主讲 彭红 E_mail:ph_swust@163.com 西南科技大学网络教育系列课程 计算机网络基础与应用 主讲 彭红 E_mail:ph_swust@163.com

第一章 计算机网络概述 本章内容简介: 本章主要介绍计算机网络的发展与现状、计算机网络基本概念、计算机网络功能、计算机网络的分类以及ISO/OSI和TCP/IP参考模型等内容。 学习目标： 1、了解计算机网络的发展过程。 2、理解计算机网络基本概念及功能。 3、了解计算机网络的分类。 4、理解TCP/IP参考模型和OSI参考模型特点及主要思想。

第一章 计算机网络概述 重点难点: 1、计算机网络的发展与现状。 2、计算机网络的概念及功能。 3、计算机网络的分类。 4、 ISO/OSI和TCP/IP参考模型。

第一节 计算机网络的发展 本节学习目标： 了解计算机网络发展的四个阶段与现状。

第一节 计算机网络的发展 计算机网络是一门什么样的学科？ 计算机网络是计算机技术和通信技术相互结合的一门交叉学科！ 请同学们思考： 计算机技术和通信技术有联系吗？如果有，它们之间是什么联系呢？

第一节 计算机网络的发展 计算机技术与通信技术的结合： 一方面，通信网络为计算机之间的数据传输提供了必要手段； 另一方面，数字计算技术的发展渗透到通信技术中，提高了通信网的各种性能；

第一节 计算机网络的发展 第一代 第二代 第三代 第四代 第一节 计算机网络的发展 计算机网络技术从它产生到现在已经经历了五十多年了，在这五十多年中，其发展速度和应用的范围都是惊人的。当前，人们普遍把计算机网络的形成与发展划分为以下四个阶段： 第一代 以主机为中心 第二代 以通信子网为中心 第三代 ISO/OSI RM TCP/IP RM 第四代 以Internet为代表的互联网

第一节 计算机网络的发展 计算机网络的萌芽： T 主机 T 终端 本地 T 计算机与远程终端相连 主机 终端 T 终端 T 远程

第一节 计算机网络的发展 第一代：以主机为中心的终端联机系统 HOST T 本地 远程 终端 控制器 特征： 第一节 计算机网络的发展 第一代：以主机为中心的终端联机系统 终端 控制器 T 通信线路 HOST 远程 本地 特征： 终端(Terminal)：多个终端共享主机的软硬件资源，与用户交互； 主机(Host) ：单个主机执行通信和处理任务； 连接：本地或远程； 例子：早期的飞机订票系统、银行储蓄系统等。 缺点： 主机负荷重——数据处理＋通信； 线路利用率低； 集中控制方式的可靠性低。

第一节 计算机网络的发展 第二代：以通信子网为中心 通信子网 T 特征： 多个终端联机系统互联，形成了多主机互联网络； 第一节 计算机网络的发展 第二代：以通信子网为中心 特征： 多个终端联机系统互联，形成了多主机互联网络； 网络结构从“主机－终端” 转变为“主机－主机”； 通信任务从主机中分离，由通信控制处理机（CCP）完成，多个CCP组成通信子网（演变为公用数据通信网：PSTN、X.25）； 优点： 降低用户系统建设成本； 提高通信线路利用率； 兼容性好。 CCP 主机 HOST T 通信子网

第一节 计算机网络的发展 第三代：网络体系结构标准化--OSI参考模型 厂商标准： 第一节 计算机网络的发展 第三代：网络体系结构标准化--OSI参考模型 厂商标准： IBM SNA（System Network Architecture），1974 DEC DNA（Digital Network Architecture），1975 国际标准： ISO/OSI（International Standard Organization/Open System Interconnection) ,开放系统互联参考模型，简称OSI参考模型，1982； OSI/RM是一种概念网络模型，规定了7个层次的体系结构的框架； 描述了每层做什么但未规定应该怎样做； 太复杂，几乎没有与之完全符合的网络。 TCP/IP TCP/IP(Transmission Control Protocol / Internetwork Protocol )，1983； 从体系结构上看，它是OSI参考模型的简化（4层）； 事实上的国际标准，所有厂家都支持； 以TCP/IP协议为依托的因特网的出现标志着网络时代的到来。

