第1章计算机网络概述

第一章计算机网络概述
教学内容：
1．1 计算机网络的发展
1．2 计算机网络的定义与组成
1．3 计算机网络的功能和应用
1．4 计算机网络的拓扑结构
1．5 计算机网络的分类
教学重点：计算机网络的拓扑结构
计算机网络的功能和应用
教学难点：计算机网络的功能和应用
教学时间：4学时
课程性质：计算机网络技术，以及相关的基础内容。

基本理念：网络技术主要是以硬件和协议分析，以及相关的通信技术，网络互连和数据安全等各个方面的学习。

教学思路：基础知识主要是以讲解为主，并通过例子加深对相关知识的理解和运用。

内容目标：本章是要通过学习，使学生了解网络的发展和定义，以及相关功能和拓扑结构的掌握。

实践分析：通过讲解和相似的例子比较分析，让学生能生动掌握相关知识。

问题思考：对一些重要的内容，对学生提出问题，使他们能够自己思考理解。

具体问题：1、计算机网络的功能是什么？
2、常见的网络拓扑结构有哪些？
3、计算机网络的分类方式有哪些？
4、谈谈网络对你生活的影响。

第一章概述
【以公路交通网络为例子，简单说明计算机网络工作的特点】
第一节计算机网络的发展过程
计算机网络就像在计算机与计算机之间建起的一条条高速公路，使得各种信息在上面快速传递，这种信息高速公路网遍及世界各地，使得信息无所不在。

现在人们的生活、工作、学习和交往都已离不开计算机网络，已渗透到人类生活的各个领域。

以因特网(Internet)为代表的计算机网络发展迅猛，计算机网络在现代信息社会中起到了越来越重要的作用，它突破了时空的限制，使人们能够轻松进行全球范围内的电子信息通信。

现代计算机网络的概念，以及计算机网络概念的发展。

通信与计算机的结合计算机网络的产生。

计算机网络涉及到通信与计算机两个领域。

计算机与通信日益紧密的结合，已对人类社会的进步做出了极大的贡献。

计算机与通信的相互结合主要有两个方面：
一方面，通信网络为计算机之间的数据传递和交换提供了必要的手段；
另一方面，数字计算技术的发展渗透到通信技术中，又提高了通信网络的各种性能。

