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1、第1章 计算机网络基础1.1 计算机网络概述计算机计算机网络的产生网络的产生 计算机技术计算机技术和和通信技术通信技术相结合相结合1.1 计算机网络概述1.1.1 1.1.1 计算机网络的产生和发展计算机网络的产生和发展 3 3个阶段个阶段l 第第1 1阶段：阶段：面向终端面向终端的计算机的计算机通信通信网络网络 2020世纪世纪5050年代初，美国的半自动地面防空系统；年代初，美国的半自动地面防空系统；通信线路通信线路 T TT远地工作站计算机计算机房计算机房通信设备第1阶段：面向终端面向终端的计算机通信通信网络l 2020世纪世纪6060年代初，通信控制处理机、集中器。CCP（Commun
2、ication Control Processor）：通通信信控控制制处处理理机机（前置处理机）（前置处理机）Concentrator：集中器集中器 T T TConcentrator计算机房计算机房CCPConcentrator T T低速通信线路低速通信线路高速通信线路高速通信线路Host1.1.1 1.1.1 计算机网络的产生和发展计算机网络的产生和发展第第2阶段：分组交换网计算机通信网阶段：分组交换网计算机通信网l20世纪世纪60年代中期年代中期 美国国防部高级研究计划局研美国国防部高级研究计划局研制的制的ARPANET网网 分组交换分组交换1.1.1 1.1.1 计算机网络的产生和发
3、展计算机网络的产生和发展HostHostHostIMPIMPIMP T T T TARPANET的体系结构的体系结构l把把4个节点先连起来：个节点先连起来：4加州大学洛杉矶分校加州大学洛杉矶分校UCLA4斯坦福国际研究所斯坦福国际研究所SRI4加州大学圣巴巴拉分校加州大学圣巴巴拉分校UC Santa Barbara 4犹他州立大学犹他州立大学University of Utah。l咨询会议上，专家不同意咨询会议上，专家不同意把把Host直接连起来。直接连起来。于是先用小型计算机作为于是先用小型计算机作为接口报文处理机接口报文处理机（IMP）连成连成通信子网通信子网，这个通信子网由，这个通信子网
4、由ARPA控制。然后再分别与控制。然后再分别与Host连接，形成连接，形成资资源子网源子网。1.1.1 计算机网络的产生和发展IMP：接口报文处理机使用小型计算机类似网关的作用1.1.1 1.1.1 计算机网络的产生和发展计算机网络的产生和发展ARPANET诞生1969年 8月,首先将第1个 IMP与加利福尼亚大加利福尼亚大学洛杉矶分校学洛杉矶分校UCLA相接。一个月之后将第2台IMP与斯坦福国际研究所斯坦福国际研究所SRI相接。ARPANET 诞生了。1.1.1 1.1.1 计算机网络的产生和发展计算机网络的产生和发展HostHostHostIMPIMPIMP T T T T网络发展第网络发
5、展第2阶段拓扑结构阶段拓扑结构1.1.1 1.1.1 计算机网络的产生和发展计算机网络的产生和发展第3阶段：OSI的确定到Internet 共享资源 1977年年 国际标准化组织国际标准化组织ISO OSI/RM 1984年年 TCP/IP协议协议 Internet 1980s 集中计算模式分布计算模式集中计算模式分布计算模式1993年年 美国国家信息基础设施美国国家信息基础设施NII发展计划发展计划 1993年年 万维网（万维网（WWW）交互式、非线性交互式、非线性 1993年年 C/S（浏览器浏览器/服务器）风靡全球服务器）风靡全球 “网格计算网格计算”时代时代 1.1.1 1.1.1 计
6、算机网络的产生和发展计算机网络的产生和发展1.1.2 计算机网络的定义计算机网络的定义 将若干台具有将若干台具有独立功能独立功能的计算机，通过通信设的计算机，通过通信设备和传输介质相互联接，以网络软件实现备和传输介质相互联接，以网络软件实现通信通信、资资源共享源共享和和协同工作协同工作的系统。的系统。4网络节点网络节点：由传输介质链路连接在一起的设备：由传输介质链路连接在一起的设备4通信信道通信信道：链路：链路1.1.2 1.1.2 计算机网络的定义计算机网络的定义两级子网：通信子网和资源子网两级子网：通信子网和资源子网l通信子网通信子网通信功能（数据的加工、变换、传输和通信功能（数据的加工、
