第 1 章 计算机网络技术基础

1. 第1章 计算机网络技术基础

2. 本章要点 • 计算机网络的形成与发展 • 计算机网络的定义 • 计算机网络的功能、分类与应用 • 计算机网络的组成 • 网络拓扑结构 • OSI参考模型 • TCP/IP协议 • 网络体系结构 • 计算机网络的发展趋势

3. 1.1 计算机网络的形成与发展 mxh: 计电系 茅晓红

4. 1.1.1 计算机网络的发展阶段 • 通过计算机与通信的结合，产生了计算机网络。 • 50年代 • 60年代 • 70年代 • 90年代

5. 1.1.2 计算机网络的形成 • 终端、工作站、无盘工作站的概念 • 终端 ——严格地说只是提供输入、输出的设备，没有自己的CPU，是主机的输入、输出设备，离开主机不能进行工作。 • 工作站 ——是一台独立可运行的计算机，许多工作可自己完成，只是到需要时才使用服务器。如：Client/Server结构网络。 • 无盘工作站 ——与工作站的区别仅在于无外存设备。如：无硬盘。

6. 计算机网络的形成 • 面向终端的计算机通信网 ——第一代计算机网络。 • 主要特点： • 是终端到计算机的连接，而不是计算机到计算机的连接。即“终端——通信线路 ——计算机”系统。 • 主机负担太重。终端设备没有自处理的功能，多个终端共同使用一台主计算机，主计算机既要处理通信功能，又要处理作业，它的负担过重。

7. 多个主计算机通过通信线路互连的计算机网络 ——第二代计算机网络。 • 主要特点： • 是计算机到计算机的连接，即“计算机 ——计算机”系统。 • 是分布式系统，而不是集中式系统。 • 从逻辑上被划分为通信子网和资源子网。

8. 有统一的网络体系结构，遵循国际标准化协议的计算机网络有统一的网络体系结构，遵循国际标准化协议的计算机网络 ——第三代计算机网络。 • 为了将异种机连网，1978年国际标准化组织ISO提出了异种机连网标准的框架结构 ——开放系统互联参考模型OSI。

9. 高速网络技术 ——第四代计算机网络时期。 • 网络传输介质的光纤化，信息高速公路的建设 • 多媒体网络及宽带综合业务数字网的开发和应用 • 高速以太网、FDDI（光纤分布式数据接口）、帧中继、ATM（异步转移模式）等等

10. 1.2 计算机网络的定义 • 用通信线路将分散在不同地点并具有独立功能的多台计算机系统互相连接，按照网络协议进行数据通信，实现资源共享的信息系统。

11. 1.3 计算机网络的主要功能 • 数据传送：用户之间的信息交换。 • 资源共享：包括硬件、软件的共享。 • 硬件共享 • 软件共享

12. 计算机网络的分类 • 按网络覆盖的地理范围分类： • 局域网(LAN) • 广域网(WAN) • 城域网(MAN)

13. 局域网(LAN) • 是将较小地理区域内的计算机或终端设备连接在一起的通信网络。 • 特点： • 覆盖的地理区域比较小，20km以内； • 传输速率高，1Mbps ~ 10Gbps； • 误码率低； • 拓扑结构简单，常用：总线型、星型、环型； • 局域网通常归属一个单一的组织管理。

14. 广域网（WAN） • 是在一个广阔的地理区域内进行数据、语音、图象信息传输的通信网。 • 特点： • 覆盖的地理区域大； • 广域网连接常借用公用网络； • 传输速率比较低，64Kbps ~ 2 Mbps； • 网络拓扑结构复杂。

15. 城域网 • 是一种大型的LAN，覆盖范围介于局域网和广域网之间。即，覆盖范围在一个城市内。

16. 按网络的交换方式分类 • 电路交换 • 报文交换 • 分组交换

17. 按网络的拓扑结构分类 • 总线型网络 • 环型网络 • 星型网络 • 树型网络 • 网状网络

18. 按所采用的传输媒体分类： • 有线网 • 双绞线网 • 同轴电缆网 • 光纤网 • 无线网

19. 按信道的带宽分类： • 窄带网 • 宽带网

20. 按不同的用途分类： • 科研网 • 教育网 • 商业网 • 企业网

21. 按网络的使用范围 • 公用网：邮电网 • 专用网：如军队、铁路

22. 按通信方式分类 • 点对点传输网络 • 广播式传输网络

23. 按网络使用的目的分类 • 共享资源网 • 数据处理网 • 数据传输网

24. 按服务方式分类 • 客户机/服务器网络 • 对等网

25. 1.4 计算机网络的组成 • 从功能上看： 拥有资源的用户主机 资源子网 请求资源的用户终端 提供访问网络和处理数据的能力 通信子网接口设备和软件 结点交换机（交换） 提供网络通信功能，完成主机之间的数据传输、交换控制和变换等通信任务 通信子网 高速通信线路（传输）

