第13讲计算机网络基础知识文档格式.doc

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2理解计算机网络的拓扑结构

3了解计算机网络的体系结构

教学过程：

一计算机网络概述

1认识计算机网络

（1）计算机网络的定义

计算机网络就是将地理位置分散的、功能独立的多台计算机系统通过线路和设备互连起来，以功能完善的网络软件实现网络中资源共享和信息交换的系统。

（2）计算机网络的定义的含义

①两台或两台以上的计算机相互连接起来才能构成网络，达到资源共享的目的。

②两台或两台以上的计算机连接，互相通信交换信息，需要有一条通道。

这条通道的连接是物理的，由硬件实现，这就是连接介质（有时称为信息传输介质）。

③计算机系统之间的信息交换，必须遵循某种约定和规则，这就是协议。

这些协议可以由硬件或软件来完成。

2计算机网络的产生及发展

计算机网络是现代通信技术与计算机技术相结合的产物。

计算机网络的发展过程主要分为以下四个阶段：

联机系统（面向终端的计算机网络）、计算机互联网络、标准化网络、网络互联与高速网络。

（1）联机系统

联机系统最早建于20世纪50年代初，它由一台主机和若干个终端组成，这些终端分布在不同地理位置，它们通过公共电话网及相应的通信设备与一台计算机相连，登录到计算机上，使用该计算机上的资源，这就有了通信与计算机的结合。

它是计算机网络的雏形。

（2）计算机互联网络

从20世纪60年代中期开始，出现了多个主机互联的系统，可以实现计算机和计算机之间的通信。

这一阶段计算机网络的主要特点是：

资源的多向共享、分散控制、分组交换、采用专门的通信控制处理机、分层的网络协议，这些特点往往被认为是现代计算机网络的典型特征。

这些网络的主要问题是兼容问题，即不同厂商提供的网络产品实现互连非常困难。

（3）标准化网络

ISO于1984年公布了“开放系统互联基本参考模型”的正式文件，即OSI参考模型（OpenSystemInterconnection/ReferenceModel，OSI/RM）。

从此，计算机网络进入了标准化网络阶段。

（4）网络互联与高速网络阶段

1993年美国宣布建立国家信息基础设施后，全世界许多国家都纷纷制定和建立本国的NII，从而极大地推动了计算机网络技术的发展，使计算机网络的发展进入计算机网络互连与高速网络阶段