7、变换、传输和交换）：交换机、路由器、集线器、网卡及相应软交换）：交换机、路由器、集线器、网卡及相应软件等件等 l资源子网资源子网资源共享（数据处理、网络资源和服务）资源共享（数据处理、网络资源和服务）：服务器、主机及其外设、网络打印机、其他外设：服务器、主机及其外设、网络打印机、其他外设及相关软件等及相关软件等 1.2 计算机网络的分类计算机网络的分类l1.2.1 按网络的拓扑结构分类 拓扑（拓扑（Topology）：）：几何形状、网络外形几何形状、网络外形1.总线型（Bus）：所有设备都通过一根公共总线连接，通信时信息沿总线进行广播式传送。数据流向1.总线型总线型l优点：优点：4 成本低，布
8、线简单成本低，布线简单4 增、删节点容易增、删节点容易4 任一节点故障，不会影响整个网络的运行任一节点故障，不会影响整个网络的运行4 可靠性高可靠性高l 缺点：缺点：4 每一每一 时刻，只能通过一信息信道争用时刻，只能通过一信息信道争用4 某网段故障某网段故障4 新增节点，造成全网瘫痪新增节点，造成全网瘫痪1.2.1 按网络的拓扑结构分类按网络的拓扑结构分类2.星型（星型（Star）：由中央节点和若干从节点组成。中由中央节点和若干从节点组成。中央节点可以与从节点直接通信，而从节点间的通信央节点可以与从节点直接通信，而从节点间的通信必须经过中央节点的转发。必须经过中央节点的转发。中央节点中央节点
9、（服务器（服务器+集线器）集线器）2.星型星型l优点：优点：4 结构简单结构简单4 某节点出现故障，不会影响整个网络某节点出现故障，不会影响整个网络4 可扩充性好可扩充性好4 检查故障点较容易检查故障点较容易4 易于管理和维护易于管理和维护l 缺点：缺点：4 对中央节点依赖性高，中央节点若出现故障，将造成整对中央节点依赖性高，中央节点若出现故障，将造成整个网络瘫痪个网络瘫痪1.2.1 按网络的拓扑结构分类按网络的拓扑结构分类3.环型（环型（Ring）：所有设备被连接成环，信息传送是所有设备被连接成环，信息传送是沿着环传播。每个设备只能和相邻节点直接通信，沿着环传播。每个设备只能和相邻节点直接通
10、信，与其他节点通信时，信息必须依次经过二者间的每与其他节点通信时，信息必须依次经过二者间的每一个节点。一个节点。3.环型环型l优点优点4 每个节点是个每个节点是个“中继器中继器”，防止信号衰减，防止信号衰减4 传输方向单一，信号不会发生冲突（令牌传输方向单一，信号不会发生冲突（令牌Token）4 双环、备援电路双环、备援电路线路故障线路故障l 缺点缺点4 节点故障导致全网瘫痪，可靠性较差节点故障导致全网瘫痪，可靠性较差4 网络管理复杂，成本较高，维护困难网络管理复杂，成本较高，维护困难4 新增网络节点时新增网络节点时扩展性、灵活性较差扩展性、灵活性较差1.2 计算机网络的分类计算机网络的分类l
11、1.2.2 按地理位置分类（按地理位置分类（LAN、MAN、WAN）网络分类英文名称缩写分布范围局域网Local Area NetworkLAN10m几km城域网Metropolitan Area NetworkMAN广域网Wide Area NetworkWAN几十几千km以上1、局域网（、局域网（LAN）l 一个单位或部分组建的小型网络一个单位或部分组建的小型网络l 一般局限在一座建筑物或园区一般局限在一座建筑物或园区l 规模小、速度快、成本较低规模小、速度快、成本较低l 校园网校园网2、城域网（MAN)2km10km：约城市范围3、广域网（WAN）10km：规模最大，跨越都市、国家、洲界
12、三种三种网络类型比较网络类型比较局域网（局域网（LAN）城域网（城域网（MAN）广域网（广域网（WAN）稳稳定定性性越越来来越越差差 设设备备成成本本越越来来越越高高 传传输输速速度度越越来来越越慢慢 覆覆盖盖范范围围越越来来越越大大l1.2.3 按计算机和设备在网络中的地位按计算机和设备在网络中的地位1基于服务器的网络：基于服务器的网络：4工作站工作站/文件服务器模式、文件服务器模式、4客户机客户机/服务器模式、服务器模式、4浏览器浏览器/服务器模式服务器模式 2对等网络对等网络4 工作组，所有计算机都是平等的工作组，所有计算机都是平等的4很难控制网络中的资源和用户，安全性较差很难控制网络中
13、的资源和用户，安全性较差4 各计算机配置相同的协议各计算机配置相同的协议1.2 计算机网络的分类计算机网络的分类l1.2.4 其他分类其他分类4按网络的使用范围：按网络的使用范围：公用网（公用网（Public Network）：）：CHINANET、CERNET专用网（专用网（Private Network）：）：铁路、银行系统铁路、银行系统4按信息交换方式：按信息交换方式：电路交换网（电路交换网（Circuit Switching Network）：）：电话电话报文交换网（报文交换网（Message Switching Network）分组交换网（分组交换网（Packet Switching
