单位名称 单位性质 联系电话 网 址 被调查人姓名 职 务 二 调查内容 1. 贵单位是否组建有单位内部的计算机网络? 是否 2. 贵单位是否近期准备组建单位内部的计算机网络? 是否 3. 贵单位的组建计算机网络主要目的是什么? A 单位内部的管理 B 单位资料的共享 C 单位设备的共享 D 其他目

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1 课前准备 亲爱的同学们, 在信息技术飞速发展的今天, 在计算机网络在我们的身边无处不在的今天, 非常庆幸, 你能够学习计算机的网络的相关知识 我想你已经习惯了网络的存在, 但你细想一下, 你对计算机网络技术有多少了解呢? 你家里终端设备不能上网, 你会处理吗? 计算机网络到底是什么东西呢? 风靡世界的互联网是不是就是计算机网络呢? 如此多的问题你学习了本门课程后, 相信你会找到答案的 为了更好地学习本门课程, 同学们我们先利用课余时间来做一个简单的社会调查 一 调查准备 1 分组根据每个学生的自身特点及兴趣爱好等情况, 将班级学生按 5~6 人分为一个小组, 每个小组的成员尽量做到合理搭配 如有可能每个小组尽量能做到有一个有一定组织能力的学生 一个比较活跃善于交际的学生 一个比较沉稳的学生等等, 同时需要考虑平时学生相处的关系的好坏 2 确定调查单位结合本地区的实际情况, 确定一定量的调查单位 主要以以下几种单位为主 : 一定规模的正规网络服务公司 网络系统工程公司 学校 政府机构 商场 图书馆的网络中心等 ( 主要由学生根据本组成员的组成情况来确定, 对于有一定困难的小组, 教师可以将往届毕业生以及与学校有一定合作关系的实习单位情况提供给学生, 由学生自行联系 ) 3 调查方案以问卷调查方案为主, 也可以采用走访 街头随访的方式进行 4 资料查询在进行调查之前, 借助于因特网及其他一些渠道 ( 如电话号码查询系统 一些广告等 ), 对所要调查的对象有一个初步的认识, 了解被调查单位的一些基本情况 二 调查目的 : 1 了解计算机网络在本地区普及情况; 2 了解计算机网络在被调查单位主要发挥的功能; 3 培养学生团结协作精神 三 调查问卷 ( 供参考 ) 某某学校计算机网络专业课程学习社会调查表 调查人 : 调查时间 : 调查地点 : 调查方式 : 一 被调查单位基本情况

2 单位名称 单位性质 联系电话 网 址 被调查人姓名 职 务 二 调查内容 1. 贵单位是否组建有单位内部的计算机网络? 是否 2. 贵单位是否近期准备组建单位内部的计算机网络? 是否 3. 贵单位的组建计算机网络主要目的是什么? A 单位内部的管理 B 单位资料的共享 C 单位设备的共享 D 其他目的 4. 贵单位的计算机网络是否有专人管理, 管理人员的主要工作是什么? 5. 贵单位的网络是有线网还是无线网? 6. 贵单位的内部计算机网络是否与因特网连接? 是否 7. 单位内部组建计算机网络给工作中带来了哪些方便? 8. 单位内部组建计算机网络给工作中有没有危害, 如果有, 主要是什么危害? 四 调查资料汇总 各个小组将本组的调查的资料和查找到的资料进行汇总, 撰写出本组的调查总结报告

3 第 1 章走入网络世界 随着计算机技术的迅猛发展, 计算机的应用逐渐渗透到各个技术领域和社会生活的各个方面 社会的信息化趋势 数据的分布处理, 以及各种计算机资源的共享等方面的需求, 推动了计算机技术向着群体化的方向发展, 促使计算机技术与通信技术紧密地结合, 计算机网络由此而生, 它代表了当前高新技术发展的一个重要方向 尤其是 20 世纪 90 年代以来, 世界的信息化和网络化, 使得 计算机就是网络 的概念渐渐深入人心, 网络已经成为人们生活的一部分 1.1 网络是什么? 电子计算机的诞生给社会带来了巨大变化, 而计算机网络的出现更是颠覆了人们的传统 生活方式, 因特网的广泛应用, 使地球真正成为了一个传统意义的村庄 网络世界很精彩 计算机网络发展至今, 只有短短的数十年时间, 网络技术 服务对象 普及程度发生了翻天覆地的变化, 随着因特网的普及, 网络充斥到世界的每一个角落, 在人们的身边提供服务 下面的几种情况, 你是不是有种似曾相识的感觉 1. 网络游戏网络游戏又称 在线游戏, 简称 网游 它是以互联网为传输媒介, 以游戏运营商服务器和用户计算机为处理终端, 以游戏客户端软件为信息交互窗口旨在实现娱乐 休闲 交流和取得虚拟成就的具有相当可持续性的个体性多人在线游戏 它能够吸引大量的年轻人参与其中, 现在已经形成为一个产业, 如图 1-1 所示 2. 网上冲浪 图 1-1 网络游戏

4 网络媒体是一种新型的媒体形式, 以其快速 迅捷以及传递多感官的信息等特点成为第四媒体 通过国际互联网络, 网络媒体可以将信息 24 小时不间断地传播到世界的每一个角落 只要具备上网条件, 任何人, 在任何地点都可以阅读 特别是 3G 技术的广泛使用, 世界大事可以在最短的时间内通过网络传送到用户 用户可以访问因特网上的相关网站, 根据个人的兴趣在网上畅游 较之传统的电视媒体 平面媒体, 网络媒体具有高效 快速 方便等优点 3. 电子商务电子商务是消费者借助网络, 进入网络购物平台进行消费的行为 网络上的购物平台通常是由网络服务商建立的虚拟的数字化空间, 它借助 Web 来展示商品, 并利用多媒体特性来加强商品的可视性 选择性 用户可以通过网络定购机票 预定旅馆 购买物品等, 网络为人们的出行和购物带来了极大的方便 图 1-2 网上预定机票 4. 网上炒股网上炒股是把传统的股票交易大厅搬到了自家的电脑里, 通过网络连接到证券网站进行在线股票交易 在提供网上证券交易的网站上, 有大量的资讯信息提供给股民 与大盘同步的行情通报, 已经是证券网站的基本配置了, 在此之外, 网站还提供了大量的财经新闻 上市公司背景资料 一些网站同时提供了股市分析的工具软件, 可以协助股民进行各种投资分析, 并定制安排自己的投资组合, 一些网站还有一些专门的股评师 市场专家在线进行各种分析和指导 图 1-3 网上交易系统

5 网络在我们身边的应用远不止上述所列的内容, 网络给人们带来的便利在无形中影响着 人们的生活方式, 网络正在以自己的方式改变着整个世界 身边的计算机网络 现在有一种说法 : 计算机就是网络 这种说法有点片面, 但也说出了一个实情, 现在的 计算机离开了网络, 使用起来会感觉非常不方便 图 1-4 所示为计算机通过因特网的获取信 息的情况 图 1-4 连入 Internet 的计算机 在各种类型的办公空间中我们会看到如图 1-5 所示的场景, 办公室里每个人的计算机均 连在公司内部的网络上, 他们可以在计算机间通过网络互相传递数据 图 1-5 网络化办公的工作场景图 1-6 所示的场景是大家都很熟悉的, 现在各大 中 小型城市中各种各样的 各种规模的网吧比比皆是 每一个网吧就是一个网络, 通过一个代理连接到 Internet 中, 体验着网络上各种不同的服务 图 1-6 网吧

6 移动网络是网络未来发展的一个方向, 在许多场合你都可以看到人们拿着一个移动终端, 使用 3G 或 4G 手段或 WiFi 技术接入互联网, 处理相关事务 图 1-7 移动办公 什么是计算机网络 我们在日常生活中可以看到的 : 网络好像就是计算机的后面连了一根网线, 在计算机上 进行简单的设置, 似乎就可以了 如果你有机会, 你可能还会看到如图 1-8 所示的场景 这 个场景是比较大的网络使用的配线柜 那么网络到底是什么呢? 图 1-8 网络配线柜一般的计算机网络包含以下各项元素 : 一定数量的计算机 ( 这些计算机能独立工作 ) 电缆线和集线设备 软件 ( 包括操作系统以及各种应用软件 )

