计算机网络技术基础教程-第一章课件

计算机网络概述计算机网络概述1主要内容主要内容 l计算机网络的产生和发展计算机网络的产生和发展 l计算机网络的定义和功能计算机网络的定义和功能 l计算机网络的组成计算机网络的组成 l计算机网络的分类计算机网络的分类 l计算机网络的拓扑结构计算机网络的拓扑结构 l计算机网络技术的发展趋势计算机网络技术的发展趋势 2学习要求学习要求 l 了解计算机网络的发展历史了解计算机网络的发展历史l 理解计算机网络的定义理解计算机网络的定义l 掌握计算机网络的主要功能掌握计算机网络的主要功能l 掌握计算机网络的硬件和软件组成掌握计算机网络的硬件和软件组成l 熟悉计算机网络的分类熟悉计算机网络的分类l 掌握局域网和广域网的概念掌握局域网和广域网的概念l 了解网络拓扑结构的概念了解网络拓扑结构的概念l 熟悉常见的网络拓扑结构熟悉常见的网络拓扑结构l 了解网络界一些重要的标准化组织了解网络界一些重要的标准化组织l 了解计算机网络技术的发展趋势了解计算机网络技术的发展趋势31.1 计算机网络的产生和发展计算机网络的产生和发展l作为一门相对独立的学科，计算机网络也经作为一门相对独立的学科，计算机网络也经历了一个从历了一个从简单简单到到复杂复杂，从，从低级低级到到高级高级的发的发展过程。它萌芽于上世纪展过程。它萌芽于上世纪6060年代，在年代，在7070到到8080年代得到发展与完善，并在年代得到发展与完善，并在9090年代以后不断年代以后不断壮大、如火如荼地发展起来。壮大、如火如荼地发展起来。l计算机网络的发展和演变过程，大致上可分计算机网络的发展和演变过程，大致上可分为如下三个阶段：为如下三个阶段：面向终端的计算机网络系统面向终端的计算机网络系统 计算机网络计算机网络多机系统多机系统 互联网互联网多网络系统多网络系统 4面向终端的计算机网络系统面向终端的计算机网络系统l计算机网络的雏形。计算机网络的雏形。l在该系统中，人们利用通信线路、集中器等在该系统中，人们利用通信线路、集中器等设备，将一台设备，将一台计算机计算机与多台与多台用户终端用户终端相连接，相连接，用户通过终端命令以交互的方式使用计算机用户通过终端命令以交互的方式使用计算机系统，从而将单一计算机系统的各种资源分系统，从而将单一计算机系统的各种资源分散到了每个用户手中。散到了每个用户手中。l该系统的成功，极大地刺激了用户使用计算该系统的成功，极大地刺激了用户使用计算机的热情，使计算机用户的数量迅速增加。机的热情，使计算机用户的数量迅速增加。l缺点：如果计算机的负荷较重，会导致系统缺点：如果计算机的负荷较重，会导致系统响应时间过长；而且单机系统的可靠性一般响应时间过长；而且单机系统的可靠性一般较低，一旦计算机发生故障，将导致整个网较低，一旦计算机发生故障，将导致整个网络系统的瘫痪。络系统的瘫痪。56计算机网络计算机网络多机系统多机系统l多机系统是真正意义上的计算机网络。多机系统是真正意义上的计算机网络。l该系统中，该系统中，多台计算机多台计算机通过通信子网构成一通过通信子网构成一个有机的整体，既分散又统一，从而使整个个有机的整体，既分散又统一，从而使整个系统性能大大提高；系统性能大大提高；l原来单一主机的负载可以分散到全网的各个原来单一主机的负载可以分散到全网的各个机器上，使得网络系统的响应速度加快；机器上，使得网络系统的响应速度加快；l而且在这种系统中，单机故障也不会导致整而且在这种系统中，单机故障也不会导致整个网络系统的全面瘫痪。个网络系统的全面瘫痪。78计算机通信网络计算机通信网络-多机系统在逻辑上可分为几大部多机系统在逻辑上可分为几大部分：分：l通信子网（通信子网（Communication SubnetCommunication Subnet）l通信子网由通信控制处理机（通信子网由通信控制处理机（Communication Communication Control Processor,CCPControl Processor,CCP）、）、通信线路通信线路和其他通信设备组成，完成网络数据传输、转和其他通信设备组成，完成网络数据传输、转发等通信处理任务。发等通信处理任务。l资源子网资源子网 l资源子网由主计算机系统、终端、终端控制器、资源子网由主计算机系统、终端、终端控制器、连网外设、各种软件资源与信息资源组成。资连网外设、各种软件资源与信息资源组成。资源子网负责全网的数据处理业务，向网络用户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。提供各种网络资源与网络服务。9互联网互联网多网络系统多网络系统l互联网是全球范围的计算机网络，它属于互联网是全球范围的计算机网络，它属于“网络网络网络网络”的系统，在全球已有几万个的系统，在全球已有几万个网络进行了互连。网络进行了互连。l互联网的发展历史可以追溯到互联网的发展历史可以追溯到7070年代末，由年代末，由于于APRANETAPRANET的发展，并成功地采用了的发展，并成功地采用了TCP/IPTCP/IP协协议，使网络可以在议，使网络可以在TCP/IPTCP/IP体系结构和协议规体系结构和协议规范的基础上进行互连。范的基础上进行互连。l进人进人9090年代以来，互联网进入了快速发展时年代以来，互联网进入了快速发展时期，到了期，到了2020世纪末，互联网的应用越来越普世纪末，互联网的应用越来越普及，随着全世界基础设施的建设，互联网的及，随着全世界基础设施的建设，互联网的发展将会更加如火如荼。发展将会更加如火如荼。1011Internet 和 Internet 的区别l以以小写字母小写字母 i i 开始的开始的 internetinternet（互联（互联网或互连网）是一个通用名词，它泛指网或互连网）是一个通用名词，它泛指由多个计算机网络互连而成的网络。由多个计算机网络互连而成的网络。