1.计算机网络概述及拓扑结构
合集下载
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
➢ 第二阶段为1994.4至1996年，是起步阶段（Full Function Connection）
1994年4月，中关村地区教育与科研示范网络工程进入互联 网，实现和Internet的TCP/IP连接，从而开通了Internet全功能服 务。从此中国被国际上正式承认为有互联网的国家。
➢ 第三阶段从1997年至今，是快速增长阶段。 国内互联网用户数97年以后基本保持每半年翻一番的增长速
为了实现计算机之间的通信交往、资源共享和协同工 作，利用通信设备和线路将地理位置分散的、各自具备自 主功能的一组计算机有机地联系起来，并且由功能完善的 网络操作系统和通信协议进行管理的计算机复合系统就是 计算机网络。概括地说，一个计算机网络必须具备以下三 个基本要素：
(1) 至少有两个具有独立操作系统的计算机，且它们之间 有相互共享某种资源的需求。
第一章 计算机网络概述
1.1 计算机网络的发展历史 1.2 计算机网络的拓扑结构 1.3 计算机网络的分类 1.4 计算机网络的组成 1.5 计算机网络的主要性能指标 1.6 计算机网络技术发展趋势 本章小结 习题
1.1.2 计算机网络的定义
计算机网络的定义是：将地理位置不同的，具有独立 功能的多台计算机及其外部设备通过通信线路连接起来， 在网络操作系统、网络管理软件及网络通信协议的管理和 协调下，实现资源共享和信息传递的计算机系统。
图1-5 典型的总线型拓扑结构
2. 星型拓扑(Star Topology)
星型拓扑是以一个节点为中心的处理系统，各种类型的入网计算 机均与该中心节点由物理链路直接相连，其他节点间不能直接通信，通 信时需要通过该中心节点转发。如图1-6所示，星型拓扑以中央节点为 中心，执行集中式通信控制策略，因此，中央节点相当复杂，而其余各 个节点的通信处理负担都很小，又称集中式网络。
2. 城域网 城域网(MAN，Metropolitan Area Network)有时又称之 为城市网、区域网、都市网。城域网介于LAN和WAN之 间，其覆盖范围通常为一个城市或地区，距离从几十千米 到上百千米。城域网通常采用光纤或微波作为网络的主干 通道，现在已经弱化这一划分概念。
3. 广域网 广域网(WAN，Wide Area Network)指的是实现计
(1) 管理信息系统(Management Information System， MIS)。
(2) 办公自动化(Office AutEoDmIa也tio被n俗，称O为A)“。无纸交易 ” 。它 (3) 信息检索系统(Informa是tio一n种Re利tr用ie计ve算S机ys进te行m商，务IR处S理)。的新 (4) 电子收款机系统(Point银方of行法S和。el海lEsD，关I是等PO将行S贸业)。易的、信运息输，、用保一险种、国 (5) 分布式控制系统(Distri际bu公te认d 的Co标n准tro格l 式Sy，st通em过，计D算C机S通)。信
图1-6 星型拓扑结构
3. 环型拓扑(Ring Topology) 环型拓扑是将各台联网的计算机用通信线路连接成一个闭合的环。 如图1-8所示是一个点到点的环路，每台设备都直接连接到环上，或通 过一个分支电缆连到环上。在环型结构中，信息按固定方向流动，或按 顺时针方向，或按逆时针方向。典型的环型网络有令牌环网(Token Ring)和光纤分布式接口网络(FDDI)等
网络，使各有关部门、公司与企业之
(6) 计算机集成与制造系统间(C进o行m数pu据te交r 换In与teg处ra理te，d并完成以贸 Manufacturing System，CIMS)。 易为中心的全部业务过程。
(7) 电子数据交换系统(Electronic Data Interchange System，EDI)。
互联网在中国的发展历程划分为三个阶段：
