計算機網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)

1、計算機網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)計算機網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)西南林學(xué)院計科系董躍宇本章主要內(nèi)容本章主要內(nèi)容l計算機網(wǎng)絡(luò)的基本概念l計算機網(wǎng)絡(luò)的產(chǎn)生和發(fā)展l計算機網(wǎng)絡(luò)的功能和應(yīng)用l計算機網(wǎng)絡(luò)的基本組成l計算機網(wǎng)絡(luò)的拓撲結(jié)構(gòu)和分類計算機網(wǎng)絡(luò)概述計算機網(wǎng)絡(luò)概述l什么是計算機網(wǎng)絡(luò)l計算機網(wǎng)絡(luò)的功能l計算機網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用什么是計算機網(wǎng)絡(luò)？什么是計算機網(wǎng)絡(luò)？l計算機網(wǎng)絡(luò)（Computer Network）是利用通信線路和通信設(shè)備，把分布在不同地理位置的具有獨立功能的多臺計算機、終端及其附屬設(shè)備互相連接，按照網(wǎng)絡(luò)協(xié)議進行數(shù)據(jù)通信，由功能完善的網(wǎng)絡(luò)軟件，實現(xiàn)資源共享的計算機系統(tǒng)的集合?！熬W(wǎng)絡(luò)網(wǎng)絡(luò)”的四個方面的四個方面l“網(wǎng)絡(luò)”主要包括連接對象、

2、連接介質(zhì)、連接的控制機制（協(xié)議、軟件）和連接的方式與結(jié)構(gòu)四個方面l計算機網(wǎng)絡(luò)是將若干獨立的計算機通過傳輸介質(zhì)相互物理連接，并通過網(wǎng)絡(luò)軟件邏輯的相互聯(lián)系到一起而實現(xiàn)資源共享的計算機系統(tǒng)連接的對象連接的對象l各種類型的計算機（大型計算機、工作站、微型計算機等）l其它數(shù)據(jù)終端設(shè)備（各種計算機外部設(shè)備、終端服務(wù)器）連接介質(zhì)連接介質(zhì)l通信線路（光纜、同軸電纜、雙絞線、微波、衛(wèi)星等）l通信設(shè)備（網(wǎng)關(guān)、網(wǎng)橋、路由器、調(diào)制解調(diào)器等）連接控制機制連接控制機制l約定l協(xié)議l軟件計算機網(wǎng)絡(luò)的功能計算機網(wǎng)絡(luò)的功能l網(wǎng)絡(luò)的功能共享硬件和軟件共享信息通信功能l網(wǎng)絡(luò)的主要功能是資源共享和通信計算機網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用計算機網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用

3、l教育和科研領(lǐng)域的應(yīng)用l企事業(yè)單位的應(yīng)用l商業(yè)上的應(yīng)用l通信和娛樂上的應(yīng)用l其他的新應(yīng)用計算機網(wǎng)絡(luò)的產(chǎn)生與發(fā)展計算機網(wǎng)絡(luò)的產(chǎn)生與發(fā)展l計算機網(wǎng)絡(luò)是計算機技術(shù)和通信技術(shù)相結(jié)合的產(chǎn)物l隨著計算機技術(shù)和通信技術(shù)的不斷發(fā)展，計算機網(wǎng)絡(luò)也經(jīng)歷了從簡單到復(fù)雜，從單機到多機的發(fā)展過程，其演變過程主要可以分為以下三個階段：面向終端的計算機網(wǎng)絡(luò)計算機通信網(wǎng)絡(luò)計算機互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)面向終端的計算機網(wǎng)絡(luò)面向終端的計算機網(wǎng)絡(luò)l面向終端的計算機網(wǎng)絡(luò)又稱為聯(lián)機系統(tǒng)，出現(xiàn)于20世紀50年代初，是第一代計算機網(wǎng)絡(luò)l在這種網(wǎng)絡(luò)中，主機是網(wǎng)絡(luò)的中心和控制者，終端（鍵盤和顯示器）分布在各處并與主機相連，用戶通過本地的終端使用遠程的主機聯(lián)機

