Chapter One 计算机网络基本概念

本章教学提要 教学目标： 教学难点：计算机网络的拓扑结构 教学时数：2学时 掌握计算机网络的定义与分类 了解计算机网络的形成与发展 理解计算机网络的组成和逻辑划分 理解计算机网络的拓朴结构 了解计算机网络的功能与应用 教学难点：计算机网络的拓扑结构 教学时数：2学时

计算机网络的定义 相互连接的计算机之间不存在互为依赖的关系。 计算机网络中的计算机通常都处于不同的地理位置 计算机网络是指将地理位置不同且功能相对独立的多个计算机系统通过通信线路相互连在一起、由专门的网络操作系统进行管理，以实现资源共享的系统。 通信线路包括通信媒体、通信设备关系。 网络的根本目的是为了实现资源共享，资源包括硬件与软件，如程序、数据库、存储设备、打印机等。 网络操作系统（单机OS功能+网络通信协议+网络资源管理+网络服务）

计算机网络的形成与发展

初级阶段：远程联机系统 20CEN，50-60年代 “终端-通信线路-计算机”的模式 严格意义上讲，不属于计算机网络范畴。

典型案例：美国半自动地面防空系统SAGE 远程联机系统的发展 T Computer T PSTN T 典型案例：美国半自动地面防空系统SAGE

计算机网络阶段：多计算机互连 20世纪60年代，以ARPAnet为典型； 以实现“资源共享”为目的多计算机互连形态。 重要贡献：将应用与通信功能从逻辑上分离，应产生了通信子网与资源子网的概念

标准、开放的计算机网络 网络体系结构的多样化与私有性： IBM的SNA（系统网络结构）-1974 DEC的DNA（分布型网络的数字网络体系）-1975 呼唤网络体系结构的标准化与兼容性： ISO的OSI RM（开放系统互连参考模型）-1977/1983 IEEE的IEEE 802标准- 1980年 推动了计算机网络的高速发展： 以太网(ETHERNET) 与因特网(Internet)。

高速智能的第四代计算机网络 高速： 主干带宽的增加达到10Gbps或更高，接入带宽可以高达1000Mbps。 互连： Intranet、Extranet、 Internet Internet Ⅱ 智能： 服务质量(QoS)、网络管理

计算机网络的分类 计算机网络有多种分类标准，如按传输技术、通信介质、数据交换方式、通信速率、使用对象和地理范围等： 按通信所使用的介质，分为有线网络和无线网络； 按使用网络的对象，分为公众网络和专用网络； 按网络传输技术，分为广播式网络和点到点式网络； 按照网络传输速度的高低，分为低速网络和高速网络； 按地理覆盖范围(最为典型与常用的划分方式)，分为广域网、城域网和局域网

局域网（Local area networks ，LANs) 覆盖范围一般在几公里以内，如一幢大楼内或一个校园内。 典型的LAN技术: Ethernet Token-Ring FDDI

广域网（Wide area networks ，WANs) 覆盖范围一般是几十公里到几千公里以上。 典型的广域网技术有： Modems ISDN (Integrated Services Digital Network) DSL (Digital Subscriber Loop) Frame relay ATM (Asynchronous Transfer Mode) T-Carrier Series (T1, T3, etc.) SONET (Synchronous Optical Network)

城域网（Metropolitan area networks ， MANs) 覆盖范围大约是几公里到几十公里，它主要是满足城市、郊区的联网需求。 如连接温州大学各大校区的温州大学校园网；连接温州各中小学的温州教育城域网等。 城域网技术与局域网技术、城域网技术与广域网技术之间的边界正在日益模糊。

计算机网络的功能 可归纳为资源共享、数据传送、均衡负荷和分布式处理、信息的集中和综合处理等四项功能。 资源共享：包括硬件和软件资源。硬件资源包括处理机、大容量存储器、打印设备等，软件资源包括各种应用软件、系统软件和数据等。 数据传送：包括网络用户之间、各处理器之间以及用户与处理器间的数据通信。如E-MAIL、网上QQ等。 均衡负荷：指当网络的某个节点系统的负荷过重时，新的作业可以通过网络传送到网中其他较为空闲的计算机系统去处理。 信息的集中和综合处理：各种管理信息系统、智能决策系统等。

