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计算机网络技术基础
第一章
计算机网络
概述
章节导读
目前，计算机网络已成为全球信息产业的基石，它在信息的采集、存储、处理、传输和分发中扮演了极其重要的角色。计算机网络突破了单台计算机系统应用的局限，使多台计算机交换信息、资源共享和协同工作成为可能。计算机网络的广泛使用，改变了传统意义上的时间和空间的概念，对社会的各个领域，包括对人们的生活方式产生了革命性的影响，促进了社会信息化的发展进程。
本章主要讲解计算机网络的基础知识，包括计算机网络的产生与发展、定义、功能、组成、分类、应用以及常见拓扑结构，还涉及了计算机网络发展的新技术。
学
习
目
标
了解计算机网络的发展历史。
掌握计算机网络的定义和功能。
掌握计算机网络的组成与拓扑结构。
熟悉计算机网络的分类。
了解计算机网络发展的新技术。
1.6 计算机网络的定义与功能
随着计算机技术的不断发展，计算机网络的内涵也在不断变化，人们对计算机网络有着不同的理解和定义。从资源共享的角度看，通常将计算机网络定义为：将地理位置不同的具有独立功能的计算机或由计算机控制的外部设备，通过通信设备和线路连接起来，在网络操作系统的控制下，按照约定的通信协议进行信息交换，实现资源共享的系统。
自20世纪60年代末诞生以来，计算机网络以异常迅猛的速度不断发展，越来越广泛地应用于政治、经济、军事、生产及科学技术的各个领域。计算机网络的功能主要体现在如下几个方面。
1. 数据通信
3.提高系统的可靠性
2. 资源共享
4.均衡负荷与分布式处理
1.6 计算机网络的定义与功能
组建计算机网络的主要目的之一就是使分布在不同地理位置的计算机用户能够相互通信。在计算机网络中，计算机与计算机之间，或计算机与终端之间可以快速、可靠地相互传递各种信息，如程序、文件、图形、图像、声音、视频等。利用计算机网络的数据通信功能，人们可以使用网络上的各种应用（也称服务），如收发电子邮件、视频点播、视频会议、远程教学、远程医疗等。
数据通信
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1.6 计算机网络的定义与功能
所谓资源共享就是共享网络上的硬件资源、软件资源和信息资源。
许多计算机硬件设备是十分昂贵的，如可以进行复杂运算的巨型计算机、海量存储器、高速激光打印机、大型绘图仪和一些特殊的外设等。共享硬件资源可以让连接在网络上的用户都可以使用网络中包括这些昂贵设备在内的各种不同类型的硬件设备。
共享硬件资源的好处是显而易见的。网络中一台低性能的计算机，可以通过共享使用不同类型的设备，既解决了当前计算机硬件资源贫乏的问题，同时也有效地利用了现有的资源，充分提高了资源利用率。
资源共享
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1）硬件资源
1.6 计算机网络的定义与功能
计算机网络中有极为丰富的软件资源，如网络操作系统、应用软件、工具软件、数据库管理软件等。共享软件功能允许多个用户同时调用服务器的各种软件资源，并且保持数据的完整性和统一性。要实现这一功能，用户可以使用各种网络应用软件共享远程服务器上的软件资源；也可以通过一些网络应用程序，将共享软件下载到本机使用。
信息资源是一种非常重要和宝贵的资源。互联网就是一个巨大的信息资源宝库，其信息资源涉及各个领域，内容极为丰富。每个接入计算机网络的用户都可以在任何时间以任何形式去搜索、访问、浏览及获取这些信息资源。
2）软件资源
3）信息资源
1.6 计算机网络的定义与功能
在某些对实时性和可靠性要求较高的场合，通过计算机网络的备份技术可以提高计算机系统的可靠性。当网络中的某一台计算机出现故障时，可以立即由另一台计算机代替其完成所承担的任务。这种技术在许多领域得到广泛应用，如铁路、工业控制、空中交通、电力供应等。
当网络中某台计算机负荷过重时，通过网络和一些应用程序的管理，可以将任务传送给网络中其他计算机进行处理，以均衡工作负荷，减少网络延迟，充分发挥计算机网络中各计算机的作用，提高整个网络的工作效率。这种处理方式称为分布式处理，既方便处理大型任务，减轻计算机负荷，又提高了系统的可用性。
均衡负荷与分布式处理
