计算机网络基础与实训教程第1章
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高等教育“十一五” 高等教育“十一五”规划教 材
• 1.2.2 计算机网络的研究热点 • 1. 下一代 下一代Web技术 技术 • 下一代的Web研究涉及4个重要方向：Web服务、Web 数据管理、语义互联网和网格。 • 从技术上讲，Web数据管理融合了WWW技术、数据 库技术、信息检索技术、移动计算技术、多媒体技术 以及数据挖掘技术，是一门综合性很强的新兴研究领 域。 • 2. 移动通信 • 便携式智能终端（PCS）使用无线技术，在任何地方 以各种速率与网络保持联络。用户利用PCS进行个人 通信，可以在任何地方接收到发给自己的呼叫。PCS 系统可以支持语音、数据和报文等各种业务。PCS网 络和无线技术将改进人们的移动通信水平，成为未来 信息高速公路的重要组成部分。
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1.2 计算机网络的发展趋势
• 1.2.1 计算机网络的关键技术 • 1. 软交换技术 • 软交换技术是为了把服务控制功能和网络资源 控制功能与传输功能完全分开，根据新的网络 功能模型分层，将计算机网络分为接入与传输 层、媒体层、控制层以及网络服务层，从而对 各种功能作不同程度的集成，非常灵活地将业 务传送和控制规约结合，实现业务融合与业务 转移，尤其适用于不同网络并存互通的需要， 也适用于从语音网向数据网和多业务多媒体网 的演进。
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表1-1 各种网络特征
• 1.3.3 计算机网络的分类 • 随着网络技术的发展，出现 了多种类型的网络分类方法， 概括起来主要有以下五种： • 1. 按地理范围分类 • 通常根据网络范围和计算机 之间的距离将计算机网络分 为局域网（Local Area Network，LAN）、城域网 （Metropolitan Area Network， MAN）、广域网（Wide Area Network，WAN）和因特网 （Inter Network，Internet） 等。
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• 3. 光交换与智能光网络技术 • 尽管波分复用光纤通信系统有着巨大的传输容量，但 也只能提供原始带宽，还需要有灵活的光网络节点实 现更加有效与更加灵活的组网能力。 • 当前组网技术正从具有上下光路复用（OADM）和光 交叉连接（OXC）功能的光联网向由光交换机构成智 能光网络发展；从环形网向网状网发展，从光—电— 光交换向全光交换发展，在光联网中引入自动波长配 置功能，也就是自动交换光网络（ASON），使静态 的光联网走向动态的光联网。
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• 3. QoS服务 服务 • 能否保证QoS服务是IP网络是否能成为未来统一平台的关 键，目前基于分组承载的各种QoS解决方案主要关注于承 载网络设备的QoS处理能力，更多的是基于分组承载网络 设备的实现技术（如CAR、整形、队列调度、优先级标记 及DiffServ等），这些具体的技术是所有QoS实施的基础 以及IP QoS关注的重点。 • 4. 网络计算 • 网络已经渗透人们工作和生活的每个角落，Internet汇集 了大量的数据资源、软件资源和计算资源，各种数字化设 备和控制系统共同构成生产、传播和使用知识的重要载体。 信息处理也已步入网络计算（Network Computing）的时 代。 • 网络计算有4种典型的形式：企业计算、网格计算（Grid Computing）、对等计算（P2P，Peer-to-peer Computing）和普适计算（Ubiquitous Computing）。其 中P2P与分布式已经成为当今计算机网络的两大主流。
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• 网络操作系统，由它调用完成用户任务所需要的资源， 而整个网络像一个大的计算机系统一样对用户是透明的。 严格地说，用户透明性观点的定义所论述的是一种分布 式计算机系统。 • （4）从物理结构出发，计算机网络又可以被定义为： 在协议控制下，由若干计算机、终端设备、数据设备和 通信控制处理机等组成的系统集合。它强调计算机是在 协议控制下，通过通信系统实现计算机之间的连接。 • 一般认为，计算机网络是利用各种通信线路，把地理上 分散的、自治的多台计算机系统连接起来，在通信协议 的控制下进行通信，实现软硬件和信息资源共享的系统。 • 也有人认为计算机网络就是把分布在不同地理区域的、 具有独立功能的多台计算机系统相互连接在一起，在网 络操作软件的支持下进行数据通信，互联成一个规模大、 功能强的网络系统，从而使众多的用户通过计算机网络 可以方便地相互传递信息，共享硬件、软件、数据信息 等资源。
