大学计算机基础 南京师范大学出版社 第四章 计算机网络.docx

1、大学计算机基础 南京师范大学出版社 第四章 计算机网络教师姓名阚亮授课班级13会计、建管、行管课程名称大学计算机基础授课日期第 周 2013 年 4 月 21日授课时数1学时授课章节名 称第四章 第一节 计算机网络概述教学目标知识目标：了解计算机网络的功能、分类及组成能力目标：培养学生对计算机网络的组件德育目标：培养学生观察能力和识别能力教学重点及 难 点计算机网络的逻辑结构教具及教学方 法讲授法课堂教学设计在通信技术高速发展的今天，计算机网络已走进了我们生活的每个角落，它的发展水平已成为衡量一个国家技术水平和社会信息化程度的标志之一。计算机网络是现代通信技术与计算机技术紧密结合的产物，我们已

2、经对计算机有了一个基本的认识，今天我们就再来学习一下“计算机网络概述”。一、计算机网络的基本定义和组成计算机网络的基本定义和组成计算机网络的基本定义和组成计算机网络的基本定义和组成 1.什么是计算机网络 计算机网络是将分散在不同地点且具有独立功能的多个计算机系统，利用通信设备和通信线路相互连接起来，在网络协议和软件的支持下进行数据通信，实现信息传递和资源共享的计算机共享的集合。2、计算机网络的组成 通过幻灯说明计算机网络的组成的内容： 计算机网络三要素 两台或两台以上独立的计算机 通信设备和传输介质连接计算机与传输介质、网络与网络的设备。常用的设备有路由器、网络适配器、交换机、网桥、光电转换器

3、等。 网络软件：包括网络操作系统和网络协议 计算机网络操作系统是网络用户和计算机网络的接口。网络用户通过网络操作系统请求网络服务。网络操作系统的任务就是支持局域网络的通信及资源共享。网络操作系统则承担着整个网络范围内的资源管理，支持各用户间的通信。常用的网络操作系统有Windows NT、Net Ware、UNIX等。网络协议：计算机之间要交换信息，彼此就需要一个统一的规则，这个规则成为“网络协议”（ Protocol TCP/IP）二、计算机网络的性能指标计算机网络的性能指标计算机网络的性能指标计算机网络的性能指标 1、速率每秒在数字信道上传送了多少个比特。也称数据率或比特率，单位是b/s（

4、比特每秒，bps） 1000bps=1Kbps 1000Kbps=1Mbps 1000Mbps=1Gbps 1000Gbps=1Tbps 2、带宽在单位时间内从网络中的某一点到另一点所能通过的“最高数据率”，表示网络的通信线路所能传送数据的最大能力 3、吞吐量在单位时间内从网络中的某一点到另一点实际通过的数据量，表示网络的通信线路实际传送数据的能力。 4、时延数据从网络或链路的一端传送到另一端所需的时间，分为：发送时延、传播时延、处理时延、排队时延。 5、信道利用率和网络利用率 信道利用率是某信道有百分之几的时间被利用 网络利用率是全部信道利用率的加权平均值 注：网络利用率越高，时延越大。三、

5、计算机网络的分类计算机网络的分类计算机网络的分类计算机网络的分类 学习了网络的定义之后，接下来再看第三个大问题“计算机网络的分类”。分类方式是多样的，比如可以根据信息容量分类、按照拥有者分类等等，在这里我们按照地理分布范围将网络分为三大类：局域网、广域网和城域域网。 1、局域网 局域网，它是指连接近距离的计算机组成的网，分布范围一般在几米至几公里之间。局域网是我们接触最多的一类网络，小到一间办公室，大到整座建筑物，甚至一个校园，一个社区，它们都可以是通过建立局域网来实现资源共享和信息通信。比如在一个居民小区里建立局域网，使每个家庭与社区服务中心相连，这样人们就可以坐在家里随时随意地观看网上光盘