14、 Network）:Internet1.3 计算机网络的组成计算机网络的组成1.3.1 计算机网络的硬件组成计算机网络的硬件组成l服务器服务器l客户机客户机l通信处理设备通信处理设备l通信处理设备通信处理设备调制解调器、中继器、集线器、网调制解调器、中继器、集线器、网桥、交换机、路由器和网关等桥、交换机、路由器和网关等 l传输介质传输介质双绞线、同轴电缆、光纤等双绞线、同轴电缆、光纤等1.3.1 计算机网络的硬件组成1、服务器 一台配置较高的计算机，为客户提供服务。按照一台配置较高的计算机，为客户提供服务。按照服务器所能提供的资源来区分，可分为：服务器所能提供的资源来区分，可分为：l文件服务器
15、文件服务器l打印服务器打印服务器l应用系统服务器应用系统服务器l通信服务器等通信服务器等 实际中常把几种服务集中在一台服务器上，使一实际中常把几种服务集中在一台服务器上，使一台服务器能执行几种服务功能。台服务器能执行几种服务功能。1.3.1 计算机网络的硬件组成2、客户机、客户机 运行客户机运行客户机/服务器应用程序的客户机端软件，服务器应用程序的客户机端软件，网络用户通过客户机与网络联系。网络用户通过客户机与网络联系。网络中的客户机能共享服务器的资源，配置一般网络中的客户机能共享服务器的资源，配置一般比服务器低。比服务器低。3、网卡l网络适配器（网络适配器（NIC,Network Inter
16、face Card)lMAC地址地址l计算机和传输介质间的物理接口计算机和传输介质间的物理接口l作用：将计算机内的数据转换为传输介质上的信号；作用：将计算机内的数据转换为传输介质上的信号；反之亦然。反之亦然。3、网卡4、通信介质（传输介质）、通信介质（传输介质）有线传输介质、无线传输介质两大类。有线传输介质、无线传输介质两大类。l有线传输介质：有线传输介质：4 双绞线双绞线4同轴电缆同轴电缆4光导纤维光导纤维l无线传输：无线传输：4 微波微波4激光激光4红外线红外线4、传输介质双绞线、传输介质双绞线l双绞线分为两类：双绞线分为两类：4 屏蔽双绞线屏蔽双绞线（Shielded-Twisted-w
17、ire-Pair cable）4非屏蔽双绞线（非屏蔽双绞线（Unshielded-Twisted-wire-Pair cable）l 与与RJ-45接头配合使用接头配合使用1.3.1 计算机网络的硬件组成4、传输介质双绞线、传输介质双绞线lEIA/TIA1.3.1 计算机网络的硬件组成4、传输介质、传输介质同轴电缆同轴电缆(Coaxial Cable)v结构：结构：v 中心导体中心导体v 绝缘体绝缘体v 导电体导电体v 外层包覆外层包覆1.3.1 计算机网络的硬件组成4、传输介质、传输介质光纤（光纤（Optical Fiber Cable）l光纤与一般电线相比的最大不同：光纤与一般电线相比的最
18、大不同：4 光纤截面积小光纤截面积小4 材料为玻璃，不导电材料为玻璃，不导电4 使用光线传送信号，电线用电传送信号使用光线传送信号，电线用电传送信号1.3.1 计算机网络的硬件组成传输介质传输介质光纤（光纤（Optical Fiber Cable）l传送方式：传送方式：l 分为两种模式：分为两种模式：4 多模：纤芯较粗，光线的反射度有许多种，价格较低多模：纤芯较粗，光线的反射度有许多种，价格较低4 单模：纤芯较细，光线的反射度只有一种，价格较贵单模：纤芯较细，光线的反射度只有一种，价格较贵发发送送端端电信号光纤光纤光信号接接收收端端电信号转换系统1.3.1 计算机网络的硬件组成三种介质的对比v
19、传输速度传输速度v 抗噪能力抗噪能力v安全保密性安全保密性v 安装维修价格安装维修价格1.3.1 计算机网络的硬件组成5、通信处理设备（网络互联设备）、通信处理设备（网络互联设备）用来连接网络的产品用来连接网络的产品使用目的：使用目的：q节点数目增多节点数目增多q 扩大网络距离扩大网络距离q 合并已有网络合并已有网络q 易于网络诊断易于网络诊断通信处理设备（网络互联设备）通信处理设备（网络互联设备）通信处理设备（网络互联设备）通信处理设备（网络互联设备）通信处理设备（网络互联设备）通信处理设备（网络互联设备）5、通信处理设备（网络互连设备）、通信处理设备（网络互连设备）网络通信处理设备主要包括
