第6章 计算机网络基础
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（1）总线型
所有主机都通过相应的硬 件接口链接到一根中心传 输线上（总线，bus）
• 采用同轴电缆或双绞线作为传输介质。 • 所有结点都可以通过总线发送和接收数据，但同一时刻只能有一个 结点利用总线发送数据。
• 结构简单灵活、可靠性高、安装使用方便、成本低。
• 总线为所有结点共享，经常会出现争用线路的情况，实时性较差。 • 一旦总线上的任何位置被切断或短路，整个网络就无法使用。
路由器
–用于连接多个逻辑分 开的网络 –在信息包传递时实现 “路由选择”功能 –处于ISO模型的网络层 –是Internet中骨干网 间互联必不可少的设备
路由器
• 路由器是一种连接多个网络或网段的网络设备，它能将不同
网络或网段之间的数据信息进行“翻译”，以使它们能够相
互“读懂”对方的数据，从而构成一个更大的网络。
按计算机网络的分布距离分类
微微网 个人局域网 局域网 城域网 广域网
广域网
(Wide Area Network,WAN ）
• 覆盖范围从几十千米到几千千米，跨 越城市、地区、国家甚至大洲，连接 不同地域的大型主机系统或局域网。 • 采用光缆公共线路或微波通信、卫星 通信等方式进行网络传输。
6.1.4 计算机网络的拓扑结构
（5）网状结构
结点之间的连接是任意 的、无规律的
• 系统可靠性高，但结构复杂，由于一个结点到另一个结点之 间的数据通路有多条，因此，必须采用路由选择算法。 • 目前，几乎所有的广域网都采用网状拓扑结构。
6.1.5 计算机网络的体系结构
计算机网络体系结构
–根据功能划分的层次 –同层进程间通信的协议 –相邻层之间的接口和服务
按计算机网络的分布距离分类
微微网 个人局域网 局域网 城域网 广域网
个人局域网
（Personal Area Network,PAN）
采用短距离无线传输进 行网络连接，一般网络范围 限制在100米以内。
部分应用与微微网类似， 但不仅限于蓝牙技术互联， 联网设备数量也可更多。
按计算机网络的分布距离分类
• 建设费用高，传输速率低，错误率比 局域网高，网络拓扑结构复杂。 • 互联网（Internet）是大家最熟悉的、 应用最多的、规模最大的广域网。
6.1.3 计算机网络的功能
（1）信息交换
（2）计算机系统的资源共享 （3）提高了系统的可靠性和可用性
（4）分布式处理
6.1.4 计算机网络的拓扑结构
6.1.4 计算机网络的拓扑结构
（3）星型
所有的结点都通过独立的线路 链接到一个中心的交汇点，中 心节点外的任何两个节点之间 没有直接联通的线路。
• 优点——结构简单、建网容易、便于管理和控制，网络中各 结点都有自己的通路，数据在线路上的传输不会发生碰撞。 • 缺点——一旦中心结点出现故障，则全网瘫痪。
• 路由器主要有以下几种功能：
-- 网络互连：路由器支持各种局域网和广域网接口，主要 用于互连局域网和广域网，实现不同网络互相通信；
研究重点是计算机之间的互联和信息传输 网络模型
–OSI参考模型:为解不同系统的互连而提出的模型。
–TCP/IP体系结构
OSI参考模型
如果主机A上的进程P1向主机B上的进程 P2 传送数据,P1先将数据交给应用层,应用层 A主机 在数据上加上必要的控制信息变成下一层 B主机 的数据.表示层收到数据后加上本层的控制 信息,再交给会话层应用层 ,依次类推.到达物理层 应用层 资 后,由于是比特流的传送,不必加控制信息 . 表示层 表示层 源 子 会话层 会话层 当传送到对方站点时,就从物理 网 层开始依次上升到应用层 .每一 传输层 传输层 层根据对应的控制信息进行必要 网络层 网络层 通 的操作,剥去控制信息后,将剩余 信 链路层 链路层 的数据提交给上一层. 子 物理层 物理层 网
第6章 计算机网络基础
6.1 计算机网络概述
6.2 数据通信基础 6.3 计算机网络的组成
6.4 局域网