4、系統(tǒng)示意圖聯(lián)機系統(tǒng)示意圖公用電話網(wǎng)終端終端ModemModemModemModem主機多重線路控制器計算機通信網(wǎng)絡(luò)計算機通信網(wǎng)絡(luò)l第一代計算機網(wǎng)絡(luò)只能在終端和主機間進行通信，20世紀60年代中期開始，出現(xiàn)了多個主機互聯(lián)的系統(tǒng)，可以實現(xiàn)計算機和計算機之間的通信，即通過通信線路將若干個自主的計算機系統(tǒng)連接起來的系統(tǒng)，稱之為計算機-計算機網(wǎng)絡(luò)，簡稱計算機通信網(wǎng)絡(luò)。l計算機通信網(wǎng)絡(luò)在邏輯上可分為：通信子網(wǎng)和資源子網(wǎng)兩個部分，二者合一構(gòu)成以通信子網(wǎng)為核心，以資源共享為目的計算機網(wǎng)絡(luò)。l典型代表：ARPANET計算機通信網(wǎng)絡(luò)示意圖計算機通信網(wǎng)絡(luò)示意圖通信子網(wǎng)資源子網(wǎng)CCPCCPCCPCCPCCPCCP主機

5、系統(tǒng)主機系統(tǒng)主機系統(tǒng)通信子網(wǎng)通信子網(wǎng)l通信子網(wǎng)由通信控制處理機（CCP）、通信線路和其他通信設(shè)備組成，完成網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)傳輸、轉(zhuǎn)發(fā)等通信處理任務(wù)l通信控制處理機在網(wǎng)絡(luò)拓撲結(jié)構(gòu)中被稱為網(wǎng)絡(luò)節(jié)點。一方面它是主機、終端接入網(wǎng)內(nèi)的接口；另一方面它又作為通信子網(wǎng)中的分組存儲轉(zhuǎn)發(fā)節(jié)點，實現(xiàn)將源主機報文準(zhǔn)確發(fā)送到目的主機的作用l通信線路為通信控制處理機之間、通信控制處理機與主機之間提供通信信道。資源子網(wǎng)資源子網(wǎng)l資源子網(wǎng)由主機系統(tǒng)、終端、終端控制器、聯(lián)網(wǎng)外設(shè)、各種軟件資源和信息資源組成l資源子網(wǎng)負責(zé)全網(wǎng)的數(shù)據(jù)處理業(yè)務(wù)，向網(wǎng)絡(luò)用戶提供各種網(wǎng)絡(luò)資源與網(wǎng)絡(luò)服務(wù)計算機互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)計算機互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)l第三代計算機網(wǎng)絡(luò)又稱為互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)

6、或現(xiàn)代計算機網(wǎng)絡(luò)l隨著微型計算機、廣域網(wǎng)和局域網(wǎng)的廣泛應(yīng)用，主機-終端系統(tǒng)用戶的減少，網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)發(fā)生了巨大的變化。l大量的微型計算機通過局域網(wǎng)連入廣域網(wǎng)，而局域網(wǎng)與廣域網(wǎng)、廣域網(wǎng)與廣域網(wǎng)由路由器實現(xiàn)互聯(lián)計算機互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)示意圖計算機互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)示意圖通信子網(wǎng)路由器路由器路由器路由器路由器路由器局域網(wǎng)廣域網(wǎng)局域網(wǎng)Internet的層次結(jié)構(gòu)的層次結(jié)構(gòu)l在Internet中，用戶計算機需要通過校園網(wǎng)、企業(yè)網(wǎng)或ISP(Internet Service Provider)連入地區(qū)主干網(wǎng)，地區(qū)主干網(wǎng)通過國家主干網(wǎng)連入國家間的高速主干網(wǎng)，形成一種由路由器互聯(lián)的大型的層次結(jié)構(gòu)的現(xiàn)代計算機網(wǎng)絡(luò)，即互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)l互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)是第二