7 有了这几个要素, 从我们的实际应用出发, 我们来考虑什么是计算机网络 (1) 一定数量的能独立工作的计算机计算机网络离开计算机是不能称为计算机网络的, 这些计算机本身需要能独立工作, 本身是一个独立的系统 一台计算机是不能成为网络的, 成为网络必须有相当数量的计算机 所以网络的第一个要素是 : 独立自主的计算机系统的集合 (2) 通过通信介质连接起来这些地理位置分散的计算机如果不能相连 ( 不论使用什么方式, 有线或无线的 ), 计算机网络还是不能构建起来, 要想这些独立的计算机能够共同工作, 需要将他们连接在一起 所以网络的第二个要素是 : 要通过通信介质将计算机连接起来 (3) 共同遵守相应的标准将一群计算机使用传输介质连接在一起, 他们就可以共同工作了? 当然不能 打个比方 : 一个俄罗斯人, 一个中国人, 一个意大利人, 各人只会自己国家的语言, 他们能交流吗? 如果他们都会说中文呢? 计算机网络也是这样, 每个计算机都要遵守一个相同的规划, 相互通信就没有问题了 所以网络的第三个要素是 : 要有一个共同遵守的规则或协议 (4) 组建网络的目的做任何事情都会有一定的目的, 人们花费那么大的力气去构建计算机网络必定是有构建的必要 将计算机连接起来后, 人们可以相互交换数据 可以相互联系 可以通过网络使用其他人允许你使用的计算机上的资源 所以网络的第四个要素是 : 以资源共享和数据通讯为目的 综上所述 : 计算机网络可以这样来进行描述 : 将地理位置不同但具有独立功能的多个计算机系统, 通过通信设备和通信线路连接起来, 在功能完善的网络软件 ( 网络协议 网络操作系统 网络应用软件等 ) 的协调下实现网络资源共享的计算机系统的集合 简单地说就是 : 以资源共享为目的自主互联的计算机系统的集合 1.2 网络的历史 随着计算机技术的通信技术的发展, 计算机的应用已逐渐渗透到社会发展的各个领域, 各种计算机资源的不断增加, 推动着计算机技术向网络化方向发展, 计算机网络已经成为们 学习 工作 生活不可缺少的伙伴 计算机网络的形成与发展 计算机网络是计算机技术与通信技术相结合的产物, 它的发展经历了一个从简单到复杂 从低级到高级的发展过程, 大致经历了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 以资源共享为目的的计算机网络系统阶段等 1. 具有通信功能的单机系统 20 世纪 50 年代初期, 由于计算机刚刚研制成功不久, 主要的逻辑元件是电子管, 所以计算机的体积庞大, 价格昂贵, 只能由专门的技术人员在专门的环境下进行操作与管理, 一般人接触不到 人们在需要使用计算机时, 只能自己携带程序和数据, 到机房交给计算机操

8 作员, 等待若干时间后, 再去机房取回运行结果 如果程序有错, 修改后再次重复这一过程 这种方式就是批处理方式 1951 年, 美国麻省理工学院林肯实验室开始为美国空军设计称为 SAGE(Semi Automatic Ground Environment) 的半自动化地面防空系统, 并于 1963 年建成 它制定了 1600bps 的数据通信规程, 提供了高可靠性的多种路径选择算法, 是计算机技术和通信技术相结合的先驱 20 世纪 60 年代初期, 美国航空公司建成了订票系统 SABRE-1, 该系统以一台大型计算机作为中央计算机, 连接了遍布美国的 200 多台终端 1968 年投入运行的美国通用电气公司的信息服务系统 (GE Information Service) 是世界上最大的商用数据处理系统, 其地理范围从美国本土延伸到欧洲 澳洲和日本 这种网络形式是早期计算机网络的主要形式, 使用了分时系统, 是具有通信功能的单机系统, 又称为终端 - 计算机网络 终端 - 计算机网络构成是在计算机上增加一个叫线路控制器的通信装置, 使主机具备通信功能 将远地用户的输入输出装置通过通信线路与计算机的通信装置相连 这样, 用户就可以在远地的终端上键入自己的程序与数据, 再由主机处理, 处理结果再经通信线路返回给用户, 如图 1-9 所示 在这种系统中, 最初采用点 - 点方式, 每个终端独占一条线路与主机相连, 主机和线路利用率很低,60 年代初期, 随着多重线路控制器的使用, 一台计算机主机可以和许多远程终端相连接, 出现了现代计算机网络的雏形 图 1-9 具有通信功能的单机系统 2. 具有通信功能的多机系统随着计算机功能的不断拓展, 计算机用户也迅速地增长, 单机系统功能上的弱点也慢慢地显露出来, 主要表现在两个方面 : 第一, 主机的负担太重 在单机系统中主机既要进行数据处理, 又要完成通信控制, 随着通信控制任务的加重, 势必降低数据处理的速度, 在当时, 对昂贵的主机资源来讲, 显然是一种浪费 ; 第二, 线路的利用率比较低 每个终端占有一条通信信道, 信道时常处于一种闲置状态, 当终端速率很低时, 表现的尤为明显 为了克服第一缺点, 人们意识到应该设计出另一种不同的硬件结构的设备来完成数据通信的任务, 通信处理机应运而生 通信处理机又称为前端处理机, 简称前端机, 主要分工完成全部的通信控制任务, 这样主机就能进行专门的数据处理, 大大提高了主机进行数据处理的效率 远程终端的数量不断增加, 使通信费用随之增加, 为了节省通信费用, 提高线路的利用率, 在远程终端比较密集的地方加一个集中器 集中器和前端机相似, 也是一种通信处理机, 它的一端用多条低速线路与各终端相连, 另一端则用一条较高速率的线路与主机的前端处理机相连, 如图 1-10 所示

9 图 1-10 多机系统为了完成前置处理机和集中器应完成的复杂控制工作, 前置机与集中器的任务由小型机或微机来承担, 这种联机系统就是多机互联系统 具有通信功能的单机系统与具有通信功能的多机系统阶段可以称为是第一代计算机网络 : 远程终端连接的网络 3. ARPANET 与分组交换网络多机互联系统为计算机应用开拓了新的领域, 但是又向计算机技术提出了新的要求 : 计算机系统之间的通信要求 一个主机系统的资源是有限的, 用户当然希望能够使用其他主机的资源, 或者与别的主机系统的用户共同完成某项任务, 即与别人共享资源, 分组交换网的出现使这种想法成为可能 20 世纪 60 年代中期出现了大型计算机, 因而提出了对大型主机资源远程共享的要求, 以程控交换为特征的电信技术的发展, 提供了实现的手段 1969 年底, 美国国防部高级计划研究局 (DARPA) 建成了 ARPANET 实验室, 标志着现代意义上的计算机网络的诞生 建网之初,ARPANET 只有 4 个节点 两年后, 建成 15 个节点, 进人工作阶段 此后,ARPANET 的规模不断扩大 70 年代后期, 它的网络节点超过 60 个, 具有 100 多台主机, 地理范围跨越美洲大陆, 连通了美国东部和西部的许多大学和科研机构, 又通过卫星与夏威夷和欧洲等地区的计算机网络相互连接 计算机网络技术的发展与计算机操作系统的发展有着密切的关系 1969 年,AT&T 成功开发了多任务分时操作系统 UNIX, 而最初的 ARPANET 的所有 4 个节点处理机 (Interface Message Processor,IMP) 就是采用的装有 UNIX 操作系统的 PDP-11 小型机 由于 UNIX 系统的开放性及 ARPANET 的出现所带来的曙光, 许多学术机构和科研部门纷纷加入该网络, 使得 ARPANET 在短时期里就得到了较大的发展 ARPANET 网的特点, 通常认为是现代计算机网络的主要特征, 其要点有以下几个方面 (1) 实现了计算机之间的相互通信, 称这样的系统为计算机互连网络 (2) 将网络系统分为通信子网与资源于网两部分, 网络以通信子网为中心 通信子网处在网络内层, 子网中的计算机只负责全网的通信控制, 称为通信控制处理机 资源子网处在网络外围, 由主计算机 终端组成, 负责信息处理, 向网络提供可以共享的资源 如图 1-11 所示 图 1-11 APPANET 结构示意图