网络分类
缩写
分布距离数
机位范围
传播速率范围
10m
房间
局域网
LAN
100m
建筑物
4Mb/s-2Gb/s
1km
校园
城域网
MAN
10km
城市
50Kb/s-100Mb/s
广域网
WAN
100km
国家 9.6Kb/s-45Mb/s
因特网
Internet
1000km
世界
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• （4）分布处理。分布式处理是指当需要计算机处理一些大型的 综合性问题时，通过一些算法将这些问题分成几个部分并交给不 同的计算机进行处理，使用户根据需要合理选择网络资源，就近 快速地进行处理。另外，利用网络技术将多台计算机连成具有高 性能的计算机系统来解决大型问题，也比用同样性能的大中型计 算机节省费用。 • （5）均衡负荷功能。当某个处理系统的负荷过载时，可以将新 的作业通过网络转送至其他主机系统处理，以便均衡负荷，减轻 局部负担。 • （6）集中处理功能。通过计算机网络，将某个组织的信息进行 分散、分级，或集中处理与管理，这是计算机网络的最基本功能。 • （7）综合信息服务的功能。通过计算机网络向全社会提供各种 经济信息、科技情报和咨询服务。例如，医疗、教育、多媒体信 息等。 • （8）提高系统的性能价格比，维护方便，扩展灵活。大型计算 机的处理能力强，运算速度快，但价格昂贵。许多系统设计者则 用多台功能较强的个人计算机来组成计算机网络，性能价格比明 显提高。当系统工作负荷增大时，只要增加更多的个人计算机， 就能逐步改善系统的性能。
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• ① 服务器。服务器有文件服务器和通信服务器等。服 务器是局域网中的核心设备，一般使用具有大容量内 存和硬盘以及高速CPU的高档主机。服务器上装有网 络操作系统（如Windows Server 2003、Linux、UNIX、 NetWare等），用户可以共享服务器上的网络资源。 有的服务器兼做互联网中的路由器，是互联网上的有 源节点。 • ② 客户机。客户机一般是指PC机、图形工作站、小型 机等。客户机也称为工作站，是局域网中的主要部分， 用户通过它访问服务器上的软件资源以及网络上的硬 件资源。
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• 1.3.2 计算机网络的基本功能 • 计算机网络具有以下功能： • （1）数据传送。数据传送是计算机网络最基本的功能 之一。它使终端与主机、主机与主机之间能够互相传 送数据和交换信息。 • （2）资源共享。资源共享是计算机最有吸引力的功能。 它包括了计算机软件、硬件和数据的共享。用户能在 自己的终端上部分或全部地使用网络中的硬件、软件 或数据。 • （3）提高计算机的可用性和可靠性。计算机网络中的 每台计算机都可以通过网络互相协助并相互成为后备 机。一旦网络中某台计算机执行任务负担过重时，网 络可以将任务交给网中较空闲的计算机，提高了每台 计算机的可用性。当网络中某台计算机出现故障时， 它的任务又可由其他计算机代为完成，从而提高了系 统的可靠性。
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第1章 计算机网络概述 章
1.1 1.2 1.3 1.4 1.5 计算机网络的发展简史 计算机网络的发展趋势 计算机网络的概念 计算机网络的结构 实训
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1.1 计算机网络的发展简史
• • • • • • • • • • • 1.1.1 历史回顾 1. 第一代计算机网络 2. 第二代计算机网络 3. 第三代计算机网络 1.1.2 计算机网络的产生 1.1.3 计算机网络的发展阶段 计算机网络的发展可以归结为以下四个阶段： 1. 面向终端的计算机网络 2. 计算机通信网络 3. 网络互联阶段 4. 宽带综合业务数字网（千兆位网络） 宽带综合业务数字网（千兆位网络）
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• 4. 宽带接入技术 • 计算机网络必须要有宽带接入技术的支持，各种宽带 服务与应用才有可能开展。因为只有把接入网的带宽 的瓶颈打开，核心网和城域网的容量潜力才能真正发 挥。尽管当前带宽接入技术有很多，但只要不是与光 纤或光结合的技术，就是过渡的技术，而不是下一代 网络的应用技术。目前基于以太网的无源光网络 （EPON）的光纤到户技术和自由空间光系统（FSO） 技术将被更多用户使用。 • 5. 3G移动通信系统技术 移动通信系统技术 • 相比现在的2.5G系统，3G具有容量大、灵活性高等特 点。它主要以多媒体业务为基础，使用更高更宽的频 带，传输容量会更上一层楼。它能在不同网络间提供 无缝隙连接，提供满意的服务；网络可以自行组织， 终端可以重新配置和随身携带，是一个包括卫星通信 在内的端到端的IP系统，可与其他技术共享一个IP核 心网。它们都是构成下一代移动互联网的基础设施。
