第一课 网络的产生、发展、分类、工作模式及其应用

引入

现在网络已经不仅仅是一个时髦的名词。事实上它已经成为人们生活不可缺少的一部分，就象空气和水一样。

学习目标

什么是计算机网络？计算机网络是如何发展而来的？计算机网络有哪些分类？计算机网络能做什么？为什么

要学计算机网络？

学习完本课程，您应该能够：

课程内容

计算机网络定义和发展

计算机网络的分类

计算机网络的应用

案例讲解计算机网络的应用

学习重、难点分析重点：

网络的定义 网络的发展 网络的应用

难点： 网络的分类

计算机网络的定义 网络概念： 用通信线路和通信设备将分布

在不同地点的多台自治计算机系统互相连接起来，按照共同的网络协议 , 共享硬件 , 软件和数据资源的系统。

四个要素： 1 、通信线路和通信设备 2 、有独立功能的计算机 3 、网络软件支持 4 、实现数据通信与资源共享

网络传输信息示意图

计算机网络的发展远程终端联机阶段计算机网络阶段（局域网）计算机网络互联阶段（广域网、 Internet ）信息高速公路阶段（高速，多业务，大数据量）

20 世纪 60 年代早期 面向终端的计算机网络：主机是网络的中心和控制者，终端（键盘和显示器）分布在各处并与主机相连，用户通过本地的终端使用远程的主机只提供终端和主机之间的通信，子网之间无法通信

20 世纪 60 年代中期 多个主机互联，实现计算机和计算机之间的通信。 包括：通信子网、用户资源子网 终端用户可以访问本地主机和通信子网上所有主机的软硬件资源。 20 世纪 70 年代 :ARPANET

20 世纪 70 年代 :ARPANET 1977 年 国际标准化组织 (ISO) 制订：开放体系互联基本参考模型（ OSI ） TCP/IP 协议的诞生： RFC

宽带综合业务数字网：信息高速公路 ATM 技术、 ISDN 、千兆以太网 交互性：网上电视点播、电视会议、可视电话、网上购物、网上银行、网络图书馆等 高速、可视化