10 (3) 使用主机的用户, 通过通信子网共享资源子网的资源 从现代计算机网络这个概念上说, 使用网络通信只是手段, 实现资源共享才是其主要目的 (4) 采用了分组交换技术 发送节点将要传递的数据分成若干小块, 分别打包, 称为数据包或分组 每个分组有固定的长度, 按照分块顺序编号, 并加上源地址 日标地址, 再加上约定的头信息 尾信息 打包好了的分组, 从源节点发送后, 各自在网络中从一个节点传送到下一个节点 (5) 使用了分层的网络协议 不严格地说, 分层网络协议就是将与数据通信 网络应用有关的程序 ( 协议软件 ), 按其功能分为若干层次, 低层次的协议软件运行在通信子网的通信控制处理机中, 而全部层次的协议软件则运行于资源子网的主机中 20 世纪 70 年代中后期是广域网的大发展时期 各发达国家的政府部门 研究机构和电报电话公司都在发展各自的分组交换网络 这些网络都以实现远距离的计算机之间的数据传输和信息共享为主要目的, 通信线路大多采用租用电话线路, 少数铺设专用线路, 数据传输速率约为 50kbps 这一时期的网络被称为第二代计算机网络, 以远程大规模互连为其主要特点 4.ISO 参考模型的诞生经过 20 世纪 60 年代 70 年代前期的发展, 人们对组网技术, 组网方法和组网理论的研究日趋成熟 为了促进网络产品的开发, 各大计算机公司纷纷制定了自己的网络技术标准 1974 年,IBM 公司首先提出了系统网络体系结构 (System Network Architecture,SNA) 标准 1975 年,DEC 公司也公布了数字网络体系结构 (Digital Network Architecture,DNA) 标准. 这些标准只在一个公司范围内有效 遵从一个标准 能够互连的网络通信产品, 只是同一公司生产的同构型产品 网络市场的这种状况使得用户在投资方向上无所适从, 也不利于厂商之间的公平竞争 人们迫切要求制定一套标准, 各厂商遵从这个标准生产网络产品, 使各种不同型号的计算机能方便地互连成网 为此,1977 年国际标准化组织 (ISO) 的 SCl6 分技术委员会着手制定开放系统互连参考模型 (Reference Model of Open System Interconnection,OSI/ RM) 1981 年正式公布了这个模型, 并得到了国际上的承认, 被认为确立了新一代网络结构 所谓开放系统是指, 只要网络产品 ( 软件 硬件 ) 符合 OSI 标准, 任何型号的计算机都可以互连成网 OSI 参考模型规定了在节点间传送的分组 ( 一个信息传送单位 ) 格式 它将网络应用软件的共同部分分为 7 个层次, 称为协议 从第 1 层到第 7 层依次是 : 物理层 链路层 网络层 传输层 会话层 表示层 应用层 每一层利用下一层的功能实现一些本层次的新功能, 为上一层提供增值服务 因此, 任意一层的功能都包含了它下面所有层次的功能 层与层之间留有若干接口, 称为服务访问点 (Service Access Point,SAP) 任意一层就通过这些服务访问点来调用相邻的下一层的功能, 以实现本层的新功能 同时规定, 任意一层都只能调用它相邻的下一层的功能 OSI 是由国际标准化组织 ISO 制定的参考模型, 它并非实际产品 OSI 模型适用于将不同型号的计算机互连成一个单一的网络 它极大地推动了网络标准化的进程, 而这个进程又反过来促进了计算机网络的迅速发展 这一阶段是网络的标准化时期 5.TCP/IP 协议的成功 1974 年, 塞尔夫和卡恩共同设计 成功开发了著名的 TCP/1P 协议 需要注意的是,TCP/IP 是一族协议中的两个主要协议 其中,TCP(Transmission Control Protocol) 是传输控制协议,

11 而 IP (Internet Protocol) 则是互联网协议 TCP/IP 很快被插入到 UNIX 系统内核中, 从而为各种不同类型的计算机通信子网的相互连接提供了标准和接口 由于 ARPANET 与 UNIX 系统的迅速发展,TCP/IP 协议逐渐得到了工业界 学术界及政府机构的认可, 并从而获得了进一步的发展 另一方面,TCP/IP 协议本身具有的简单 实用的优良特性, 从而使之焕发出无限活力, 形成了今天席卷全球的 Internet TCP/IP 模型由 4 个层次组成, 主要是针对互联网的 它也规定了在 Internet 网络中传送的 IP 分组格式 其中,IP 协议运行于连接两个或多个网络的路由器中, 并叠加于原网络协议的数据链路层 ( 或网络层 ) 协议之上, 而全部 TCP/IP 协议则运行于连接在 Internet 上的主机中, 并叠加于原网络协议的数据链路层 ( 或网络层 ) 协议之上 从第 l 层到第 4 层依次是网络接口层 互联网层 传输层和应用层 严格说来,TCP/IP 协议只包含了互联网层 ( 运行 IP 协议 ) 和传输层 ( 运行 TCP 协议 ) 两层, 因为应用程序不能算是它的一部分, 而 TCP/IP 又是叠加于原网络协议的数据链路层 ( 或网络层 ) 协议之上, 因此它既不包含链路层协议, 也不包含物理层协议, 它的网络接口层实际上就是原来物理网络的通信子网 这就是说,IP 协议可以很好地和任何物理网络连接起来, 而不改变原来的物理网络 TCP/IP 协议来自实践, 是一个实际产品, 它将使用不同网络技术的若干网络连接成一个可以相互通信 可以相互操作的无缝整体 在用户看来, 这个整体就是一个单一的网络, 它屏蔽了隐藏于整体之下的不同物理网络的细节 除了网络互连功能之外,TCP/IP 必须实现的另一个主要目标是 : 网络不受子网硬件故障的影响, 已经建立的会话不会被取消 也就是说, 只要源端和目的端机器都在工作, 即使某些中间机器或传输线路突然失去控制, 也能保持网络连接 TCP/IP 协议的广泛使用使计算机网络步入了第三代计算机网络时代 6. 互联网的兴起上世纪九十年代, 计算机技术 通信技术以及建立在计算机和网络技术基础上的计算机网络技术得到了迅猛的发展 特别是 1993 年美国宣布建立国家信息基础设施 NII 后, 全世界许多国家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, 使计算机网络进入了一个崭新的阶段 全球以美国为核心的高速计算机互联网络即 Internet 已经形成,Internet 已经成为人类最重要的 最大的知识宝库 互联网的兴起标志着计算机网络的发展进入了第四个阶段 网络互联阶段 美国政府又分别于 1996 年和 1997 年开始研究发展更加快速可靠的互联网 2(Internet 2) 和下一代互联网 (Next Generation Internet) 可以说, 网络互联和高速计算机网络正成为最新一代的计算机网络的发展方向 计算机网络在中国 我国的计算机网络发展起步较晚, 但经过几十年的发展, 依托于我国国民经济和政府体制改革的成果, 已经显露出巨大的发展潜力 中国已经成为国际网络的一部分, 并且已经拥有世界上最大的网络用户群体 最早着手建设计算机广域网的是铁道部 铁道部在 1980 年即开始进行计算机联网实验, 当时的几个节点是北京 天津 上海等铁路局及其所属的 11 个分局, 网络体系结构为 Digital 公司的 DNA

12 1989 年 2 月我国的第一个公用分组交换网 CHINAPAC 通过试运行和验收, 达到了开通业务的条件,CHINAPAC 分组交换网由 3 个分组节点交换机,8 个集中器和 1 个双机组成的网络管理中心所组成 同时公安部和军队相继建立了各自的专用计算机广域网 除了广域网外, 从 80 年代起, 国内的许多单位都陆续安装了大量的局域网, 使更多的人能够了解计算机网络的特点和用途 从 1993 年开始, 几个全国范围的计算机骨干网络工程相继启动, 从而使网络在我国出现了迅猛发展的势头 到目前为止在我国已建成四大互联网络, 差不多都是这时候开始建设的 1. 中国公用计算机互联网该网络于 1994 年 2 月, 由原邮电部与美国 Sprint 公司签约, 为全社会提供 Internet 的各种服务 1994 年 9 月, 中国电信与美国商务部布朗部长签订中美双方关于国际互联网的协议, 协议中规定中国电信将通过美国 Sprint 公司开通两条 64K 专线 ( 一条在北京, 另一条在上海 ) 中国公用计算机互联网(China NET) 的建设开始启动 1995 年初与 Internet 连通, 同年 5 月正式对外服务 目前, 全国大多数用户者是通过该网进入因特网的 ChinaNet 的特点是入网方便 2. 中科院科技网中科院科技网也称中关村地区教育与科研示范网络 (National Computing & Networking Facility of China,NCFC) 它是由世界银行贷款, 国家计委, 国家科委, 中国科学院等配套投资和扶持 项目由中国科学院主持, 联合北京大学清贫大学共同实施 1989 年 NCFC 立顶,1994 年 4 月正式启动 1992 年,NCFC 工程的院校网, 即中科院院网, 清华大学校园网和北京大学校园网全部完成建设 ;1993 年 12 月,NCF 主干网工程完工 采用高速光缆和路由器将三个院校网互连 ; 直到 1994 年 4 月 20 日,NCFC 工程连入 Internet 的 64K 国际专线开通, 实现了与 Internet 的全功能连接, 整个网络正式运营 从此我国被国际上正式承认为有 Internet 的国家, 此事被我国新闻界评为 1994 年中国十大科技新闻之一, 被国家统计公报列为中国年重大科技成就之一 3. 国家教育和科研网该网络是为了配合我国各院校更好地进行教育与科研工作, 由国家教委主持兴建的一个全国范围的教育科研互联网 网络于 1994 年开始兴建, 同年 10 月,CERNET 开始启动 该项目的目标是建设一个全国性的教育科研基础设施, 利用先进实用的计算机技术和网络通信技术, 把全国大部分高等学位和中学连接起来, 推动这些学位校园网的建设和住处资源的交流共享 该网络并非商业网, 以公益性经营为主, 所以采用免费服务或低收费方式经营 4. 中国金桥网中国金桥网是由原电子部志通通信有限公司承建的互联网 1993 年 8 月 27 日, 李鹏总理批准使用 300 万美元总理预备金支持启动金桥前期工程建设 1994 年 6 月 8 日, 金桥前期工程建设全面展开 1994 年底, 金桥网全面开通 ChinaGBN 是国家授权的四个互联网络之一, 也是在全国范围内进行 Internet 商业服务的二大互联网络之一 ( 另一个 ChinaNET) 1996 年 8 月, 国家计委正式批准金桥一期工程立项, 并将金桥一期工程列为 九五 期间国家重大续建工程项目 9 月 6 日, 中国金桥信息网 (ChinaGBN) 连入美国的 256K 专线正式开通, 中国金桥信息网宣布开始提供 Internet 服务 伴随着我国计算机网络的主干网的构建完成,Internet 在我国也飞速的发展 从 1987 年

