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计 算 机 导 论,,第4章 计算机网络基础,第四章 计算机网络基础,教学目标 掌握计算机网络的相关概念 掌握计算机网络的组成和分类 理解计算机网络的功能 理解网络协议和网络体系结构的重要性 了解Internet的起源和发展过程 理解Internet的组成结构 掌握Internet的地址管理机制 理解WWW系统的相关概念,,基本术语： 带宽（Bandwidth）：网络数据传输容量（bits/秒，bps） 结点（Node）：连接到网络上的任何设备 客户机（Client）：请求并使用其他结点可用资源的结点，如文件服务器、打印机服务器、通信服务器、Web服务器、数据库服务器 服务器（Server）：允许其他结点共享自己资源的结点 网络操作系统：对网络中结点之间的活动进行控制与协调的系统软件 分布处理（Distributed processing）：分散在不同结点、可以被共享的协同计算能力 主机：通常是指一个大型的中心计算机，或Internet上具有固定IP地址的结点4.1 计算机网络概述,1、计算机网络的概念 计算机网络是指利用通信设备及传输媒体将处于不同地理位置的多台具有独立功能的计算机连接起来，在通信软件（网络协议、网络操作系统等）的支持下，来实现计算机间资源共享、信息交换或协同工作的系统。

图1计算机网络示意图,计算机网络的发展,计算机网络的发展 第一代计算机网络——面向终端的计算机网络 第二代计算机网络——共享资源的计算机网络 第三代计算机网络——标准化的计算机网络 第四代计算机网络——国际化的计算机网络,计算机网络的发展,第一代计算机网络——面向终端的计算机网络 面向终端的计算机网络是具有通信功能的主机系统，即所谓的联机系统计算机网络的发展,第二代计算机网络——共享资源的计算机网络 多台主计算机通过通信线路连接起来，相互共享资源这样就形成了以共享资源为目的的第二代计算机网 第二代计算机网络的典型代表是ARPA网络（ARPAnet）,计算机网络的发展,第三代计算机网络——标准化的计算机网络20世纪70年代以后，局域网得到了迅速发展但各家网络产品在技术、结构等方面存在着很大差异，没有统一的标准，因而给用户带来了很大的不便 1984年，国际标准化组织正式颁布了一个使各种计算机互连成网的标准框架——开放系统互连参考模型（Open System Interconnection Reference Model：简称OSI/RM或OSI）80年代中期，ISO等机构以OSI模型为参考，开发制定了一系列协议标准，形成了一个庞大的OSI基本协议集。

OSI标准确保了各厂家生产的计算机和网络产品之间的互联，推动了网络技术的应用和发展这就是所谓的第三代计算机网络计算机网络的发展,第四代计算机网络——国际化的计算机网络 90年代，计算机网络发展成了全球的网络——因特网（Internet）,2、计算机网络的组成 计算机系统：主机（服务器）和工作站（客户机） 联网部件：网卡、集线器、交换机、路由器 通信介质：双绞线、同轴电缆、光纤、无线电、红外、微波、卫星 计算机网络从逻辑功能上可分为 资源子网 通信子网,4.1 计算机网络概述,,网卡,网卡又叫网络适配器（NIC），是计算机网络中最重要的连接设备之一，负责网上传输数据和计算机所能处理数据间的格式转换集线器/交换机,计算机网络中连接多台计算机或其他设备的连接设备路由器,路由器属于网间连接设备，它能够把数据包按照一条最优的路径发送至目的网络双绞线,,屏蔽双绞线 (STP) 非屏蔽双绞线 (UTP),以箔屏蔽以减少 干扰和串音,3类、5类 双绞线外没有任何附加屏蔽,,同轴电缆,基带 一条电缆只用于一个信道，50，用于数字传输 宽带 一条电缆同时传输不同频率的几路模拟信号，75 ，用于模拟传输，300—450MHz，100km，需要放大器,,,铜芯,,绝缘层,,,外导体屏蔽层,保护套,,一些实际使用中的光纤,,微波通信,两个地面站之间传送 距离：50 -100 km,,地球,,,,,,,,地面站之间的直视线路,微波传送塔,,,1.使用转发器接收和转发 2.与地面站相对位置固定 3.使用3个卫星可覆盖全球,,,,,,,,,,22,300 公里,地球,卫星通信,,3、计算机网络的分类 按网络覆盖范围可分为：局域网、城域网、广域网 按网络的拓扑结构可分为：星形网络、环形网络、总线形网络、树形网络、网状形网络和混合形网络。