l以以大写字母大写字母I I开始的的开始的的 InternetInternet（因特（因特网）则是一个专用名词，它指当前全球网）则是一个专用名词，它指当前全球最大的、开放的、由众多网络相互连接最大的、开放的、由众多网络相互连接而成的特定计算机网络，它采用而成的特定计算机网络，它采用 TCP/IP TCP/IP 协议族作为通信的规则，且其前身是美协议族作为通信的规则，且其前身是美国的国的 ARPANETARPANET。12万维网 WWW 的的问世世l因特网已经成为世界上规模最大和增长因特网已经成为世界上规模最大和增长速率最快的计算机网络，没有人能够准速率最快的计算机网络，没有人能够准确说出因特网究竟有多大。确说出因特网究竟有多大。l因特网的迅猛发展始于因特网的迅猛发展始于 20 20 世纪世纪 90 90 年年代。由欧洲原子核研究组织代。由欧洲原子核研究组织 CERN CERN 开发开发的万维网的万维网 WWW(World Wide Web)WWW(World Wide Web)被广泛被广泛使用在因特网上，大大方便了广大非网使用在因特网上，大大方便了广大非网络专业人员对网络的使用，成为因特网络专业人员对网络的使用，成为因特网的这种指数级增长的主要驱动力的这种指数级增长的主要驱动力。131.2 计算机网络的定义和功能计算机网络的定义和功能 1.2.1 计算机网络的定义计算机网络的定义 l从不同的角度理解有不同的定义从不同的角度理解有不同的定义信息传输角度信息传输角度:以计算机之间传输信息为目以计算机之间传输信息为目的而连接起来、实现远程信息处理或进一步的而连接起来、实现远程信息处理或进一步达到资源共享的系统。达到资源共享的系统。资源共享角度资源共享角度:以能够相互共享资源（硬件、以能够相互共享资源（硬件、软件和数据）的方式连接起来，并且各自具软件和数据）的方式连接起来，并且各自具备独立功能的计算机系统之集合体。备独立功能的计算机系统之集合体。用户透明性角度用户透明性角度:由一个网络操作系统自动由一个网络操作系统自动管理用户任务所需的资源，从而使整个网络管理用户任务所需的资源，从而使整个网络就像一个对用户透明的计算机大系统。就像一个对用户透明的计算机大系统。14l得到普遍认可的定义：得到普遍认可的定义：计算机网络是把一定地计算机网络是把一定地理范围内的计算机通过通信线路互相连接起来，理范围内的计算机通过通信线路互相连接起来，在特定的通信协议和网络系统软件的支持下，在特定的通信协议和网络系统软件的支持下，彼此互相通信并共享资源的系统。彼此互相通信并共享资源的系统。l从以下几个方面来理解从以下几个方面来理解:计算机网络中至少拥有计算机网络中至少拥有两台以上两台以上的计算机。的计算机。传输媒体传输媒体和和通信设备通信设备把若干台计算机连结到把若干台计算机连结到了一起。了一起。把多台计算机连接在一起，形成一个网络，把多台计算机连接在一起，形成一个网络，是为了是为了资源共享资源共享。为了正确地通信，需要有一个共同遵守的约为了正确地通信，需要有一个共同遵守的约定定通信协议通信协议。151.1.数据通信数据通信 2.2.资源共享资源共享 3.3.提高可靠性提高可靠性 4.4.提高系统处理能力提高系统处理能力 5.5.分布式处理分布式处理 1.2.2 计算机网络的功能计算机网络的功能 16l电子邮件电子邮件 l远程文件传输、网上综合信息服务以及电子远程文件传输、网上综合信息服务以及电子商务商务 l利用计算机网络的数据通信功能，还可以对利用计算机网络的数据通信功能，还可以对分散的对象进行实时的、集中的跟踪管理与分散的对象进行实时的、集中的跟踪管理与监控，如监控，如:管理信息系统（管理信息系统（MISMIS）、）、计算机集计算机集成制造系统（成制造系统（CIMSCIMS）等。等。l此外，计算机网络还给科学家和工程师们提此外，计算机网络还给科学家和工程师们提供一个网络环境，在此基础上可以建立一种供一个网络环境，在此基础上可以建立一种新型的合作方式新型的合作方式计算机支持协同工作计算机支持协同工作（CSCWCSCW）。）。1.数据通信数据通信17l硬件资源硬件资源：由于网络中某些计算机及其外围：由于网络中某些计算机及其外围设备价格昂贵，如巨型计算机、激光打印机、设备价格昂贵，如巨型计算机、激光打印机、大容量磁盘等，采用计算机网络进行资源共大容量磁盘等，采用计算机网络进行资源共享可以减少硬件设备的重复购置，从而提高享可以减少硬件设备的重复购置，从而提高设备的利用率；设备的利用率；l软件资源软件资源：软件共享避免了软件的重复购置：软件共享避免了软件的重复购置或重复开发，从而达到降低成本，提高效率或重复开发，从而达到降低成本，提高效率的目的；的目的；l信息资源信息资源：用户数据也是一种非常有价值的：用户数据也是一种非常有价值的资源，通过网络可以达到全网用户的共享，资源，通过网络可以达到全网用户的共享，以提高信息的利用率。（如数字图书馆）以提高信息的利用率。（如数字图书馆）2.资源共享资源共享18l在一个单机系统中，某部件或计算机产生故在一个单机系统中，某部件或计算机产生故障时，必须通过替换资源的办法来维持系统障时，必须通过替换资源的办法来维持系统的继续运行，否则系统便无法开展正常的工的继续运行，否则系统便无法开展正常的工作。作。l而在计算机网络中，由于设备彼此相连，当而在计算机网络中，由于设备彼此相连，当一台机器出故障时，可以通过网络寻找其他一台机器出故障时，可以通过网络寻找其他机器来代替本机工作；而且每种资源可以存机器来代替本机工作；而且每种资源可以存放在多个地点，用户可以通过多种途径来访放在多个地点，用户可以通过多种途径来访问网内的某个资源，从而避免了单点失效对问网内的某个资源，从而避免了单点失效对用户产生的影响。因此系统的可靠性可以得用户产生的影响。因此系统的可靠性可以得到大大地提高。到大大地提高。3.提高可靠性提高可靠性19l单机的处理能力是有限的，并且由于种种原单机的处理能力是有限的，并且由于种种原因（例如时差），计算机之间的忙闲程度是因（例如时差），计算机之间的忙闲程度是不均匀的。