26. 计算机网络的组成 • 从拓扑学观点看： • 网络单元定义为结点 • 两个结点间连线称为链路 端结点：指通信的源和宿结点。如用户机、终端。 结点 转接结点：起控制和转发信息作用的结点。如程控交换机。 链路

27. 1.5 计算机网络的拓扑结构 • 网络的拓扑结构：是计算机网络结点和通信链路所组成的几何形状。

28. 1.5.1 常用的网络拓扑结构 • 总线型结构 • 环型结构 • 星型结构 • 树型结构 • 网状结构 • 混合型结构

29. 总线型结构 图 1-3

30. 总线型结构的特点： • 一条公共总线通过相应的硬件接口连接所有工作站（主机）和其他共享设备（文件服务器、打印机等），在同一时刻只能有一个站发送数据，采用争用的机制发送数据，各个工作站平等； • 采用分布式控制方式。

31. 总线型结构的优点： • 结构简单，易于安装，易于扩展； • 共享能力强，便于广播式传输； • 局部站点故障不影响整体，可靠性较高。但总线出现故障，则影响整个网络； • 总线结构所需电缆数量少，费用低。

32. 总线型结构的缺点： • 故障诊断和隔离较困难：因为总线拓扑网络不是集中控制，故障检测需在各个结点进行，故障检测不很容易； • 若故障在结点：将该结点从总线上去掉； • 若故障在传输媒体：整个这段总线要切断。 • 分布式协议不能保证信息的及时传送，不保证实时功能； • 系统范围受到限制：同轴电缆的工作长度一般在2Km以内，在总线的干线基础上扩展长度时，需使用中继器扩展附加段。

33. 总线型结构使用场合： • 局域网（以太网）

34. 环型结构 图 1-4

35. 环型结构的特点： • 各主机或终端经过环接口连成一个封闭环型 。

36. 环型结构的优点： • 各工作站间无主从关系，结构简单； • 信息流在网络中沿环单向传递，延迟固定，实时性较好； • 两个结点之间仅有唯一的路径，简化了路径选择； • 电缆长度短，环型拓扑网络所需的电缆长度和总线拓扑网络相似，但比星型拓扑网络要少得多； • 可使用光纤，传输速度高。

37. 环型结构的缺点： • 可靠性差，任何线路或结点的故障，都有可能引起全网故障； • 故障检测困难，与总线拓扑相似，因为不是集中控制，故障检测需在网上各个结点进行，故障的检测就不很容易； • 当负载轻时，信道利用率低。

38. 环型结构使用场合： • 局域网。

39. 星型结构 图 1-1

40. 星型结构的特点： • 每个结点均以一条单独信道与中心结点相连，中心主结点可与各结点直接通信； • 从结点之间必须经中心结点转换才能通信； • 中心结点是一个功能很强的计算机，具有数据处理和存储转发双重功能。

41. 星型结构的优点： • 控制简单：任何一个站点只与中心结点相连，因而媒体访问控制的方法很简单，协议也简单； • 方便服务：中心结点可方便地对各个站点提供服务和网络重新配置，所以中心结点的可靠性基本上决定了整个网络的可靠性； • 易实现结构化布线； • 易扩充，易升级。

42. 星型结构的缺点： • 电缆长度和安装工作量可观：因为每个站点都要和中心结点直接连接，需要耗费大量的电缆。安装维护的工作量大； • 中心结点的负担重，易形成瓶颈，一旦出现故障，会导致全网瘫痪，因而中心结点的可靠性和冗余度方面的要求很高； • 各结点的分布处理能力较少。

43. 星型结构使用场合： • 数据传输主要在从结点与中心结点之间，而从结点间很少交换数据； • 采用专用自动交换机或计算机交换分机的电话网； • 智能大厦：双绞线布线，每一层设集线器，再通过总集线器将各层集线器连接起来。

44. 树型结构 根结点 图 1-2

45. 树型结构的特点： • 是星型的扩展，分层结构，有根结点和各分支结点； • 属集中控制。

46. 树型结构的优点： • 易于扩展：从本质上讲，这种结构可以延伸出很多分支和子分支，这些新结点和新分支都很容易地加入网内； • 故障隔离较容易，可靠性高：如果某一分支的结点或线路发生故障，很容易将故障分支和整个系统隔离开来。

47. 树型结构的缺点： • 各环节对根的依赖性太大，如果根发生故障，全网则不能正常工作，与星型相似； • 结构比星型复杂，数据在传输中要经过多条链路，时延较大。

48. 树型结构使用场合： • 适用于分级管理和控制系统。

49. 网状结构 图 1-5

50. 网状结构的特点： • 形状任意，呈不规则状； • 每个结点至少有两条链路与其他结点相连。