計算機網絡技術（第3版）第1章計算機網絡概述本章學習目標：掌握計算機網絡的定義了解計算機網絡的發展過程歷史了解計算機網絡的功能與應用理解計算機網絡的系統組成掌握計算機網絡的分類掌握計算機網絡拓撲結構的類型1.1計算機網絡的定義和發展歷史1.計算機網絡的定義2.計算機發展歷史遠程終端聯機階段計算機網絡階段計算機網絡互聯階段Internet與信息高速公路階段1.1.1計算機網絡的定義計算機網絡

是指將分布在不同地理位置具有獨立功能的多臺計算機及其外部設備，用通信設備和通信線路連接起來，在網絡操作系統和通信協議及網絡管理軟件的管理協調下，實現資源共享、信息傳遞的系統。1.1.1計算機網絡的定義從物理結構上看

計算機網絡可看做，在各方都認可的通信協議控制下，由若干擁有獨立操作系統的計算機、終端設備和通信控制處理機等組成的集合。從應用和資源上看計算機網絡就是把地理上分散的、具有獨立功能的計算機系統的資源，以能夠共享的方式連接起來，以便相互間共享資源、傳輸信息。1.1.1計算機網絡的定義所謂的網絡資源包括硬件資源（如大容量磁盤、打印機等）軟件資源（如工具軟件、應用軟件等）數據資源（如數據文件和數據庫等）。1.1.2計算機網絡的發展歷史遠程終端聯機階段計算機網絡階段計算機網絡互聯階段Internet與信息高速公路階段第1代：遠程終端聯機階段20世紀50年代初由于美國軍方的需要，美國半自動地面防空系統進行了計算機技術與通信技術相結合的嘗試。將遠程雷達和其他測量設施測到的信息與一臺IBM計算機連接，進行集中的防空信息處理與控制。●分時多用戶操作系統的誕生●利用通信線路將遠程終端連接到主機，不受地域限制地使用計算機的資源，并發展出了一系列通信設備。實現此目的的前提第1代：遠程終端聯機階段典型案例：美國半自動地面防空系統SAGEComputerTTTPSTN第1代：遠程終端聯機階段面向終端的計算機網絡是以單個計算機為中心的遠程聯機系統。所謂聯機系統，就是由一臺中央主計算機連接大量的地理上處于分散位置的終端。終端一般只有輸入輸出功能，不具備獨立的數據處理能力。這類簡單的“終端—通信線路—計算機”系統，形成了計算機網絡的雛形。典型結構如圖所示。圖中Modem代表調制解調器，它是利用模擬通信線路遠程傳輸數字信號必須附加的設備;T代表終端（Terminal）。第2代：計算機網絡階段美國國防部高級研究計劃局（ARPA）與麻省劍橋的BBN公司進行計算機之間的遠程互聯研究，組建了著名的ARPANET。1969年12月●標志著以資源共享為目的的計算機網絡的誕生●提出了資源子網、通信子網的兩級網絡結構的概念●研究了報文分組交換的數據交換方法●采用了層次結構的網絡體系結構模型與協議體系●促進了TCP/IP協議的發展，為Internet的形成與發展奠定了基礎ARPANET的貢獻第2代：計算機網絡階段此后，計算機網絡得到了迅猛的發展，各大計算機公司都相繼推出了自己的網絡體系結構和相應的軟硬件產品。用戶只要購買計算機公司提供的網絡產品，就可以通過專用或租用通信線路組建計算機網絡。它們都是自成體系的系統，很難實現相互之間的互連，由此又稱它們為“封閉”的系統。第3代：計算機網絡互聯階段為了使不同體系結構的計算機網絡都能互連，國際標準化組織ISO于1984年正式頒布了一個能使各種計算機在世界范圍內互連成網的國際標準ISO7498，簡稱OSI/RM。