第1章 計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)概述

1、第1章 計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)概述學(xué)習(xí)目標(biāo)了解計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的產(chǎn)生和發(fā)展歷史；理解計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的組成、分類；掌握常見網(wǎng)絡(luò)通信介質(zhì)的特點(diǎn)；掌握常見網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的特點(diǎn)。1.1 計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展歷史1.1.1 計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的產(chǎn)生 計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)是指將地理位置不同且功能相對(duì)獨(dú)立的多個(gè)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)通過(guò)網(wǎng)絡(luò)設(shè)備和通信線路相互連接在一起，由協(xié)議規(guī)定其工作方式和工作過(guò)程的系統(tǒng)。組建計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的根本目的是為了實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸和資源共享。20世紀(jì)60年代中后期，美國(guó)國(guó)防部高級(jí)研究計(jì)劃局（ARPA，Advanced Research Project Agency）建成了著名的遠(yuǎn)程分組交換式網(wǎng)絡(luò)ARPA網(wǎng)。ARPA網(wǎng)采用了當(dāng)時(shí)先進(jìn)的分組交換技術(shù)，

2、由主機(jī)和子網(wǎng)組成，由協(xié)議和軟件支持其工作，在概念、結(jié)構(gòu)和網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)方面都為后繼的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)打下了基礎(chǔ)，開創(chuàng)了“計(jì)算機(jī)計(jì)算機(jī)”通信的時(shí)代，標(biāo)志著計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的產(chǎn)生。1.1 計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展歷史1.1.2 計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展1.以單主機(jī)為中心的網(wǎng)絡(luò)2.以分組交換為中心的多主機(jī)網(wǎng)絡(luò)3.標(biāo)準(zhǔn)化的開放性網(wǎng)絡(luò)1.1.3 計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的現(xiàn)狀目前，我國(guó)已建立了四大公用數(shù)據(jù)通信網(wǎng)：（1）中國(guó)公用分組交換數(shù)據(jù)通信網(wǎng)（ChinaPAC）。（2）中國(guó)公用數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)網(wǎng)（ChinaDDN）。（3）中國(guó)公用幀中繼網(wǎng)（ChinaFRN）。（4）中國(guó)公用計(jì)算機(jī)互聯(lián)網(wǎng)（ChinaNet）。并陸續(xù)建造了和因特網(wǎng)互聯(lián)的10個(gè)全國(guó)范圍的公用計(jì)算

3、機(jī)網(wǎng)絡(luò)：（1）中國(guó)公用計(jì)算機(jī)互聯(lián)網(wǎng)（CHINANET）。（2）中國(guó)科技網(wǎng)（CSTNET）。（3）中國(guó)教育和科研計(jì)算機(jī)網(wǎng)（CERNET）。（4）中國(guó)金橋信息網(wǎng)（CHINAGBN）。（5）中國(guó)聯(lián)通互聯(lián)網(wǎng)（UNINET）。（6）中國(guó)網(wǎng)通公用互聯(lián)網(wǎng)（CNCNET）。（7）中國(guó)移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)（CMNET）。（8）中國(guó)國(guó)際經(jīng)濟(jì)貿(mào)易互聯(lián)網(wǎng)（CIETNET）。（9）中國(guó)長(zhǎng)城互聯(lián)網(wǎng)（CGWNET）。（10）中國(guó)衛(wèi)星集團(tuán)互聯(lián)網(wǎng)（CSNET）。 1.1 計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展歷史1.1.4 計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的未來(lái) 未來(lái)的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)將更關(guān)注于帶寬、應(yīng)用、安全、Qos（服務(wù)質(zhì)量）、終端多樣性、智能化。 例如：光纖到戶、3G等技術(shù)極大提

