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第1篇 计算机网络基础(2学时)

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计算机网络基础 第一篇计算机网络基础
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1 教学内容 第1章 计算机网络基础 第2章 数据通信基础 第3章 计算机网络体系结构 第4章 局域网 第5章 *广域网 第6章 网络互联与常用网络设备 第7章 网络操作系统 第8章 Internet及其应用 第9章 计算机网络安全 2 第1章 计算机网络基础 § 本章内容(P1-11) • 计算机网络的产生与发展 • 计算机网络的定义与分类 • 计算机网络的组成、结构与功能 3 1.1 计算机网络的产生与发展 产生: 1、计算机技术的高度发展与计算机的广泛 应用;(1946年第一台电子数字计算机出 现) 2、通信技术的高度发展; (电话通信系统、卫星通信系统等的出 现) 3、计算机技术与通信技术的高度发展、相 互渗透、密切结合——计算机网络的产生 与发展。 4 发展: 计算机网络的发展经历了如下4个阶段 : 1、20世纪50年代:面向终端的计算机通信系统, 即“ 计算机-终端系统”或“远程联机系统”; 2、20世纪60年代:主机互连网络,即“计算机-计算 机”网络或“多机通信系统”;(ARPAnet网的出 现与分组交换技术的开始) 3、20世纪70年代中期:体系结构标准化网络,即“层 次化结构”,并对每层进行了精确定义;(OSI/RM ) 4、20世纪90年代:INTERNET时代。 5 1.面向终端的计算机通信系统 ——第一代计算机网络 图(a):是一种具有通信功能的面向终端的计算机系统。 图(b):是以单台计算机为中心的远程联机系统。 特征:终端(Terminal)共享主机(Host)的软硬件资源。 6 特点: (1)单台主机用于执行计算和通信任务;多台终端用于 执行用户交互。 (2)这一阶段主机价格昂贵,通信线路及通信设备的价 格则相对便宜。 (3)连接方式:本地或远程。 TS T T T T T T HOST 通信线路 T 7 a、缺点 • 主机负荷重、效率低——数据处理+通信 • 线路利用率低、远距离连接时费用高 • 网络结构属于集中控制方式,可靠性低 b、改进方法 • 终端集中器(近/远距)和前端处理机(Front-End Processor,FEP),将通信任务从主机中分离出 来——减少主机负荷 • 多点通信线路(?图示)——提高线路利用率 8 2.主机互联网络 (典型:ARPAnet—因特网的前身) 特点: • 多个终端联机系统互联,形成了多主机互联网络 • 网络结构从“主机-终端”转变为“主机-主机” HOST HOSTHOST T T T T T T T T T T 通信线路 9 “主机-主机”网络的连接方式演变过程 § 演变过程1(如上页图 ) 通过通信线路将主机直接 连接起来,主机既承担数据 处理工作又承担数据通信工 作。 § 演变过程2 把通信任务从主机中分 离,由通信控制处理机( CCP)完成。 CCP:处理主机之间通信 任务的专用计算机。 CCP CCP HOST HOST T T TT T T CCP HOST TT 10 两层网络概念的出现 • 由CCP组成的传输网络——通信子网,提供信息传输服 务 • 建立在通信子网基础上的主机集合——资源子网,提供 计算资源。在通信子网上可有多个资源子网,共享通信 子网的服务。 CCP CCP HOST HOST T T TT T T CCP HOST TT T 通信子网 11 3.体系结构标准化网络 (1)为什么需要标准化(原动力)? • 不同网络设备之间的兼容性和互操作性 • 最终目的—资源共享 (2)网络体系结构标准化过程的演变 • 20世纪70年代,由于技术垄断不同厂商的不同 标准,难以联网进行数据通信。如IBM的SNA, DEC的DNA等。 12 • 国际化标准组织ISO制定了国际标准OSI/RM,即 Open System Interconnection/Recommended Model (开放系统互联参考模型,简称OSI参考模型) §该模型是一种概念上的网络模型,规定了网络体系 结构的框架:7个层次 §该模型只说明了做什么(WHAT TO DO)而未规定怎 样做(HOW TO DO) §该模型太复杂,几乎没有与之完全符合的网络 • 事实上的标准:TCP/IP(因特网的骨干协议) § 从体系结构上看,它是OSI参考模型的简化 (4层) 13 OSI参考模型以及两个通信实体之间的通信分层结构 14 4.Internet时代 (1)因特网的功能 资源共享、数据通信→购物休闲、学术研究、商贸 活动、政治军事活动等。 (2)因特网的应用 a.基于文本的应用:E-Mail、FTP、Telnet、BBS等 b.基于Web与多媒体的应用:WWW、IP电话、视频 会议、网络电视、电子商务、电子政务、 远程教育、远程医疗等 c.现在流行的:搜索引擎、P2P文件共享、即时通信 (QQ、MSN等)、博客、播客、网络游戏等 (3)高速网络的发展 15 1.2 计算机网络的定义与分类 1.