按网络的使用性质可分为：专用网和公用网 按网络的传输介质可分为：有线网和无线网,4.1 计算机网络概述,,网络的拓扑结构,把网络中的计算机等设备抽象为点，把网络中的通信媒体抽象为线，这样就形成了由点和线组成的几何图形，即采用拓扑学方法抽象出的网络结构，我们称之为网络的拓扑结构总线型网络,星形网络,环形网络,树型网络,网形网络,混合型网络,,4、计算机网络的功能 数据通信 资源共享 易于进行分布式处理 提高系统可靠性,4.1 计算机网络概述,4.2 网络协议与网络体系结构,1、计算机网络协议 概念 网络协议是指计算机网络中相互通信的对等实体之间交换数据或通信时所必须遵守的通信规程或标准的集合 协议的组成 语法:数据和控制信息的结构和格式 语义:控制信息的含义 时序:双方相互应答的次序,网络体系结构举例:邮局系统,4.2 网络协议与网络体系结构,2、计算机网络体系结构 概念 我们将网络层次结构模型与计算机网络各层协议的集合称为网络的体系结构 OSI体系结构 物理层、数据链路层、网络层、传输层、会话层、表示层、应用层 TCP/IP体系结构 应用层、传输层、网际层、网络接口层 OSI和TCP/IP的比较,,OSI参考模型,TCP/IP参考模型,TCP/IP协议是1974年由Vinton Cerf和Robert Kahn开发的，随着Internet的飞速发展，TCP/IP协议现已成为事实上的国际标准。

TCP/IP协议实际上是一组协议，是一个完整的体系结构如图3所示图3 TCP/IP参考模型及各层对应的协议,应用层,表示层,会话层,传输层,物理层,数据链路层,网络层,7 6 5 4 3 2 1,OSI参考模型,应用层,传输层,网络接口 (数据链路层 +物理层),网际层,TCP/IP概念层次,,,,Ethernet,802.3,802.5,FDDI等等,,,TCP/IP与OSI的对应关系,1. Internet的起源Internet是在美国较早的军用计算机网ARPAnet的基础上经过不断发展变化而形成的，其起源主要可分为以下几个阶段： （1）Internet的雏形形成阶段：1969年，美国国防部高级研究计划局（ARPA，Advanced Research Projects Agency）开始建立一个命名为ARPANET的网络，当时建立这个网络只是为了将美国的几个军事及研究用电脑主机连接起来，人们普遍认为这就是Internet的雏形 （2）Internet的发展阶段：美国国家科学基金会NSF）在1985开始建立NSFNetNSF规划建立了15个超级计算中心及国家教育科研网，用于支持科研和教育的全国性规模的计算机网络NFSNet，并以此作为基础，实现同其 他网络的连接。

NSFNet成为Internet上主要用于科研和教育的主干部分，代替了ARPANet的骨干地位4.3 Internet基础知识,1989年MILNet（由ARPANet分离出来）实现和NSFNet连接后，就开始采用Internet这个名称此后，其他部门的计算机网相继并入Internet，ARPANet宣告解散 (3) Internet的商业化阶段：90年代初，商业机构开始进入Internet，使Internet开始了商业化的新进程，也成为Internet大发展的强大推动力1995年，NSFNET停止运作，Internet已彻底商业化了 这种把不同网络连接在一起的技术的出现，使计算机网络的发展进入一个新的时期，形成由网络实体相互连接而构成的超级计算机网络，人们把这种网络形态称为Internet（互联网络）2．Internet的发展从1996年起世界各国陆续启动下一代高速互联网络及其关键技术的研究，与现在使用的互联网相比，下一代互联网具有以下不同：（1）规模更大：下一代互联网将逐渐放弃IPv4，启用IPv6地址协议IPv6地址空间由IPv4的32位扩大到128位，2的128次方形成了一个巨大的地址空间，未来的移动，电视、冰箱等信息家电都可以拥有自己的IP地址，一切都可以通过网络来控制，把人类带进真正的数字化时代。

