计算机网络基础知识讲稿

计算机网络基础知识教学目的：了解计算机网络的发展，初步认识计算机网络分类及其系统构成教学内容：1.计算机网络的发展2.计算机网络的定义及分类3.计算机网络的功能及应用4.计算机网络的组成与结构教学重点：计算机网络系统构成引言：在信息技术高速发展的今天，计算机网络的应用领域越来越广，它深刻地影响着目前的经济、社会、文化、科技等诸多领域，是目前生活和工作最重要的工具之一，同时我们的生活也越来越依赖计算机网络。那么，究竟什么是计算机网络呢？计算机网络有什么样的功能呢？它的组成是什么样的呢？我们从以下几个方面来了解它。一、计算机网络的发展为了让大家对计算机网络的发展和应用有一个全面的认识，大家首先来想一想，在人类社会发展过程中，你们知道对人类历史产生了重要影响和推动作用的四大信息媒体有哪些吗？最主要的信息传播媒体包括：第一就是书刊，第二个是电话、传真，第三是主要是广播电视，第四大媒体就是我们现在用的计算机网络。实际上，在这四个媒体当中，具有信息传递、处理能力、存储能力，功能最强大的是计算机网络，这就是我们人类社会信息传播的四大媒体。刚才，我们讲了人类社会信息传播的四大媒体，现在就让我们来了解信息传播的第四大媒体—计算机网络，纵观计算机网络发展历程，它经历了一个从简单到复杂又到简单（指：入网容易、使用简单、网络应用大众化）的过程，计算机网络的发展经历了四代。第一代，面向终端的计算机网络。20世纪60年代末到70年代初为计算机网络发展的萌芽阶段。它是具有通信功能的主机系统，简称为终端-计算机网络。这是早期的计算机网络的主要形式，主机是网络的中心和控制者，终端（键盘和显示器）分布在各处并与主机相连，用户通过本地的终端使用远程的主机只提供终端和主机之间的通信，子网之间是无法进行通信的。第二代，具有通信功能的多机系统。20世纪70年代中后期。面向终端的单机系统虽然让远程用户能够自由的使用机器，优点：多个主机互联，实现计算机和计算机之间的通信；终端用户可以访问本地主机和通信子网上所有主机的软硬件资源。计算机网络在逻辑上可以分为两个子网：资源子网和通信子网，实现资源共享功能的硬件及其软件的集合称为资源子网；实现网络通信功能的硬件及其软件的集合称为网络的通信子网。但是随着应用的进一步发展，新的问题出现了，那就是：一是主机的负担加重，由于主机既要进行数据处理，又要完成通信控制，通信控制任务加重，势必降低了处理数据的速度；二是采用的是专用路线，路线的利用率比较低，特别是在终端速率比较低的时候更是如此；三是没有统一的网络协议。为了克服这些问题，采取了相应的措施进行改进，最终由单机系统演变为多机互连系统。第三代，化的计算机网络。整个20世纪80年代是计算机局域网络的发展时期。在第二代计算机网络的末期出现了很多计算机网络，提出了各种网络体系结构与网络协议，他们没有统一的标准，使相互之间的互联出现了问题。为解决这个问题，在1979年成立了国际标准化组织ISO，1984年ISO正式颁布了开放系统互联参考模型（OpenSystemInterconnectionReferenceModel）简称OSI模型。其主要特征是：局域网络完全从硬件上实现了ISO的开放系统互连通信模式协议的能力。计算机局域网及其互连产品的集成，使得局域网与局域互连、局域网与各类主机互连，以及局域网与广域网互连的技术越来越成熟。综合业务数据通信网络(ISDN)和智能化网络(IN)的发展，标志着局域网络的飞速发展。第四代，信息高速公路阶段。20世纪90年代初到现在，随着现代通信技术和网络技术的不断发展，网络的信息传输速度和带宽不断提高，协同计算能力发展以及全球互连网络(Internet)的盛行。其特点是：1.宽带综合业务数字网：信息高速公路2.采用ATM技术、ISDN、千兆以太网3.交互性：网上电视点播、电视会议、可视电话、网上购物、网上银行、网络图书馆等4.