➢ 第一阶段为1986.6－1993.3是研究试验阶段(E-mail Only) 在此期间中国一些科研部门和高等院校开始研究Internet联网
技术，并开展了科研课题和科技合作工作。这个阶段的网络应
用仅限于小范围内的电子邮件服务，而且仅为少数高等院校、 研究机构提供电子邮件服务。
1.1.3 计算机网络的功能和应用
1. 计算机网络的功能 计算机网络技术使计算机的应用范围和其自身的功能 有了突破性的发展。作为计算机网络应当具有以下三个基 本功能： (1) 计算机之间和计算机用户之间的相互通信交往。 (2) 资源共享，包含计算机硬件资源、软件资源和数据 与信息资源共享。 (3) 计算机之间或计算机用户之间的协同工作。
其主要特点是：在计算机内部增加通信概念，可以让 远地站点的I/O设备通过通信线路直接和计算机相连，做到 输入、处理同时进行，任务完成后将处理结果送回远地点， 如图1-1和图1-2所示。
图1-1 具有通信功能的单机系统
图1-2 面向终端的网络
2. 初级计算机网络 第二代计算机网络又称为计算机-计算机网络，是具有 通信功能的多机系统，又称为复杂联机系统。
(8) 信息服务系统。
1.2 计算机网络的拓扑结构
1.2 计算机网络的拓扑结构
1.2.1 计算机网络拓扑的定义 拓扑结构的定义：由点和线构成的数学几何关系，用于 描述网络设备与物理链路之间的简单点线几何关系。
拓扑结构方案设计是工程实现计算机网络的起点，也是实 现各种网络协议的基础。计算机网络拓扑主要是指通信子 网的拓扑构型。
图1-9 树型网络拓扑结构
5. 网状拓扑 网状结构分为全连接网状和不完全连接网状两种形式。 在全连接网状结构中，每一个节点和网中其他节点均有链 路连接。在不完全连接网状结构中，两节点之间不一定有 直接链路连接，它们之间的通信依靠其他节点转发。
这种网络的优点是节点间路径多，碰撞和阻塞可大大 减少，局部的故障不会影响整个网络的正常工作，可靠性 高；网络扩充和主机入网比较灵活简单。但这种网络关系 复杂，建网和网络控制机制复杂。广域网中一般用不完全 连接网状结构，如图1-10所示。
度。据中国互联网络信息中心（CNNIC）截止日期2012-06-30公 布的统计报告显示网民规模突破5.38亿。网民数量5.38亿 ，网站 数250万，国际出口宽带数1,548,811Mbps，IPv4 3.30亿，注册 的域名数873万，
1.1.1 计算机网络的发展
计算机网络的发展经历了以下四个阶段。 1. 面向终端的计算机通信网络 20世纪50年代中期至20世纪60年代末期，计算机技术 与通信技术初步结合，形成了计算机网络的雏形。这个时 期的计算机网络被称为简单联机系统，主要目的是解决远 地站点的计算机问题。
图1-10 网状拓扑结构
1.3 计算机网络的分类
1.3.1 按网络的覆盖范围划分
根据计算机网络所覆盖的地理范围、信息的传递速率及其应用目 的，计算机网络通常被分为局域网、城域网、广域网。这也是目前较 为流行的一种分类方法。
1. 局域网
局域网(LAN，Local Area Network)也称局部网，是指将有限的地 理区域内的各种通信设备互连在一起的通信网络。它具有很高的传输 速率(几十至千兆比特)，其覆盖范围一般不超过几十千米，通常将一 座大楼或一个校园内分散的计算机连接起来构成LAN，同时以是否处 于限定范围及是否接入同层设备作为判定的条件。 局域网LAN（内网）:拥有独立的产权和管理权
算机远距离连接的计算机网络，可以把众多的城域网、 局域网连接起来，也可以把全球的城域网、局域网连 接起来。
4. 接入网
接入网(AN，Access Network)又称本地接入网或用户接 入网。它是近年来由于用户对高速上网需求的增加而出现 的一种网络技术。如图1-11所示。接入网是局域网(或校园 网)和城域网之间的桥接区。接入网提供多种高速接入技术， 使用户接入Internet的瓶颈得到某种程度上的解决。各类网 络具有的特征参数见表1-1。总的规律是距离越长，速率越 低。局域网距离最短，传输速率最高，一般以距离中心机 房为判定条件。
