计算机网络概论课件

第4章 计算机网络概论 本章主要内容计算机网络的基本概念 数据传输介质 计算机网络的拓扑结构 计算机网络的应用 网络操作系统简介 14.1 计算机网络的基本概念 1 计算机网络的定义 q从计算机与通信技术相结合的观点出发，人们把计算机网络定义为“以计算机之间传输信息为目的而连接起来，实现远程信息处理并进一步达到资源共享的系统”。q从强调资源共享的观点出发，计算机网络是“把地理上分散的资源，以能够相互共享资源（硬件、软件和数据）的方式连接起来，并且各自具备独立功能的计算机系统之集合体”。q从物理结构上看，计算机网络又可定义为“在协议控制下，由若干计算机、终端设备、数据传输和通信控制处理机等组成的集合”。24.1 计算机网络的基本概念1 计算机网络的定义q综合上述观点，我们把计算机网络定义为：凡是将分布在不同地理位置并具有独立功能的多台计算机，通过通信设备和线路连接起来，在功能完善的网络软件（网络协议及网络操作系统等）支持下，以实现网络资源共享和数据传输为目的的系统，称为计算机网络。我们可以从以下三个方面理解计算机网络的概念:计算机网络是一个多机系统。计算机网络是一个互连系统 计算机网络是一个资源共享系统 34.1 计算机网络的基本概念2 计算机网络的形成与发展 纵观计算机网络的形成与发展历史，大致可以分为四个阶段，如下图所示：终 端 网络通 信 网络OSI/RM网络因 特网面向终端的计算机网络 计算机通信网络 开放式标准化网络体系结构的网络 计算机网络的互连、高速化阶段 44.1 计算机网络的基本概念3 计算机网络的功能 （1）资源共享 硬件共享软件共享数据共享 （2）数据通信 （3）提高系统的可靠性和可用性 （4）分布式处理 54.1 计算机网络的基本概念4 计算机网络的分类 按网络的覆盖区域分为:广域网（WAN）局域网（LAN）城域网（MAN）按信息交换方式分为:电路交换网报文交换网分组交换网按网络拓扑结构分为:总线网环型网星型网按通信介质可分为：双绞线、光纤、同轴电线网光纤卫星网微波网等按传输信号或传输方式可分为：基带网宽带网按通信传播方式可分为：点对点传播方式网广播方式网按网络的使用范围又可分为：专用网公用网 64.1 计算机网络的基本概念5计算机网络的组成 6 计算机网络在物理结构上，可分为网络硬件和网络软件组成，如下图所示：74.2 数据传输介质 v传输介质是网络中信息传输的物理通道，是网络通信的物质基础之一。v传输介质可根据其物理形态分为有线介质和无线介质两大类。v有线介质常用的有双绞线、同轴电缆和光纤等。v无线介质有微波通信、卫星通信、红外线和激光等。v传输介质的性能对传输速率、通信距离、可连接的网络节点数目和数据传输的可靠性等均有很大的影响，必须根据不同的通信要求，合理地选择数据传输介质。84.2 数据传输介质1 双绞线 双绞线是最常用的一种计算机网络传输介质，它由呈螺旋形排列的两根绝缘导线组成，两根导线相互扭绞在一起，目的是使线对之间的电磁干扰减至最小。通常将若干对双绞线对（2对或4对）组成一条双绞线电缆，并以坚韧的护套包裹着，如图所示。94.2 数据传输介质2同轴电缆 3 按带宽和用途来划分，同轴电缆可以分为基带同轴电缆和宽带同轴电缆。基带同轴电缆传输的是数字信号，宽带同轴电缆传输的是不同频率的模拟信号。104.2 数据传输介质3光导纤维 光纤是一种由石英玻璃纤维或塑料制成的，直径很细，能传导光信号的媒体。q光纤的组成：光纤芯、包层和保护外层。114.2 数据传输介质3 光导纤维 q光纤分类：单模光纤和多模光纤 124.2 数据传输介质3 光导纤维q优点 通信容量大，传输速率高。抗电磁干扰能力强，安全无辐射，安全保密性能好。