高速化、可视化、综合化下面，我们来一下这章的内容。发展历程：第一代，面向终端的计算机网络；第二代，具有通信功能的多机系统；第三代，标准化的计算机网络；第四代，信息高速公路阶段。计算机网络是多学科交叉的一个产物，既有硬件的知识，又有软件的知识，同时又有计算机和通信技术的知识，在这节课主要告诉大家计算机网络的概念是什么？计算机网络的功能是什么?计算机网络的组成是什么以及计算机网络的发展。（刚才我们了解了计算机的发展历程，下面我们讲一讲计算机网络的定义及分类，究竟什么是计算机网络，又具有什么样的功能呢？我们来看第二章）二、计算机网络的定义及分类（一）计算机网络的定义凡是将分布在不同地点且具有独立功能的多台计算机系统，利用通信设备和通信线路连接起来，在网络协议和软件的支持下进行数据通信，以实现计算机之间的相互通信、资源共享的系统，称为计算机网络。这个定义涉及到以下几个方面的问题：1．两台或两台以上的计算机相互连接起来才能构成网络，这些计算机可以分步在不同的地理位置，小到一个房间，大至全球范围。2．网络中的各台计算机进行相互通信，需要有一条通道，也就是网络传输介质。它可以是有线的（如双绞线、同轴电缆和光纤等），也可以是无线的（如激光、微波和通信卫星等）。而通信设备是指：在计算机与通信线路之间按照一定的通信协议传输数据的设备。3．网络中的各计算机之间交换信息和资源共享，必须在完善的网络协议和相应的软件支持下才能实现。（二）计算机网络的分类计算机网络的种类很多，有各种不同的分类方法。可以按照计算机网络所覆盖的地理范围进行分类，也可以按照计算机网络的归属进行分类，还可以按照网络的拓扑结构、传输介质、网络协议进行分类。今天我们主要讲按照所覆盖的地理范围来进行分类，这也是目前最常用的一种分类方式。一般可分为：局域网、城域网、广域网和互联网四类。 网络分类 英文/缩写 分布距离 局域网 LocalAreaNetwork/LAN 10m-1km 城域网 MetropolitanAreaNetwork/MAN 20km左右 广域网 WideAreaNetwork/WAN 100km左右 互联网 Internet 全球1．局域网（LAN）。是由一系列用户终端和具有信息处理与交换功能的节点及节点见的传输线路组成，限制在有限的距离之内，实现各计算机间的数据通信。局域网的覆盖一般为几千米以内，属于一个部门、单位或学校组建的小范围网络，我们的红军作业室内也是一个局域网。通信线路一般采用有线传输介质，如光纤、电缆和双绞线。其主要特点是信号的传输速度快、误码率低、网络的构建周期短、使用灵活、成本低廉。因此发展很快，得到了广泛的应用。2．城域网（MAN）。城域网覆盖范围为几公里到几十公里，可作为多个单位或一个城市小区的计算机高速网络，因此称为城域网。城域网的主要功能是为连入网络的企业、机关、公司和社会单位提供通信、数据传输，以及声音、图像的集成服务。3．广域网（WAN）。广域网又称远程网，是一种远距离的通信网络。其覆盖范围远大于局域网和城域网，通常可以覆盖一个省、一个国家或一个洲，可以从几十公里到几千公里。由于距离遥远，信道的建设费用很高，因此很少像局域网一样铺设自己的专用信道，而是租用或借用电信部门的通信线路，如长途电话线、光缆通信、微波与卫星通道等。4．互联网（Internet）。互联网又称网际网或因特网，是一个跨越全球的巨型计算机互联网络。它以松散的连接方式将各个国家、各个地区、各个机构，分步在世界每个角落的局域网、城域网和广域网连接起来，组成的全球最大的计算机通信信息网络。物联网：顾名思义，物联网就是“物物相连的互联网”，这里有两层意思，第一，物联网的核心基础还是互联网，是在互联网基础上的延伸和扩展的一种网络；第二，其用户端延伸和扩展到了任何物品与物品之间，进行信息交换和通讯。具体定义：是通过（RFID）、红外感应器、、等信息传感设备，按约定的协议，把任何物品与互联网相连接，进行信息交换和通信，以实现对物品的智能化识别、定位、跟踪、监控和管理的一种网络。