1、 第第4 4章章 操作系统与网络知识操作系统与网络知识4.1 4.1 操作系统的形成与发展操作系统的形成与发展4.2 4.2 操作系统的功能操作系统的功能4.3 4.3 操作系统实例操作系统实例4.4 4.4 计算机网络概述计算机网络概述4.5 4.5 计算机网络体系结构计算机网络体系结构4.6 4.6 互联网技术互联网技术 4.1 4.1 操作系统的形成与发展操作系统的形成与发展操作系统概念操作系统概念操作系统的形成操作系统的形成操作系统的发展操作系统的发展操作系统的特征操作系统的特征 4.1.1 4.1.1 操作系统概念操作系统概念计算机系统计算机系统 硬件子系统硬件子系统中央处理器中央处
2、理器：运算器：运算器/控制器控制器/寄存器。寄存器。存储器存储器：内存：内存/外存。外存。外设外设：输入设备：输入设备/输出设备。输出设备。软件子系统软件子系统系统软件系统软件：操作系统：操作系统/语言翻译程序语言翻译程序/数据库管理系统。数据库管理系统。应用软件应用软件：通用应用软件：通用应用软件/专用应用软件。专用应用软件。 4.1.1 4.1.1 操作系统概念操作系统概念操作系统操作系统操作系统定义操作系统定义有效地组织和有效地组织和管理计算机管理计算机系统中的硬件和软件系统中的硬件和软件资源资源，合理，合理地组织计算机工作流程，地组织计算机工作流程，控制程序的执行控制程序的执行，提供多
3、种服务提供多种服务功能及友好界面，功能及友好界面，方便用户使用方便用户使用计算机的系统软件。计算机的系统软件。操作系统的目标操作系统的目标方便性方便性/有效性有效性/开放性。开放性。可靠性可靠性/可扩充性可扩充性/可移植性。可移植性。 4.1.2 4.1.2 操作系统的形成操作系统的形成人工操作人工操作用穿孔机将编写好的程序及相应的数据穿孔在纸带用穿孔机将编写好的程序及相应的数据穿孔在纸带/卡片卡片上，通过纸带上，通过纸带/卡片机输入计算机。卡片机输入计算机。启动计算机执行程序，通过控制台上的开关、按钮和指启动计算机执行程序，通过控制台上的开关、按钮和指示灯来操作和控制程序的执行。示灯来操作和
4、控制程序的执行。程序执行完并取走计算结果后，下一个用户才能使用该程序执行完并取走计算结果后，下一个用户才能使用该计算机。计算机。高速的高速的CPU绝大部分时间处于等待慢速的手工操作和外绝大部分时间处于等待慢速的手工操作和外设运行，设运行，计算机资源得不到有效利用计算机资源得不到有效利用。 4.1.2 4.1.2 操作系统的形成操作系统的形成批处理操作系统批处理操作系统单道批处理系统单道批处理系统把一批作业放入外存把一批作业放入外存, 但一次只但一次只调用一道作业进入内存运行调用一道作业进入内存运行。 作业是指用户在一次数据处理中要求计算机所做的全部工作的总作业是指用户在一次数据处理中要求计算机
5、所做的全部工作的总和，由用户程序、数据和作业说明书组成。和，由用户程序、数据和作业说明书组成。 多道批处理系统多道批处理系统从外存中从外存中把多道作业同时调入内存把多道作业同时调入内存。内存中的多个作业可以交替执行，但不能进行人机交互。内存中的多个作业可以交替执行，但不能进行人机交互。一批作业放入外存的方式一批作业放入外存的方式联机方式：在主机控制下进行。联机方式：在主机控制下进行。脱机方式：在外围机控制下进行脱机方式：在外围机控制下进行, 进一步提高了主机利用率。进一步提高了主机利用率。 4.1.2 4.1.2 操作系统的形成操作系统的形成分时操作系统分时操作系统把把CPU的时间分成微小的时
6、间片。的时间分成微小的时间片。按按时间片时间片轮流为多个终端服务。轮流为多个终端服务。具有人机对话功能。具有人机对话功能。实时操作系统实时操作系统实时控制系统实时控制系统/硬实时任务。硬实时任务。实时信息系统实时信息系统/软实时任务。软实时任务。 4.1.2 4.1.2 操作系统的形成操作系统的形成通用操作系统通用操作系统同时具备实时同时具备实时/分时分时/批处理功能。批处理功能。按优先级分类处理。按优先级分类处理。UNIX的早期版本是当时通用操作系统的代表。的早期版本是当时通用操作系统的代表。 4.1.3 4.1.3 操作系统的发展操作系统的发展微机操作系统微机操作系统单用户单任务单用户单任
7、务一个用户执行一个程序一个用户执行一个程序。CP/M, MS-DOS。单用户多任务单用户多任务一个用户可以执行多个程序一个用户可以执行多个程序。Windows 2000, Windows XP。多用户多任务多用户多任务多个用户可以分别执行多个程序多个用户可以分别执行多个程序。UNIX和和 Linux. 4.1.3 4.1.3 操作系统的发展操作系统的发展多处理器操作系统多处理器操作系统多处理器系统的优点多处理器系统的优点提高系统的吞吐量和可靠性提高系统的吞吐量和可靠性节省投资节省投资多处理器操作系统分类多处理器操作系统分类主主- -从模式从模式：易于实现：易于实现/资源利用率低。资源利用率低。