20世紀70年代中期20世紀80年代ISO與CCITT等組織分別為參考模型的各個層次制定了一系列的協議標準，組成了一個龐大的OSI基本協議集，大大地推動額計算機網絡的發展。第3代：計算機網絡互聯階段OSI/RM由七層組成，所以也稱OSI七層模型。開放式標準化網絡指的就是遵循“開放系統互連基本參考模型”標準的網絡系統。它具有統一的網絡體系結構，遵循國際標準化協議。OSI/RM的提出，開創了計算機網絡的新時代。第4代：Internet與信息高速公路階段20世紀90年代●Internet自誕生以來就呈爆炸式的發展，是全球規模最大、覆蓋面積最廣的計算機互聯網●1993年，美國宣布建立NII（國家信息基礎設施）后，全世界許多國家紛紛制定和建立本國的NII，從而極大地推動了計算機網絡技術的發展，使計算機網絡進入了一個嶄新的階段。●Internet已經成為人類最重要的、最大的知識寶庫。1.2計算機網絡的功能和應用功能（1）實現計算機系統的資源共享（2）實現數據信息的快速傳遞（3）提高可靠性（4）提供負載均衡與分布式處理能力（5）集中管理（6）綜合信息服務應用（1）辦公自動化（2）管理信息系統（3）過程控制（4）互聯網應用（如電子郵件、信息發布、電子商務、遠程音頻與視頻應用）1.2.1計算機網絡的功能（1）實現計算機系統的資源共享計算機網絡的最基本功能之一。共享資源包括硬件、軟件和數據。硬件打印機、高速處理器、大容量存儲設備和昂貴的專用外部設備等。軟件各種語言處理程序、服務程序和很多網絡軟件。數據各種數據庫、數據文件等。1.2.1計算機網絡的功能（2）實現數據信息的快速傳遞分布在不同地域的計算機系統可以及時、快速地傳遞各種信息。如股票和期貨交易、電子郵件、網上購物、電子貿易。（3）提高可靠性所有文檔可以在多臺計算機上留有副本，如果其中之一不能使用（由于硬件故障），還可以使用其他副本。另外，多處理機的出現，意味著如果其中一臺機器出現了故障，其余的處理機仍然可以分擔它的任務。1.2.1計算機網絡的功能（4）提供負載均衡與分布式處理能力負載均衡，是計算機網絡的一大特長。例如：大型ICP（網絡內容提供商)，在全世界多個地方，放置了內容相同的WWW服務器，通過一定的技術，使不同地域的用戶，看到放置在離他最近的服務器上的相同頁面。分布式處理是，把任務分散到網絡中不同的計算機上并行處理。這樣可以大大提高效率和降低成本。1.2.1計算機網絡的功能（5）集中管理對地理位置上分散的組織可通過計算機網絡來實現集中管理。如：飛機、火車訂票系統，銀行通兌通存業務系統，證券交易系統，數據庫遠程檢索系統，軍事指揮決策系統（5）綜合信息服務網絡的一大發展趨勢是多維化，即在一套系統上提供集成的信息服務，包括來自政治、經濟、生活等各方面的資源，同時還提供多媒體信息，例如：圖像、語音、動畫等。1.2.2計算機網絡的應用（1）辦公自動化隨著時代的發展，人們已經不滿足于用微機進行文字處理及文檔管理，也不滿足傳真機、復印機等第一代辦公自動化設備的使用，現在人們要求把同一個單位的微機、數字復印機、數字打印機等連成網絡，可靠、高效地完成公文處理、會議管理、信息發布、車輛調度等各項業務。1.2.2計算機網絡的應用（2）管理信息系統