不均匀的。l从理论上讲，在同一网内的多台计算机可通从理论上讲，在同一网内的多台计算机可通过协同操作和并行处理来提高整个系统的处过协同操作和并行处理来提高整个系统的处理能力，并使网内各计算机负载均衡。即当理能力，并使网内各计算机负载均衡。即当网络中某一台机器的处理负担过重时，可以网络中某一台机器的处理负担过重时，可以将其作业转移到其他空闲的机器上去执行，将其作业转移到其他空闲的机器上去执行，从而提高系统的利用率，增加整个系统的可从而提高系统的利用率，增加整个系统的可用性。用性。4.提高系统处理能力提高系统处理能力20l在计算机网络中，可以将某些大型处理任务在计算机网络中，可以将某些大型处理任务分解为多个小型任务，从而分配给网络中的分解为多个小型任务，从而分配给网络中的多台计算机分别处理，如多台计算机分别处理，如分布式数据库系统分布式数据库系统。l此外，利用计算机网络技术还可以把许多小此外，利用计算机网络技术还可以把许多小型机或微机连接成具有大型机处理能力的高型机或微机连接成具有大型机处理能力的高性能计算机系统，使其具有解决复杂问题的性能计算机系统，使其具有解决复杂问题的能力，如能力，如网格计算（网格计算（Grid ComputingGrid Computing）技术、技术、云计算等云计算等。5.分布式处理分布式处理211.2.2 计算机网络的基本应用计算机网络的基本应用l21 世纪的一些重要特征就是数字化、网络化和信息化，它是一个以网络为核心的信息时代。l网络现已成为信息社会的命脉和发展知识经济的重要基础。l进入 20 世纪 90 年代以后，以因特网为代表的计算机网络得到了飞速的发展。l现在人们的生活、工作、学习和交往都已离不开因特网。221.2.2 计算机网络的基本应用计算机网络的基本应用l在科研和教育中的应用 e-Science、e-Learningl在企事业单位中的应用 Intranet、远程办公、e-Businessl在商业上的应用 EDI、B2B、B2C、C2Cl在通信与娱乐上的应用 WWW、Email、bbs、QQ、IP电话、视频点播虚拟现实、网络游戏、搜索引擎、网上购物、博客、微博231.3 计算机网络的组成计算机网络的组成 l计算机网络系统由计算机网络系统由网络硬件网络硬件和和网络软件网络软件两部分组成。两部分组成。l网络硬件网络硬件：是网络运行的实体，其性能：是网络运行的实体，其性能的好坏对网络的性能具有决定性的作用。的好坏对网络的性能具有决定性的作用。l网络软件网络软件：是支持网络运行、开发网络：是支持网络运行、开发网络资源使用效率、挖掘网络潜力的工具。资源使用效率、挖掘网络潜力的工具。241.1.计算机设备计算机设备2.2.网络接口设备网络接口设备3.3.传输媒体传输媒体4.4.网络互联设备网络互联设备1.3.1 网络硬件网络硬件 25 计算机设备根据其在网络服务中扮计算机设备根据其在网络服务中扮演的角色，可划分为：演的角色，可划分为：l网络服务器网络服务器l网络工作站网络工作站1.计算机设备计算机设备26服务器服务器l服务器是具有较强的计算功能和丰富的服务器是具有较强的计算功能和丰富的信息资源的高档计算机，它信息资源的高档计算机，它向网络客户向网络客户提供服务，并负责对网络资源的管理提供服务，并负责对网络资源的管理，是网络系统中的重要组成部分。是网络系统中的重要组成部分。27主要功能：主要功能：为网络工作站上的用户提供共享资源为网络工作站上的用户提供共享资源管理网络文件系统管理网络文件系统提供网络打印服务提供网络打印服务处理网络通信处理网络通信响应工作站上的网络请求响应工作站上的网络请求类类型型：文文件件服服务务器器、通通信信服服务务器器、计计算算服服务务器、打印服务器，应用服务器等。器、打印服务器，应用服务器等。28工作站工作站l在计算机网络中，在计算机网络中，只向服务器提出请求只向服务器提出请求而不为其他计算机提供服务而不为其他计算机提供服务的计算机设的计算机设备称为工作站。备称为工作站。l工作站通过网络接口设备连接到网络上，工作站通过网络接口设备连接到网络上，它保持原有计算机的功能，作为独立的它保持原有计算机的功能，作为独立的个人计算机为用户服务，同时又可以按个人计算机为用户服务，同时又可以按照被授予的权限访问服务器。照被授予的权限访问服务器。l工作站之间可以进行通信，也可以共享工作站之间可以进行通信，也可以共享网络资源。网络资源。29l一般采用高档微机作工作站，它通常配一般采用高档微机作工作站，它通常配有高分辨率的大屏幕显示器及容量较大有高分辨率的大屏幕显示器及容量较大的内存和外存，并且具有较强的信息处的内存和外存，并且具有较强的信息处理功能和高性能的图形、图像处理功能理功能和高性能的图形、图像处理功能以及联网功能。以及联网功能。30 网络接口设备是连接计算机设备与网络接口设备是连接计算机设备与传输媒介的设备，常用的网络接口设备传输媒介的设备，常用的网络接口设备有：有：l网络接口卡网络接口卡l调制解调器调制解调器2.网络接口设备网络接口设备31网络接口卡网络接口卡l网络接口卡简称网卡或网板，也称为网络接网络接口卡简称网卡或网板，也称为网络接口适配器。通常插入到计算机总线插槽内或口适配器。通常插入到计算机总线插槽内或某个外部接口的扩展卡上。某个外部接口的扩展卡上。l网卡的主要功能是进行网卡的主要功能是进行信息收发信息收发和和编码转换编码转换。在接收传输媒体上传送的信息时，网卡把传在接收传输媒体上传送的信息时，网卡把传来的信息按照网络上信号编码要求交给主机来的信息按照网络上信号编码要求交给主机处理；在主机向网络发送信息时，网卡把发处理；在主机向网络发送信息时，网卡把发送的信息按照网络传送的要求装配成帧的格送的信息按照网络传送的要求装配成帧的格式，然后采用网络编码信号向网络发送出去。