第1章计算机网络概述课件.ppt
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1、第1章 计算机网络概论1.1 1.1 计算机网络的产生与发展计算机网络的产生与发展1.2 1.2 计算机网络的组计算机网络的组成与结构成与结构1.3 1.3 计算机网络的功能、分类与应用计算机网络的功能、分类与应用1.4 1.4 拓扑结构与传输介质拓扑结构与传输介质 1.51.5 数据通信基础知识数据通信基础知识 1.1 计算机网络的产生与发展计算机网络的产生与发展1.1.1 面向终端的计算机网络(具有远程通信功能的单机系统)面向终端的计算机网络(具有远程通信功能的单机系统) 在计算机问世后的一段时期内,计算机的使用维持在单机运行状态。当时的计算机数量少、价格昂贵。为使多人同时使用同一台计算机
2、,20世纪50年代,人们开始进行计算机网络技术的研究。最初,用一台计算机作为主机,通过通信线路与多台终端相连,构成简单的计算机连机系统,系统中所有数据处理都由主机完成,终端没有任何处理能力,仅起着字符输入、结果显示等作用,这种连机系统被称为主机终端系统,或称为面向终端的计算机网络。这一系统的出现标志着将计算机技术与通信技术相结合进行研究的开始。这时的连机系统与人们现在所定义的计算机网络在概念上是不同的。 20世纪60年代,随着计算机主机性能的提高,所连接的远程终端台数也不断增加,如美国航空公司60年代初投入使用的飞机订票系统SABRE1,就是由一台中心计算机和全美范围内2000多台终端相连而成
3、的。 在大型主机终端系统中,随着终端数量的增加,系统的矛盾也更加突出。其矛盾主要表现在:作为主机的计算机既要进行数据处理,又要承担与各终端间的通信,主机负荷加重,实际工作效率下降;同时,主机与每一台远程终端都用一条专用通信线路连接,线路的利用率较低。 为了解决这些矛盾,人们开始研究如何将数据处理和数据通信进行分工,即在主机前端用一台通信处理机或前端处理机FEP(Front End Processor),如图1-1所示,通过调制解调器与远程终端相连,专门完成通信工作,而计算机主机则专门进行数据处理,使系统的运行效率得到提高。另外,在终端比较集中的地区设置终端控制器TC(Terminal Cont
4、roller)或集中器C(Concentrator),以提高远程线路的利用率。图1-1 面向终端的计算机网络示意图通信设备1.1.2 多机互连系统(具有远程通信功能的多机系统)多机互连系统(具有远程通信功能的多机系统) 这一阶段主要是解决在第一阶段出现的问题。主要是:在主机前加一个前端处理机(FEP),用来对信息进行预处理,而主要主要用来对数据处理,提高了数据处理的效率。 为了降低建设费用,提高线路的利用率,在终端较集中的地方加上线路集中器,也就是相当于现在的集线器(HUB)。1.1.3 开放式标准化计算机网络(具有统一体系结构、国际化开放式标准化计算机网络(具有统一体系结构、国际化标准协议的
5、计算机网络)标准协议的计算机网络) 大量自行研制的计算机网络的投入运营,暴露了不少缺乏统一规划而产生的弊端。其主要原因是因为各自研制的网络没有统一的网络体系结构,难以实现互连,这种自成体系的系统称为“封闭”系统。为此,人们迫切希望建立一系列的国际标准,渴望得到一个“开放”的系统。这也是推动计算机网络走向国际标准化的一个重要因素。 正是出于这种动机,1977年,国际标准化组织ISO(International Standardization Organization)设立分委员会SC16(属TC97信息处理系统技术委员会),以“开放系统互连”为目标,专门研究网络体系结构、互连标准等。1984年,
6、ISO正式颁布了一个称为“开放系统互连基本参考模型”(Open System Interconnection Basic Reference Model)的国际标准ISO7498,简称OSI参考模型或OSI/RM。OSI/RM共有七层,因此也称为OSI七层模型。OSI/RM的提出,开创了一个具有统一的网络体系结构、遵循国际标准化协议的计算机网络新时代。 OSI标准不仅确保了各厂商生产的计算机间的互连,同时也促进了企业的竞争。厂商只有执行这些标准才能有利于产品的销路,用户也可以从不同制造厂商获得兼容的开放的产品,从而大大加速了计算机网络的发展。 特别要指出的是,ARPANET中使用的传输控制协议
