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1、第2章计算机网络基础第1页，共48页，编辑于2022年，星期一2.1 计算机网络概述计算机网络概述 在信息化社会中，越来越多的应用领域需要计算机在一定的地理范围内联合起来进行群集工作，从而促进了计算机和通信这两种技术紧密的结合，形成了计算机网络这门学科。第2页，共48页，编辑于2022年，星期一2.1.1计算机网络的定义计算机网络的定义 计算机网络通常的定义是指将地理位置不同的具有独立功能的多台计算机及其外部设备，通过通信线路连接起来，在网络操作系统，网络管理软件及网络通信协议的管理和协调下，实现资源共享和信息传递的计算机系统。计算机网络的组成基本上包括：计算机、网络操作系统、传输介质以及相应
2、的应用软件四部分。第3页，共48页，编辑于2022年，星期一2.1.2计算机网络的功能计算机网络的功能 一般来说，计算机网络具有以下一些功能，又称为服务。其中最主要的功能是资源共享和信息交换，具体功能如下：1资源共享 2数据通信 3分布处理与负载均衡 4提高可靠性 5集中管理第4页，共48页，编辑于2022年，星期一2.2计算机网络的组成计算机网络的组成 计算机网络是一门综合性学科。有很多不同专业研究人员投身计算机网络理论、应用模型、通信协议、通信传输交换系统、传输介质、网络操作系统、网络应用系统和网络安全各方面的研究。从计算机网络各组成部件的功能来看，各部件主要完成网络通信和资源共享两种功能
3、，学术界一般把计算机网络分解为资源子网和通信子网两部分。把计算机网络中实现网络通信功能的设备及其软件的集合称为网络的通信子网，而把网络中实现资源共享功能的设备及其软件的集合称为资源子网。第5页，共48页，编辑于2022年，星期一2.2.1 通信子网通信子网 在局域网中，通信子网由网卡、网络传输介质、网络设备和相关软件组成。在广域网中，通信子网由一些专用的通信处理机（即节点交换机）及其运行的软件、集中器等设备和连接这些节点的通信链路组成。第6页，共48页，编辑于2022年，星期一2.2.2 资源子网资源子网 在局域网中，资源子网由联网的服务器、工作站和其它设备及相关软件通过相应协议所组成。在广域
4、网中，资源子网由上网的所有主机及其外部设备组成。服务器一般指网络服务器，是计算机网络中核心的设备之一，它既是网络服务的提供者，又是数据的集散地。工作站一般指连接到网络中的计算机，工作站既可以独立工作，也可以访问服务器，使用网络服务器所提供的共享网络资源。网络协议一般指为实现网络中的数据交换而建立的规则标准或约定，是网络相互间对话的语言。第7页，共48页，编辑于2022年，星期一2.3 网络的分类网络的分类 计算机网络分类方法有很多种，根据网络的分类不同，在同一种网络中可能会有很多种不同的名词说法。第8页，共48页，编辑于2022年，星期一2.3.1 按计算机网络传输技术分类按计算机网络传输技术
5、分类1点到点式网络 点到点传播指网络中每两台主机、两台节点交换机之间或主机与节点交换机之间都存在一条物理信道，即每条物理线路连接一对计算机。各类设备沿某信道发送的数据只有信道另一端的唯一一台机器收到。由于连接多台计算机之间的线路结构可能是复杂的，因此从源节点到目的节点可能存在多条路由，从通信子网的源节点到达目的节点的路由需要有路由选择算法。广域网都采用点到点信道。第9页，共48页，编辑于2022年，星期一 2广播式网络 广播是指网络中所有联网计算机都共享一个公共通信信道，当一台计算机利用共享通信信道发送报文分组时，所有其它计算机都会将会接收并处理这个分组。由于发送的分组中带有目的地址与源地址，