式，然后采用网络编码信号向网络发送出去。32网卡的类型：网卡的类型：按按网络类型网络类型分：分：以以太太网网卡卡、令令牌牌环环网网网网卡卡、FDDIFDDI网网卡卡、无线网卡等。无线网卡等。按按总线类型总线类型分：分：ISAISA网网卡卡、PCIPCI网网卡卡、PCMCIAPCMCIA网网卡卡、USBUSB网网卡。卡。按按带宽带宽分：分：10M10M网卡、网卡、100M100M网卡、网卡、1000M1000M网卡。网卡。3334调制解调器调制解调器l调制解调器（调制解调器（MODEMMODEM）是是调制器调制器和和解调器解调器的简的简称，俗称称，俗称“猫猫”。l调制解调器是实现计算机通信的外部设备，调制解调器是实现计算机通信的外部设备，其主要功能是其主要功能是实现数字信号与模拟信号之间实现数字信号与模拟信号之间的转换的转换。它将计算机输出的数字信号转换为。它将计算机输出的数字信号转换为适合电话线传输的模拟信号，在接收端再将适合电话线传输的模拟信号，在接收端再将接收到的模拟信号转换为数字信号由计算机接收到的模拟信号转换为数字信号由计算机处理。处理。35l调制解调器按外观可分为调制解调器按外观可分为内置式内置式、外置式外置式和和PCPC卡式卡式3 3类。类。l选择调制解调器的一个重要指标是选择调制解调器的一个重要指标是传输速率传输速率，目前主要使用的是目前主要使用的是33.6 33.6 KbpsKbps和和56 56 KbpsKbps的调的调制解调器。制解调器。36l传输媒介也称为传输介质，它传输媒介也称为传输介质，它负责将计算机负责将计算机网络中的多种设备连接起来网络中的多种设备连接起来，提供数据传输，提供数据传输的物理通路。的物理通路。l传输媒介可分为两大类：传输媒介可分为两大类：导向传输媒介导向传输媒介和和非非导向传输媒介导向传输媒介。导向传输媒介包括双绞线、。导向传输媒介包括双绞线、同轴电缆和光缆等；而非导向传输媒介包括同轴电缆和光缆等；而非导向传输媒介包括无线电、微波和卫星通信等。无线电、微波和卫星通信等。l不同的传输媒介具有不同的不同的传输媒介具有不同的传输速率传输速率和和传输传输距离距离，可以支持，可以支持不同类型的网络不同类型的网络。3.传输媒介传输媒介37双绞线双绞线l双绞线也称为双扭线，双绞线也称为双扭线，是一种最古老也最常用是一种最古老也最常用的传输媒体。把的传输媒体。把4 4对相互对相互绝缘的铜线并排放在一绝缘的铜线并排放在一起，用规则的方法两两起，用规则的方法两两绞合在一起就构成了双绞合在一起就构成了双绞线绞线 。l双绞线价格便宜、安装双绞线价格便宜、安装容易、使用方便，因此容易、使用方便，因此使用十分广泛。使用十分广泛。内导体芯线内导体芯线绝缘绝缘箔屏蔽箔屏蔽铜屏蔽铜屏蔽外套外套38屏蔽双绞线屏蔽双绞线(STP)非屏蔽双绞线非屏蔽双绞线(UTP)l以屏蔽以屏蔽提高其抗电提高其抗电磁干扰能力磁干扰能力 3类类4类类5类，超类，超5 5类类39同轴电缆同轴电缆l同轴电缆由内导体（单根同轴电缆由内导体（单根铜质芯线）和外导体（园铜质芯线）和外导体（园柱形金属网导体）组成，柱形金属网导体）组成，内导体和外导体之间由绝内导体和外导体之间由绝缘材料隔开，外导体外部缘材料隔开，外导体外部是一层绝缘保护套。是一层绝缘保护套。l同轴电缆具有质量稳定、同轴电缆具有质量稳定、寿命长、通信容量大、传寿命长、通信容量大、传输距离长、抗干扰能力强、输距离长、抗干扰能力强、可靠性高和维护方便等特可靠性高和维护方便等特点，在有线传输中使用十点，在有线传输中使用十分广泛。分广泛。绝缘层绝缘层铜芯铜芯外导体屏外导体屏蔽层蔽层保护保护套套40l同轴电缆按其阻抗特性可分为两类：同轴电缆按其阻抗特性可分为两类：5050同同轴电缆轴电缆和和7575同轴电缆同轴电缆。l5050同轴电缆也称为同轴电缆也称为基带同轴电缆基带同轴电缆，适合于，适合于在数据通信中传输基带数字信号，计算机局在数据通信中传输基带数字信号，计算机局域网中广泛使用域网中广泛使用5050同轴电缆作为物理传输同轴电缆作为物理传输媒介。媒介。l7575同轴电缆也称为同轴电缆也称为宽带同轴电缆宽带同轴电缆，主要用，主要用于模拟传输系统，它是有线电视系统（于模拟传输系统，它是有线电视系统（CATVCATV：Cable TelevisionCable Television）中的标准传输电缆。中的标准传输电缆。41光缆光缆l光纤光纤即光导纤维，采用非常细、透明度较高、即光导纤维，采用非常细、透明度较高、可弯曲的石英玻璃纤维作为纤芯，外涂一层可弯曲的石英玻璃纤维作为纤芯，外涂一层低折射率的包层和保护外壳。低折射率的包层和保护外壳。l光缆光缆由一组光纤外加包带层和外护套组成。由一组光纤外加包带层和外护套组成。它具有通信容量大、传输损耗小、中继距离它具有通信容量大、传输损耗小、中继距离长、抗雷电和电磁干扰性能好、无串音干扰、长、抗雷电和电磁干扰性能好、无串音干扰、保密性好、体积小、重量轻等优点。保密性好、体积小、重量轻等优点。42l光纤分为光纤分为多模光纤多模光纤和和单模光纤单模光纤两类。两类。l多模光纤中存在着许多条不同角度入射的光多模光纤中存在着许多条不同角度入射的光线在一条光纤中传输，它只适合于近距离传线在一条光纤中传输，它只适合于近距离传输。输。l单模光纤指光纤的直径小到只有一个光的波单模光纤指光纤的直径小到只有一个光的波长，光波以直线方式传输。单模光纤制造起长，光波以直线方式传输。单模光纤制造起来成本较高，但它的衰耗较小，适合于远距来成本较高，但它的衰耗较小，适合于远距离传输。离传输。43无线传输媒体无线传输媒体l无线传输媒体无线传输媒体利用无线电波在自由空间的传播利用无线电波在自由空间的传播来实现信息的传输来实现信息的传输，常用于有线铺设不便的特，常用于有线铺设不便的特殊地理环境，或者作为地面通信系统的备份和殊地理环境，或者作为地面通信系统的备份和补充；另外利用无线传输媒体进行信息的传输，补充；另外利用无线传输媒体进行信息的传输，也是实现在运动中通信的唯一手段。