2）速度更快：下一代互联网的网络传输速率比现在提高1000倍以上，这与目前的“宽带网”是两个截然不同的概念，下一代互联网强调的是端到端的绝对速度2004年12月7日，CERNet2（第二代中国教育和科研计算机网）在北京与天津就实现了真正流量达每秒400亿比特的传输速率，传输一本《辞海》的内容只用一眨眼的工夫3）更安全：目前的因特网因为种种原因，在体系设计上有一些不完善的地方，存在大量安全隐患，下一代互联网将在建设之初就从体系设计上充分考虑安全问题，使网络安全的可控制性、可管理性大大增强Internet在中国的发展,1987年9月20日，钱天白教授发出我国第一封电子邮件“越过长城，通向世界”，揭开了中国人使用Internet的序幕Internet在中国的发展可以粗略地划分为三个阶段：第一阶段为1987～1993年，我国一些科研部门通过Internet建立电子邮件系统，并在小范围内为国内少数重点高校和科研机构提供电子邮件服务第二阶段为1994～1995年，这一阶段是教育科研网发展阶段北京中关村地区及清华、北大组成的NCFC网于1994年4月开通了与国际Internet的64kbps专线连接，同时还设立了中国最高域名（CN）服务器。

这时，中国才算真正加入了国际Internet行列此后又建成了中国教育和科研计算机网（CERNet：China Educational Research Network）第三阶段是1995年以后，该阶段开始了商业应用我国现有四大主干网络的基本情况1）公用计算机互联网（ChinaNet）ChinaNet是由原邮电部组织建设和管理的原邮电部与美国Sprint Link公司在1994年签署Internet互连协议，开始在北京、上海两个电信局进行Internet网络互连工程目前，ChinaNet在北京和上海分别有两条专线，作为国际出口ChinaNet由骨干网和接入网组成骨干网是ChinaNet的主要信息通路，覆盖全国各省市、自治区，包括8个地区网络中心和31个省市网络分中心；接入网是由各省内建设的网络节点形成的网络2）中国教育和科研计算机网（CERNet）中国教育和科研计算机网CERNet是1994年由国家计委、原国家教委批准立项，原国家教委主持建设和管理的全国性教育和科研计算机互联网络该项目的目标是建设一个全国性的教育科研基础设施，把全国大部分高校连接起来，实现资源共享它是全国最大的公益性互联网络。

CERNet已建成由全国主干网、地区网和校园网在内的三级层次结构网络CERNet分四级管理，分别是全国网络中心、地区网络中心和地区主节点、省教育科研网、校园网CERNet全国网络中心设在清华大学，负责全国主干网的运行管理地区网络中心和地区主节点分别设在清华大学、北京大学、北京邮电大学、上海交通大学、西安交通大学、华中科技大学、华南理工大学、电子科技大学、东南大学、东北大学这10所高校，负责地区网的运行管理和规划建设CERNet还是中国开展下一代互联网研究的试验网络，它以现有的网络设施和技术力量为依托，建立了全国规模的IPv6试验网CERNet在全国第一个实现了与国际下一代高速网Internet 2的互联，目前国内仅有CERNet的用户可以顺利地直接访问Internet 2CERNet的建设，加快了我国的信息基础建设，缩小了与先进国家在信息领域的差距，也为我国计算机信息网络建设起到了积极的示范作用。