第一章 绪论本章学习目标 本章对计算机网络进行了简要的介绍，通过本章的学习，应掌握以下基本内容：计算机网络的概念、形成和发展计算机网络的功能与分类一、计算机网络概述1.定义：计算机网络是指把分布在不同地理区域的计算机与专门的外部设备用通信线路互连成一个规模大、功能强的网络系统，从而使众多的计算机可以方便地互相传递信息，共享硬件、软件、数据等资源。2.计算机网络的组成计算机网络由硬件和软件两部份组成：硬件：计算机、通信设备、通信线路等软件：通信协议、操作系统、网络管理软件以及应用软件等3.计算机网络的功能(1) 数据通信 (2) 软件资源的共享。 (3) 数据资源的共享。(4) 分布式数据处理 (5) 提高系统的可靠性处理能力二、计算机网络的发展过程1.早期的计算机网络计算机技术与通信技术的结合是计算机网络的基础。早期的“计算机网络 ”称为单计算机系统，其功能仅限于远程终端与中心主机的通信。计算机的主要任务是进行批处理。2. 计算机网络的大发展时期现代意义上的计算机网络是从 1969 年美国国防部高级研究计划局建成的 ARPANET 实验网开始的。ARPANET 的主要特点是：(1) 资源共享； (2) 分散控制； (3) 分组交换； (4) 采用专门的通信控制处理机； (5) 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一般特征。这一时期的网络被称为第二代网络，以远程大规模互连为其主要特点。3. 计算机网络的标准化过程1977 年国际标准化组织 ISO（International Standardization Organization ）规定了可以互连的计算机系统之间的通信协议，遵从 OSI 协议的网络通信产品被称为所谓的开放系统。4.计算机网络互联时期三、计算机网络分类（一）按通信距离分1.局域网（Local Area Network）特点 :(1) 采用的传输介质类型相对较少。(2) 数据传输速率快。 (3) 传输延迟小，且误码率较低。(4) 组网比较灵活、方便、成本较低。 2.城域网（Metropolitan Area Network 一般不超过几十公里）特点：(1) 采用的传输介质相对要复杂。(2) 数据传输速率次于局域网。(3) 数据传输距离相对局域网要长，信号容易受到干扰。(4) 组网比较复杂，成本较高。3. 广域网（Wide Area Network 即 Internet）特点：(1)传输介质复杂 (2) 数据传输速率较低(3) 采用的技术比较复杂(4) 是一个公共的网络，即不属于一个机构或国家。（二）按交换技术分1、线路交换2、存储交换方式分为：报文交换方式、分组交换、帧中继交换、信元交换、混合交换（三）按拓扑结构分1、总线型结构总线型网络是将若干个节点平等地连接到一条高速公用总线上的网络。特点： (1) 结构简单灵活，便于扩充。 (2) 可靠性高(3) 网络节点响应速度快 (4) 易于布线，成本较低。(5) 实时性差 物理安全性差 故障诊断困难2、环型结构环型结构的网络指网络中的每个节点均与下一个节点连接，最后一个节点与第一个节点连接，构成一个闭合的环路。特点： (1) 网络结构简单 (2)路径选择的控制的到简化(3) 扩充不方便 (4) 环上节点过多时，传输效率严重下降。(5) 当环中某一节点出现故障时整个网络将瘫痪，查找故障点 不易。3、星型结构星型拓扑结构即任何两节点之间的通信都要通过中心节点进行转发，中心节点通常是集线器。特点：(1)结构简单、便于集中控制和管理 (2)网络易于扩展(3)故障检测和隔离方便 (4)延迟时间小(5)传输误码率低 中心节点负担重 网络脆弱 通信线路利用率较4、 树型结构树形结构是由星型结构演变而来的。其实质是星型结构的层次堆叠特点： (1) 扩展方便。 (2) 故障隔离容易。