也是实现在运动中通信的唯一手段。l无线传输所使用的频段很广，人们目前已经利无线传输所使用的频段很广，人们目前已经利用了好几个波段进行通信。在数据通信中使用用了好几个波段进行通信。在数据通信中使用最多的是最多的是无线电微波通信无线电微波通信。微波通信有微波通信有地面微地面微波接力通信波接力通信和和卫星通信卫星通信两种主要方式。两种主要方式。44地面微波接力通信地面微波接力通信l地面微波接力通信在一个无线传输信道的两地面微波接力通信在一个无线传输信道的两个终端之间设立若干个个终端之间设立若干个中继站中继站，其功能是，其功能是把把前一站送来的信号经过放大后发送到下一站前一站送来的信号经过放大后发送到下一站。l两个地面站之间传送两个地面站之间传送l距离：距离：50-100 km地球地球地球地球地面站之间的直视线路地面站之间的直视线路地面站之间的直视线路地面站之间的直视线路 微波传送塔微波传送塔微波传送塔微波传送塔45卫星通信卫星通信l卫星通信可以看成是一种特殊的微波接力通卫星通信可以看成是一种特殊的微波接力通信，信，使用地球同步卫星作为中继站来转发微使用地球同步卫星作为中继站来转发微波信号波信号，其特点是容量大、传输距离远、可，其特点是容量大、传输距离远、可靠性高。靠性高。l使用微波使用微波l使用转发器接收和转发使用转发器接收和转发地球地球地球地球地面站地面站地面站地面站地面站地面站地面站地面站C波段波段 4/6 GHz 上行上行5.925-6.425 GHz 下行下行3.7-4.2 GHz KU波段波段 12/14 GHz 上行上行14-14.5 GHz 下行下行11.7-12.2 GHz46 红外线红外线用于用于短距离通信短距离通信，如电视、录象机等的遥控，如电视、录象机等的遥控也可用于无线也可用于无线LAN缺点：不能穿透固体缺点：不能穿透固体 激光激光应用：在屋顶用激光连接两个建筑物的应用：在屋顶用激光连接两个建筑物的LAN缺点：不能穿透雨和浓雾，易受天气影响缺点：不能穿透雨和浓雾，易受天气影响47几种媒体的传输频带几种媒体的传输频带双绞线双绞线双绞线双绞线电话业务电话业务电话业务电话业务同轴电缆同轴电缆同轴电缆同轴电缆AM AM 无线电无线电无线电无线电FM FM 无线电和无线电和无线电和无线电和 TVTV地面微波接力地面微波接力地面微波接力地面微波接力 光纤光纤光纤光纤卫星卫星卫星卫星10102 2 HzHz 10103 310104 410105 510106 610107 710108 810109 910101010101011111010121210101313101014141010151510101616无线电无线电无线电无线电红外线红外线红外线红外线紫外线紫外线紫外线紫外线可见光可见光可见光可见光微波微波微波微波48l网络互联设备是计算机网络的重要组成部分，网络互联设备是计算机网络的重要组成部分，它们用于它们用于将主机连成网络将主机连成网络，也用于，也用于将不同的将不同的网络互联起来网络互联起来。l中继器中继器、网桥网桥、路由器路由器和和网关网关是四种最基本是四种最基本的网络互联设备，在实际组网中，还用到的网络互联设备，在实际组网中，还用到集集线器线器、无线接入点无线接入点（APAP：Access PointAccess Point）和和交换机交换机等组网设备，它们属于某种基本网络等组网设备，它们属于某种基本网络互联设备的变形。互联设备的变形。4.网络互联设备网络互联设备49中继器中继器l中继器（中继器（RepeaterRepeater）是局域网环境下用来是局域网环境下用来延长延长网络距离网络距离的最简单、最廉价的互联设备，工作的最简单、最廉价的互联设备，工作在在OSIOSI模型的模型的物理层物理层，其作用是，其作用是接收传输媒体接收传输媒体上传输的信号，对其进行放大和整形后再发送上传输的信号，对其进行放大和整形后再发送到传输媒体上到传输媒体上。50集线器集线器l集线器（集线器（HubHub）也称为也称为多端口中继器多端口中继器，是一种，是一种特殊的中继器，它与中继器的区别在于集线器特殊的中继器，它与中继器的区别在于集线器能够提供多端口服务能够提供多端口服务，每个端口连接一条传输，每个端口连接一条传输媒体。集线器将多个结点汇接到一起，起到中媒体。集线器将多个结点汇接到一起，起到中枢或多路交汇点的作用，是为优化网络布线结枢或多路交汇点的作用，是为优化网络布线结构、简化网络管理为目标而设计的。构、简化网络管理为目标而设计的。51无线无线AP（Access Point）l无线无线APAP是无线局域网中接入点设备，它的作用是无线局域网中接入点设备，它的作用类似于有线网络中的集线器类似于有线网络中的集线器。目前市场上的无。目前市场上的无线线APAP除了具备基本的无线接入功能外，一般还除了具备基本的无线接入功能外，一般还具有桥接、路由或代理服务器等附加功能。具有桥接、路由或代理服务器等附加功能。52网桥网桥l网桥（网桥（BridgeBridge）也称为也称为桥接器桥接器，是一种，是一种连接两连接两个局域网的存储个局域网的存储/转发设备转发设备，工作在，工作在OSIOSI模型的模型的数据链路层数据链路层，它能将一个较大的局域网分割为，它能将一个较大的局域网分割为多个子网，或将两个以上的局域网互连为一个多个子网，或将两个以上的局域网互连为一个逻辑局域网。逻辑局域网。53交换机（交换机（Switch）l目前传统意义上的网桥使用并不普遍，在实际目前传统意义上的网桥使用并不普遍，在实际组网当中大量使用的是组网当中大量使用的是第二层局域网交换机第二层局域网交换机，也称为也称为多端口桥接器多端口桥接器。局域网交换机无论从外。局域网交换机无论从外观上，还是从连接方式上看，都与集线器十分观上，还是从连接方式上看，都与集线器十分类似，但是在功能上，它却不同于集线器。