第1章 计算机网络概述 计算机网络技术导论 教学课件.ppt

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1、第第1章章 计算机网络概述计算机网络概述 第第1章章 计算机网络概述计算机网络概述 1.1 计算机网络的产生与发展计算机网络的产生与发展 1.2 计算机网络的定义与组成计算机网络的定义与组成1.3 计算机网络的体系结构计算机网络的体系结构1.4 计算机网络分类计算机网络分类习题习题第第1章章 计算机网络概述计算机网络概述 1.1 计算机网络的产生与发展计算机网络的产生与发展1.1.1 计算机网络的诞生 1946年世界上第一台电子数字计算机ENIAC在美国诞生，这时的计算机技术与通信技术没有直接的联系，是独立发展的两个领域。20世纪50年代初，由于美国军方的需要，美国半自动地面防空系统(SAGE

2、)进行了计算机技术和通信技术相结合的尝试。它将远程雷达与其他测量设施测到的信息通过总长度达2.41106 km的通信线路与一台IBM计算机连接，进行集中的防空信息处理与控制。通过计算机技术和通信技术的结合，可以将地理位置分散的多个终端通过通信线路连接到中心计算机。第第1章章 计算机网络概述计算机网络概述 计算机技术和通信技术的结合需要解决这样一个问题：早期的计算机是为成批处理数据而设计的，并没有考虑其通信功能，如何将计算机与通信线缆连接起来呢？这个问题可以通过增加一个接口元件线路控制器来解决。线路控制器的主要功能是将计算机中数据的并行传输方式转换为通信线路上的串行传输方式。但是，线路控制器并不

3、承担所有通信任务，在发送和接收数据时，通信事务的处理是由计算机来完成的，这就给计算机带来了额外的负担，影响了计算机的数据处理能力。为了减轻计算机的负担，节省开销，人们又设计了前端处理机(FEP)来代替线路控制器。FEP类似于现在的网卡，它除了提供通信接口外，几乎包揽了所有的通信任务，让计算机可以专门进行数据处理，从而显著提高了计算机数据处理的效率。第第1章章 计算机网络概述计算机网络概述 由于当时公用电话网已发展成熟而且是那时主要的通信资源，因而人们利用它来实现计算机之间的数据通信。但是公用电话网是模拟传输系统，而计算机产生的是数字信号，因此还需要完成数字信号与模拟信号之间的相互转换，这一功能

4、由调制解调器来实现。这一阶段完成了计算机与通信线路的连接，实现了计算机与远程终端的通信，可以用图1.1来表示该阶段的网络模型。图中的主机表示计算机网络中可以进行通信的计算机；集中器用来将多条低速线路上的通信量汇集到一条高速线路中，一般在终端密集的地方使用；各低速终端通过调制解调器及高速线路与远程中心计算机的前端处理机相连。这种连接方式节约了线路的投资，提高了线路的利用率，而且省去了给每个终端安装调制解调器的开销。但是，这并不是真正意义上的计算机网络，而是一个面向终端的计算机联机系统。第第1章章 计算机网络概述计算机网络概述 图1.1 面向终端的计算机联机系统 第第1章章 计算机网络概述计算机网

5、络概述 1.1.2 ARPANet和分组交换面向终端的以单个计算机为中心的远程联机系统实现了计算机与大量地理位置分散的终端之间的连接。随着计算机应用的发展，出现了在计算机与计算机之间建立连接的需求，这种需求旨在使用户不仅可以使用本地计算机的软硬件资源和数据资源，也可以使用其他计算机上的资源，即达到计算机资源共享的目的。要实现计算机与计算机之间的互连，需要解决的一个问题是采用怎样的数据交换方式。这里所说的交换，是指按照某种方式动态地分配传输线路的资源。第第1章章 计算机网络概述计算机网络概述 与联机系统一样，可以考虑直接将公用电话系统中的电路交换方式应用于计算机之间的数据交换。电路交换的特点是用

6、户拨号呼叫对方，呼叫成功就意味着双方之间建立了一条连接，通话过程中双方始终占有这条连接，通话结束即语音数据传输完毕后，用户挂机便释放了先前建立的连接。而计算机之间通信的过程与此不同，一个计算机用户并不确定何时要发送一批数据到另一台计算机，而数据的多少也是不确定的，因此，计算机的数据往往是间歇性的、突发性的。第第1章章 计算机网络概述计算机网络概述 而且，计算机绝大部分的时间是在进行数据处理，通信事务的处理所占时间比例甚微，比如用户在本地编辑处理一个文件用了20分钟，而发送文件可能只需三四秒钟。如果使用电路交换来传送计算机数据，连接建立后，由于链路的利用率较低而白白浪费了所占用的带宽。如果改为只