(3) 高层节点性能要求高。5、 网状结构网状结构是由星型、总线型、环型演变而来的，是前三种基本拓扑混合应用的结果。（四）按传输技术分基带网和宽带网（五）其他分类第二章网络技术基础本章学习目标1、从工程技术的角度培养实际应用的技术技能2、熟悉网络传输物理层上传输介质的物理特性与应用特点3、正确理解网络传输方式以及网络的数据通信特性4、熟悉并掌握计算机网络的体系结构5、掌握 OSI 开放系统互连参考模型的实用意义以及各层次的作用6、系统了解网络设备都有哪些，主要技术特点7、理解几种类型局域网技术工作方式8、了解计算机网络标准化的指定和网络通信国际标准化组织一、传输介质（一）金属传输导线1、双绞线双绞线按其是否有屏蔽层可以为分：非屏蔽双绞（UTP） 、屏蔽双绞线（STP ）按照型号来分主要有以下几类。(1) 3 类双绞线 、(2) 4 类双绞线 、(3) 5 类双绞线 、(4) 超 5 类双绞线 、(5) 6 类双绞线 、(6) 7 类双绞线2、同轴电缆分为基带同轴电缆和宽带同轴电缆（二）光纤光纤的概念：光纤为光导纤维的简称，由直径大约为 0.1mm 的细玻璃丝构成。光纤通信：光纤通信就是因为光纤的这种神奇结构而发展起来的以光波为载波，光导纤维为传输介质的一种通信方式。光纤较电缆导线有四大优点：抗干扰性能好、传输距离远、传输速率高、单芯可实现传输。光纤本身也有缺点：质地较脆、机械强度低就是它的致命弱点，稍不注意，就会折断于光缆外皮当中、光纤的安装需要专门设备，以保证光纤的端面平整，以便光能透过，施工人员要有比较好的切断、连接、分路和耦合技术、当一根光纤在护套中断裂（如被弯成直角） ，要确定其位置是非常困难的、当一根光纤在护套中断裂（如被弯成直角） ，要确定其位置是非常困难的。（三）无线介质1、无线电波2、微波3、红外线二、网络传输方式（一）点对点的传输1、环形拓扑环型拓扑的主要特点。在环型拓扑构型中，节点通过点到点通信线路连接成闭合环路。环中数据将沿一个方向逐站传送。环型拓扑结构简单，传输延时确定，但是环中每个节点与连接节点之间的通信线路都会成为网络可靠性的瓶颈。环中任何一个节点出现线路故障，都可能造成网络瘫痪。为保证环的正常工作，需要较复杂的环维护处理。环节点的加入和撤出过程都比较复杂。2、星形拓扑星型拓扑的主要特点。在星型拓扑构型中，节点通过点到点通信线路与中心节点连接。中心节点控制全网的通信，任何两节点之间的通信都要通过中心节点。星型拓扑构型结构简单，易于实现，便于管理，但是网络的中心节点也是全网可靠性的瓶颈，中心节点的故障可能造成全网瘫痪。3、树形拓扑树型拓扑的主要特点。树型拓扑构型可以看成是星型拓扑的扩展。在树型拓扑构型中，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。树型拓扑网络适用于汇集信息的应用要求。4、网状拓扑网状型拓扑的主要特点。网状拓扑构型又称为无规则型。在网状拓扑构型中，节点之间的连接是任意的，没有规律。网状拓扑的主要优点是系统可靠性高，但结构复杂，必须采用路由选择算法与流量控制方法。目前实际存在与使用的广域网基本上都是采用网状拓扑构型。（二）广播式的传输方式1、总线拓扑总线拓扑的优点主要有结构简单灵活，可扩充性好，可靠性高，节点间响应速度快等。缺点是出现故障不容易被查出。2、无线传输计算机网络采用微波技术无线传输是比较新的技术。三、网络数据通信数据通信是计算机技术与通信技术的结合，它遵循通信规程（协议） ，完成编码信息的传输、存储、转接等工作，准确、及时地向对方提供数据。数据通信包含两方面的内容：数据的传输和数据传输前后的处理。 1、数据方向（1）单工通信。指只有一个方向的通信。在此传输模式下，信息的发送端只能发送信息出去，接收端只能接收信息。如收音机，它只能接收来自电台的信息。（2）半双工通信。通信的双方都可以发送（或接收）信息，但双方不能同时发送（或接收） 。