1、训教训教重点重点n 计算机网络的组成结构、构成设备与对应功能n 计算机网络的各种拓扑结构特点能力能力目标目标n 掌握构成计算机网络组成结构的层次关系和对应 功能n 掌握计算机网络的各种拓扑结构特点和设计要点1.1 计算机网络的形成、结构和发展 所谓计算机网络，就是利用通信设备和所谓计算机网络，就是利用通信设备和线路将地理位置不同的、功能独立的多个计线路将地理位置不同的、功能独立的多个计算机系统互连起来，以功能完善的网络软件算机系统互连起来，以功能完善的网络软件（即网络通信协议、信息交换方式和网络操（即网络通信协议、信息交换方式和网络操作系统等）实现网络资源共享和信息传递的作系统等）实现网络资源
2、共享和信息传递的系统。系统。1.1.1 计算机网络的概念 一个企业级网络一般由三层结构组成，即：一个企业级网络一般由三层结构组成，即：核心层：一般是由核心交换机、路由器、服务器等构成的数据交换中心，负责整个网核心层：一般是由核心交换机、路由器、服务器等构成的数据交换中心，负责整个网络数据的汇总、交换、存储和处理业务，是整个网络运行管理的核心。络数据的汇总、交换、存储和处理业务，是整个网络运行管理的核心。汇聚层：一般是指二级业务部门局域网管理单元，该层主要是通过企业级或部门级三汇聚层：一般是指二级业务部门局域网管理单元，该层主要是通过企业级或部门级三层交换机与核心层交换机光纤上连，向下与该单位的
3、业务部门交换机级联，一般负责跨网层交换机与核心层交换机光纤上连，向下与该单位的业务部门交换机级联，一般负责跨网络的数据交换和转发任务。络的数据交换和转发任务。接入层：负责终端用户的联网和管理。这些交换设备一般大量分布在业务部门的楼层接入层：负责终端用户的联网和管理。这些交换设备一般大量分布在业务部门的楼层管理单元，多采用光纤或双绞线与汇聚层交换机上连。管理单元，多采用光纤或双绞线与汇聚层交换机上连。1.1 计算机网络的形成、结构和发展1.1.1 计算机网络的概念 1面向终端的计算机网络 面向终端的计算机网络是以单个计算机为中心的远程联机系统。所谓联机系统，就是面向终端的计算机网络是以单个计算机
4、为中心的远程联机系统。所谓联机系统，就是由一台中央主计算机连接大量的地理上处于分散位置的终端。终端不具备独立的数据处理由一台中央主计算机连接大量的地理上处于分散位置的终端。终端不具备独立的数据处理能力。能力。随着连接的终端数目的增多，为减轻承担数据处理任务的中央主计算机的负载，在通随着连接的终端数目的增多，为减轻承担数据处理任务的中央主计算机的负载，在通信线路和中央主计算机之间设置了一个前端处理机信线路和中央主计算机之间设置了一个前端处理机FEPFEP（Front End ProcessorFront End Processor，有时也称，有时也称前端机）或通信处理器前端机）或通信处理器CCP
5、CCP（Communication Control ProcessorCommunication Control Processor），专门负责与终端之间），专门负责与终端之间的通信控制，出现了数据处理和通信控制的分工的通信控制，出现了数据处理和通信控制的分工，在远程终端较集中的地方设置了集中器在远程终端较集中的地方设置了集中器或复用器。或复用器。1.1 计算机网络的形成、结构和发展1.1.2 计算机网络的形成和发展1.1 计算机网络的形成、结构和发展1.1.2 计算机网络的形成和发展 1面向终端的计算机网络 2计算机-计算机网络 计算机计算机-计算机网络是多台主计算机通过通信线路互连起来为用
6、户提供服务的网络系统。计算机网络是多台主计算机通过通信线路互连起来为用户提供服务的网络系统。它和以单个计算机为中心的远程联机系统的显著区别在于：这里的多台主计算机都具有自主它和以单个计算机为中心的远程联机系统的显著区别在于：这里的多台主计算机都具有自主处理能力，它的典型代表是处理能力，它的典型代表是ARPAARPA网（网（ARPANETARPANET）。）。3开放式标准化网络 为了使不同体系结构的计算机网络都能互连，国际标准化组织为了使不同体系结构的计算机网络都能互连，国际标准化组织ISOISO（International International Standards Organizatio