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1.3 计算机网络的概念
• 1.3.1 计算机网络的定义 • 迄今为止计算机网络的定义并未统一，下面是从不同 范围角度出发对计算机网络的定义： • （1）从资源共享的观点出发，可将计算机网络定义为： 以能够相互共享资源的方式互联起来的自治计算机系 统的集合。 • （2）从计算机与通信技术相结合的广义观点出发，把 计算机网络定义为：计算机技术与通信技术相结合， 实现远程信息处理和进一步达到资源共享的系统。 • （3）从用户透明性的观点出发，定义计算机网络为： 存在着一个能为用户自动管理资源的
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• 2. IPv6技术 技术 • IPv4技术在地址空间方面已经不能满足网络发展的需 要。未来的网络将是基于IPv6的技术，它在服务质量、 传输速度、安全性、支持移动性与多播等方面都有长 足的进步，但也面对很多的问题： • （1）在技术方面IPv6还没一个能彻底统一地解决问题 的标准，需要根据不同的环境和不同的客户紧密性以 及不同的适配和不同的技术组合。 • （2）从业务开展模式上看，首先要解决好用户的接入、 认证、管理和计费等工作。 • （3）IPv6的真正大量应用应是在家庭网络、家居安保、 传感器网络、3G和NGN等领域，应有效地开展上述 IPv6应用，逐步有效平滑地升级IPv6的功能。
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• 1）局域网 • 局域网指在有限的地理区域内构成的计算机网络，通 常以一个单位或一个部门为限。这种网只能容纳有限 数量（几台或几十台）的计算机，它的覆盖范围一般 不会超过几十公里。在局域网中，计算机的相对位置 分为对等式和客户机/服务器两种基本形式。 • （1）对等网络模式。在整个网络中没有专门文件服务 器，连在网上的计算机既是客户机又是服务器，网上 的每台计算机都是以相同的地位访问其他计算机和处 理数据的，彼此之间没有主次之分。 • （2）客户机/服务器模式。大多数局域网采取客户机/ 服务器模式，它是由一台或多台单独的、高性能和大 容量的主机作为服务器，另外与多台客户机相连。
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• 1.2.2 计算机网络的研究热点 • 1. 下一代 下一代Web技术 技术 • 下一代的Web研究涉及4个重要方向：Web服务、Web 数据管理、语义互联网和网格。 • 从技术上讲，Web数据管理融合了WWW技术、数据 库技术、信息检索技术、移动计算技术、多媒体技术 以及数据挖掘技术，是一门综合性很强的新兴研究领 域。 • 2. 移动通信 • 便携式智能终端（PCS）使用无线技术，在任何地方 以各种速率与网络保持联络。用户利用PCS进行个人 通信，可以在任何地方接收到发给自己的呼叫。PCS 系统可以支持语音、数据和报文等各种业务。PCS网 络和无线技术将改进人们的移动通信水平，成为未来 信息高速公路的重要组成部分。
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1.2 计算机网络的发展趋势
• 1.2.1 计算机网络的关键技术 • 1. 软交换技术 • 软交换技术是为了把服务控制功能和网络资源 控制功能与传输功能完全分开，根据新的网络 功能模型分层，将计算机网络分为接入与传输 层、媒体层、控制层以及网络服务层，从而对 各种功能作不同程度的集成，非常灵活地将业 务传送和控制规约结合，实现业务融合与业务 转移，尤其适用于不同网络并存互通的需要， 也适用于从语音网向数据网和多业务多媒体网 的演进。
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表1-1 各种网络特征
• 1.3.3 计算机网络的分类 • 随着网络技术的发展，出现 了多种类型的网络分类方法， 概括起来主要有以下五种： • 1. 按地理范围分类 • 通常根据网络范围和计算机 之间的距离将计算机网络分 为局域网（Local Area Network，LAN）、城域网 （Metropolitan Area Network， MAN）、广域网（Wide Area Network，WAN）和因特网 （Inter Network，Internet） 等。