6.1 计算机网络概述
6.1.1 计算机网络的形成与发展
第一阶段——面向终端的计算机网 第二阶段——计算机—计算机网络 第三阶段——开放式标准化网络 第四阶段——网络互联时代
6.1.2 计算机网络的定义和分类
按计算机网络的分布距离分类
微微网 个人局域网 局域网 城域网 广域网
城域网
(Metropolitan Area Network,MAN ） 城域网的覆盖范围一般在几十 到几百千米，相当于一个城市的规 模。它连接着多个局域网，是局域 网的扩展和延伸。 城域网设计的目标是满足大量 企业、机关、公司的多个局域网的 互联要求，以实现大量用户之间多 种信息的传输功能。
• 以太网卡（使用最多的）
• 与计算机大多采用PCI接口 • 与网络接口大多为RJ-45接口（双绞线连接）
• 按传输速率可分为：10M、100M、1000M网卡
• 无线网卡
• 按接口可分为PCI网卡、PCMCIA网卡、USB网卡
集线器
• 在局域网中常以集线器为中心，将所有分散的工作站 与服务器连接在一起，形成星形结构的局域网系统。
6.1.4 计算机网络的拓扑结构
（2）环型
所有主机都通过相应的硬件接口链 接到一个封闭的环上，环中的数据 沿着一个方向绕环逐站传输。
• 优点——结构比较简单、负载能力强且均衡、可靠性高、 信号流向是定向的、无信号冲突。 • 缺点——结点过多时影响传输速率，环中的任意一个结点 或一条传输介质出现故障都将导致整个网络无法正常工作。
互连物理传输媒体
例：主机A上的进程P1向主机B上的进程 P2Hale Waihona Puke Baidu送数据的过程。
TCP/IP体系结构
TCP/IP
― 传输控制协议/互联网协议
― Transmission Control Protocol/Internet Protocol
― 美国国防部高级研究计划局为实现异构网络之间的互连提出的。 ― 具有如下四个特点：
6.3.2 通信线路和网络设备
1．通信线路
有线介质
–双绞线
• 由两根绝缘金属导线相互缠绕而成。 • 传输距离小于100米,组网方便,价格便宜。
–同轴电缆
和双绞线相比，同轴电缆具有很高的抗干扰能力，通 信容量也大，适应范围较宽。
–光纤
一种性能极好的有线传输介质，它利用传递光脉冲进 行数据通信。
1．通信线路
6.3 计算机网络的组成
6.3.1 网络中的主机
1. 计算机在网络中的工作模式
对等网络模式 在对等网络模式中，相互通信的计算机之间地 （Peer to Peer Network） 位相同，没有主从之分。 以服务器为中心，服务器是整个应用系统资源 客户机/服务器模式 的存储与管理中心，多台客户机则各自处理相 （Client/Server，C/S） 应的功能，共同实现完整的应用。 B/S模式是对C/S结构的一种改进。在这种结构 浏览器/服务器模式 下，软件应用的业务逻辑完全在应用服务器端 （Browser/Server，B/S） 实现，用户要求完全在Web服务器实现，客户 端只需要浏览器即可进行业务处理。
结点的物理层上按位传递信息，完成信号的 复制、调整和放大功能，保持与原数据相同， 以此来延长网络的长度。
交换机
• 交换机是一种基于MAC地址识别，能完成封装转发数 据包功能的网络设备。 • 交换机可以“学习”MAC地址，并把其存放在内部地 址表中，通过在数据帧的始发者和目标接收者之间建 立临时的交换路径，使数据帧直接由源地址到达目的 地址 • 交换机能够解决网络传输碰撞冲突的问题， 提高网络的利用率。
TCP/IP模型 应用层 传输层
网际层（IP层）
网络层
链路层 物理层
网络接口层
相似之处：都是分层结构，层的定义相似。但仍是两个不同的网络体系结构。 TCP/IP——占据了统治地位，已成为事实上的国际标准和工业标准。 OSI模型——是一个理论上设计完整、严谨的网络体系结构，对了解和研究 网络起着非常重要的作用。
开放协议标准，免费使用，独立于特定的计算机硬件与操作系统。