6、网络中所有接收到该分组的计算机将检查目的地址是否与本节点的地址相同。如果被接受报文分组的目的地址与本节点地址相同，则接受该分组，否则将收到的分组丢弃。在广播式网络中，由于信道共享可能引起信道访问错误，因此信道访问控制是要解决的关键问题。第10页，共48页，编辑于2022年，星期一2.3.2 按计算机网络规模和覆盖范围分类按计算机网络规模和覆盖范围分类 按照计算机网络规模和所覆盖的地理范围对其分类，可以划分为局域网、城域网、广域网和互联网四种，但此方法并没有严格意义上地理范围的区分，只能是一个定性的概念。第11页，共48页，编辑于2022年，星期一1局域网（局域网（LAN）LAN是最常见、应用最
7、广的一种网络。所谓局域网就是在局部地区范围内的网络。它所覆盖的地区范围较小，在网络所涉及的地理距离上一般来说可以是几米至几公里以内。局域网的特点：连接范围窄、用户数少、配置容易、连接速率高。目前局域网最快的速率是10G以太网。IEEE的802标准委员会定义了多种主要的LAN：以太网（Ethernet）、令牌环网（Token Ring）、光纤分布式接口网络（FDDI）、异步传输模式网（ATM）以及无线局域网（WLAN）。第12页，共48页，编辑于2022年，星期一2城域网（城域网（MAN）一般来说是在一个城市但不在同一地理小区范围内的计算机互联，连接距离可以在10100公里。MAN与LAN相比扩
8、展的距离更长，连接的计算机数量更多，在地理范围上可以说是LAN的延伸。第13页，共48页，编辑于2022年，星期一3广域网（广域网（WAN）也称为远程网，所覆盖的范围比城域网更广，它一般是在不同城市之间的LAN或者MAN互联，地理范围可从几百公里到几千公里。因为距离较远，信息衰减比较严重，同时连接的用户多，总出口带宽有限，所以用户的连接速率一般较低。第14页，共48页，编辑于2022年，星期一4互联网（互联网（Internet）从地理范围来说，它可以是全球计算机的互联，这种网络的最大的特点就是不定性，整个网络的计算机每时每刻随着人们网络的接入在不变的变化。它的优点非常明显，就是信息量大，传播广
9、，无论身处何地，只要联上互联网就可以和任何联网用户通信。第15页，共48页，编辑于2022年，星期一2.3.3 按计算机网络的工作模式分类按计算机网络的工作模式分类1对等网（Peer to Peer，P2P）在对等网络中，所有计算机地位平等，没有从属关系，也没有专用的服务器和客户机，每一台计算机都有可能成为服务器也可能成为客户机。对等网能够提供灵活的共享模式，组网简单、方便，但难于管理，安全性能较差。第16页，共48页，编辑于2022年，星期一2客户机/服务器模式（Client/Server，C/S）这种类型中的网络中有一台或几台较大计算机集中进行共享数据库的管理和存取，称为服务器，而将其他的
10、应用处理工作分散到网络中其他计算机上去做，构成分布式的处理系统。C/S中的服务器也称为数据库服务器，注重于数据定义及存取，安全备份及还原，并发控制及事务管理，执行诸如选择检索和索引排序等数据库管理功能。C/S结构是数据库技术的发展和普遍应用与局域网技术发展相结合的结果。第17页，共48页，编辑于2022年，星期一2.3.4 按计算机网络管理性质分类按计算机网络管理性质分类 根据对网络组建和管理的部门和单位不同，常将计算机网络分为公用网和专用网。1公用网 由电信部门或其他提供通信服务ISP(Internent Service Provider)的经营部门组建、管理和控制，网络内的传输和转接装置可
11、供任何部门和个人使用。2专用网 由用户部门组建经营的网络，不容许其它用户和部门使用。由于投资的因素，专用网常为局域网或者是通过租借电信部门的线路而组建的广域网络。第18页，共48页，编辑于2022年，星期一2.3.5 按计算机网络拓扑结构分类按计算机网络拓扑结构分类 网络拓扑结构是抛开网络电缆的物理连接来讨论网络系统连接形式，一般指网络中通信线络和节点之间的几何排列形式，或网线与节点之间排列所构成的几何图形。计算机网络拓扑结构一般可以分为：总线型、星型、树型、环型、网状型和混合型等。第19页，共48页，编辑于2022年，星期一（a）星型；（b）环型；（c）树型；（d）网状型；（e）总线型；（f