6、库中的影片，形成家庭小影院的效果；如果身体出现不适也可以通过网络直接向社区医院的医生咨询。局域网的广泛应用正在使我们的生活方式发生着巨大的改变。与后面要讲到的广域网和城域网相比，局域网最大的特点就是分布范围小、布线简单，使用灵活，通信速度也比较快，可靠性强，传输中误码率较低，并且它是被某个组织完全拥有，这个组织有建立它、完善它的权利，同时也有拆除它的权利。 2、广域网 计算机网络的第二类广域网，它是指连接远距离的计算机组成的网，分布范围一般在几千公里至上万公里之间。甚至于跨国界、洲际，因而有的书上也把它称为远程网。比如我们听的最多的因特网，就会司一个典型的广域网，它的分布横贯世界各大洲，形成一

7、个庞大的全球性网络，可以利用它查阅各国家图书馆的资料，也可以坐在家里浏览各国名胜古迹，了解各民族文化、风土人情等等。 与局域网相比，它的分布范围要大了许多，它不仅实现了单位内、地区内的通信，而且还实现了国家与国家之间的国际通信。但其通信速度就要低一些。 3、城域网 城域网，它介于局域网与广域网之间，是使用于一个地区、一个城市或一个行业系统使用的网络。分布范围一般在十几公里至上百公里之间。比如工商银行，为了便于各地区间信息和货币的传输，将各分行间相连，形成一个网络，这样就解决了异地存取的麻烦。 此外，按传输介质可分为：有线网和无线网 按工作原理可分为：以太网、令牌环网、FDDI网和ATM网 按使

8、用范围可分为：公用网和专用网 四、计算机网络的拓扑结构计算机网络的拓扑结构计算机网络的拓扑结构计算机网络的拓扑结构 拓扑结构的含义：将网络中的计算机和通信设备抽象成结点，将结点与结点之间的通信线路抽象成链路，从而把计算机网络抽象成由一组结点和若干链路组成的结构。这种由结点和链路组成的几何图形称之为计算机网络拓扑结构，或称网络结构。 概念了解之后，我们来看一下局域网的三种拓扑结构：总线型结构、星型结构、环型结构。 1、总线型扑结构 我们先来看总线拓扑结构。屏幕上现在所呈现的就是一个总线结构图，中间有一根较粗的直线，两边连接着若干个实心圆，这根直线就是我们讲的总线。其实它就是一段传输介质，与它相连

9、的这些小圆，我们称之为节点，它所代表的就是网络中服务器、工作站等网络单元，我们在后面将详细讲解。与总线相连的任意节点发送出的信息流中都带有地址，只有当这个地址与节点地址相符时，信息流才能被这个节点所接收。我们再通过模拟示例进一步，理解信息在总线中的传输过程：我们把信息流的始发节点称为源节点，把信息流的接收节点称为目的节点，在这里，A号节点为源节点发送出信息流，信息流中的地址号为E，也就是说A号节点想把信息传输E号节点，那E号就是目的节点，这时信息流在总线上传播，信息流同时到达每个节点，进行地址校验，发现地址B、C、D节点地址不符，信息流不被接收，只有E节点，地址相符，E号一看“是给我的”，接收

10、过来，这样就完成了整个传输过程。这就是我们讲的总线结构。从这个图上我们可以看出来，总线结构的布线非常简单，布上总线，直接往上挂连节点就可以了，易于扩充，可随意添加新节点，因而造价比较低，稳定性强，但由此引来的麻烦也是不容忽视的，当网络出现故障时，很难诊断故障点，也难隔离，更重要的是只有传送完一个信息流之后，才能开始下一个信息流的传送工作，所以随着用户的增多，就容易造成线路竞争，降低通信速度。2、星型拓扑结构 星型拓扑结构。是以中央节点为中心，所有节点与中央节点相连而成的一种结构，是属于集中控制的主从式结构，在信息传输时，与中央节点相连的任意两个节点要进行信息通信，都要通过中央节点，才能实现。

11、我们也来看一个模拟示例，同样，还是由源节点A向目的E发送信息流。在信息流发送之前，A要先向中央节点发出请求，“我要求与E号节点通信”。中央节点接到请求后，就A与E之间建立起连接，如同一条专用线路一样，这样信息流就从A节点通过这条专用线路就可以直接传送到E节点，完成整个特性厂。由此可见，中央节点的工作负担重，两节点间的通信都要通过中央节点才能实现，因而一旦中央节点发生故障，将使整个网络陷入瘫痪状态，因而星型结构的稳定性较差，但是它的结构也比较简单，易于布线、易于管理。 3、环型拓扑结构 环型拓扑结构。环型结构是所有节点以环行排列，首尾相连形成一个封闭环路，信息流就沿着这条环路按顺序单向传播，通过

