西北工业大学 计算机网络课件第一章-计算机网络概述

计算机网络的发展
计算机网络的发展经历了4个阶段： 具有通信功能的单机系统阶段。 具有通信功能的多机系统阶段。
以共享资源为目的的计算机网络阶段。
以局域网以及互联网为支撑环境的分布
式计算机阶段。
具有通信功能的单机系统阶段



该系统又称为终端－计算机网络，是计算机网络的早期形式。是美国 为了战争中需要而建立的。 该系统的的特点是：所有计算机终端实际上是一个信息输入输出系统 而已，各终端系统没有任何进行数据处理的能力，各终端所发出的指 令均是通过网络送交到大型计算机主机上处理。 该系统与现代计算机网络的区别在于： 1：各终端没有数据处理能力，而需要共享主机系统的CPU、内存、存 储空间等资源，虽然主机系统通过时分复用的方式使各用户感觉不到 其他用户的存在，但是一旦主机工作异常，所有用户将受到影响。而 现代计算机网络的各终端是具有独立处理数据能力、独立内存、独立 存储空间的计算机系统。 2：由于终端没有数据处理能力，所以主机系统负荷较大，而且各终 端是通过RS-232C接口与各用户连接，即主机需要承担数据处理任务 和数据通信任务。而现代计算机网络终端是通过网络适配器完成连接， 所有数据通信任务均由该设备完成。 3：早期网络系统主机与终端使用低速RS-232C接口连接，线路利用率 不高，而且每个用户都要占用一个独立的RS-232C接口和通信线路并 且不论该线路的距离长短。现代计算机网络则使用高速交换网络和高 速通信设备，解决了这些问题。
通信网络的综合服务和宽带化
原有的电信技术从模拟传输向数字传输发
展，通过深挖自有资源，发展数字传输技 术，典型的有ATM、ISDN、DSL、SONET等 技术。这些技术都能够在保证提供原有语 音等传统服务的基础上在提供数字传输的 增值服务，并且速度不断提高。
网络智能化
操作和维护一个大型计算机网络是十分
资源共享
这一功能是促使网络诞生的重要因素之
一，通过该功能，人们可以相互共享包 括软件、硬件在内的所有计算机资源， 提高了资源的利用率，同时节省了大量 的成本，当然这一功能也带来了一些负 面效应，最大的影响就是促使了盗版的 猖獗。使用这一功能同样也需要相关软 硬件的支持，其中著名的资源共享服务 就是FTP服务。

局域网
与广域网组成相似，但是覆盖的地理面
积较小，一般为楼宇、厂矿、企业等固 定地域范围。 不同点在于逻辑结构和部分设备上有明 显区别，如没有FEP而使用NIC等。 基本组成为服务器server、客户机 client、对等机peers、网络设备、通信 介质、网络软件等。
通信子网与资源子网
以共享资源为目的的计算机网络阶段


这一阶段的计算机网络是计算机－计算机的网络，而 不在使用没有数据处理能力终端系统。 这种网络由两种结构，一种是主机通过通信线路与各 主机或计算机终端相连，但主机承担数据处理和通信 工作；另一种是通过FEP/CCP间接的将各主机或者计算 机终端连接，其中FEP/CCP负责通信部分的工作，而主 机则专注数据处理，他们共同组成资源共享的计算机 网络。 该阶段计算机网络的典型应用为1975年美国国防部高 级计划研究局的ARPNET，也就是internet的前身，同 时从该阶段起，各种国际标准被制定，为计算机网络 的发展奠定的坚实基础。
关于通信处理机（FEP/CCP）
自1946年世界上第一台数字电子计算机问世之后，有近 十年，计算机和通信并没有什么联系。1954年，为了能 在电话线路上方便的传输，就必须增加一个调制解调器 （又称modem。即猫），以完成数字信号和模拟信号之 间的转变。计算机与通信的结合就这样开始了。 由于单初计算机是为了成批处理信息而设计的，所以当 计算机和远程终端进行相连时，必须在计算机上增加一 个接口。通信处理机也称前端处理机FEP，有时也称前 端机。 远程终端的数量不断的增加，就有必要在远程终端比较 密集的地方增加一个集中器。这样，所用的高速线路的 容量就可以小于各低速线路的容量的总和，从而明显的 减低了通信线路的费用。
网络的安全性

由于网络的迅速普及，应用的日益广泛，由此 产生的安全问题日益受到人们关注，而每年由 于网络安全问题造成的经济损失超过数百亿美 元，同时由于网络的无国界性，导致网络安全 问题成为了全球网络网络安全问题。如何使网 络安全达到更高的级别从而避免更大的损失成 为当前各计算机网络设备厂商需要解决的首要 问题，而且这一没有硝烟的战场将永无休止的 存在。
按照网络单元的功能，我们将网络分为
两层，即内层通信子网和外层资源子网。 通信子网的节点计算机和高速线路组成 独立的数据系统，承担全网数据传输交 换加工和变换等通信处理工作。 资源子网包括计算机、终端、通信子网 接口和各种软件资源，他负责向全网用 户提供网络资源和服务。
通信子网与资源子网
计算机网络所具有的5个特点
在网络中的计算机的数量是多个，而不是单一。 各计算机是能够独立工作的系统。任何一台计算机都 不能干预其他计算机的工作，例如启动、停止等。任 意两台计算机之间不存在主从关系。 计算机可以处在异地，每台计算机所处的地理位置对 于所有用户来说是完全透明的。 处在异地的多台计算机由通信设备和线路进行连接， 从而使各自具有独立功能的计算机系统成为一个整体。 在连接起来的系统中必须有完善的通信协议、信息交 换技术、网络操作系统等软件对这个连接在一起的硬 件系统进行统一的管理，从而使其具备数据通信、远 程信息处理、资源共享功能。

