第 1 章 计算机网络概论

1. 第 1 章 计算机网络概论 • 1.1 计算机网络产生与的发展 • 1.2 计算机网络的定义、组成、功能及其应用 • 1.3 计算机网络的分类 • 1.4 交换技术 • 1.5 网络操作系统 • 1.6 网络新技术

2. 1.1 计算机网络产生与的发展 • 1.1.1 计算机网络的产生 • 1.1.2 计算机网络的发展过程

3. 1.1 计算机网络产生与的发展 • 1.1.1 计算机网络的产生 计算机网络源于计算机技术与通信技术的结合。 早在 1951 年，美国麻省理工学院林肯实验室就开始为美国空军设计称为 SAGE 的半自动化地面防空系统。最先采用了人机交互作用的显示器，研制了小型计算机形式的前端处理机，制定了1.6Kbps 的数据通信规程，并提供了高可靠性的多种路径选择算法。这个系统最终于1963年建成，被认为是计算机技术和通信技术结合的先驱。

4. 1.1 计算机网络产生与的发展 • 现代计算机网络实际上是20世纪60年代美苏冷战时期的产物。1968 年，在得到美国国防部高级研究计划署（DARPA）授权后，加州大学洛杉机分校的贝拉涅克领导的研究小组开始研究用于军事目的的网络。 • 该小组于 1969 年 8 月成功地推出了由 4 个交换结点组成的分组（Packet）交换式计算机网络系统 ARPANET，ARPANET 网络是网络发展的一个里程碑，从此世界进入了网络技术的新纪元。

5. 1.1 计算机网络产生与的发展 • 1.1.2 计算机网络的发展过程 • 以单计算机为中心的远程联机系统

6. 1.1 计算机网络产生与的发展 • 计算机-计算机网络

7. 1.1 计算机网络产生与的发展 • 标准化网络 1977 年，国际标准化组织(ISO)为适应网络标准化的发展趋势，开始着手制定开放系统互联的一系列国际标准。该组织于 1984 年颁布了“开放系统互联基本参考模型”的正式文件，即著名的国际标准 ISO7498，通常称它为 OSI 参考模型（OSI/RM）。从此，计算机网络进入了标准化网络阶段。

8. 1.2 计算机网络的定义、组成、功能及其应用 • 1.2.1 计算机网络的定义 • 1.2.2 计算机网络的组成 • 1.2.3 计算机网络的功能 • 1.2.4 计算机网络的应用

9. 1.2 计算机网络的定义、组成、功能及其应用 • 1.2.1 计算机网络的定义 计算机网络— 就是指把多个分布在不同地点上、具有独立自主功 能的计算机通过通信手段连接起来以便进行信息交 换、资源共享或协同工作的系统。 此定义的要点： ① 计算机网络中包含了多台具有独立自主功能的计算机。 ② 这些计算机之间是相互连接的。 ③ 计算机相互连接是要进行信息交换、资源共享或协同工作。

10. 1.2 计算机网络的定义、组成、功能及其应用 • 1.2.2 计算机网络的组成 从宏观上看，网络包括：计算机系统、通信链路 和 网络节点。 从逻辑上看，网络包括：资源子网 和 通信子网。

11. 资源子网和通信子网两个部分的结构示意图

12. 1.2 计算机网络的定义、组成、功能及其应用 • 资源子网 资源子网的功能： • 提供资源共享所需的硬件 • 软件及数据等资源 • 提供访问计算机网络和处理数据的能力 资源子网包括： • 主机系统--大型机、中型机、小型机、工作站或微机 • 终端控制器 • 终端--用户访问网络的界面; 终端可以是简单的输入、输出终端，也可以是带有微处理机的智能终端; 终端可以通过主机连入网内，也可以通过终端控制器、报文分组组装与拆卸装置或通信控制处理机连入网内。