7、代計算機網(wǎng)絡(luò)的延伸互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)時代的重大事件互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)時代的重大事件l廣域網(wǎng)的發(fā)展l局域網(wǎng)的發(fā)展l標(biāo)準(zhǔn)化網(wǎng)絡(luò)與互聯(lián)網(wǎng)廣域網(wǎng)的發(fā)展廣域網(wǎng)的發(fā)展l廣域網(wǎng)的發(fā)展是由ARPANET的誕生開始的l隨著網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用在各行業(yè)甚至于個人的普及和發(fā)展，發(fā)展網(wǎng)絡(luò)的需求十分迫切，許多國家加強了基礎(chǔ)設(shè)施的建設(shè)，開始建設(shè)公用數(shù)據(jù)網(wǎng)。l光纖等新技術(shù)的出現(xiàn)促進了廣域網(wǎng)的發(fā)展局域網(wǎng)的發(fā)展局域網(wǎng)的發(fā)展l早期的計算機網(wǎng)絡(luò)多為廣域網(wǎng)，隨著微型計算機的出現(xiàn)和普及，基于信息交換和資源共享的需求不再局限于少數(shù)的“專家”群體，而在各行各業(yè)的辦公室甚至于家庭中出現(xiàn)。這就要求將一個建筑物內(nèi)或一個部門內(nèi)的計算機互聯(lián)，于是局域網(wǎng)應(yīng)運而生。標(biāo)準(zhǔn)化網(wǎng)絡(luò)與互聯(lián)網(wǎng)

8、標(biāo)準(zhǔn)化網(wǎng)絡(luò)與互聯(lián)網(wǎng)l計算機廣域網(wǎng)和局域網(wǎng)大多是由研究部門、大學(xué)或計算機公司自行開發(fā)研制的，沒有統(tǒng)一的體系結(jié)構(gòu)和標(biāo)準(zhǔn)，不同來源的計算機網(wǎng)絡(luò)之間很難實現(xiàn)互聯(lián)。因此國際標(biāo)準(zhǔn)化組織（ISO）順應(yīng)這一趨勢，1977年開始研究分析“開放系統(tǒng)互聯(lián)”問題，并于1984年公布“互聯(lián)開放系統(tǒng)基本參考模型”的正式文件，即所謂的ISO/OSI模型。該模型的出現(xiàn)，對推動計算機網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展，統(tǒng)一網(wǎng)絡(luò)體系和協(xié)議起到了積極作用UNIX與與TCP/IPlUNIX操作系統(tǒng)是最早的網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)lTCP/IP協(xié)議是內(nèi)嵌在UNIX操作系統(tǒng)中用于ARPANET中的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議，也是今天互聯(lián)網(wǎng)上最廣泛使用的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議計算機網(wǎng)絡(luò)的基本組成計算機網(wǎng)絡(luò)

9、的基本組成l計算機網(wǎng)絡(luò)是一個復(fù)雜系統(tǒng)，其組成隨應(yīng)用的范圍、目的、規(guī)模、結(jié)構(gòu)及采用的技術(shù)不同而千差萬別l盡管如此，仍可以將計算機網(wǎng)絡(luò)的組成分為軟件和硬件兩大部分l網(wǎng)絡(luò)硬件提供數(shù)據(jù)處理、數(shù)據(jù)傳輸和建立通信信道的物質(zhì)基礎(chǔ)，網(wǎng)絡(luò)軟件控制數(shù)據(jù)的通信，而網(wǎng)絡(luò)軟件功能的實現(xiàn)依賴硬件去完成計算機網(wǎng)絡(luò)的四個基本組成部分計算機網(wǎng)絡(luò)的四個基本組成部分l計算機系統(tǒng)l通信線路和通信設(shè)備l網(wǎng)絡(luò)協(xié)議l網(wǎng)絡(luò)軟件計算機系統(tǒng)計算機系統(tǒng)l計算機系統(tǒng)是網(wǎng)絡(luò)的基本模塊，是被連接的對象。包括了各種規(guī)模、各種用途的計算機以及其它數(shù)據(jù)終端設(shè)備l計算機系統(tǒng)的主要作用是負責(zé)信息數(shù)據(jù)的收集、處理、存儲、傳播，是網(wǎng)絡(luò)共享資源的主要物理存在形態(tài)通信線

