實現互聯。因此國際標準化組織（ISO）順應這一趨勢，1977年開始研究分析“開放系統互聯”問題，并于1984年公布“互聯開放系統基本參考模型”的正式文件，即所謂的ISO/OSI模型。該模型的出現，對推動計算機網絡的發展，統一網絡體系和協議起到了積極作用UNIX與與TCP/IPlUNIX操作系統是最早的網絡操作系統lTCP/IP協議是內嵌在UNIX操作系統中用于ARPANET中的網絡協議，也是今天互聯網上最廣泛使用的網絡協議計算機網絡的基本組成計算機網絡

9、的基本組成l計算機網絡是一個復雜系統，其組成隨應用的范圍、目的、規模、結構及采用的技術不同而千差萬別l盡管如此，仍可以將計算機網絡的組成分為軟件和硬件兩大部分l網絡硬件提供數據處理、數據傳輸和建立通信信道的物質基礎，網絡軟件控制數據的通信，而網絡軟件功能的實現依賴硬件去完成計算機網絡的四個基本組成部分計算機網絡的四個基本組成部分l計算機系統l通信線路和通信設備l網絡協議l網絡軟件計算機系統計算機系統l計算機系統是網絡的基本模塊，是被連接的對象。包括了各種規模、各種用途的計算機以及其它數據終端設備l計算機系統的主要作用是負責信息數據的收集、處理、存儲、傳播，是網絡共享資源的主要物理存在形態通信線

10、路和通信設備通信線路和通信設備l通信線路和通信設備構成數據通信系統l通信線路和通信設備是連接計算機的橋梁，是數據傳輸的通道網絡協議網絡協議l協議是指通信雙方必須共同遵守的約定和通信規則l一般來說，協議的實現是由軟件和硬件分別或配合完成的，有的部分則由聯網設備來承擔網絡軟件網絡軟件l網絡軟件是一種在網絡環境下使用和運行或者控制和管理網絡工作的計算機軟件l根據功能的不同，可分為網絡系統軟件和網絡應用軟件兩大類型計算機網絡拓撲結構計算機網絡拓撲結構l拓撲的基本思路：拓撲學是幾何學中用來研究點、線、面組成幾何圖形的方法，將物理實體抽象成與物理實體的大小、位置和形狀無關的點，將于實體相連接的線路抽象成線

11、。l計算機網絡的拓撲結構：計算機網絡節點和通信線路所組成的幾何形狀常見網絡拓撲結構常見網絡拓撲結構l總線型結構l環型結構l星型結構l樹型結構l網狀結構l混合型結構總線型結構總線型結構l總線型結構采用一條單一的通信線路（總線）作為公共的傳輸通道，所有的節點都通過相應的接口直接連接到總線上，并通過總線進行數據傳輸總線型結構的特點總線型結構的特點l結構簡單靈活，易于擴展；共享能力強，便于廣播式傳輸l網絡響應速度快，但負荷重時性能迅速下降；局部站點故障不影響整體，可靠性較高，但如果總線出現故障，將影響整個網絡l易于安裝，費用低環型結構環型結構l環型結構是各個網絡節點通過接口連在一條首尾相接的閉合環型通

12、信線路中。l每個設備只能和它相鄰的一個或兩個節點設備直接通信。如果與網絡中其他節點設備通信，數據需要依次經過兩個通信節點間的每一個設備。l環型結構有單環結構和雙環結構兩種類型。環型結構的特點環型結構的特點l在環型網絡中，各工作站間無主從關系，結構簡單；信息流在網絡中沿環單向傳遞，延遲固定，實時性較好。l兩個節點間僅有唯一的路徑，簡化了路徑選擇，但可擴充性差。l可靠性差，任何線路或節點的故障，都有可能引起全網癱瘓，故故障檢測困難星型結構星型結構l星型結構的每個節點都有一條點到點鏈路與中心節點（公用中心交換設備）相連。l星型網絡中的一個節點如果向另一個節點發送數據，首先將數據發送到中心設備，然后由

13、中心設備將數據轉發到目標節點。l信息的傳輸是通過中心節點的存儲轉發技術實現的，并且只能通過中心節點與其他節點通信。l星型結構是目前局域網中最常用的拓撲結構星型結構的特點星型結構的特點l結構簡單，便于管理和維護；易于實現結構化布線；結構易擴充，易升級l通信線路專用，電纜成本高l星型結構的網絡由中心節點控制和管理，中心節點的可靠性基本上決定了整個網絡的可靠性l中心節點負荷重，易成為信息傳輸的瓶頸，且中心節點一旦出現故障，會導致全網癱瘓樹型結構樹型結構l樹型結構（也稱星型總線拓撲結構）是從總線型和星型結構演變來的。網絡中的設備都連接到一個中心設備上，但并不是所有的節點都直接連接到中心設備，往往是通過

14、次級中心設備再連接到核心中心設備。l樹型結構有兩種，一種由總線型派生而來，另一種是星型結構的變種樹型結構的特點樹型結構的特點l已于擴展，易隔離故障，可靠性高；電纜成本高l對根節點的依賴性大，一旦根節點出現故障，將導致全網不能工作網狀結構網狀結構l網狀結構是指各網絡節點與通信線路互連成不規則的形狀，每個節點至少與其他兩個節點相連，或者說每個節點至少有兩條鏈路與其他節電相連l大型互聯網一般采用這種結構網狀結構的特點網狀結構的特點l可靠性高；結構復雜，不易管理和維護；線路成本高；適用于大型廣域網l因為有多條路徑，所以可以選擇最佳路徑，減少延遲，改善流量分配，提高網絡性能，但路徑選擇比較復雜混合型結構混合型結構l所謂混合型結構是由以上幾種拓撲結構混合而成的l通常是根據實際需要，采某種結構之長，比某種結構之短而得到的計算機網絡的分類計算機網絡的分類l按地理范圍分：局域網、城域網、廣域網l按拓撲結構分：總線型網、環網、星型網、樹型網等等l按物理