8、对称模式对称模式：资源利用率高。：资源利用率高。多处理器操作系统实例多处理器操作系统实例SUN公司的公司的Solaris.AT&T公司的公司的UNIX System V4.0 MP版本。版本。DG公司的公司的DG/UX. 4.1.3 4.1.3 操作系统的发展操作系统的发展网络操作系统网络操作系统网络操作系统的功能网络操作系统的功能网络通信网络通信资源管理资源管理网络服务网络服务网络管理网络管理网络操作系统实例网络操作系统实例Windows NT, Windows Server.网络版的网络版的UNIX和和Linux. 4.1.3 4.1.3 操作系统的发展操作系统的发展分布式操作系统分布式操
9、作系统分布式系统分布式系统多个分散的处理单元经网络互连形成。多个分散的处理单元经网络互连形成。每个单元包括每个单元包括处理器和局部存储器处理器和局部存储器。分布式操作系统分布式操作系统把分布式系统虚拟成一台独立的计算机。把分布式系统虚拟成一台独立的计算机。还没有得到广泛应用的分布式操作系统。还没有得到广泛应用的分布式操作系统。 4.1.3 4.1.3 操作系统的发展操作系统的发展嵌入式操作系统嵌入式操作系统嵌入式计算机嵌入式计算机嵌入到其他设备中嵌入到其他设备中。控制被嵌入设备的运行。控制被嵌入设备的运行。嵌入式操作系统嵌入式操作系统运行在嵌入式计算机中的操作系统。运行在嵌入式计算机中的操作系
10、统。Windows CE、VxWorks等是常用的嵌入式操作系统。等是常用的嵌入式操作系统。 4.1.4 4.1.4 操作系统的特征操作系统的特征4个基本特征个基本特征并发性并发性两个或多个事件在两个或多个事件在同一时间段内发生同一时间段内发生。在一段时间内，可以让多个进程交替地使用在一段时间内，可以让多个进程交替地使用CPU。操作系统负责多个进程之间的执行切换。操作系统负责多个进程之间的执行切换。 共享性共享性系统中的资源可供系统中的资源可供多个并发执行的进程共同使用多个并发执行的进程共同使用。 4.1.4 4.1.4 操作系统的特征操作系统的特征4 4个基本特征个基本特征虚拟性虚拟性把一个
11、物理实体变成若干个把一个物理实体变成若干个逻辑上的对应物逻辑上的对应物。通过分时使用的方式实现。通过分时使用的方式实现。异步性异步性进程通常是以进程通常是以断断续续断断续续的方式运行的。的方式运行的。功能上相互独立的进程执行进度也互不相关。功能上相互独立的进程执行进度也互不相关。 4.2 4.2 操作系统的功能操作系统的功能处理器管理处理器管理存储器管理存储器管理设备管理设备管理文件管理文件管理网络与通信管理网络与通信管理 用户接口用户接口操作系统功能 4.2.1 4.2.1 处理器管理功能处理器管理功能总体功能总体功能保证处理器保证处理器在多个进程之间进行有效的切换在多个进程之间进行有效的切
12、换, 进程是指程进程是指程序的一次执行过程序的一次执行过程 。具体功能具体功能进程控制进程控制创建进程创建进程/撤销进程。撤销进程。控制进程在运行过程中的状态转换。控制进程在运行过程中的状态转换。 运行状态运行状态/就绪状态就绪状态/等待状态。等待状态。进程同步：进程同步：协调相互有关的进程的执行。协调相互有关的进程的执行。进程同步方式：进程同步方式：对对协作进程协作进程进行协调，按次序执行进行协调，按次序执行。进程互斥方式：进程互斥方式：对对共享独占资源的进程共享独占资源的进程进行协调，逐次使用资源进行协调，逐次使用资源。 加锁机制加锁机制/死锁死锁/饥饿。饥饿。 4.2.1 4.2.1 处
13、理器管理功能处理器管理功能具体功能具体功能进程通信进程通信实现相互实现相互合作进程合作进程之间的信息交换。之间的信息交换。通信方式通信方式 直接方式：相互合作的进程处于同一计算机系统时。直接方式：相互合作的进程处于同一计算机系统时。 间接方式：相互合作的进程处于不同的计算机系统时。间接方式：相互合作的进程处于不同的计算机系统时。处理器调度处理器调度作业调度：把作业由外存调入内存，现在不再用。作业调度：把作业由外存调入内存，现在不再用。交换调度交换调度：内外存之间进程的交换。：内外存之间进程的交换。进程调度进程调度：把处理器分配某个进程让其运行。：把处理器分配某个进程让其运行。 线程技术：一个进