12、）混合型 第20页，共48页，编辑于2022年，星期一1星型拓扑结构星型拓扑结构 在星型拓扑结构中，网络中的各节点通过点到点的方式连接到一个中央节点（又称中央转接站，一般是集线器或交换机）上，由该中央节点向目的节点传送信息。目前一般网络环境都被设计成星型拓扑结构。星型网是目前广泛而又首选使用的网络拓扑设计之一。星型拓扑结构广泛应用于网络中智能集中于中央节点的场合。第21页，共48页，编辑于2022年，星期一2环型拓扑结构环型拓扑结构 环型结构中各节点通过环路接口连在一条首尾相连的闭合环型通信线路中，环路中各节点地位相同，环路上任何节点均可请求发送信息，请求一旦被批准，便可以向环路发送信息。环型
13、网中的数据按照设计分为单向传输和双向传输。环型网结构比较适合于实时信息处理系统和工厂自动化系统。第22页，共48页，编辑于2022年，星期一3树型拓扑结构树型拓扑结构 树型结构是总线型结构的扩展，它是在总线网上加上分支形成的，其传输介质可有多条分支，但不形成闭合回路；也可以把它看成是星型结构的叠加。树型拓扑以其独特的特点而与众不同，采用层次结构，具有一定容错能力，一般一个分支和节点的故障不影响另一分支节点的工作，任何一个节点送出的信息都由根接收后重新发送到所有的节点，可以传遍整个传输介质，因特网（Internet）大多采用树型结构。第23页，共48页，编辑于2022年，星期一4网状拓扑结构网状
14、拓扑结构 网状拓扑结构主要指各节点通过传输线路连接起来，并且每一个节点至少与其他两个节点相连。网状拓扑结构网络可靠性高，当一条路径发生故障时，还可以通过另一条路径把信息送至节点，但其结构复杂，实现起来费用较高，不易管理和维护。网状拓扑结构一般用于Internet骨干网上。第24页，共48页，编辑于2022年，星期一5总线型拓扑结构总线型拓扑结构 总线拓扑结构采用一条总线做为传输介质，所有的站点都通过相应的硬件接口直接连接到传输介质（总线）上。任何一个节点信息都可以沿着总线向两个方向传播扩散，并且能被总线中任何一个节点所接收，所有的节点共享一条数据通道，一个节点发出的信息可以被网络上的多个节点接
15、收。总线上传输信息通常多以基带形式串行传递，每个节点上的网络接口板硬件均具有收、发功能。第25页，共48页，编辑于2022年，星期一6混合型拓扑结构混合型拓扑结构 将两种或多种网络拓扑结构混合起来构成的一种网络拓扑结构称为混合型拓扑结构或杂合型结构。它将这些网络拓扑结构混合起来，试图取这些拓扑结构的优点于一个系统。拓扑的选择需要考虑很多因素，拓扑的选择会影响传输介质的选择和介质访问控制方法的确定，这些因素又会影响各个站点在网上的运行速度和网络软硬件接口的复杂性。第26页，共48页，编辑于2022年，星期一2.4 网络中的传输介质 计算机通信分为两种：有线通信和无线通信。有线通信是利用各种线缆来
16、充当传输导体；无线通信是利用卫星、微波、红外线来充当传输导体。目前在有线通信线路上使用的传输介质有双绞线、同轴电缆和光导纤维。第27页，共48页，编辑于2022年，星期一2.4 网络中的传输介质2.4.1同轴电缆同轴电缆 同轴电缆（Coaxial Cable）的得名与它的结构相关，它用来传递信息的一对导体是按照一层圆筒式的外导体套在内导体（一根细芯）外面，两个导体间用绝缘材料互相隔离的结构制成的，外层导体和中心轴芯线的圆心在同一个轴心上，所以叫做同轴电缆。第28页，共48页，编辑于2022年，星期一2.4 网络中的传输介质 同轴电缆根据其直径大小可以分为：粗同轴电缆与细同轴电缆。粗缆适用于比较
17、大型的局部网络，它的标准距离长，可靠性高，但粗缆网络必须安装收发器电缆，安装难度大，所以总体造价高。相反，细缆安装则比较简单，造价低，但两头须装上基本网络连接头（BNC），然后接在T型连接器两端。第29页，共48页，编辑于2022年，星期一2.4 网络中的传输介质2.4.2双绞线双绞线 双绞线（Twist-Pair）是综合布线工程中最常用的一种传输介质。双绞线采用了一对互相绝缘的金属导线以互相绞合的方式，可以降低信号干扰的程度，“双绞线”的名字也是由此而来。第30页，共48页，编辑于2022年，星期一2.4 网络中的传输介质 美国电子工业协会/电信工业协会（EIA/TIA）对双绞线的连接制定了