第一节 计算机网络的发展 第四代：以Internet为代表的互联网 特征： Internet广泛应用; 高速网络、接入网络与信息安全技术的迅速发展； 网络应用系统将向更深和更宽的方向发展； 远程会议、远程教学、远程医疗、远程购物等应用已逐步从实验室走出； 网络多媒体技术的应用也将成为网络发展的热点话题 。

第一节 计算机网络的发展 计算机网络的发展趋势： 第一节 计算机网络的发展 计算机网络的发展趋势： 向开放式的网络体系结构发展：使不同软硬件环境、不同网络协议的网络可以互相连接，真正达到资源共享、数据通信和分布处理的目标； 向高性能发展：追求高速、高可靠和高安全性，采用多媒体技术，提供文本、图像、声音、视频等综合性服务。 向智能化发展：提高网络性能和提供网络综合的多功能服务，并更加合理地进行网络各种业务的管理，真正以分布和开放的形式向用户提供服务。

第一节 计算机网络的发展 本节结束 本小节主要探讨了计算机网络发展与现状 第一代：以主机为中心 第二代 ：以通信子网为中心 第一节 计算机网络的发展 本节结束 本小节主要探讨了计算机网络发展与现状 第一代：以主机为中心 第二代 ：以通信子网为中心 第三代 ：ISO/OSI RM 第四代：以Internet为代表的互联网 计算机网络的发展趋势

请同学们思考： ？ 第二节 计算机网络的基本概念 什么是计算机网络？它有什么样的功能？ 计算机网络的组成是什么呢？是计算机吗？ 第二节 计算机网络的基本概念 请同学们思考： 什么是计算机网络？它有什么样的功能？ 计算机网络的组成是什么呢？是计算机吗？ 计算机网络有类型之分吗？有，是局域网和Internet 网吗？ ？

第二节 计算机网络的基本概念 本节学习目标： 掌握计算机网络的定义 掌握计算机网络的功能 理解计算机网络的组成 了解计算机网络的分类

第二节 计算机网络的基本概念 计算机网络的定义 计算机网络就是利用通信设备和线路将地理位置不同的、功能独立的多个计算机系统互连起来，通过功能完善的网络软件（即网络通信协议、信息交换方式、网络操作系统等）实现网络中资源共享和数据通信的系统。

第二节 计算机网络的基本概念 计算机网络的功能 local ISP router server1 mobile F1、数据通讯/传输 第二节 计算机网络的基本概念 计算机网络的功能 local ISP router server1 mobile Hub/SW 长沙用户 F1、数据通讯/传输 F2、资源共享 server2 北京用户 网络接入设备 用户 通信网络 local Area Network F3、分布计算 F4、提高数据可靠性F5、负载平衡

第二节 计算机网络的基本概念 计算机网络的功能： 1、资源共享(resource sharing) 第二节 计算机网络的基本概念 计算机网络的功能： 1、资源共享(resource sharing) 试图解除“地理上的束缚”,共享软件、硬件、数据/信息 2、数据通信 (data communication) 文件传输、IP电话、email、视频会议、信息发布、交互式娱乐… 3、提高计算机的可靠性 (high reliability ) 依靠可替代的资源，提供连续的高可靠服务： 硬件双机备份 软件和数据库备份 4、 提高系统处理能力 ( Distribute compute) 多计算机并行处理；

第二节 计算机网络的基本概念 计算机网络的功能： 5、负载平衡 负载平衡是指工作被均匀地分配给网络上的各台计算机。 网络控制中心负责分配和检测，当某台计算机负载过重时，系统会自动转移部分工作到负载较轻的计算机中去处理 。

第二节 计算机网络的基本概念 计算机网络系统的组成： 从资源构成的角度讲，计算机网络系统由硬件和软件组成； 从功能角度去看待计算机网络的组成，可从功能上将计算机网络逻辑划分为资源子网和通信子网。

计算机网络系统的组成（从资源构成的角度分析）： 第二节 计算机网络的基本概念 计算机网络系统的组成（从资源构成的角度分析）： 1、硬件： 网络节点 端节点：计算机（网卡） 中间节点：交换机、集线器（HUB）、路由器等; 通信链路：信息传输的通道 物理：传输介质 逻辑：信道 2、软件： 网卡驱动程序：随厂家的网卡而变； 网络协议软件：随网络设备而变； 网络操作系统：随设备和操作系统而变； 网络管理/安全控制软件、网络应用软件（可选）。