13. 1.2 计算机网络的定义、组成、功能及其应用 • 通信子网 通信子网的功能： • 完成数据的传输 • 交换以及控制 • 提供网络通信功能 通信子网包括： • 网络节点 • 通信链路 • 信号变换器

14. 1.2 计算机网络的定义、组成、功能及其应用 • 1.2.3 计算机网络的功能 计算机网络的功能可以归纳为： • 资源共享 • 处理机间通信 • 提供可靠性 • 均衡负载 • 分布式处理 • 集中式处理 …………

15. 1.2 计算机网络的定义、组成、功能及其应用 • 1.2.4 计算机网络的应用 正因为计算机网络有如此多的功能，使得它在工业、农业、交通运输、邮电通信、文化教育、商业、国防以及科学研究等领域都得到越来越广泛的应用。 例如： • 电子邮件 • 网络电话 • 网络远程教育 • 远程医疗 • 电子商务 …………

16. 1.3 计算机网络的分类 • 1.3.1 网络的拓扑结构 • 1.3.2 计算机网络的分类

17. 1.3 计算机网络的分类 • 1.3.1 网络的拓扑结构 拓扑— 从图论演变而来，是一种研究与大小、形状无关的点、 线、面特点的方法。 • 把工作站、服务器等网络单元抽象为“点”，把网络中的电缆等通信介质抽象为“线”，这样计算机和网络系统就形成了点和线组成的几何图形，从而抽象出了网络系统的具体结构，将这种采用拓扑学方法抽象的网络结构称为计算机网络的拓扑结构。 网络拓扑结构有：星形、总线形、树形 环形、网状形 ……

18. 1.3.1 网络的拓扑结构 • 星型特点 • 存在一个中心节点 • 每个节点通过点到点个的链路与中心节点连接 • 所有通信都通过中心节点进行 • 交换局域网是一种典型的星型拓扑结构

19. 1.3.1 网络的拓扑结构 总线性 • 一个节点失效不影响其他节点的工作 • 节点的增删不影响全网的运行 • 结构简单 • 接入灵活 • 扩展容易 • 可靠性高

20. 1.3.1 网络的拓扑结构 • 按网络的拓扑结构 环形： 各节点形成闭合的环，可实现任意两点间通信优点：容易安装和监控。缺点：容量有限，环中任意一处故障都会造成网络瘫痪，增加新节点难。 环形结构网络 分类 — 拓扑结构

21. 1.3.1 网络的拓扑结构 • 环型特点：以共享介质方式进行数据传输 • 每个节点都与两个相邻的节点相连 • 节点之间采用点到点的链路 • 网络中的所有节点构成一个闭合的环 • 环中的数据沿着一个方向绕环逐站传输

22. 1.3.1 网络的拓扑结构 环型的主要问题 • 环中某一位置的断开将导致整个网络瘫痪

23. 1.3.1 网络的拓扑结构 网状形结构网络 树形结构网络 树形： 总线型和星型的综合。 网状： 以上各种拓扑结构为基础的综合应用。 分类 — 拓扑结构

24. 1.3 计算机网络的分类 • 按地理范围 表 — 网络按地理范围分类

25. 1.3 计算机网络的分类 • 其它分类标准还有： • 按通信介质 :有线网和无线网 • 按通信传输方式 • 按传输速率 • 按网络控制方式 • 按网络环境 …………

26. 1.4 交换技术 • 1.4.1 电路交换(Circuit Switching) • 1.4.2 存储交换(Store and Forward Switching)

27. 1.4 交换技术 • 1.4.1 电路交换 (Circuit Switching) 在计算机网络中，其计算机与终端或计算机与计算机之间需要通信时，也是由交换机负责在其间建立一条专用通道，即建立一条实际的物理连接。 电路交换技术中数据传输分 3 个阶段： • 电路建立 • 数据传送 • 电路释放

28. 1.4 交换技术 电路交换技术的特点： 先有两个结点的线路接通，然后才能通信；双方通信的内容不受交换机的约束，即传输信息的符号、编码、格式以及通信控制规程等均随用户的需要决定又称为直接交换方式。 电路交换方式又可分为： • 空分电路交换 • 时分电路交换