物联网应用：用途广泛，遍及智能交通、环境保护、政府工作、公共安全、平安家居、智能消防、工业监测、环境监测、老人护理、个人健康、水系监测和情报搜集等多个领域。下面，我们来小结一下这章的内容：定义：将分布在不同地点且具有独立功能的多台计算机系统，利用通信设备和通信线路连接起来，在网络协议和软件的支持下进行数据通信，以实现计算机之间的相互通信、资源共享的系统。分类：局域网、城域网、广域网、互联网、物联网三、计算机网络的功能及应用（一）计算机网络的功能计算机网络的功能主要体现在三个方面：数据通信、资源共享、分布式处理。1．数据通信。数据通信是计算机网络最基本的功能之一，它使终端与计算机、计算机与计算机之间能够相互传递数据和交换信息。通过计算机网络，可以进行电子邮件、网上聊天、网上电话、视频会议等。还有运用到企业的生产调度管理系统，民航、铁路的自动订票系统，银行财政管理系统，我们的军人保障卡管理系统等等。2．资源共享。资源共享是计算机最具有吸引力的功能，也是组建计算机网络的驱动力之一，它包括了硬件资源、软件资源和信息资源的共享。共享硬件资源可以避免贵重硬件设备的重复购置，提高设备的利用率；共享软件资源可以避免软研制上的重复劳动，提高软件利用率；共享信息资源是便于网络用户共享大型数据库中信息资源，这样，一方面避免了信息的重复存放，有效的减少信息的沉容量，另一方面，也便于信息的集中管理和及时更新，是网络用户或网络上的各个计算机之间以多种不同的方式交换和共享信息，充分利用网络上的信息资源，提高信息资源的利用率。3．分布式处理。分布式处理就是多台相连的计算机各自承担同一工作任务的不同部分，在人的控制下，同时运行，共同完成同一件工作任务。当网络中的某台计算机负担过重时，在网络操作系统的合理调度和管理之下，将不同地点的或具有不同功能的或拥有不同数据的多台计算机用通信网络连接起来，在控制系统的统一管理控制下，利用网络中的多个计算机协同工作来解决一个单靠某台计算机无法完成的复杂的大型任务。（二）计算机网络的应用计算机网络的应用是非常广泛的，如有工农业、国防军事、科技研究领域、电子政务、电子商行、远程教育等诸多方面。我们每个人的生活都离不开网络：银行—自助取款、存款、转账、异地存取、跨行交易证券—股票、基金交通运输—公路、铁路、航空等订购车票、机票电话—固话、移动通信医疗卫生—医保卡刷卡、网上挂号教育—网络报考、远程教育、网校餐饮旅游—刷卡消费、会员卡使用休闲娱乐—KTV点歌系统、网络游戏在今天，我们可以这样说，所有的行业都离不开计算机网络，如果有哪一个行业离开计算机网络，工作要高效地运行，那确实很难。计算机网络首先要面向的就是企业的应用。早期的计算机网络就是各大公司企业的内部局域网，所以计算机网络在企业方面的应用是最成熟、最广泛的。不得不提的一点就是，计算机网络的大规模普及推动了大型跨国公司的产生和发展，因为计算机网络的便捷性为不同地区的分公司提供了交流和协同工作的平台。与此同时，大量的商业门户网站也一一诞生，人们通过这样的展示平台了解企业，获取大量相关信息，掌握最新的咨询，也可以进行休闲娱乐活动，国内比较著名的门户网站就是新浪、百度、淘宝和腾讯，这不仅仅是咨询的平台，也是网络流行的先锋。电子商务和电子贸易也随之产生，企业间通过计算机网络的互联完成信息的流通，企业领导人和员工可以通过收发电子邮件或召开视讯会议等完成必要的商业运作程序，同时大型门户网站由于自己掌握的资源增多，也提供网络交易平台推动电子商务，这方面最成功的就是阿里巴巴和他的老板马云（中国最大的网络公司和世界第二大网络公司，是由马云在1999年一手创立企业对企业的网上贸易市场平台，是全球商人网络推广的首选网站。阿里巴巴在香港成立公司总部，在中国杭州成立中国总部，并在海外设立美国硅谷、伦敦等分支机构、合资企业3家，在中国北京、上海、浙江、山东、江苏、福建、广东等地区设立分公司、办事处十多家。