7、在每次发起通信前建立连接，也会因频繁地建立和断开连接而引入大量的时延开销。另外，电路交换也无法适应不同类型计算机系统之间的差异。因此，电路交换并不适合直接用于计算机之间的数据交换，必须寻找新的适合于计算机通信的数据交换技术。第第1章章 计算机网络概述计算机网络概述 20世纪60年代初，美国国防部高级研究计划局DARPA(Defence Advanced Research Projects Agency)提出将多个大学、研究机构中的多台计算机互连的课题，希望在战争中，当网络中的部分通信节点或通信线路遭到攻击而被损坏时，网络依然可以正常工作，并希望网络能够满足实时数据传输的各种应用需求。1969年

8、底，实验性的ARPANet开通，当时ARPANet选择了洛杉矶的加州大学洛杉矶分校、加州大学圣巴巴拉分校、斯坦福大学、犹他州大学四所大学的四台不同型号、使用不同操作系统和不同数据格式的大型计算机，采用新的数据交换技术分组交换，通过专门的接口报文处理机(IMP)和专门的通信线路实现了这四台计算机的互连。第第1章章 计算机网络概述计算机网络概述 采用分组交换技术，计算机在发送前要将某种应用产生的数据(比如一封邮件、一张图片等)划分成更小的单位，并附加控制信息，构成“分组”，然后将这些分组直接发送到网络中。分组交换不需要建立连接，采用存储转发策略，即网络中的转发节点收到一个分组后会将分组存储下来，分

9、析处理以后再转发出去。因此，同一个计算机发出的不同分组在网络中所经历的路径也可能不同。这一特点使分组交换能很好地适用于战争这样的恶劣环境，因为电路交换一大缺陷就是一旦建立的连接中的某个节点遭到破坏，整个连接就不能再使用了，只能重新建立新的连接；而分组交换中，每个分组是一个独立的单元，中转节点为每个到达的分组独立地选择路由，然后转发。这种方式是动态的，具有很大的灵活性。第第1章章 计算机网络概述计算机网络概述 这一阶段完成了计算机与计算机的连接，实现了以分组交换网为中心的计算机网络，如图1.2所示。在计算机网络中，通常将通信处理机称为通信节点。第第1章章 计算机网络概述计算机网络概述 图1.2

10、以分组交换网为中心的计算机网络 第第1章章 计算机网络概述计算机网络概述 1.1.3 网络体系结构的标准化 在20世纪80年代早期，网络的大小和数量开始迅速增长。随着各大公司认识到通过使用网络技术可以节省资金和提高生产效率，新网络的增加和现有网络的扩展几乎和新的网络技术、产品出现的速度同样快。社会的发展迫使符合不同规范的计算机网络通过互联来满足不同网络的用户相互交换信息的需求。而各大公司开始感受到扩展网络所带来的困难，因为两个具有不同体系结构、使用不同设备规范的网络，其相互之间的兼容性和互操作性较差，这使得两个网络间的互联很难实现。于是，各大公司意识到必须摒弃先前的专用网络系统，因为专用意味着

11、一个公司或者一些公司组成的团体控制着对技术的使用和改进，专用网络系统由个别公司自己研发、拥有和控制，并不被所有供应商所支持。第第1章章 计算机网络概述计算机网络概述 为了解决不同网络系统之间互不兼容和不能相互通 信 的 问 题，国 际 标 准 化 组 织(International Organization for Standardization，ISO)成立了专门机构，研究了不同的网络方案，如IBM公司研制的系统网络体系结构(Systems Network Architecture，SNA)、数字设备公司(Digital Equipment Corporation，DEC)推出的基于数字网络

12、体系结构(Digital Network Architecture，DNA)的分层网络体系结构DECNet等。基于这些研究，ISO于1984年提出了著名的开放系统互连参考模型OSI/RM(Open System Interconnection Reference Model)，简称为OSI模型。只要遵循OSI模型标准，任何系统都可以实现互联，进行通信。第第1章章 计算机网络概述计算机网络概述 1.1.4 Internet时代Internet的起源可以追溯到ARPANet时期。20世纪70年代，随着ARPANet中网络节点的不断增加，ARPANet最初开发的NCP(Network Control