29. 1.4 交换技术 • 1.4.2 存储交换 (Store and Forward Switching) 存储交换 是把待传送的信息存储在缓冲组内，然后必要时对存储好的信息作适当处理，等到信道空闲时再发出去。 存储交换又分为： • 报文交换 • 分组交换

30. 1.4 交换技术 • 报文交换 报文交换方式 是把待发送的信息分割成一份份报文正文。报文正文是信息的逻辑单位，在报文正文上再附加上目的地址等报头和报尾，形成“报文”。然后以报文为单位在网络上传送。 • 分组交换 分组交换又称为报文分组交换。在分组交换中，数据以短的分组传输。一般，分组长度上限为 1000 字节。在每个分组中，包含有一部分用户数据和一些控制信息。控制信息至少应包含有把此报文经过网络传送到它的目的地所需的那些信息。在通过的每个结点，报文被接收、存储后再发送至下一个结点。

31. 1.4 交换技术

32. 1.4 交换技术 分组交换的优点： • 线路利用率提高。 • 分组交换网可以进行数据率的转换。 • 分组交换网络中分组总是被接收，负载重时则增加传输延迟。 • 优先权的使用。 分组交换有两种方式： • 数据报 • 虚电路

33. 1.4 交换技术 • 数据报 在数据报方法中，每个分组独立处理，与先前传送的分组无关，同一个用户发出的信息不一定使用同一条路径到达目的地址。 数据报方法的优点是：避免了呼叫建立状态。由于其较原始，因而较灵活，且数据报传递特别可靠。 • 虚电路 在虚电路方式中。为进行数据传输，源和目的结点间必须为分组的传输预先建立一条逻辑通路。 虚电路技术的特点：在数据传送前建立站与站之间的一条路径。

34. 1.5网络操作系统 • 1.5.1 网络操作系统综述 • 1.5.2 Windows NT/2000 • 1.5.3 Novell NetWare • 1.5.4 Unix操作系统 • 1.5.5 Linux操作系统

35. 1.5网络操作系统 • 1.5.1 网络操作系统综述 网络操作系统，实际上是程序的集合，它使网络上各计算机能方便，而有效地共享网络资源，为网络用户提供各种所需的服务。 网络操作系统的组成： • 服务器操作系统 • 工作站连接软件 • Client/Server 程序

36. 1.5网络操作系统 网络操作系统的功能： NOS 除了应具有通常操作系统的处理机管理、存储器管理、设备管理和文件管理的功能外，还应具有以下两大功能：高效、可靠的网络通信能力；多种网络服务功能。 常见网络操作系统： • Novell 公司的NetWare • Microsoft 公司的Windows 2000 • Unix 和 Linux 网络操作系统

37. 1.5网络操作系统 • 1.5.2 Windows NT/2000 • 简介 • Windows NT 是由美国 Microsoft 公司推出的操作系统。是一种可以在网络环境中以客户和服务器模式工作的多功能操作系统。 • Windows 2000 Server 是Microsoft 公司推出的新一代网络操作系统。它是在 Windows NT 4.0 基础上开发的。这一版本操作系统对原操作系统的每项各个方面几乎都进行了修改，并对原功能也进行了修正，使之更加容易使用和掌握；另外，还添加了数百个新功能。

38. 1.5网络操作系统 • 域和工作组 域采取的是一种集中式管理模式，而工组作则是一种对等的网络 • 工作组 工作组通常是一个不多于10台计算机组成的逻辑集合。 各台计算机都有自己的目录数据库。在工作组模型中，每一台计算机既可以作为服务器，也可以作为客户，它有自己的帐号、管理方式和安全策略。 • 域 域是一个共享公共目录服务数据库的计算机及用户的集合，是Windows NT 进行安全性管理（目录服务）的基本单位，它由若干台物理连接的计算机、应用软件资源和它们的使用者（用户、组）组成。