第二节 计算机网络的基本概念 计算机网络系统的组成（从逻辑功能划分角度分析）： 1、资源子网 ： 2、通信子网 ： 第二节 计算机网络的基本概念 计算机网络系统的组成（从逻辑功能划分角度分析）： 1、资源子网 ： 资源子网由提供资源的主机和请求资源的终端组成； 资源子网包括主计算机及其附属设备、终端及终端控制器、软件及信息资源等； 资源子网负责全网的数据处理和向用户提供网络资源及服务。 2、通信子网 ： 通信子网主要由通信控制处理机CCP（communication control processor ）和通信线路及其他通信设备组成； 通信子网承担全网数据传输、交换、加工和变换等通信处理工作 。

第二节 计算机网络的基本概念 计算机网络系统的组成（从逻辑功能划分角度分析）： 资源子网 CCP 终端 通信子网 计算机网络的基本结构

计算机网络系统的分类： 第二节 计算机网络的基本概念 按网络的覆盖范围和规模划分: 局域网LAN、城域网MAN、广域网WAN 第二节 计算机网络的基本概念 计算机网络系统的分类： 按网络的覆盖范围和规模划分: 局域网LAN、城域网MAN、广域网WAN 按网络的拓扑结构划分: 星形、总线、环形、树形、网形 根据网络传输技术划分 广播式(Broadcast)和点-点(Point to Point)

第二节 计算机网络的基本概念 计算机网络系统的分类（关于LAN） 局域网（local area network ，简称LAN ）用于将有限范围内的各种计算机通过各种网络设备和通信线路互连在一起的计算机网络。 如：一个实验室、一幢大楼、一个校园。

第二节 计算机网络的基本概念 计算机网络系统的分类（关于LAN） LAN特点 覆盖的物理范围：局限在10公里范围之内 拓扑结构：共享信道 第二节 计算机网络的基本概念 计算机网络系统的分类（关于LAN） LAN特点 覆盖的物理范围：局限在10公里范围之内 拓扑结构：共享信道 所使用的传输技术：新 数据传输率：高，10mbps/100mbps/1000mbps) 延迟：低， 0.5 ns 误码率：低，10-8bitps 两种典型的LAN Ethernet：以太网（10M/100M/1000M…） Token-Ring：令牌环网

第二节 计算机网络的基本概念 计算机网络系统的分类（关于WAN） 广域网（Wide Area Networks，WAN ）的地理覆盖范围可以从数公里到数千公里，可以连接若干个城市、地区甚至跨越国界而成为遍及全球的一种计算机网络。

第二节 计算机网络的基本概念 计算机网络系统的分类（关于WAN） WAN特点 适应大容量与突发性通信的要求。 适应综合业务服务的要求。 第二节 计算机网络的基本概念 计算机网络系统的分类（关于WAN） WAN特点 适应大容量与突发性通信的要求。 适应综合业务服务的要求。 开放的设备接口与规范化的协议。 完善的通信服务与网络管理。 广域网是单个网络，它使用结点交换机连接各主机而不是用路由器来连接网络。 广域网内通信时只使用物理地址，广域网中的物理地址是层次结构，而以太网中的物理地址是平面结构。 广域网是因特网的核心部分。

第二节 计算机网络的基本概念 计算机网络系统的分类（关于WAN） WAN主要技术 第二节 计算机网络的基本概念 计算机网络系统的分类（关于WAN） WAN主要技术 X.25：公用分组交换网，一种传统的网络通信协议与机制,使用在速率低、误码率高的线路上，协议比较复杂。 F.R（Frame Relay）：帧中继技术，由于使用了误码率较低的光纤作为传输线路，所以协议中关于差错控制和流量控制的内容较少，称为X.25的简化版本。 ATM：异步传输模式，作为B-ISDN的主要的数据传输和分组交换技术。

第二节 计算机网络的基本概念 计算机网络系统的分类（关于MAN） 城域网（metropolitan area network,简称MAN ）是介于局域网和广域网之间的一种高速网络； MAN的建立是为了满足几十公里范围内的大量企业、公司等多个局域网互联要求。

计算机网络系统的分类（按网络的拓扑结构划分） 第二节 计算机网络的基本概念 计算机网络系统的分类（按网络的拓扑结构划分） 环型：令牌环网 总线型网 星型网 树型网