14、程的多个部分可以并发执行。线程技术：一个进程的多个部分可以并发执行。 4.2.2 4.2.2 存储器管理功能存储器管理功能总体功能总体功能方便用户使用存储器方便用户使用存储器，提高存储器的利用率提高存储器的利用率，从，从逻辑上扩充内存。逻辑上扩充内存。具体功能具体功能 内存分配内存分配分配方式：静态分配分配方式：静态分配/动态分配。动态分配。分配功能：内存分配分配功能：内存分配/内存回收内存回收/内存分配记录。内存分配记录。内存保护内存保护设置界限寄存器。设置界限寄存器。确保每道用户程序都在自己的内存空间中运行。确保每道用户程序都在自己的内存空间中运行。 4.2.2 4.2.2 存储器管理功能
15、存储器管理功能具体功能具体功能 地址映射地址映射将将地址空间地址空间中的逻辑地址转换为中的逻辑地址转换为内存空间内存空间中与之对应中与之对应的物理地址。的物理地址。 程序的相对地址范围称为地址空间。程序的相对地址范围称为地址空间。 内存中的物理地址范围称为内存空间。内存中的物理地址范围称为内存空间。内存扩充内存扩充把外存虚拟成内存。把外存虚拟成内存。请求调入部分程序功能。请求调入部分程序功能。程序置换功能。程序置换功能。 4.2.3 4.2.3 设备管理功能设备管理功能总体功能总体功能分配分配I/O设备设备, 提高提高CPUCPU和和I/OI/O设备的利用率设备的利用率, 提高提高I/OI/O
16、速度速度, 方便用户使用方便用户使用I/O设备。设备。具体功能具体功能 缓冲管理缓冲管理设置缓冲区以缓和设置缓冲区以缓和CPU和和I/O速度不匹配的矛盾。速度不匹配的矛盾。单缓冲区单缓冲区/双缓冲区双缓冲区/公共缓冲池。公共缓冲池。设备分配设备分配根据用户的根据用户的I/O请求请求, 为之分配所需的设备。为之分配所需的设备。 4.2.3 4.2.3 设备管理功能设备管理功能具体功能具体功能 设备驱动调度设备驱动调度通过设备驱动程序实现通过设备驱动程序实现CPU和设备控制器之间的通信。和设备控制器之间的通信。设备独立性设备独立性应用程序独立于具体的物理设备，与实际使用的物理设备无关。应用程序独立
17、于具体的物理设备，与实际使用的物理设备无关。 虚拟设备虚拟设备把一个物理设备对应成多个逻辑设备把一个物理设备对应成多个逻辑设备, 这种逻辑设备称为虚这种逻辑设备称为虚拟设备。拟设备。使一个物理设备能供多个用户共享使用，提高了设备的利使一个物理设备能供多个用户共享使用，提高了设备的利用率。用率。 4.2.4 4.2.4 文件管理功能文件管理功能总体功能总体功能方便用户方便用户使用文件使用文件并保证文件的安全。并保证文件的安全。具体功能具体功能 文件存储空间管理文件存储空间管理存储空间分配存储空间分配非连续分配方式。非连续分配方式。存储空间回收。存储空间回收。存储空间使用记录。存储空间使用记录。目
18、录管理目录管理为每个文件建立一个目录项。为每个文件建立一个目录项。实现文件的按名存取和快速检索。实现文件的按名存取和快速检索。 4.2.4 4.2.4 文件管理功能文件管理功能具体功能具体功能 文件的读写管理和存取控制文件的读写管理和存取控制读写管理读写管理 从外存中读取数据或将数据写入外存。从外存中读取数据或将数据写入外存。存取控制存取控制 系统级存取控制：设置帐号和口令。系统级存取控制：设置帐号和口令。 用户级存取控制：为用户分配存取权限。用户级存取控制：为用户分配存取权限。 文件级存取控制：设定文件属性。文件级存取控制：设定文件属性。 4.2.5 4.2.5 网络管理功能网络管理功能总体
19、功能总体功能保证保证网络功能网络功能的正常、高效实现。的正常、高效实现。具体功能具体功能 资源管理资源管理网络资源的共享。网络资源的共享。信息资源的安全性和完整性。信息资源的安全性和完整性。通信管理通信管理通过通信软件完成网络上计算机之间的信息传送。通过通信软件完成网络上计算机之间的信息传送。网络管理网络管理保证网络的安全高效运行。保证网络的安全高效运行。 故障管理故障管理/安全管理。安全管理。 性能管理性能管理/日志管理日志管理/配置管理。配置管理。 4.2.6 4.2.6 用户接口用户接口方便用户使用操作系统方便用户使用操作系统直接操作：直接操作：良好的人机界面良好的人机界面。程序开发：方
20、便的程序开发：方便的系统功能调用系统功能调用方式。方式。接口类型接口类型命令接口命令接口联机用户接口联机用户接口脱机用户接口脱机用户接口程序接口程序接口用户程序使用系统功能。用户程序使用系统功能。图形接口图形接口由图标、菜单和对话框组成的可视化操作界面。由图标、菜单和对话框组成的可视化操作界面。 4.3 4.3 操作系统实例操作系统实例CP/MCP/M操作系统操作系统DOSDOS操作系统操作系统WindowsWindows操作系统操作系统UNIXUNIX操作系统操作系统LinuxLinux操作系统操作系统VxWorksVxWorks操作系统操作系统 操作系统实例 4.3.1 CP/M 4.3.