7、与互联网协议TCP/IP(Transmission Control Protocol/Internet Protocol)尽管不是OSI标准协议,但至今仍被广泛采纳,成为事实上的工业标准。自1983年TCP/IP成为ARPANET上惟一的正式协议后,ARPANET上连接的网络和计算机迅速增长,逐渐形成了以ARPANET为主干、TCP/IP协议为核心的Internet原型。由上我们可以得出有关计算机网络的定义:由上我们可以得出有关计算机网络的定义: 计算机网络是指的在一定的范围内,通过一定的物理媒质和人为的手段把计算机连接起来,使计算机资源和信息在一定的程度上达到共享的一种计算机群体(集合)。
8、从定义我们可以看出,现代计算机网络有以下特点: (1) 资源共享是计算机网络的主要目的,计算机资源包括计算机硬件、软件和数据。 (2) 被连接的自主计算机应自成一个完整的系统。包括各种类型、档次的计算机,都必须有自已的CPU、主存储器、显示器、辅助存储器和完善的系统软件等,能单独进行信息加工处理。 (3) 自主性是指连网的计算机之间不存在制约控制关系。 (4) 一般的外部设备不能直接挂在网上,只有直接受一台计算机控制的外部设备,通过该台计算机的连网才能成为网上资源。 (5) 计算机之间的互连通过通信设备及通信线路来实现,其通信方式多种多样,通信线路包括有线介质和无线介质。 (6) 计算机网络要
9、有功能完善的网络软件支持。 (7) 连网计算机之间的信息交换必须遵循统一的通信协议。 图1-2是典型的计算机网络系统示意图。从图中可见,一个计算机网络是由资源子网(虚框外部)和通信子网(虚框内部)构成的。资源子网负责信息处理,通信子网负责全网中的信息传递。1.2 计算机网络的组成与结构计算机网络的组成与结构图1-2 计算机网络构成示意图 通信子网是由用作信息交换的通信控制处理机、通信线路和其他通信设备组成的独立的数据信息系统,它承担全网的数据传递、转接等通信处理工作: (1) 分组交换器PSE(Packet Switching Equipment)用于实现分组交换,即接收从一条物理链路上送来的
10、分组,经过适当处理后,根据分组中的目标地址选择一条最佳输出路径,将分组发往下一个节点。 (2) 多路转换器MUX(MultiPlexor)用于实现从多路到一路,或从一路到多路的转换,以便使多个终端共享一条通信线路,提高信道利用率。 (3) 集中器C(Concentrator)与多路转换器类似,其主要区别在于集中器是以动态方式分配信道,而多路转换器则以静态方式分配信道。 (4) 分组组装拆卸设备PAD (Packet Assembly and Disassembly)用于连接大量的同步和异步终端。其主要功能有: 拆卸:PAD接收从终端发来的字符流,将它们拆卸成适于在网络中传输的信息分组送入网络中
11、。 组装:PAD接收从网络中传来的分组,根据分组中的目标地址和发送时的顺序,重新组装成字符流,然后送至相应的终端。 (5) 网络控制中心NCC(Network Control Center)主要用于管理整个网络的运行,为网络中的用户进行注册、登记和记账,对网络中发生的故障进行检测。 (6) 网关G(Gateway)用于实现各网络的互连,其作用是作为各网络之间的硬件和软件接口,实现各计算机网络之间信息的格式变换和规程变换。 (7) 调制解调器(Modem)实现数字信号和模拟信号之间的转换。 (8) 网络接口部件 NIU(Network Interface Unit)在局域网中,PC机通过网络接口
12、部件与网络相连,NIU又被称为网络适配器(Network Adapter),简称网卡。 资源子网包括网络中的所有主计算机、I/O设备、网络操作系统和网络数据库等。它负责全网面向应用的数据处理业务,向网络用户提供各种网络资源和网络服务,实现网络的资源共享。 (1) 主机HOST是资源子网中的主要组成单元,它通过高速通信线路与通信子网的通信控制处理机连接。在主机中除了装有本地操作系统外,还应配有网络操作系统。主机中还应装有各种应用软件,配置网络数据库和各种工具软件。 (2) 终端T(Terminal)是用户与网络之间的接口,用户可以通过终端得到网络服务。终端和主机一样,是网络的信源和信宿。但通常终