3计算机网络的功能

（1）数据交换和通信

（2）资源共享

（3）提高系统的可靠性和可用性

（4）均衡负荷，相互协作

（5）分布式网络处理

（6）提高系统性价比，易于扩充，便于维护

4计算机网络的组成

（1）计算机网络的基本组成

计算机网络的基本组成主要包括四部分，常称为计算机网络四大要素。

l计算机系统

l通信线路和通信设备

l网络协议

l网络软件

（2）计算机网络的逻辑组成

l通信子网

l资源子网

5计算机网络的应用

（1）网络在科研和教育中的应用

（2）网络在企事业单位中的应用

（3）网络在通信与娱乐上的应用

6计算机网络的分类

（1）按网络覆盖的地理范围分类

按网络覆盖的地理范围分类是最常用的分类方法，也是我们最熟悉的分类方法。

按照网络覆盖的地理范围的大小，可以把计算机网络划分为广域网、城域网和局域网三种类型。

l局域网（LocalAreaNetwork；

LAN）

l城域网（MetropolitanAreaNetwork；

MAN）

l广域网（wideareanetwork，WAN）

（2）按网络的拓扑结构分类

按照网络的拓扑结构，可以将计算机网络分为总线型、星型、环型、树型、网状型等几种类型。

（3）按传输技术分类

l广播式网络

l点到点网络

4）按应用领域分类

l公用网

l专用网

二计算机网络的拓扑结构

1计算机网络拓扑结构的定义

计算机网络的拓扑结构就是将计算机网络中的设备抽象为点，将网络中的通信线路抽象为线，根据由点和线组成的几何图形抽象出的具体结构称为计算机网络的拓扑结构。

计算机网络拓扑主要是指通信子网的拓扑构型。

拓扑结构的设计是建设计算机网络的第一步，也是实现各种网络协议的基础，它对网络性能、系统可靠性与通信费用都有重大影响。

2常见的计算机网络拓扑结构

（1）总线型结构

（2）星型结构

（3）环形结构

（4）网状结构

三计算机网络的体系结构

1计算机网络体系结构的定义

网络体系结构（NetworkArchitecture）是计算机网络的分层、各层协议、各层功能和层间接口的集合。

不同的计算机网络具有不同的体系结构。

2ISO/OSI参考模型

（1）物理层

物理层（PhysicalLayer）是OSI的最低层，它建立在物理通信介质的基础上。

物理层用来实现数据链路实体间透明的比特（bit）流传输，尽可能屏蔽掉具体传输介质和物理设备的差异。

（2）数据链路层

数据链路层负责将数据帧无差错地从一个站点传送到下一个相邻的站点。

数据链路层还要解决以下问题：

差错检测、流量控制，另外还涉及到链路管理、帧同步等功能。

（3）网络层

网络层（NetworkLayer）关心的是通信子网的运行控制，主要解决如何使数据分组跨越通信子网从源结点传送到目的结点的问题。

网络层的任务主要有以下几个：

分组传送、路由选择、流量控制，另外也涉及到差错控制、业务流量统计等功能。

（4）传输层

传输层（TransportLayer）的主要目的是在源主机进程和目的主机进程之间提供可靠的端到端的通信。

传输层能够向它的上层提供的服务有两类：

一类是面向连接的可靠服务；

另一类是面向无连接的不可靠的服务。

（5）会话层

会话层（SessionLayer）是网络对话控制器，它建立、维护和同步通信设备之间的交互操作，保证每次会话都正常关闭，不会突然中断使用户被挂在一旁。

（6）表示层

表示层（PresentationLayer）处理的是OSI系统之间用户信息的表示问题。

表示层还负责为安全性引入的数据加密和解密，以及为提高传输效率提供必须的数据压缩及解压缩等功能。

（7）应用层

应用层（ApplicationLayer）是OSI参考模型的最高层，它是应用进程访问网络服务的窗口。

应用层提供的网络服务包括文件服务、打印服务、报文服务、目录服务、网络管理以及数据库服务等。

其他层都是为支持这一层的功能而存在的。

3TCP/IP参考模型与协议

TCP/IP协议虽然不是OSI的标准协议，但已经被公认为事实上的标准，它也是今天使用的因特网的标准协议。

（1）网络接口层

TCP/IP模型中的网络接口层是最低层，与OSI参考模型的物理层、数据链路层以及网络层的一部分相对应。

该层负责接收IP数据包并通过网络发送IP数据包，或者从网络上接收物理帧，取出IP数据包，并把它交给IP层。

该层中所使用的协议大多是各通信子网固有的协议，例如以太网802.3协议、令牌环网802.5协议或分组交换网X.25协议等。

（2）网络互联层

网络互联层是TCP/IP模型的关键部分。

网络互联层的主要任务是为IP数据报分配一个全网唯一的传送地址（称为IP地址），实现IP地址的识别与管理；

发送或接收时使IP数据报的长度与通信子网所允许的数据报长度相匹配。