21、1 CP/M 操作系统操作系统微型计算机的第一个操作系统微型计算机的第一个操作系统诞生于诞生于1974年的年的8位微型机操作系统。位微型机操作系统。主要功能主要功能能够进行能够进行文件管理文件管理。具有具有磁盘驱动磁盘驱动功能。功能。可以控制可以控制磁盘的输入输出磁盘的输入输出。可以控制显示器的可以控制显示器的显示显示以及以及打印打印机的输出。机的输出。曾经有多个版本曾经有多个版本CP/M-80/CP/M-86/CP/M-68K. 4.3.2 DOS4.3.2 DOS操作系统操作系统典型的单用户单任务操作系统典型的单用户单任务操作系统 最早的版本是最早的版本是1981年年8月推出的月推出的1.
22、0版。版。在在Windows流行之前，流行之前，DOS一直占据微机操作系统一直占据微机操作系统的霸主地位。的霸主地位。有效地有效地扩充了扩充了CP/MCP/M的功能的功能。增加了许多内部和外部命令。增加了许多内部和外部命令。增强了文件系统的功能。增强了文件系统的功能。 我国曾推出基于我国曾推出基于MS-DOS的汉字磁盘操作系统的汉字磁盘操作系统CC-DOS，能够有效处理汉字。，能够有效处理汉字。 4.3.3 Windows4.3.3 Windows操作系统操作系统优秀的单用户多任务操作系统优秀的单用户多任务操作系统Microsoft公司从公司从1983年开始研发年开始研发Windows操作系统
23、。操作系统。1990年推出的年推出的Windows 3.0开始逐步占领微型机操作系统市场。开始逐步占领微型机操作系统市场。从从Windows 95Windows 95开始，开始，Windows成为个人计算机的主流操作系统。成为个人计算机的主流操作系统。2001年年3月，人版本月，人版本Windows XPWindows XP问世。问世。2003年年3月，推出月，推出Windows ServerWindows Server 2003网络操作系统，之后有网络操作系统，之后有Windows Server 2008， Windows Server 2012等版本。等版本。2006年年11月正式发布月正
24、式发布Windows Vista，之后又，之后又Windows 7，Windows 8等版本。等版本。 根据根据2013年底的统计，在桌面计算机操作系统领域，年底的统计，在桌面计算机操作系统领域，Windows 各版各版本的本的市场占有率合计为市场占有率合计为90.83%90.83%。 4.3.4 UNIX4.3.4 UNIX操作系统操作系统典型的多用户多任务型操作系统典型的多用户多任务型操作系统UNIX操作系统起源于美国电报电话公司（操作系统起源于美国电报电话公司（AT&T）贝尔实验室。）贝尔实验室。1971年年UNIXUNIX第第1 1版版（UNIX V1）正式诞生。）正式诞生。1973年
25、年C语言出现后，语言出现后，用用C C语言改写出第语言改写出第3 3版版。20世纪世纪70年代中后期，更多人的参与为年代中后期，更多人的参与为UNIX的改进、完善和普及起的改进、完善和普及起了重要作用。了重要作用。从从1977年开始，各公司陆续推出了多种年开始，各公司陆续推出了多种UNIX的商业化版本。的商业化版本。众多众多UNIX版本的出现，促进了版本的出现，促进了UNIX的快速发展和应用普及。的快速发展和应用普及。UNIX开发标准的制定促进了开发标准的制定促进了UNIX的标准化。的标准化。20世纪世纪90年代后，年代后， UNIX开始支持多处理器系统，推出了开始支持多处理器系统，推出了多处
26、理器操多处理器操作系统作系统版本。版本。 4.3.5 Linux4.3.5 Linux操作系统操作系统多用户多任务操作系统多用户多任务操作系统起源于荷兰一位大学生的课程设计。起源于荷兰一位大学生的课程设计。多人扩充其功能。多人扩充其功能。源码全部开放源码全部开放。可以在网上自由下载。可以在网上自由下载。多家公司支持多家公司支持IBM/Intel/Oracle/SUN.得到广泛应用得到广泛应用 4.3.6 4.3.6 VxWorksVxWorks操作系统操作系统嵌入式操作系统的代表嵌入式操作系统的代表支持各种工业标准支持各种工业标准POSIX, ANSI C, TCP/IP.支持各种实时功能支持