13、端输出的是字符流,不能直接入网,而必须通过主机或PAD。 (3) 网络操作系统是建立在各主机操作系统之上的一个操作系统,用于实现在不同主机系统之间的用户通信以及全网硬件和软件资源的共享,并向用户提供统一的、方便的网络接口,以方便用户使用网络。 (4) 网络数据库系统是建立在网络操作系统之上的一个数据库系统。它可以集中地驻留在一台主机上,也可以分布在多台主机上。它向网络用户提供存、取、修改网络数据库中数据的服务,以实现网络数据库的共享。1.3.1 计算机网络的功能计算机网络的功能 1信息交换信息交换 信息交换是计算机网络最基本的功能,主要完成计算机网络中各节点之间的系统通信。用户可以在网上收发电
14、子邮件,发布新闻消息,进行电子购物、电子贸易、远程教育等。1.3 计算机网络的功能、分类与应用计算机网络的功能、分类与应用 2资源共享资源共享 资源共享是指网络用户可以在权限范围内共享网中各计算机所提供的共享资源,包括软件、硬件和数据等。这种共享不受实际地理位置的限制。资源共享使得网络中分散的资源能够互通有无,大大提高了资源的利用率。它是组建计算机网络的重要目的之一。 3均衡使用网络资源均衡使用网络资源 在计算机网络中,如果某台计算机的处理任务过重,可通过网络将部分工作转交给较“空闲”的计算机来完成,均衡使用网络资源。 4分布处理分布处理 对于较大型综合性问题的处理,可按一定的算法将任务分配给
15、网络,由不同计算机进行分布处理,提高处理速度,有效利用设备。采用分布处理技术往往能够将多台性能不一定很高的计算机连成具有高性能的计算机网络,使解决大型复杂问题的费用大大降低。 5数据信息的综合处理数据信息的综合处理 通过计算机网络可将分散在各地的数据信息进行集中或分级管理,通过综合分析处理后得到有价值的数据信息资料。例如政府部门的计划统计系统,银行、财政及各种金融系统数据的收集和处理系统,地震资料的收集与处理系统,地质资料的采集与处理系统,人口普查的信息管理系统等。 6提高计算机的安全可靠性提高计算机的安全可靠性 计算机网络中的计算机能够彼此互为备用机,一旦网络中某台计算机出现故障,故障计算机
16、的任务就可以由其他计算机来完成,不会出现由于单机故障使整个系统瘫痪的现象,增加了计算机的安全可靠性。 由于计算机网络的功能特点,使得计算机网络应用已经深入到社会生活的各个方面,如办公自动化、信息金融管理、网上教学、电子商务、网络通信等。社会的信息化、数据的分布处理、计算机资源的共享等各种应用的要求都推动了计算机技术朝着群体化方向发展,促使计算机技术与通信技术紧密结合。这代表着当前计算机体系结构发展的一个重要方向。1.3.2 计算机网络的分类计算机网络的分类 计算机网络可按不同的方式分类,下面简要进行介绍。 (1) 按网络的通信距离和作用范围,计算机网络可分为广域网(WAN)、局域网(LAN)和
17、城域网(MAN)。 广域网(WAN,Wide Area Network)又称远程网,其覆盖范围一般为几十至数千公里,可在全球范围内进行连接。其传输速率通常为1200 b/s45 Mb/s。 局域网(LAN,Local Area Network)的作用范围较小,一般不超过10公里,通常局限在一个园区、一座大楼,甚至在一个办公室内。局域网一般具有较高的传输速率,例如10 Mb/s、100 Mb/s,甚至更高。 城域网(MAN,Metropolitan Area Network)的作用范围、规模和传输速率介于广域网和局域网之间,是一个覆盖整个城市的网络。 (2) 按交换方式,计算机网络可分为电路交换
18、网、报文交换网和分组交换网。 计算机网络除了以上两种分类方法外,还可按采用的拓扑结构分为星型网、总网、环型网、树型网和混合型网;按所采用的传输媒体分为双绞线网、同轴电缆网、光纤网、无线网;按信道的带宽分为窄带网和宽带网;按网络的管理和使用范围分为公用网(对社会所有人服务的,并且对公众开放的网络,一般由国家有关部门或社会公益机构建立,如中国公用计算机互联网ChinaNet)和专用网(因特殊需要所建立的网络,不对外开放,如企业网、军用网)等。1.3.3 典型的计算机网络应用系统典型的计算机网络应用系统 计算机网络是目前计算机应用的热点,随着信息时代的到来和需求的增加,微机越来越得到普遍应用,且价格
19、愈来愈低,更促进了计算机网络应用的迅速发展。计算机网络的应用可归纳为下列几个方面。 1办公自动化办公自动化OA(Office Automation) 人们已经不满足于用个人微机进行文字处理及文档管理,普遍要求把一个机关或企业的办公微机、打印机连成网络,简化办公室的日常工作。通过网络处理的事务性工作包括:信息录入、处理、存档;信息的综合处理与统计;报告生成与部门之间或上下级之间的报表传递;通信联络(电话、电子邮件等);决策与判断。 2管理信息系统管理信息系统MIS(Manage Information System) 对于现代化企业,计算机局域网的应用给现代管理信息系统提供了网络平台。特别是部门