发展与分类

第一代计算机网络

50 年代计算机 - 终端

50 年代计算机 - 终端

多机系统

终端

中央主机

终端

前置处理机

终端

中央主机集中器

终端

以单个计算机为中心的远程连机系统，构成面向终端的计算机网络。 (60 年代以前 ) 。

计算机网络发展第一代：远程终端连接 20 世纪 60 年代早期 面向终端的计算机网络：主机是网络的中心和控制

者，终端（键盘和显示器）分布在各处并与主机相连，用户通过本地的终端使用远程的主机

只提供终端和主机之间的通信，子网之间无法通信

代表： 1969年开始运行的美国国防部高级研究计划署的 ARPANET

第二代计算机网络

多个主计算机通过通信线路互连的计算机网络。（ 60 年代中期）。

第二代：计算机网络阶段（局域网） 20 世纪 60 年代中期 多个主机互联，实现计算机和计算机之间的通

信。 包括：通信子网、用户资源子网 终端用户可以访问本地主机和通信子网上所有

主机的软硬件资源。 电路交换和分组交换

计算机网络发展

计算机网络的组成计算机网络在逻辑上可以分为两个子网：资源子网和通信子网

实现网络通信功能的硬件及其软件的集合称为网络的通信子网

实现资源共享功能的硬件及其软件的集合称为资源子网

物理层数据链路层

网络层运输层会话层表示层应用层

物理层数据链路层

网络层运输层会话层表示层应用层

第三代计算机网络

具有统一的网络体系结构，遵循国际标准化协议的计算机网络。 (70 年代末 ) 。

物理层

数据链路层

网络层

运输层

会话层

表示层

应用层

第三代计算机网络

应该做什么

数据采用什么样的方式传输

走哪条路可以到达对方

对方在什么地方

对方是谁

数据表示、加密等特殊处理

计算机之间使用什么连接

70 年代中期局域网

70 年代中期局域网

80 年代局域网迅速发展90 年代网络互连， Internet 崛起

第三代计算机网络

第三代：计算机网络互联阶段（广域网、 Internet ）

1977 年 国际标准化组织 (ISO) 制订：开放体系互联基本参考模型（ OSI/RM ），实现不同厂家生产的计算机之间实现互连

TCP/IP 协议的诞生

计算机网络发展

第四代计算机网络 网络综合化与高速网络。（ 90 年代）。

第四代：信息高速公路（高速，多业务，大数据量）

宽带综合业务数字网：信息高速公路 ATM 技术、 ISDN 、千兆以太网 交互性：网上电视点播、电视会议、可视电

话、网上购物、网上银行、网络图书馆等 高速、可视化

计算机网络发展

具体的网络

计算机网络的发展历史 1969 年，美国国防部高级研究计划管理局（ A

RPA - - Advanced Research Projects Agency ）开始建立一个命名为 ARPAnet 的网络， 把美国的几个军事及研究用电脑主机联接起来。当初， ARPAnet 只联结 4 台主机，从军事要求上是置于美国国防部高级机密的保护之下，从技术上它还不具备向外推广的条件。

1983 年， ARPA 和美国国防部通信局研制成功了用于异构网络的 TCP/IP 协议，美国加利福尼亚伯克莱分校把该协议作为其 BSD UNIX 的一部分，使得该协议得以在社会上流行起来，从而诞生了真正的 Internet 。

1986 年，美国国家科学基金会（ National Science Foundation ， NSF ）利用 ARPAnet 发展出来的 TCP/IP 的通讯协议，在 5 个科研教育服务超级电脑中心的基础上建立了NSFnet 广域网。

计算机网络的发展历史 在 90年代以前， Internet 的使用一直仅限于研究与学术领域。商业性机构进入 Internet 一直受到这样或那样的法规或传统问题的困扰。事实上，象美国国家科学基金会等曾经出资建造Internet 的政府机构对Internet 上的商业活动并不感兴趣。1991 年，美国的三家公司分别经营着自己的CERFnet 、PSInet 及 Alternet 网络， 可以在一定程度上向客户提供Internet 联网服务。他们组成了“商用 Internet 协会”（CIEA ），宣布用户可以把它们的 Internet 子网用于任何的商业用途 。

Internet普及化 Internet 目前已经联系着超过 160个国家和地区、 4万多个子网、 500多万台电脑主机，直接的用户超过 4000万，成为世界上信息资源最丰富的电脑公共网络。 Internet被认为是未来全球信息高速公路的雏形。

网络的发展过程

序号 时间 特点

第一代 1954 年 面向终端

第二代 1969 年 强调整体性

第三代 1977 年 OSI 模型的提出

第四代 20 世纪 90 年代 综合化、高速化

网络的分类按覆盖范围分：

局域网 LAN （作用范围一般为几米到几十公里）

城域网 MAN （界于 WAN 与 LAN 之间） 广域网 WAN （作用范围一般为几十到几千公里）

按网络的覆盖范围分类 局域网

局域网（ LAN ）的覆盖范围从几米到几千米，数据传输速率一般在 10M 以上。

按网络的覆盖范围分类

城域网（ MAN ）的覆盖范围从几千米到几十千米。

城域网

按网络的覆盖范围分类广域网

广域网（ WAN ）的覆盖范围可以是几十千米，也可以延伸到星际。数据传输速率为几 Kbps 到几 Gbps 。

按拓扑结构分类总线型环型星型网状

按拓扑结构分类总线型

按拓扑结构分类环型

按拓扑结构分类星型

按交换方式分 :