27、各种实时功能快速多任务处理快速多任务处理/中断支持中断支持/抢占式和轮转式调度。抢占式和轮转式调度。应用领域广泛应用领域广泛网络通信网络通信/多媒体设备多媒体设备/消费电子品消费电子品医疗设备医疗设备/交通运输交通运输/工业控制工业控制/航空航天航空航天2011年年11月月26日发射升空的日发射升空的“好奇号好奇号”火星探测器火星探测器上，上，就采用了就采用了VxWorks操作系统。操作系统。 4.4 4.4 计算机网络概述计算机网络概述 计算机网络发展历程计算机网络发展历程计算机网络的定义计算机网络的定义计算机网络的分类计算机网络的分类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功能
28、和应用计算机网络的功能和应用计算机网络的传输介质计算机网络的传输介质网络计算模式网络计算模式 4.4.1 4.4.1 计算机网络的发展历程计算机网络的发展历程计算机网络的萌芽阶段计算机网络的萌芽阶段20世纪世纪50年代初期年代初期20世纪世纪60年代中期。年代中期。由由一台主机和若干个终端一台主机和若干个终端组成。组成。终端通过电话网终端通过电话网/调制解调器与主机连接。调制解调器与主机连接。终端主要是键盘和显示器。终端主要是键盘和显示器。美国航空公司与美国航空公司与IBM公司在公司在20世纪世纪60年代初联合年代初联合开发的飞机定票系统开发的飞机定票系统SAVRE-I。 4.4.1 4.4.
29、1 计算机网络的发展历程计算机网络的发展历程计算机网络的发展阶段计算机网络的发展阶段20世纪世纪60年代中期年代中期20世纪世纪70年代中期。年代中期。多台主机互连多台主机互连, 实现计算机之间的通信。实现计算机之间的通信。1969年美国国防部建成的年美国国防部建成的ARPAnet实验网。实验网。 最初只有最初只有4个结点，以电话线路为主干网络。个结点，以电话线路为主干网络。70年代后期，网络结点超过年代后期，网络结点超过60个，主机个，主机100多台。多台。Internet就是由就是由ARPAnet发展来的。发展来的。资源共享资源共享/分散控制分散控制/分组交换分组交换/分层的网络协议。分层
30、的网络协议。 4.4.1 4.4.1 计算机网络的发展历程计算机网络的发展历程计算机网络的标准化阶段计算机网络的标准化阶段20世纪世纪70年代中期年代中期20世纪世纪80年代末。年代末。国际标准化组织制定了统一的网络标准。国际标准化组织制定了统一的网络标准。1977年，开始标准的制定工作。年，开始标准的制定工作。1984年，公布了年，公布了开放系统互连参考模型开放系统互连参考模型（OSI/RM）的正式文件。的正式文件。对推动计算机网络理论和技术的发展，对统一网络体对推动计算机网络理论和技术的发展，对统一网络体系结构和协议标准起到了积极的作用。系结构和协议标准起到了积极的作用。促进了计算机网络的
31、广泛应用。促进了计算机网络的广泛应用。 4.4.1 4.4.1 计算机网络的发展历程计算机网络的发展历程计算机网络的快速发展阶段计算机网络的快速发展阶段20世纪世纪80年代末年代末。信息高速公路的建设促进了网络的快速发展。信息高速公路的建设促进了网络的快速发展。提出了新一代互联网研究计划。提出了新一代互联网研究计划。美国的美国的网络研究的全球环境网络研究的全球环境-GENI-GENI。欧盟的欧盟的未来互联网研究和实验未来互联网研究和实验-FIRE-FIRE。 我国的我国的中国下一代互联网中国下一代互联网-CNGI-CNGI。 4.4.2 4.4.2 计算机网络的定义计算机网络的定义计算机网络计
32、算机网络自主计算机的互连集合自主计算机的互连集合，由通信子网和资源子网，由通信子网和资源子网两部分构成。两部分构成。资源子网资源子网 由互连的主机或提供共享资源的其他设备组成。由互连的主机或提供共享资源的其他设备组成。 提供可供共享的软硬件和信息资源。提供可供共享的软硬件和信息资源。通信子网通信子网 由通信线路和通信设备组成。由通信线路和通信设备组成。 负责计算机间的数据传输。负责计算机间的数据传输。 4.4.3 4.4.3 计算机网络的分类计算机网络的分类根据覆盖范围根据覆盖范围个人区域网个人区域网（Personal Area Network，PAN）一般在一般在100米以内的范围。米以内的
