第五章計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)(《大學(xué)計(jì)算機(jī)導(dǎo)論課件》1)

第五章

計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)5.1概述5.1.1起源與發(fā)展一、主機(jī)-終端系統(tǒng)由一臺(tái)計(jì)算機(jī)經(jīng)過通信線路與若干臺(tái)終端直接連接起來，實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)遠(yuǎn)距離的集中控制。應(yīng)用于飛機(jī)、火車等的聯(lián)機(jī)定票系統(tǒng)、圖書館的遠(yuǎn)程查閱及一些軍用和商用網(wǎng)絡(luò)。二、計(jì)算機(jī)通信網(wǎng)絡(luò)用通信線路將兩臺(tái)以上的計(jì)算機(jī)連接起來，以實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)之間的信息交換。三、計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)以資源（硬件、軟件、數(shù)據(jù)）共享為目的，利用通信線路將地理上分散的計(jì)算機(jī)連接起來構(gòu)成的集合。計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)在不同的時(shí)期、不同的角度有不同的理解。

從共享的角度定義：

以能夠相互共享資源的方式，連接起來，并各自具備獨(dú)立功能的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的集合。

從物理結(jié)構(gòu)定義：

在協(xié)議控制下，由若干計(jì)算機(jī)、終端設(shè)備、數(shù)據(jù)傳輸設(shè)備和通信控制處理機(jī)等組成的系統(tǒng)集合。

綜合兩者的定義：

將地理上分散的、具有獨(dú)立功能的多個(gè)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)利用通信線路連接起來，且以功能完善的網(wǎng)絡(luò)軟件（網(wǎng)絡(luò)協(xié)議、信息交換方式及網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)等）實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)資源共享的系統(tǒng)。

網(wǎng)絡(luò)就是計(jì)算機(jī)5.1.2通信子網(wǎng)與資源子網(wǎng)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)是計(jì)算機(jī)技術(shù)和通信技術(shù)相結(jié)合的產(chǎn)物。

我們將希望通信的設(shè)備稱為站點(diǎn)，而將提供通信的設(shè)備稱為結(jié)（節(jié)）點(diǎn)，結(jié)點(diǎn)之間以某種方式用傳輸鏈路相互連接起來，每個(gè)站點(diǎn)都連接到某個(gè)結(jié)點(diǎn)上去，這種結(jié)點(diǎn)的集合稱為通信網(wǎng)絡(luò)。如果通信網(wǎng)絡(luò)所連接的設(shè)備是計(jì)算機(jī)和終端，那么這種結(jié)點(diǎn)集加上站點(diǎn)集就是計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)。計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)=通信子網(wǎng)+資源子網(wǎng)

通信子網(wǎng)：端(站）到端(站）的可靠的數(shù)據(jù)傳送。資源子網(wǎng)：供給（信源）或接受（信宿）信息。節(jié)點(diǎn)（Node）：通信子網(wǎng)中的樞紐。站點(diǎn)（Nost）：資源子網(wǎng)中的設(shè)備。5.1.3分類一、按覆蓋的地域范圍劃分★局域網(wǎng)：LocalAreaNetwork，縮寫為L(zhǎng)AN

同在一個(gè)物理位置

（覆蓋范圍<10公里以內(nèi)，單位或部門擁有）

數(shù)據(jù)傳輸速度高（每秒10到1000兆位，即10～1000Mbps或更高）?！飶V域網(wǎng)：WideAreaNetwork，縮寫為WAN，

跨區(qū)域的局域網(wǎng)相連

（覆蓋范圍超過10公里，使用租用線（信道）

數(shù)據(jù)傳送速度較低（每秒幾千位-幾十兆位，即幾Kbps-幾十Mbps）城域網(wǎng)：MetropolitanAreaNetwork，縮寫為MAN二、按拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)劃分網(wǎng)絡(luò)中各個(gè)節(jié)點(diǎn)相互連接的方法和型式稱為網(wǎng)絡(luò)拓?fù)?。我們借用拓?fù)鋵W(xué)中研究與大小形狀無關(guān)的點(diǎn)、線特性的方法，拋開網(wǎng)絡(luò)中的具體設(shè)備，把服務(wù)器、工作站等抽象為“點(diǎn)”，把連接電纜等通信介質(zhì)抽象為“線”。這樣，計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)從拓?fù)鋵W(xué)的觀點(diǎn)看就成了由點(diǎn)和線組成的幾何圖形?！锟偩€型：采用單根傳輸線（總線）作為傳輸介質(zhì)，所有的節(jié)點(diǎn)都通過相應(yīng)的硬件接口直接連到總線上。任何一個(gè)節(jié)點(diǎn)的信息都可以沿著總線向兩個(gè)方向傳輸，并被總線中的任何一個(gè)節(jié)點(diǎn)所接收?！镄切停?/p>