这个时期的网络有效地解决了主机负担重的问题，在主机前设置 一个前端处理机，负责与主机通信，使主机从繁重的通信任务中解脱出 来，集中精力完成数据处理；同时在终端集中区域设置线路集中器，大 量终端通过低速线路连接到集中器，而集中器通过高速专线和主机相连， 这样有效地解决了线路利用率低的问题，如图1-3所示。
1.2.2 网络拓扑结构的分类
计算机网络的物理连接方式叫做网络的拓扑结构。常用 的计算机网络的拓扑结构有：总线型、星型、环型、树型、 网状和组合型拓扑结构。
1. 总线型拓扑(Baidu Nhomakorabeaus Topology) 总线型拓扑采用单根传输线作为传输介质，它将所有入 网的计算机通过相应的硬件接口直接接入到一条通信线路上。
1.1 计算机网络的发展历史
Internet的起源和发展:
➢20世纪50年代中期，美国的半自动地面防空系统（SemiAutomatic Ground Environment，SAGE）开始了计算机技术 与通信技术相结合的尝试，在SAGE系统中把远程距离的雷 达和其他测控设备的信息经由线路汇集至一台IBM计算机 上进行集中处理与控制。 ➢1969年美国国防部高级研究计划署DARPA（Defence Advanced Research Projects Agency）的前身ARPAnet投入使 用,标志现代计算机网络的诞生 。 ➢1983年，ARPAnet分裂为两部分，民用 NFSnet和纯军事 用的MILNET。 ➢1991年底 NSFnet正式对美国公民个人开放，更名为 Internet。
图1-8 环型拓扑结构
举例：ABCDE 5栋大楼，1）可以怎样连接， 2）总线型，环形，星型连接，B出现故障，有何影响？
3）三种拓扑结构的优缺点。
4. 树型拓扑(Tree Topology) 树型拓扑是由总线拓扑演变而来的，它把星型和总线 型结合起来，形状像一棵倒置的树，顶端有一个带分支的 根，每个分支还可以延伸出子分支，如图1-9所示。
图1-3 具有通信功能的多机系统
3. 开放式的标准化计算机网络 分组交换网以通信子网为中心，主机与终端都处于网 络的外围，构成了用户资源网，可以共享的资源得到了 有效的扩充，如图1-4所示。
图1-4 开放式的标准化计算机网络
4. 新一代的综合性、智能化、宽带高速网络 20世纪90年代中期至21世纪初期，宽带网络技术的发 展为社会信息化提供了技术基础，网络与信息安全技术为 网络应用提供了重要安全保障，基于光纤通信技术的宽带 城域网与接入技术，以及移动计算机网络、网络多媒体计 算、网络并行计算、网格计算等新技术的应用，使计算机 网络与Internet(即因特网)向着全面互连、高速和智能化发展， 并得到了广泛的应用。
图1-11 广域网、城域网、接入网和局域网的关系
表1-1 各类计算机网络的特征参数
网络分类 缩写 分布距离大约为
局域网 LAN 城域网 MAN
10m 100m 1Km 10Km
广域网 WAN 100～1000km
机位范围 房间 建筑物 校园 城市 国家
传输速率范 围
4 Mb/s～10 Gb/s
50 kb/s～2 Gb/s
(2) 两个独立的计算机之间必须有某种通信手段将其连接。 (3) 网络中的各个独立的计算机之间要能相互通信，必须 制定相互可确认的规范标准或协议。
网络的三要素：
•a.基本功能：数据通信、资源共享 •b.独立性（地理独立、功能独立） •c.控制协议的标准化 TCP/IP 以上三条是组成一个网络的必要条件，三者缺一不可。
2. 计算机网络的典型应用
随着高速信息社会进程的推进，通信和计算机技术的 迅猛发展，计算机网络的应用日益多元化，打破了空间和 时间的限制，几乎深入到社会的各个领域。可以在一套系 统上提供集成的信息服务，包括来自政治、经济等方面的 信息资源，同时还提供多媒体信息，如图像、语音、动画 等，在多功能、多元化的发展趋势下，许多网络应用的新 形式不断出现，如电子邮件、IP-Phone、视频点播、网上交 易、视频会议等。其应用可归纳为下列几个方面：
