《计算机网络技术基础与实战》课件第一章.pptx
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- 计算机网络技术基础与实战 计算机网络技术 基础 实战 课件 第一章
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1、计算机网络技术基础与实战计算机网络的“前世今生”01章节导读 在在过去的三百年中,每一个世纪都有一过去的三百年中,每一个世纪都有一种技术占据主要的地位。种技术占据主要的地位。18世纪伴随着工业世纪伴随着工业革命而来的是伟大的机械时代,革命而来的是伟大的机械时代,19世纪是蒸世纪是蒸汽机时代,汽机时代,20世纪的关键技术是信息的获取、世纪的关键技术是信息的获取、存储、传送和利用,而在存储、传送和利用,而在21世纪的今天,人世纪的今天,人们进入了一个网络时代,使我们的信息在高们进入了一个网络时代,使我们的信息在高速的传递着。随着计算机网络技术的发展和速的传递着。随着计算机网络技术的发展和办公自动化
2、的普及,计算机网络已经成为社办公自动化的普及,计算机网络已经成为社会生活中一种不可缺少的信息处理和通信工会生活中一种不可缺少的信息处理和通信工具,人们借助计算机网络实现信息的交流和具,人们借助计算机网络实现信息的交流和共享。那么计算机网络究竟是什么呢?现在共享。那么计算机网络究竟是什么呢?现在就让我们一起来认识计算机网络的就让我们一起来认识计算机网络的“前世今前世今生生”。0504030201了解计算机网络的发展历史学习目标掌握计算机网络的定义和功能 掌握计算机网络的分类了解计算机网络的发展趋势掌握利用visio绘制网络拓扑图的方法任务1.1 初识计算机网络1.1.1 计算机网络的产生与发展1
3、997年,在美国拉斯维加斯的全球计算机技术博览会上,微软公司总裁比尔盖茨先生发表了著名的演说,他在演说中提出的“网络才是计算机”的精辟论点,充分体现出信息社会中计算机网络的重要基础地位。计算机网络技术的发展越来越成为当今世界高新技术发展的核心之一,而它的发展历程也曲曲折折,绵延至今。从1946年世界上第一台计算机ENIAC的诞生到现在网络的全面普及,计算机网络的发展大体可以分为以下4个阶段。第一代计算机网络第二代计算机网络第三代计算机网络第四代计算机网络诞生阶段形成阶段互联互通阶段高速网络技术阶段1.1.1 计算机网络的产生与发展诞生阶段20世纪60年代中期之前的第一代计算机网络是以单个计算机
4、为中心的远程联机系统。终端是一台计算机的外部设备包括显示器和键盘,无CPU和内存。当时,人们把计算机网络定义为“以传输信息为目的而连接起来,实现远程信息处理或进一步达到资源共享的系统”,这样的通讯系统已具备网络的雏形。早期的计算机为了提高资源利用率,采用批处理的工作方式。为适应终端与计算机的连接,出现了多重线路控制器。1 11.1.1 计算机网络的产生与发展20世纪60年代初美国航空公司与IBM公司联合研制的预订飞机票系统,由1个主机和2000多个终端组成,是一个典型的面向终端的计算机网络。但这种网络系统存在着一些缺点:如果主机的负荷较重,会导致系统响应时间过长;而且单机系统的可靠性一般较低,
5、一旦主机发生故障,将导致整个网络系统的瘫痪。1.1.1 计算机网络的产生与发展形成阶段为了克服第一代计算机网络的缺点,提高网络的可靠性和可用性,人们开始研究将多台计算机相互连接的方法。兴起于60年代后期,典型代表是美国国防部高级研究计划局协助开发的ARPANET(阿帕网)。主机之间不是直接用线路相连,而是由接口报文处理机(IMP)转接后互联的。IMP和它们之间互联的通信线路一起负责主机间的通信任务,构成了通信子网。通信子网互联的主机负责运行程序,提供资源共享,组成资源子网。这个时期,网络概念为“以能够相互共享资源为目的而互联起来的具有独立功能的计算机集合体”,形成了计算机网络的基本概念。2 2