独立于特定的网络硬件，可以运行在局域网、广域网中，更适用 于网络互联。 统一的网络地址分配方案，使网络中的每台主机在网中都具有唯 一的地址。 标准化的高层协议，可以提供多种可靠的用户服务。
TCP/IP体系结构
OSI参考模型
应用层 表示层 会话层 传输层
微微网 个人局域网 局域网 城域网 广域网
局域网
(Local Area Network,LAN ）
用微型计算机通过高速通信线 路相互连接起来，覆盖范围一般在 几千米以内，最大距离不超过10km。 具有信号传输速度快、可靠性 好、网络的建设费用低、网络拓扑 结构简单、容易扩充和管理等特点， 适合于中小型单位的计算机联网， 为单一组织或机构拥有和使用。
• 优点 —— 其中一个结点的线路发生故障时不影响其他
结点。 • 集线器只是一个信号放大再生和中转的设备，不具备 自动寻址能力和交换作用。 • 它发送数据时没有针对性，采用广播
方式发送，容易形成数据阻塞。
中继器
• 常用于两个网络结点之间物理信号的双向转
发工作。
• 中继器主要完成物理层的功能，负责在两个
网络适配器
MAC地址
• 介质访问控制（Media Access Control）地址，也叫网卡
地址或硬件地址。
• 由网络设备制造商生产时写在网卡中，每个网卡在出厂时被 赋予了一个全世界范围内唯一的地址。 • MAC地址是由48位二进制数组成的，通常分成6段，用十六 进制数表示
网络适配器
常用网卡类型：
无线介质
– 微波通信、卫星通信
• 频带宽、容量大、有具好的抗灾性、用途最广
• 易受信号和空间障碍物干扰，必须严格管理
– 红外线通信与蓝牙技术
• 短距离传输
• 蓝牙技术给红外线通信带来极大冲击
– 无线激光通信
• 用激光束做为传输信道
• 无线网络是有线连网方式的重要补充和延伸
2．网络设备
网络适配器
按计算机网络的分布距离分类
微微网 个人局域网 局域网 城域网 广域网
微微网（Piconet）
由采用蓝牙技术的设备以 特定方式组成的网络，传输距 离约为10米左右。微微网最多 由8台设备构成。
当一个微微网建立时，只 有一台为主设备，其他均为从 设备，而且在一个微微网存在 期间将一直维持这一状况。
1.计算机网络的定义
计算机网络是利用通信线路和网络设备，将位于不同地 理位置且具有独立功能的计算机连接起来，在网络软件的支 撑下，实现计算机的分布与协同工作，进行信息交换和硬件 资源共享的系统。
计算机网络的三大要素：
计算机
通信线路和网络设备
通信协议和网络软件
2. 计算机网络的分类
• 按交换方式分： 电路交换网、报文交换网、分组交换网 • 按拓扑结构分： 总线型网、星形网、环形网、树形网 • 按传输介质分： 双绞线网、同轴电缆网、光纤网、无线网 • 按信道的带宽分： 窄带网、宽带网 • 按用途分： 公用网、专用网
6.3.1 网络中的主机
2．服务器
服务器是一种高档计算机，其构成与普通微型计算机基本 类似，是指在网络上充当提供共享资源、控制网络客户机工作 的计算机。服务器是针对具体的网络应用特别设计制作的，各 种性能均高于普通微型计算机，服务器上一般要运行网络操作 系统。
3．客户机
客户机的命名是根据计算机在网络中的作用来定义的。从 计算机角度来讲就是一台一般的计算机，既可以单机使用，也 可以联网工作，从网上获取资源。
又叫网络接口卡（Network Interface Card，NIC），简 称网卡，是局域网中最基本的元素，用于实现计算机和传输介 质的物理连接。
功 能：
• 负责整理计算机要发往网络上的数据，把数据分解为大小 适当的数据包，转换为能够在相应传输介质上传输的信号， 送入网络； • 负责接收网络上的数据包，解包后，将数据通过主板上的 总线传输给本地计算机进行处理。
6.1.4 计算机网络的拓扑结构
（4）树型
是一种分级结构，树最 上端的结点叫根结点， 一个结点发送信息时， 根结点接收该信息并向 全树广播。 • 优点——线路利用率高、网络成本低、结构比较简单，改善 了星形结构的可靠性和扩充性。 • 缺点——如果中间层结点出现故障，则下层的结点间就不能 交换信息，对根结点的依赖性太大。