7、nStandards Organization）于）于19841984年正式颁布了一个能使各种计算机在世界范围内互连成网年正式颁布了一个能使各种计算机在世界范围内互连成网的国际标准的国际标准ISO 7498ISO 7498，简称，简称OSI/RMOSI/RM（Open System Interconnection Basic Reference ModelOpen System Interconnection Basic Reference Model，开放系统互连参考模型）。开放系统互连参考模型）。OSI/RMOSI/RM由七层组成，所以也称由七层组成，所以也称OSIOSI七层模型。七层模型
8、。1.1 计算机网络的形成、结构和发展1.1.2 计算机网络的形成和发展1.2 计算机网络的功能及应用1.2.1 计算机网络的功能 1.2 计算机网络的功能及应用1.2.2 计算机网络的应用 1计算机网络的硬件系统 （1 1）服务器）服务器 服务器（服务器（ServerServer）是网络的核心设）是网络的核心设备，担负数据处理任务。分为文件服务备，担负数据处理任务。分为文件服务器、打印服务器、应用系统服务器和通器、打印服务器、应用系统服务器和通信服务器等。信服务器等。1.3 计算机网络的组成1.3.1 计算机网络的系统组成 （2 2）工作站）工作站 工作站（工作站（WorkstationWo
9、rkstation）就是共享网络资源的计算机，是用户进行信息交换的界面，要）就是共享网络资源的计算机，是用户进行信息交换的界面，要运行网络操作系统的客户端软件。运行网络操作系统的客户端软件。（3 3）通信设备）通信设备 包括网卡及其中间连接设备。包括网卡及其中间连接设备。网卡（网卡（Network Interface CardNetwork Interface Card）亦称为网络适配器（）亦称为网络适配器（Network AdapterNetwork Adapter），它是计算），它是计算机与通信介质进行数据交换的中间处理部件，是工作站与网络之间的逻辑和物理链路。机与通信介质进行数据交换的中
10、间处理部件，是工作站与网络之间的逻辑和物理链路。网卡的基本功能是：并行数据和串行信号之间的转换、数据帧的装配与拆装、网络访问网卡的基本功能是：并行数据和串行信号之间的转换、数据帧的装配与拆装、网络访问控制和数据缓冲等。控制和数据缓冲等。1.3 计算机网络的组成1.3.1 计算机网络的系统组成 （4 4）传输介质）传输介质 传输介质是计算机网络中发送方和接收方之间的物理通道。通常有双绞线、同轴电缆、传输介质是计算机网络中发送方和接收方之间的物理通道。通常有双绞线、同轴电缆、光纤、无线传输介质（如微波、红外线及激光）和卫星线路。光纤、无线传输介质（如微波、红外线及激光）和卫星线路。1.3 计算机网
11、络的组成1.3.1 计算机网络的系统组成 2计算机网络的软件系统 （1 1）网络操作系统。）网络操作系统。网络操作系统主要包括：网络适配器驱动程序、子网协议和应用协议。网络操作系统主要包括：网络适配器驱动程序、子网协议和应用协议。（2 2）网络应用服务系统。）网络应用服务系统。请求服务的应用系统是客户端，为其他应用提供服务的系统或系统软件，称为服务请求服务的应用系统是客户端，为其他应用提供服务的系统或系统软件，称为服务器，组成客户端器，组成客户端/服务器计算机模式。服务器计算机模式。1.3 计算机网络的组成1.3.1 计算机网络的系统组成 1通信子网 主要由网络结点和通信链路组成，负责全网的信