12、中间节点存储再转发最后到达目的节点。同样我们也来看一个示例，还是将信息流A节点发送E节点，信息流携带着地址在环路中传播，B、C、D节点时，由于地址不符，不接收，到达目的节点E时，地址相符被接收，它的结构也是很简单的，信息呈单向流动，比较适用于光纤传输。但是当其中任意节点发生故障时，整个网络将无法正常工作了。 以上向大家介绍的三种拓扑结构，只是局域网中最常见的三种，除此之外，还有树型拓扑结构、网状拓扑结构和多种混合型拓扑结构，主要也是由这三种结构演化而成的，形成一个象倒立的树干结构，星型拓扑结构是由星型和环型组合而成的，我们在这里就不一一说明了。教师姓名阚亮授课班级13会计、建管、行管课程名称大

13、学计算机基础授课日期第 周 2013 年 4 月 21日授课时数1学时授课章节名 称第四章 第二节 计算机局域网络教学目标知识目标：了解计算机局域网的产生和发展，及其特点能力目标：培养学生对计算机局域网介质访问的控制方法、拓扑结构德育目标：培养学生观察能力和识别能力教学重点及 难 点计算机局域网拓扑结构、设备、布线教具及教学方 法讲授法课堂教学设计随着社会的发展与科学的进步，人们对计算机网络的应用已经倍加关注了。一个企业建有自己的企业网，一座大学建有自己的校园网，以达到相互通信与资源共享目的，这已成为现代信息化的标志。由这些企业网、校园网彼此互连构成覆盖地域更广阔的广域网，而各个国家的骨干广域

14、网再互连就形成了我们大家非常熟悉的覆盖全球的国际互连网Internet。也就是说构成Internet的基本组成部分其实就是许许多多的覆盖地域范围有限的企业网、校园网等，而这些覆盖地域范围有限的网络我们就称它为局域网。今天，我们就来共同学习一下计算机局域网。首先我们来看什么是局域网。一、认识计算机局域网局域网(LAN)，是将有限范围内的各种数据通信设备互连在一起的通讯网络。这里的有限范围，一般指的是通信距离在10公里以内的地域，如一个实验室、一幢大楼、一个校园等等；这里的数据通信设备是指计算机、终端、和各种与连网有关的外部设备。图中显示的就是一个局域网，在这个局域网中通过网络传输设备把有限范围内

15、的服务器、工作站、打印机、光盘塔等设备互连了起来。那么组成一个局域网能为我们提供哪些服务呢？我们来看局域网的功能：计算机局域网具有两个方面的功能：1.实现数据通信和资源的共享；2.另一个作用是局域网为进一步加入广域网奠定了基础。我们知道一台计算机存储的信息量是很有限的，信息来源也是比较单一的。如果能把一个单位内的几十、几百甚至上千台计算机互连起来，以实现数据通信和资源共享，这样就大大提高了计算机可访问的信息量和处理信息的灵活性。我们还可以通过局域网让多台计算机共享一台打印机或一台光盘塔或其它网络设备，而不必为每一台计算机购置同样的设备，从而节省大量的资金。由许多大大小小的局域网互连就构成了覆盖

16、地域范围更广阔的广域网，从而说明局域网的建成为进一步加入广域网奠定了基础。那么局域网上的各个部件是怎样连结起来的呢？其中的连接方式就称为拓扑结构，下面我们就来看一下计算机局域网的拓扑结构：二、计算机局域网的拓扑结构这是我们今天要学习的一个重点内容。我们先解释一下什么是拓扑结构： 网络拓朴结构是指网络上各个节点相互间的连接形式，也就是说连接的方法。这里的节点指的是网络中的一种地点，在该地点有一个或多个操作部件与传输线相连。一个工作站、一个服务器均可称为一个节点。我们可以先把节点理解为计算机。局域网的基本的拓扑结构有三种：总线型、星型和环型。这是一张总线型拓扑结构图，其中网络上的所有节点都通过相应