6、1.1.1 计算机网络的产生与发展互联互通阶段阿帕网兴起后,计算机网络发展迅猛,但是,这一时期计算机之间的组网是有条件的,在同网络中只能存在同一厂家生产的计算机,其他厂家生产的计算机无法接入。在此期间,各大计算机公司相继推出自己的网络体系结构及实现这些结构的软硬件产品。由于没有统一的标准,不同厂商的产品之间互联很困难,人们迫切需要一种开放性的标准化实用网络环境,于是诞生了两种国际通用的最重要的体系结构,即TCP/IP体系结构和国际标准化组织的OSI体系结构。3 31.1.1 计算机网络的产生与发展高速网络技术阶段第四代计算机网络是从20世纪90年代末开始出现的。当时局域网技术已经逐步发展成熟,
7、光纤、高速网络技术及多媒体、智能网络等技术相继出现,整个网络就像一个对用户透明的大的计算机系统,发展为以Internet为代表的互联网。20世纪90年代,微电子技术、大规模集成电路技术、光通信技术和计算机技术不断发展,为网络的发展提供了进一步有力的支持。4 4第四代计算机网络的特点是:互连、高速、智能与更为广泛的应用。现在的计算机网络成为将多个具有独立工作能力的计算机系统通过通信设备和线路相连,并由功能完善的网络软件实现资源共享和数据通信的系统。计算机网络正迅速朝着高速化、实时化、智能化、集成化和多媒体化的方向不断深入,它的快速发展和广泛应用对全球的经济、教育、科技、文化的发展已经产生并且仍将
8、发挥重要影响。1.1.2 计算机网络的定义在了解完计算机网络的发展史后人们自然会想:究竟什么是计算机网络呢?计算机网络的定义没有一个统一的标准。随着计算机网络本身的发展和计算机网络体系结构的标准化,人们提出了不同的观点。目前,比较认同的计算机网络的定义为:将分布在不同地理位置上的、具有独立功能的计算机及其外部设备,通过通信设备和通信线路连接起来,按照某种事先约定的规则(通信协议)进行信息交换,以实现资源共享的系统。三要素:两个独立的计算机之间必须用某种通信手段连接起来。至少有两个具有独立操作系统的计算机,且它们之间有相互共享某种资源的需求。网络中各个独立的计算机之间要能相互通信,必须制定相互可
9、确认的规范标准或协议。1.1.3 计算机网络的主要功能计算机网络自20世纪60年代末诞生以来,以异常迅猛的速度发展,被越来越广泛地应用于政治、经济、军事、生产及科学技术的各个领域。计算机网络的主要功能体现在如下几个方面。1.资源共享3.集中管理2.数据通信4.分布处理5.均衡负荷1.1.3 计算机网络的主要功能 硬件硬件资源:包括各种类型的计算机、大容量存储设备、计算机外部设备,如彩色打印机、资源:包括各种类型的计算机、大容量存储设备、计算机外部设备,如彩色打印机、经典绘图仪等。经典绘图仪等。软件资源:包括各种应用软件、工具软件、系统开发所用的支撑软件、语言处理程序、软件资源:包括各种应用软件
10、、工具软件、系统开发所用的支撑软件、语言处理程序、数据库管理系统等。数据库管理系统等。数据数据资源:包括数据库文件、数据库、办公文档资料等。资源:包括数据库文件、数据库、办公文档资料等。信道信道资源:通信信道可以理解为电信号的传输介质。通信信道的共享是计算机网络中最资源:通信信道可以理解为电信号的传输介质。通信信道的共享是计算机网络中最重要的共享资源之一。重要的共享资源之一。资源共享1 11.1.3 计算机网络的主要功能组建计算机网络的主要目的之一就是使分布在不同地理位置的计算机用户能够相互通信。在计算机网络中,计算机与计算机之间,或计算机与终端之间可以快速、可靠地相互传递各种信息,如数据、程