传输衰减极小，误码率低，可实现长距离、无中继、高速数据传输。q 缺点 价格较贵。光纤的安装、连接和分接都较困难，且在分接时信号损失较大。134.2 数据传输介质4无线介质 q微波通信 优点：调制技术成熟，通信容量大，传输频率宽，受外界干扰小，初建成本低；缺点：保密性差，误码率高。144.2 数据传输介质4无线介质 q卫星通信 优点：覆盖面积大，可靠性高，信道容量大，传输距离远，传输成本不随距离的增加而增大，主要适用于远距离广域网络的传输。缺点：卫星成本高、传播延迟时间长、受气候影响大，保密性较差。154.2 数据传输介质5 数据通信的若干术语 q信道信道是信号的传输通道，可分为物理信道和逻辑信道。q带宽 在模拟信道中，人们一般采用“带宽”表示信道传输信号的能力，即可传输信号的最高频率和最低频率之差。q 传输速率 在数据信道中，人们通常用“传输速率”表示信道的传输能力，即每秒传输的比特（bit）数。164.3 计算机网络的拓扑结构 1网络拓扑结构的定义 q计算机网络拓扑结构是指一个网络的通信链路和节点的几何排列或抽象的布局图形。q计算机网络拓扑是通过计算机网络中的各个节点与通信线路之间的几何关系来表示网络结构，并反映出网络中各实体之间的结构关系。174.3 计算机网络的拓扑结构2 计算机网络拓扑结构的类型 q星型结构 q环型结构 184.3 计算机网络的拓扑结构2 计算机网络拓扑结构的类型 q树型结构 q网状型结构 q总线型结构194.3 计算机网络的拓扑结构v1.星型拓扑结构v(星型结构是最古老的一种连接方式，大家每天都使用的电话都属于这种结构.)v特点：v1）便于集中控制（因为端用户之间的通信必须经过中心站）；v2）易于维护和安全等优点。v3）端用户设备因为故障而停机时也不会影响其它端用户间的通信；v4）这种结构非常不利的一点是,中心系统必须具有极高的可靠性,因为中心系统一旦损坏，整个系统便趋于瘫痪。对此中心系统通常采用双机热备份,以提高系统的可靠性。v5）这种网络拓扑结构的一种扩充便是星行树。202.环型网络拓扑结构 v环行结构的特点是,每个端用户都与两个相临的端用户相连,因而存在着点到点链路,但总是以单向方式操作。于是,便有上游端用户和下游端用户之称。例如图5中,用户N是用户N+1的上游端用户,N+1是N的下游端用户。如果N+1端需将数据发送到N端，则几乎要绕环一周才能到达N端。环上传输的任何报文都必须穿过所有端点,因此,如果环的某一点断开,环上所有端间的通信便会终止。为克服这种网络拓扑结构的脆弱,每个端点除与一个环相连外，还连接到备用环上,当主环故障时,自动转到备用环上 213.总线拓扑结构 v优点:这种结构具有费用低、数据端用户入网灵活、站点或某个端用户失效不影响其它站点或端用户通信的优点。v缺点:是一次仅能一个端用户发送数据，其它端用户必须等待到获得发送权。媒体访问获取机制较复杂。尽管有上述一些缺点,但由于布线要求简单,扩充容易,端用户失效、增删不影响全网工作,所以是网络技术中使用最普遍的一种。22注:拓扑结构决定网络设备的选择v1、星型结构：中心结点（HUB、交换机）、双绞线、水晶头。v2、总线结构：同轴电缆、BNC头、终结器。23计算机网络的典型应用计算机网络的典型应用24计算机网络的工作模式计算机网络的工作模式 按网络覆盖范围的大小，可以将计算机网络分为：局域网、城域网、广域网和因特网，它们的典型特征见下表。返回返回分类缩写分布距离（近似）典型覆盖地域传输速率局域网LAN10米房间4Mbps2Gbps100米楼宇数千米校园城域网MAN10千米城市50Kbps100Mbps广域网WAN城市、国家、洲或全球9.6Kbps45Mbps因特网Internet25计算机网络按工作模式的分类计算机网络按工作模式的分类 所有的工作站的注册登录和资源访问操作，均受服务器控制。