13、 Protocol)协议(这是一个主机到主机间的通信协议)只适用于单个网络，它无法解决网络的互联问题，而且该协议没有真正的差错控制机制，这在当时质量较差的通信环境中引发了不少问题。因此，人们迫切需要有一套可以解决这些问题的新的网络协议。1975年，ARPANet发展到几十个节点，并移交美国国防部的国防通信局试运行。其间，在总结前一阶段实验经验的基础上，ARPANet开始了第二代网络协议的设计工作。1982年，第一次提出了关于互联网络的定义，将“internet”定义为互联网；“Internet”则 是 通 过 TCP/IP协 议 连 接 起 来 的“internet”。第第1章章 计算机网络概

14、述计算机网络概述 1983年1月1日起，TCP/IP协议(Transmission Control Protocol/Internet Protocol，传输控制协议/网际协议)成为了ARPANet上的标准协议。1984年，ARPANet分解成了两个网络：一个是民用科研网，仍然沿用ARPANet这个名称，用于进一步的研究工作；另一个是著名的军用计算机网络MILNet，并入1982年建立的国防数据网。第第1章章 计算机网络概述计算机网络概述 20世纪70年代，美国国家科学基金会(National Science Foundation，NSF)认识到了ARPANet对科学研究工作的重大影响，但当时

15、并不是所有大学和科研机构都有入网机会，一般要求接入ARPANet的机构要与美国国防部有合作研究项目。为了让更多的大学和科研机构可以共享ARPANet的资源，1986年，NSF建立了国家科学基金网NSFNet，主干网速率为56 kb/s。NSFNet采用与ARPANet基本相同的硬件技术，并从一开始就使用了TCP/IP协议。自此，一些大学和科研机构也接入到NSFNet中，NSFNet主干网通过高速链路与ARPANet连接，网络规模开始扩大，逐渐成为了Internet的主要部分。NSF认识到Internet要继续扩大其范围，而且不会仅限于大学和科研机构。第第1章章 计算机网络概述计算机网络概述 1

16、987年，NSF将NSFNet主干网的管理权移交给Merit网络公司，后来Merit公司与IBM公司和MCI公司联合成立了美国高级网络服务公司ANS，所有接入Internet的单位开始向网络服务公司交纳费用。1988年，NSFNet主干网速率升级到T1(1.544 Mb/s)。自NSFNet建成以后，其他国家和地区陆续与NSFNet主干网建立连接，我国于1994年通过与NSFNet主干网的连接正式连入Internet。1995年，NSFNet恢复成为学术网络，美国大部分的主干网业务由互联的网络服务提供商办理。任何个人和单位用户只要向Internet服务供应商(ISP)交纳费用，便可以通过该IS

17、P接入Internet。第第1章章 计算机网络概述计算机网络概述 随着商业网络和大量商业公司进入Internet，网上商业应用取得高速发展，同时也使Internet能为用户提供更多的服务，Internet迅速普及和发展起来。现在，Internet已经向多元化发展，不仅仅单纯为科研服务，正逐步进入到日常生活的各个领域，使Internet在规模和结构上都已经发展成为一个名副其实的“全球互联网”。1996年，美国政府发布了一项称为NGI(Next-Generation Internet)的下一代Internet战略计划，这项战略计划的目标主要集中于三个方面：(1)以百倍于1996年Internet的

18、速率将至少100所大学与国家实验室连接在一起，其中少部分团体的连接速率将达到当时Internet速率的千倍左右。第第1章章 计算机网络概述计算机网络概述 (2)推进基于下一代网络协作技术的发展，包括诸如高质量视频会议及语音与视频等流媒体的应用。(3)提出着眼于科研、国家安全、远程教育、环境监测及全民卫生保健等国家重要战略目标与任务的示范性新型应用。NGI提出的需求主要依托于以下几个方面：全光纤网络，更快速的交换机、路由器，能够实现针对特定实时应用的带宽保留及优先级定义，能够更好地实现网络性能监测，减少瓶颈的软件系统，可以实现更可靠、更安全的信息传输的途径。IPv6作为一种新型的网络层协议，将成

19、为下一代互联网(NGI)中的重要协议。部分国外电信运营商已经建立了IPv6网络，并开始提供接入服务。我国也在2003年启动了中国的下一代互联网(CNGI)工程，以促进NGI在中国的普及与发展。第第1章章 计算机网络概述计算机网络概述 1.2 计算机网络的定义与组成计算机网络的定义与组成1.2.1 计算机网络的定义关于计算机网络的定义，最简单的描述是互相连接在一起的、有自治能力的多个计算机系统的集合。计算机网络的基本特征主要表现在以下几个方面：(1)计算机网络是一个互连的计算机系统的群体。这些计算机在地理上是分散分布的，可能在一个房间内、一个公司的楼群里，也可能在一个或几个城市里，其分布范围甚至