构建一个网络所涉及到的方面



连接介质，介质可以是电缆、光纤、微波、红 外线等。 通信协议，各种用于计算机之间交换信息与通 信的协议组成了一个庞大的协议集合。 网络连接设备，如中继器、交换机、网桥、路 由器等。 网络软件，包括通信管理软件、网络操作系统、 网络应用软件等。 网络管理者，一个网络需要有高素质的网络工 程人员进行有效的管理，才能确保其正常有效 的运行。
冗余备份
冗余备份是为了提高可靠性而产生的一种技术， 该项技术借助网络在存储领域和各种关键的服 务器以及通信设备之间大量使用。目前使用最 多的是双机主从热备。 基本实现原理，主机作为当前服务提供者进行 正常的工作，从机通过网络监视主机的运行， 一旦从机发现主机工作异常，将自动将自己的 优先级别提高从而接替主机的工作，同时向网 络管理员发出报警。而原主机经过维护后重新 加入网络中，当然这时候他将与现在的主机协 调自己的身份，并按照协调的结果运行。
以局域网以及互联网为 支撑环境的分布式计算机阶段

局域网是继广域网之后发展起来的，它继承了 广域网的很多技术。但是局域网自有的特点使 其作为网络的一个独立分支发展。同时为了确 保各厂家的计算机和相关设备相互兼容，电器 与电子工程师学会IEEE成立了IEEE802学会， 并于1980年制定了IEEE802局域网通信协议标 准，至今，IEEE802家族已经发展到几十种不 同协议。
计算机网络的基本组成
广域网 局域网 通信子网与资源子网
广域网
广域网一般由主计算机、终端、通信处理机、通信设 备等网络单元经过通信线路连接组成。 主机一般是计算机网络中承担数据处理的计算机系统。 终端则是面向用户、实现人机对话的设备。 通信处理机是主计算机与通信线路单元之间连接的计 算机，负责处理通信控制和通信处理工作，从而提高 主计算机的工作效率。 通信设备是用来进行数据传输的设备，如集中器、信 号变换器(modem)、路由器、广域网交换机等。 通信线路使用来连接各个组成部分。按照速率不同有 高中低速之分。采用的介质可以是电缆光纤或者是微 波等。
随着科技的发展，计算机作为一种高速
的工具被广泛的应用到各行各业，但是 随着对于信息资源共享与信息传输的迫 切需要，促使越来越多的领域需要计算 机在一定范围之内联合起来进行群体工 作，在这种需求的背景下，计算机技术 与通信技术进行了结合，计算机网络从 此诞生。
计算机网络的定义

计算机网络就是将地理位置不同，且具有独立功能的 多个计算机系统利用通信设备和线路互相连接起来， 且以功能完善的网络软件（包括网络协议、网络操作 系统等）实现网络资源共享的系统。
负载均衡



负载均衡是一种分布式处理的具体实施，通过这种技 术，可以将大量的低速处理器资源通过网络集中在一 起，为完成一项任务而协同工作，从而达到接近大型 机的处理速度，但其成本相对使用大型机却低的多。 负载均衡目前通常使用轮询和应用服务器两种技术实 现，轮询主要通过DNS解析或者通过网络设备（如路由 器和负载均衡交换机）来完成。应用服务器主要是通 过架设软件集中平台来完成，这种方式更加稳定，同 时还具有一定的冗余备份功能。目前有很多著名的软 件公司在开发此类软件，典型代表有BEA公司的 weblogice系列和SUN公司的Iplant系列以及IBM公司 websphere系列。 此项技术目前最为广泛的应用是互联网的应用，如网 站服务，电子商务。
通信的可移动性
传统的计算机网络的使用都是通过计算
机终端实现的，但是这些计算机终端都 是被放置在某一固定地点。而笔记本电 脑是可以随身携带的，因此，可移动的 网络互连接入的需求日益增加，因此， 无线数字传输技术由此诞生。该技术使 用了类似传统蜂窝电话(如GSM)的技术方 式传输数字信号，使得移动设备也可以 随时接入网络。
具有通信功能的多机系统阶段



为了提高网络的性能，人们不断对网络技术进行创新， 并在主计算机的外围增加了一台专门负责进行数据通 信处理和通信控制的计算机，并且该计算机还能对用 户的作业进行一定的预处理以减轻主机的负担。该计 算机被称为前端处理机（FEP）或者通信控制处理机 （CCP）。同时在终端设备较多的地方设置集中器，将 低速的终端用户集中在一起，再用高速线路将集中器 连接在FEP/CCP或者主机上，这种系统被称为多机系统。 其结构为终端－低速通信线路－集中器－高速通信线 路－CCP/FEP－主机。CCP/FEP和集中器在当时一般使 用小型机担任，因此被称为具有通信功能的多计算机 系统。 其应用在当时主要使用在军事、金融、通信、交通、 等领域。