当然，这两个方面的进展都离不开人们在半导体技术上取得的辉煌成就。

一．第一代计算机网络
第一代计算机网络产生于20世纪50年代。

人们将多台终端(键盘和显示器)通过通信线路连接到一台中央计算机上，构成“主机一终端”系统。

在早期的计算机技术中，计算机和通信并没有什么关系。

电子计算机的数量很少，且非常昂贵。

用户只能前往计算机房去使用机器。

这显然是很不方便的。

直到一种叫做收发器的终端制作出来了。

人们使用这种终端首次实现了将穿孔卡片上的数据从电话线路上发送到远地
的计算机。

此后，电传打字机也作为远程终端和计算机相连了。

用户可在远地的电传打字机上键入自己的程序，而计算机算出的结果又可从计算机传送到远地的电传打字机打印出来。

计算机与通信的结合就这样开始了。

由于当初计算机是为成批处理信息而设计的，所以当计算机在和远程终端相连时，必须在计算机上增加一个接口才行。

显然，这个接口应当对计算机原来的硬件和软件的影响尽可能地小些。

这样，就出现了线路控制器（line controller）。

计算机通过线路控制器与计算机相连时调制解调器是必须加
入的，因为电话线路本来是为传送模拟的话音信号而设计的，它不适合于传送计算机的数字信号。

调制解调器的主要作用就是：把计算机或终端的数字信号变换成可以在电话线路上传送的模拟信号以及完成相反的变换。

早期的线路控制器只能和一条通信线路相连，同时也只能适用于某一种传送速率。

根据资源共享观点对计算机网络的定义，这种“主机～终端”系统还算不上是真正的计算机网络，因为终端没有独立处理数据的能力。

但这一阶段进行的计算机技术与通信技术相结合的研究，成为计算机网络发展的基础。

二、第二代计算机网络
第一代计算机网络只能在主机和终端之间进行通信。

第二代网络则实现了计算机和计算机之间的通信。

20世纪60年代，计算机的应用日趋普及，许多部门，如工业、商业机构都开始配置相应的计算机系统。

这些地理位置上分散的计算机之间，很自然地需要进行信息交换。

这种信息交换的结果是多个计算机系统连接而成为一个计算机通信网络。

计算机各自具有独立处理数据的能力，并且不存在主从关系。

计算机通信网络主要用于传输和交换信息，而资源共享程度不高，并且没有成熟的网络操作系统软件来管理网上的资源。

【例如现在的WIN操作系统，IE之类的网络浏览器】由于此时己产生了通信子网和用户资源子网的概念，第二代计算机网络也称为两级结构的计算机网络。

美国的ARPANet 就是第二代计算机网络的典型代表。

ARPANet为Internet的产生和发展奠定了基础。

三．第三代计算机网络
当时，许多计算机生产商纷纷开发出自己的计算机网络系统，并形成各自不同的网络体系结构。

网络体系结构与网络协议的国际标准化已成为迫切需要解决的问题。

并且在1977年，国际标准化组织(ISO，International Standards Organization)制定了著名的计算机网络体系结构国际标准——开放系统互连参考模型(OSI／RM，Open System Interconnection／-Reference Model)。

OSI／RM对网络技术的发展产生了极其重要的影响。

第三代计算机的主要特征是全网中所有的计算机遵守同一种协议，强调以实现资源共享(硬件、软件和数据)为目的。

Internet充分体现了这些特征，全网中所有的计算机遵守同一种TC/IP协议。

四、第四代计算机网络
在前面协议的基础之上形成的高级协议。

【比如，Interact实现了全球范围的电子邮件、WWW、文件传输、图像通信等数据服务的普及，但电话和电视仍各自使用独立的网络系统进行信息传输。

】
并且提供了，宽带综合数字网络。

“宽带”是指网络具有极高的数据传输速率，可以承载大
数据量的传输。

【不同的时期，宽带的概念也会不同，总的来说，是越来越快】
“综合”是指信息媒体，包括语音、数据和图像可以在网络中综合采集、存储、处理和传输。

所以说，第四代计算机网络有综合化和高速化的特点。

而且，计算机网络的反展方向，是朝着开放、综合、高速、智能的方向发展，并且会广泛的应用于经济、军事、科技、教育与文化等诸多领域。

第二节计算机网络的定义和形成
一、计算机网络的定义
前面我们介绍了计算机网络的发展过程，同时，计算机网络在不同的过程也会有不同的定义。

计算机网络定义为：将相互独立的计算机系统以通信线路相连接，按照全网统一的网络协议进行数据通信，从而实现网络资源共享的计算机系统的集合。

主要包括了四个方面。

(1)计算机相互独立：从分布的地理位置来看，它们是独
立的，既可以相距很近，也可以相隔千里。

从数据处理功能上来看，也是独立的，它们既可以连入网内工作，也可以脱离网络独立工作，而且连网工作时，也没有明确的主从关系，即网内的一台计算机不能强制性地控制另一台计算机。