13 9 月 20 日北京计算机技术研究所的钱天白教授发出第一封 开始, 标志着 Internet 已经成为中国人生活的一部分, 揭开了 Internet 在我国发展的序幕 1997 年 11 月中国互联网信息中心发布第一次 中国 Internet 发展状况统计报告, 互联网已经开始从少数科学家手中的科研工具, 走向广大群众 从此以后, 中国互联网信息中心定期向世人发布我国互联网的发展情况, 广大网民可以通过管理中心网站获取最新我国互联网发展报告 人们通过各种媒体开始了解到互联网的神奇之处 : 通过廉价的方式方便地获取自己所需要的信息 1990 年 10 月, 钱天白教授代表中国正式在国际互联网络信息中心的前身 DDNNIC 注册登记了我国的顶级域名 CN, 并且从此开通了使用中国顶级域名 CN 的国际电子邮件通信服务 但是, 中国的 CN 顶级域名服务器一直放在国外的历史直到 1994 年 5 月 21 日才完全改变 这一天钱天白教授在中国科学院计算机网络信息中心完成了国家顶级域名 (CN) 服务器的设置 从这一天起, 我们可以自豪地向世界宣布 : 没有中国的参与,Internet 是残缺的, 不完整的 现在我国正在进行三网合一的试点运行工作 所谓 三网合一, 就是指电信网 广播电视网和计算机通信网的相互渗透 互相兼容 并逐步整合成为统一的信息通信网络 三网合一 是为了实现网络资源的共享, 避免低水平的重复建设, 形成适应性广 容易维护 费用低的高速宽带的多媒体基础平台 三网合一并不意味着电信网 计算机网和有线电视网三大网络的物理合一, 而主要是指高层业务应用的融合 其表现为技术上趋向一致, 网络层上可以实现互联互通, 形成无缝覆盖, 业务层上互相渗透和交叉, 应用层上趋向使用统一的 IP 协议, 在经营上互相竞争 互相合作, 朝着向用户提供多样化 多媒体化 个性化服务的同一目标逐渐交汇在一起, 行业管制和政策方面也逐渐趋向统一 1.3 计算机网络的功能 随着计算机网络技术的飞速发展, 其应用领域越来越广泛, 计算机网络的功能也不断地得到拓展, 不再仅仅局限于资源共享 数据通信, 而是逐渐地渗入社会的各个部门和领域, 对社会经济 科技 文化 生活都产生着重要的影响 通过网络系统, 人们可以坐在家中预订去世界各地的飞机票 火车票, 预订客房 ; 通过远程通信可以了解世界各地的证券 股市行情 ; 通过网络信息系统可以对企业生产 销售 财务 固定资产等各方面进行管理等等 计算机网络的应用领域十分广泛, 主要有以下几种用途 1. 数据通信数据通信功能实现了服务器与工作站 工作站与工作站间的数据传输, 是计算机网络的基本功能 它使分散在不同部门 不同单位 甚至不同省份 不同国家的计算机与计算机之间可以进行通信, 互相传递数据, 方便地进行信息交换 计算机网络, 尤其是广域网, 使地理位置相隔遥远的计算机用户可以进行数据通信 典型的例子就是通过 Internet 可以收发电子邮件 在即时通讯软件的支持下, 人们可以在线交流 在线学习等, 这种通信手段是电话 信件和传真等现有通信方式的补充 利用计算机网络不仅可以通过电子邮件 即时通信, 还可以通过网络中的文件服务器, 交换信息, 相互协同工作 随着 Internet 在世界各地的风行, 新型形式的网络应用必将会给

14 我们的生活带来更多的便利 2. 资源共享所谓的资源是指为用户服务的硬件设备 软件 数据等 如应用程序和文件 常用计算机外设等都能够成为网络中的每一台授权计算机可使用的资源 资源共享是整个计算机网络的核心, 建立计算机网络的主要目的在于实现 资源共享, 资源共享主要包括程序共享 数据共享 文件共享 设备共享 处理器共享 进程共享等等, 用户可以在自己的位置上部分或全部地使用网络中的资源 利用计算机网络, 既可以共享大型主机设备, 也可以共享其它的硬件设备, 可以避免重复购置, 提高硬件设备的利用率 ; 利用计算机网络, 可以共享软件资源, 避免软件的重复开发与大型软件的重复购置, 进而实现分布处理的目标 ; 共享数据等资源信息, 可以避免大型数据库的重复设置, 以最大限度地降低成本, 提高效率 计算机网络可以将分散在各地的计算机中的数据信息收集起来, 进行综合分析处理, 并将处理结果反馈给相关的各个计算机, 使数据信息得到充分的共享, 提高网络中各计算机的利用率和工作效能 资源共享可以最大程度地利用网络上的各种资源, 提高资源的利用率, 并可以对各资源的忙与闲进行合理调节 当然网络上的资源共享必须经过授权才能进行 3. 分布式处理分布式处理是网络提供的基本功能之一, 由于有了计算机网络, 许多大型信息处理问题可以借助于分散在网络中的多台计算机协同完成, 解决单机无法完成的信息处理任务 分布式处理包括分布式输入 分布式计算和公布式输出三个方面 ⑴ 分布式输入将大量的数据分散在多个计算机上进行输入, 以解决数据输入的 瓶颈 问题 ⑵ 分布式计算对于一些大型的综合性问题, 通过一些算法分别交给不同的计算机进行处理, 用户根据需要, 合理地选择网络中的资源, 快速地进行运算 ⑶ 分布式输出将需要输出的大型任务, 选择网络中的空闲输出设备进行输出, 提高了设备利用率 4. 均衡负载互相协作网络中的计算机可以互为后备, 在工作过程中, 一台计算机出现故障, 可以使用网中的另一台计算机 当网络中某些计算机负荷过重时, 网络可以多分配任务给较空闲的计算机去完成 网中一条通信线路出了故障, 可以取道另一条线路, 从而提高了可靠性 5. 综合信息服务当今社会是信息化社会, 无论个人 单位, 每时每刻都在产生并处理大量的信息, 这些信息可能是文字 数字 图像 声音或视频, 计算机网络能够收集 传送这些信息并对之进行处理, 综合信息服务将成为计算机网络的重要的服务功能 在日常生活中, 计算机网络的具体应用主要有以下几个方面 : ⑴ 电子邮件计算机网络作为通信媒介, 用户可以在自己的计算机上把电子邮件发送到世界各地, 这些邮件中可以包括文字 声音 图像 视频等信息 ⑵ 电子数据交换