所有主机都通过相应的硬 件接口链接到一根中心传 输线上（总线，bus）
• 采用同轴电缆或双绞线作为传输介质。 • 所有结点都可以通过总线发送和接收数据，但同一时刻只能有一个 结点利用总线发送数据。
• 结构简单灵活、可靠性高、安装使用方便、成本低。
• 总线为所有结点共享，经常会出现争用线路的情况，实时性较差。 • 一旦总线上的任何位置被切断或短路，整个网络就无法使用。
路由器
–用于连接多个逻辑分 开的网络 –在信息包传递时实现 “路由选择”功能 –处于ISO模型的网络层 –是Internet中骨干网 间互联必不可少的设备
路由器
• 路由器是一种连接多个网络或网段的网络设备，它能将不同
网络或网段之间的数据信息进行“翻译”，以使它们能够相
互“读懂”对方的数据，从而构成一个更大的网络。
按计算机网络的分布距离分类
微微网 个人局域网 局域网 城域网 广域网
广域网
(Wide Area Network,WAN ）
• 覆盖范围从几十千米到几千千米，跨 越城市、地区、国家甚至大洲，连接 不同地域的大型主机系统或局域网。 • 采用光缆公共线路或微波通信、卫星 通信等方式进行网络传输。
6.1.4 计算机网络的拓扑结构
（5）网状结构
结点之间的连接是任意 的、无规律的
• 系统可靠性高，但结构复杂，由于一个结点到另一个结点之 间的数据通路有多条，因此，必须采用路由选择算法。 • 目前，几乎所有的广域网都采用网状拓扑结构。
6.1.5 计算机网络的体系结构
计算机网络体系结构
–根据功能划分的层次 –同层进程间通信的协议 –相邻层之间的接口和服务
按计算机网络的分布距离分类
微微网 个人局域网 局域网 城域网 广域网
个人局域网
（Personal Area Network,PAN）
采用短距离无线传输进 行网络连接，一般网络范围 限制在100米以内。
部分应用与微微网类似， 但不仅限于蓝牙技术互联， 联网设备数量也可更多。
按计算机网络的分布距离分类
• 建设费用高，传输速率低，错误率比 局域网高，网络拓扑结构复杂。 • 互联网（Internet）是大家最熟悉的、 应用最多的、规模最大的广域网。
6.1.3 计算机网络的功能
（1）信息交换
（2）计算机系统的资源共享 （3）提高了系统的可靠性和可用性
（4）分布式处理
6.1.4 计算机网络的拓扑结构
6.1.4 计算机网络的拓扑结构
（3）星型
所有的结点都通过独立的线路 链接到一个中心的交汇点，中 心节点外的任何两个节点之间 没有直接联通的线路。
• 优点——结构简单、建网容易、便于管理和控制，网络中各 结点都有自己的通路，数据在线路上的传输不会发生碰撞。 • 缺点——一旦中心结点出现故障，则全网瘫痪。
• 路由器主要有以下几种功能：
-- 网络互连：路由器支持各种局域网和广域网接口，主要 用于互连局域网和广域网，实现不同网络互相通信；
研究重点是计算机之间的互联和信息传输 网络模型
–OSI参考模型:为解不同系统的互连而提出的模型。
–TCP/IP体系结构
OSI参考模型
如果主机A上的进程P1向主机B上的进程 P2 传送数据,P1先将数据交给应用层,应用层 A主机 在数据上加上必要的控制信息变成下一层 B主机 的数据.表示层收到数据后加上本层的控制 信息,再交给会话层应用层 ,依次类推.到达物理层 应用层 资 后,由于是比特流的传送,不必加控制信息 . 表示层 表示层 源 子 会话层 会话层 当传送到对方站点时,就从物理 网 层开始依次上升到应用层 .每一 传输层 传输层 层根据对应的控制信息进行必要 网络层 网络层 通 的操作,剥去控制信息后,将剩余 信 链路层 链路层 的数据提交给上一层. 子 物理层 物理层 网
第6章 计算机网络基础
6.1 计算机网络概述
6.2 数据通信基础 6.3 计算机网络的组成
6.4 局域网
6.1 计算机网络概述
6.1.1 计算机网络的形成与发展