(2)通信线路相连接：各计算机系统必须用传输介质和互
连设备实现互连，传输介质可以使用双绞线、同轴电缆、光纤、微波、无线电等。

(3)全网采用统一的网络协议：全网中各计算机在通信过
程中必须共同遵守“全网统一”的通信规则，即网络协议。

(4)资源共享：计算机网络中一台计算机的资源，包括硬
件、软件和信息都可以提供给全网其他计算机系统共享。

二、计算机网络的组成
计算机网络必须具有数据处理和数据通信两种能力。

也就是说，计算机网络可以从逻辑上被划分成两个子网：资源子网和通信子网
1．资源子网
资源子网完成网络的数据处理功能，向网络用户提供各种网络资源和网络服务。

【主机、终端、终端控制器、各种连网的共享外部设备、软件和数据资源组成。

】
(1)主机：包括大型计算机、中型计算机、小型计算
机和微型计算机，它是资源子网的主要组成单元。

(2)终端：包括只具备简单输入、输出功能的普通终
端和具有一定存储、处理能力的智能终端。

它是网络用户访问网络的界面。

【现在的终端，主要还是由功能独立的主机组成】 (3)软件：包括本地系统软件、网络通信软件和用户
应用程序。

【包括各种协议，以及IE，QQ等软件】
(4)数据：包括公共数据库等。

【以及相应的服务，FTP的信息，WWW的网页信息】 2．通信子网
通信子网是由完成网络的数据传输的相应设备组成。

通信子网由通信控制处理机(又称网络结点)【交换机之类的设备】、通信链路【物理链路，电话线，无线电等】及
相关软件【实现功能的各种程序，软件】组成。

(1)通信控制处理机：实现通信控制功能。

它主要起
到两个作用：
一是：“入网接口”，完成将主机和终端连接到网络上；
二是：“数据转接”，完成在网络中将数据逐个结点地
转发，以实现数据从源结点正确传输到目的结点。

【集线器、路由器、网络协议转换器等。

】
(2)通信链路：它实现计算机网络中通信控制处理机
之间及通信控制处理机与主机之间的连接。

【双绞线、同轴电缆、光纤、无线电、微波等传输介质构成。

】
这里也要给出一个，通信链路的概念：
物理链路：是一条点到点的，中间没有任何交换结点的物理线路。

逻辑链路：则是数据链路中加载到物理链路之上的，控制数据传输的规程。

也可以说【物理链路之上的用于数据传输控制的硬件和软件。

】
逻辑链路是指具备数据传输控制能力的物理链路。

物理链路是基础，逻辑链路才能真正实现数据传输。

后面我们会讲到的复用技术时：就是将一条物理链路可以形成多条逻辑链路。

第三节计算机网络的功能与应用
一、计算机网络的主要功能
最初的目的是资源共享。

但随着计算机网络技术的进步，实现的功能也越来越多。

1．资源共享
计算机网络最主要的功能是实现资源共享。

从用户的角度来看，网中用户既可以使用本地计算机的资源，又可以使用远程计算机上的资源，这里说的资源包括网内计算机的硬件、软件和信息资源。

【最初的网络，就是计算机硬件，处理能力的共享】而现在的，硬件资源包括硬盘、光盘，打印机、等；
软件资源包括各种文件、应用软件、电影以及数据库等。

【例如在，局域网中，共享打印机，或是共享电影等等】
2．数据通信
随着通信技术的发展，网络中的计算机与计算机之间交换各种信息数据，也是计算机网络提供的最基本的功能。

这也就使数据通信更加的快捷方便。

【这方面的应用可以说是最广泛的，QQ聊天，玩玩网络游戏，电子邮件等等】
3．分布式处理
实际上也算是，计算机资源的共享。

具体来说，利用计算机网络技术，在网络操作系统的调度和管理下，采用适当的算法，可以将一个大型复杂的计算问题分配给网络中的多台计算机，由这些计算机分工协作来完成。

此时的网络就像是一个具有高性能的大中型计算机系统，能很好地完成复杂的处理，但费用却比大中型计算机低得多。

【例如，有人用网络的分布处理，实现圆周率的计算，或是一些，单机很难完成的大数据量的运算】
4．提高系统的可靠性和可用性
其实就是，计算机之间的数据信息的备份。

当一台计算机出现故障时，既可在网上的其他计算机中找到相关资源的副本，还可以调度另一台计算机来接替完成计算任务。

这样，比起单机系统来，整个系统的可靠性大为提高。

另外，当一台计算机的工作任务过重时，可以将部分任务转交给其他计算机处理，使整个网络各计算机负担比较均衡，从而提高了每台计算机的可用性。

二、计算机网络的主要应用
计算机网络的应用已经非常的广泛了。

【工业、农业、国防、科研、文化教育以及日常生活】
【电子邮件、WWW服务、虚拟现实、网上购物等等】
比较常用的：
1．WWW服务
WWW是World Wide Web的简称，又称为万维网。