如图：2对等网络 计算机彼此处于同等地位，没有主从之分。如图：返回返回1基于服务器的网络26基于服务器的网络返回返回27对等网络 返回返回284.4RJ-45接头与双绞线的制作标准 294.4RJ-45接头与双绞线的制作标准304.4RJ-45接头与双绞线的制作标准314.4RJ-45接头与双绞线的制作标准324.4RJ-45接头与双绞线的制作标准33三、几种双绞线的制作方法三、几种双绞线的制作方法 v1.一一对应接法。即双绞线的两头连线要一一对应，这一头的一脚，一定要连着另一头的一脚。这种网线一般是用在交换机与计算机之间。v2.13、26交叉接法。即网线一头的第一脚连另一头的第三脚，网线一头的第二脚 连另一头的第六脚，其他脚一一对应。这种网线一般用在交换机的级连。v3.100M接法。所谓100M接法，是指它能满足100M带宽的通讯速率。它的接法虽然也是一一对应，但每一脚的颜色是固定的，具体是：第一脚黄白、第二脚黄色、第三脚绿白、第四脚蓝色、第五脚蓝白、第六脚绿色、第七脚褐白、第八脚褐色。v四、检查配线的好坏四、检查配线的好坏v1、目视法v2、测试器344.5综合布线方式和传统布线方式 一、传统布线方式一、传统布线方式v制作好带有制作好带有RJ-45接头的双绞线电缆之后，就可以将计接头的双绞线电缆之后，就可以将计算机与集线器（算机与集线器（HUP）连接在一起了。）连接在一起了。v此时只要将一端的此时只要将一端的RJ-45接头插在计算机的网卡上，另接头插在计算机的网卡上，另一端插在集线器上，就可。一端插在集线器上，就可。v传统布线方式费用低。传统布线方式费用低。二、综合布线系统二、综合布线系统 v综合布线系统：是将语音、数据、视频及监控等弱电设综合布线系统：是将语音、数据、视频及监控等弱电设备的传输线路综合在一起，统一采用标准化的接和插座。备的传输线路综合在一起，统一采用标准化的接和插座。v新增加或变动计算机不需要重新进行一次布线。新增加或变动计算机不需要重新进行一次布线。v综合布系统具有先进性、灵活性。综合布系统具有先进性、灵活性。354.5综合布线方式和传统布线方式三、布放双绞线时的注意事项三、布放双绞线时的注意事项v双绞线电缆不能弯曲过度。双绞线电缆不能弯曲过度。v绑线时不要太紧，并且绑线要保持整齐绑线时不要太紧，并且绑线要保持整齐v尽量远离干扰或噪音源。（马达和电梯）尽量远离干扰或噪音源。（马达和电梯）v总长度都不能超过总长度都不能超过100米米v不要将单芯双绞线与多芯双绞线混合使用不要将单芯双绞线与多芯双绞线混合使用v配线架上的跳接线不要太长并且尽可能使用五类双绞线配线架上的跳接线不要太长并且尽可能使用五类双绞线v不具对绞状态的双绞线长度不能超过不具对绞状态的双绞线长度不能超过13mmv尽量使用同一家电缆厂商生产的双绞线电缆，而不要混用尽量使用同一家电缆厂商生产的双绞线电缆，而不要混用不同厂商的双绞线电缆不同厂商的双绞线电缆v使用质量较好的使用质量较好的RJ-45接头，至少要达到双绞线的等级要接头，至少要达到双绞线的等级要求。求。（注：安装足够的信息插座，以适应未来发展的需要。（注：安装足够的信息插座，以适应未来发展的需要。）364.6 计算机网络的应用 1 办公自动化 电子政务http:/218.56.196.11:8002/电子邮件服务 可视会议 http:/ 2电子商务 电子数据交换 电子商务 3在线服务 远程教育 校园网 金融服务与管理 374.7 网络操作系统简介 1网络操作系统概述 q网络操作系统（NOS，Network Operation System）是使网络上各计算机能方便而有效地共享网络资源，为网络用户提供所需的各种服务的软件和有关规程的集合，是网络环境下，用户与网络资源之间的接口。