第二节 计算机网络的基本概念 本节结束 计算机网络的定义 计算机网络的功能 计算机网络的组成 计算机网络的分类 第二节 计算机网络的基本概念 本节结束 本小节主要讲解一以下几个知识点： 计算机网络的定义 计算机网络的功能 计算机网络的组成 计算机网络的分类

第三节 计算机网络的体系结构 本节学习目标： 理解计算机网络的体系结构的含义； 掌握OSI/RM及TCP/IP参考模型

第三节 计算机网络的体系结构 计算机网络的体系结构的含义： 第三节 计算机网络的体系结构 计算机网络的体系结构的含义： 计算机网络体系结构就是计算机网络层次结构模型和各层协议的集合。 网络体系结构详细说明了通信协议、消息格式和互操作所需要的标准。 计算机网络系统是一个非常复杂的系统，将这个复杂系统分解为若干个容易处理的子系统，然后“分而治之”。分层就是系统分解的最好方法之一。

第三节 计算机网络的体系结构 计算机网络体系结构采用分层的思想好处： 结构上可分割。各层根据本层需要可以采用最合适的技术实现。 第三节 计算机网络的体系结构 计算机网络体系结构采用分层的思想好处： 结构上可分割。各层根据本层需要可以采用最合适的技术实现。 各层之间是独立的。每层并不需要知道下层怎样实现，而只需知道该层通过层间接口提供的服务；每一层只实现一种相对独立的功能。 易于实现和维护。 能促进标准化工作。 灵活性好。 分层结构的要点： 除了在物理媒体上进行的是实通信之外，其余各对等实体间进行的都是虚通信。 对等层的虚通信必须遵循该层的协议。

第三节 计算机网络的体系结构 分层结构划分的原则： 每层的功能应是明确的，并且是相互独立的。当某一层的具体实现方法更新时，只要保持上、下层的接口不变，便不会对邻居产生影响。 层间接口必须清晰，跨越接口的信息量应尽可能少。 层数应适中。若层数太少，则造成每一层的协议太复杂；若层数太多，则体系结构过于复杂，使描述和实现各层功能变得困难。 国际标准化组织将整个通信功能划分为七个层次，每一层使用下层提供的服务,并向其上层提供服务、不同结点的同等层按照协议实现对等层之间的通信。

第三节 计算机网络的体系结构 计算机网络的体系结构--开放系统互联参考模型（OSI/RM） 应用层 表示层 会话层 运输层 网络层 第三节 计算机网络的体系结构 计算机网络的体系结构--开放系统互联参考模型（OSI/RM） 应用层 运输层 网络层 表示层 会话层 数据链路层 物理层 OSI 的体系结构

第三节 计算机网络的体系结构 计算机网络的体系结构--开放系统互联参考模型（OSI/RM） 七层参考模型各层的功能 第三节 计算机网络的体系结构 计算机网络的体系结构--开放系统互联参考模型（OSI/RM） 七层参考模型各层的功能 物理层：主要是利用物理传输介质为数据链路层提供物理连接，以便透明的传递比特流。 数据链路层：分为MAC和LLC，传送以帧为单位的数据，采用差错控制，流量控制方法。 　网络层：实现主机和主机之间通信、路由选择和网络互连功能。 传输层：是向用户提供可靠的端到端通信，也就是进程之间通信，透明的传送报文，使用TCP协议。 　会话层：组织两个会话进程之间的通信，并管理数据的交换使用NETBIOS和WINSOCK协议。 表示层：处理在两个通信系统中交换信息的表示方式。 应用层：应用层是OSI参考模型中的最高层。确定进程之间通信的性质，以满足用户的需要。

第三节 计算机网络的体系结构 实体、协议、服务和服务访问点之间的关系 计算机网络的体系结构--开放系统互联参考模型（OSI/RM） 第三节 计算机网络的体系结构 计算机网络的体系结构--开放系统互联参考模型（OSI/RM） 实体、协议、服务和服务访问点之间的关系 实体(entity) 表示任何可发送或接收信息的硬件或软件进程。 协议是控制两个对等实体进行通信的规则的集合。 在协议的控制下，两个对等实体间的通信使得本层能够向上一层提供服务。 要实现本层协议，还需要使用下层所提供的服务。 本层的服务用户只能看见服务而无法看见下面的协议。 下面的协议对上面的服务用户是透明的。 协议是“水平的”，即协议是控制对等实体之间通信的规则。 服务是“垂直的”，即服务是由下层向上层通过层间接口提供的。 服务访问点 SAP (Service Access Point)就是同一系统相邻两层的实体进行交互的地方。