20、跨越国界乃至全球。第第1章章 计算机网络概述计算机网络概述 (2)这些计算机是自治的，即连入网络的计算机可以在网络协议的控制下协同工作，但其自身可以不依赖于网络中的其他计算机而独立工作。(3)计算机系统的互连通过通信介质和通信设备来实现。(4)系统通过通信设施进行信息交换，实现资源共享、互操作和协作处理，以满足各种应用要求，这需要一种机制来支持网络中异构计算机系统之间的通信。综上所述，计算机网络可以定义为：把分布在不同地理位置的计算机系统，通过通信系统连接起来，在协议的支持下，实现资源共享和相互通信。第第1章章 计算机网络概述计算机网络概述 1.2.2 计算机网络的组成从系统功能角度来看，一个

21、计算机网络包含三个主要组成部分：资源子网、通信子网和一系列网络协议。(1)资源子网由用户主机、用户终端、外部设备、各种软件资源和信息资源组成。其中用户主机可以是各种类型的计算机，如大型机、中型机、小型机、工作站或微机；用户终端可以是简单的输入/输出设备，也可以是具有存储和信息处理能力的智能终端。用户主机通过通信介质和通信设备与通信子网连接。用户终端通常通过用户主机连入网络。用户主机可以为本地用户访问网络中的其他主机提供服务，同时也可以为网络中的远程用户访问该主机的本地资源提供服务。第第1章章 计算机网络概述计算机网络概述 (2)通信子网由一些专用的通信控制处理机和连接它们的通信线路组成，完成网

22、络数据传输任务。通信控制处理机被称为网络节点，往往指交换机、路由器等设备，通常扮演中转站的角色，主要负责接收、存储、校验和转发网络中的数据包。(3)网络协议是通信双方通过网络进行通信和数据交换时必须遵循的规则、标准或约定。这些网络协议用于控制主机与主机、主机与通信子网或通信子网中各节点之间的通信。第第1章章 计算机网络概述计算机网络概述 1.3 计算机网络的体系结构计算机网络的体系结构 1.3.1 OSI参考模型在计算机网络体系结构的国际标准化阶段，ISO推出的OSI参考模型就采用了七层结构，如图1.3所示。OSI参考模型对每一层都规定了其功能、要求、技术特性等，但没有规定具体的实现方法。网络

23、开发者可以根据这个标准开发网络系统，制定网络协议；网络用户可以用这个标准来考察网络系统，分析网络协议。事实上，没有哪个产品完全实现了OSI参考模型，但是该模型是目前帮助人们认识和理解计算机网络通信过程的最好工具。第第1章章 计算机网络概述计算机网络概述 图1.3 OSI参考模型第第1章章 计算机网络概述计算机网络概述 1物理层(Physical Layer)物理层是整个OSI参考模型的最底层，它为激活、维持和释放系统间的物理连接定义了物理接口的机械、电气、规程和功能特性，其作用是使原始的数据比特流能在物理介质上传输，具体涉及到接插件的规格，“0”、“1”信号的电平表示，信号的收发及收发过程的协

24、调等内容。第第1章章 计算机网络概述计算机网络概述 2数据链路层(Data Link Layer)在数据链路层，比特流被组织成数据链路协议数据单元(通常称为帧)，并以帧为单位进行传输。帧中包含地址、控制、数据及校验码等信息。数据链路层的主要作用是通过校验、确认和重发等手段，将不可靠的物理链路改造成对网络层来说无差错的数据链路，在相邻点之间实现无差错的传输。数据链路层还要协调收发双方的数据传输速率，即进行流量控制，以防止接收方因来不及处理发送方来的高速数据而导致缓冲器溢出及线路阻塞。第第1章章 计算机网络概述计算机网络概述 3网络层(Network Layer)网络层属于OSI中较复杂的层次，用

25、于解决如何将数据包从发送方传输到接收方这一问题，其主要功能是路径选择，即选择到达目标主机的最佳路径，并沿该路径传送数据包。网络层的功能可能还包括建立和拆除网络连接、网络连接多路复用、分段和重组、服务选择等。4传输层(Transport Layer)传输层向高层屏蔽了底层的传输细节，利用差错控制、流量控制和拥塞控制来提供可靠的端到端的数据传输。第第1章章 计算机网络概述计算机网络概述 5会话层(Session Layer)会话层建立、管理和终止两个通信主机之间的会话。会话可能是一个用户通过网络登录到一个主机，或一个正在建立的用于传输文件的会话。会话层的功能主要有：会话连接到传输连接的映射、数据传