33、范围。用于把用于把PDA/手机手机/数码相机等设备与计算机连接。数码相机等设备与计算机连接。一般采用无线连接方式。一般采用无线连接方式。蓝牙是目前流行的个人区域网技术。蓝牙是目前流行的个人区域网技术。 4.4.3 4.4.3 计算机网络的分类计算机网络的分类根据覆盖范围根据覆盖范围局域网局域网（Local Area Network，LAN）覆盖范围一般在几千米以内。覆盖范围一般在几千米以内。传输速率高传输速率高/传输延迟小传输延迟小/误码率低。误码率低。常用的局域网技术常用的局域网技术 令牌环网。令牌环网。 光纤分布式数据接口光纤分布式数据接口-FDDI。 以太网（以太网（Ethernet）。
34、）。 10Mbps/100Mbps以太网。以太网。 1000Mbps/ 10Gbps快速以太网。快速以太网。 4.4.3 4.4.3 计算机网络的分类计算机网络的分类根据覆盖范围根据覆盖范围城域网城域网（Metropolitan Area Network，MAN）覆盖范围在几千米到几十千米。覆盖范围在几千米到几十千米。一般在一个城市的范围内。一般在一个城市的范围内。 广域网广域网（Wide Aera Network，WAN）覆范围从几十千米到几千千米。覆范围从几十千米到几千千米。可以覆盖一个地区或一个国家，甚至更大的范围。可以覆盖一个地区或一个国家，甚至更大的范围。 4.4.3 4.4.3 计
35、算机网络的分类计算机网络的分类根据覆盖范围根据覆盖范围 互联网互联网（internet）互连各种网络而形成的网。互连各种网络而形成的网。覆盖范围最广覆盖范围最广/网络规模最大。网络规模最大。最有代表性的互联网是最有代表性的互联网是Internet。 基于基于ARPAnet发展起来的互联网称为发展起来的互联网称为Internet。 翻译成中文为因特网或国际互联网。翻译成中文为因特网或国际互联网。 4.4.3 4.4.3 计算机网络的分类计算机网络的分类根据传输技术根据传输技术广播式网络广播式网络所有连网计算机都共享一个公共通信信道。所有连网计算机都共享一个公共通信信道。一台计算机可以同时向多台计
36、算机发送数据。一台计算机可以同时向多台计算机发送数据。点对点式网络点对点式网络每条物理线路连接一对计算机。每条物理线路连接一对计算机。根据传输介质根据传输介质有线网：有线网：采用双绞线采用双绞线/同轴电缆同轴电缆/光纤等作为传输介质。光纤等作为传输介质。 无线网：无线网：采用微波采用微波/卫星卫星/红外线等作为传输介质。红外线等作为传输介质。 4.4.4 4.4.4 计算机网络的拓扑结构计算机网络的拓扑结构星形结构星形结构连接方式连接方式各工作站点都通过单独的通信线路与中心结点直接连接各工作站点都通过单独的通信线路与中心结点直接连接。工作站点之间的信息传输需要通过中心结点的转发才能实现。工作站
37、点之间的信息传输需要通过中心结点的转发才能实现。处于中心结点的设备一般是集线器或交换机。处于中心结点的设备一般是集线器或交换机。星形结构的优点星形结构的优点结构简单结构简单/易于维护和扩充易于维护和扩充某个工作站点出现故障不会影响其他结点和全网的工作某个工作站点出现故障不会影响其他结点和全网的工作用双绞线连接的简单局域网多采用这种结构用双绞线连接的简单局域网多采用这种结构星形结构的缺点星形结构的缺点需要的连接线较多需要的连接线较多/连接成本较高。连接成本较高。一旦中心结点出现故障，将导致整个网络瘫痪。一旦中心结点出现故障，将导致整个网络瘫痪。 4.4.4 4.4.4 计算机网络的拓扑结构计算机
38、网络的拓扑结构总线结构总线结构连接方式连接方式所有站点共享同一条通信线路所有站点共享同一条通信线路。任何一个结点发送的数据都会通过总线传送到每一个结点上。任何一个结点发送的数据都会通过总线传送到每一个结点上。每个站点接收到数据后，分析该数据是否为发给本站点的，若是，每个站点接收到数据后，分析该数据是否为发给本站点的，若是，接收此数据，否则拒绝接收。接收此数据，否则拒绝接收。总线结构的优点总线结构的优点结构简单结构简单/布线容易布线容易/可靠性高可靠性高/易于扩充。易于扩充。节省连接线节省连接线/连接成本较低。连接成本较低。早期的同轴电缆局域网多采用这种结构。早期的同轴电缆局域网多采用这种结构。