类似，但是在功能上，它却不同于集线器。54路由器路由器l路由器（路由器（RouterRouter）是在网络层提供是在网络层提供多个独立的多个独立的子网间连接服务的一种存储子网间连接服务的一种存储/转发设备转发设备，工作，工作在在OSIOSI模型的模型的网络层网络层。在实际应用时，路由器。在实际应用时，路由器通常作为通常作为局域网与广域网连接的设备局域网与广域网连接的设备。55网关网关l网关（网关（GatewayGateway）在互联网络中起到在互联网络中起到高层协议高层协议转换转换的作用，如因特网上用简单邮件传输协议的作用，如因特网上用简单邮件传输协议（SMTPSMTP）进行电子邮件传输时，如果与微软的进行电子邮件传输时，如果与微软的ExchangeExchange进行互通，需要进行互通，需要电子邮件网关电子邮件网关，OracleOracle数据库的数据与数据库的数据与SybaseSybase数据库的数据进数据库的数据进行交换时需要行交换时需要数据库网关数据库网关。561.1.网络操作系统网络操作系统2.2.网络协议软件网络协议软件3.3.网络应用软件网络应用软件4.4.网络管理软件网络管理软件1.3.2 网络软件网络软件 57l网络操作系统网络操作系统直接运行在网络硬件基础之上直接运行在网络硬件基础之上，为网络用户提供为网络用户提供共享资源管理服务共享资源管理服务、基本通基本通信服务信服务、网络系统安全服务及其他网络服务网络系统安全服务及其他网络服务。网络操作系统是网络的核心，其他网络软件网络操作系统是网络的核心，其他网络软件需要网络操作系统的支持才能运行。需要网络操作系统的支持才能运行。l目前常用的网络操作系统有目前常用的网络操作系统有UNIX/LinuxUNIX/Linux操作操作系统、系统、NovellNovell公司的公司的NetwareNetware操作系统、操作系统、MicrosoftMicrosoft公司的公司的Windows 2000/NT ServerWindows 2000/NT Server操操作系统。作系统。1.网络操作系统网络操作系统58l连接到计算机网络上的计算机依靠连接到计算机网络上的计算机依靠网络协议网络协议才能进行相互通信，而网络协议要依靠具体才能进行相互通信，而网络协议要依靠具体的的网络协议软件网络协议软件的运行支持才能工作。的运行支持才能工作。l网络协议软件的种类很多，如网络协议软件的种类很多，如TCP/IPTCP/IP、IEEE IEEE 802802系列协议等均有各自对应的协议软件。系列协议等均有各自对应的协议软件。l早期协议软件大都以早期协议软件大都以独立的软件形式独立的软件形式出现，出现，而目前在网络操作系统中都而目前在网络操作系统中都内置内置了常用的网了常用的网络协议软件。络协议软件。2.网络协议软件网络协议软件59l网络应用软件是在网络环境下网络应用软件是在网络环境下直接面向用户直接面向用户的软件的软件。计算机网络通过网络应用软件为用。计算机网络通过网络应用软件为用户提供信息资源的传输和共享服务。户提供信息资源的传输和共享服务。l网络应用软件可分为两类：一类是网络应用软件可分为两类：一类是由网络软由网络软件厂商开发的通用应用工具件厂商开发的通用应用工具，像电子邮件、，像电子邮件、WebWeb服务器及相应的浏览和搜索工具等；另一服务器及相应的浏览和搜索工具等；另一类是类是基于不同的用户业务的软件基于不同的用户业务的软件，如网络上，如网络上的金融业务、电信业务管理、办公自动化等的金融业务、电信业务管理、办公自动化等软件。软件。3.网络应用软件网络应用软件60l为了更好地利用网络，还需要网络管理软件为了更好地利用网络，还需要网络管理软件提供网络的性能管理、配置管理、故障管理、提供网络的性能管理、配置管理、故障管理、计费管理、安全管理、网络运行状态监视与计费管理、安全管理、网络运行状态监视与统计等功能统计等功能。l常用的网络管理软件种类很多，功能各异，常用的网络管理软件种类很多，功能各异，如如HPHP公司的公司的HP Open ViewHP Open View、SUNSUN公司的公司的SUN SUN Net ManagerNet Manager等都是非常流行的网络管理软件。等都是非常流行的网络管理软件。4.网络管理软件网络管理软件611.4 计算机网络的分类计算机网络的分类 可以从不同的角度对计算机网络进可以从不同的角度对计算机网络进行分类。行分类。1.从网络的从网络的覆盖范围覆盖范围进行分类进行分类 2.从网络的从网络的传输技术传输技术进行分类进行分类 3.从网络的从网络的使用用途使用用途进行分类进行分类 4.4.从网络的从网络的连接范围连接范围进行分类进行分类 5.其他：网络的传输速率其他：网络的传输速率、网络提供的服网络提供的服务等务等 62l局域网（局域网（LANLAN）指在指在局部区域范围局部区域范围内将计算机、外设和通内将计算机、外设和通信设备通过高速通信线路互连起来的网络信设备通过高速通信线路互连起来的网络系统，常见于一幢大楼、一个校园或一个系统，常见于一幢大楼、一个校园或一个企业内。企业内。特点：覆盖范围窄，用户数量少，配置灵特点：覆盖范围窄，用户数量少，配置灵活，速度快，误码率低。活，速度快，误码率低。常见的局域网有常见的局域网有以太网（以太网（EthernetEthernet），令令牌环网（牌环网（Token RingToken Ring）等。等。1.从网络的覆盖范围进行分类从网络的覆盖范围进行分类63l广域网（广域网（WANWAN）也称为远程网，其也称为远程网，其所覆盖的地理范围可从所覆盖的地理范围可从几十公里到几千公里几十公里到几千公里，它一般是将不同城，它一般是将不同城市或不同国家之间的局域网互联起来。市或不同国家之间的局域网互联起来。特点：覆盖范围广、连接用户多、连接速特点：覆盖范围广、连接用户多、连接速率一般较低。率一般较低。