12、息传递。主要由网络结点和通信链路组成，负责全网的信息传递。局域网中，通信子网由网卡、缆线、集线器、中继器、网桥、交换机、路由器等设备局域网中，通信子网由网卡、缆线、集线器、中继器、网桥、交换机、路由器等设备和相关软件组成；在广域网中，通信子网由一些专用的通信处理机（结点交换机）及其运和相关软件组成；在广域网中，通信子网由一些专用的通信处理机（结点交换机）及其运行的软件、集中器等设备和连接这些结点的通信链路组成。行的软件、集中器等设备和连接这些结点的通信链路组成。2资源子网 资源子网（资源子网（Resource SubnetResource Subnet）主要由提供资源的主机和请求资源的终端组成
13、。负责全）主要由提供资源的主机和请求资源的终端组成。负责全网的信息处理。网的信息处理。局域网中，资源子网是由联网的服务器、工作站、共享的打印机和其他设备及相关软局域网中，资源子网是由联网的服务器、工作站、共享的打印机和其他设备及相关软件组成；在广域网中，资源子网由网上的所有主机及其他外部设备组成。件组成；在广域网中，资源子网由网上的所有主机及其他外部设备组成。1.3 计算机网络的组成1.3.2 计算机网络的两层子网结构 1局域网 局域网（局域网（LANLAN，Local Area NetworkLocal Area Network）指在有限的地理区域内构成的规模相对较小的计算）指在有限的地理区
14、域内构成的规模相对较小的计算机网络，其覆盖范围一般不超过几十公里。机网络，其覆盖范围一般不超过几十公里。2城域网 其覆盖范围为一个城市或地区，网络覆盖范围为几十公里到几百公里。其覆盖范围为一个城市或地区，网络覆盖范围为几十公里到几百公里。3广域网 广域网（广域网（WANWAN，Wide Area NetworkWide Area Network），又称远程网。它是一种跨越城市、国家的网络，），又称远程网。它是一种跨越城市、国家的网络，可以把众多的城域网、局域网连接起来。广域网的作用范围通常为几十公里到几千公里。可以把众多的城域网、局域网连接起来。广域网的作用范围通常为几十公里到几千公里。1.4
15、 计算机网络的分类1.4.1 按网络的地理范围分类 1客户机/服务器网络（Client/Server）有一台或多台高性能的计算机专门为其他计算机提供服务，这类计算机称为服务器；有一台或多台高性能的计算机专门为其他计算机提供服务，这类计算机称为服务器；通过向服务器发出请求可获得相关服务，这类计算机称为客户机。通过向服务器发出请求可获得相关服务，这类计算机称为客户机。2对等网络 接入网络的每台计算机没有工作站和服务器之分，都是平等的，既可以使用其他计算接入网络的每台计算机没有工作站和服务器之分，都是平等的，既可以使用其他计算机上的资源，也可以为其他计算机提供共享资源。机上的资源，也可以为其他计算机
16、提供共享资源。1.4 计算机网络的分类1.4.2 按网格的管理方式分类1.4.3 其他分类方法 1根据传输介质的不同划分 （1 1）有线网：）有线网：采用有线传输介质来传输数据的网络。如双绞线、同轴电缆、光纤等。采用有线传输介质来传输数据的网络。如双绞线、同轴电缆、光纤等。（2 2）无线网：）无线网：采用无线传输介质来传输数据的网络。如卫星、微波等。采用无线传输介质来传输数据的网络。如卫星、微波等。2根据网络使用范围不同划分 （1 1）公用网）公用网 （2 2）专用网）专用网1.4 计算机网络的分类 3根据通信传播方式的不同划分 （1 1）广播式网络：）广播式网络：仅有一条通信信道，由网络上的
17、所有计算机共享。仅有一条通信信道，由网络上的所有计算机共享。（2 2）点到点网络：）点到点网络：由一对对计算机之间的多条通信信道连接构成，即以点到点的连接方式，把各计算机由一对对计算机之间的多条通信信道连接构成，即以点到点的连接方式，把各计算机连接起来。连接起来。1.4 计算机网络的分类1.4.3 其他分类方法 在计算机网络中抛开网络中的具体设备，把服务器、工作站等网络单元抽象为在计算机网络中抛开网络中的具体设备，把服务器、工作站等网络单元抽象为“点点”，把网络中的电缆等传输介质抽象为把网络中的电缆等传输介质抽象为“线线”，这样从拓扑学的观点看计算机网络系统，就形，这样从拓扑学的观点看计算机网