26、输、会话连接的恢复和释放、会话管理等。6表示层(Presentation Layer)表示层提供格式化的表示和转换数据服务。表示层确保一个系统的应用层发送的信息能够被另一个系统的应用层正确读取。如果通信双方用不同的数据表示方法，则不能互相理解，而表示层被用于屏蔽这种不同之处。表示层的功能主要有：数据语法转换、语法表示、表示连接管理、数据加密和数据压缩。第第1章章 计算机网络概述计算机网络概述 7应用层(Application Layer)应用层是OSI参考模型中最靠近用户的层次，提供网络与用户应用软件之间的接口服务。应用层包含用户应用程序执行通信任务所需要的协议和功能。1.3.2 TCP/IP

27、参考模型1983年，ARPANet的实验人员规定连入ARPANet的计算机都必须采用TCP/IP协议。随着ARPANet逐渐发展成为Internet，TCP/IP系列协议成为了建立Internet架构的技术基础。TCP/IP虽不是国际标准，但它是为全世界广大用户和厂商所接受的网络互联的事实标准。第第1章章 计算机网络概述计算机网络概述 TCP/IP是一组通信协议的代名词，是由一系列协议组成的协议簇。TCP/IP参考模型是一个为TCP/IP协议栈量身制作的抽象的分层模型，在这个模型中，所有的TCP/IP系列网络协议都被归类到四个层次中，这四个层次分别是应用层(Application Layer)

28、、传输层(Transport Layer)、网际层(Internet Layer)和网络接口层(Network Interface Layer)。图1.4所示是TCP/IP参考模型与OSI参考模型的比较。第第1章章 计算机网络概述计算机网络概述 图1.4 TCP/IP参考模型与OSI参考模型的比较 第第1章章 计算机网络概述计算机网络概述 从图1.4中可以看到，TCP/IP参考模型中的网络接口层虽与OSI的物理层和数据链路层对应，但TCP/IP并没有定义任何物理层和数据链路层协议，它允许底层使用任何标准协议或专用协议，只要这些协议支持TCP/IP，这使得TCP/IP几乎能适应所有软硬件平台。一

29、个支持TCP/IP的网络可以是局域网、城域网或者广域网，如Ethernet(以太网)、Token Ring(令牌环)网、FDDI(光线分布数据接口)网、PPP(点对点协议)网、X.25网、FR(帧中继)网，ATM网、SONet及SDH网等。第第1章章 计算机网络概述计算机网络概述 如图1.5所示，在网际层，TCP/IP参考模型规定了网 际 协 议 IP(InternetProtocol)；在 传 输 层，TCP/IP参考模型定义了两大协议：传输控制协议(TransmissionControlProtocol，TCP)和 用 户 数 据 报 协 议(UserDatagramProtocol，UD

30、P)；在 应 用 层，TCP/IP参考模型定义了非常丰富的协议，对应于各种各样的网络应用都有相应的网络协议支持，如Web应用使用的HTTP协议、电子邮件应用使用的SMTP协议等。第第1章章 计算机网络概述计算机网络概述 图1.5 TCP/IP协议栈 第第1章章 计算机网络概述计算机网络概述 1.4 计算机网络分类计算机网络分类1.4.1 按拓扑结构分类拓扑学是几何学的一个分支，是从图论演变而来的。拓扑学把研究对象抽象成与其大小、形状无关的点，将研究对象之间的连接抽象成线，进而研究各点之间的关系。计算机网络拓扑是通过网络中的节点与通信线路之间的几何关系来表示网络结构的，它反映出网络中各实体间的结

31、构关系。换句话说，网络拓扑描述了通信线路和网络设备的布局及数据传输时可以通过的路径。拓扑设计是建设计算机网络的第一步，它对网络性能、系统的可靠性与通信费用都有重大影响。第第1章章 计算机网络概述计算机网络概述 各种网络设备需要以一定的结构方式进行连接，这种连接方式就叫做“网络拓扑结构”。网络拓扑结构通常包括总线型、星型、环型、网状等结构形式。以下在讨论拓扑结构时，将接入网络的设备称为节点，节点间的通信线路称为链路。1.总线型网络总线型网络总线型网络将所有节点通过专门的连接器连到一根电缆上，即所有节点共享一个公共传输通道(也称为公共总线)。一种典型的总线型网络如图1.6所示，它采用广播通信方式，