计算机网络的定义 (1)计算机网络建立的主要目的是实现计算机资源的共享。 计算机资源包括: 硬件资源:硬盘、软驱、光驱、打印机、扫描仪等; 软件资源:系统软件、应用软件、游戏软件; 信息资源:各种应用数据。 (2)互连的计算机是分布在不同地理位置的多台独立的“自 治计算机”。 * 互连的计算机没有明确的主从关系,每台计算机既可以连 网工作,也可以独立工作; * 连网计算机可为本地用户提供服务,也可以为远程网络用 户提供服务。 (3)连网计算机之间的通信必须遵循共同的网络协议。 16 § 计算机网络的定义 把分散在不同地理位置、具有独立功能的 计算机系统及相关网络设备,通过通信线路相 互连接起来,按照一定通信协议进行数据通信 ,以实现资源共享为目的的信息系统。 § 注释: “相互连接” :以任何可能的通信连接方式 • 有线方式:铜线、光纤 • 无线方式:红外、无线电(微波)、卫星 共享—互连—自治 (面向终端的计算机通信系统不是真正意义上的计算机网络。 ) 17 2、计算机网络的分类 按传输技术分类: (1)广播网络 广播式网络(broadcast network)仅有一条 通信信道,由网络上的所有机器共享。 18 (2)点到点网络 点到点网络(point-to-point network)由一对 对机器之间的多条连接构成。点到点网络在布局上常 采用的是网状结构。如图所示。 一般来讲,小的、地理上处于本地的网络采用广 播方式,而大的网络可采用点到点方式。 19 按地域范围分类: 1.局域网 局域网(Local Area Network),简称LAN,是一 个小的地理区域(例如:办公室、大楼和方圆几 公里远的地域)内的专用网络。局域网的目的是 将一些计算机、外围设备和计算机系统连接成一 个数据共享集体,用软件控制着网上用户之间的 相互联系和信息传输。如图所示。 20 2.城域网 城域网(Metropolitan Area Network),简称MAN,基本 上是一种大型的LAN,通常使用与LAN相似的技术。它可能覆盖 一组邻近的公司办公室和一个城市。 3.广域网 广域网(Wide Area Network),简称WAN,通常在较长距 离上传送数据。如图所示。 广域网具有很多与局域网相同的优点。但广域网经常通 过电话线传输数据,因此更容易发生传输差错。在交换线上 传输还相对较慢。 21 1.3 计算机网络的组成、结构与功能 1、逻辑组成 • 资源子网:由主机、终端、终端控制器、联网外设、 各种软件资源与信息资源组成。负责数据处理,并向 网络用户提供各种网络资源与网络服务。 • 通信子网:由网络通信控制处理机、通信线路与其他 通信设备组成。完成全网数据传输、转发等通信处理 工作。 22 2、硬件组成 网络节点 端节点:计算机 中间节点:交换机、集中器、复用器、路由 器、中继器 通信链路:信息传输的通道 物理:传输介质 逻辑:信道 (介质和信道的关系类比——CATV的电缆和频道之 间的关系) 3、软件组成 通信软件(网络协议软件) 网络操作系统 网络管理/安全控制软件 网络应用软件 23 1、网络拓扑的定义 网络拓扑主要是研究计算机网络的结构问题。 拓扑学是几何学的一个分支,是从图论演变过来 的。拓扑学首先把实体抽象成与其大小、形状无关的 点,将连接实体的线路抽象成线,进而研究点、线、 面之间的关系。 计算机网络拓扑是通过网中结点与通信线路之间 的几何关系表示网络结构,反映出网络中各实体间的 结构关系。 计算机网络拓扑主要是指通信子网的拓扑构型。 计算机网络的拓扑结构: 24 (1)总线型 所有节点挂接到一条总线 上,广播式信道需要有介质访 问控制规程以防止冲突。 总线形拓扑 2、网络拓扑结构的分类 25 (2)环型 所有节点连接成一个闭合 的环,结点之间为点到点连 接。 环形拓扑 26 (3)星型 有一个中心节点,其它节 点与其构成点到点连接。 星形拓扑 27 (4)树型 一个根结点、多个中间分 支节点和叶子节点构成。 树形拓扑 28 (5)全连接 点到点全连接,连接数 随节点数的增长迅速增长( N(N-1)/2),使建造成本大 大提高,只适用于节点数很 少的广域网中。 (6)不规则(网状) 点到点部分连接,多用 于广域网,由于连接的不完 全性,需要有交换节点。 不规则拓扑 全连接拓扑 29 3、网络拓扑的选择 选择拓扑结构时,应考虑以下几点: (1)费用低 最理想的情况是建楼的同时进行安装,并考虑今 后扩展的要求。 (2)灵活性 要考虑到设备搬动时,能容易地重新配置网络拓 扑。 (3)可靠性 拓扑的选择要使故障检测和故障隔离较为方便。 30 计算机网络的功能: § 数据通信(Communication Medium) • 文件传输、IP电话、email、视频会议、信息发布、交互 式娱乐、音乐 § 资源共享(Resource Sharing) • 软件、硬件、数据(数据库) § 提供高可靠性服务(High Reliability) • 利用可替代的资源,提供连续的高可靠服务 § 促进分布式系统的发展(Distributed Processing) • 把数据处理的功能分散到各个计算机上,利用网络环境 实现分布处理和建立性能优良、可靠性高的分布式数据 库系统
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