20、多、业务活动复杂的大型企业,利用MIS具有更大的意义,可以使企业实现管理现代化,提高经济效益。MIS也是当前计算机网络应用最广泛的方面,常用的MIS主要有: 按不同业务部门设计的子系统,如计划统计子系统、人事管理子系统、设备仪器管理子系统、材料管理子系统。 生产管理子系统。 财务管理子系统。 工况监督子系统,对分布在各个现场的大型生产设备、仪器的参数、产量等信息进行实时采集并综合处理。 厂长或经理管理决策及查询子系统。 现代管理信息系统往往应用多媒体技术,以其生动形象的方式提供综合信息或决策指挥信息。 3图书、信息检索系统图书、信息检索系统 图书、信息检索系统的应用由来已久,随着Interne
21、t的建立和发展,这方面的应用更有价值,电子图书馆、网上图书馆、网上信息检索系统使人类创造的精神财富通过Internet被全世界分享。 4证券及期货交易系统证券及期货交易系统 证券及期货交易由于其获利大、风险大,且行情变化迅速,投资者对信息的依赖格外显得重要。金融业通过在线服务的计算机网络提供证券市场分析、预测、金融管理、投资计划等需要大量计算工作的服务,提供在线股票经纪人服务和在线数据库服务(包括最新股价数据库、历史股价数据库、股指数据库以及有关新闻、文章、股评等),用户通过任何与Internet相连的计算机进入证券交易系统、期货交易系统,就可进行即时交易。 5校园网校园网 校园网是在学校园区
22、内用以完成计算机资源及其它网内资源共享的通信网络。一些发达国家已将一些高校的校园网确定为信息高速公路的重要分支,同时校园网也是衡量学校学术水平与管理水平的重要标志。 共享资源是校园网最基本的应用,人们通过网络更有效地共享各种软、硬件及信息资源,为众多的科研人员提供一种崭新的合作环境。校园网可以与公用计算机网络相连,拓展信息空间。校园网提供海量的用户文件空间、打印输出设备、电子图书等服务,并包含为各级行政、业务部门提供服务的学校信息管理系统和为一般用户服务的电子邮件系统。 6POS与与ATM系统系统 POS柜台销售信息网络系统,是现代大型或超级布场(商场)现代化的标志,往往与财务、计划、仓储等业
23、务连在一起。 ATM(自动取款机)实际上是信用卡业务的扩展,是向电子货币过渡的一个应用阶段。 7电子政务电子政务(Electronic Government) 所谓电子政务,就是应用现代化的电子信息技术和管理理论 对传统政务进行持续不断的革新和改善,以实现高效率的政府管理和服务。 电子政务内容十分广泛,从电子政务服务对象看,电子政务主要包括几个方面:政府内电子政务(Government-Government,G2G);政府对企业电子政务(Government-Business,G2B);政府对公民电子政务(Government-Citizen,G2C)。G2G是上下级政府、不同地方政府、不同政
24、府部门之间的电子政务。 政府内电子政务主要包括以下内容:电子法规政策系统,对所有政府部门和工作人员提供相关的现行有效的各项法律、法规、规章、行政命令和政策规范,使所有政府机关和工作人员真正做到有法可依,有法必依;电子公文系统,在保证信息安全的前提下在政府上下级、部门之间传送有关的政府公文,如报告、请示、批复、公告、通知、通报等等,使政务信息十分快捷地在各级政府间和政府内流转,提高政府公文处理速度;电子司法档案系统,在政府司法机关之间共享司法信息,如公安机关的刑事犯罪记录,审判机关的审判案例,检察机关检察案例等,通过共享信息改善司法工作效率和提高司法人员综合能力; 电子财政管理系统,向各级国家权
25、力机关、审计部门和相关机构提供分级、分部门历年的政府财政预算及其执行情况,包括从明细到汇总的财政收入、开支、拨付款数据以及相关的文字说明和图表,便于有关领导和部门及时掌握和监控财政状况;电子办公系统,通过电子网络完成机关工作人员大多数一般性重复工作,节约时间和费用,提高工作效率,如工作人员通过网络申请出差、请假、文件复制、使用办公设施和设备、下载政府机关经常使用的各种表格,报销出差费用等;电子培训系统,对政府工作人员提供各种综合性和专业性的网络教育课程,特别适应信息时代对政府的要求,可以加强对员工与信息技术有关的专业培训,同时员工也可以通过网络随时随地注册参加培训课程、接受培训、参加考试等;业
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