第5章计算机网络基础

• OSI/RM已被国际社会广泛认可，成为一个计算机 网络体系结构的标准。国际标准化组织和网络产 品的生产厂家都按照OSI/RM划分的层次结构开发 国际标准，并按照国际标准生产网络设备，开发 网络应用软件。OSI/RM极大地推动了网络标准化 的进程。
4、以互联网（Internet）为核心的第Байду номын сангаас代计算机网络
在因特网蓬勃发展的今天，世界上没有 哪个国家或地区、没有哪一个行业、没有哪 一个部门或单位、没有哪一个工作离得开计 算机网络的。
5.1 计算机网络概述
• 何为计算机网络？其精确的定义并未能统 一。 • 计算机网络是通信技术与计算机技术密切 结合的产物。 • 1970年，美国信息学会联合会的定义：以 相互共享资源（硬件、软件和数据）方式 而连接起来，且各自具有独立功能的计算 机系统之集合。
《大学计算机基础》课程电子讲稿
本章的主要内容
了解计算机网络的定义、发展 了解计算机网络的组成、功能、分类及体系结构 了解网络硬件与网络设备 了解Internet的起源与发展及TCP/IP体系结构 理解MAC地址、IP地址、域名的概念 了解网络接入的几种方法 了解物联网的起源、发展、定义与应用
“无处不有，无时不用”
• 软件的网络功能需要依赖硬件去完成。两者相互作用,缺 一不可。
5.2 计算机网络的构建
• 想要构建一个完整的计算机网络我们必须 解决的三个主要问题：
计算机之间采用什么样的传输介质连接。 计算机之间用什么样的拓扑结构（物理连接方 式）连接。 计算机之间采用什么样的协议（方式）进行数 据的交换。
面向终端的计算机通信网络的特点
每一个分散的终端都要单独占用一条通信 线路，线路利用率低。 主机既要承担通信工作，又要承担数据处 理，因此主机的负荷较重，且效率低。 第一代计算机网络建立没有资源共享的 目的，只是为了能进行远程通信，因此它不 算是现代意义上的计算机网络，只是计算机 网络的初级阶段。
• 随着计算机网络和通信技术的发展，在全球范围内建立了 大量的局域网和广域网。人们又提出了将这些网络互联在 一起的为了扩大网络规模以实现更大范围的资源共享的迫 切需求，国际互联网Internet在这样的背景下产生。 • 国际互联网（Internet）是指将全球范围内建立的局域网 和广域网相互连接以达到扩大共享资源范围而形成的网络 。
每层功能
功能层次
应用层 表示层
功能描述
与用户应用进程的接口 数据格式的转换 做什么？
通俗解释
对方看起来像什么？
会话层 传输层
会话的管理与数据传输的同步 从端对端经网络透明地传送报文
轮到哪方传输，从何处开始传输 ？ 对方在何处？
网络层
分组传送、路由选择和流量的控制
数据如何到达对方？
数据链路层
在连路上无差错的传送数据帧
面向终端的计算机通信网络应用
军用上 SAGE系统是美国在20世纪50年代中期 建立的半自动地面防空系统。 民用上 美国在1963年投入使用的飞机订票系统 SABRE－1。该系统以一台中心计算机为主 机，将全美范围内的2000多个终端通过电话 线连接到中心计算机上，实现并完成了订票 业务。
2、以共享资源为目标的第二代计算机网络
5.2.2 常用的网络硬件和网络设备
• 通俗的说网络就是我们采用物理上的介质——“线”，将 单个计算机（终端）连接起来，以实现在其网络中信息或 数据的共享。这根传输介质——“线”是网络中节点之间 的物理通路，它对网络数据通信质量有极大的影响。目前 常用的网络传输介质可分为
有线 无线
1、有线传输介质
5.2.1 计算机网络体系结构
• 我们发现，不同国家、不同地区的人使用着不同 生产厂商的操作系统、硬件系统以及通信网络的 机器在互联网中能够进行数据传输、通信、交互 与资源共享。那么通信的数据是如何从甲地通过 网络传输到乙地的？数据通信的安全性又是由谁 来保证的？
1、网络协议
• 为了使计算机之间能够顺利地进行“交流”（数据通信） ，人们为其制定了相应的“交流”规则，设计了计算机网 络的体系结构。 • 为了允许不同系统终端的互连和互操作，不同系统的终端 在通信时都必须遵从相互均能接受的规则，这些规则的集 合称为网络协议(Protocol)。
3、开放系统互连模型OSI
• 世界上第一个网络体系结构由IBM公司提出（1974年， SNA），以后其他公司也相继提出自己的网络体系结构如 ：Digital公司的DNA，美国国防部的 TCP/IP等，多种网 络体系结构并存，其结果是若采用IBM的结构，只能选用 IBM的产品，只能与同种结构的网络互联。 • 为了促进计算机网络的发展，国际标准化组织ISO（1977 年成立）于1981年制定了开放系统互连参考模型（Open System Interconnection Reference Model，OSI/RM）。
计算机网络系统的组成
• 从网络的逻辑功能上来说，一个完整的计算机网络由资源 子网和通信子网构成。 资源子网负责信息处理 通信子网负责网中的信息传递