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提高系统的可靠性
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1.7 计算机网络的分类
1.7.1 计算机网络的分类
计算机网络的分类依据很多，如按通信介质、传输方式、使用对象分类等。下面介绍最常见的3种分类方式。
依据网络覆盖范围的大小分类
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依据网络覆盖范围的大小，可以将计算机网络分为局域网（LAN）、城域网（MAN）和广域网（WAN）。
（1）局域网仅工作在较小的地理范围内，采用单一的传输介质。
（4）局域网组网方便、使用灵活，是目前计算机网络中最活跃的分支。
（2）传统局域网的数据传输速率为10 Mbps～100 Mbps。如今的局域网传输速率更高，可达到1 000 Mbps。
（3）由于数据传输距离短，局域网传输时延低且误码率低。
局域网（local area network，LAN）是指范围在几千米内的办公楼群或校园内的计算机相互连接所构成的计算机网络，广泛应用于连接办公室、校园、工厂及企业的个人计算机或工作站，以利于个人计算机或工作站之间共享资源（如打印机）和数据通信。
局域网具有以下特征：
1.7 计算机网络的分类与应用
1）局域网
广域网（wide area network，WAN）通常跨接很大的地理范围，可以是一个地区、一个省、一个国家甚至全球，其传输速率比局域网低得多。
广域网的典型代表就是Internet，它是世界上发展速度最快、应用最广泛和最大的公共计算机信息网络系统。Internet的出现，使计算机网络从局部到全国进而将全世界连在一起，用户可以利用Internet来实现全球范围的信息查询与浏览、文件传输、语音与图像通信服务、电子邮件收发等功能。
1.7 计算机网络的分类与应用
城域网（metropolitan area network，MAN）所采用的技术与局域网类似，只是规模上更大一些。城域网覆盖范围通常为一个城市，地理范围为几千米至几万米，传输速率在1 Mbps以上。城域网目前多采用光纤或微波作为通信介质。
2）城域网
3）广域网
1.7 计算机网络的分类与应用
依据网络传输介质的不同分类
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计算机网络
根据传输介质的不同，还可以将计算机网络分为两种：有线网和无线网。
1.7 计算机网络的分类与应用
依据网络传输介质的不同分类
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有线网是采用如同轴电缆、双绞线、光纤等有线介质进行传输数据的网络。双绞线网是目前最常见的连网方式，这是因为双绞线价格便宜且安全方便，容易组网，但其传输能力和抗干扰能力一般。光纤网用光纤作为传输介质，因为光纤传输距离长，传输率高。
无线网是采用卫星、微波等无线形式进行数据传输的网络。无线网，特别是无线局域网有很多优点，如易于安装和使用。但无线局域网的数据传输速率远低于有线局域网。另外，无线局域网的误码率也比较高，而且节点之间相互干扰比较厉害。
1）有线网
2）无线网
1.7 计算机网络的分类与应用
依据网络传输技术的不同分类
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在广播式网络中仅使用一条通信信道，该信道由网络上的所有节点共享。在传输信息时，任何一个节点都可以发送数据，并被其他所有节点接收。其他节点根据数据包中的目的地址进行判断，如果是发给自己的则接收，否则便丢弃它。总线型以太网就是典型的广播式网络。
与广播式网络相反，点对点网络由许多互相连接的节点构成，在每对节点之间都有一条专用的通信信道，因此在点对点的网络中，不存在信道共享与复用的情况。当源节点发送数据时，它会根据目的地址，经过一系列中间节点的转发，直至到达目的节点，这种传输技术称为点对点传输，采用这种技术的网络称为点对点网络。
1）广播式网络
2）点对点网络
依据网络传输技术的不同，可以将计算机网络分为两种：广播式网络和点对点网络。

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