對于現代化的企業，計算機網絡的應用給現代管理信息系統提供了網絡平臺，企業內的各個子系統，例如計劃統計、勞動人事、倉庫設備、生產管理、財務管理及廠長經理查詢子系統，可以在計算機網絡上運行，網絡可以實現各個子系統數據信息的共享和數據信息的傳輸，提高了企業的管理水平，企業信息化水平的不斷提高都是以網絡應用為基礎的。1.2.2計算機網絡的應用（3）過程控制

在現代化的工廠里，各生產車間的生產過程和自動化控制可以用網絡來相互通信、交換數據，控制各種設備協調工作。這樣，可以大大提高生產效率，提高產品質量，從而有效地增加效益。1.2.2計算機網絡的應用（4）互聯網應用電子郵件（E-mail）

是Internet最早的應用之一，出現在20世紀70年代。信息發布

隨著WWW的飛速發展，越來越多的企業、政府、學校甚至個人都建立起了自己的網站（Website）。

上網查詢信息是快速獲得所需信息的重要手段。Internet已經成為繼報紙、廣播、電視之后的“第四媒體”。

1.2.2計算機網絡的應用（4）互聯網應用電子商務(E-Commerce)

是Internet應用的第三階段，是網絡技術直接促進商品經濟發展的最尖端應用。（了解B-B,B-C,B-G,C-C）遠程音頻與視頻應用

計算機技術的發展及網絡通信技術的長足進步使得跨地區甚至跨國界的聲音、圖像傳遞成為現實。

例如：視頻點播（VOD）服務，IP電話，網上可視電話，遠程多媒體教學，網上醫院、影像傳輸。1.3計算機網絡的系統組成計算機網絡,是指位于不同地點，具有獨立功能的多個計算機系統，通過通信設備和線路互相連接起來，使用功能完整的網絡軟件來實現網絡資源共享的系統。

從拓撲結構上看：由網絡節點和通信鏈路構成從邏輯功能上看：由通信子網和資源子網構成從系統組成上看：由網絡硬件系統和網絡軟件系統構成1.3傳統計算機網絡的基本結構1.3計算機網絡實際結構1.3現代計算機網絡實際結構1.3.1網絡節點計算機網絡中的節點，又稱網絡單元，一般可分為三類：訪問節點、轉接節點和混合節點。訪問節點，又稱端節點，是指擁有計算機資源的用戶設備。

主要起信源和信宿的作用。轉接節點，又稱中間節點，是指那些在網絡通信中，起數據交換和轉接作用的網絡節點。這些節點擁有通信資源，具有通信功能。常見的有：集線器、交換機、路由器等。混合節點，也稱為全功能節點，是指那些既可以作為訪問節點，又可以作為轉換節點的網絡節點。1.3.1通信鏈路通信鏈路是指，兩個網絡節點之間傳輸信息和數據的線路。鏈路可用各種傳輸介質實現，如雙絞線、同軸電纜、光纜、衛星、微波等無線信道。通信鏈路又分為物理鏈路和邏輯鏈路。物理鏈路，是一條點到點的物理線路，中間沒有任何交換節點。邏輯鏈路，是具備數據傳輸控制能力，在邏輯上起作用的物理鏈路。在物理鏈路上加上用于數據傳輸控制的硬件和軟件，就構成了邏輯鏈路。只有在邏輯鏈路上才可以真正傳輸數據，而物理鏈路是邏輯鏈路形成的基礎。1.3.2資源子網資源子網包括各種計算機和相關的硬件、軟件。“資源子網”由擁有資源的主機系統、請求資源與服務的用戶終端、終端控制器、通信子網的接口設備、軟件資源、硬件共享資源和數據資源等組成。1.3.2通信子網通信子網是連接這些計算機資源并提供通信服務的連接線路。通信子網提供網絡通信功能，完成全網主機之間的數據傳輸、交換、控制和變換等通信任務。負責全網的數據傳輸、轉發及通信處理等工作。通信子網從硬件角度看，通信子網由路由器、通信線路和其他通信設備組成。通信控制處理機（communicationcontrolprocessor，CCP），通信線路，信號變換設備。通信子網有兩種類型：（1）公用型（如公用計算機互聯網CHINANET）（2）專用型（如各類銀行網、證券網等）1.3.3網絡硬件系統網絡硬件系統是指構成計算機網絡的硬設備，包括各種計算機系統、終端及通信設備。常見的網絡硬件有：（1）主機系統（2）終端（3）傳輸介質（4）網卡（5）集線器（6）交換機（7）路由器1.3.3網絡硬件系統——主機系統主機系統，是計算機網絡的主體。按在網絡中的用途和功能的不同，可分為工作站和服務器兩大類。1.3.3網絡硬件系統——主機系統（1）服務器服務器（Server）是網絡的核心設備，擁有數據庫程序等可共享的資源，擔負數據處理任務。如圖所示,它分為文件服務器、打印服務器、應用系統服務器和通信服務器等。1.3.3網絡硬件系統——主機系統

①文件服務器。文件服務器(FileServer)能將其大容量磁盤存儲空間提供給網絡上的工作站（或稱為客戶端）使用,并接受工作站發出的數據處理、存取請求。②打印服務器。簡單地說,打印服務器(PrintingServer）就是安裝網絡共享打印機的服務器，接受來自各工作站的打印任務，并將打印內容存入打印機的打印隊列中，當在隊列中輪到該任務時，就將其送到打印機打印輸出。③應用系統服務器。應用系統服務器(ApplicationSystemServer)運行客戶端/應用程序的服務器端軟件,它往往保存大量的信息供用戶查詢。在客戶端上運行客戶端程序。客戶端程序向應用系統服務器發送查詢請求，服務器處理查詢請求,并將查詢的結果返回給客戶端。④通信服務器。通信服務器(CommunicationServer）負責處理本網絡與其他網絡的通信,或者通過通信線路處理遠程用戶對本網絡的數據傳輸。1.3.3網絡硬件系統——主機系統（2）工作站工作站(Workstation）就是共享網絡資源的計算機，是用戶進行信息交換的界面，它需要運行網絡操作系統的客戶端軟件。如Windows2000Professional、Windows98等,如圖所示.1.3.3網絡硬件系統（2）終端