q网络操作系统的功能网络操作系统除了具备单机操作系统所需的功能外，如内存管理、CPU管理、输入输出管理、文件管理等，还应有下列功能：提供高效可靠的网络通信能力；共享资源管理；提供多项网络服务功能，如远程管理、文件传输、远程打印等；网络管理；提供网络接口等。384.7 网络操作系统简介2目前流行网络操作系统 q Unix网络操作系统 q Windows系列网络操作系统 q Linux 网络操作系统 394.7.1 网络操作系统的发展网络操作系统的发展 在计算机网络上配置网络操作系统NOS（Network Operating System），是为了管理网络中的共享资源，实现用户通信以及方便用户使用网络，因而网络操作系统是作为网络用户与网络系统之间的接口。以推出的时间来说，UNIX为最早，Netware为第二，Windows NT最晚。40 4.7.1.1 UNIXUNIX操作系统操作系统v19691970美国的电报电话公司（AT&T）Bell实验室首先在PDP-7机器上实现了UNIX系统。v1973年Ritchie又用C语言对UNIX进行了重写。v1976年正式公开发表了UNIX V.6版本，并开始向美国各大学及研究机构颁发了UNIX的许可证并提供了源代码。v1978年发表了UNIX V.7版本，它是在PDP 11/70上运行的。v84、87年分别发布了UNIX SVR 2和UNIX SVR 3;v89年宣布了UNIX SVR4。目前使用较多的是在1992年发表的UNIX SVR4.2版本。vUNIX系统从一个非常简单的操作系统发展成为性能先进、功能强大、使用广泛的操作系统，并成为事实上的多用户、多任务操作系统的标准。41 4.7.1.2 NetWare局域网操作系统 v1983年，伴随着Novell公司的面世，NetWare局域网操作系统出现了。v其NetWare 3.12、4.11两个版本得以广泛使用，98年发布了NetWare 5版本，目前Novell正准备发布NetWare 6。vNetWare能够提供“共享文件存取”和“打印”功能,使多台PC可以通过局域网同文件服务器联接起来，共享大硬盘和打印机。42 4.7.1.3 Windows NT/2000vWindows NT是Microsoft公司推出的网络操作系统。微软最早推出的NT版本是Windows NT 3.1，之后微软公司又在1994年正式推出了Windows NT 3.51 版本。v1996年，微软公司正式推出了Windows NT 4.0版本，在之后的1997年初又推出Windows NT中文版。v2000年微软公司推出了Windows 2000，包括专业版和服务器版。v2003 Windows 2003 Server。vWindows NT被设计成一种具有鲁棒性和可靠性的操作系统，这种系统可以很容易的得到维护和扩展，可以随着系统的升级利用新的技术。同时，其操作图形界面的友好，与其家族桌面操作系统一致，容易被用户接收。434.7.2 4.7.2 网络操作系统的特性网络操作系统的特性(1)(1)v客户/服务器模式客户/服务器（Client/Server）模式是近年来流行的应用模式，它把应用划分为客户端和服务器端，客户端把服务请求提交给服务器，服务器负责处理请求，并把处理的结果返回至客户端。v32位操作系统采用32位内核进行系统调度和内存管理，支持32位设备驱动器，使得操作系统和设备间的通信更为迅速。