4、高了網(wǎng)絡(luò)終端的帶寬；物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)使得裝有傳感器的設(shè)備都可以與互聯(lián)網(wǎng)連接；P2P、云計(jì)算等技術(shù)使得服務(wù)器和客戶端融為一體，使得整個(gè)網(wǎng)絡(luò)融為一體 1.1 計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展歷史1.2 計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的組成 計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)主要由網(wǎng)絡(luò)終端、網(wǎng)絡(luò)設(shè)備、通信介質(zhì)等部分組成。 1.2.1 網(wǎng)絡(luò)終端 網(wǎng)絡(luò)終端指位于網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)末端的設(shè)備，可以接受和發(fā)送數(shù)據(jù)，一般提供人機(jī)接口。常見的網(wǎng)絡(luò)終端設(shè)備包括：計(jì)算機(jī)、手機(jī)、打印機(jī)、IP電話、智能家電、監(jiān)控設(shè)備、讀卡器等。1.2.2 網(wǎng)絡(luò)設(shè)備 網(wǎng)絡(luò)設(shè)備指位于網(wǎng)絡(luò)拓?fù)渲虚g節(jié)點(diǎn)的設(shè)備，主要功能是數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)。網(wǎng)絡(luò)設(shè)備在數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)過(guò)程中所起的作用包括： （1）數(shù)據(jù)形式轉(zhuǎn)換。 （2）數(shù)據(jù)信號(hào)整形放

5、大。 （3）數(shù)據(jù)廣播。 （4）數(shù)據(jù)尋址。1.2 計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的組成1.2.3 通信介質(zhì)1.雙絞線 由若干對(duì)雙絞線（一般為4對(duì)）及外包保護(hù)套組成。兩根絕緣的金屬導(dǎo)線扭在一起而成雙絞線，線對(duì)扭在一起可減少相互間的電磁干擾。分為STP（Shielded Twisted Pair，屏蔽雙絞線）和UTP（UnShielded Twisted Pair，非屏蔽雙絞線）。非屏蔽雙絞線的有效傳輸距離一般為100米。 1.2 計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的組成1.2.3 通信介質(zhì)2.光纖 光纖使用用光脈沖形成的數(shù)字信號(hào)進(jìn)行通信。有光脈沖相當(dāng)于1，沒(méi)有光脈沖相當(dāng)于0。由于可見光的頻率極高，因此其傳輸速率高，抗干擾能力強(qiáng)，信號(hào)衰減小，

6、傳輸距離遠(yuǎn)。 根據(jù)光源不同，可將光纖分為單模光纖（Single Mode Fiber）和多模光纖（Multi Mode Fiber）。 1.2 計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的組成1.2.3 通信介質(zhì)3.同軸電纜 同軸電纜由銅質(zhì)導(dǎo)體、絕緣層、屏蔽層和保護(hù)塑料外層組成，這種結(jié)構(gòu)中的金屬屏蔽網(wǎng)可防止中心導(dǎo)體向外輻射電磁場(chǎng)，也可用來(lái)防止外界電磁場(chǎng)干擾中心導(dǎo)體的信號(hào)，因而具有很好的抗干擾特性。 早期同軸電纜層廣泛的用于總線型局域網(wǎng)，但由于目前計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)多為星型結(jié)構(gòu)，相對(duì)于雙絞線來(lái)說(shuō)同軸電纜造價(jià)較高、安裝較復(fù)雜，因此在計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)中已很少使用，目前同軸電纜主要用于有線電視、語(yǔ)音廣播等單向總線型網(wǎng)絡(luò)。1.2 計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的組成1

7、.2.3 通信介質(zhì)4.無(wú)線介質(zhì) 無(wú)需架設(shè)或鋪埋通信介質(zhì)，且允許終端設(shè)備在一定范圍內(nèi)移動(dòng)。常見無(wú)線介質(zhì)包括（1）無(wú)線電波（2）紅外線（3）微波（4）激光 目前常見的無(wú)線介質(zhì)應(yīng)用包括：無(wú)線局域網(wǎng)、無(wú)線廣域網(wǎng)、調(diào)頻廣播、藍(lán)牙等。1.3 計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的分類1.3.1 按地理覆蓋范圍分類1.局域網(wǎng)（Local Area Network，LAN） 局域網(wǎng)是分布在較小地理范圍內(nèi)的網(wǎng)絡(luò)，通常用專用通信線路連接，因而數(shù)據(jù)傳輸速率較高。局域網(wǎng)的本質(zhì)特征是覆蓋范圍小、數(shù)據(jù)傳輸速度快。 2.廣域網(wǎng)（Wide Area Network，WAN） 廣域網(wǎng)通常是指將分布范圍較大，覆蓋一個(gè)地區(qū)、國(guó)家甚至全球范圍內(nèi)的互聯(lián)通信網(wǎng)絡(luò)