終端不具備本地處理能力，不能直接連接到網絡上，只能通過網絡上的主機與網絡相連發揮作用。

常見的終端有：顯示終端、打印終端、圖形終端等。（3）傳輸介質

傳輸介質的作用是在網絡設備之間構成物理通路，以便實現信息的交換。

最常見的傳輸介質類型是同軸電纜、雙絞線和光纖。1.3.3網絡硬件系統（4）網卡

網卡是提供傳輸介質與網絡主機的接口電路，實現數據緩沖器的管理、數據鏈路的管理、編碼和譯碼。（5）集線器

集線器是計算機網絡中連接多個計算機或其他設備的連接設備，是對網絡進行集中管理的最小單元。

集線器的主要功能是放大和中轉信號，它把一個端口接受的全部信號向所有端口分發出去。1.3.3網絡硬件系統（6）交換機

交換機是用來提高網絡性能的數據鏈路層設備，是一個由許多高速端口組成的設備，連接局域網網段或連接基于端到端的獨立設備。

如果把集線器中的數據傳輸理解成數據包根據紅綠燈的控制穿過路口，那么交換機就可以相應地理解成沒有紅綠等的立交橋。（7）路由器

路由器是網絡層的互聯設備，路由器可以實現不同子網之間的通信，是大型網絡提供效率、增加靈活性的關鍵設備。1.3.3網絡軟件系統

網絡軟件主要包括網絡通信協議、網絡操作系統和各類網絡應用系統。（1）服務器操作系統常見的有：Novell公司的NetWare、微軟公司的WindowsNTServer、Unix系列及Linux系列。（2）工作站操作系統常見的有：Windows98、Windows2000及WindowsXP等。（3）網絡通信協議（4）設備驅動程序（5）網絡管理系統軟件（6）網絡安全軟件（7）網絡應用軟件1.4計算機網絡的分類1.按計算機網絡覆蓋范圍分類局域網（LAN）、城域網（MAN）、廣域網（WAN）2.按計算機網絡拓撲結構分類星型網、環型網、總線型網、樹型網、網型網3.按網絡的所有權劃分公用網、專用網4.按照網絡中計算機所處的地位劃分對等局域網、基于服務器的網絡（也稱為客戶機/服務器網絡）。

1. 局域網（localareanetwork，LAN）就是局部區域內，通過高速線路，互連而成的較小區域內的計算機網絡。在局域網中，所有的計算機及其他互連設備的分布范圍一般在有限的地理范圍內。局域網的本質特征是，分布距離短、數據傳輸速度快。目前，應用最多的是“共享式局域網”和“交換式局域網”兩種類型。1.4.1按計算機網絡覆蓋范圍分類

2.城域網（metropolitanareanetwork，MAN）城域網覆蓋的地理范圍可以從幾十公里到幾百公里。人們通常使用WAN的技術去構建與MAN目標范圍、大小相當的網絡。1.4.1按計算機網絡覆蓋范圍分類

3.廣域網（wideareanetwork，WAN）廣域網又稱“遠程網”。廣域網覆蓋的地理范圍可以從幾十公里到上千公里，甚至是上萬公里，因此，可跨越城市、地區、國家甚至幾個大洲。廣域網的通信子網可以利用各種公共網絡。1.4.1按計算機網絡覆蓋范圍分類1.4.1按計算機網絡覆蓋范圍分類由于網絡覆蓋范圍和計算機之間互連距離不同，所采用的網絡結構和傳輸技術也不同，因而形成不同的計算機網絡。類型分布范圍傳輸速率覆蓋范圍局域網ＬＡＮ２.５ｋｍ左右１０～１００Ｍｂｐｓ一個部門、一棟建筑物、一個校園、一個公司城域網ＭＡＮ５～５０ｋｍ５０Ｍｂｐｓ以上一個城市內大量的企業、公司、機關、學校、住宅區等廣域網ＷＡＮ幾十～幾千ｋｍ１００Ｋｂｐｓ左右一個國家或洲際網因特網就是典型的廣域網1.4.2按計算機網絡拓撲結構分類網絡拓撲,是指網絡連接的形狀，或是網