按信息的交换方式来分： 电路交换 报文交换 报文分组交换。

交换技术 1 电路交换

A

BC

D

发送呼叫信号

传输

1. 交换 2.发送 呼叫信号

传输1. 交换 2.发送 呼叫信号

传输

1. 作出反应 2. 发送回应 信号

1 电路交换

特点 :1. 有通话的建立过程2. 通话建立以后源与目的间有一条专用的通路存在

交换技术

2 报文交换

A D

CB

发送报文

传输 等待 - 发送

传输

等待 - 发送

传输

交换技术

报文交换 不需要在两个站点之间建立一条专用通路

系统带宽 报文交换优点

线路效率较高 不需要同时使用发送器和接收器 可以把一个报文发送到多个目的地 能够建立报文的优先权 报文交换网可以进行速度和代码的转换

发送队列

西安

成都

接收转发

目标信息

2 报文交换

传输延迟

A B C D

特点 :1. 无呼叫建立 和专用通路 2. 存储 - 转发 式的发送技术

交换技术

3 分组交换 交换技术

分组交换

5

12

34

8

67

9

1011

12

13

14

1516

1718

1920

3 分组交换

特点 :1. 无呼叫建立和专用通路 2. 存储 - 转发式的发送技术 3. 将数据分成有大小限制 的分组后发送

交换技术

三种交换技术对比：（ A. 电路交换， B. 报文交换， C. 分组交换）

A. 存在呼叫建立；专有线路上不传送数据时浪费资源

B. 没有呼叫建立；只有发送数据时才占用线路

C. 除了 B 的特点外，在接收分组时可以发送下一个分组

对线路的利用率

交换技术

三种交换技术对比 :

A: 固定的传输速率、会有呼叫阻塞B,C: 能进行速率转换、虽会降速但不会阻塞 可以使用优先级

A: 实时性强B,C: 存在时延和额外开销

交换技术

分类

电路交换  报文交换 分组交换

原理

当你或你的计算机发出一个电话呼叫时，电话系统中的交换设备在你的电话与接收者的电话之间找出一条实际的“铜线”（包括光纤和无线）通路。这种技术叫做电路交换。电话交换分电路建立、通话、拆除电路这样几个过程。

信息以报文为单位，在交换装置控制下先存入缓冲存储器中并进行一些必要的处理，当指定的输出线空闲时，再将数据转发出去。

分组交换与报文交换类似，并不在发送方和接收方之间提前建立实际的铜线连接，而是采用存储转发的方式。只是这里交换的单位为报文分组，即是将长的报文分成若干个报文组。报文分组要进行编号，但并不一定按顺序抵达。

1 ．对等网络模式 在对等网络模式中，相连的机器之间彼此处于同等地位，没有主从之分故又称为对等网络（ Peer to Peer network ）。它们能够相互共享资源，每台计算机都能以同样方式作用于对方。

计算机网络的模式

Networking Enables: Information Sharing

Hardware and Software Sharing

Centralized Administrati

on and Support

2 ．客户机／服务器网络 客户机／服务器网络是一种基于服务器的网络，与对等网络相比，基于服务器的网络提供了更好的运行性能并且可靠性也有所提高。在基于服务器的网络中，不必将工作站计算机的硬盘与他人共享。实际上，如果想与某个人共享一份文件，就必须先将文件拷贝到服务器的硬盘上（或者一开始就在服务器上生成该文件），这样别人才能访问这份文件。共享数据全部都集中存放在服务器上。客户机／服务器的一个典型应用就是数据库的应用。

Client-Server

单机架构读取数据

保存数据

读取数据

保存数据

处理数据

处理数据

客户机 /服务器架构

server

computer

computer2

服务器

工作站

获得结果

发出指令

处理数据

处理结果

网络相对于独立计算机的优势相对于单独的个人计算机而言，所有的网络都可以提供更多的优势。最重要一点是，网络允许多个用户共享设备和数据。共享意味着节约开销。这里的设备和数据通称为网络资源。

同时，网络也允许对硬件和软件进行集中管理。例如保险公司通过网络管理其全球范围的保险业务。

网络出现之前，数据共享处理方式 ( 胶底运动鞋网方式， S n e a k e r n e t ）

最简单的网络形式 目前所使用的网络的最简单形式是少量计算机通过一根电缆连接起来，使用端到端通信。端到端通信使计算机能与电缆中某段上的其他计算机直接通信，并且任何计算机的权限相同。

这种网络方式 称为对等网

基于服务器的局域网包含许多计算机的局域网通常是基于服务器的。在基于服务器的网络中，称为文件服务器的计算机负责为网络中称为客户机的计算机处理数据，并且改善客户机之间的通信。