32、即一个节点发送的信号会被总线上所有的节点检测到，如果信息以该节点为目的节点，则该节点会接收数据；如果不是，节点对到来的信号不做接收处理。局域网技术中多使用同轴电缆作为公共总线。第第1章章 计算机网络概述计算机网络概述 图图1.6 总线型网络总线型网络第第1章章 计算机网络概述计算机网络概述 总线型网络具有以下几方面的特点：(1)结构简单，但是安装操作复杂，网络扩展不够灵活。(2)连接节点的数目有限，并且因为所有节点是共享总线带宽的，所以数据传输速度会随着接入网络的用户的增多而下降。(3)故障诊断困难，故障点的检测和维修可能会影响网络中的其他正常节点，如果发生总线故障则会殃及全网。(4)由于只有

33、一个公共传输通道，因而一个时刻仅能允许一个节点发送数据，其他节点必须等待。第第1章章 计算机网络概述计算机网络概述 2.星型网络星型网络星型网络是由中心节点和通过点到点链路接到中心节点的各分节点组成的，分节点间的通信必须通过中心节点进行。星型网络采用集中式通信控制策略，因此结构较复杂，但其他各站点的通信处理负担都很小。星型网络的结构如图1.7所示。第第1章章 计算机网络概述计算机网络概述 图图1.7 星型网络星型网络第第1章章 计算机网络概述计算机网络概述 星型网络的基本特点如下：(1)每个分节点通过独立的线缆连接，单个分节点或线缆故障不会影响网络中其他节点的正常工作。(2)网络性能依赖于中心

34、节点，一旦中心节点出现故障便会危及全网。(3)安装操作简单，节点移动方便，网络扩展性好。第第1章章 计算机网络概述计算机网络概述 3.环型网络环型网络环型网络与总线型网络的相同点是所有节点连接在一根电缆上，但是环型网络的电缆没有始端和末端，而由连接节点的点到点链路组成一个闭合环，连接在环上的每个节点从一边的链路上接收数据，然后将数据以同样的速率从另一边的链路上发送出去。数据在链路上的传输方向通常是单向的，即数据在环上只沿一个方向传输，每个节点必须等待，直到轮到它发送数据的时候才能发送。第第1章章 计算机网络概述计算机网络概述 环上的每个节点都会收到数据，与总线型网络相似，节点通过检查地址来判断

35、是否应该接收数据，如果地址不匹配，节点只会将数据从一边的链路转发到另一边的链路上。局域网技术中的令牌环网是环型网络的一个实例。在环型网络中，可采用同轴电缆或者光纤作为传输介质。环型网络的结构如图1.8所示。第第1章章 计算机网络概述计算机网络概述 图1.8 环型网络 第第1章章 计算机网络概述计算机网络概述 环型网络主要有如下几个特点：(1)与总线型网络类似，结构简单。(2)任何一个节点或一段链路出现故障，都有可能造成整个网络的中断，并且故障点的查找非常困难，因此也会造成维护上的不便。(3)扩展性能远不如星型网络好，如果要新添加或移动节点，就必须中断整个网络，在环的两端做好连接器才能连接。第第

36、1章章 计算机网络概述计算机网络概述 4网状网络网状网络网状拓扑结构广泛应用于广域网中，分为全互连网状拓扑和部分互连网状拓扑。全互连网状拓扑结构中，所有节点都两两相连以提供冗余性和可靠性，如图1.9所示。从一个节点出发到达另一个节点，有多条路径可达，因此当某一条线路出现故障时，数据仍然可以通过其他的链路到达目的地。这种结构的缺点是当网络节点增多时，链路的数量大幅度增加。因此，全互连网状拓扑结构的构建成本是非常高的，但是这种结构可以保证数据传输的高可靠性。第第1章章 计算机网络概述计算机网络概述 部分互连网状拓扑结构中，每一个节点至少与一个其他节点相连，但不一定与所有其他节点相连，即不是所有节点

37、都两两相连，如图1.10所示。部分互连网状拓扑结构可以提供一定程度的冗余性和可靠性，当某一条线路出现故障时，数据仍然可以采用其他路径；当网络节点增多时，链路的数量会根据需求适度增加。第第1章章 计算机网络概述计算机网络概述 图1.9 全互连网状拓扑结构 第第1章章 计算机网络概述计算机网络概述 图1.10 部分互连网状拓扑结构第第1章章 计算机网络概述计算机网络概述 1.4.2 按地理范围分类1.局域网局域网 局域网(Local Area Network，LAN)是处于同一建筑、同一校园，同一公司等地理范围内的专有网络，它的覆盖范围可以只有几米，也可以远至几千米。局域网通常具有高带宽、低时延、