由和連接到主節(jié)點(diǎn)的各個(gè)從節(jié)點(diǎn)組成。各個(gè)從節(jié)點(diǎn)可和主節(jié)點(diǎn)直接通信，而各個(gè)從節(jié)點(diǎn)之間的通信必須通過主節(jié)點(diǎn)轉(zhuǎn)接。常采用集線器（HUB）作為主節(jié)點(diǎn)?！锃h(huán)型：環(huán)型網(wǎng)絡(luò)中的各節(jié)點(diǎn)通過中繼器連接在一條首尾相接的閉合環(huán)形線路中。環(huán)型結(jié)構(gòu)中的信息是單向沿環(huán)路逐點(diǎn)傳輸?shù)摹?/p>

要指出的是，現(xiàn)代網(wǎng)絡(luò)中常常把不同拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的網(wǎng)絡(luò)互連在一起，形成復(fù)雜的大型網(wǎng)絡(luò)，較少只使用單一拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的網(wǎng)絡(luò)。樹型拓?fù)錁湫屯負(fù)涫菑目偩€拓?fù)溲葑冞^來的，形狀象一棵倒置的樹，頂端有一帶分支的根，每個(gè)分支還可延伸出子分支。樹型拓?fù)浜涂偩€拓?fù)涞闹饕獏^(qū)別在與根的存在。當(dāng)節(jié)點(diǎn)發(fā)送信息時(shí)，根接收該信號(hào)，然后再重新廣播發(fā)送到全網(wǎng)。其他類型拓?fù)淙?、按傳輸信道劃分?/p>

模擬數(shù)據(jù)：隨時(shí)間變化的連續(xù)值。例如溫度和壓力。

數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)：離散的值。例如文本和整數(shù)。

在通信系統(tǒng)中，利用電信號(hào)把數(shù)據(jù)從一個(gè)點(diǎn)傳送到另一個(gè)點(diǎn)。模擬信號(hào)是一種連續(xù)變化的電磁波，這種電磁波可以按照不同的頻率在各種介質(zhì)上傳送。數(shù)字信號(hào)是一系列的電壓脈沖，用兩種電平來表示，即用二進(jìn)制的形式來表示。

基帶：使用50歐同軸電纜，傳送數(shù)字信號(hào)

寬帶：使用75歐同軸電纜，傳送模擬信號(hào)

四、按交換技術(shù)劃分：

線路交換：

通過網(wǎng)絡(luò)中的節(jié)點(diǎn)在兩個(gè)站之間建立一條專用的通信線路。通道容量在連接期間是專用的，即使沒有數(shù)據(jù)傳送，別人也不能用。例如電話系統(tǒng)。

報(bào)文交換：（存儲(chǔ)轉(zhuǎn)發(fā)）

將一個(gè)目的地址附加在要發(fā)送的報(bào)文（信息的一個(gè)邏輯單位）上，然后把報(bào)文從節(jié)點(diǎn)到節(jié)點(diǎn)地通過網(wǎng)絡(luò)。在每個(gè)節(jié)點(diǎn)中，接收并暫存這個(gè)報(bào)文，然后進(jìn)行輸出排隊(duì)，再發(fā)送到下一個(gè)節(jié)點(diǎn)。

報(bào)文交換可將信息發(fā)送到多個(gè)目的地，但不能滿足實(shí)時(shí)或交互式的通信要求。

分組交換：

類似于報(bào)文交換，但將數(shù)據(jù)分成較小的單位（分組），一次只發(fā)送一個(gè)分組。分組中包含數(shù)據(jù)和目的地址。

處理分組流有兩種方法：數(shù)據(jù)報(bào)（包）和虛電路。

數(shù)據(jù)包：象在報(bào)文交換中處理報(bào)文一樣，對(duì)每個(gè)分組獨(dú)立地進(jìn)行處理。獨(dú)立處理的每個(gè)分組稱為“數(shù)據(jù)包”。具有同樣目的地址的數(shù)據(jù)包不一定都遵循同樣的路徑，在所有的數(shù)據(jù)包都到達(dá)目的地后，再把它們重新按順序組合起來。

五、按操作系統(tǒng)劃分：

網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)（NOS）是使網(wǎng)絡(luò)上的各計(jì)算機(jī)能方便而有效地共享網(wǎng)絡(luò)資源，為網(wǎng)絡(luò)用戶提供各種所需的服務(wù)的軟件和有關(guān)規(guī)則的集合。網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)C采用客戶機(jī)/服務(wù)器（client/senver）模式，把主要部分放在服務(wù)器上，行使對(duì)網(wǎng)絡(luò)資源的管理，為客戶提供各種網(wǎng)絡(luò)服務(wù)。在客戶機(jī)上也要運(yùn)行一小部分網(wǎng)絡(luò)軟件，用于與客戶機(jī)上原本運(yùn)行的操作系統(tǒng)進(jìn)行通信。

常用的網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)有：

WindowsNT：

NetWare：

UNIX：

六、按所有權(quán)劃分：

專用：

單位或部門，面向單個(gè)單位和部門

公用：

電信部門，面向社會(huì)