17、的硬件接口直接连接到干线电缆上，干线电缆构成网络的总线。工作原理是任何一个节点发送的信号都可以沿着总线传播，并被其它所有的节点接收。这种结构的优点是方法简单，技术成熟，而且成本较低。由于网络上所有的节点共用一个公共的传输线路，所以一次只能由一个设备发送数据。 由于这种网络结构只有唯一的通讯通道，因此当两台工作站同时抢此唯一的通道时，就会造成冲突。这样效率会大大降低，另外如果这唯一的通道出了问题，就会造成整个网络瘫痪。这是它的缺点。这是一张星型拓扑结构图，其中所有网络计算机都连接到中央控制器上，中央控制器负责统一控制网络上各工作站之间的通讯。工作原理是每一台工作站发送的数据必须经过中央控制器才能

18、到达目的工作站，假如说现在这一台计算机要向这台计算机发送信息，它所发送的信息首先要经过中央控制器，再到达目的地。星形结构的优点是有较好的控制性、稳定性好。由于它采中央集权的方式，有较好的控制性。并且如果一个节点与中央控制器之间的电缆断开或连接不正常，网络的其它部分仍能正常工作，所以说它稳定性好。请大家思考一个问题，如果中央控制器出现问题，将出现什么情况。显然，将使整个网络系统瘫痪，这就是它的缺点。 缺点是若中央控制器出现故障，将使整个网络系统瘫痪。 这是一张环型拓扑结构图，其中网络上的所有设备都彼此串行连接，就像连成链一样，构成了一个回路或环。工作原理是数据在环路上按统一方向逐点传输数据，最后

19、又回到信息发送点。假如说现在这一台计算机要向这台计算机发送信息，那么信息就会按照它规定的统一方向一个一个传输下去，到达目的地之后，这个信息传送过程还不会停止，而是继续进行，一直到完成一个循环。这种结构的优点结构简单，传输延时确定。这里的延时是计算机接收、判断并处理数据过程中所需要的时间。在这种环型结构的网络中，如果环上的一台计算机出现问题，将会出现什么情况呢？显然将会使传输数据的过程中断。这就是它的不足之处。 缺点是环型结构的网络当环上任何一个节点发生故障时，将造成整个网络瘫痪。刚才我们学习了局域网的三种拓扑结构，通过以上介绍，我们可以看出：星型拓扑结构的网络传递信息采用直接方式，控制性好。而

20、总线型及环型网络则不然，总线型及环型网络信息传递的方法都是采用广播式，也就是说网络中任何一台计算机所发出的信息都可传送到其它终端，但其它终端会辨认该信息是否属于它，若是则加以复制，否则将不予理采。另外需要说明的是：以上我们是从局域网的基本组成单元的角度讨论了局域网拓扑结构问题，实际应用的局域网可能是一种或几种基本拓扑的扩展与组合。比如这个我们见过的局域网示意图，大家可以判断一下，它采用了哪些拓扑结构呢？显然它采用了星型拓扑结构和总线型拓扑结构。无论怎样组合的局域网络，它的基本构成单元都符合以上讨论的基本结构和工作原理。无论何种类型的网络都离不开组成它的物质基础，这物质基础就是组成局域网的硬件，

21、下面我们就来学习组建局域网常用的硬件：三、组成计算机局域网的硬件这也是我们今天要学习的一个重点内容。网络硬件包括服务器、工作站、传输介质、连接设备等。服务器指的是一台功能较强的计算机。工作站是连接到网络上的一台计算机。传输介质是指网络通信用的信号线。连接设备指的是构成网络的部件，比如网卡、集线器、中继器等。工作站其实就是一台计算机，以前我们对计算机的了解比较多，因此在这里就不再作专门的介绍，今天要给大家详细介绍的硬件是服务器、传输介质和连接设备。首先来看服务器：1服务器 网络服务器是一台性能较强的计算机。它与普通计算机的主要区别是：（1）运算速度快；网络服务器一般要同时为多个用户提供服务，因此