38、低差错率等特点。公司、企业、校园等单位组织通过构建自己的局域网，使得园区范围内的计算机之间可以方便、快捷地共享资源和交换信息。决定局域网特性的主要技术有三个：采用的传输介质、网络拓扑结构和介质访问控制方式。第第1章章 计算机网络概述计算机网络概述 1)局域网的分类常用的局域网按拓扑结构大体上可以分为两大类：总线型局域网和环型局域网。这两种拓扑结构的共同点是都涉及多个设备对一条共享传输介质的访问问题。(1)总线型局域网。在一个典型的总线型局域网中，任何设备可以随机地发送数据，但某一时刻只允许一个设备发送数据，否则同时发出的数据会在传输通道上发生碰撞从而导致发送失败。第第1章章 计算机网络概述计算

39、机网络概述 因此，当有两个以上的设备想要同时发送数据时，需要一个控制机制来协调，以尽量避免设备同时发送数据而导致的冲突问题。当网络负载较重时，同一时刻可能有过多的设备想要发送数据，此时控制机制通常不能良好地协调，使得冲突的发生比率提高，进而导致传输延迟增加和信息流通量降低。第第1章章 计算机网络概述计算机网络概述 (2)环型局域网。典型的环型局域网采用令牌控制机制，想发送数据的设备必须先截获在环型介质上传输的令牌才能开始发送，而要截获令牌，则需要等待令牌到达自己的站点。当令牌到达时截获令牌，就意味着该站点获得了发送机会，接下来就可以发送数据了。数据发送完后，要马上释放令牌，以便其他有数据要发送

40、的设备可以截获令牌，获得发送机会。当一个设备正在发送数据时，其它想发送数据的设备必须等待。在环型局域网中不会出现某个站点总是无法获得发送权的情况。第第1章章 计算机网络概述计算机网络概述 2)局域网的工作模式 局域网能够为用户提供各种服务。局域网中服务的提供有两种不同的模式，即工作站/服务器模式和对等模式。(1)工作站/服务器模式。在工作站/服务器模式中，网络服务位于专用的被称为服务器(Server)的计算机上，通常该计算机只充当服务器，不用于个人工作环境。工作站通常是用户个人使用的计算机。服务器能够响应工作站关于文件、打印、应用程序和其他服务的请求，并能够同时响应多个工作站的请求。工作站/服

41、务器模式如图1.11所示。第第1章章 计算机网络概述计算机网络概述 图1.11 工作站/服务器模式 第第1章章 计算机网络概述计算机网络概述 在工作站/服务器模式中，网络资源集中在服务器上，而不是分散在单个的计算机上，这使得用户访问更容易，也使得资源的管理更容易。在工作站访问服务器资源时，有时需要进行身份验证，服务器可以对用户账号、安全性和访问控制进行集中，使得对网络资源的管理更加有效。服务器根据网络功能的不同可以分为文件服务器、打印服务器、通信服务器、应用程序服务器等。(2)对等模式。在对等网络中，连网的计算机像平等的伙伴，资源分布在网络中的各个计算机上，没有特定的服务器。各个用户控制自己的

42、资源，不存在专门的控制或管理中心，因此资源的安全性难以保证。对等网络示意如图1.12所示。第第1章章 计算机网络概述计算机网络概述 图1.12 对等网络 第第1章章 计算机网络概述计算机网络概述 3)局域网的发展1975年，美国施乐(Xerox)公司Palo Alto研究中心(PARC)以曾经在历史上表示传播电磁波的以太来命名基带总线局域网，称其为以太网(Ethernet)。PARC最初设计了数据率为2.94 Mb/s的以太网。以太网采用CSMA/CD(载波监听多路访问/冲突检测)技术，这是一种用于解决碰撞冲突的网络协议，在该协议提供的控制机制下，可以尽可能地避免因节点随机发送数据而引发的数据

43、包冲突事件，并能对已发生的冲突进行检测和处理。CSMA/CD使得多个节点能够以一种简单、灵活且有效的方式使用共享的公共传输通道。1980年至1982年，DEC公司、英特尔(Intel)公司、施乐公司联合制定了数据率为10 Mb/s的以太网标准DIX Ethernet，先后共有两个版本：DIX Ethernet v1和DIX Ethernet v2。第第1章章 计算机网络概述计算机网络概述 在DIX开展以太网标准化工作的同时，美国电气和电 子 工 程 师 学 会(Institute of Electrical and Electronic Engineers，IEEE)于1980年2月成立了专门