1994年4月，中关村地区教育与科研示范网络工程进入互联 网，实现和Internet的TCP/IP连接，从而开通了Internet全功能服 务。从此中国被国际上正式承认为有互联网的国家。
➢ 第三阶段从1997年至今，是快速增长阶段。 国内互联网用户数97年以后基本保持每半年翻一番的增长速
为了实现计算机之间的通信交往、资源共享和协同工 作，利用通信设备和线路将地理位置分散的、各自具备自 主功能的一组计算机有机地联系起来，并且由功能完善的 网络操作系统和通信协议进行管理的计算机复合系统就是 计算机网络。概括地说，一个计算机网络必须具备以下三 个基本要素：
(1) 至少有两个具有独立操作系统的计算机，且它们之间 有相互共享某种资源的需求。
第一章 计算机网络概述
1.1 计算机网络的发展历史 1.2 计算机网络的拓扑结构 1.3 计算机网络的分类 1.4 计算机网络的组成 1.5 计算机网络的主要性能指标 1.6 计算机网络技术发展趋势 本章小结 习题
1.1.2 计算机网络的定义
计算机网络的定义是：将地理位置不同的，具有独立 功能的多台计算机及其外部设备通过通信线路连接起来， 在网络操作系统、网络管理软件及网络通信协议的管理和 协调下，实现资源共享和信息传递的计算机系统。
图1-5 典型的总线型拓扑结构
2. 星型拓扑(Star Topology)
星型拓扑是以一个节点为中心的处理系统，各种类型的入网计算 机均与该中心节点由物理链路直接相连，其他节点间不能直接通信，通 信时需要通过该中心节点转发。如图1-6所示，星型拓扑以中央节点为 中心，执行集中式通信控制策略，因此，中央节点相当复杂，而其余各 个节点的通信处理负担都很小，又称集中式网络。
2. 城域网 城域网(MAN，Metropolitan Area Network)有时又称之 为城市网、区域网、都市网。城域网介于LAN和WAN之 间，其覆盖范围通常为一个城市或地区，距离从几十千米 到上百千米。城域网通常采用光纤或微波作为网络的主干 通道，现在已经弱化这一划分概念。
3. 广域网 广域网(WAN，Wide Area Network)指的是实现计
(1) 管理信息系统(Management Information System， MIS)。
(2) 办公自动化(Office AutEoDmIa也tio被n俗，称O为A)“。无纸交易 ” 。它 (3) 信息检索系统(Informa是tio一n种Re利tr用ie计ve算S机ys进te行m商，务IR处S理)。的新 (4) 电子收款机系统(Point银方of行法S和。el海lEsD，关I是等PO将行S贸业)。易的、信运息输，、用保一险种、国 (5) 分布式控制系统(Distri际bu公te认d 的Co标n准tro格l 式Sy，st通em过，计D算C机S通)。信
图1-6 星型拓扑结构
3. 环型拓扑(Ring Topology) 环型拓扑是将各台联网的计算机用通信线路连接成一个闭合的环。 如图1-8所示是一个点到点的环路，每台设备都直接连接到环上，或通 过一个分支电缆连到环上。在环型结构中，信息按固定方向流动，或按 顺时针方向，或按逆时针方向。典型的环型网络有令牌环网(Token Ring)和光纤分布式接口网络(FDDI)等
网络，使各有关部门、公司与企业之
(6) 计算机集成与制造系统间(C进o行m数pu据te交r 换In与teg处ra理te，d并完成以贸 Manufacturing System，CIMS)。 易为中心的全部业务过程。
(7) 电子数据交换系统(Electronic Data Interchange System，EDI)。
互联网在中国的发展历程划分为三个阶段：
➢ 第一阶段为1986.6－1993.3是研究试验阶段(E-mail Only) 在此期间中国一些科研部门和高等院校开始研究Internet联网
