第1章 计算机网络概述

第1章 计算机网络概述
学习目标
了解计算机网络的产生和发展历史；
理解计算机网络的组成、分类；
掌握常见网络通信介质的特点；
掌握常见网络拓扑结构的特点。
1.1 计算机网络的发展历史
1.1.1 计算机网络的产生
计算机网络是指将地理位置不同且功能相对独立的多个计算机系统通过网络设备和通
信线路相互连接在一起，由协议规定其工作方式和工作过程的系统。
组建计算机网络的根本目的是为了实现数据传输和资源共享。20世纪60年代中后期，
美国国防部高级研究计划局（ARPA，Advanced Research Project Agency）建成了著名的远程
分组交换式网络——ARPA网。ARPA网采用了当时先进的分组交换技术，由主机和子网组
成，由协议和软件支持其工作，在概念、结构和网络设计方面都为后继的计算机网络打下
了基础，开创了“计算机——计算机”通信的时代，标志着计算机网络的产生。
1.1 计算机网络的发展历史
1.1.2 计算机网络的发展
1.以单主机为中心的网络
2.以分组交换为中心的多主机网络
3.标准化的开放性网络
1.1.3 计算机网络的现状
目前，我国已建立了四大公用数据通信网：
（1）中国公用分组交换数据通信网（ChinaPAC）。
（2）中国公用数字数据网（ChinaDDN）。
（3）中国公用帧中继网（ChinaFRN）。
（4）中国公用计算机互联网（ChinaNet）。
并陆续建造了和因特网互联的10个全国范围的公用计算机网络：
（1）中国公用计算机互联网（CHINANET）。
（2）中国科技网（CSTNET）。
（3）中国教育和科研计算机网（CERNET）。
（4）中国金桥信息网（CHINAGBN）。
（5）中国联通互联网（UNINET）。
（6）中国网通公用互联网（CNCNET）。
（7）中国移动互联网（CMNET）。
（8）中国国际经济贸易互联网（CIETNET）。
（9）中国长城互联网（CGWNET）。
（10）中国卫星集团互联网（CSNET）。
1.1 计算机网络的发展历史
1.1.4 计算机网络的未来
未来的计算机网络将更关注于带宽、应用、安全、Qos（服务质量）、终端多样性、
智能化。
例如：光纤到户、3G等技术极大提高了网络终端的带宽；物联网技术使得装有传
感器的设备都可以与互联网连接；P2P、云计算等技术使得服务器和客户端融为一体，使
得整个网络融为一体
1.1 计算机网络的发展历史
1.2 计算机网络的组成
计算机网络主要由网络终端、网络设备、通信介质等部分组成。
1.2.1 网络终端
网络终端指位于网络拓扑结构末端的设备，可以接受和发送数据，一般提供人机
接口。常见的网络终端设备包括：计算机、手机、打印机、IP电话、智能家电、监控设备、
读卡器等。
1.2.2 网络设备
网络设备指位于网络拓扑中间节点的设备，主要功能是数据转发。网络设备在数
据转发过程中所起的作用包括：
（1）数据形式转换。
（2）数据信号整形放大。
（3）数据广播。
（4）数据寻址。
1.2 计算机网络的组成
1.2.3 通信介质
1.双绞线
由若干对双绞线（一般为4对）及外包保护套组成。两根绝缘的金属导线扭在一
起而成双绞线，线对扭在一起可减少相互间的电磁干扰。分为STP（Shielded Twisted Pair，
屏蔽双绞线）和UTP（UnShielded Twisted Pair，非屏蔽双绞线）。非屏蔽双绞线的有效传输
距离一般为100米。
1.2 计算机网络的组成
1.2.3 通信介质
2.光纤
光纤使用用光脉冲形成的数字信号进行通信。有光脉冲相当于1，没有光脉冲相
当于0。由于可见光的频率极高，因此其传输速率高，抗干扰能力强，信号衰减小，传输
距离远。
根据光源不同，可将光纤分为单模光纤（Single Mode Fiber）和多模光纤（Multi
Mode Fiber）。
1.2 计算机网络的组成
1.2.3 通信介质
3.同轴电缆
同轴电缆由铜质导体、绝缘层、屏蔽层和保护塑料外层组成，这种结构中的金属