11、序、文件、图形、图像、声音、视频流等。利用计算机网络的数据通信功能,人们可以使用网络上的各种应用(也称服务),如收发电子邮件、视频点播、视频会议、远程教学、远程医疗等。数据通信2 21.2 计算机网络的定义与功能在没有联网的条件下,每台计算机都是一个“信息孤岛”。在管理这些计算机时,必须分别管理。而计算机联网后,可以在某个中心位置实现对整个网络的管理。如数据库情报检索系统、交通运输部门的订票系统、军事指挥系统等。分布处理是指把要处理的任务分散到各个计算机上运行,而不是集中在一台大型计算机上。这样,不仅可以降低软件设计的复杂性,而且还可以大大提高工作效率和降低成本。分布处理4 4集中管理3 3均
12、衡负荷5 5广域网内包括很多子处理系统。当网络内的某个子处理系统的负荷过重时,新的作业可通过网络内的结点和线路分送给较空闲的子系统进行处理。任务1.2 了解计算机网络1.2.1 计算机网络的分类计算机网络的分类标准很多,比如按通信介质、传输方式、使用对象等,但这些分类标准只给出了网络某一方面的特征,并不能反映网络技术的本质。按地理覆盖范围分类1 1目前比较公认的能反映网络技术本质的分类方法是按计算机网络的分布距离分类。按网络覆盖范围的大小,可以将计算机网络分为局域网(LAN)、城域网(MAN)、广域网(WAN)。(1)覆盖范围小,结构简单,容易实现。(4)局域网组网方便、实用灵活,是目前计算机
13、网络中最活跃的分支。(2)具有较高的带宽和数据传输速率。(3)由于数据传输距离短,)由于数据传输距离短,传输时延低且误码率低。传输时延低且误码率低。局域网(Local Area Network,LAN)是指范围在10km内的办公楼群或校园内的计算机相互连接所构成的计算机网络,局域网通常属某单位所有,单位拥有自主管理权,以共享网络资源为主要目的。局域网具有以下特征:1.2.1 计算机网络的分类1)局域网广域网(Wide Area Network,WAN)通常跨接很大的地理范围,可以是一个地区、一个省、一个国家甚至全球,地理范围一般在100 km以上,传输速率较低。广域网主要指使用公用通信网所组成
14、的计算机网络,是互联网的核心部分,其任务是长距离传输主机发送的数据,广域网的特点是传输距离远,传输速度慢,传输易出错,成本高等。1.2.1 计算机网络的分类城域网(Metropolitan Area Network,MAN)所采用的技术基本上与局域网相类似,只是规模上更大一些。城域网作用范围为一个城市,地理范围为十几千米到几十千米不等,传输速率在100 Mb/s以上。城域网是对局域网的延伸,用于局域网之间的连接。2)城域网3)广域网1.2.1 计算机网络的分类按通信传播方式分类2 21)点对点传播方式的网络点对点传播方式的网络由机器间多条链路构成,每条链路连接一对计算机,两台没有直接相连的计算
15、机要通信,必须通过其他结点的计算机转发数据。这种网络上的转发报文分组在信源和信宿之间需通过一台或多台中间设备进行传播。2)广播方式的网络广播方式的网络仅有一条通道,由网络上所有计算机共享。一般来说,局域性网络使用广播方式,广域性网络使用点对点方式。1.2.1 计算机网络的分类按网络功能分类3 31)通信子网通信子网是计算机网络中负责数据通信的部分,主要完成数据的传输、交换及通信控制,由网络结点和通信链路组成。采用通信子网后,可使入网主机不用去处理数据通信,只需负责信息的发送和接收即可,减少了主机的通信开销。除此之外,由于通信子网是按统一软硬件标准组建的,可以面向各种类型的主机,因此方便了不同机