15 电子数据交换是计算机网络在商业领域的一种重要的应用形式, 它以共同认可的数据格式, 在贸易伙伴的计算机之间传输数据, 从而节省了大量的人力 物力和财力 ⑶ 联机会议利用计算机网络, 人们可以通过个人计算机参加会议讨论 ⑷ 网络游戏通过网络进行娱乐是网络带来的新娱乐方式, 网络游戏也是现阶段计算机网络重要应用之一, 它是一种交流的方式, 也是一种放松的方式 用户可以在计算机上玩动作游戏 智力游戏 网络游戏拓展了计算机网络的功能, 扩大了网络用户群, 成为计算机网络普及的重要工具 ⑸ 网络教育通过网络进行教育正成为现在与将来人们接受教育的重要途径, 通过网络进行培训和教学已成为计算机网络的典型应用之一, 通过互联网进行学习正逐渐成为人们获取知识的重要途径 ⑹ 即时通讯即时通讯是能够即时发送和接收互联网消息的一种业务, 是目前互联网最广泛的应用之一 从现在看, 已经不仅仅是一个简单的聊天工具, 已经发展成集交流 资讯 娱乐 搜索 电子商务 办公协作和企业客户服务等为一体的综合化信息平台 ⑺ 信息浏览信息浏览是互联网最广泛的应用, 在当今社会, 网络媒体是最快捷 最迅速的新型媒体, 每天通过各种网站不停地发布着数以亿计的信息资源 相比于传统媒体 : 电视 广播 报纸 杂志等而言, 网络媒体有着无可比拟的优势, 已经成为人们获取信息 知识的首选媒体 计算机网络的应用范围非常广泛, 目前, 它已经渗透到国民经济以及人们日常生活的各个方面, 并在人们的日常生活中发挥越来越重要的作用, 相信在不久的将来, 人类有可能会出现 无网无为 局面 1.4 计算机网络的分类 为了更好的组建 管理计算机网络, 我们常常将其划分为不同类型来讨论, 根据不同的研究角度, 计算机网络可以有多种分类方式, 以下简单介绍一下常见的分类方式 1. 根据网络的作用范围进行分类根据网络的作用范围和计算机之间互联的距离划分, 可以将网络划分为广域网 局域网和城域网三种类型 ⑴ 局域网 (LAN) 局域网 (Local Area Network, LAN) 是限定在一定范围内的网络 一般限定在 1~20km 的范围内, 由互连的计算机 打印机 网络连接设备和其他在短距离间共享硬件 软件资源的设备组成 局域网通常是一幢建筑物内 相邻的几幢建筑物之间或者是一个园区的网络, 一般由私人组织拥有和管理, 如图 1-12 所示

16 我们通常在学校机房 家庭 办公室 网吧中布设使用的网络都属于局域网 图 1-12 局域网 ⑵ 城域网 (MAN) 城域网 (Metropolitan Area Network, MAN) 与 LAN 相比扩展的距离更长, 基本上是一种大型的 LAN 通常使用与 LAN 相似的技术 MAN 使用 DQDB(Distributed Queue Dual Bus) 协议, 即 IEEE 标准, 连接着多个 LAN MAN 的范围扩大到大约 50km 它可能覆盖一组邻近的公司办公室和一个城市, 既可能是私有的也可能是公用的 MAN 可以支持数据和声音, 并是可能涉及到当地的有线电视网 (CATV) 为我们提供网络接入服务的服务提供商 (ISP) 所管理的位于一个地区的网络部分属于这种类型 ⑶ 广域网 (WAN) 广域网 (Wide Area Network, WAN ) 也叫远程网 RCN(Remote Computer Network), 覆盖范围通常为数百公里到数千公里, 甚至数万公里, 可以是一个地区或一个国家, 甚至世界几大洲或整个地球, 如图 1-13 所示 一个国家或国际间建立的网络都是广域网 在广域网内, 用于通信的传输装置与传输介质一般由电信部门或服务提供商提供 图 1-13 广域网从图 1-12 可以看出, 广域网也是由多个局域网 城域网通过广域连接在一起形成的 最常见的广域网就是我们使用的国际互联网 Internet Internet 是当前世界上规模最大的广域网, 已经覆盖了包括我国在内的 180 多个国家和地区, 连接了数万个网络, 终端用户已达数千万, 并且以每月 15% 的速度增长 此外, 很多大企业 院校 研究机构和军事机构也建立了为各自特殊需求服务的广域网络 2. 按网络的使用范围进行分类按网络的使用范围进行划分, 又可分为公共网和专用网两种类型 ⑴ 公共网公共网由电信部门组建, 一般由政府电信部门管理和控制, 网络内的传输和交换装置可提供 ( 如租用 ) 给任何部门和单位使用

17 ⑵ 专用网专用网是由某个部门或公司组建, 不允许其他部门或单位使用 专用网也可以租用电信部门的传输线路 例如, 军队 铁路 电力 银行等系统均有本系统的专用网络 3. 按照网络的管理方式分类按网络的管理方式不同, 可以将网络分为对等网和客户机 / 服务器网络 ⑴ 对等网对等 (Peer to Peer) 网通常是由很少几台计算机组成的工作组 对等网采用分散管理的方式, 网络中的每台计算机既作为客户机又可作为服务器来工作, 每个用户都管理自己机器上的资源, 所有的主机在网络上处于一种对等的地位 对等网的优点是管理简单, 缺点是可管理性差 早期的很多计算机网络采用对等网方式, 采用对等网方式可以大大节省管理开销, 但随着网络规模的扩大, 网络应用的不断发展, 对等网已逐步为客户机 / 服务器网络所替代 ⑵ 客户机 / 服务器网络客户机 / 服务器 (Client/Server) 网络, 常称为 C/S 网络, 它的管理工作集中在运行特殊网络操作系统与服务器软件的计算机上进行, 这台计算机被称为服务器 服务器可以验证用户名和密码的信息, 处理客户机的请求, 为客户机执行数据处理任务和信息服务 而网络中其余的计算机则不需要进行管理, 而是将请求发送给服务器 客户机 / 服务器网络的模式大大提高了网络的可管理性, 为网络提供了更有效和更丰富的应用途经, 但由于服务器需要更高性能的硬件 专用的软件和专业的配置 维护人员, 因此增加了管理上的开销 我们现在使用的网络服务, 大都基于 C/S 模式, 比如我们常常使用的 WWW 服务 电子邮件服务 文件服务 流媒体服务 打印服务等 随着网络应用的不断普及, 对服务器的需求变得越来越高, 服务器的网络带宽 CPU 内存 磁盘必须比我们使用的 PC 更快的更新换代, 即使这样, 也常常无法满足海量的服务请求 服务器的性能常常成为我们访问网络资源的瓶颈, 最近, 采用对等方式来提高文件服务与媒体服务网络访问速度的方式在 Internet 上又流行起来 我们在连接网络时, 数据通信流量分为上行与下行, 我们通过上行流行发送请求, 通过下行流量获取数据, 在 C/S 模式的文件服务和媒体服务中, 客户端大量消耗的是下行带宽, 上行带宽使用得很少, 而服务器端则恰好相反, 上行带宽常常无法满足大量的访问请求, 造成访问速度下降, 甚至无法正常连接 这种方式的想法是, 有效的利用客户机的上行带宽, 让每个客户机从服务器获取资源的同时, 也成为一台服务器, 为其他客户机提供资源 通过这种方式, 可以大大提高网络资源的利用率, 增强网络服务的性能 这种方式使用最广泛的是文件服务 BT 下载和流媒体服务 PPPLive 4. 按照数据传输方式分类按网络数据传输方式的不同, 可以将网络分为点对点网络和广播网络 ⑴ 点对点网络 (Point to Point Network) 点对点网络 (Point to Point Network) 网络中的计算机或设备通过单独的链路进行数据传输, 并且两个节点间可能会存在多条单独的链路, 如图 1-14 所示 点对点网络是我们连接网络最自然的想法, 任何两个通信节点都有一条或者多条链路相连, 这样的网络, 任意节点间通信时, 都能找到一条甚至多条物理线路, 并且能独占使用通信线路, 因此采用点对点的方式, 能够获得高速率 高可靠性和稳定的延迟