v抢先式多任务网络操作系统一般采用微内核类型结构设计，微内核始终保持对系统的控制，并给应用程序分配时间段使其运行，在指定的时间结束时，微内核抢先运行进程并将控制移交给下一个进程。444.7.2 4.7.2 网络操作系统的特性网络操作系统的特性(2)(2)v支持多种文件系统有些网络操作系统还支持多文件系统，以实现对系统升级的平滑过度和良好的兼容性。v高可靠性网络操作系统是运行在网络核心设备（如服务器）上的指挥管理网络的软件，它必须具有高可靠性，保证系统可以365天24小时不间断工作，并提供完整的服务。v安全性为了保证系统、系统资源的安全性、可用性，网络操作系统往往集成用户权限管理、资源管理等功能，定义各种用户对某个资源存取权限，且使用用户标识SID唯一区别用户。v容错性网络操作系统应能提供多级系统容错能力，包括日志式的容错特征列表、可恢复文件系统、磁盘镜像、磁盘扇区备用以及对不间断电源（UPS）的支持。454.7.2 4.7.2 网络操作系统的特性网络操作系统的特性(3)(3)v开放性网络操作系统必须支持标准化的通信协议（如TCP/IP、NetBEUI等）和应用协议（如HTTP、SMTP、SNMP等），支持与多种客户端操作系统平台的连接。v可移植性网络操作系统一般都支持广泛的硬件产品，往往还支持多处理机技术。这样使得系统就有了很好的伸缩性。v图形化界面(GUI)网络操作系统良好的图形界面可以简化用户的管理，为用户提供直观、美观、便捷的操作接口。vInternet支持各品牌网络操作系统都集成了许多标准化应用，例如Web服务、FTP服务、网络管理服务等等的支持，甚至E-mail（如Linux的Sendmail）也集成在操作系统中。464.7.3 网络操作系统的功能网络操作系统的功能(1)(1)网络操作系统功能通常包括：处理机管理、存储器管理、设备管理、文件系统管理以及为了方便用户使用操作系统向用户提供的用户接口，网络环境下的通信、网络资源管理、网络应用等特定功能。此外还有：1.网络通信 这是网络最基本的功能，其任务是在源主机和目标主机之间，实现无差错的数据传输。2.资源管理 对网络中的共享资源（硬件和软件）实施有效的管理、协调诸用户对共享资源的使用、保证数据的安全性和一致性。474.7.3 网络操作系统的功能网络操作系统的功能(2)(2)3.网络服务电子邮件服务 文件传输存取和管理服务共享硬盘服务共享打印服务4.网络管理网络管理最主要的任务是安全管理，一般这是通过“存取控制”来确保存取数据的安全性；以及通过“容错技术”来保证系统故障时数据的安全性。5.互操作能力所谓互操作，在客户/服务器模式的LAN环境下，是指连接在服务器上的多种客户机和主机，不仅能与服务器通信，而且还能以透明的方式访问服务器上的文件系统。484.7.4 网络操作系统的分类网络操作系统的分类vUNIXvLinuxvWindows NT/Server 2000/Server 2003vNetware494.7.4.1 UNIX UNIX是为许多用户环境设计的，即所谓的多用户操作系统，并且具有内建的TCP/IP支持。UNIX具有良好的稳定性、健壮性、安全性等优秀的特性。UNIXUNIX主要特性：主要特性：1模块化的系统设计 2逻辑化文件系统 3开放式系统 4UNIX优秀的网络功能 5优秀的安全性 6可以在任何档次的计算机上使用 504.7.4.2 LinuxLinux具有如下的特点：（1）完全遵循POSLX标准，并扩展支持所有AT&T和BSD Unix特性的网络操作系统。（2）真正的多任务、多用户系统，内置网络支持，能与NetWare、Windows NT、OS/2、Unix 等无缝连接。（3）可运行于多种硬件平台。（4）对硬件要求较低。