第一阶段——面向终端的计算机网 第二阶段——计算机—计算机网络 第三阶段——开放式标准化网络 第四阶段——网络互联时代
6.1.2 计算机网络的定义和分类
按计算机网络的分布距离分类
微微网 个人局域网 局域网 城域网 广域网
城域网
(Metropolitan Area Network,MAN ） 城域网的覆盖范围一般在几十 到几百千米，相当于一个城市的规 模。它连接着多个局域网，是局域 网的扩展和延伸。 城域网设计的目标是满足大量 企业、机关、公司的多个局域网的 互联要求，以实现大量用户之间多 种信息的传输功能。
• 以太网卡（使用最多的）
• 与计算机大多采用PCI接口 • 与网络接口大多为RJ-45接口（双绞线连接）
• 按传输速率可分为：10M、100M、1000M网卡
• 无线网卡
• 按接口可分为PCI网卡、PCMCIA网卡、USB网卡
集线器
• 在局域网中常以集线器为中心，将所有分散的工作站 与服务器连接在一起，形成星形结构的局域网系统。
6.1.4 计算机网络的拓扑结构
（2）环型
所有主机都通过相应的硬件接口链 接到一个封闭的环上，环中的数据 沿着一个方向绕环逐站传输。
• 优点——结构比较简单、负载能力强且均衡、可靠性高、 信号流向是定向的、无信号冲突。 • 缺点——结点过多时影响传输速率，环中的任意一个结点 或一条传输介质出现故障都将导致整个网络无法正常工作。
互连物理传输媒体
例：主机A上的进程P1向主机B上的进程 P2Hale Waihona Puke Baidu送数据的过程。
TCP/IP体系结构
TCP/IP
― 传输控制协议/互联网协议
― Transmission Control Protocol/Internet Protocol
― 美国国防部高级研究计划局为实现异构网络之间的互连提出的。 ― 具有如下四个特点：
6.3.2 通信线路和网络设备
1．通信线路
有线介质
–双绞线
• 由两根绝缘金属导线相互缠绕而成。 • 传输距离小于100米,组网方便,价格便宜。
–同轴电缆
和双绞线相比，同轴电缆具有很高的抗干扰能力，通 信容量也大，适应范围较宽。
–光纤
一种性能极好的有线传输介质，它利用传递光脉冲进 行数据通信。
1．通信线路
6.3 计算机网络的组成
6.3.1 网络中的主机
1. 计算机在网络中的工作模式
对等网络模式 在对等网络模式中，相互通信的计算机之间地 （Peer to Peer Network） 位相同，没有主从之分。 以服务器为中心，服务器是整个应用系统资源 客户机/服务器模式 的存储与管理中心，多台客户机则各自处理相 （Client/Server，C/S） 应的功能，共同实现完整的应用。 B/S模式是对C/S结构的一种改进。在这种结构 浏览器/服务器模式 下，软件应用的业务逻辑完全在应用服务器端 （Browser/Server，B/S） 实现，用户要求完全在Web服务器实现，客户 端只需要浏览器即可进行业务处理。
结点的物理层上按位传递信息，完成信号的 复制、调整和放大功能，保持与原数据相同， 以此来延长网络的长度。
交换机
• 交换机是一种基于MAC地址识别，能完成封装转发数 据包功能的网络设备。 • 交换机可以“学习”MAC地址，并把其存放在内部地 址表中，通过在数据帧的始发者和目标接收者之间建 立临时的交换路径，使数据帧直接由源地址到达目的 地址 • 交换机能够解决网络传输碰撞冲突的问题， 提高网络的利用率。
TCP/IP模型 应用层 传输层
网际层（IP层）
网络层
链路层 物理层
网络接口层
相似之处：都是分层结构，层的定义相似。但仍是两个不同的网络体系结构。 TCP/IP——占据了统治地位，已成为事实上的国际标准和工业标准。 OSI模型——是一个理论上设计完整、严谨的网络体系结构，对了解和研究 网络起着非常重要的作用。
开放协议标准，免费使用，独立于特定的计算机硬件与操作系统。
独立于特定的网络硬件，可以运行在局域网、广域网中，更适用 于网络互联。 统一的网络地址分配方案，使网络中的每台主机在网中都具有唯 一的地址。 标准化的高层协议，可以提供多种可靠的用户服务。