18 图 1-14 点对点网络但是, 采用点对点的方式的缺陷也非常明显, 在点对点网络中, 如果节点数目较多, 要实现它们之间的互通, 必须建立很多条物理连接, 对于 4 个节点的网络需要 6 条连接电缆, 每个节点也需要 3 个网卡才能实现 对于 n 个节点的网络, 需要 n (n-1)/2 条电缆, 这在我们节点较多的局域网络中是不可想象的, 大家可以假设一下我们的机房有 50 台主机, 即使不管每个主机是否能拥有 49 个网络接口, 总共 1225 条网络电缆就足以把机房地面铺满了 由于点对点网络的特点, 这种传播方式主要被应用于对传输速度 延迟要求很高广域网中 ⑵ 广播网络 (Broadcasting Network) 网络中的计算机或设备通过一条共享的通信介质进行数据传播, 所有节点都会收到其他任何节点发出的数据信息 这种传输方式主要应用于局域网中, 广播网络中有三种常见传输类型 : 单播 广播与组播 采用广播的主要目的是为了公用传输介质, 好比很多人在一个房间中, 你能同其他所有人交谈, 房间中的空气是声音的传输介质, 所有的人都公用这个介质而不需要在任意两个人之间单独建立一个声音的传输通道, 房间的墙壁阻隔了声音的传送, 使得外界无法听见房间中的谈话 这种类似于大声说话的传输方式, 称为广播, 广播所能覆盖的范围, 我们可以认为就是上述的房间, 我们称为广播区域, 简称广播域 单播 (Unicast), 是指有一个确定接收目的端的广播, 只有被指定的接收端会对单播做出响应, 其他主机会忽略这个单播 类似于你在房间里叫了一声 : 小刘, 你好!, 你指定了这句话唯一的接收对象为小刘, 房间里的其他人也能听到你所说的, 但由于自己不是小刘, 因此并不会理会 在我们进行网络通信时, 大部分通信都有确定的接收对象, 因此, 我们发送的大部分为单播数据包 需要注意的是, 在广播网络中, 单播实际上被发送到网络的所有节点, 只是网络接口设备 ( 如网卡 ) 会进行判断, 指定的接收人是否是自己, 如果不是, 这个包将之间被丢弃 单播方式造成了一个隐患, 如果通过某种手段, 能使网卡接收下并不发送是给自己的单播, 就能轻易窃听到网络中其他主机通过网络发送的信息, 这种情况我们称为网络侦听 广播 (Broadcast), 是指发送目标为所有主机的广播, 网络中的所有主机都是接收对象, 在广播区域中的所有主机都会接收广播 广播好比我们在房间里发布一个通知 : 大家注意, 有一个情况, 房间里所有人都会仔细听通知的内容 广播在网络中常常起着特殊的作用, 比如最常见的广播 arp, 用来获取目标主机 mac 地址, 是我们进行后续通信的基础 组播 (Multicast), 也称作多播, 是比较特殊的一类广播, 它指定的接收端既不是一个特定的主机, 也不是所有主机, 而是一组主机, 属于组播指定组的主机会接收组播, 其他主机接收到组播包后会将其丢弃 组播更类似于我们在房间里说 : XX 部门的各位, 请注意,

19 房间里属于 XX 部门的会仔细听, 其他人则不作理会 组播被广泛应用于视频点播等服务 广播技术很好的解决了传输介质的共享问题, 大大降低了组网的难度和成本, 被广泛 的应用于局域网技术中, 我们使用的以太网技术就是基于广播的技术 图 1-15 单播 图 1-16 广播 图 1-17 组播在一个正常运作的局域网中, 单播和广播是同时存在的, 但广播的数量过多, 会对网络的性能和正常工作造成很大的影响, 而广播过多的原因有很多, 如 : 一个广播域中的节点太多, 或者可以说广播域太大, 由于广播域中的任何主机发送的广播会扩散到整个区域, 节点数太多会引起广播域中的广播泛滥, 影响正常网络通信, 这也是我们常常需要分割子网的主要原因 除了这个原因以外, 网络的不正常配置, 如交换环路 不合理的基于广播的服务配置 病毒或木马感染等都会产生大量的广播, 当广播的数量超过网络允许的正常范围, 我们形象的称之为 广播风暴 1.5 网络的拓扑结构 十八世纪时, 欧洲的哥尼斯堡 ( 今俄罗斯加里宁格勒 ) 是东普鲁士的首都, 普莱格尔河横贯其中 在这条河上建有七座桥, 将河中间的两个岛和河岸联结起来, 如图 1-18 所示 人们闲暇时经常在这上边散步, 一天有人提出 : 能不能每座桥都只走一遍, 最后又回到原来的位置 这个看起来很简单又很有趣的问题吸引了大家, 很多人在尝试各种各样的走法, 但谁也没有做到 看来要得到一个明确 理想的答案还不那么容易 图 1-18 七桥问题

20 1736 年, 有人带着这个问题找到了当时的大数学家欧拉, 欧拉经过一番思考, 很快就用一种独特的方法给出了解答 欧拉把这个问题首先简化, 他把两座小岛和河的两岸分别看作四个点, 而把七座桥看作这四个点之间的连线, 如图 1-18 所示 那么这个问题就简化成, 能不能用一笔就把这个图形画出来 经过进一步的分析, 欧拉得出结论 不可能每座桥都走一遍, 最后回到原来的位置 并且给出了所有能够一笔画出来的图形所应具有的条件 这是拓扑学的 先声 网络的物理拓扑 在研究计算机网络组成结构的时候, 我们可以采用拓扑学中一种研究与大小形状无关的点 线特性的方法, 即抛开网络中的具体设备, 把工作站 服务器等网络单元抽象为 节点, 把网络中的电缆等通信介质抽象为 线 这样, 从拓扑学的观点看计算机网络就变成了点和线组成的几何图形, 我们称它为网络的拓扑结构 网络中的节点有两类, 一类是只转接和交换信息的转接节点, 它包括节点交换机 集线器和终端控制器等 ; 另一类是访问节点, 它包括主计算机和终端等, 它们是信息交换的源节点和目标节点 网络的拓扑类型较多, 基本的拓扑类型有以下三种 : 总线型 星型 环型, 如图 1-19 图 1-19 网络的拓扑结构 1. 总线型结构如图 1-20 所示, 总线型结构网络是将各个节点用一根总线相连 总线网络上的数据以电子信号的形式发送给网络上的所有的计算机, 但只有计算机地址与信号中的目的地址相匹配的计算机才能接收到 由于所有站点共享一条传输链路, 在任何时刻, 网络中只有一台计算机可以发送信息, 其他需要发送信息的计算机只有等待, 直到网络空闲时才能发送信息 这就需要有一种访问控制策略, 来决定下一次哪个站点可以发送, 在总线网络中, 通常采取分布式访问控制策略 数据发送时, 发送站将报文分成若干组, 然后一个一个地依次发送这些分组, 网络较忙时, 还要与其他站来的分组交替地在介质上传输 当分组经过各个站点时, 目的站点将识别分组地址, 然后拷贝这些分组的内容 在这种结构中, 总线仅仅是一个传输介质, 通信处理分布在各个站点内进行 总线型网络的主要优点是 : 结构简单灵活, 对节点设备的装 卸方便, 可扩充性好 ; 连接网络所需的电缆长度短 ; 另外, 这种结构的网络节点响应速度快, 共享资源能力强, 设备投入量少, 安装使用方便 因此, 总线型网络结构是最传统的, 也是目前广泛使用的一种网络结构

21 总线型网络的主要缺点是对通信线路 ( 总线 ) 的故障敏感, 任何通信线路的故障都会使得 整个网络不能正常运行 ; 另外, 由于共用一个总线, 站点间为了协调通信, 需要复杂的介质 访问控制机制 图 1-20 总线型网络为了消除信号反射, 在传输介质的两端需要安装终结器, 用于吸收传送到电缆端点的信号 在总线型网络中, 传输介质的每一个端点都必须连接到某个器件上, 任何开放的缆线端口都必须接入终结器以阻止信号的反射 如果网络中的缆线被分成两部分或者缆线的一端没有连接器件, 网络会由于断开部分没有终结器, 发生信号反射, 处于失效的状态, 数据通信终止 但此时网络中各个站点计算机仍可作为独立计算机进行工作 2. 星型结构星型拓扑是由中央节点和与中央节点直接通过各自独立的电缆连接起来的站点组成, 中央节点 ( 交换机或集线器 ) 位于网络的中心, 其他站点通过中央节点进行数据通信 如图 1-21 所示 星型拓扑采用集中式通信控制策略, 所有的通信均由中央节点控制 一个站点需要传送数据时首先向中央节点发出请求, 要求与目的站点建立连接 ; 连接建立完成后, 该站点才向目的站点发送数据 由于网络上需要进行数据交换的节点比较多, 中央节点必须建立和维持许多并行数据通路, 这种集中式传输控制使得网络的协调与管理更容易, 但也成为一个潜在的影响网络速度的瓶颈 星型拓扑采用的数据交换方式主要有线路交换和报文交换两种, 线路交换更为普遍 现有的数据处理和声音通信的信息网大都采用这种拓扑结构, 一旦建立了通道连接, 可以没有延迟地在连通的两个站点之间进行数据交换 图 1-21 星型网络图 1-22 环型网络星型拓扑结构主要具有以下的一些优点 : ⑴ 易于故障的诊断与隔离 集线器或交换机位于网络的中央, 与各节点通过连接线连接, 每条连接线都有相应的指示, 故障容易检测和隔离, 也可以很方便地将有故障的节点从系统中删除 ⑵ 易于网络的扩展 无论是添加一个节点还是删除一个节点, 在星型拓扑的网络中都