8、。廣域網(wǎng)的本質(zhì)特征是覆蓋范圍大、采用的協(xié)議和網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)多樣化。如Internet就是一種的廣域網(wǎng)。3.城域網(wǎng)（MetropolitanArea Network，MAN） 城域網(wǎng)是一種介于廣域網(wǎng)和局域網(wǎng)之間的網(wǎng)絡(luò)，覆蓋范圍通常是一個(gè)城市的規(guī)模，從幾公里到幾十公里甚至幾百公里。城域網(wǎng)設(shè)計(jì)的目標(biāo)是滿足一個(gè)地區(qū)內(nèi)的計(jì)算機(jī)互聯(lián)的要求，以實(shí)現(xiàn)大量用戶、多種信息傳輸為目標(biāo)的綜合信息傳輸網(wǎng)絡(luò)。 1.3 計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的分類1.3.2 按拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)分類1.3 計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的分類1.3.3 按傳輸介質(zhì)工作方式分類 1.共享介質(zhì)網(wǎng)絡(luò) 結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、易于擴(kuò)充、線纜總長(zhǎng)度較短，造價(jià)較低，但隨著網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的增加，每個(gè)設(shè)備占用傳輸介質(zhì)

9、的時(shí)間將越來(lái)越少，網(wǎng)絡(luò)通信的延時(shí)也將越來(lái)越大，網(wǎng)絡(luò)的性能將越來(lái)越差。 2.交換式網(wǎng)絡(luò) 便于管理、容易擴(kuò)展，增刪節(jié)點(diǎn)不影響網(wǎng)絡(luò)的其余部分，也易于檢測(cè)和隔離故障，網(wǎng)絡(luò)性能較高，各條線路可以同時(shí)進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，但線纜總長(zhǎng)度較長(zhǎng)，且需要增加交換設(shè)備，造價(jià)較高。 1、根據(jù)實(shí)際需求設(shè)計(jì)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)；2、綜合運(yùn)用各種傳輸介質(zhì)組建高性價(jià)比網(wǎng)絡(luò)案例目標(biāo)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)基于案例與實(shí)訓(xùn)應(yīng)用案例一：拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)和傳輸介質(zhì)案例一：拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)和傳輸介質(zhì)案例描述 公司在工業(yè)園區(qū)蓋了兩棟樓（A樓和B樓），即將搬遷，公司領(lǐng)導(dǎo)交給小朱一項(xiàng)任務(wù)：設(shè)計(jì)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)洳⑦x擇合適的通信介質(zhì)。已知A樓中有行政部（50臺(tái)電腦）、銷售部（50臺(tái)電腦）、研發(fā)部

10、（100臺(tái)電腦）以及一臺(tái)服務(wù)器，B樓中有生產(chǎn)部（500臺(tái)電腦）。 A樓（行政部、銷售部、研發(fā)部）B樓（生產(chǎn)部）案例一：拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)和傳輸介質(zhì)案例分析拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)選擇方面：如采用總線型結(jié)構(gòu)，則數(shù)百條電腦使用同一總線，網(wǎng)絡(luò)性能較差；如采用環(huán)型拓?fù)?，則安全性不高，任何一臺(tái)主機(jī)發(fā)生故障都可能使一個(gè)網(wǎng)段出現(xiàn)故障；如采用星型拓?fù)?，則中心節(jié)點(diǎn)負(fù)擔(dān)過(guò)重，且需要一個(gè)數(shù)百端口的交換機(jī)，而一般交換機(jī)上只用幾十個(gè)端口。如采用網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，則不便于管理且容易產(chǎn)生環(huán)路。因此經(jīng)過(guò)分析，本案例網(wǎng)絡(luò)應(yīng)選擇樹形拓?fù)?，其?yōu)點(diǎn)主要包括：1、組網(wǎng)方便，可以分層組網(wǎng)；2、中心交換設(shè)備可提高網(wǎng)絡(luò)性能；3、便于管理和維護(hù)。案例一：拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)和傳輸介質(zhì)案例分析通信介質(zhì)選擇方面，目前的星型/樹型局域網(wǎng)主要采用光纖和雙絞線，雙絞線成本較低且安裝簡(jiǎn)單，但由于非屏蔽雙絞線的傳輸距離只有100米，因此當(dāng)網(wǎng)絡(luò)設(shè)備間距離大于100米時(shí)，應(yīng)使用光纖；雙絞線也不能進(jìn)入