网络互联层最常用的协议是IP协议，它是用于传输IP数据报的协议。

它把传输层送来的消息组装成IP数据报文，并把IP数据报文传递给网络接口层。

网际层还包含以下协议：

ARP协议：

实现IP地址到物理地址的映射。

RARP协议：

实现物理地址到IP地址的映射。

ICMP协议：

用于网际层上控制信息的产生和接收分析。

IGMP协议：

实现组选功能。

（3）传输层

传输层为应用程序提供端到端通信功能，和OSI参考模型中的传输层相似。

该层协议处理网络互联层没有处理的通信问题，保证通信连接的可靠性，能够自动适应网络的各种变化。

传输层主要有两个协议，即传输控制协议（TCP）和用户数据报协议（UDP）。

TCP协议是面向连接的，以建立高可靠性的消息传输连接为目的。

为了完成可靠的数据传输任务，TCP协议具有数据报的流量控制、顺序控制、差错检测、校验以及重发控制等功能。

UDP是不可靠的、无连接的协议，主要用于不需要TCP的排序和流量控制，而是自己完成这些功能的应用程序。

（4）应用层

位于传输层之上的应用层包含所有的高层协议，为用户提供所需要的各种服务。

到目前为止，互联网络上的应用层协议有下面几种：

①电子邮件协议（SMTP），负责互联网中电子邮件的传递。

②超文本传输协议（HTTP），提供WWW服务。

③网络终端协议（TELNET），实现远程登录功能。

④文件传输协议（FTP），用于交互式文件传输。

⑤网络新闻传输协议（NNTP），为用户提供新闻订阅功能。

⑥域名系统（DNS），负责机器名字到IP地址的转换。

⑦简单网络管理协议（SNMP），负责网络管理。

⑧路由信息协议（RIP/OSPF），负责路由信息的交换。

随着计算机网络技术的发展，还不断有新协议加入。

四局域网

1局域网概述

（1）局域网的特点

局域网是将较小地理范围内的各种数据通信设备连接在一起的通信网络。

局域网是一个通信网，仅提供通信功能。

局域网具有如下一些主要特点：

①局域网覆盖的地理范围比较小，一般不超过30km。

②数据传输速率高。

共享式局域网通常为1~100Mbps，交换式局域网目前最高已达到1Gbps。

③传输时延小。

一般在几毫秒至几十毫秒之间。

④误码率低。

一般为10-8~10-12。

从目前的发展情况看，局域网可以分为两类：

共享介质局域网（SharedLAN）和交换局域网（SwitchedLAN）。

（2）局域网参考模型

IEEE802标准所描述的局域网参考模型只对应OSI参考模型的数据链路层与物理层，又将数据链路层划分为两个子层：

逻辑链路控制（LogicalLinkControl，LLC）子层和介质访问控制（MediaAccessControl，MAC）子层。

（3）IEEE局域网标准

IEEE802标准系列

IEEE802分委员会名

制定的局域网标准

IEEE802.1

局域网概述、体系结构、网络管理和网络互联

（续表）

IEEE802.2

逻辑链路控制LLC

IEEE802.3

CSMA/CD访问方法和物理层规范

IEEE802.4

TokenPassingBUS（令牌总线）

IEEE802.5

TokenRing（令牌环）访问方法和物理层规范

IEEE802.6

城域网访问方法和物理层规范

IEEE802.7

宽带技术咨询和物理层课题与建议实施

IEEE802.8

光纤技术咨询和物理层课题

IEEE802.9

综合声音／数据服务的访问方法和物理层规范

IEEE802.10

安全与加密访问方法和物理层规范

IEEE802.11

无线局域网访问方法和物理层规范

IEEE802.12

快速局域网访问方法和物理层规范

2局域网的传输介质

传输介质是指数据传输系统中发送器和接收器之间的物理路径，它是传输数据的物理基础。

传输介质的性能对网络的通信、速度、距离、价格以及网络中的节点数和可靠性都有很大影响。

因此，必须根据网络的具体要求，选择适当的传输介质。

传输介质分为有线和无线两大类。

（1）有线传输介质。

有线传输介质包括双绞线、同轴电缆和光缆

（2）无线传输介质。

无线传输介质包括无线电、微波、卫星、移动通信等各种通信介质。

3局域网互连设备

网络互联是指利用网络互联设备及相应的技术措施和协议把两个或两个以上的计算机网络连起来，实现计算机网络之间的连接，使不同的网络上的用户能互相通信和交换信息。

网络互连可以使用户在更大范围内实现资源共享，也可以从整体上提高网络的可靠性。

常用的局域网互连设备主要有中继器、集线器、网桥、路由器、网关等。

（1）中继器

（2）集线器

（3）网桥

（4）交换机

（5）路由器

（6）网关

作业：

第六章选择题、填空题