TCP/IP体系结构
OSI参考模型
应用层 表示层 会话层 传输层
微微网 个人局域网 局域网 城域网 广域网
局域网
(Local Area Network,LAN ）
用微型计算机通过高速通信线 路相互连接起来，覆盖范围一般在 几千米以内，最大距离不超过10km。 具有信号传输速度快、可靠性 好、网络的建设费用低、网络拓扑 结构简单、容易扩充和管理等特点， 适合于中小型单位的计算机联网， 为单一组织或机构拥有和使用。
• 优点 —— 其中一个结点的线路发生故障时不影响其他
结点。 • 集线器只是一个信号放大再生和中转的设备，不具备 自动寻址能力和交换作用。 • 它发送数据时没有针对性，采用广播
方式发送，容易形成数据阻塞。
中继器
• 常用于两个网络结点之间物理信号的双向转
发工作。
• 中继器主要完成物理层的功能，负责在两个
网络适配器
MAC地址
• 介质访问控制（Media Access Control）地址，也叫网卡
地址或硬件地址。
• 由网络设备制造商生产时写在网卡中，每个网卡在出厂时被 赋予了一个全世界范围内唯一的地址。 • MAC地址是由48位二进制数组成的，通常分成6段，用十六 进制数表示
网络适配器
常用网卡类型：
无线介质
– 微波通信、卫星通信
• 频带宽、容量大、有具好的抗灾性、用途最广
• 易受信号和空间障碍物干扰，必须严格管理
– 红外线通信与蓝牙技术
• 短距离传输
• 蓝牙技术给红外线通信带来极大冲击
– 无线激光通信
• 用激光束做为传输信道
• 无线网络是有线连网方式的重要补充和延伸
2．网络设备
网络适配器
按计算机网络的分布距离分类
微微网 个人局域网 局域网 城域网 广域网
微微网（Piconet）
由采用蓝牙技术的设备以 特定方式组成的网络，传输距 离约为10米左右。微微网最多 由8台设备构成。
当一个微微网建立时，只 有一台为主设备，其他均为从 设备，而且在一个微微网存在 期间将一直维持这一状况。
1.计算机网络的定义
计算机网络是利用通信线路和网络设备，将位于不同地 理位置且具有独立功能的计算机连接起来，在网络软件的支 撑下，实现计算机的分布与协同工作，进行信息交换和硬件 资源共享的系统。
计算机网络的三大要素：
计算机
通信线路和网络设备
通信协议和网络软件
2. 计算机网络的分类
• 按交换方式分： 电路交换网、报文交换网、分组交换网 • 按拓扑结构分： 总线型网、星形网、环形网、树形网 • 按传输介质分： 双绞线网、同轴电缆网、光纤网、无线网 • 按信道的带宽分： 窄带网、宽带网 • 按用途分： 公用网、专用网
6.3.1 网络中的主机
2．服务器
服务器是一种高档计算机，其构成与普通微型计算机基本 类似，是指在网络上充当提供共享资源、控制网络客户机工作 的计算机。服务器是针对具体的网络应用特别设计制作的，各 种性能均高于普通微型计算机，服务器上一般要运行网络操作 系统。
3．客户机
客户机的命名是根据计算机在网络中的作用来定义的。从 计算机角度来讲就是一台一般的计算机，既可以单机使用，也 可以联网工作，从网上获取资源。
又叫网络接口卡（Network Interface Card，NIC），简 称网卡，是局域网中最基本的元素，用于实现计算机和传输介 质的物理连接。
功 能：
• 负责整理计算机要发往网络上的数据，把数据分解为大小 适当的数据包，转换为能够在相应传输介质上传输的信号， 送入网络； • 负责接收网络上的数据包，解包后，将数据通过主板上的 总线传输给本地计算机进行处理。
6.1.4 计算机网络的拓扑结构
（4）树型
是一种分级结构，树最 上端的结点叫根结点， 一个结点发送信息时， 根结点接收该信息并向 全树广播。 • 优点——线路利用率高、网络成本低、结构比较简单，改善 了星形结构的可靠性和扩充性。 • 缺点——如果中间层结点出现故障，则下层的结点间就不能 交换信息，对根结点的依赖性太大。