阿里巴巴集团公司已经有11家旗下公司，分别是：阿里巴巴、、支付宝、、、、、中国雅虎、、、中国万网，）。计算机网络还能实现对整个企业的管理和运营，网络化的企业结构更为系统，更便于管理和操作。其次，计算机网络也具有大量面向个人的应用。随着计算机网络的发展，网民的数量不断增加，越来越多的人已经离不开计算机网络，他们利用计算机网络进行学习、工作、消费、娱乐，乃至社交和婚姻都通过计算机网络去解决。我们可以借助MSN、QQ等软件与他人进行即时通信，也可以进行远程协助，甚至也可以进行简单的远程会议；网络的一大功能就是资源共享，我们可以很轻松地查找到大量的信息资源，学习资源等等；随着人们消费意识的不断进步，网店和网络购物逐渐兴起，足不出户的购物模式为广大网路用户带来了极大的生活便利；快捷及时全面的咨询也是吸引人们加入网民行列的一大原因。再次，计算机网络面向教育有一定的应用。我们常常说的远程教育就是基于计算机网络实现的，以计算机网络为基础的网络课件和其他学习资源为学生和教师的教学活动提供了更多的手段，有利于因材施教。通过计算机网络，最新的学术咨询可以迅速传播，成果可以及时共享，交流可以及时进行。同时，计算机网络在医疗方面也由一定的应用。医疗网站可合理的配置医疗资源。网络可跨越由于时间和地域造成的阻碍，使得更多的患者能得到享有稀缺的医疗资源的权力，从而能实现医疗资源实现合理配置的目的。医疗网站可突破时间和空间的限制，从而可有效地降低看病的成本。在网络上可以提前将病患的以及基本情况通过网络及时传输于医生，经过分析后，病患可再与医生提前进行门诊时间的预约。通过这样简单的过程，医生即可对病患的基本情况有了一定的了解，而病患也省去了往返于医院之间所需的时间和精力的消耗，同时病患也可对门诊时所应该注意的问题提前进行了解。医疗网站可对医院以及医生起到宣传作用。以实现网站、医院、医生共赢的目的。在看病的过程中，医疗网站可设置“论坛”等性质的服务反馈板块，通过此板块病患即可将自己的看病心得以及对于医生服务的评价发于网络上，通过查询其病患的留言以及对医生的满意程度即可对其看病的医生的基本情况有一个大致的了解。最后，面计算机网络面向军事领域的应用。随着计算机网络技术的发展，军队建设向信息化方向发展，现在的远程指挥、战场信息化及战场信息共享都体现出了计算机网络在此方面的应用。借助于网格技术，每一个作战单元，甚至是每一个参战人员都可以实现信息资源的共享，都可能成为战场的信息或指令的发出者，从而在整个战场形成了网状的结构，使每一个作战单元都具备全息化的作战能力这也是未来军队建设的新趋势（军事综合信息网、军人保障卡信息系统、综合要素集成）。下面，我们来小结一下这章的内容：功能：数据通信、资源共享、分布式处理应用：计算机网络的应用非常广泛，如有工农业、国防军事、科技研究领域、电子政务、电子商行、远程教育等诸多方面。四、计算机网络的组成与结构（一）计算机网络的组成现在，计算机网络已发展成为一个庞大的家族，从结构上分为两大系统，即用户资源和传输功能系统，其中负责向用户提供网络资源和网络服务的用户资源系统称为资源子网，负责数据传输和转发的系统称为通信子网。下面我们来了解一下这两个子网。1.资源子网。资源子网负责全网的数据处理业务，向网络用户提供各种网络资源与网络服务。资源子网由连网的服务器、工作站、共享的打印机和其它设备及相关软件所组成。我们来看一下服务器，服务器（Server）是整个网络系统的中心，它为网络用户提供服务并管理整个网络。那么，我们想一想，如果网络中没有服务器，比如说想像搜狐、百度、新浪这样的服务器在网络中不存在，我们到什么地方浏览新闻、查找资料呢。服务器是信息的载体，服务的载体，它使整个系统的核心，大量的数据都保存在服务器上，一般来讲，按照用户运用的不同，常见的服务器有：文件服务器（实现文件共享）、通信服务器（实现通信功能）、备份服务器（实现数据备份）、打印服务器（实现打印机共享）等。