常见的广域网有常见的广域网有X.25X.25网网和和帧中继网帧中继网等。等。l城域网（城域网（MANMAN）覆盖范围覆盖范围在局域网和广域网之间在局域网和广域网之间，一般来，一般来说是将一个城市范围内的计算机互联，这说是将一个城市范围内的计算机互联，这种网络的连接距离约为种网络的连接距离约为1010010100公里。公里。分布式队列双总线（分布式队列双总线（DQDBDQDB）是一种常见的是一种常见的城域网。城域网。64l广播式网络广播式网络 l点到点网络点到点网络2.从网络的传输技术进行分类从网络的传输技术进行分类65广播式网络（Broadcast Network）l广播式网络仅有一条通信信道，网络上的所有计算机都共享这个通信信道。当一台计算机在信道上发送分组或数据包时，网络中的每台计算机都会接收到这个分组，并且将自己的地址与分组中的目的地址进行比较，如果相同，则处理该分组，否则将它丢弃。l在广播式网络中，若某个分组发出以后，网络上的每一台机器都接收并处理它，则称这种方式广播（Broadcasting），若分组是发送给网络中的某些计算机，则被称为多点播送或组播（Multicasting），若分组只发送给网络中的某一台计算机，则称为单播(Unicasting)。66点到点网络（Point-to-Point Network）l在点到点网络中，两台计算机之间通过一条物理线路连接。若两台计算机之间没有直接连接的线路，分组可能要通过一个或多个中间节点的接收、存储、转发，才能将分组能从信源发送到目的地。由于连接多台计算机之间的线路结构可能非常复杂，存在着多条路由，因此在点到点的网络中如何选择最佳路径显得特别重要。67l公用网公用网：也称为公众网或公共网，是指由国也称为公众网或公共网，是指由国家的电信公司出资建造的大型网络，一般地家的电信公司出资建造的大型网络，一般地都由国家政府电信部门管理和控制，网络内都由国家政府电信部门管理和控制，网络内的传输和转接装置可提供给任何部门和单位的传输和转接装置可提供给任何部门和单位使用。公用网属于国家基础设施。使用。公用网属于国家基础设施。l专用网专用网：指一个政府部门或一个公司组建经：指一个政府部门或一个公司组建经营的，仅供本部门或单位使用，不向本单位营的，仅供本部门或单位使用，不向本单位以外的人提供服务的网络。以外的人提供服务的网络。3.从网络的使用用途进行分类从网络的使用用途进行分类68l互联网互联网：指将各种网络互连起来形成的一个：指将各种网络互连起来形成的一个大系统，在该系统中，任何一个用户都可以大系统，在该系统中，任何一个用户都可以使用网络的线路或资源。使用网络的线路或资源。l内联网内联网：基于互联网的：基于互联网的TCP/IPTCP/IP协议，使用协议，使用WWWWWW工具，采用防止入侵的安全措施，为企业内工具，采用防止入侵的安全措施，为企业内部服务，并有连接互联网功能的企业内部网部服务，并有连接互联网功能的企业内部网络。络。l外联网外联网：基于互联网的安全专用网络，其目：基于互联网的安全专用网络，其目的在于利用互联网把企业和其贸易伙伴的内的在于利用互联网把企业和其贸易伙伴的内联网安全地互联起来，在企业和其贸易伙伴联网安全地互联起来，在企业和其贸易伙伴之间共享信息资源。之间共享信息资源。4.从网络的连接范围进行分类从网络的连接范围进行分类691.5 计算机网络的拓扑结构计算机网络的拓扑结构 l网络拓扑的概念网络拓扑的概念 l常见的网络拓扑结构常见的网络拓扑结构 701.5.1 网络拓扑的概念网络拓扑的概念l拓扑学拓扑学是由图论演变而来的一种研究与距离、是由图论演变而来的一种研究与距离、大小无关的几何图形特性的科学。大小无关的几何图形特性的科学。l采用拓扑学的方法，忽略计算机网络中的具采用拓扑学的方法，忽略计算机网络中的具体设备，把网络中的服务器、工作站、交换体设备，把网络中的服务器、工作站、交换机、路由器等机、路由器等网络单元网络单元抽象为抽象为“点点”，把双，把双绞线、同轴电缆、光纤等绞线、同轴电缆、光纤等传输媒体传输媒体抽象为抽象为“线线”，这样计算机网络系统就变成了由点和，这样计算机网络系统就变成了由点和线组成的几何图形。我们把这种采用拓扑学线组成的几何图形。我们把这种采用拓扑学方法抽象出的网络结构称为方法抽象出的网络结构称为计算机网络的拓计算机网络的拓扑结构扑结构。711.1.总线型结构总线型结构2.2.环型结构环型结构3.3.星型结构星型结构4.4.树型结构树型结构5.5.网状结构网状结构6.6.复合型结构复合型结构1.5.2 常见的网络拓扑结构常见的网络拓扑结构 72l通过一条通信线路将所有的入网计算机连接通过一条通信线路将所有的入网计算机连接起来，从而形成一条起来，从而形成一条共享的信道共享的信道，这条共享，这条共享信道就称为信道就称为总线总线。1.总线型结构总线型结构73l总线型结构是总线型结构是局域网局域网中经常使用的一种拓扑中经常使用的一种拓扑结构。结构。l优点：结构简单、信道利用率高、价格便宜、优点：结构简单、信道利用率高、价格便宜、安装容易、扩展方便。安装容易、扩展方便。l缺点：一个时刻只能有一个节点发送数据，缺点：一个时刻只能有一个节点发送数据，网络的延伸距离以及网络所能容纳的总节点网络的延伸距离以及网络所能容纳的总节点数受到限制，并且总线上只要有一个节点出数受到限制，并且总线上只要有一个节点出现连接故障，就会影响整个网络的正常运行。现连接故障，就会影响整个网络的正常运行。74l将入网计算机通过通信线路连接起来形成一将入网计算机通过通信线路连接起来形成一个个闭合的环闭合的环。在该拓扑中，线路是共用的，。在该拓扑中，线路是共用的，数据一般按数据一般按固定方向单向固定方向单向流动，每个收到数流动，每个收到数据包的节点都向它的下游节点转发该数据包。据包的节点都向它的下游节点转发该数据包。2.环型结构环型结构75l环型结构也多用于环型结构也多用于局域网局域网中。中。