计算机网络的应用 信息检索 现代化的通信方式 办公自动化 企业信息化 电子商务与电子政务 远程教育与E-Learning 远程医疗 生活娱乐和消遣

计算机网络的组成 从资源构成的角度讲，计算机网络由硬件和软件组成： 硬件包括各种主机、终端等用户端设备，以及交换机、路由器等通信控制处理设备； 软件则由各种系统程序和应用程序以及大量的数据资源组成。 有利于计算机网络的设计与实现，我们更多的是从功能角度去看待计算机网络的组成，并从功能上将计算机网络逻辑划分为资源子网和通信子网。

网络逻辑划分：资源子网与通信子网 资源子网 通信子网 负责全网的数据处理业务，并向网络用户提供各种网络资源和网络服务。 主要由主机、终端以及相应的I/O设备、各种软件资源和数据资源构成。 通信子网 为资源子网提供传输、交换数据信息的能力。 主要由通信控制处理机、通信链路及其他设备如调制解调器等组成。

资源子网与通信子网结构 Host Host CCP CCP CCP 通信子网 资源子网 CCP CCP Host CCP Host

资源子网与通信子网(续) CCP的三大主要功能： 通信链路 网络接口功能-----实现资源子网和通信子网的接口功能； 存储/转发功能----对进入网络传输的数据信息提供转接功能； 网络控制功能-----为数据提供路径选择、流量控制等功能。 通信链路 用于传输信息的物理信道以及为达到有效、可靠的传输质量所必需的信道设备的总称。

拓朴结构 “拓朴”的概念来自离散数学中的图论； 拓扑学方法：把实体抽象成与其大小、形状无关的“点”，而把连接实体的线路抽象成“线”，进而以图的形式来表示这些点与线之间关系的方法，其目的在于研究这些点、线之间的相连关系。 拓扑结构与几何结构属于两不同的数学概念 在几何结构中，我们要考察的是点、线之间的位置关系，或者说几何结构强调的是点与线所构成的形状及大小；拓扑学关注的是点与线之间的关系。 不同的几何结构可以具有相同的拓扑结构。

计算机网络拓朴结构 将通信子网中的通信处理机、计算机等设备抽象成点，把连接这些设备的通信线路抽象成线，并将由这些点和线所构成的拓扑称为网络拓扑结构。 为什么研究网络的拓扑结构而不是几何结构？ 网络拓朴结构反映出网络的结构关系，对于网络的性能、可靠性以及建设管理成本等都有着重要的影响，在整个网络设计中占有十分重要的地位，是网络构建时首先要考虑的因素之一。 常见的网络拓朴结构 •总线型 •星型 •树型 •环型 •网状型

线性总线 (Ethernet) 所有节点直接连到一条物理链路上，除此之外节点间不存在任何其他连接。 每一个节点可以收到来自其他任何节点所发送的信息 优点：简单、易于实现 缺点：可靠性和灵活性差 、传输延时不确定

环型结构 (Token-Ring) 节点与链路构成了一个闭合环，每个节点只与相邻的两个节点相连。 每个节点必须将信息转发给下一个相邻的节点。 优点：简单、易于实现，传输延时确定 。 缺点：维护与管理复杂

双环 (FDDI) 两个非相连的独立同心环 主环+备用环（同一时刻只有一个环在使用） 优点：在单环之上增加了高度的可靠性。 缺点：维护与管理复杂，投资大

星型 (Ethernet) 网络由各节点以中央节点为中心相连接，各节点与中央节点以点对点方式连接。 节点之间的数据通信要通过中央节点 优点：结构简单，管理方便，可扩充性强，组网容易。 缺点：中心节点成为全网可靠性的关键

扩展星型 (campus-based) 星型结构的重复( 中央星型拓朴上的节点是另一个星型拓朴的中心节点). 减少了链路与设备的投资 优点：在星型的优点之外，更富于层次，从而可隔离某些网络流量

层次结构 （LAN/WAN） 又称树型结构 数据流具有明显的层次性

网状结构 （广域网） 又称无规则型。结点间的连接是任意的，不存在规律。是目前 数据的传输有赖于所采用的网络设备 优点：多条链路提供了冗余连接 缺点：结构复杂 网状结构 （广域网）

完全网状结构 每一个节点均与其他每一个节点直接相连。 数据的传输有赖于所采用的网络设备 优点：多条链路提供了冗余连接 缺点：链路随着节点数目的增加呈指数增长。