一、資源共享二、數(shù)據(jù)通信能力三、分布式處理四、提高計(jì)算機(jī)的可靠性五、均衡負(fù)載5.1.4特點(diǎn)5.1.5網(wǎng)絡(luò)的物理組成一、計(jì)算機(jī)：服務(wù)器與工作站二、網(wǎng)卡（網(wǎng)絡(luò)適配器）：三、通信線路（傳輸介質(zhì)）:四、通信設(shè)備：中繼器、集線器五、互連設(shè)備：網(wǎng)橋、路由器、網(wǎng)關(guān)網(wǎng)關(guān)（Gateway）又稱協(xié)議轉(zhuǎn)化器，是負(fù)責(zé)網(wǎng)絡(luò)間通信的設(shè)備，主要用于不同體系結(jié)構(gòu)的網(wǎng)絡(luò)之間的連接。不同的IP網(wǎng)絡(luò)或子網(wǎng)之間要通信，必須要有網(wǎng)關(guān)來負(fù)責(zé)信息的中轉(zhuǎn)。在IP網(wǎng)絡(luò)中常用的網(wǎng)關(guān)就是路由器（Router）。

在Internet中有成千上萬的網(wǎng)關(guān)，任何一臺(tái)計(jì)算機(jī)想要進(jìn)入Internet，都至少要和一個(gè)網(wǎng)關(guān)相連，并知道該網(wǎng)關(guān)的IP地址。IP網(wǎng)關(guān)高層協(xié)議低層協(xié)議高層協(xié)議低層協(xié)議高層協(xié)議低層協(xié)議目的地是在本網(wǎng)絡(luò)中？IPIPIPyN主機(jī)1-1主機(jī)1-2主機(jī)2-15.1.6體系結(jié)構(gòu)與協(xié)議一、概念在計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)中交換信息，就需要實(shí)現(xiàn)不同系統(tǒng)中實(shí)體間的通信。實(shí)體：產(chǎn)生通信請(qǐng)求的進(jìn)程。進(jìn)程：運(yùn)行中的程序或程序中的一部分。系統(tǒng)：軟硬件的集合。一個(gè)系統(tǒng)包含一個(gè)或多個(gè)實(shí)體。

由于各種系統(tǒng)使用不同的軟硬件，實(shí)體之間要想互相通信，就必須制定一套雙方都認(rèn)識(shí)和遵守的約定和規(guī)則，以使通信雙方都能理解所傳送的信息的含義。通信中用到的規(guī)則和約定稱為協(xié)議網(wǎng)絡(luò)協(xié)議：用于實(shí)體間相互通信的約定和規(guī)則的集合稱為計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)協(xié)議，簡(jiǎn)稱網(wǎng)絡(luò)協(xié)議。１協(xié)議（Protocol）網(wǎng)絡(luò)協(xié)議主要規(guī)定：▲語法：規(guī)定通信雙方“如何講”，對(duì)傳送的信息進(jìn)行格式化，并進(jìn)行邏輯說明?！Z義：確定通信雙方“講什么”，對(duì)發(fā)布請(qǐng)求、執(zhí)行的動(dòng)作、返回應(yīng)答信息的過程進(jìn)行說明，并定義用于協(xié)調(diào)通信和差錯(cuò)處理的控制信息?！〞r(shí)規(guī)則：定義通信各步驟的順序、速度匹配以及各動(dòng)作所需要的極限時(shí)間等?？傊?，網(wǎng)絡(luò)協(xié)議的作用是控制并指導(dǎo)兩個(gè)實(shí)體的對(duì)話過程，發(fā)現(xiàn)并處理對(duì)話過程中出現(xiàn)的差錯(cuò)。在Internet中使用TCP/IP協(xié)議。

網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)：計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的分層結(jié)構(gòu)和各層協(xié)議的集合。

國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化組織（ISO）定義了一種開放的網(wǎng)絡(luò)模型，即開放系統(tǒng)互連（OpenSystemsInterconnection,縮寫為OSI）參考模型，簡(jiǎn)稱為ISO/OSI參考模型。我們國(guó)家也在1988年制定了和ISO/OSI參考模型相對(duì)應(yīng)的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB9387－88。２網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)由于不同系統(tǒng)的實(shí)體間通信任務(wù)十分復(fù)雜，不可能作為一個(gè)整體來處理，否則任何一方面的改變都將導(dǎo)致整個(gè)軟件包的修改。一種有效的辦法是采用結(jié)構(gòu)化的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)技術(shù)，用分層或?qū)哟谓Y(jié)構(gòu)的協(xié)議集合，以使系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)和維護(hù)變得簡(jiǎn)單。二、ISO/OSI參考模型

ISO/OSI參考模型定義了異種機(jī)連網(wǎng)的標(biāo)準(zhǔn)框架結(jié)構(gòu)，是計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)和產(chǎn)品應(yīng)盡量靠攏的標(biāo)準(zhǔn)。當(dāng)一個(gè)系統(tǒng)能按OSI模型與另一系統(tǒng)通信時(shí)，我們就稱該系統(tǒng)是開放系統(tǒng)。

ISO/OSI參考模型是一個(gè)分層模型，它將網(wǎng)絡(luò)的功能分為7個(gè)層次，每個(gè)層次基于它的下一層提供的服務(wù)完成各自的功能，并向它的高層提供服務(wù)。物理層：電信號(hào)傳送鏈