计算机网络基础与实训

1. 高等院校计算机技术系列教材 计算机网络基础与实训 主讲: 毕小明 授课时间:第一周

2. 第1章 计算机网络概述 • 本章教学目标： • （1）了解计算机网络定义。 • （2）认识计算机网络的发展史。 • （3）了解计算机网络的发展趋势。 • （4）理解计算机网络概念。 • （5）理解计算机网络的分类。 • （6）掌握计算机网络的结构。

3. 所谓计算机网络，就是把地理位置分散的自治计算机通过各种连接设备互联在一起的计算机的集合。而从应用角度来说，就是将具有独立功能的多台计算机或者计算机终端连接在一起，实现各计算机之间信息数据的交换。通过网络，用户可以和其他连到网络上的用户共享网络资源，如磁盘上的文件及打印机等，也可以和其他用户互相交换数据信息并且即时通信。

4. 1.1 计算机网络的发展简史 • 计算机网络（Computer Networks）涉及计算机和通信两个领域，是这两种技术密切结合的产物，它已经成为计算机应用中一个必不可少的部分，近年来获得了飞速的发展，对整个社会的进步做出了重大的贡献。 • 1.1.1 历史回顾 • 1. 第一代计算机网络 • 2. 第二代计算机网络 • 3. 第三代计算机网络 • 1.1.2 计算机网络的产生

5. 1.1.3 计算机网络的发展阶段 • 计算机网络的发展可以归结为以下四个阶段： 1. 面向终端的计算机网络 2. 计算机通信网络 3. 网络互联阶段 4. 宽带综合业务数字网（千兆位网络） ATM技术 千兆以太网 ＩＳＤＮ

6. 1.2 计算机网络的发展趋势 • 1.2.1 计算机网络的关键技术 • 软交换技术 • IP V6技术 • 光交换与智能光网络技术 • 宽带接入技术 • 3G移动通信技术 • 1.2.2 计算机网络研究热点 • 下一代WEB技术 • 移动通信 • QoS服务(http://www4.it168.com/jtzt/shenlan/zhuanti/qos1/) • 网络计算

7. 1.2.1 计算机网络的关键技术 • “IP技术+光网络”将是计算机网络架构方展的方向，光网络将演变成全部使用光缆的网络。在网络的服务层面上看将是IP的世界；从传输层上看将是一个光传输的世界；从接入层上看是一个有线和无线的多元化的世界。为此，目前比较关键的技术主要有软交换技术、IPv6技术、光交换与智能光网络技术、宽带接入技术和3G或4G的移动通信系统技术等。 • 1. 软交换技术 • 2. IPv6技术 • 3. 光交换与智能光网络技术 • 4. 宽带接入技术 • 5. 3G移动通信系统技术

8. 1. 软交换技术 • 是为了把服务控制功能和网络资源控制功能与传功能完全分开，根据新的网络功能模型分层，将计算机网络分为接入与传输层、媒体层、控制层以及网络服务层，从而对各种功能作不同程度的集成，非常灵活的将业务传送和控制规约结合，实现业务融合与业务转移，尤其适用于不同网络并存互通的需要，也适用于从语音网向数据网和多业务多媒体网的演进。

9. 2. IPv6技术 • （1）在技术方面IPv6还没一个能彻底统一地解决问题，需要根据不同的环境和不同的客户紧密性以及不同的适配和不同的技术组合。 • （2）从业务开展模式上看，首先要解决好用户的接入、认证、管理和计费等工作。 • （3）IPv6的真正大量应用应是在家庭网络、家居安保、传感器网络、3G和NGN等领域，应有效地开展上述IPv6应用，逐步有效平滑地升级IPv6的功能。

10. 3. 光交换与智能光网络技术 • 尽管波分复用光纤通信系统有着巨大的传输容量，但也只能提供原始带宽，还需要有灵活的光网络节点实现更加有效与更加灵活的组网能力。 • 当前组网技术正从具有上下光路复用（OADM）和光交叉连接（OXC）功能的光联网向由光交换机构成智能光网络发展；从环形网向网状网发展，从光—电—光交换向全光交换发展，在光联网中引入自动波长配置功能，也就是自动交换光网络（ASON），是静态的光联网走向动态的光联网。

11. 4. 宽带接入技术 • 计算机网络必须要由宽带接入技术的支持，各种宽带服务与应用才有可能开展。因为只有把接入网的带宽的瓶颈打开，核心网和城域网的容量潜力才能真正发挥。尽管当前带宽接入技术有很多，但只要不与光纤或光结合的技术，就是过渡的技术，而不是下一代网络的应用技术。目前基于以太网的无源光网络（EPON）的光纤到户技术和自由空间光系统（FSO）技术将被更多人使用。