22、要求它的运算速度比其它计算机要快。（2）内存容量和硬盘容量都比一般计算机大；服务器性能要比普通计算机好，其中有一点就是内存容量要比普通计算机大，这样会加快数据交换的速度。另外服务器需要存储大量的共享信息，因此硬盘容量要比普通计算机大得多。（3）要求可靠性、稳定性好。在网络中，如果服务器出现问题将使整个网络无法正常运行，因此要求它的可靠性、稳定性要好。为了做到这一点，确保数据安全，一般服务器要配一套备份盘。 2传输介质当前常用的网络传输介质有同轴电缆，双绞线，光纤三大类。一般来讲同轴电缆和双绞线用于近距离数据传输，一般在几十米、几百米的范围内。同轴电缆和双绞线相比，同轴电缆价格较贵，连接不方便，

23、现在很少使用，双绞线在局域网中使用较多。光纤一般用于远距离数据传输，在几公里的范围进行数据传输无需中继设备，而且速度快、可靠性高、安全性好，但它的价格昂贵，需要专门技术人员安装。3连接设备我们学习七种常用的连接设备，要学习的第一种连接设备是网卡：（1）网卡图中显示的就是一块网卡，放大部分是网卡的接口。网卡是插在计算机扩展槽中与外界网络相连的硬件设备。 它的作用是进行计算机数据总线上的低电平并行信号和 “0”、“1”表示的电信号流的转换。 网络中的每一台计算机都需要一个网卡，负责将计算机数据总线上的低电平并行信号转换成由“0”“1”表示的电信号流，然后通过电缆传送到其它计算机，同时将电缆线传送过

24、来的电信号流转换成并行信号供计算机识别。它和声卡、显卡等硬件一样，网卡也有相应的驱动程序需要安装，网卡的驱动程序一般由厂家提供。我们要学习的第二种网络设备是集线器：（2）集线器（HUB）在网络的星型结构中，需要一个集线器把其它工作站连接起来。图中显示的就是一个集线器，放大部分是集线器的接口。 集线器是把服务器以及工作站相连接的网络设备。对于星型网络，所有设备都通过电缆连接在集线器上，并通过它与服务器连接。我们要学习第三种网络设备是中继器：（3）中继器（Repeater） 这里是两段相隔距离比较远的局域网，由于信号在电缆上传输时会因为线路的增长、电阻的增加而造成信号不断衰减。若要把它们连接起来，

25、就需增加一个设备来接收较弱的信号，然后重新生成较强的信号，再由它转发出去。这个设备就是中继器。（屏幕的右下角显示的就是一些不同类型的中继器） 中继器的功能是接收信息、重新生成信息、转发信息。 无论采用哪种电缆，它都不能无限地扩展下去，若想扩展距离则必须靠中继器来达到扩充网络长度的目的。我们要学习的第四种网络设备是网桥：（4）网桥（Bridge） 这里是两段局域网，如果想在这两段局域网之间限制一些信息的传输，则需要一个叫做的网桥的网络设备。 网桥的功能是接收信息、过滤信息、重新生成信息、转发信息。 网桥比中继器要智能化，它不是简单地重新生成信号，而是限制了一些信息的传输，保证了从局域网到局域网的

26、顺利传输。比如说从局域网A段中的工作站A1向局域网B段中的工作站B2发送信息，这个数据包要经过网桥，网桥经过地址过滤，如果认为不需要或不可以转发，或许计算机B2是需要保密的，便将该信息包丢掉；如果应该转发，则通过网络接口将该信息包发送到局域网B段，B2将接收到该信息包。网桥在局域网中经常被用来将一个大型局域网分成既独立又能相互通信的多个子网的互连结构，从而可以改善各个子网的性能与安全性。我们要学习的第五种网络设备是路由器：（5）路由器（Router）这里是一个较为复杂的局域网，它由三个局域网段组成，在这个局域网中信息在传输时会遇到路径选择的问题，也就是说遇到叉口应该选择哪一条路径。要实现正确的

27、路径选择，就需要一个路由器来担此重任。路由器的功能是接收信息，寻址，重新包装信息，发送信息。路由器比网桥更智能化，它能够根据接收到的信息确定出合适的目的站点，然后重新发送数据。比如说从局域网A段中的工作站A2向局域网C段中的工作站C1发送信息，路由器收到来自A1发送的信息后，确定出该数据包的接收点在局域网C段上，便将该信息发往局域网C段，C1将接收到该信息包。我们要学习的第六种网络设备是网关：（6）网关在接触网关之前，我们有必要学习一下网络协议的概念：协议是一种通信规约。在实际邮政系统信件发送、接收过程中就存在一些通信规约。我们来看实际邮政系统信件发送、接收过程示意图。在这个图中显示的是邮政系