文件服务器的主要工作是授权客户机共享资源。这种客户机／服务器结构是网络模型的一种术语，又称主从机构。

更复杂的网络示例

基于服务器的网络的更先进之处 可以集中分配基于服务器的网络中每个用户的登录帐号和口令。

可以集中授予单个用户或用户组对多个共享资源 ( 比如数据文件或打印机 ) 的访问权。

服务器是经过优化的，可以更有力地处理重负载任务和处理来自客户机的请求。

由于服务器具有高效的处理能力和更大的存储空间，所以服务器可以连接网络上多台计算机。

局域网和广域网局域网局限于相对小空间，如一幢建筑物、一个办公室内的计算机和其他设备所组成的网络。端到端网络是局域网中的一种简单形式。更为复杂的局域网通常是基于服务器的，并依靠一个中央文件服务器管理资源。

广域网：连接相隔较远的两个或更多局域网的网络。

INTERNET： 一个纵横全球的很复杂且具有扩展性的广域网由于广域网要从比局域网距离远得多的地方传送数据，所以广域网需要的技术和传输介质与局域网稍微有点差别

基于服务器的网络的通用组件所有的基于服务器的网络共享一些公共组件，包括客户机、服务器、工作站、传输介质、协议、编址方案、拓扑结构、网络接口卡、数据包、网络操作系统、主机和节点。

客户机（ Client ）。客户机为网络中请求其他计算机上的资源或服务的计算机。在有些情况下，它也可以充当服务器。术语“客户机”也许会指客户机工作站的使用者。

服务器（ Server ）。网络上管理共享资源的计算机。通常，服务器比客户机拥有更强的处理能力、更多内存和硬盘空间。服务器上运行的网络操作系统不仅可以管理网络上的数据，而且可以管理用户、用户组、安全和应用程序。

工作站（WorkStation ）。工作站是桌面计算机，也许会连接到某网络上，也许没有。大多数客户机是工作站计算机。注意这里的工作站与 SUN Sparc 图形工作站是有区别的。

基于服务器的网络的通用组件－网络接口卡

网络接口卡（ N I C ）：

网络接口卡是使工作站连接到网络，并与网络中其他计算机相互通信的设备。好几家公司（比如 3 C o m 、 I B M 、 I n t e l 、S M C 和 X i r c o m ）都生产网络接口卡。各家生产的网络接口卡规格不一样，但都满足网络和工作站的需求。下图即为一块典型的工作站网络接口卡。

基于服务器的网络的通用组件－网络操作系统

网络操作系统，网络操作系统运行在服务器上，并能使服务器管理数据、用户、用户组、安全、应用程序以及其他网络功能：1 ： DOS ：古董级。命令行，单任务，可是用内存小。

2 ： M i c r o s o f t 的 Windows 2000 Server 、 Windows Server 2003 。图形界面，使用方便，用户群很大，容易盗版。

3 ： N o v e l l 的 N e t Wa r e ：现在用户数较少。

4 ： U N I X ：安全可靠。命令行多，操作复杂。只能运行于工作站（主要是SUN ）

5 ： FreeBSD ：微机版的 UNIX 。可运行于微机上。

6 ： Linux ：微机板的类 Unix 。自由软件、公开源码、内核小、安全可靠。

基于服务器的网络的通用组件 - 主机 节点 拓扑结构

主机。主机为管理共享资源的服务器。

节点。节点是网络中由常称做网络地址的惟一数字标识的客户机、服务器或其他设备。每一个网卡有一个唯一的编号。拓扑结构。拓扑结构指的是计算机网络的物理布局（物理结构）。网络拓扑应根据组织的需求和所拥有的硬件和技术人员的不同而变化。通常，网络组织结构有环形（ Ring ）、总线（ Bus ）或星形（ Star ）。