WWW 服务，也称为Web服务，使用超文本(Hypertext)方式组织、查找和表示信息。

并且可以利用从一个站点到另一个站点的链接，WWW 中的站点的连接关系是互交叉的。

同时提供搜索引擎，使得它在信息服务、广告、新闻、销售与电子商务等诸多领域获得广泛应用。

WWW服务的出现使网络的操作更加的简便，更能够广泛的应用开来。

客户机/服务器工作模式
2．电子邮件服务
电子邮件服务是常用的服务之一。

【在坐的每个人都应该有不止一个邮箱吧】
用户将邮件提交给自己一方的邮件服务器，然后由对方的邮件服务器转发到收件人的电子邮箱中。

【使用方法很简单，常用的工具，Outlook，foxmail】 3．IP电话
IP电话是利用Internet实现远程通话。

价格便宜。

（1）实现技术上：
IP电话传输网络是Internet。

传统电话公用电话交换网。

（2）交换方式：
IP：采用分组交换技术，语音信息按IP协议被分割成若干个分组，各个分组独立地在网中传送，因此通信信道占用时间短；
传统电话：电路交换技术，通话时间内独占通信信道，因此占用时间长。

交换方式决定了IP电话的费用可以远低于传统电话。

【可以共享一条线路实现多个用户的通话。

这个你们应该用的很多了。

其实网络也可以通过软件，实现点对点的免费通话】
4．远程教育
远程教育是一种学生和教师可以处在不同地理位置上而完成教学活动的教学模式。

以前的广播、电视、函授等方式也算是远程教育的一种，但是交互性比较差。

随着Internet的发展，就可以利用网络实现远程教学成为远程教育。

利用Internet上提供的WWW服务，以浏览主页(Home Page)的形式进行远程教学服务。

基于Internet的远程教学
5．电子商务
电子商务是以计算机和通信网络为基础平台，实现在线商业交易活动的全过程。

通信网络：是指Internet和企业专用网。

在线商业交易活动的全过程：是指商务活动的各个环节，包括商务谈判、商品交易、资金支付等都在网络上进行。

【速度明显加快，传播范围更宽，成本降低。

】
以后，顾客可以坐在家里就可以完成整个购物的过程。

【这种购物的方式，主要的问题在于，供货商的可靠性、支付系统的可靠性、交货系统的可靠性、售后服务等等。

】
第四节计算机网络的拓扑结构
拓扑结构是决定通信网络性质和通信方式的关键要素之一。

在计算机网络中，拓扑结构描述结点之间的连接方式。

也就是说，这种由结点和链路组成的几何图形称之为计算机网络拓扑结构，或称网络结构。

计算机网络拓扑结构是组建各种网络的基础。

不同的网络拓扑结构涉及不同的网络技术，对网络性能、系统可靠性与通信费用都有重要的影响。

一、点～点链路的拓扑结构
点～点链路的拓扑结构中，每条物理线路连接一对结点。

没有直接链路的两结点之间必须经其他结点转发才能通信。

(a)星型 (b)树型 (c)网状型
1．星型拓扑
星型拓扑结构中的各结点与中心结点连接。

任何两结点之间的数据传输都要经过中心结点的控制和转发。

中心结点控制全网的通信。

【结构简单，易于组建和管理。

中心结点的故障可能造成整个网络瘫痪】
2．树型拓扑
树型拓扑结构可以看成是星型拓扑的扩展。

树型拓扑结构中，结点具有层次。

同层结点之间数据传输时要经上层转发。

【灵活性好，逐层次扩展，但缺点是管理复杂。

单位的局域网组建】
3．网状型拓扑
两两结点之间的连接是任意的。

【可靠性高，数据传输快，建网费用高昂，控制复杂，可能形成环形回路】
二、共享链路的拓扑结构
多个网络结点共享一个公共的链路。

采用广播的方法来传输信息。

(a)总线型 (b)环型 (c)无线通信型 (d)卫星通信型 1．总线型拓扑
所有结点连接到一条共享的传输介质上，都通过这条公用链路来发送和接收数据。