39、总线结构的缺点总线结构的缺点故障诊断相对困难。故障诊断相对困难。总线故障会引起整个网络的瘫痪。总线故障会引起整个网络的瘫痪。同一时刻只能有一个结点发送数据，存在总线的使用权争用。同一时刻只能有一个结点发送数据，存在总线的使用权争用。 4.4.4 4.4.4 计算机网络的拓扑结构计算机网络的拓扑结构环形结构环形结构连接方式连接方式所有站点连接在一个封闭的环路中所有站点连接在一个封闭的环路中。一个站点发出的数据要通过所有的站点，最后回到起始站点。一个站点发出的数据要通过所有的站点，最后回到起始站点。某个站点接收到数据，要把此数据的目标地址与本站点地址进行某个站点接收到数据，要把此数据的目标地址与本
40、站点地址进行比较，相同时才接收该数据。比较，相同时才接收该数据。 环形结构的优点环形结构的优点结构简单结构简单/数据在网络中沿环单向传送。数据在网络中沿环单向传送。不存在对中心结点的依赖。不存在对中心结点的依赖。令牌环网采用的就是这种结构令牌环网采用的就是这种结构 。环形结构的缺点环形结构的缺点可靠性差可靠性差/故障检测困难。故障检测困难。需要一种控制方法来决定每个结点何时能够发出数据。需要一种控制方法来决定每个结点何时能够发出数据。 4.4.4 4.4.4 计算机网络的拓扑结构计算机网络的拓扑结构树形结构树形结构连接方式连接方式从星形结构演变而来。从星形结构演变而来。各结点按一定的层次连接起
41、来各结点按一定的层次连接起来。树形结构的优点树形结构的优点可靠性高可靠性高/易于扩充网络结点和分支。易于扩充网络结点和分支。复杂一点的局域网多采用这种结构复杂一点的局域网多采用这种结构 。 树形结构的缺点树形结构的缺点使用的连接线较多。使用的连接线较多。整个网络对根结点的依赖性大。整个网络对根结点的依赖性大。 4.4.4 4.4.4 计算机网络的拓扑结构计算机网络的拓扑结构网状结构网状结构连接方式连接方式每个结点通过多条链路与其他结点相连每个结点通过多条链路与其他结点相连。数据从一个结点传输到另一个结点有多条路径可选。数据从一个结点传输到另一个结点有多条路径可选。网状结构的优点网状结构的优点可
42、靠性高。可靠性高。数据传输速度快。数据传输速度快。广域网多采用网状结构。广域网多采用网状结构。网状结构的缺点网状结构的缺点结构复杂结构复杂/连接成本比较高。连接成本比较高。不易管理和维护。不易管理和维护。 4.4.5 4.4.5 计算机网络的功能与应用计算机网络的功能与应用主要功能主要功能资源共享资源共享硬件资源硬件资源/软件资源软件资源/信息资源。信息资源。节约成本节约成本/方便维护管理方便维护管理/方便用户使用。方便用户使用。数据通信数据通信接发电子邮件接发电子邮件/即时通信。即时通信。视频会议视频会议/网络教育网络教育/网上银行。网上银行。协同工作协同工作计算机远程医疗系统计算机远程医疗
43、系统/面向对象软件开发环境。面向对象软件开发环境。 4.4.5 4.4.5 计算机网络的功能与应用计算机网络的功能与应用应用示例应用示例网格计算网格计算通过互联网把分散在不同地理位置、不同类型的物理与逻辑资源通过互联网把分散在不同地理位置、不同类型的物理与逻辑资源以开放和标准的方式组织起来，通过资源共享和动态协调，来解以开放和标准的方式组织起来，通过资源共享和动态协调，来解决不同领域的复杂问题的分布式和并行计算。决不同领域的复杂问题的分布式和并行计算。云计算云计算对于单位用户或个人用户来说，把原本对于单位用户或个人用户来说，把原本 在本地计算机完成的数据存储和数据处在本地计算机完成的数据存储和
44、数据处 理工作更多地通过互联网来进行，有专理工作更多地通过互联网来进行，有专 业的网络公司提供数据存储和数据处理业的网络公司提供数据存储和数据处理 平台。平台。 4.4.6 4.4.6 计算机网络的传输介质计算机网络的传输介质有线传输介质有线传输介质双绞线电缆双绞线电缆-Twisted Pair Cable 由螺旋状相互绞合在一起的两根绝缘铜线组成双绞线由螺旋状相互绞合在一起的两根绝缘铜线组成双绞线。线对绞合在一起可以减少相互之间的电磁辐射干扰。线对绞合在一起可以减少相互之间的电磁辐射干扰。将多对双绞线封装于绝缘套里做成双绞线电缆。将多对双绞线封装于绝缘套里做成双绞线电缆。广泛地应用于局域网中