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• 3. 光交换与智能光网络技术 • 尽管波分复用光纤通信系统有着巨大的传输容量，但 也只能提供原始带宽，还需要有灵活的光网络节点实 现更加有效与更加灵活的组网能力。 • 当前组网技术正从具有上下光路复用（OADM）和光 交叉连接（OXC）功能的光联网向由光交换机构成智 能光网络发展；从环形网向网状网发展，从光—电— 光交换向全光交换发展，在光联网中引入自动波长配 置功能，也就是自动交换光网络（ASON），使静态 的光联网走向动态的光联网。
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• 3. QoS服务 服务 • 能否保证QoS服务是IP网络是否能成为未来统一平台的关 键，目前基于分组承载的各种QoS解决方案主要关注于承 载网络设备的QoS处理能力，更多的是基于分组承载网络 设备的实现技术（如CAR、整形、队列调度、优先级标记 及DiffServ等），这些具体的技术是所有QoS实施的基础 以及IP QoS关注的重点。 • 4. 网络计算 • 网络已经渗透人们工作和生活的每个角落，Internet汇集 了大量的数据资源、软件资源和计算资源，各种数字化设 备和控制系统共同构成生产、传播和使用知识的重要载体。 信息处理也已步入网络计算（Network Computing）的时 代。 • 网络计算有4种典型的形式：企业计算、网格计算（Grid Computing）、对等计算（P2P，Peer-to-peer Computing）和普适计算（Ubiquitous Computing）。其 中P2P与分布式已经成为当今计算机网络的两大主流。
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• 网络操作系统，由它调用完成用户任务所需要的资源， 而整个网络像一个大的计算机系统一样对用户是透明的。 严格地说，用户透明性观点的定义所论述的是一种分布 式计算机系统。 • （4）从物理结构出发，计算机网络又可以被定义为： 在协议控制下，由若干计算机、终端设备、数据设备和 通信控制处理机等组成的系统集合。它强调计算机是在 协议控制下，通过通信系统实现计算机之间的连接。 • 一般认为，计算机网络是利用各种通信线路，把地理上 分散的、自治的多台计算机系统连接起来，在通信协议 的控制下进行通信，实现软硬件和信息资源共享的系统。 • 也有人认为计算机网络就是把分布在不同地理区域的、 具有独立功能的多台计算机系统相互连接在一起，在网 络操作软件的支持下进行数据通信，互联成一个规模大、 功能强的网络系统，从而使众多的用户通过计算机网络 可以方便地相互传递信息，共享硬件、软件、数据信息 等资源。
网络分类
缩写
分布距离数
机位范围
传播速率范围
10m
房间
局域网
LAN
100m
建筑物
4Mb/s-2Gb/s
1km
校园
城域网
MAN
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城市
50Kb/s-100Mb/s
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• （4）分布处理。分布式处理是指当需要计算机处理一些大型的 综合性问题时，通过一些算法将这些问题分成几个部分并交给不 同的计算机进行处理，使用户根据需要合理选择网络资源，就近 快速地进行处理。另外，利用网络技术将多台计算机连成具有高 性能的计算机系统来解决大型问题，也比用同样性能的大中型计 算机节省费用。 • （5）均衡负荷功能。当某个处理系统的负荷过载时，可以将新 的作业通过网络转送至其他主机系统处理，以便均衡负荷，减轻 局部负担。 • （6）集中处理功能。通过计算机网络，将某个组织的信息进行 分散、分级，或集中处理与管理，这是计算机网络的最基本功能。 • （7）综合信息服务的功能。通过计算机网络向全社会提供各种 经济信息、科技情报和咨询服务。例如，医疗、教育、多媒体信 息等。 • （8）提高系统的性能价格比，维护方便，扩展灵活。大型计算 机的处理能力强，运算速度快，但价格昂贵。许多系统设计者则 用多台功能较强的个人计算机来组成计算机网络，性能价格比明 显提高。当系统工作负荷增大时，只要增加更多的个人计算机， 就能逐步改善系统的性能。
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• ① 服务器。服务器有文件服务器和通信服务器等。服 务器是局域网中的核心设备，一般使用具有大容量内 存和硬盘以及高速CPU的高档主机。服务器上装有网 络操作系统（如Windows Server 2003、Linux、UNIX、 NetWare等），用户可以共享服务器上的网络资源。 有的服务器兼做互联网中的路由器，是互联网上的有 源节点。 • ② 客户机。客户机一般是指PC机、图形工作站、小型 机等。客户机也称为工作站，是局域网中的主要部分， 用户通过它访问服务器上的软件资源以及网络上的硬 件资源。