还有邮件服务器、数据库服务器等等。而工作站（Workstation）可以是简单的输入、输出终端，也可以是带有微处理机的智能终端（计算机）。2.通信子网。通信子网主要负责全网的数据通信，为网络用户提供数据传输、转接、加工和变化等通信工作。通信子网由网络适配器、线缆、集线器、中继器、网桥、路由器、交换机等网络设备、网络通信协议和通信控制软件组成。我们先看看网络通信设备：其具体的性能和作用我们在后面的课程中会讲到。网络适配器：网络适配器又称网卡（NIC）。英文名NetworkInterfaceCard。将计算机、工作站、服务器等设备连接到网络上的通信接口装置。集线器(Hub)：多口的中继器。属于中的基础设备，它和等传输介质一样，是一种不需任何软件支持或只需很少管理软件管理的硬件设备。类型包括：被动集线器、主动集线器智能集线器。中继器：是工作于物理层的一种设备，用于简单的网络扩展，是接收单个信号再将其广播到多个端口的电子设备。网桥(Bridge)：一种在链路层实现中继，常用于连接两个或更多个局域网的网络互连设备。网桥的类型：透明网桥、源路由网桥。路由器：路由器（Router）是连接中各局域网、的设备，它会根据信道的情况自动选择和设定路由，以最佳路径，按前后顺序发送的设备。路由器是络的枢纽、"交通警察"。交换机：是一种用于电信号转发的。它可以为接入交换机的任意两个提供独享的电信号通路。最常见的交换机是。其他常见的还有电话语音交换机、等。除了硬件连接以外呢，网络要想正常的工作，还必须有通信协议。通信协议：就是指网络传输数据的（大家都必须按照规则收发信息，这样信息才可以被正确的理解，正如我们起床的时候，起床号音响了，提醒大家起床了，熄灯号响了，提醒大家熄灯睡觉了，这就是我们遵守的规则），保证数据正确地一次从网络中一个节点传送到其他节点。通信协议可以看成是计算机之间相互会话所使用的语言。TCP/IP协议（目前，网络中使用的最主要的协议）、IPX/SPX协议、NETBEUI协议等。（二）计算机网络的拓扑结构所谓拓扑结构，就是用来描述网络中计算机、网线以及其他网络设备的配置方式，是网络物理布局的一种模式，也可以把它看成是一种网络构架。经常用到的拓扑结构有：总线型拓扑结构、星型拓扑结构、树形拓扑结构、环形拓扑结构、网状拓扑结构。我们依次来看一下各种拓扑结构有什么样的特点，它用在什么样的位置。第一种就是总线型拓扑结构。这个恐怕要追溯一下历史了，因为在2000年前后，十几年前，我们所见到的中小型企业的局域网所采用的主要就是这种拓扑结构，总线型网络拓扑结构使用的网络传输介质主要就是同轴电缆，同轴电缆就是我们现在使用的广播电视线，它在进行连接的时候要求每台计算机上面需要带有一个BNC接口的网卡，这种网卡呢现在已经见不到了，因为是一种淘汰掉的技术，它的接口是一个圆形接口，很像我们电视机后面的圆形接口。这根线是我们所有计算机共用的，T型接头，每台计算机都是这样的，连接好之后，计算机之间如果要进行通信，他们要共用一条线，按照这种网络结构，只要有一台计算机发送信息，别的计算机只能处于侦听状态，如果别的计算机也发送信息，就会造成网络冲突，就必须要重发信息，在网络中沿着这个方向发来的信息，必须要在总线的两端装一个信号终结器，用来吸收在线缆上产生的电磁信号，总线型拓扑结构在当时使用时，主要考虑到集线器、交换机作为新的网络设备出现的时候，成本比较高，所以这种拓扑结构它最大的优点就是成本比较低，缺点就是总线只要有一个断点出现问题，整个网络就会出现崩溃，随着集线器、交换机之类的网络设不断降低价格，总线型网络就被淘汰掉了。第二种拓扑结构就是星型拓扑结构。