45、。广泛地应用于局域网中。传输距离不超过传输距离不超过100米。米。 非屏蔽双绞线。非屏蔽双绞线。 屏蔽双绞线。屏蔽双绞线。 4.4.6 4.4.6 计算机网络的传输介质计算机网络的传输介质有线传输介质有线传输介质同轴电缆同轴电缆-Coaxial Cable 由同轴的内外两个导体组成由同轴的内外两个导体组成。内导体是一根金属线。内导体是一根金属线。外导体是是由细金属线编织成的网状结构。外导体是是由细金属线编织成的网状结构。内外导体之间有绝缘层。内外导体之间有绝缘层。光缆光缆-Fiber Optical Cable 光纤是能传导光波的石英玻璃纤维。光纤是能传导光波的石英玻璃纤维。光纤外加保护层构成
46、光缆。光纤外加保护层构成光缆。一根光缆中可包括数十至数百根光纤。一根光缆中可包括数十至数百根光纤。容量大容量大/传输速率高传输速率高/传输距离长传输距离长/抗干扰能力强。抗干扰能力强。 4.4.6 4.4.6 计算机网络的传输介质计算机网络的传输介质无线传输介质无线传输介质通过空间传输，不需要架设或铺埋电缆或光缆。通过空间传输，不需要架设或铺埋电缆或光缆。常用的无线传输介质。常用的无线传输介质。微波微波/ /卫星卫星无线介质的优点无线介质的优点受地理位置的限制较小。受地理位置的限制较小。使用方便。使用方便。无线介质的缺点无线介质的缺点容易受到障碍物和天气的影响。容易受到障碍物和天气的影响。 4
47、.4.7 4.4.7 网络计算机模式网络计算机模式分时共享模式分时共享模式多个终端通过分时的方式共享使用主机多个终端通过分时的方式共享使用主机。所有的计算任务和数据管理任务都集中在主机上。所有的计算任务和数据管理任务都集中在主机上。早期的终端一般只是键盘早期的终端一般只是键盘/ /显示器等输入输出设备。显示器等输入输出设备。现在的终端大多是一台独立的计算机。现在的终端大多是一台独立的计算机。 4.4.7 4.4.7 网络计算机模式网络计算机模式资源共享模式资源共享模式各终端计算机有一定的计算能力（有各终端计算机有一定的计算能力（有CPUCPU和内存），但没和内存），但没有硬盘或容量很小。有硬盘
48、或容量很小。用户的应用程序和数据保存在文件服务器上。用户的应用程序和数据保存在文件服务器上。应用程序运行时需要先从文件服务器下载到终端计算机，应用程序运行时需要先从文件服务器下载到终端计算机，再在终端计算机上运行。再在终端计算机上运行。服务器一般是一台性能比较高的计算机。服务器一般是一台性能比较高的计算机。 4.4.7 4.4.7 网络计算机模式网络计算机模式客户客户/ /服务器模式服务器模式客户机是一台能独立工作的计算机。客户机是一台能独立工作的计算机。服务器是高档微机或专用服务器。服务器是高档微机或专用服务器。把计算任务分成服务器部分和客户机部分，分别由服务器和客户机把计算任务分成服务器部
49、分和客户机部分，分别由服务器和客户机完成，数据库在服务器上。完成，数据库在服务器上。客户机接受用户请求，进行适当处理后，客户机接受用户请求，进行适当处理后， 把请求发送给服务器。把请求发送给服务器。服务器完成相应的数据处理功能后，把服务器完成相应的数据处理功能后，把 结果返回给客户机，客户机以方便用户结果返回给客户机，客户机以方便用户 的方式把结果提供给用户。的方式把结果提供给用户。 4.4.7 4.4.7 网络计算机模式网络计算机模式浏览器浏览器/ /服务器模式服务器模式是一种三层结构的分布式计算模式。是一种三层结构的分布式计算模式。客户机只需要一个客户机只需要一个WebWeb浏览器浏览器，
50、用户通过，用户通过WebWeb页面与应用系统交互。页面与应用系统交互。WebWeb服务器充当应用服务器的角色，专门处理业务逻辑，它接受来自服务器充当应用服务器的角色，专门处理业务逻辑，它接受来自WebWeb浏览器的访问请求，访问数据库服务器进行相应的逻辑处理，并浏览器的访问请求，访问数据库服务器进行相应的逻辑处理，并将结果返回给浏览器。将结果返回给浏览器。数据库服务器则负责数据的存储、访问和优化。数据库服务器则负责数据的存储、访问和优化。 4.5 4.5 计算机网络体系结构计算机网络体系结构网络体系结构的定义网络体系结构的定义计算机之间相互通信的层次、各层次中的协议和层次之计算机之间相互通信的