（5）有广泛的应用程序支持。（6）设备独立性。（7）安全性。（8）良好的可移植性。（9）具有庞大且素质较高的用户群。514.7.4.3 NetWare(1)Novell1983年推出第一个NetWare。Novell的NDS目录服务及后来的基于Internet的e-Directory目录服务是NetWare中最有特色的功能。524.7.4.3 NetWare(2)NetWare 6NetWare 6的特性的特性 ：（1）NetWare 6 可以简化对所有资源的访问和管理。（2）NetWare 6 可以确保企业全部数码资产的完整性和可用性。（3）NetWare 6支持以实时方式，从中心位置，迅速而方便的进行关键性商业信息的备份与恢复。（4）NetWare 6 支持企业网络的高可扩展性。（5）NetWare 6 包括iFolder功能（6）NetWare 6 包含有开放标准及文件协议（7）NetWare 6 使用了被称为IPP的开放标准协议，具有通过互联网安全完成文件打印工作的能力。534.7.4.4 Window NT/2000Windows NT Server的设计目标主要是针对网络中的服务器而使用的网络操作系统。Windows 2000 是Windows NT 的升级版本，包括Windows 2000 Profession和Windows 2000 Servrer两个版本。功能主要包括功能主要包括：文件及文件管理系统 具有优先级的多任务/多线程环境 支持对称的多机处理系统 拥有兼容于分布计算的环境544.7.5 规划计算机网络规划计算机网络构建一个网络，需要分析网络的规模、应用，归纳网络应提供的服务、性能等，在此基础上设计网络拓扑，选择网络硬件设备、网络操作系统、网络应用软件。554.7.5.1 4.7.5.1 网络系统设计一般牲原则网络系统设计一般牲原则(1)(1)1、开放性原则随着开放互连标准的制定，只有开放的，符合国际标准的网络系统才能够实现多厂家产品的互连，保证系统有良好的兼容性和可维护性、易升级性。2、可扩充原则 网络系统良好的扩充性能够让用户以较小的代价，通过产品升级，采用新技术来扩充现有网络设备的功能，从而有效地保护用户投资。564.7.5.1 4.7.5.1 网络系统设计一般牲原则网络系统设计一般牲原则(2)(2)3、可靠性原则 用户的网络系统必须具有一定的容错能力，保障在意外情况下不中断用户的正常工作。4、可管理性原则 网络系统应该能够支持SNMP（简单网络管理协议），以便于计算机管理人员通过网管软件随时监视网络的运行状况。5、选择占主导地位厂家，保护用户投资 占主导地位的网络厂家的优势在于：产品市场占有率高、拥有最先进的技术。通过产品升级一方面使其用户得到最先进的技术，另一方面可以保护用户以前的设备投资。574.7.5.2 网络操作系统的规划网络操作系统的规划网络操作系统的选择要从网络应用出发，分析网络需要提供什么服务，然后分析各种操作系统提供这些服务的性能与特点，最后确定使用的品牌。操作系统的选择应遵循的一般原则：（1）标准化（2）可靠性（3）安全性（4）网络应用服务的支持（5）易用性58图1-1典型校园网络拓扑图59设计示例设计示例规划：（1）选择单一网络操作系统。好处在于：易于构架 易于管理 丰富的服务 服务应用软件 稳定性 安全性 （2）多网络操作系统集成 在一个网络环境中使用多种类型网络操作系统，可以充分利用各种操作系统的特性和优点。60本章小结本章小结v本章介绍了计算机网络操作系统的发展、功能、特点和分类，介绍了流行网络操作系统的发展及特性，给出了网络及网络操作系统规划选择的一般原则和方法。61个人观点供参考，欢迎讨论！