在这种网络结构中有一台设备将网络中各台计算机的线缆集中起来管理的设备，这种设备一般叫做集线器、交换机，那么，集线器、交换机它可以同时提供多个接口，使各台计算机的线缆集中连接到这个设备上来，计算机之间的通信就是由这台设备集中转发的，这种拓扑结构最大的优点是对网络可以实现集中管理，而且网络不会因为某一个节点出错而导致全网崩溃，具有良好的容错性能，我们现在绝大多数局域网、城域网采用的是星型拓扑结构，是目前使用率最高的拓扑结构。以星型拓扑结构组网，其中任何两个站点要进行通信都必须经过中央结点控制。中央结点主要功能有:1、为需要通信的设备建立物理连接2、为两台设备通信过程中维持这一通路3、在完成通信或不成功时,拆除通道在文件服务器/工作站(FileServers/Workstation)局域网模式中，中心点为文件服务器，存放共享资源。由于这种拓扑结构，中心点与多台工作站相连,为便于集中连线，目前多采用集线器(HUB)。HUB具有信号再生转发功能,通常有4个、8个、12个、16个、24个端口等规格,每个端口相对独立,关于HUB的详细介绍将在以后的课程中会讲到。星型拓扑结构特点:网络结构简单,便于管理、集中控制,组网容易；网络延迟时间短，误码率低，网络共享能力较差，通信线路利用率不高，中央节点负担过重，可同时连双绞线、同轴电缆及光纤等多种媒介，是目前使用率最高的拓扑结构。第三种拓扑结构是环形拓扑结构。在环形拓扑结构中，网络中的各个节点从物理上或逻辑上回形成一个环形结构，这样的话，网络中的各台计算机在通信的时候，数据是沿着环依次传递到每天计算机中的，比如，计算机1要发送数据到计算机3，经过计算机2的时候，经过比对，发现不是自己的数据，它会进一步转发数据到下一个，计算机3会接收到数据。在环形网络中，我们只允许一台计算机发送数据，那么，其他计算机要发送数据，必须要请求发送信息，请求一旦被批准，就可以向环路发送信息，由于是环形的，信息会一直流回到发送该信息的环路接口结点处才终止。这是环形拓扑结构。这在局域网中运用得比较少，它主要出现在城域网或比较大型局域网的核心部分，并且采用双环或多环结构进行容错。环形网的特点是：信息在网络中沿固定方向流动，两个结点间仅有唯一的通路，大大简化了路径选择的控制；某个结点发生故障时，可以自动旁路，可靠性较高；由于信息是串行穿过多个结点环路接口，当结点过多时，影响传输效率，使网络响应时间变长。但当网络确定时，其延时固定，实时性强；由于环路封闭故扩充不方便。第四种是网状拓扑结构。在大的网络中，如果要求网络中的节点之间，两两之间都要求有连接，从而提高网络之间容错性能，这个时候我们就需要把网络做成网状结构，也就是将多个子网或多个局域网连接起来构成网际拓扑结构。它最大的优点是：具有容错和分担负荷的能力，但缺点是：网络中线缆连接数量比较多，管理起来比较复杂，这就是网状拓扑结构。第五种是树形拓扑结构。树形拓扑可以看作是总线拓扑的扩展，形状象一棵倒置的树，顶端是树根，树根下面是分支。树根接收各节点发送的数据，然后再广播发送到全网。优点：树形结构可以延伸出很多分支和子分支，这些新节点和新分支都能容易地加入网内。缺点：各个节点对根节点的依赖性太大。如果根发生故障，则全网不能正常工作。下面，我们来小结一下这章的内容：组成：资源子网、通信子网拓扑结构：总线型拓扑结构、星型拓扑结构、树形拓扑结构、环形拓扑结构、网状拓扑结构。总结：今天我们主要从计算机网络的发展历程、定义及分类、功能及应用、组成与结构四个方面讲解了计算机网络基础知识。对计算机网络有了一个初步的认识，有关计算机网络的知识还有很多，比如：网络体系结构、局域网技术、TCP/IP网络技术、Internet技术、网络安全等等。这些知识需要我们在生活工作中逐渐去了解。总之，计算机网络已经渗透到我们生活的方方面面，今天的课就上到这里。思考题：1、什么是计算机网络，它主要涉及哪些方面？2、试述计算机网络的主要功能和应用3、计算机网络可从哪几个方面进行分类？4、什么是资源子网？什么是通信子网？5、常见的局域网拓扑结构有哪几种？简述它们的主要特点。