• 从应用的角度来说，一个完整的计算机网络系统是由网络 硬件和网络软件所组成的。
网络硬件是计算机网络系统的物理实现：它提供的是数据处理、 数据传输和建立通信通道的物质基础； 网络软件是网络系统中的技术支持，它控制数据通信。
• 为什么叫开放？ 只要遵循OSI标准，那么，该系统就能与世界上任何地 方遵循该标准的系统进行互联。 • 如何做到开放？ 这个模型把网络通信的工作分为7层。
OSI 7层参考模型
• 7层参考模型它们由低到高分别是
物理层（Physical Layer) 数据链路层（Data Link Layer) 网络层(Network Layer) 传输层（Transport Layer) 会话层（Session Layer） 表示层（Presentation Layer) 应用层（Application Layer)
2、网络体系结构
• 通过邮政系统信件发送、接收过程例子我们能够发现： 网络协议可以使不兼容的系统相互通信；在设计复杂 的计算机网络时，我们采用“分层”的方法来组织整个网络 。每一层只完成一定的功能，每一层又都建立在它的下层之 上。规定了同层次实体通信的协议及相邻层之间的接口服务 。因此，我们把网络各层功能及其协议的集合称为网络体系 结构。
5.1.1 计算机网络的定义
• 计算机网络 利用通信设备和线路将地理位置不同的、 功能独立的多个计算机系统互联起来，以功 能完善的网络软件（即网络通信协议、信息 交换方式、网络操作系统等）实现网络中资 源共享和信息传递的系统。
网络组成3个基本要素
• （1）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。 • （2）两个独立的计算机之间必须有某种通 信手段将其连接。 • （3）网络中的各个独立的计算机之间要能 相互通信，必须制定相互可确认的规范标 准或协议。
• 我国最早的Internet是于1994年4月完成的NCFC与 Internet的接入。由中国科学院主持，联合北京大学和清 华大学共同完成的NCFC（中国国家计算与网络设施）是 一个在北京中关村地区建设的超级计算中心。NCFC通过 光缆将中科院中关村地区的三十多个研究所及清华、北大 两所高校连接起来，形成NCFC的计算机网络。到1994年 5月，NCFC已连接了150多个以太网，3000多台计算机。 • 我国的商业Internet——中国因特网ChinaNet由中国电信 和中国网通始建于1995年。ChinaNet通过美国MCI公司、 Global One公司、新加坡Telecom公司、日本KDD公司与 国际Internet连接。目前，ChinaNet骨干网已经遍布全国 31个省、市、自治区，干线速度达到数十Gbps，成为国 际Internet的重要组成部分。
每个世纪都有一种主流技术，18世纪是 伟大的机械时代，19世纪是蒸汽机时代，而 20世纪与21世纪则是信息时代、网络时代， 是计算机网络普及和发展的时代。
5.1.2 计算机网络的发展历程
• 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，回顾计算机 网络的发展过程，其发展分为以下四个阶 段。
• 双绞线 • 双绞线价格低廉，数据传输率较低，抗干扰性能也 较差，双绞线最大使用距离限制在几百米之内。
非屏蔽双绞线(UTP)
屏蔽双绞线(STP)
水晶头（RJ-45 接头）
• 同轴电缆 • 同轴电缆由内外两条导线构成，内导线可以是单股铜线， 也可以是多股铜线；外导线是一条网状空心圆柱导体。内 外导体之间有一层绝缘材料，最外层是保护性塑料外壳。
5.1.3 计算机网络系统的组成与功能
• 通信技术与计算机技术的结合是产生计算机网络 的基本条件。
一方面，通信网为计算机之间的数据传输和交换提供 了必要的手段； 另一方面，计算机技术的发展渗透到通信技术中，又 提高了通信网的各种性能。
计算机网络的功能
数据通信 资源共享 分布式处理
每一步该怎么走？
物理层
将比特流送到物理媒体
信息实际如何传送？
• 第一层到第三层属于OSI参考模型的低三层，负责创建网络 通信连接的链路；第四层到第七层为OSI参考模型的高四层 ，具体负责端到端的数据通信。每层完成一定的功能，每层 都直接为其上层提供服务，并且所有层次都互相支持，而网 络通信则可以自上而下（在发送端）或者自下而上（在接收 端）双向进行。当然并不是每一通信都需要经过OSI的全部 七层，有的甚至只需要双方对应的某一层即可。物理接口之 间的转接，以及中继器与中继器之间的连接就只需在物理层 中进行即可；而路由器与路由器之间的连接则只需经过网络 层以下的三层即可。总的来说，双方的通信是在对等层次上 进行的，不能在不对称层次上进行通信。
• 一个网络协议主要由以下三个要素组成：
语义：规定通信双方彼此“讲什么”，即信息要表达的内容。 语法：规定通信双方彼此“如何讲”，即规定信息的结构和格式。 同步：语法同步规定事件执行的顺序，即通信双方的交互关系和事 情的顺序。