18、标准，EIA/TIA将双绞线连接标准分为两类：EIA/TIA 568A和EIA/TIA 568B标准。EIA/TIA 568A的连线标准是：白绿、绿、白橙、蓝、白蓝、橙、白棕、棕；EIA/TIA 568B的标准是：白橙、橙、白绿、蓝、白蓝、绿、白棕、棕。第31页，共48页，编辑于2022年，星期一2.4 网络中的传输介质2.4.3光纤光纤 光导纤维（Optical Fiber）是一种传输光束的细微而柔韧的介质，通常由非常透明的石英玻璃拉成细丝，由纤芯和包层构成双层通信圆柱体。当光线从高折射率的介质射向低折射率的介质时，其折射角将大于入射角。因此如果折射角足够大，就会出现全反射，即光线碰到包层时
19、就会折射回纤芯，这个过程不断重复，光也就沿着光纤传输下去。现代的生产工艺可以制造出超低损耗的光纤，能做到光线在纤芯中传输较远的距离而基本上无损耗。第32页，共48页，编辑于2022年，星期一2.4 网络中的传输介质光纤连接器 1FC型光纤连接器 2SC型光纤连接器 3LC型连接器4双锥型连接器（Biconic Connector）5MT-RJ型连接器 6MU型连接器 第33页，共48页，编辑于2022年，星期一2.4 网络中的传输介质2.4.4 无线传输介质 无线传输的基础是传统的有线传输的扩展和替换。它只是在有线局域网的基础上通过无线集线器、无线访问节点、无线网桥、无线网卡等设备使无线通信得
20、以实现。与有线网络一样，无线传输同样也需要传送介质。只是无线局域网采用的传输媒体不是双绞线或者光纤，而是红外线或者无线电波。1红外线系统2无线电波 第34页，共48页，编辑于2022年，星期一2.5 联网设备 用户如果想组建一个网络，首先要确定其要使用的联网设备，常用的联网设备有网卡、集线器、交换机、路由器等。2.5.1网卡 网卡也叫网络适配器（Network Interface Card，NIC），是局域网中最基本的部件之一，它是连接计算机与网络的硬件设备。第35页，共48页，编辑于2022年，星期一2.5 联网设备1按网络接口划分（1）RJ-45接口（2）BNC接口（3）AUI接口（4）F
21、DDI接口（5）ATM接口第36页，共48页，编辑于2022年，星期一2.5 联网设备2按带宽划分10/100Mbps自适应网卡100Mbps网卡100/1000Mbps自适应网卡1000Mbps网卡 3按网卡应用领域划分应用于工作站的网卡应用于服务器的网卡第37页，共48页，编辑于2022年，星期一2.5 联网设备2.5.2 中继器 中继器（RP，repeater）是连接网络线路的一种装置，常用于两个网络节点之间物理信号的双向转发工作，负责在两个节点的物理层上按位传递信息，完成信号的复制、调整和放大功能，以此来延长网络的长度；它完成物理线路的连接，对衰减的信号进行放大，保持与原数据相同。第3
22、8页，共48页，编辑于2022年，星期一2.5 联网设备2.5.3 集线器 集线器的英文称为“Hub”，是一种特殊的中继器。集线器的主要功能是对接收到的信号进行再生整形放大，以扩大网络的传输距离，同时把所有节点集中在以它为中心的节点上，目前若按配置形式可分为独立型集线器、模块化集线器和堆叠式集线器三种。市场上常见到的是10M、100M或10M/100M自适应等速率的集线器。第39页，共48页，编辑于2022年，星期一2.5 联网设备2.5.4 网桥 网桥（Bridge）的功能是延长网络跨度，这有点类似于中继器，然而它能提供智能化连接服务，根据帧的终点地址处于哪一网段来进行转发和滤除，就像一个智