28、统传递邮件的整个过程，在这个过程中，每一个环节无论是发信者本人也好，还是邮政工作人员也好，都要遵守邮政系统的通信规约，否则邮件将不能顺利传送。比如对于发信者来讲，在书写信封时，就必须遵照一定的通信规约，要在我们国家就得把收信人的地址写在信封的左上角，收信人的姓名写在中间，把写信人的地址写在信封的右下角。在计算机网络中为了信息的顺利传输也有它的通信规约，我们把网络中的通信规约叫做协议。网络中的协议规定了网络中的数据如何打包、如何统计以及如何传输。这儿的打包是计算机对要通过网络进行传输的信息进行标准化处理的一个过程，在这个过程中一般要在传递的信息中加上地址等的信息。协议有底层和上层之分，底层协议规

29、定了硬件的接口规范（比如接口的大小、形状及要求的信号线种类和数量等），上层协议规定了软件方面的统一标准（象文件的格式、程序的格式等）。比如现在有两个采用不同协议的局域网：Netware网和SNA网，现在Netware网上的工作站要访问SNA网上的大型计算机服务器，由于它们采用的网络协议不同，需要用网关把它们连接起来。网关的功能是接收信息、变换信息、重新包装信息、发送信息。NetWare是美国Novell公司出的网络操作系统，一般我们把采用NetWare操作系统的网络称为NetWare网，SNA是美国IBM公司开发的一种系统网络结构，一般我们把采用SNA结构的网络称为SNA网。网关是最为昂贵、最

30、为复杂的互连设备。我们要学习的第七种网络设备是调制解调器：（7）调制解调器(Modem) 计算机通过电话线拔号上网是人们常用的一种上网方式，要通过电话线拔号上网就需要一个调制解调器。 调制解调器即Modem，俗称“猫”，是在电脑的数字信号和能够以电话线路传递的模拟信号之间进行转换的硬件设备。调制解调器一般由两部分组成：调制器和解调器。假如一台通过电话线上网的计算机要向外发送信息，就需调制器把计算机内的数字信号调制为模拟信号通过电话线传送出去，若要接收信息，则需解调器把通过电话线传来的模拟信号解调为数字信号 了解了这么多网络硬件，下面我们来用部分硬件组建一个局域网，首先看一下组网方案。四、办公室

31、局域网组网方案这也是我们今天要学习的一个重点内容。组建网络首先需要确定方案，下面我们学习3种典型的局域网组网方案。为了使您有一个清晰的概念，我们以10台电脑在面积为50平方米的办公室内组网为假定条件。第一个是瘦型办公室网络。图中所显示的就是瘦型办公室网络图，它采用的是总线型拓扑结构，由同轴电缆、BNC插头、T型连接器及在计算机中的网卡组成。因为它采用的是总线型拓扑结构，所以它具备总线型拓扑结构的特点，象结构简单、技术成熟、成本低等。这种网络仅仅只是为了实现文件和打印机的共享。它的操作系统为windows95或windows98，硬件为网卡、细缆、BNC插头第二个是标准型办公室网络。图中所显示的就是标准型办公室网络图，它采用的是星型拓扑结构,使用HUB作为连接器、5类双绞线为传输介质、水晶头为接头。它的功能也仅仅是为了实现文件和打印机的共享。和瘦型办公室网络向比，因为它采用的是星型拓扑结构，所以稳定性好，但造价稍高。它的操作系统为windows95或windows98，硬件为网卡、双绞线、水晶头、集线器。第三个是胖型办公室网络，图中所显示的就是胖型办公室网络图，当然它是和前面的瘦型网络相对应的。它和标准型办公室网络有些类似，也采用星型拓扑结构，用的是五类双绞线。不同的是它的集线器是交换式集线器，一般还要和服务器相连，采用了一些新技术,如交换技术，所以这种网络有较高的传输速率。它的功