技术，并开展了科研课题和科技合作工作。这个阶段的网络应
用仅限于小范围内的电子邮件服务，而且仅为少数高等院校、 研究机构提供电子邮件服务。
1.1.3 计算机网络的功能和应用
1. 计算机网络的功能 计算机网络技术使计算机的应用范围和其自身的功能 有了突破性的发展。作为计算机网络应当具有以下三个基 本功能： (1) 计算机之间和计算机用户之间的相互通信交往。 (2) 资源共享，包含计算机硬件资源、软件资源和数据 与信息资源共享。 (3) 计算机之间或计算机用户之间的协同工作。
其主要特点是：在计算机内部增加通信概念，可以让 远地站点的I/O设备通过通信线路直接和计算机相连，做到 输入、处理同时进行，任务完成后将处理结果送回远地点， 如图1-1和图1-2所示。
图1-1 具有通信功能的单机系统
图1-2 面向终端的网络
2. 初级计算机网络 第二代计算机网络又称为计算机-计算机网络，是具有 通信功能的多机系统，又称为复杂联机系统。
(8) 信息服务系统。
1.2 计算机网络的拓扑结构
1.2 计算机网络的拓扑结构
1.2.1 计算机网络拓扑的定义 拓扑结构的定义：由点和线构成的数学几何关系，用于 描述网络设备与物理链路之间的简单点线几何关系。
拓扑结构方案设计是工程实现计算机网络的起点，也是实 现各种网络协议的基础。计算机网络拓扑主要是指通信子 网的拓扑构型。
图1-9 树型网络拓扑结构
5. 网状拓扑 网状结构分为全连接网状和不完全连接网状两种形式。 在全连接网状结构中，每一个节点和网中其他节点均有链 路连接。在不完全连接网状结构中，两节点之间不一定有 直接链路连接，它们之间的通信依靠其他节点转发。
这种网络的优点是节点间路径多，碰撞和阻塞可大大 减少，局部的故障不会影响整个网络的正常工作，可靠性 高；网络扩充和主机入网比较灵活简单。但这种网络关系 复杂，建网和网络控制机制复杂。广域网中一般用不完全 连接网状结构，如图1-10所示。
度。据中国互联网络信息中心（CNNIC）截止日期2012-06-30公 布的统计报告显示网民规模突破5.38亿。网民数量5.38亿 ，网站 数250万，国际出口宽带数1,548,811Mbps，IPv4 3.30亿，注册 的域名数873万，
1.1.1 计算机网络的发展
计算机网络的发展经历了以下四个阶段。 1. 面向终端的计算机通信网络 20世纪50年代中期至20世纪60年代末期，计算机技术 与通信技术初步结合，形成了计算机网络的雏形。这个时 期的计算机网络被称为简单联机系统，主要目的是解决远 地站点的计算机问题。
图1-10 网状拓扑结构
1.3 计算机网络的分类
1.3.1 按网络的覆盖范围划分
根据计算机网络所覆盖的地理范围、信息的传递速率及其应用目 的，计算机网络通常被分为局域网、城域网、广域网。这也是目前较 为流行的一种分类方法。
1. 局域网
局域网(LAN，Local Area Network)也称局部网，是指将有限的地 理区域内的各种通信设备互连在一起的通信网络。它具有很高的传输 速率(几十至千兆比特)，其覆盖范围一般不超过几十千米，通常将一 座大楼或一个校园内分散的计算机连接起来构成LAN，同时以是否处 于限定范围及是否接入同层设备作为判定的条件。 局域网LAN（内网）:拥有独立的产权和管理权
算机远距离连接的计算机网络，可以把众多的城域网、 局域网连接起来，也可以把全球的城域网、局域网连 接起来。
4. 接入网
接入网(AN，Access Network)又称本地接入网或用户接 入网。它是近年来由于用户对高速上网需求的增加而出现 的一种网络技术。如图1-11所示。接入网是局域网(或校园 网)和城域网之间的桥接区。接入网提供多种高速接入技术， 使用户接入Internet的瓶颈得到某种程度上的解决。各类网 络具有的特征参数见表1-1。总的规律是距离越长，速率越 低。局域网距离最短，传输速率最高，一般以距离中心机 房为判定条件。