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• 1.3.2 计算机网络的基本功能 • 计算机网络具有以下功能： • （1）数据传送。数据传送是计算机网络最基本的功能 之一。它使终端与主机、主机与主机之间能够互相传 送数据和交换信息。 • （2）资源共享。资源共享是计算机最有吸引力的功能。 它包括了计算机软件、硬件和数据的共享。用户能在 自己的终端上部分或全部地使用网络中的硬件、软件 或数据。 • （3）提高计算机的可用性和可靠性。计算机网络中的 每台计算机都可以通过网络互相协助并相互成为后备 机。一旦网络中某台计算机执行任务负担过重时，网 络可以将任务交给网中较空闲的计算机，提高了每台 计算机的可用性。当网络中某台计算机出现故障时， 它的任务又可由其他计算机代为完成，从而提高了系 统的可靠性。
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1.1 1.2 1.3 1.4 1.5 计算机网络的发展简史 计算机网络的发展趋势 计算机网络的概念 计算机网络的结构 实训
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1.1 计算机网络的发展简史
• • • • • • • • • • • 1.1.1 历史回顾 1. 第一代计算机网络 2. 第二代计算机网络 3. 第三代计算机网络 1.1.2 计算机网络的产生 1.1.3 计算机网络的发展阶段 计算机网络的发展可以归结为以下四个阶段： 1. 面向终端的计算机网络 2. 计算机通信网络 3. 网络互联阶段 4. 宽带综合业务数字网（千兆位网络） 宽带综合业务数字网（千兆位网络）
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• 4. 宽带接入技术 • 计算机网络必须要有宽带接入技术的支持，各种宽带 服务与应用才有可能开展。因为只有把接入网的带宽 的瓶颈打开，核心网和城域网的容量潜力才能真正发 挥。尽管当前带宽接入技术有很多，但只要不是与光 纤或光结合的技术，就是过渡的技术，而不是下一代 网络的应用技术。目前基于以太网的无源光网络 （EPON）的光纤到户技术和自由空间光系统（FSO） 技术将被更多用户使用。 • 5. 3G移动通信系统技术 移动通信系统技术 • 相比现在的2.5G系统，3G具有容量大、灵活性高等特 点。它主要以多媒体业务为基础，使用更高更宽的频 带，传输容量会更上一层楼。它能在不同网络间提供 无缝隙连接，提供满意的服务；网络可以自行组织， 终端可以重新配置和随身携带，是一个包括卫星通信 在内的端到端的IP系统，可与其他技术共享一个IP核 心网。它们都是构成下一代移动互联网的基础设施。
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1.3 计算机网络的概念
• 1.3.1 计算机网络的定义 • 迄今为止计算机网络的定义并未统一，下面是从不同 范围角度出发对计算机网络的定义： • （1）从资源共享的观点出发，可将计算机网络定义为： 以能够相互共享资源的方式互联起来的自治计算机系 统的集合。 • （2）从计算机与通信技术相结合的广义观点出发，把 计算机网络定义为：计算机技术与通信技术相结合， 实现远程信息处理和进一步达到资源共享的系统。 • （3）从用户透明性的观点出发，定义计算机网络为： 存在着一个能为用户自动管理资源的
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• 2. IPv6技术 技术 • IPv4技术在地址空间方面已经不能满足网络发展的需 要。未来的网络将是基于IPv6的技术，它在服务质量、 传输速度、安全性、支持移动性与多播等方面都有长 足的进步，但也面对很多的问题： • （1）在技术方面IPv6还没一个能彻底统一地解决问题 的标准，需要根据不同的环境和不同的客户紧密性以 及不同的适配和不同的技术组合。 • （2）从业务开展模式上看，首先要解决好用户的接入、 认证、管理和计费等工作。 • （3）IPv6的真正大量应用应是在家庭网络、家居安保、 传感器网络、3G和NGN等领域，应有效地开展上述 IPv6应用，逐步有效平滑地升级IPv6的功能。
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• 1）局域网 • 局域网指在有限的地理区域内构成的计算机网络，通 常以一个单位或一个部门为限。这种网只能容纳有限 数量（几台或几十台）的计算机，它的覆盖范围一般 不会超过几十公里。在局域网中，计算机的相对位置 分为对等式和客户机/服务器两种基本形式。 • （1）对等网络模式。在整个网络中没有专门文件服务 器，连在网上的计算机既是客户机又是服务器，网上 的每台计算机都是以相同的地位访问其他计算机和处 理数据的，彼此之间没有主次之分。 • （2）客户机/服务器模式。大多数局域网采取客户机/ 服务器模式，它是由一台或多台单独的、高性能和大 容量的主机作为服务器，另外与多台客户机相连。