22 是一个非常简单的事情, 从中央节点上拔下一个电缆插头或插入一个电缆插头, 当网络拓展较大时, 可以采用增加中央节点的方法, 将中央节点进行级联, 来拓展计算机网络节点数量, 延伸网络的距离 ⑶ 具有较高的可靠性 只要中央节点不发生故障, 整个计算机网络就能正常运行, 其他节点的故障不会影响到整个网络 但其缺点也很明显, 主要有 : ⑴ 过分依赖中央节点 整个网络能否正常运行, 在很大程度上取决于中央节点能否正常工作, 中央节点的负担很重 ⑵ 组网费用高 由于网络中的每个节点都需要有自己的电缆连接到中央节点, 所以星型网所使用的电缆很多, 中央节点也是一个额外的负担 ⑶ 布线比较困难 由于每一个节点都有一条专用的电缆, 当计算机数量比较多 分布的位置比较分散时, 如何进行网络布线是一个令人头痛的问题 星型网络是在现实生活中应用最广的网络拓扑, 一般的学校 单位都采用这种网络拓扑组建单位的计算机网络 常用的物理布局采用星型拓扑的网络有 10BaseT 以太网 100BaseT 以太网等 局域网拓扑常采用星型或星型与其它类型相结合的结构 3. 环型结构如图 1-22 所示, 环型结构中的各节点是连接在一条首尾相连的闭合环型线路中的 环型网络中的信息传送是单向的, 即沿一个方向从一个节点传到另一个节点 由于信息按固定方向单向流动, 两个节点之间仅有一条通路, 系统中无信道选择的问题 在环型网络中, 当信息流中的目的地址与环上的某个节点的地址相符时, 信息被该节点接收, 然后, 根据不同的控制方法决定信息不再继续注下传送或信息继续流向下一个节点, 一直流回到发送该信息的节点为止 因此, 任何节点的故障均能导致环路不能正常工作 目前已有许多解决这些矛盾的办法, 如建立双环结构等 环型拓扑结构主要具有以下的一些优点 : ⑴ 数据传输质量高 由于网络中的中继设备对信号的再生放大, 信号衰减得极慢, 适合远距离传送数据 ⑵ 可以使用各种介质 环型网是点到点 一个结点一个结点的连接, 可以使用各种网络传输介质, 包括光纤 ⑶ 网络实时性好 每两台计算机之间只有一条通道, 数据流向上路径选择简化, 运行速度高, 可以避免数据冲突 但其缺点也很明显, 主要有 : ⑴ 网络扩展困难 由于网络是一个封闭的环, 需要扩展网络时, 站点的配置比较困难, 同样要删除网络中的站点也不容易 ⑵ 网络可靠性不高 单个节点故障会引起整个网络瘫痪 ⑶ 故障诊断困难 由于单个节点故障会引起整个网络故障, 所以, 出现故障时需要对每个节点进行检测, 以确定故障所在, 难度较大 环型网平时用的比较少, 主要用于跨越较大地理范围的网络, 环型拓扑更适合于网间网等超大规模的网络 最常见的采用环型拓扑的网络主要有令牌环网 FDDI( 光纤分布式数据接口 ) 和 CDDI( 铜线电缆分布式数据接口 ) 网络 通常情况下, 局域网常采用星型 星型 / 环型 星型 / 总线型拓扑结构, 而网际互连的拓

23 扑常采用网状结构, 环型或总线型的主干网 分层的星型结构 此外, 网络还有两种拓扑结构 : 树状拓扑和网状拓扑 树将拓扑可以看成是星状拓扑的扩展, 如图 1-23 所示, 在树状拓扑结构中, 节点按层次进行连接, 信息交换主要在上下节点之间进行, 相邻及同层节点之间一般不进行数据交换或数据交换量小 树将拓扑网络适用于汇集信息的应用要求 网状拓扑又称为无规则型 在网状拓扑结构型中, 节点之间的连接是任意的, 无规律可言, 如图 1-24 所示 网状拓扑的主要优点是系统可靠性高, 缺点是结构复杂, 必须采用路由算法与流量控制方法 图 1-23 树状拓扑 图 1-24 网状拓扑 网络的逻辑拓扑 网络的逻辑拓扑结构指信号在网络中的实际传输路径, 它所描述的是信号在网络中的流动 当任何一台设备向网上发出信号后, 信号在网上有两种传输方式 : 广播方式与只把信号发送给指定的下一站的设备 前一种方式的逻辑拓扑是逻辑总线, 后一种方式的逻辑拓扑是逻辑环 对逻辑总线结构来说, 当一台设备向网络上发出信号后, 信号像洪水一样 漫延 到网上各处, 网上的设备都会收到这个信号 若不考虑信号的传输延迟的话, 可以认为所有设备都同时收到该信号 对逻辑环结构来说, 当一台设备向网上发出信号时是发送给指定的一台设备, 然后按照一定的顺序一站一站地传下去, 最后回到发送站, 形成一个封闭环 显然, 网上每台设备都只接受指定发给它的信号, 它也只把信号发送给指定的下一站的设备 1.6 计算机网络的组成 从计算机网络中部分实现的功能来看, 计算机网络可以分为通信子网和资源子网两部分, 通信子网主要负责网络通信, 它是网络中实现网络通信功能的设备和软件的集合 ; 资源子网主要负责网络的资源共享, 它是网络中实现资源共享的设备和软件的集合 从计算机网络的实际构成来看, 网络主要由网络硬件和网络软件两部分组成 1. 网络硬件网络硬件包括网络服务器 网络工作站 传输介质以及网络连接设备等 网络服务器是网络的核心, 为用户提供网络服务, 同时提供主要的网络资源 网络工作站实际上就是一台

24 连入网络的计算机, 是用户使用网络的窗口 传输介质是网络通信所用的传输线缆 网络连接设备是构成网络的一些部件, 应用的网络连接设备有交换机 路由器等 ⑴ 服务器在网络中提供服务资源并起服务作用的计算机称为服务器 根据服务器所提供的服务的不同, 可以把服务器分为文件服务器 打印服务器 应用系统服务器等 文件服务器是用来管理用户的文件资源, 它能同时处理多个客户机的访问请求, 文件服务器对网络的性能起着非常重要的作用 ; 打印服务器是负责处理网络用户打印请求, 普通打印机和运行打印服务程序的计算机相连, 共享该打印机后这台计算机就成为打印服务器 ; 应用系统服务器是运行客户机 / 服务器应用程序的服务器端软件 保存大量信息供用户查询的服务器 ⑵ 工作站连接到网络中的计算机就称为工作站 工作站是网络用户最终的操作平台 用户在工作站上通过向文件服务器注册登录, 向文件服务器申请网络服务 工作站一般不用来管理共享资源, 但必要时也可以将工作站的外设设置为网络共享设备, 从而具有某些服务器的功能 ⑶ 集线设备集线设备可以使用集线器或交换机, 现在使用的比较多的是交换机 交换机在网络中起到数据交换的作用, 其拥有一条带宽很高的背部总线和内部交换矩阵, 所有的端口都挂接在这条背部总线上, 控制电路接收到数据包后, 处理端口会查找内存中的地址对照表以确定目的地址挂接在哪个端口上, 通过内部交换矩阵迅速地将数据包传送到目的端口, 如果目的地址在地址表中不存在, 才将数据包发往所有的端口, 接收端口回应后, 交换机将把它的地址添加到内部地址表中 ⑷ 通信介质通信介质是用来连接计算机与计算机 计算机与集线器等的媒介 它可以是同轴电缆 双绞线 光缆, 也可以是无线介质 使用什么通信介质一般取决于网络资源类型和网络体系结构 如同轴电缆常用于总线结构的网络 光缆常用于光纤环网等等 2. 网络软件网络软件包括网络操作系统 通信软件和通信协议等 计算机只有在操作系统的支持下才能正常运行 操作系统用于管理 调度和控制计算机的各种资源, 并为用户提供友好的操作界面 同样, 对于计算机网络也需要一个相应的网络操作系统来支持其运行 网络操作系统也是惟一能跨微型机 小型机和大型机的操作系统 ⑴ 网络操作系统网络操作系统 NOS 运行在服务器上, 负责处理工作站的请求, 控制网络用户可用的服务程序和设备, 维持网络的正常运行 现在计算机网络操作系统主要有三大系列 :UNIX Linux 和 Windows Windows 是由微软公司推出的一种网络操作系统, 以其操作方便 使用灵活, 占据着服务器市场的一半份额 ⑵ 工作站软件工作站软件运行在工作站上, 处理工作站与网络间的通信, 与本地操作系统一起工作, 一些任务分配给本地操作系统完成, 一些任务交给网络操作系统完成 ⑶ 网络应用软件网络应用软件是专门为在网络环境中运行而设计的, 网络版应用程序允许多个用户在同

