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计算机网络基础

一. 计算机网络定义及发展历程

计算机网络定义：计算机网络是指将地理位置不同的具有独立功能的多台计算机及其外部设备，通过通信线路连接起来，在网络操作系统，网络管理软件及网络通信协议的管理和协调下，实现资源共享和信息传递的计算机系统。

第一阶段： 20世纪60年代末到20世纪70年代初为计算机网络发展的萌芽阶段。其主要特征是：为了增加系统的计算能力和资源共享，把小型计算机连成实验性的网络。第一个远程分组交换网叫ARPANET，是由美国国防部于1969年建成的，第一次实现了由通信网络和资源网络复合构成计算机网络系统。标志计算机网络的真正产生，ARPANET是这一阶段的典型代表。

第二阶段： 20世纪70年代中后期是局域网络(LAN)发展的重要阶段，其主要特征为：局域网络作为一种新型的计算机体系结构开始进入产业部门。局域网技术是从远程分组交换通信网络和I/O总线结构计算机系统派生出来的。
美国Xerox公司的Palo Alto研究中心推出以太网(Ethernet)，它成功地采用了夏威夷大学ALOHA无线电网络系统的基本原理，使之发展成为第一个总线竞争式局域网络。
英国剑桥大学计算机研究所开发了著名的剑桥环局域网(Cambridge Ring)。这些网络的成功实现，一方面标志着局域网络的产生，另一方面，它们形成的以太网及环网对以后局域网络的发展起到导航的作用。

第三阶段：整个20世纪80年代是计算机局域网络的发展时期。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。

第四阶段： 20世纪90年代初至现在是计算机网络飞速发展的阶段，其主要特征是：计算机网络化，协同计算能力发展以及全球互连网络(Internet)的盛行。
计算机的发展已经完全与网络融为一体，体现了“网络就是计算机”的口号。
目前，计算机网络已经真正进入社会各行各业，为社会各行各业所采用。另外，虚拟网络FDDI及ATM技术的应用，使网络技术蓬勃发展并迅速走向市场，走进平民百姓的生活。

二.计算机网络的基本组成与功能

1.网络硬件

1）.服务器

网络服务器是计算机局域网的核心部件。网络操作系统是在网络服务器上运行的，网络服务器的效率直接影响整个网络的效率。
因此，一般要用高档计算机或专用服务器计算机作为网络服务器。网络服务器主要有以下4个作用：
运行网络操作系统，控制和协调网络中各计算机之间的工作，最大限度地满足用户的要求，并做出响应和处理。

存储和管理网络中的共享资源，如数据库、文件、应用程序、磁盘空间、打印机、绘图仪等。
为各工作站的应用程序服务，如采用客户/服务器(Client/Server)结构使网络服务器不仅担当网络服务器，而且还担当应用程序服务器。
对网络活动进行监督及控制，对网络进行实际管理，分配系统资源，了解和调整系统运行状态，关闭/启动某些资源等。

2）.工作站

网络工作站是通过网络接口卡连接到网络上的个人计算机，既可作为独立的个人计算机为用户服务，又可以按照被授予的一定权限访问服务器。在网络中，一个工作站即是网络服务的一个用户。工作站的主要功能是享受网络上提供的各种服务。

3）.连接设备

网络连接设备是把网络中的通信线路连接起来的各种设备的总称，这些设备包括网络接口卡（NIC）、网关、中继器、集线器、交换机和路由器等。

4）.传输介质

网络传输介质是网络中发送方与接收方之间的物理通路，它对网络的数据通信具有一定的影响。常用的传输介质有：双绞线、同轴电缆、光纤、无线传输媒介(微波、红外线等)。

2.网络软件

定义：网络软件一般是指系统的网络操作系统、网络通信协议和应用级的提供网络服务功能的专用软件。

1）.网络操作系统

网络操作系统是一种能代替操作系统的软件程序，是网络的心脏和灵魂，是向网络计算机提供服务的特殊的操作系统。借由网络达到互相传递数据与各种消息，分为服务器（Server）及客户端（Client）。

2）.网络通信软件

负责管理各个计算机之间的信息传输

3）.网络协议

网络协议是实现计算机之间、网络之间的相互识别，并正确进行通信的一组标准和规则，它是计算机网络工作的基础。

4）.网络管理软件

网络管理软件用来对网络资源进行管理和对网络进行维护的软件

5）.网络应用软件

网络应用软件是为网络用户提供服务并为网络用户解决实际问题的软件。

二.计算机网络的功能

1.资源共享

凡是入网用户均能享受网络中各个计算机系统的全部或部分软件、硬件和数据资源，为最本质的功能。

1）.软件资源

用户可通过网络登录到远程计算机上使用软件，也可以下载程序到本地使用。

2）.硬件资源

通过网络可以共享网络上的大容量磁盘、打印机、绘图仪等设备。

3）.数据资源

用户可以通过网络获取音乐、图书等资源

2.数据通信

计算机网络可以让地理位置不同的计算机用户相互通信，实现信息交换。

3.分布式处理

分布式处理是将不同地点的，或具有不同功能的，或拥有不同数据的多台计算机通过通信网络连接起来，在控制系统的统一管理控制下，协调地完成大规模信息处理任务的计算机系统。

4.集中管理

对地理位置分散的组织和部门，可通过计算机网络实现集中管理。

三.计算机网络分类

1.按网络覆盖地理范围分类

1）.局域网

2）.城域网

3）.广域网

2.按网络拓扑结构分类

总线型、星型、环型、混合型、树型等

3. 按使用范围分类

1）.公众网

例如：电信网、广电网

2）.专用网

例如：校园网、企业网

四.计算机网络体系结构

1.网络协议

网络中两个实体要相互交流，需要一个共同交流语言，即设定的交流规则。
这些规则的集合称为协议。
相对与汉语与英语之类。在只会一种语言的情况下，必须汉语对汉语，英语对英语，通过相同的规则才能正常交流。
协议的关键要素是语法、语义、时序。

2.OSI开发系统互联参考模型

OSI开放系统互联参考模型基于国际标准化组织（ISO）的建议，作为各种层上使用的协议国际标准化的第一步而发展起来的。这一模型被称作ISO/OSI开放系统互联参考模型。
简称为OSl参考模型。网络协议分为物理层、数据链路层、网络层、传输层、会话层、表示层和应用层七层。
工作在数据链路层的设备称作网桥（Gate Bridge)，具有在不同网段之间再生信号的功能，可以有效地连接两个或多个局域网，使本地通信限制在本网段内，并转发相应的信号至另一网段。网桥通常用于连接同一类型的网段，例如局域网中常用的第二层交换机就是一种网桥，有些二层交换机还可以将使用双绞线的星形结构以太网和使用同轴电缆的总线形结构以太网连接起来。路由器（Router)是工作在网络层上、具有连接不同逻辑网段并选择数据传送路径的网络设备，Internet上大量使用了路由器，而城域网和校园网内部一般大量使用具有路由功能的交换机，简称为三层交换机或路由交换机来完成组网工作。