12. 5. 3G移动通信系统技术 • 相比现在的2.5G系统，3G具有容量大、灵活性高等特点。它主要以多媒体业务为基础，使用更高更宽的频带，传输容量会更上一层楼。它能在不同网络间提供无缝隙连接，提供满意的服务；网络可以自行组织，终端可以重新配置和随身携带，是一个包括卫星通信在内的端到端的IP系统，可与其他技术共享一个IP核心网。他们都是构成下一代移动互联网的基础设施。

13. 1.2.2 计算机网络研究热点 • 1. 下一代Web技术 • 2. 移动通信 • 3. QoS服务 • 4. 网络计算

14. 1. 下一代Web技术研究涉及4个重要方向：Web服务、Web数据管理和语义互联网和网格。Web服务的目标是基于现有的Web标准，如XML、SOAP、WSDL和UDDI，为用户提供开发配置、交互和管理全球分布的电子资源的开放平台。Web数据管理是建立在广义数据库理论的基础上，在Web环境下，对复杂信息的有效组织与集成，方便而准确地进行信息查询与发布。 • 从技术上讲，Web数据管理融合了WWW技术、数据库技术、信息检索技术、移动计算技术、多媒体技术以及数据挖掘技术，是一门综合性很强的新兴研究领域。语义互联网是通过使用本体和标准化语言，如XML、RDF和DAML，使Web资源的内容能被机器所理解，使用户提供智能索引，基于语义内容检索和知识管理等服务。 • 网络计算机初期主要集中在高性能科学计算领域，提升计算能力，并不关心资源的语义，故不能有效地管理知识，目前网格已从计算网络发展成为面向服务的网格，语义就成为提供有效服务的主要依据。

15. 2. 移动通信 • 便携式智能终端（PCS）使用无线技术，在任何地方以各种速率与网络保持联络。用户利用PCS进行个人通信，可以在任何地方接受到发给自己的呼叫。PCS系统可以支持语音、数据和报文等各种业务。PCS网络和无线技术将改进人们的移动通信水平，成为未来信息高速公路的重要组成部分。

16. 3. QoS服务 • 能否保证QoS服务是IP网络是否能成为未来统一平台的关键，目前基于分组承载的各种QoS解决方案主要关注于承载网络设备的QoS处理能力，更多的是基于分组承载网络设备的实现技术（如CAR、整形、队列调度、优先级标记及DiffServ等），这些具体的技术是所有QoS实施的基础、IP QoS关注的重点。IP网络需要从网管、资源方面实施相应的QoS控制策略，因此需要有一个全网的QoS解决方案。

17. 4. 网络计算 • 网络已经渗透我们工作和生活的每个角落，Internet汇集了大量的数据资源、软件资源和计算资源，各种数字化设备和控制系统共同构成生产、传播和使用知识的重要载体。信息处理也已步入网络计算（Network Computing）的时代。 • 网络计算有4种典型的形式：企业计算、网格计算（Grid Computer）、对等计算（P2P，Peer-to-peer Computing）和普适计算（Ubiquitous Computing）。其中P2P与分布式已经成为当今计算机网络的两大主流。

18. 1.3 计算机网络的概念 • 计算机网络是把地理上分散的计算机通过各种通信手段连在一起，达到相互通信而且共享软件、硬件和数据等资源的系统。它的功能有：实现交互通信、资源共享、信息交换、协同工作以及在线处理等功能。 • 计算机网络按其分布范围的大小通常被分为局域网、城域网和广域网。计算机网络的发展，导致网络之间各种形式的连接。采用统一协议实现不同网络的互联，使互联网络很容易得到扩展。因特网就是用这种方式完成网络之间连接的网络。目前世界最大的和最流行的国际性网络——因特网就是采用TCP/IP协议作为通信协议，将世界范围内的计算机网络连接在一起。

19. 1.3.1 计算机网络的定义 • 迄今为止计算机网络的定义并未统一，下面是从不同范围角度出发对计算机网络的定义： • （1）从资源共享的观点出发，可将计算机网络定义为：以能够相互共享资源的方式互联起来的自治计算机系统的集合。 • （2）从计算机与通信技术相结合的广义观点出发，把计算机网络定义为：计算机技术与通信技术相结合，实现远程信息处理和进一步达到资源共享的系统。 • （3）从用户透明性的观点出发，定义计算机网络为：存在着一个能为用户自动管理资源的网络操作系统，由它调用完成用户任务所需要的资源，而整个网络像一个大的计算机系统一样对用户是透明的。严格地说，用户透明性观点的定义所论述的是一种分布式计算机系统。 • （4）从物理结构出发，计算机网络又可以被定义为：在协议控制下，由若干计算机、终端设备、数据设备和通信控制处理机等组成的系统集合。它强调计算机是在协议控制下，通过通信系统实现计算机之间的连接。