18、络系统，就形成了由点和线组成的几何图形，故计算机网络的拓扑结构指的就是网络中的通信线路和结成了由点和线组成的几何图形，故计算机网络的拓扑结构指的就是网络中的通信线路和结点相互连接的几何排列方法和模式。计算机网络的拓扑结构主要有：总线型、环型、星型、点相互连接的几何排列方法和模式。计算机网络的拓扑结构主要有：总线型、环型、星型、树型、网型等。树型、网型等。1.5 计算机网络的拓扑结构 所有的计算机通过相应的硬件接口直接连接到一公共的传输介质上，该公共传输介质即所有的计算机通过相应的硬件接口直接连接到一公共的传输介质上，该公共传输介质即称为总线（称为总线（BUSBUS）。）。1.5 计算机网络的拓
19、扑结构1.5.1 总线型网络 总线型网络的优点是：布线容易，可靠性高，易于扩充；另外，这种结构的网络结点总线型网络的优点是：布线容易，可靠性高，易于扩充；另外，这种结构的网络结点响应速度快、共享资源能力强、设备投入量少、成本低、安装使用方便。响应速度快、共享资源能力强、设备投入量少、成本低、安装使用方便。总线型网络的主要缺点有：对总线的故障敏感，任何总线的故障都会使得整个网络不总线型网络的主要缺点有：对总线的故障敏感，任何总线的故障都会使得整个网络不能正常运行；随着网络用户数量的增加，总线型网络的通信效率大大下降，用户数量受到能正常运行；随着网络用户数量的增加，总线型网络的通信效率大大下降，用
20、户数量受到限制。限制。1.5 计算机网络的拓扑结构1.5.1 总线型网络 环型网络（环型网络（Ring NetworkRing Network）是将各个计算机与公共的缆线连接，缆线的两端连接起来）是将各个计算机与公共的缆线连接，缆线的两端连接起来形成一个封闭的环，数据在环路上以固定的方向流动。形成一个封闭的环，数据在环路上以固定的方向流动。任何结点均可以请求发送信息，但网络中的信息是单向流动的，从任一结点发出的信任何结点均可以请求发送信息，但网络中的信息是单向流动的，从任一结点发出的信息经环路传送一周以后都返回到发送结点进行回收。目的结点根据信息中的目的地址判断息经环路传送一周以后都返回到发送
21、结点进行回收。目的结点根据信息中的目的地址判断出自己是接收结点，用令牌传递法来协调控制各结点的发送。出自己是接收结点，用令牌传递法来协调控制各结点的发送。环型网络的主要优点是：结构简单、容易实现；由于路径选择简单，因此通信接口、环型网络的主要优点是：结构简单、容易实现；由于路径选择简单，因此通信接口、管理软件都比较简单。主要缺点是：结点故障会引起全网故障；由于环路封闭，因而不利管理软件都比较简单。主要缺点是：结点故障会引起全网故障；由于环路封闭，因而不利于系统扩充；在负载轻时，信道利用率低。于系统扩充；在负载轻时，信道利用率低。1.5 计算机网络的拓扑结构1.5.2 环形网络1.5 计算机网络
22、的拓扑结构1.5.2 环形网络 星型网络（星型网络（Star NetworkStar Network）是由中央结点和通过点到点通信链路链接到中央结点的各）是由中央结点和通过点到点通信链路链接到中央结点的各个计算机组成的。采用集中控制，即任何两台计算机之间的通信都要通过中央结点进行转个计算机组成的。采用集中控制，即任何两台计算机之间的通信都要通过中央结点进行转发。发。星型网络的优点是建网容易，网络控制简单，故障检测和隔离方便。其缺点是网络中星型网络的优点是建网容易，网络控制简单，故障检测和隔离方便。其缺点是网络中央结点数据转发负担过重，容易形成数据通信瓶颈。央结点数据转发负担过重，容易形成数据通
23、信瓶颈。1.5 计算机网络的拓扑结构1.5.3 星形网络1树型（层次型）网络 树型（层次型）网络是一种分级结构，可以看成是星型拓扑的扩展。它的形状像一棵树型（层次型）网络是一种分级结构，可以看成是星型拓扑的扩展。它的形状像一棵倒置的树，顶端有一个带分支的根，处于最高位置的结点（根结点）负责网络的控制。倒置的树，顶端有一个带分支的根，处于最高位置的结点（根结点）负责网络的控制。1.5 计算机网络的拓扑结构1.5.4 其他拓扑结构2网型网络 一般是由星型、总线型和环型等拓扑结构混合应用的结果。容错能力最强、可靠性一般是由星型、总线型和环型等拓扑结构混合应用的结果。容错能力最强、可靠性最高。最高。1