屏蔽网可防止中心导体向外辐射电磁场，也可用来防止外界电磁场干扰中心导体的信号，
因而具有很好的抗干扰特性。
早期同轴电缆层广泛的用于总线型局域网，但由于目前计算机网络多为星型结
构，相对于双绞线来说同轴电缆造价较高、安装较复杂，因此在计算机网络中已很少使用，
目前同轴电缆主要用于有线电视、语音广播等单向总线型网络。
1.2 计算机网络的组成
1.2.3 通信介质
4.无线介质
无需架设或铺埋通信介质，且允许终端设备在一定范围内移动。常见无线介质包
括
（1）无线电波
（2）红外线
（3）微波
（4）激光
目前常见的无线介质应用包括：无线局域网、无线广域网、调频广播、蓝牙等。
1.3 计算机网络的分类
1.3.1 按地理覆盖范围分类
1.局域网（Local Area Network，LAN）
局域网是分布在较小地理范围内的网络，通常用专用通信线路连接，因而数据传
输速率较高。局域网的本质特征是覆盖范围小、数据传输速度快。
2.广域网（Wide Area Network，WAN）
广域网通常是指将分布范围较大，覆盖一个地区、国家甚至全球范围内的互联通
信网络。广域网的本质特征是覆盖范围大、采用的协议和网络拓扑结构多样化。如Internet
就是一种的广域网。
3.城域网（MetropolitanArea Network，MAN）
城域网是一种介于广域网和局域网之间的网络，覆盖范围通常是一个城市的规
模，从几公里到几十公里甚至几百公里。城域网设计的目标是满足一个地区内的计算机互
联的要求，以实现大量用户、多种信息传输为目标的综合信息传输网络。
1.3 计算机网络的分类
1.3.2 按拓扑结构分类
1.3 计算机网络的分类
1.3.3 按传输介质工作方式分类
1.共享介质网络
结构简单、易于扩充、线缆总长度较短，造价较低，但随着网络设备的增加，每
个设备占用传输介质的时间将越来越少，网络通信的延时也将越来越大，网络的性能将越
来越差。
2.交换式网络
便于管理、容易扩展，增删节点不影响网络的其余部分，也易于检测和隔离故障，
网络性能较高，各条线路可以同时进行数据传输，但线缆总长度较长，且需要增加交换设
备，造价较高。
1、根据实际需求设计网络拓扑结构；
2、综合运用各种传输介质组建高性价比网络
案例目标
计算机网络基础
——基于案例与实训
应用案例一：拓扑结构和传输介质
案例一：拓扑结构和传输介质
案例描述
公司在工业园区盖了两栋楼（A楼和B楼），即将搬迁，公司领导交给小朱一项任
务：设计网络拓扑并选择合适的通信介质。已知A楼中有行政部（50台电脑）、销售部（50
台电脑）、研发部（100台电脑）以及一台服务器，B楼中有生产部（500台电脑）。
A楼（行政部、销售部、研发部）
B楼（生产部）
案例一：拓扑结构和传输介质
案例分析
拓扑结构选择方面：
如采用总线型结构，则数百条电脑使用同一总线，网络性能较差；
如采用环型拓扑，则安全性不高，任何一台主机发生故障都可能使一个网段出现故障；
如采用星型拓扑，则中心节点负担过重，且需要一个数百端口的交换机，而一般交换
机上只用几十个端口。
如采用网状结构，则不便于管理且容易产生环路。
因此经过分析，本案例网络应选择树形拓扑，其优点主要包括：
1、组网方便，可以分层组网；
2、中心交换设备可提高网络性能；
3、便于管理和维护。
案例一：拓扑结构和传输介质
案例分析
通信介质选择方面，目前的星型/树型局域网主要采用光纤和双绞线，双绞线成本较低
且安装简单，但由于非屏蔽双绞线的传输距离只有100米，因此当网络设备间距离大于100
米时，应使用光纤；双绞线也不能进入地下管井，因为当被水长时间浸泡后，双绞线中的
金属材质会被水腐蚀，而光纤可以进入地下管井。
本案例中，路由器A和路由器B之间距离超过100米且线路需要经过地下管井，
因此采用光纤连接，防火墙出口采用光纤专线接入Internet，其余线路在楼宇内部且距离
小于100米，采用超五类非屏蔽双绞线。
案例一：拓扑结构和传输介质
案例解决方案