39. 1.5网络操作系统 • Windows 2000 服务器类型 服务器类型有三种：独立服务器、成员服务器和域控制器。 表 — 独立服务器、成员服务器和域控制器属性汇总表

40. 1.5网络操作系统 • 1.5.3 Novell NetWare • Novell 网络是美国 Novell 公司开发的基于微机的高性能局域网络系统。 • NetWare 是 Novell 的网络操作系统，是Novell网络的核心。 • 其主要成员有：网络操作系统、工作站 SHELL和网桥软件。

41. 1.5网络操作系统 • NetWare 外壳 Shell Shell 是 NetWare 在工作站上运行的程序，它主要包括：NETx.com 和 IPX.COM。它们放在工作站的 DOS 与用户之间，用以解释来自用户的每一个应用请求（命令），判断是由本站DOS 处理还是由文件服务器上的 NetWare 来处理。

42. 1.5网络操作系统 • 1.5.4 Unix操作系统 • Unix 的功能 严格来讲，Unix不是网络操作系统，但由于它能支持通信功能，并提供一些大型服务器的操作系统的功能，因此也可把它作为 NOS。 UNIX 采用了相应的通信技术，特别是 TCP/IP 网络传送协议以及网络文件系统 NFS。TCP/IP 提供了在非 Unix 计算机和 Unix 主机之间通信和传送数据的功能，NFS 使应用能访问和修改 Unix 系统上的文件。

43. 1.5网络操作系统 • Unix 的结构

44. 1.5网络操作系统 • 1.5.5 Linux操作系统 • Linux 概述 Linux 操作系统是 Unix 操作系统在微机上的实现，它是由芬兰赫尔辛基大学的 Linus Torvalds 先于 1991 年开发的，并在网上免费发行。 由于 Linux 是一套自由软件，用户可以无偿地得到它及其源代码，可以无偿地获得大量的应用程序，而且可以任意地修改和补充它们。 Linux 不仅为用户提供了强大的操作系统功能，而且还提供了丰富的应用软件。 Linux 为广大用户提供了一个在家里学习和使用 Unix 操作系统的机会。

45. 1.5网络操作系统 • Linux 特性 Linux 具有以下主要特性： • 开放性 • 多用户 • 多任务 • 良好的用户界面 • 设备独立性 • 丰富的网络功能 • 可靠的系统安全 • 良好的可移植性

46. 1.5网络操作系统 • Linux 组成 Linux一般有四个主要部分： Linux 内核：内核是系统的心脏，是运行程序和管理像磁盘和打印 机等硬件设备的核心程序，它从用户那里接受命令并 把命令送给内核去执行。 Linux Shell：Shell 是系统的用户界面，提供了用户与内核进行交 互操作的一种接口，它接收用户输入的命令并把它送 入内核去执行。

47. 1.5网络操作系统 Linux 文件结构：文件结构是文件存放在磁盘等存储设备上的组 织方法。主要体现在对文件和目录的组织上。 Linux 实用工具：标准的 Linux 系统都有一套叫做实用工具的程 序。它们是专门的程序，例如编辑器、执行标准 的计算操作等。用户也可以产生自己的工具。

48. 1.6 网络新技术 • Internet 2 Internet2 的基本目的是开发先进的 Internet 技术和应用，满足人们对网络高速率大容量的需要，加速先进的 Internet 技术的推广普及。Internet2 的应用前景包括国家安全、医疗保健、远程教学、能源研究等现代社会的各个领域。Internet2 已经成为全球下一代互联网建设的代表名词。 我国目前也在进行下一代网络的建设，这个类似 Internet2 的计划也是由国内高校发起的。NSFCNET 是中国高速互联研究试验网络，即中国的 Internet2。该项目由清华大学、中国科学院计算机信息中心、北京大学、北京航空航天大学和北京邮电大学联合承担建设。