16、型间的互联,减少了组建网络的工作量。1.2.1 计算机网络的分类按网络功能分类3 32)资源子网资源子网用于访问网络和处理数据,由主机系统、终端控制器和终端组成。主机负责本地或全网的数据处理,可运行各种应用程序或大型数据库,向网络用户提供各种软硬件资源和网络服务。终端控制器把一组终端连入通信子网,并负责对终端的控制及终端信息的接收和发送。终端控制器可以不经过主机直接和网络结点相连。1.2.1 计算机网络的分类按拓扑结构分类4 4将计算机网络中的各个结点及通信设备看成点,将通信线路看成线,由这些线把点连接起来构成的图形称为网络拓扑结构。常见的网络拓扑结构有总线型、星型、环型、树型、星型和网状型拓
17、扑结构等。1.2.1 计算机网络的组成与拓扑结构总线型结构1 1图1-5 总线型拓扑结构总线型拓扑结构由单根电缆组成,该电缆连接网络中所有节点。图1-5就描绘了一种典型的总线型拓扑结构。在总线型拓扑结构中,所有节点共享总线的全部容量。网络上的每个节点都被动地侦听接收到的数据。当一个节点向另一个节点发送数据时,它先向整个网络广播一条警报消息,通知所有的节点它将发送数据,目标节点将接收发送给它的数据,在发送方和接收方之间的其他节点将忽略这条消息。总线型拓扑结构简单、便于扩充、价格相对较低、安装使用方便。但是由于单信道的限制,一个总线型网络上的节点越多,网络发送和接收数据的速率就越慢。另外,一旦总线
18、出现故障,整个网络将陷于瘫痪。总线结构是一种传统的网络结构,适合于信息管理系统、办公自动化系统和广播教学等。1.2.1 计算机网络的组成与拓扑结构星型结构2 2在星型结构中,每个节点都通过一条点对点链路与公共中心节点相连,如图1-7所示。任意两个节点之间都必须通过中心节点,并且只能通过中心节点进行通信。公共中心节点通过存储转发技术实现两个节点之间的数据帧的传送,其设备可以是集线器,也可以是交换机。星型网络的特点是结构简单、组网容易,便于控制和管理,网络延迟小。其缺点是中心节点负担较重,容易形成系统的“瓶颈”,线路的利用率也不高。这种网络被广泛应用于学校实验室或企业办公室。图1-7 星型拓扑结构
19、1.2.1 计算机网络的组成与拓扑结构环型结构3 3环型结构是由各节点首尾相连形成的闭合环型线路,如图1-6所示。环型网络中的数据传送是单向的,即沿一个方向从一个节点传到另一个节点;每个节点都需安装中继器,以接收、放大信号。这种结构的优点是结构简单,建网容易,便于管理。其缺点是若单个工作站发生故障,则整个网络瘫痪;并且当节点过多时,将影响数据传输效率,非常不利于扩展。图1-6 环型拓扑结构1.2.1 计算机网络的组成与拓扑结构树型结构4 4树型拓扑从总线型拓扑演变而来,形状像一棵倒置的树,如图1-8所示,顶端是树根,树根以下带分支,每个分支还可再带子分支。它是总线型结构的扩展,是在总线网上加上
20、分支形成的,其传输介质可有多条分支,但不形成闭合回路。树型网是一种分层网,其结构对称,具有一定的容错能力,一般一个分支和结点的故障不影响另一个分支结点的工作,同时任何一个结点发出的信息都可以传遍整个传输介质,这也是广播式网络。树型拓扑的优点是易于扩展,可以延伸出许多分支和子分支;故障隔离容易。其缺点是越靠近顶部的节点,处理能力越强,其可靠性要求就越高。由于对顶部节点的依赖性太大,所以如果顶部节点发生故障,则全网不能正常工作。图1-8 树型拓扑结构1.2.1 计算机网络的组成与拓扑结构网状结构5 5网状拓扑又称作无规则结构,结点之间的联结是任意的,没有规律。如图1-9所示,就是将多个子网或多个局
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