44、制定局域网和城域网标准的机构，称为IEEE 802委员会。DIX虽已推出以太网规范，但还不是国际公认的标准，因此IEEE 802委员会决定成立IEEE 802.3分委员会，以制定基于DIX工作成果的国际公认标准。IEEE 802.3分委员会在DIX Ethernet的基础上于1983年制定了IEEE的以太网标准，即IEEE 802.3局域网标 准。采 用 IEEE 802.3标 准 的 局 域 网 与 采 用 DIX Ethernet v2标准的网络在技术上差别甚微，一般将采用IEEE 802.3标准的局域网就称为以太网。第第1章章 计算机网络概述计算机网络概述 IEEE 802委员会迫于商业

45、上的激烈竞争，并没有统一局域网标准，而是为不同的局域网分别制定了一套标准。当时可以与IEEE 802.3局域网(以太网)标准相提并论的还有IEEE 802.4令牌总线局域网标准和IEEE 802.5令牌环型局域网标准，但是由于以太网技术的持续改进满足了用户不断增长的需求，因而使得以太网技术脱颖而出，最终成为局域网的主流技术。第第1章章 计算机网络概述计算机网络概述 IEEE 802.3分委员会最早推出的是10Base5标准，即使用粗同轴电缆(简称粗缆)作为网络传输介质。其中，10代表数据速率为10 Mb/s，Base代表传输介质上的信号是基带信号(即数字信号直接用两种不同的电压来表示)，5代表

46、一个粗缆干线段的最大距离是500 m。后来由于细同轴电缆具有价格较低、布网较为灵巧等特点而被更多地用于以太网的构建，于是IEEE 802.3相应推出了10Base2标准，其中2表示一个细缆干线段的最大距离是近200 m(实为185 m)。1987年IEEE 802.3分委员会开始组织讨论在双绞线上实现10 Mb/s以太网的最好方法，在分析研究了许多有竞争力的提案后，最后同意以SynOptics通信公司的LATTIS Net技术为基础进行标准化，并于1990年推出了802.3i/10BASE-T标准，这是一个运行在双绞线上的10 Mb/s以太网标准，T就代表双绞线。第第1章章 计算机网络概述计算

47、机网络概述 1995年，IEEE推出了803.2u/100BaseT,这是一个支持100 Mb/s数据速率的以太网标准。1996年3月，IEEE组建了新的IEEE 802.3z委员会，负责研究千兆位以太网并制定相应的标准，并于1998年正式通过了千兆位以太网标准，也称吉比特以太网标准，该标准使用双绞线或光纤作为传输介质。1999年底，IEEE 802.3ae分委员会成立，负责万兆位以太网技术的研究，并于2002年6月正式发布了802.3ae/10吉比特以太网(10GE)标准。由于数据速率很高，该标准只支持光纤作为传输介质。第第1章章 计算机网络概述计算机网络概述 2.广域网广域网广域网(Wid

48、e Area Network，WAN)的作用范围通常为几十至几千千米，可以连接若干个城市、地区，甚至可以跨越国家，遍及全球。广域网的主要作用是通过长距离传输主机发送的数据。基于X.25协议的公用分组交换网是早期最流行的广域网，它提供中低速率数据通信业务。随着光纤技术在广域网中的普遍使用以及高速交换设备的发展，现在的广域网具有更高的数据传输速率和更低的误码率。第第1章章 计算机网络概述计算机网络概述 3.城域网城域网城域网(Metropolitan Area Network，MAN)是在一个城市范围内建立起来的计算机网络，城域网所连接的用户跨越的地理范围介于局域网和广域网之间，传输媒体以光纤为主

49、，数据传输速率一般在100 Mb/s以上。第第1章章 计算机网络概述计算机网络概述 一个城域网可作为一个骨干网，将位于同一个城市不同地点的主机、数据库及多个局域网互联起来，提供到广域网的有效连接，为用户提供话音、数据、图像、多媒体、IP接入等业务和各种增值业务。其主要应用是：局域网的互联，专用小交换机(PBX)的互联，主机到主机的互联，电视图像传输以及与广域网互联。由于城域网要连接各种局域网，因而就需要适应业务、网络协议和数据传输速率等方面的差异，为此，城域网必须提供多样、灵活的连接技术。第第1章章 计算机网络概述计算机网络概述 习题习题 1简述计算机网络的发展过程及各个发展阶段的特点。2试比较电路交换和分组交换的优缺点。3什么是计算机网络？其基本特征主要表现在哪些方面？4计算机网络由哪几部分组成？5为什么要采用层次结构来研究计算机网络？6试比较OSI和TCP/IP两种体系结构的异同。7计算机网络可以从哪几个方面进行分类？8局域网有哪两种工作模式？各有什么特点？