第三节 计算机网络的体系结构 计算机网络的体系结构--TCP/IP参考模型 TCP/IP参考模型是一个 四层参考模型，其层次划分为： 第三节 计算机网络的体系结构 计算机网络的体系结构--TCP/IP参考模型 TCP/IP参考模型是一个 四层参考模型，其层次划分为： 应用层（application layer） 传输层（transport layer） 互联层（internet layer） 网络接口层（host to network layer） TCP/IP协议的主要特点 开放的协议标准，可以免费使用，独立于特定的计算机硬件和操作系统； 可运行于局域网、广域网和互联网中，独立于特定的网络硬件； 统一的网络地址分配方案，使得所有的TCP/IP设备都具有唯一的地址； 标准化的高层协议，可以为用户提供多种可靠的服务。

第三节 计算机网络的体系结构 计算机网络的体系结构--TCP/IP参考模型 TCP/IP 的体系结构 应用层 (各种应用层协议如 第三节 计算机网络的体系结构 计算机网络的体系结构--TCP/IP参考模型 TCP/IP 的体系结构 应用层 网络接口层 网际层 IP (各种应用层协议如 TELNET, FTP, SMTP 等) 运输层(TCP 或 UDP)

第三节 计算机网络的体系结构 计算机网络的体系结构--TCP/IP参考模型 TCP/IP参考模型各层功能 第三节 计算机网络的体系结构 计算机网络的体系结构--TCP/IP参考模型 TCP/IP参考模型各层功能 网络接口层：负责将IP包发送到网络传输介质上，以及从网络介质上接受IP包。 互联层：提供无连接的传输服务，它是整个体系结构的关键部分，主要功能是寻找一条能够把数据报送到目的地的路径。 传输层：运输层为应用进程之间提供端到端的逻辑通信；传输层提供TCP和UDP两种传输协议。 应用层：应用层是面向用户的，为用户服务。

第三节 计算机网络的体系结构 TCP/IP参考模型与OSI参考模型的比较 OSI模型与TCP/IP模型的层次比较 OSI层次 第三节 计算机网络的体系结构 TCP/IP参考模型与OSI参考模型的比较 OSI层次 TCP/IP层次 应用层 表示层 会话层 传输层 网络层 数据链路层 物理层 互联层 网络接口层 OSI模型与TCP/IP模型的层次比较

第三节 计算机网络的体系结构 TCP/IP参考模型与OSI参考模型的比较 共同之处 不同之处 优缺点 采用了层次结构概念 第三节 计算机网络的体系结构 TCP/IP参考模型与OSI参考模型的比较 共同之处 采用了层次结构概念 在传输中定义了基本相似的功能 不同之处 TCP/IP参考模型一开始就考虑多种异构网的互联问题，并将网络层协议IP作为TCP/IP重要组成部分。而ISO和CCITT早期只考虑到世界范围内使用一种统一的标准公用数据网将各种不同的系统互联在一起，当ISO认识网际协议IP重要时，已经来不及。 TCP/IP最初就对面向连接服务和无连接服务并重，而OSI开始时只强调面向连接的服务。 TCP/IP较早就有较好的网络管理功能，而OSI到后来才开始考虑到这个问题。 优缺点

第三节 计算机网络的体系结构 本节结束 计算机网络的体系结构的含义； 本小节主要讲解一以下几个知识点： 开放系统互联参考模型（OSI/RM） 第三节 计算机网络的体系结构 本节结束 本小节主要讲解一以下几个知识点： 计算机网络的体系结构的含义； 开放系统互联参考模型（OSI/RM） TCP/IP参考模型 ； TCP/IP参考模型与OSI参考模型的比较

本章小结 本章主要学习内容： 计算机网络的发展与现状，主要阐述了计算机网络发展过程中四个阶段的重要特征。 计算机网络的基本概念：主要阐述了计算机网络的定义、功能以及分类。 计算机网络体系结构：主要阐述了OSI体系结构和TCP/IP体系结构模型，并对两种体系结构进行了比较。