10、路和通信設(shè)備通信線路和通信設(shè)備l通信線路和通信設(shè)備構(gòu)成數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)l通信線路和通信設(shè)備是連接計算機的橋梁，是數(shù)據(jù)傳輸?shù)耐ǖ谰W(wǎng)絡(luò)協(xié)議網(wǎng)絡(luò)協(xié)議l協(xié)議是指通信雙方必須共同遵守的約定和通信規(guī)則l一般來說，協(xié)議的實現(xiàn)是由軟件和硬件分別或配合完成的，有的部分則由聯(lián)網(wǎng)設(shè)備來承擔(dān)網(wǎng)絡(luò)軟件網(wǎng)絡(luò)軟件l網(wǎng)絡(luò)軟件是一種在網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下使用和運行或者控制和管理網(wǎng)絡(luò)工作的計算機軟件l根據(jù)功能的不同，可分為網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)軟件和網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用軟件兩大類型計算機網(wǎng)絡(luò)拓撲結(jié)構(gòu)計算機網(wǎng)絡(luò)拓撲結(jié)構(gòu)l拓撲的基本思路：拓撲學(xué)是幾何學(xué)中用來研究點、線、面組成幾何圖形的方法，將物理實體抽象成與物理實體的大小、位置和形狀無關(guān)的點，將于實體相連接的線路抽象成線

11、。l計算機網(wǎng)絡(luò)的拓撲結(jié)構(gòu)：計算機網(wǎng)絡(luò)節(jié)點和通信線路所組成的幾何形狀常見網(wǎng)絡(luò)拓撲結(jié)構(gòu)常見網(wǎng)絡(luò)拓撲結(jié)構(gòu)l總線型結(jié)構(gòu)l環(huán)型結(jié)構(gòu)l星型結(jié)構(gòu)l樹型結(jié)構(gòu)l網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)l混合型結(jié)構(gòu)總線型結(jié)構(gòu)總線型結(jié)構(gòu)l總線型結(jié)構(gòu)采用一條單一的通信線路（總線）作為公共的傳輸通道，所有的節(jié)點都通過相應(yīng)的接口直接連接到總線上，并通過總線進行數(shù)據(jù)傳輸總線型結(jié)構(gòu)的特點總線型結(jié)構(gòu)的特點l結(jié)構(gòu)簡單靈活，易于擴展；共享能力強，便于廣播式傳輸l網(wǎng)絡(luò)響應(yīng)速度快，但負荷重時性能迅速下降；局部站點故障不影響整體，可靠性較高，但如果總線出現(xiàn)故障，將影響整個網(wǎng)絡(luò)l易于安裝，費用低環(huán)型結(jié)構(gòu)環(huán)型結(jié)構(gòu)l環(huán)型結(jié)構(gòu)是各個網(wǎng)絡(luò)節(jié)點通過接口連在一條首尾相接的閉合環(huán)型通

12、信線路中。l每個設(shè)備只能和它相鄰的一個或兩個節(jié)點設(shè)備直接通信。如果與網(wǎng)絡(luò)中其他節(jié)點設(shè)備通信，數(shù)據(jù)需要依次經(jīng)過兩個通信節(jié)點間的每一個設(shè)備。l環(huán)型結(jié)構(gòu)有單環(huán)結(jié)構(gòu)和雙環(huán)結(jié)構(gòu)兩種類型。環(huán)型結(jié)構(gòu)的特點環(huán)型結(jié)構(gòu)的特點l在環(huán)型網(wǎng)絡(luò)中，各工作站間無主從關(guān)系，結(jié)構(gòu)簡單；信息流在網(wǎng)絡(luò)中沿環(huán)單向傳遞，延遲固定，實時性較好。l兩個節(jié)點間僅有唯一的路徑，簡化了路徑選擇，但可擴充性差。l可靠性差，任何線路或節(jié)點的故障，都有可能引起全網(wǎng)癱瘓，故故障檢測困難星型結(jié)構(gòu)星型結(jié)構(gòu)l星型結(jié)構(gòu)的每個節(jié)點都有一條點到點鏈路與中心節(jié)點（公用中心交換設(shè)備）相連。l星型網(wǎng)絡(luò)中的一個節(jié)點如果向另一個節(jié)點發(fā)送數(shù)據(jù)，首先將數(shù)據(jù)發(fā)送到中心設(shè)備，然后由