基于服务器的网络的通用组件 - 网络拓扑结构

协议。协议是网络传输数据的规则。协议保证数据正确地依次从网络中一个节点传送到其他节点。我们熟知的协议有： TCP/IP 、 IPX/SPX。数据包。数据包是从网络上某台计算机传送到其他计算机的分散的数据单元。数据包也被称作数据报、协议数据单元（ P D U ）、帧（ Frame ）或信元（ Cell）。编址。编址是给网络中每台工作站和设备分配惟一标识数字的方案。具体使用何种编址方案依赖于网络协议和网络操作系统。网络中每台计算机都应该有一个惟一的地址（MAC 地址、 IP 地址、节点地址），样才可能保证数据在计算机间可靠地传送。传输介质。传输介质即为真正承载数据流动的介质。可以是有形介质，比如电缆（ Cable ）或电话线，也可以是无线介质，比如无线电波。

基于服务器的网络的其他通用组件

计算机网络的功能数据通信（最基本功能）

电子邮件、网上聊天、网上电话、视频会议等。资源共享 让网络上的用户都能使用网络中的程序、数据、

设备等。提高可用性与可靠性 各机器互为后备 ,均衡负载分布式处理大型问题 - 合适算法 - 共同协作 -降低费用

给你发 E-mail

打印文件mail

共享资源

实现数据传输

分布式数据处理

我的东西丢失了！！

提高可靠性

没关系！

数据通信数据通信

资源共享 (1)

联网前

老王，我要的材料拷好了吗？

快了，只剩下十八张盘了。

资源共享

联网了，既省了软盘也省时间。

联网后

不联网，四台计算机需配四台打印机。

资源共享 (2)

资源共享联网了，节省了三台打印机！

应 用Voice/Data Voice/Data

CollaborationCollaborationE-CommerceE-Commerce Unified Unified

MessagingMessagingE-E-

LearningLearningIP TelephonyIP TelephonyIntelligent Contact Intelligent Contact

ManagementManagement

网络的应用文件打印服务通信服务邮件服务INTERNET 服务管理服务信息点播，如视频点播 (VOD ）远程教学、远程医疗和远程计算电视会议和可视电话监视控制虚拟现实CAD/CAM/CAE办公自动化（ OA ）管理信息系统（ MIS ）

File and Print ServerFile and Print Server

Mail ServerMail Server

网络应用－文件和打印服务网络提供的功能常被称为服务。电子邮件是最常见网络服务，其他服务也同样重要。打印、文件共享、 I n t e r n e t 访问、远程拨入能力、主机通信等都是借助于网络实现的关键商业功能文件服务指使用文件服务器提供数据文件、应用（比如文字处理程序或电子表格）和磁盘空间共享的功能。文件服务是网络的最初应用。文件服务的优点： 1 、迅速 2、安全 3 、只需购买更少的应用程序拷贝 4 、只需购买更少的应用程序拷贝。网络打印服务的优点： 1.使用打印服务来共享网络上的打印机也会节省时间。 2.节约资金

网络应用－通信服务网络通信服务可以使远程用户登录到网络（通常通过电话线以及调制解调器），或者使网络用户登录到网络之外的机器上。

通信服务器也称为“访问服务器”。不管通信服务器运行于何种平台（硬件或操作系统软件），都应能够让外部用户使用网络资源和设备，就好像登录到办公室中工作站一样

通过网络通信服务用户可以：共享打印机上打印文件，登录到 I B M 主机，从内部邮件系统接收邮件，或者对内部数据库进行查询、远程程序调试等。

网络应用－邮件服务

邮件服务基本功能：可以保证网络上的用户间电子邮件的保存和传送。邮件服务其它功能：除提供发送、接收和存储电子邮件的功能外，还可以包含智能的电子邮件路由能力（比如，定时打开邮件，自动转发）、提示、规划、文档管理和到其他邮件服务器的网关（网关是个硬件和软件的整体，能够在两种不同类型的网络间交换数据）

邮件服务运行平台：Windows 、 Unix、 Linux；

邮件服务类型：可以连接到 I n t e r n e t ，也可以隔离在组织内。

常见邮件客户端： OutLook 、 FoxMail 、 Sohu 、 163 等

网络应用－ Internet服务

W W W 服务器（ World Wide Wet ）：如 Windows 的 PWS 、 IIS ， Linux 的 Apache

浏览器（ Browser ）：如 IE 、 Netscape 。文件传输功能： （ FTP ， File Transport Protocol ）： CuteFtp 、浏览器内嵌 FTP