24、.5 计算机网络的拓扑结构1.5.4 其他拓扑结构1双绞线 双绞线（双绞线（Twisted PairTwisted Pair）由两根具有绝缘保护层的铜导线组成。把两根绝缘的铜导线）由两根具有绝缘保护层的铜导线组成。把两根绝缘的铜导线按一定密度互相绞在一起，可以减少相互间的电磁干扰。在网络布线系统中被普遍采用。按一定密度互相绞在一起，可以减少相互间的电磁干扰。在网络布线系统中被普遍采用。双绞线分为屏蔽双绞线（双绞线分为屏蔽双绞线（STPSTP，Shielded Twisted PairShielded Twisted Pair）与非屏蔽双绞线（）与非屏蔽双绞线（UTPUTP，Unshielded
25、 Twisted PairUnshielded Twisted Pair）两大类。屏蔽双绞线增加了一个屏蔽层，因而能有效地防止电）两大类。屏蔽双绞线增加了一个屏蔽层，因而能有效地防止电磁干扰。磁干扰。双绞线使用双绞线使用RJ-45RJ-45接头连接网卡或集线器。接头连接网卡或集线器。1.6 计算机网络的传输介质1.6.1 有线传输介质2同轴电缆 同轴电缆（同轴电缆（Coaxial CableCoaxial Cable）由两个导体组成，其外导体是一个空心圆柱形导体，它围）由两个导体组成，其外导体是一个空心圆柱形导体，它围裹着一个内芯导体，内外导体间用绝缘材料隔开。裹着一个内芯导体，内外导体间用绝
26、缘材料隔开。同轴电缆分为基带同轴电缆（阻抗同轴电缆分为基带同轴电缆（阻抗50 50）和宽带同轴电缆（阻抗）和宽带同轴电缆（阻抗75 75）。基带同轴）。基带同轴电缆又可分为粗缆和细缆两种，都用于直接传输数字信号；宽带同轴电缆用于频分多路复电缆又可分为粗缆和细缆两种，都用于直接传输数字信号；宽带同轴电缆用于频分多路复用的模拟信号传输，也可用于不使用频分多路复用的高速数字信号和模拟信号传输。用的模拟信号传输，也可用于不使用频分多路复用的高速数字信号和模拟信号传输。1.6 计算机网络的传输介质1.6.1 有线传输介质2同轴电缆 1.6 计算机网络的传输介质1.6.1 有线传输介质 3光纤 光纤（光纤
27、（FiberFiber）是光导纤维的简称。它由能传导光波的石英玻璃纤维外加保护层构成。）是光导纤维的简称。它由能传导光波的石英玻璃纤维外加保护层构成。光纤电缆由一捆光导纤维组成，简称光缆。光纤电缆由一捆光导纤维组成，简称光缆。每根光纤只能单向传送信号，因此光缆中至少包括两条独立的纤芯，一条发送，另一每根光纤只能单向传送信号，因此光缆中至少包括两条独立的纤芯，一条发送，另一条接收。光纤可以分为单模光纤和多模光纤两种。由多条入射角度不同的光线同时在一条条接收。光纤可以分为单模光纤和多模光纤两种。由多条入射角度不同的光线同时在一条光纤中传播，这种光纤称为多模光纤；光线不经过多次反射而是一直向前传播，
28、这种光纤光纤中传播，这种光纤称为多模光纤；光线不经过多次反射而是一直向前传播，这种光纤称为单模光纤。称为单模光纤。光纤具有损耗低、频带宽、数据传输速率高、不受外界电磁干扰、安全保密性好等优光纤具有损耗低、频带宽、数据传输速率高、不受外界电磁干扰、安全保密性好等优点，将广泛应用于信息高速公路的主干线中。点，将广泛应用于信息高速公路的主干线中。1.6 计算机网络的传输介质1.6.1 有线传输介质3光纤 1.6 计算机网络的传输介质1.6.1 有线传输介质 1 1无线电波无线电波 2 2微波微波 3 3红外线红外线 红外线链路只需一对发送红外线链路只需一对发送/接收器，收发器必须处于视线范围内。接收器，收发器必须处于视线范围内。4 4激光激光 红外线和激光都对环境气候特别敏感，例如雨、雾和雷电。微波对一般雨和雾的敏感度红外线和激光都对环境气候特别敏感，例如雨、雾和雷电。微波对一般雨和雾的敏感度较低。较低。5 5卫星卫星 使用地球同步卫星作为中继站来转发微波信号。使用地球同步卫星作为中继站来转发微波信号。1.6 计算机网络的传输介质1.6.2 无线传输介质
