第 1 章 计算机网络基础 1.1 计算机网络概述 1.1.1 计算机网络的产生和发展 1.1.2 计算机网络的定义 第 1 章 计算机网络基础 1.1 计算机网络概述 1.1.1 计算机网络的产生和发展 1.1.2 计算机网络的定义 1.2 计算机网络的分类 1.2.1 按网络的拓扑结构分类 1.2.2 按地理位置分类 1.2.3 按计算机和设备在网络中的地位分类 1.2.4 其他分类 1.3 计算机网络的组成 1.3.1 计算机网络的硬件组成 1.3.2 计算机网络的软件组成

第一讲 计算机网络的概述和分类 第二讲 计算机网络的组成 第一讲 计算机网络的概述和分类 第二讲 计算机网络的组成

1.1 计算机网络概述 什么是计算机网络 计算机网络能做什么 计算机网络的主要功能

什么是计算机网络 　　　计算机网络是地理上分散的多台自主计算机互连的集合，计算机互连必须遵循约定的通信（网络）协议，由网络设备、通信链路及网络软件实现。

计算机网络能做什么 数据传输 资源共享 硬件资源 软件资源 数据资源 分布式数据库和分布式数据处理

计算机网络的主要功能 网络通信 资源管理 网络服务 网络管理 交互式操作 最基本的功能是在传输的源计算机和目标计算机之间，实现无差错的数据传输。

因特网(Internet)的发展 进入 20 世纪 90 年代以后，以因特网为代表的计算机网络得到了飞速的发展。 已从最初的教育科研网络逐步发展成为商业网络。 已成为仅次于全球电话网的世界第二大网络。

因特网的意义 因特网是自印刷术以来人类通信方面最大的变革。 现在人们的生活、工作、学习和交往都已离不开因特网。

1.1.1 计算机网络的产生和发展 面向终端的计算机通信网络 分组交换网络 OSI的确定到Internet 50年代，美国的半自动地面防空系统 主从式结构 分组交换网络 60年代末，美国国防部高级研究计划局首创的ARPA网，Internet的前身 OSI的确定到Internet 国际标准化组织ISO公布的开放式系统互联参考模型OSI／RM 分布式计算 １９８９年欧洲粒子实验室开发出万维网（WWW）

计算机网络的产生背景 是 20 世纪 60 年代美苏冷战时期的产物。 60 年代初，美国国防部领导的远景研究规划局ARPA (Advanced Research Project Agency) 提出要研制一种生存性(survivability)很强的网络。 传统的电路交换(circuit switching)的电信网有一个缺点：正在通信的电路中有一个交换机或有一条链路被炸毁，则整个通信电路就要中断。 如要改用其他迂回电路，必须重新拨号建立连接。这将要延误一些时间。

ARPANET的成功使 计算机网络的概念发生根本变化 早期的面向终端的计算机网络是以单个主机为中心的星形网 各终端通过通信线路共享昂贵的中心主机的硬件和软件资源。 分组交换网则是以网络为中心，主机都处在网络的外围。 用户通过分组交换网可共享连接在网络上的许多硬件和各种丰富的软件资源。

分组交换的原理（一） 在发送端，先把较长的报文划分成较短的、固定长度的数据段。 假定这个报文较长 不便于传输 报文 1101000110101010110101011100010011010010 假定这个报文较长 不便于传输

分组交换的原理（二） 每一个数据段前面添加上首部构成分组。 请注意：现在左边是“前面” 报文 数 据 数 据 数 据 分组 1 首部 数 据 数 据 数 据 分组 1 首部 分组 2 首部 分组 3 首部 请注意：现在左边是“前面”

分组交换的原理（三） 分组交换网以“分组”作为数据传输单元。 依次把各分组发送到接收端（假定接收端在左边）。 数 据 首部 分组 1 数 据 数 据 首部 分组 1 数 据 首部 分组 2 数 据 首部 分组 3

从主机为中心到以网络为中心 以主机为中心 以分组交换网为中心 主机 终端 主机 分组交换网

第一个分组交换网 ARPANET 最初只是一个单个的分组交换网。 ARPA 研究多种网络互连的技术。 1983 年 TCP/IP 协议成为标准协议。 同年，ARPANET分解成两个网络： ARPANET——进行实验研究用的科研网 MILNET——军用计算机网络 1983~1984 年，形成了因特网 Internet。 1990 年 ARPANET 正式宣布关闭。

1986 年，NSF 建立了国家科学基金网。 NSFNET。它是一个三级计算机网络： 主干网 地区网 校园网 1991 年，美国政府决定将因特网的主干网转交给私人公司来经营，并开始对接入因特网的单位收费。 1993 年因特网主干网的速率提高到 45 Mb/s（T3 速率）。

三级结构的因特网 各网络之间需要使用路由器来连接。 路由器 有时在结构图中可不画出路由器。 国家主干网 地区网 地区网 地区网 校园网

三级结构的因特网 主机到主机的通信可能要经过多种网络。 国家主干网 地区网 地区网 地区网 校园网 校园网 校园网 校园网 校园网 校园网

从1993年开始，由美国政府资助的 NSFNET逐渐被若干个商用的 ISP 网络所代替。 1994 年开始创建了 4 个网络接入点 NAP (Network Access Point)，分别由 4 个电信公司经营。 NAP 就是用来交换因特网上流量的结点。在NAP 中安装有性能很好的交换设施。到本世纪初，美国的 NAP 的数量已达到十几个。 从 1994 年到现在，因特网逐渐演变成多级结构网络。