25 一时刻访问 操作 使用, 它是网络文件资源共享的基础 ⑷ 网络管理软件网络管理软件一部分包含在网络操作系统中, 但大部分独立于操作系统, 需要单独购买 它能监测网络上的活动并收集网络性能数据, 并能根据数据提供的信息来微调和改善网络性能 本章小结 : 本章主要介绍了计算机网络的基础知识, 主要包括计算机网络的概念, 计算机网络的发展, 计算机网络的功能与分类, 计算机网络的拓扑结构以及计算机网络的组成 计算机网络是将地理位置不同但具有独立功能的多个计算机系统, 通过通信设备和通信线路连接起来, 在功能完善的网络软件 ( 网络协议 网络操作系统 网络应用软件等 ) 的协调下实现网络资源共享的计算机系统的集合 简单地说就是 : 以资源共享为目的自主互联的计算机系统的集合 计算机网络的发展可以认为经历了三个阶段 : 第一代计算机网络是远程终端连接的网络, 第二代计算机网络, 以远程大规模互连为其主要特点, 而 TCP/IP 协议的广泛使用使计算机网络步入了第三代计算机网络时代 人们构建计算机网络的初期是为了实现资源共享和数据通信的功能, 这两个功能是计算机网络最基本的功能, 随着计算机网络的发展, 计算机网络的分布式处理 负载均衡相互协作以及综合信息服务等功能得到了体现 计算机网络的分类方式有很多种, 最常见的分类方式是以网络覆盖的地理范围为分类标准, 将计算机网络分为局域网 城域网和广域网三类 此外, 计算机网络还可以分为专用网和公用网, 对等网和客户机 / 服务器网络, 点对点网络和广播网络等 计算机网络家族并不以一种方式出现, 从它的结构上可以将其主要分为 : 星型结构网 总线型结构网 环型结构网三种基本拓扑类型, 在这三种基本拓扑类型之外, 计算机网络还有树型网络 网状网络和杂合型网络等 计算机网络系统也与计算机系统相同由硬件系统和软件系统两大部分组成 硬件系统主要由服务器 客户机 集线设备以及通信设备组成, 而软件系统则由网络操作系统 网络管理软件 网络应用软件和工作站软件组成 本章练习 : 一 选择题 : 1. 计算机网络是 ( ) 技术和通信技术相结合的产物 A. 集成电路 B. 计算机 C. 人工智能 D. 无线通信 2.20 世纪 50 年代后期, 出现了具有远程通信功能的 ( ) A. 单机系统 B. 多机系统 C. 无盘站系统 D. 微机系统 3. 计算机网络最突出的优点是 ( ) A. 精度高 B. 内存容量大 C. 运算速度快 D. 共享资源 4. 计算机网络最基本的功能为数据通信为 ( ) A. 信息流通 B. 即时通信 C. 资源共享 D. 降低费用

26 5. 计算机网络中, 共享的资源主要是指 ( ) A. 主机 程序 通信信道和数据 B. 主机 外设 通信信道和数据 C. 软件 外设和数据 D. 软件 硬件 数据和通信信道 6. 用于将有限范围内的各种计算机 终端与外部设备互连起来的网络是 ( ) A. 广域网 B. 局域网 C. 城市网 D. 公共网 7. 一旦中心节点出现故障则整个网络就会瘫痪的局域网拓扑结构是 ( ) A. 星形结构 B. 树形结构 C. 总线形结构 D. 环形结构 8. 范围从几十公里到几千公里. 覆盖一个国家 地区或横跨几个洲的网络是 ( ) A. 广域网 B. 局域网 C. 城市网 D. 公共网 9. 在一所大学中, 每个系都有自己的局域网, 则连接各个系的校园网是 ( ) A. 广域网 B. 局域网 C. 城市网 D. 这些局域网不能互连 10. 目前实际存在与使用的广域网的拓扑结构基本都是采用 ( ) A. 总线拓扑 B. 环型拓扑 C. 网状拓扑 D. 星型拓扑 11. 按照计算机网络的 ( ) 划分, 可以将网络划分为总线型 环型和星型网络 A. 地域面积 B. 通信性能 C. 拓扑结构 D. 使用范围 12. 在星型结构中, 常见的中央节点为 ( ) A. 路由器 B. 集线器 C. 网络适配器 D. 调制解调器 13. 下列拓扑结构中, 需要终结设备的拓扑结构是 ( ) A. 总线型 B. 环型 C. 星型 D. 树型 14. 只允许数据在传输介质中单向流动的拓扑结构是 ( ) A. 总线型 B. 环型 C. 星型 D. 树型 15. 把计算机网络划分为局域网和广域网的分类依据是 ( ) A. 网络的地理覆盖范围 B. 网络的传输介质 C. 网络的拓扑结构 D. 网络的构建成本 16. 计算机网络术语中,WAN 的含义是 ( ) A. 以太网 B. 广域网 C. 互联网 D. 局域网 17. 网络中所连接的计算机在 10 台左右时, 多采用 ( ) A. 对等网 B. 基于服务器网络 C. 点对点网络 D. 小型 LAN 18. 局域网中的网络硬件主要包括网络服务器 工作站 ( ) 和通信介质 A. 计算机 B. 网卡 C. 网络集线设备 D. 网络协议 19. 客户机 / 服务器模式的英文写法为 ( ) A.Slave/Master B.Guest/Server C.Guest/Administrator D.Client/Server 20. 下列各项中属于网络操作系统的是 ( ) A.Linux B.Windows XP C.Photoshop D.Office 2010 二 填空题 1. 一般的计算机网络包含 和四个元素 2. 将地理位置不同但具有多个计算机系统, 通过和连接起来, 在功能完善的的协调下实现的计算机系统的集合, 称为计算机网络 3. 在 20 世纪 50 年代初期, 计算机网络是单机系统 年 12 月,Internet 的前身 美国的的网投入运行, 它标志着现代计 算机网络的兴起, 这种计算机互连的网络系统是一种网 5. 从计算机网络的主要功能来看, 计算机网络主要完成了和两 种功能, 把计算机网络中实现网络通信功能的其软件的集合称为 实现资源共享的设备和软件集合称为, 而把网络中

27 年 2 月我国的第一个公用分组交换网 通过试运行和验收 7. 我国已经建成的四大互联网络分别是 年 9 月 20 日北京计算机技术研究所的 教授发出我国第一封 , 标 志着 Internet 已经成为中国人生活的一部分, 揭开了 Internet 在我国发展的序幕 9. 把一项大型任务划分成若干部分, 分散到网络中的不同计算机上进行处理, 这在计 算机网络功能中被称为 10. 计算机网络最基本的功能有 和 11. 分布式处理包括 和 12. 计算机网络从不同的角度可以有多种分类方式, 按计算机网络覆盖范围分类, 可以 将网络分为 和 三种类型 ; 按照计算机网络的拓扑结构可以 将网络分为 和 三种类型 13. 广播网络中有三种常见传输类型 : 与 14. 总线型拓扑结构网络通常采用 方法扩展网络, 采用 访 问控制策略 15. 星型拓扑结构的网络通常采用 控制策略, 所有的通信均通过中央节 点控制, 数据交换方式主要有 和 两种 16. 局域网的主要特点有 地理范围有限 易维护等 17. 在网络中提供 并起 的计算机, 称为网络服务器 18. 介于局域网和广域网之间的网络是, 覆盖范围为几十千米到几百 千米 19. 从拓扑结构来看, 计算机网络是由 和 构成的几何图形 20. 计算机网络系统的硬件系统主要由 和 组 成 三 判断题 1. 第一代计算机网络是以单机为中心的远程联机系统, 最基本的联网设备是前端处理机 和终端控制器 ( ) 2. 计算机网络中的共享资源指的是硬件资源 ( ) 3. 单独一台计算机不能构成计算机网络, 构成计算机网络至少需要两台计算机 ( ) 4. 局域网的覆盖范围较小, 一般从几米到几十米 ( ) 5. 局域网的传输速率一般比广域网高, 但误码率也较高 ( ) 6. 同一办公室中的计算机互连不能称为计算机网络 ( ) 7.UNIX 和 Linux 都是网络操作系统 ( ) 8. 在局域网中, 网络软件和网络应用服务程序主要安装在工作站上 ( ) 9. 对等网通常适用于计算机数量较少时组建的网络, 所以,220 台计算机不能组建成对 等网 10.Windows XP 操作系统不能和 Windows Server 2003 操作系统组建成对等网 ( ) 四 问答题 1. 什么是计算机网络?

28 2. 计算机网络的发展经历了哪几个阶段? 3. 简述计算机网络的主要功能? 4. 按地理位置来划分, 计算机网络可以分为哪几类? 5. 计算机网络的主要拓扑结构有哪些? 6. 简述星型拓扑结构的特点? 7. 什么是对等网? 什么是 C/S 网? 8. 组成局域网的基本硬件有哪些? 9. 局域网主要分为哪几类? 10. 组成局域网的软件系统有哪些?