20. 1.3.2 计算机网络的基本功能 • 计算机网络具有以下功能： • （1）数据传送。 • （2）资源共享。 • （3）提高计算机的可用性和可靠性。 • （4）分布处理。 • （5）均衡负荷功能。 • （6）集中处理功能。 • （7）综合信息服务的功能。 • （8）提高系统的性能价格比，维护方便，扩展灵活。

21. 1.3.3 计算机网络的分类 • 概括起来主要有以下五种： • 1. 按地理范围分类 • 2. 按网络结构分类 • 3. 按速率和带宽分类 • 4. 按传输介质分类 • 5. 按通信方式分类

22. 表1-1 各种网络特征 • 1. 按地理范围分类 • 通常根据网络范围和计算机之间的距离将计算机网络分为局域网（LAN-Local Area Network）、城域网（MAN-Metropolitan Area Network）、广域网（WAN-Wide Area Network）和因特网（Internet-Inter Network）等。各种网络所具有的特征如表1-1所示。

23. 2. 按网络结构分类 • 计算机网络的结构，是网络信道分布的拓扑结构。在计算机网络中，常常把网络的组成形式称之为拓扑结构。常见的拓扑结构有5种：总线型、星型、环型、树型和网状型。 • 3. 按速率和带宽分类 • 用网络带宽和速率来描述网络的传输速率。网络带宽的单位为Hz，传输速率的单位为b/s。根据带宽可以将网络分成窄带网和宽带网；根据传输速率可将网络分为低速网、中速网和高速网。例如以太网的传输速率为10Mb/s～100Mb/s，高速以太网的传输速率可以达到几Gb/s。 • 4. 按传输介质分类 • 根据网络的传输介质，可以将网络分为有线网和无线网。有线网根据线路的不同分为同轴电缆网、双绞线网和光纤网，还有最新的全光网络；无线网有卫星无线网和使用其他无线通信设备的网络。 • 5. 按通信方式分类 • 根据网络通信方式，可将网络分为点对点通信方式网和广播式结构网。点对点通信方式网采用的是点对点的连接方式，这种方式没有信道竞争，几乎不存在信道访问控制的问题。

24. 1.4 计算机网络的结构 • 1.4.1 网络组成 • 1. 通信子网 • 2. 资源子网

25. 1.4.2 拓扑结构 • 1. 总线型

26. 2. 星型

27. 3. 环型

28. 4. 树型

29. 5. 网状型

30. 1.5 实训 【项目】计算机网络基本组成与结构的认识 。 实训目的： 通过组织参观当地一些有实用价值的局域网、校园网、广域网，注意了解他们使用的传输介质，注意了解目前比较先进的通信信道，如卫星传输、光纤网络（ATM网络）等。了解网络的基本结构、组网的传输的物理介质及接口等。 实训内容和步骤： （1）参照1.3.3掌握计算机网络的分类方法。 ( 2 )根据计算机网络的分类方法初步认识身边的计算机网络是属于哪种类型的网络。 （3）初步认识交换机、路由器、集线器、同轴电缆、RJ-45水晶头、网卡等设备。 （4）参观控制机房,了解网络的基本结构、组网的传输的物理介质及接口等 。

31. 交换机

32. 路由器

34. 网卡

36. 双绞线

37. 集线器

38. 同轴电缆

39. RJ-45 水晶头

40. 小结 • 计算机网络是计算机技术与通信技术高速发展、紧密结合的产物，网络技术的进步在对当前信息产业的发展起着举足轻重足的作用。 • 计算机网络雏形产生于20世纪50年代，其发展经历了面向终端的计算机网络、计算机通信网络、网络互联、宽带综合业务数字网等阶段。 • 计算机网络是计算机科学技术与现代通信技术相结合的产物。它是以数据和资源共享为目的而把地理位置分散的自治计算机有机地连接起来形成一个规模和功能更强大的计算机系统。 • 计算机网络分类的标准很多，如网络范围、拓扑结构、介质访问方式、数据传输率等。常见的拓扑结构有：总线型、星型、环型、树型和网状型。