23、能的中继器。中继器从一个网络电缆里接收、放大信号，将其送入下一个电缆。网桥对从关卡上传下来的信息更敏锐一些。网桥对站点所处网段的了解是靠“自学习”实现的。网桥可以是专门硬件设备，也可以由计算机加装的网桥软件来实现。第40页，共48页，编辑于2022年，星期一2.5 联网设备2.5.5 交换机 交换机（Switch）是集线器的升级换代产品，按照通信两端传输信息的需要，用人工或设备自动完成的方法把要传输的信息送到符合要求的相应路由上的技术统称。交换机拥有一条很高带宽的背部总线和内部交换矩阵。交换机收到数据包以后，处理端口会查找内存中的MAC地址对照表以确定目的MAC的NIC挂接在哪个端口上，通过内
24、部交换矩阵直接将数据包迅速传送到目的节点，而不是所有节点。第41页，共48页，编辑于2022年，星期一2.5 联网设备交换机与集线器的区别主要体现在如下三个方面：（1）交换机的数据传输方式不同 集线器的数据传输方式是广播方式，而交换机的数据传输是有目的的，数据只对目的节点发送，只是在自己的MAC地址表中找不到的情况下第一次使用广播方式发送，然后因为交换机具有MAC地址学习功能，第二次以后就不再是广播发送了，又是有目的的发送。（2）带宽占用方式不同 在带宽占用方面，集线器所有端口是共享集线器的总带宽，而交换机的每个端口都具有自己的带宽，这样就交换机实际上每个端口的带宽比集线器端口可用带宽要高许多
25、。（3）传输模式不同 集线器只能采用半双工方式进行传输，而交换机则采用全双工方式来传输数据的，因此在同一时刻可以同时进行数据的接收和发送，这不但令数据的传输速度大大加快，而且在整个系统的吞吐量方面，交换机比集线器至少要快一倍以上。第42页，共48页，编辑于2022年，星期一2.5 联网设备2.5.6 路由器 路由器是一种连接多个网络或网段的网络设备，它能将不同网络或网段之间的数据信息进行“翻译”，以使它们能够相互“读懂”对方的数据，从而构成一个更大的网络。路由器主要有以下三种功能：（1）网络互连（2）数据处理（3）网络管理第43页，共48页，编辑于2022年，星期一2.6 网络协议 网络上的计
26、算机之间交换信息就像人类说话用某种语言一样，在网络上的各台计算机之间也有一种语言，这就是网络协议，不同的计算机之间必须使用相同的网络协议才能进行通信。网络协议是网络上所有设备之间通信规则的集合，它定义了通信时信息必须采用的格式和这些格式的意义。TCP/IP协议IPX/SPXNetBEUI第44页，共48页，编辑于2022年，星期一2.7 局域网的访问控制方式 访问控制方式是指控制网络中各个节点之间信息的合理传输，对信道进行合理分配的方法。2.7.1CSMA/CD 这种方式适用于总线型和树型拓扑结构，解决了如何共享一条公用广播传输介质。其原理是在网络中，任何一个工作站在发送信息前，要侦听一下网络
27、中有无其它工作站在发送信号，如无则立即发送，如有即信道被占用，此工作站要等一段时间再争取发送权。第45页，共48页，编辑于2022年，星期一2.7 局域网的访问控制方式2.7.2令牌环 令牌环只适用于环型拓扑结构的局域网。其原理是：使用一个称之为“令牌”的控制标志（令牌是一个二进制数的字节，它由“空闲”与“忙”两种编码标志来实现，既无目的地址，也无源地址），当无信息在环上传送时，令牌处于“空闲”状态，它沿环从一个工作站到另一个工作站不停地进行传递。当某一工作站准备发送信息时，就必须等待，直到检测并捕获到经过该站的令牌为止，然后，将令牌的控制标志从“空闲”状态改变为“忙”状态，并发送出一帧信息。
28、第46页，共48页，编辑于2022年，星期一2.7 局域网的访问控制方式2.7.3令牌总线 令牌总线主要用于总线型或树型网络结构中。它的访问控制方式类似于令牌环，但它是把总线型或树型网络中的各个工作站按一定顺序排列形成一个逻辑环。只有令牌持有者才能控制总线，才有发送信息的权力。信息是双向传送，每个站都可检测到其它站点发出的信息。第47页，共48页，编辑于2022年，星期一小结 本章重点讲解计算机网络的基础知识，包括网络定义、功能、分类、互连设备、传输介质和局域网的访问控制方法，是计算机网络的重要内容，也是后续章节的基础。要重点掌握网络的拓扑结构、传输介质、互连设备和局域网的介质访问控制方法。第48页，共48页，编辑于2022年，星期一