13、中心設(shè)備將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)到目標(biāo)節(jié)點。l信息的傳輸是通過中心節(jié)點的存儲轉(zhuǎn)發(fā)技術(shù)實現(xiàn)的，并且只能通過中心節(jié)點與其他節(jié)點通信。l星型結(jié)構(gòu)是目前局域網(wǎng)中最常用的拓撲結(jié)構(gòu)星型結(jié)構(gòu)的特點星型結(jié)構(gòu)的特點l結(jié)構(gòu)簡單，便于管理和維護；易于實現(xiàn)結(jié)構(gòu)化布線；結(jié)構(gòu)易擴充，易升級l通信線路專用，電纜成本高l星型結(jié)構(gòu)的網(wǎng)絡(luò)由中心節(jié)點控制和管理，中心節(jié)點的可靠性基本上決定了整個網(wǎng)絡(luò)的可靠性l中心節(jié)點負荷重，易成為信息傳輸?shù)钠款i，且中心節(jié)點一旦出現(xiàn)故障，會導(dǎo)致全網(wǎng)癱瘓樹型結(jié)構(gòu)樹型結(jié)構(gòu)l樹型結(jié)構(gòu)（也稱星型總線拓撲結(jié)構(gòu)）是從總線型和星型結(jié)構(gòu)演變來的。網(wǎng)絡(luò)中的設(shè)備都連接到一個中心設(shè)備上，但并不是所有的節(jié)點都直接連接到中心設(shè)備，往往是通過

14、次級中心設(shè)備再連接到核心中心設(shè)備。l樹型結(jié)構(gòu)有兩種，一種由總線型派生而來，另一種是星型結(jié)構(gòu)的變種樹型結(jié)構(gòu)的特點樹型結(jié)構(gòu)的特點l已于擴展，易隔離故障，可靠性高；電纜成本高l對根節(jié)點的依賴性大，一旦根節(jié)點出現(xiàn)故障，將導(dǎo)致全網(wǎng)不能工作網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)l網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)是指各網(wǎng)絡(luò)節(jié)點與通信線路互連成不規(guī)則的形狀，每個節(jié)點至少與其他兩個節(jié)點相連，或者說每個節(jié)點至少有兩條鏈路與其他節(jié)電相連l大型互聯(lián)網(wǎng)一般采用這種結(jié)構(gòu)網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的特點網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的特點l可靠性高；結(jié)構(gòu)復(fù)雜，不易管理和維護；線路成本高；適用于大型廣域網(wǎng)l因為有多條路徑，所以可以選擇最佳路徑，減少延遲，改善流量分配，提高網(wǎng)絡(luò)性能，但路徑選擇比較復(fù)雜混合型結(jié)構(gòu)混合型結(jié)構(gòu)l所謂混合型結(jié)構(gòu)是由以上幾種拓撲結(jié)構(gòu)混合而成的l通常是根據(jù)實際需要，采某種結(jié)構(gòu)之長，比某種結(jié)構(gòu)之短而得到的計算機網(wǎng)絡(luò)的分類計算機網(wǎng)絡(luò)的分類l按地理范圍分：局域網(wǎng)、城域網(wǎng)、廣域網(wǎng)l按拓撲結(jié)構(gòu)分：總線型網(wǎng)、環(huán)網(wǎng)、星型網(wǎng)、樹型網(wǎng)等等l按物理