I n t e r n e t 编址模式 ：（ IP 定位、 IP解析）安全过滤：防火墙（天网、金山毒霸、 Norton Antivirus ）。 IP 过滤、防止拒绝攻击、碎片攻击、 BO 、木马等网络病毒以及非法访问和恶毒访问直接登录到 I n t e r n e t 上其他计算机方法：目录访问

Note ： B/S （ Browser/Server ）和 C/S(Client/Server) 方式的区别。

作为全球覆盖面最广的网络， I n t e r n e t 已成为生活和商业活动中不可或缺的工具：

网络应用 - 管理服务 (1)网络管理服务可以集中管理网络，以及简化复杂的网络管理任务。许多组织使用一些专用服务器来完成网络管理的功能，其中的每个服务器仅仅执行一个或两个专项服务：

1 、流量监测和控制

该服务可以测定当前网络或某段网络的流量（即，数据传送和处理活动），并且可以在某段网络超载时提醒管理员。一个网络段是从逻辑上区分的有别于局域网其他部分的一部分局域网，并且共享固定的流量容量。通常，网络规模越大，监测网络流量越重要。

网络应用 - 管理服务2、负载平衡

在整个网络的范围内平均地分配处理活动，以使没有任何一台设备被击垮。对于那些很难预测提交给服务器的请求数量的网络来说（比如Web 服务器），负载平衡尤其重要。

3 、硬件诊断和失效报警

当某网络组件发生故障时，系统自动诊断出来，并通过电子邮件或打印结果自动地把突发情况通知网络管理员。

网络应用 - 管理服务 (2)4 、资产管理

资产管理的任务是收集和存储关于网络中软件和硬件资产（或资源）的数目和类型之类的数据。数据收集过程自动进行，每个网络客户端被在线地检测。过去，这些数据是手工记录得到，然后输入到电子表格的。5 、 许可证跟踪 许可证跟踪可决定网络中当前正在使用某单个应用程序的拷贝数。这种信息对于法律诉讼很重要，因为现在非法软件拷贝和使用的比例日益升高。Windows XP 就采用了网上激活的办法来防止盗版。

网络应用 - 管理服务 6 、安全审计

安全审计可以决定当前正在使用何种安全措施，并且当安全受到侵害时及时通知网络管理员。

7 、软件分发

软件分发指自动地把数据文件和程序从服务器传送到网络中客户端。软件分发可以从服务器开始，也可以从客户机开始分发。当分发软件时可以使用一些选项，比如告诉用户有关软件的更新，把更新写到工作站的系统文件中，以及在更新后重新启动工作站等。

8 、地址管理

地址管理指集中管理整个局域网有限的网络地址。通常，在无需与客户机交互的情况下就可以完成该任务。

网络应用 - 管理服务 (3)

数据备份和数据恢复

该服务指把关键数据文件拷贝（或备份）到安全的存储区域，当原来的文件丢失或被删除时，可以重新恢复（或检索）数据。通常数据备份是按照一定的规则进行的。备份和数据恢复服务集中地管理多个服务器上的数据备份，并且在需要时恢复文件和目录。

归纳总结1) 计算机网络是计算机与通讯技术相结合的产

物；2) 计算机网络可为 LAN 、 WAN 、 MAN ；3) 计算机网络的工作模式为对等、基于服务器

模式和混合模式，对等模式应用于小规模的网络，中小企业网络采用基于服务器模式；

4) 计算机网络可实现文件打印服务、通信服务、邮件服务、 INTERNET 服务、管理服务。

课后作业1) 什么是计算机网络？2) 计算机网络有哪些类别？3) 简述计算机网络的发展史。4) 观察网络机房的有哪些网络设备？

5) 在计算机能够上网的情况下，练习自己所熟悉的操作，并回答互联网能够给我们带来什么样的好处？

Zhenghui_2008@sina.com