l优点：传输控制机制较为简单，网络的最大优点：传输控制机制较为简单，网络的最大传输时延固定，实时性强。传输时延固定，实时性强。l缺点：可靠性差，当环上的一个节点出现故缺点：可靠性差，当环上的一个节点出现故障时就会终止全网的运行。在某些网络中为障时就会终止全网的运行。在某些网络中为了克服可靠性差的问题采用了双环结构。了克服可靠性差的问题采用了双环结构。76l每一个入网计算机都每一个入网计算机都通过单一的通信线路与通过单一的通信线路与中心交换节点直接相连中心交换节点直接相连。其中，中心交换节。其中，中心交换节点是唯一的转接节点。其他任何两个节点之点是唯一的转接节点。其他任何两个节点之间不能直接通信，它们之间的通信必须通过间不能直接通信，它们之间的通信必须通过中心交换节点转发。中心交换节点转发。3.星型结构星型结构77l星型拓扑具有一定的星型拓扑具有一定的集中控制功能集中控制功能，常用于，常用于局域网局域网中。中。l优点：结构简单、建网容易且易于管理、控优点：结构简单、建网容易且易于管理、控制相对简单。制相对简单。l缺点：采用集中控制，中心交换节点的处理缺点：采用集中控制，中心交换节点的处理负担过重，当其发生故障时会导致全网瘫痪，负担过重，当其发生故障时会导致全网瘫痪，可靠性差；另外，每一节点均通过专用线路可靠性差；另外，每一节点均通过专用线路与中心节点相连，线路利用率较低，信道容与中心节点相连，线路利用率较低，信道容量浪费严重。量浪费严重。78l是星型结构的一种变形，采用了是星型结构的一种变形，采用了分层结构分层结构。l该拓扑中除了最下层叶子节点之外的所有根该拓扑中除了最下层叶子节点之外的所有根节点和子树节点都是转接节点，可以为其他节点和子树节点都是转接节点，可以为其他节点转发数据。节点转发数据。4.树型结构树型结构79l树型结构在树型结构在局域网局域网和和广域网广域网中均有使用。中均有使用。l它与星型结构相比，节省了通信线路，降低它与星型结构相比，节省了通信线路，降低了建网成本，提高了可扩展性，但增加了网了建网成本，提高了可扩展性，但增加了网络的复杂性。络的复杂性。l缺点：对高层节点和链路的可靠性要求较高，缺点：对高层节点和链路的可靠性要求较高，一旦出现故障将影响到其所在支路网络的正一旦出现故障将影响到其所在支路网络的正常工作。常工作。80l又称为又称为分布式结构分布式结构，是由分布在不同地点并，是由分布在不同地点并且具有多个终端的节点机相互连接而成的。且具有多个终端的节点机相互连接而成的。l网状结构又分为网状结构又分为全连接网状结构全连接网状结构和和不完全连不完全连接网状结构接网状结构两种形式。两种形式。全连接网状结构全连接网状结构：每一个节点与网中的其：每一个节点与网中的其他节点均通过通信线路连接；他节点均通过通信线路连接；不完全连接网状结构不完全连接网状结构：两个节点之间不一：两个节点之间不一定有直接通信线路连接，它们之间的通信定有直接通信线路连接，它们之间的通信需要通过其他节点转接。需要通过其他节点转接。5.网状结构网状结构8182l网状结构一般用于网状结构一般用于广域网广域网中。中。l优点：节点之间存在多条路径，碰撞或阻塞优点：节点之间存在多条路径，碰撞或阻塞的可能性大大减少，局部的故障不会影响整的可能性大大减少，局部的故障不会影响整个网络的正常工作，可靠性高，网络扩充比个网络的正常工作，可靠性高，网络扩充比较方便，主机入网比较灵活。较方便，主机入网比较灵活。l缺点：网络控制机制比较复杂，线路增多使缺点：网络控制机制比较复杂，线路增多使建网成本增加。建网成本增加。83l复合型结构是前面两种或两种以上拓扑结构复合型结构是前面两种或两种以上拓扑结构的组合。在实际组网中经常使用的一种复合的组合。在实际组网中经常使用的一种复合型结构是将型结构是将网状结构网状结构与与树型结构树型结构或或星型结构星型结构组合起来。组合起来。6.复合型结构复合型结构841.6 标准化组织标准化组织l在信息化高度发展的今天，为了保证不同国在信息化高度发展的今天，为了保证不同国家、不同厂商的产品能够互连互通互操作，家、不同厂商的产品能够互连互通互操作，必须制定相同的体系结构和统一的协议标准。必须制定相同的体系结构和统一的协议标准。l国际标准化组织（国际标准化组织（ISOISO）、因特网工程任务组因特网工程任务组（IETFIETF）、国际电信联盟（国际电信联盟（ITUITU）、电气和电电气和电子工程师协会（子工程师协会（IEEEIEEE）、美国国家标准协会美国国家标准协会（ANSIANSI）、电子工业协会（电子工业协会（EIAEIA）等。等。85标准化组织ISO lISO 国际标准化组织ISO(International Standardization Organization)，是一个全球性的非政府组织，是国际标准化领域中一个十分重要的组织。ISO于1947年2月23日正式成立，总部设在瑞士的日内瓦。ISO致力于开发科学、技术、经济领域里的广泛合作，尤其在信息技术方面，ISO制定了网络通信的标准，即开放系统互连OSI。86标准化组织 ITUl国际电信联盟（ITU）国际电信联盟（ITU）是世界各国政府的电信主管部门之间协调电信事务方面的一个国际组织，成立于1865年5月17日。ITU的宗旨是维持和扩大国际合作，以改进和合理地使用电信资源、提高电信业务的效率、扩大技术设施的用途、协调各国行动。ITU的原设机构有：国际电报、电话咨询委员会（CCITT），国际无线电咨询委员会（CCIR），国际频率登记委员会（IFRB）。1993年3月1日ITU第一次世界电信标准大会（WTSC-93）在芬兰召开，将原有的三个机构CCITT、CCIR、IFRB进行了改组，取而代之的是电信标准部门（TSS，即ITU-T）、无线电通信部门（RS，即ITU-R）和电信发展部门（TDS，即ITU-D）。87-在通信领域，最著名的ITU-T标准有V系列标准，例如V.32、V.35、V.42标准对