种控制方法(介质访问控制方法)，只允许一个结点使用链路发送数据，而其余的结点只能“收听”到该数据。

【集线器组成的网络实际上，是总线形的网络】
2．环型拓扑
结点通过通信线路连接在一个闭合环路上。

数据将沿环中的一个方向逐个结点传送，当一个结点使用链路发送数据时，其余的结点也能先后“收听”到该数据。

【结构简单，传输延时确定，但环路的维护复杂】
3．无线型拓扑
用于地面无线网和卫星网。

地面无线网采用“广播”
的方式发送数据。

卫星网络中的卫星是所有数据的转发中心。

其实，网络的拓扑结构分类上来说，总线型、星型、环形网络是三种最主要的网络拓扑结构。

第五节计算机网络的分类
根据其强调网络的特性不同，分类方法是多种，下面对其中主要的方法进行介绍。

一、按照覆盖的地域范围与规模分
计算机网络按照覆盖的地域范围与规模可以分为三类：局域网(LAN Local Area Network)、城域网(MAN，Metropolitan Area Network)与广域网(WAN，Wide Area Network)。

1．局域网
局域网是目前网络技术发展最快的领域之一。

局域网LAN（Local Area Network）一般用微型计算机通过高速通信线路相连，但在地理上则局限在较小的范围（如1km左右），一般是一幢楼房或一个单位。

2．广域网
作用范围通常为几十到几千公里。

可以覆盖一个地区、国家、甚至横跨几个洲。

【Internet就是一个广域网络，大公司的网络。

现在随着网络技术的推广，多个网络连接在一起，就形成了，现有的英特网。

军网也是一个独立的广域网】
广域网的通信子网可以利用公用分组交换网、卫星通信网和无线分组交换网，将分布在不同地区的局域网或计算机系统互连起来，达到资源共享的目的。

3．城域网
其作用范围在广域网和局域网之间，作用范围是一个城市，但其作用距离约为几十公里到几百公里的范围。

城域网是随着各单位大量局域网的建立而出现的。

同一个城市内各个局域网之间需要交换的信息量越来越大，为了解决它们之间信息高速传输的问题，提出了城域网的概念，并为此制定了城域网的标准。

【比如，一个城市公司内的组建的网络。

或是某个城市的政府网络，就算是城域网的实例】
在这里我们可以确定一个概念，internet和Internent，一个是泛指互连网【所有连接在一起形成的网络】；一个是特指现有的英特网。

二、根据网络所使用的传输技术分
计算机网络中链路连接方式。

可分为点～点链路和共享链路【广播方式】。

1．广播式网络
广播式网络中，网络中所有结点都利用一个公共通信信道来发送、接受数据。

具体谁发送、谁接受，是利用地址来区分的。

2．点～点式网络
每条链路连接一对结点。

如果两个结点之间有直接链路，则可以直接发送和接收数据。

如果两个结点之间没有直接链
路，就要通过中间结点来转发数据。

区别：一个采用数据分组存储、转发与路由选择技术；广播不需要。

三、根据网络的拓扑结构分
如前所述，计算机网络中常用的基本拓扑结构有总线型、环型、星型、网状型等，据此计算机网络根据其采用的拓扑结构也可以分为总线型网络、环型网络、星型网络、网状型网络等。

有一些常见的分类方法：
(1)根据链路采用的传输介质分为有线网络和无线网络。

(2)根据网络的信道带宽分为窄带网、宽带网和超宽带网。

(3)根据工作原理分为以太网、令牌环网、FDDI网、ATM 网。

(4)根据控制方式分为集中式网和分布式网。

(5)根据使用范围分为公用网和专用网。

(6)根据交换技术分为共享式网和交换式网。

交换式网络又可分为线路交换网、分组交换网、信元交换网等。

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