20、：网络通信处理设备主要包括：l调制解调器（调制解调器（Modem）l中继器（中继器（Repeater）l 集线器（集线器（Hub）l网桥（网桥（Bridge）l交换机（交换机（Switch）l路由器（路由器（Router）l网关（网关（Gateway）（1）调制解调器）调制解调器是是远程计算机通过电话线连接网络所需设备。远程计算机通过电话线连接网络所需设备。l调制调制：（：（发送方）发送方）数字数字信号信号模拟模拟信号信号l解调解调：（接收方）接收方）模拟模拟信号信号数字数字信号信号l 分类：分类：4 连接方式连接方式 内置式内置式 外置式外置式4 传输速率传输速率 窄带：窄带：56.6Kbp
21、s通信处理设备通信处理设备（2）中继器（）中继器（Repeater)l 作用：作用：增加节点数目，扩展距离增加节点数目，扩展距离l 原理：原理：去噪、放大去噪、放大中继器中继器通信处理设备通信处理设备中继器（中继器（Repeater)中继器（中继器（Repeater)中继器（中继器（Repeater)（3）集线器（）集线器（Hub）：）：多端口中继器多端口中继器Hub通信处理设备通信处理设备（3）集线器（）集线器（Hub）10BASE-T以太网集线器以太网集线器 集线器的种类集线器的种类：以以PortPort数量多少数量多少 适用带宽适用带宽 10M bps10M bps 100M bps 1
22、00M bps 10+100 Mbps 10+100 Mbps 10/100 Mbps 10/100 Mbps通信处理设备通信处理设备（3）集线器（）集线器（Hub）l 堆叠式集线器（堆叠式集线器（Stackable Hub）HubHubHubHub通信处理设备通信处理设备堆叠式集线器（堆叠式集线器（Stackable Hub）16口口10-100M可堆叠的双速集线器可堆叠的双速集线器通信处理设备通信处理设备（4）网桥）网桥(Bridge)L6通信处理设备通信处理设备（4）网桥）网桥(Bridge)l作用：减少网络上不必要的业务量。作用：减少网络上不必要的业务量。l原理：业务量分段、过滤原理：
23、业务量分段、过滤（依据（依据MAC地址）地址）l分析收到的分组分析收到的分组 L6：l依据寻址信息依据寻址信息 MAC地址列表地址列表决定转发或丢弃决定转发或丢弃*同网段*不同网段例：例：通信处理设备通信处理设备（4）网桥）网桥(Bridge)11121314212223243132ABCDAB11 2112 2213 2314 24CD21 3122 322324通信处理设备通信处理设备网桥网桥(Bridge)网桥网桥(Bridge)网桥网桥(Bridge)（5）路由器）路由器(Router)l 工作在第三层工作在第三层网络层网络层Cisco 1600系列路由器神州数码 DCR-2600系列
24、路由器通信处理设备通信处理设备（5）路由器）路由器(Router)l 原理：原理：4使用使用IP地址，选择最佳路径地址，选择最佳路径4“最佳最佳”：带宽带宽 线路质量线路质量 使用率使用率所经节点数所经节点数 成本成本 通信处理设备通信处理设备（6）第）第2层交换机层交换机l 工作在数据链路层工作在数据链路层l 交换式集线器交换式集线器 or 多口网桥多口网桥l 每个每个Port对应网桥的一个对应网桥的一个Portl 问题：问题：4 抢占：多个抢占：多个Port的信息包要送到相同的目的地的信息包要送到相同的目的地通信处理设备通信处理设备（6）第）第2层交换机层交换机神州数码 DCS-3426交
25、换机ABCD通信处理设备通信处理设备（7）第）第3层交换机层交换机l 工作在网络层工作在网络层l 简化了路由器的功能简化了路由器的功能l 路由工作改由硬件处理，路由速度更快路由工作改由硬件处理，路由速度更快l 兼具第兼具第2层交换机的功能层交换机的功能l 不能取代路由器不能取代路由器通信处理设备通信处理设备1.3.2 计算机网络的计算机网络的软件软件组成组成l网络网络操作系统操作系统操作系统操作系统和网络和网络应用服务应用服务应用服务应用服务系统系统 l网络操作系统网络操作系统3个部分组成：个部分组成：4网络适配器驱动程序：网卡网络适配器驱动程序：网卡4子网协议：通信协议子网协议：通信协议4应用协议：与子网协议进行通信，实现高层服务应用协议：与子网协议进行通信，实现高层服务1.3.2 计算机网络的软件组成常见网络操作系统：常见网络操作系统：Netware:Novell公司Windows NT:Microsoft公司Windows 2000:Microsoft公司Linux:核心部分 Unix小结小结 本章对计算机网络的最基本的基础知识进行了简单介绍。l计算机网络的产生和发展过程，l计算机网络的分类l组成计算机网络的硬件系统和软件系统等基本概念；l深刻理解计算机网络定义，两级子网概念。