多级结构的因特网 主机到主机的通信可能经过多种 ISP。 大公司 大公司 地区 ISP 网络接入点 NAP （对等点） 网络接入点 NAP 主干服务 提供者 地区 ISP 地区 ISP 地区 ISP 大公司 本地 ISP 本地 ISP 本地 ISP 公司 校园网 校园网 校园网 校园网 校园网

今日的多级结构的因特网 大致上可将因特网分为以下五个接入级 网络接入点 NAP 国家主干网（主干 ISP） 地区 ISP 本地 ISP 校园网、企业网或 PC 机上网用户

1.1.2 计算机网络的定义 计算机网络=计算机子网+通信子网，通信子网负责整个网络的纯粹通信部分，计算机子网是各种网络资源的集合。 网络节点 网络中由传输介质链路连接在一起的设备 通信信道 链路

资源子网 通信子网 组成：服务器，客户计算机 通信线路 ( 或称通道 ) 网络互连设备 ( 路由器、交换机、网桥、中继器、网卡、HUB等 ) 相关软件

1.2 计算机网络的分类 几种不同的分类方法 按网络的拓扑结构分类 按地理位置分类 按计算机和设备在网络中的地位 其他分类

1.2.1 按网络的拓扑结构分类 所谓拓扑结构就是指网络中通信线路和站点（计算机或设备）的几何排列形式。网络的拓扑结构主要有总线型、环型、星型和网状结构。

总线拓扑结构 所有节点都连到一条主干电缆上 优点：安装简单方便，成本低，铺设电线最短 缺点：故障诊断困难，总线故障会引起整个网络瘫痪，增加新节点难，监控难

环型拓扑结构 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 一般采用令牌来控制数据的传输 单环和双环两种结构

星型拓扑结构 各站点通过点到点的链路与中心站相连 优点：结构简单、建网易，故障诊断易，增加新节点易，监控易 缺点：太依赖中心节点，可靠性低 常见的星型物理拓扑的网络有100BaseT以太网、令牌环网和ATM网等。

树型拓扑结构 总线型和星型的综合

网状拓扑结构 以上各种拓扑结构为基础的综合应用

1.2.2 按地理位置分类 局域网 LAN 城域网 MAN 广域网 WAN 辐射的地理范围从几十米至数公里 辐射的地理范围从几十公里到数百公里 广域网 WAN 辐射的地理范围从数百公里至数千公里，甚至上万公里

广域网、城域网、接入网以及局域网的关系 … … 广域网 城域网 城域网 接入网 接入网 接入网 接入网 接入网 接入网 局域网 校园网 企业网 局域网

1.2.3 按在网络中的地位分类 基于服务器的网络 客户机/服务器（C/S）模式：工作特点：文件从服务器被下载到工作站上，然后在工作站上进行处理。 浏览器/服务器（B/S）模式：主要特点：与软硬件平台无关性，把应用逻辑和业务处理规则放在服务器一侧。 对等网络或称为对等式的网络（Peer to Peer）：特点：灵活方便，但较难实现集中管理和控制，安全性低。

1.2.4 其他分类 按传输介质分类 有线网：包括有线电话线网、电力线网、有线电视电缆网、同轴电缆网、双绞线网、光纤网； 无线网：包括无线电话网、语音广播网、无线电视网、微波通信网、卫星通信网。

按通信方式分类 点对点传输网络：数据以点到点的方式在计算机或通信设备中传输。星型网、环形网采用这种传输方式。适用于大的网络。 广播式传输网络：数据在共用通信介质线路中传输。无线网和总线型网络属于这种类型。适用于地理范围小的网络或保密要求不高的网络。

按网络的使用的目的分类 共享资源网：使用者可共享网络中的各种资源，例如，文件、扫描仪、绘图仪、打印机以及各种服务。 数据处理网：用于处理数据的网络，研究机构的科学计算机网络、企业管理网。 数据传输网：用来收集、交换、传输数据的网络。例如，情报检索网络和信息浏览等。

从网络的交换功能分类 电路交换 报文交换 分组交换 混合交换

从网络的使用者进行分类 公用网 (public network) 专用网 (private network)

1.3 计算机网络的组成 计算机网络的硬件组成 服务器 客户机 网卡 通信介质 通信处理设备 调制解调器 中继器和集线器 网桥 交换机 文件服务器、打印服务器、应用系统服务器和通信服务器等 并行数据和串行信号的转换; 数据帧的拆装; 网络访问控制; 数据缓冲 有线传输介质和无线传输介质 交换机 路由器 网关

集线器 按端口数量划分 按带宽划分 按配置形式划分 按可否进行网管划分 8口、16口、24口 10Mbps、100Mbps、10/100Mbps 按配置形式划分 独立型（桌面式）、模块化（机架式）、堆叠式 按可否进行网管划分 非网管型、网管型

交换机 交换机与集线器的比较 交换机的工作原理 交换方式 直通式(Cut Through) 存储转发(Store & Forward) 碎片隔离(Fragment Free)

路由器 路由器与交换机的比较 路由器的功能 路由协议 网络分段 隔离广播 地址解析与路径选择 IP包的差错处理和简单的拥塞控制 安全性与防火墙 优先权控制 路由协议 路由信息协议(RIP)、开放式最短路径优先协议(OSPF)

计算机网络的软件组成 网络操作系统 网络应用服务系统

什么是操作系统 计算机与操作系统的发展历程 操作系统的构成 进程调度子系统 进程间通信子系统 内存管理子系统 设备管理子系统 文件子系统 网络子系统

网络操作系统(network operating system) 是使网络上各计算机更有效地共享资源，为用户提供各种网络服务的软件和相关规程的集合。 网络操作系统的功能 网络通信 共享资源管理 网络管理 网络服务 互操作 提供网络接口