这个时期的网络有效地解决了主机负担重的问题，在主机前设置 一个前端处理机，负责与主机通信，使主机从繁重的通信任务中解脱出 来，集中精力完成数据处理；同时在终端集中区域设置线路集中器，大 量终端通过低速线路连接到集中器，而集中器通过高速专线和主机相连， 这样有效地解决了线路利用率低的问题，如图1-3所示。
1.2.2 网络拓扑结构的分类
计算机网络的物理连接方式叫做网络的拓扑结构。常用 的计算机网络的拓扑结构有：总线型、星型、环型、树型、 网状和组合型拓扑结构。
1. 总线型拓扑(Baidu Nhomakorabeaus Topology) 总线型拓扑采用单根传输线作为传输介质，它将所有入 网的计算机通过相应的硬件接口直接接入到一条通信线路上。
1.1 计算机网络的发展历史
Internet的起源和发展:
➢20世纪50年代中期，美国的半自动地面防空系统（SemiAutomatic Ground Environment，SAGE）开始了计算机技术 与通信技术相结合的尝试，在SAGE系统中把远程距离的雷 达和其他测控设备的信息经由线路汇集至一台IBM计算机 上进行集中处理与控制。 ➢1969年美国国防部高级研究计划署DARPA（Defence Advanced Research Projects Agency）的前身ARPAnet投入使 用,标志现代计算机网络的诞生 。 ➢1983年，ARPAnet分裂为两部分，民用 NFSnet和纯军事 用的MILNET。 ➢1991年底 NSFnet正式对美国公民个人开放，更名为 Internet。
图1-8 环型拓扑结构
举例：ABCDE 5栋大楼，1）可以怎样连接， 2）总线型，环形，星型连接，B出现故障，有何影响？
3）三种拓扑结构的优缺点。
4. 树型拓扑(Tree Topology) 树型拓扑是由总线拓扑演变而来的，它把星型和总线 型结合起来，形状像一棵倒置的树，顶端有一个带分支的 根，每个分支还可以延伸出子分支，如图1-9所示。
图1-3 具有通信功能的多机系统
3. 开放式的标准化计算机网络 分组交换网以通信子网为中心，主机与终端都处于网 络的外围，构成了用户资源网，可以共享的资源得到了 有效的扩充，如图1-4所示。
图1-4 开放式的标准化计算机网络
4. 新一代的综合性、智能化、宽带高速网络 20世纪90年代中期至21世纪初期，宽带网络技术的发 展为社会信息化提供了技术基础，网络与信息安全技术为 网络应用提供了重要安全保障，基于光纤通信技术的宽带 城域网与接入技术，以及移动计算机网络、网络多媒体计 算、网络并行计算、网格计算等新技术的应用，使计算机 网络与Internet(即因特网)向着全面互连、高速和智能化发展， 并得到了广泛的应用。
图1-11 广域网、城域网、接入网和局域网的关系
表1-1 各类计算机网络的特征参数
网络分类 缩写 分布距离大约为
局域网 LAN 城域网 MAN
10m 100m 1Km 10Km
广域网 WAN 100～1000km
机位范围 房间 建筑物 校园 城市 国家
传输速率范 围
4 Mb/s～10 Gb/s
50 kb/s～2 Gb/s
(2) 两个独立的计算机之间必须有某种通信手段将其连接。 (3) 网络中的各个独立的计算机之间要能相互通信，必须 制定相互可确认的规范标准或协议。
网络的三要素：
•a.基本功能：数据通信、资源共享 •b.独立性（地理独立、功能独立） •c.控制协议的标准化 TCP/IP 以上三条是组成一个网络的必要条件，三者缺一不可。
2. 计算机网络的典型应用
随着高速信息社会进程的推进，通信和计算机技术的 迅猛发展，计算机网络的应用日益多元化，打破了空间和 时间的限制，几乎深入到社会的各个领域。可以在一套系 统上提供集成的信息服务，包括来自政治、经济等方面的 信息资源，同时还提供多媒体信息，如图像、语音、动画 等，在多功能、多元化的发展趋势下，许多网络应用的新 形式不断出现，如电子邮件、IP-Phone、视频点播、网上交 易、视频会议等。其应用可归纳为下列几个方面：