如常见的无线对话机就是采用典型的半双工通信方式。（3）全双工通信。通信双方可同时发送或接收信息。如电话便是一种全双工通信工具，我们在听对方讲话的同时，也可以发话给对方。2、数据传输方式有基带传输、频带传输和宽带传输3.数据通信单位（1）并行传输。并行传输可以一次同时传输若干个比特的数据，即数据的每一位放在多条并行的信道上同时传送。（2）串行传输。串行传输只使用一个传输信道，数据的若干位顺序地按位串行排列成数据流四、计算机网络的体系结构1、什么是计算机网络的体系结构计算机网络的体系结构是指这个计算机网络及其部件所应完成功能的一组抽象定义，是描述计算机网络通信方法的抽象模型结构，一般是指计算机网络的各层及其协议的集合。 2、为什么要制定计算机网络的体系结构3、计算机网络体系结构的形成为了研究方便，人们把网络通信的复杂过程抽象成一种层次结构模型，层次结构的特点是每一层都建立在前一层基础之上，低层为高层提供服务。具体地说就是：1. 层之间是独立的，第 N 层中的实体在实现自身定义的功能时，只直接使用第 N-1 层提供的服务。2. 第 N 层将以下各层的功能再加上自己的功能，为第 N+1 层提供更完善的服务，同时屏蔽具体实现这些功能的细节。3. 最低层只提供服务，不使用其他层所提供服务。4. 最高层是应用层，只使用相邻下层提供的服务，而不提供新的服务。五、OSI 开放系统互连参考模型OSI 包括了体系结构、服务定义和协议规范三级抽象。OSI 的体系结构定义了一个七层模型，用以进行进程间的通信，并作为一个框架来协调中层标准的制定；OSI 的服务定义描述了各层所提供的服务，以及层与层之间的抽象接口和交互用的服务原语；OSI 各层的协议规范，精确地定义了应当发送何种控制信息及何种过程来解释该控制信息。OSI/RM 采用七层模型的体系结构。从下至上依次为：（1）物理层（2）数据链路层（3）网络层（4）传输层（5）会话层（6）表示层（7）应用层 1、物理层物理层是 OSI 参考模型的最低层，它直接面向实际承担数据传输的物理媒体(即信道 )。物理层的传输单位为比特，它的任务是为它的上一层提供一个物理连接，以便透明地传送比特流。2、数据链路层数据链路层的主要功能是在物理层的基础上，在两个相邻节点间的线路上无差错地传送以帧为单位的数据，每一帧包括数据和必要的控制信息。 3、网络层网络层是通信子网的最高一层，它在下两层的基础上向资源子网提供服务。网络层的目的是实现两个端系统之间的数据透明传送，具体功能包括路由选择、阻塞控制和网际互连等。 4、传输层一般来说，OSI 低 3 层的主要任务是数据通信，高 3 层的任务是数据处理。因此，传输层是通信子网和资源子网的接口和桥梁，起到了承上启下的作用。 5、会话层我们将进程之间的数据通信称为会话。会话层的主要功能是组织和同步不同的主机上各种进程间的通信，控制和管理会话过程的有效进行。它定义了如何开始、控制和结束对话，确定对话的顺序，确保每一个步骤按顺序进行。 6、表示层主要解决用户信息的语法表示问题，它将欲交换的数据从适合某一用户的抽象语法变换为适合于 OSI 系统内部使用的传送语法。表示层提供编码格式化和转换服务，数据压缩与解压、加密与解密也是表示层可提供的表示变换功能。7、应用层应用层是计算机用户以及各种应用程序和网络之间的接口，其功能是直接向用户提供服务的接口，完成用户希望在网络上完成的各种工作。应用层为用户提供的常见服务和协议有：文件服务、文件传输服务、目录服务、电子邮件、网络管理等服务。 六、网络设备主机、通信控制处理机、终端、集中器、本地线路、网卡、中继器、网桥、路由器、网关七、局域网技术（一）以太网技术1、千兆以太网标准千兆以太网主要用于提高交换机与交换机之间或交换机与服务器之间 的连接带宽。2、万兆以太网标准它是一种采用全双工通信方式，利用光