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第1章 计算机网络基础知识 内容提示：本章概括介绍计算机网络的基础知识，涉及计算机网络的概念、系统组成、发展、分类、功能及工作模式；网络拓扑结构、传输介质；网络的体系结构；数据通信技术基础知识等内容。本章是整个课程学习的基础，教学基本要求如下： （1）理解计算机网络的基本概念、系统组成、功能和应用。 （2）了解计算机网络的发展、分类和工作模式。 （3）理解网络拓扑结构、网络传输介质。 （4）理解并掌握网络体系结构。 （5）理解数据通信基础知识。 1.1 计算机网络概述 计算机网络是计算机技术与通信技术相互渗透、密切结合而形成的一门交叉学科。随着计算机网络技术的快速发展和广泛应用，计算机网络已成为人们现代生活的必备工具，无论是学习生活、科学研究还是休闲娱乐，都离不开以计算机为核心的网络。计算机网络对人类社会发展产生了巨大的推动作用。 1.1.1 基本概念 在当今的生活中与“网络”有关的名词铺天盖地，如手机通信网络、广播电视网络、交通指挥网络、人际关系网络，以及网络游戏、网络电视、网络歌手、网络学习、网络聊天等等，那么什么是网络？什么又是计算机网络？ 广义上说网络是现实世界的一种基本现象，是一类物质的关系组合，或是一种意识的联系、分类。如通信网络、电视网、销售网络等就是属于前者；如人际关系网络等属于后者。 计算机网络（Computer Network）是则将分布在不同地理位置具有独立功能的计算机系统，利用通信线路和设备，在网络协议和网络软件的支持下相互连接起来，进行数据通信，进而实现资源共享的系统。 对计算机网络概念可以从以下4个方面理解： （1）建立计算机网络的主要目的是实现资源共享。这里的资源是指硬件资源、软件资源和数据资源等，资源共享是计算机网络的最基本特征。 （2）互连的计算机都是独立的“自治计算机”。计算机网络包含了多台具有“自治”功能的计算机。所谓“自治”是指这些计算机离开计算机网络之后，也能独立地工作和运行。人们通常将这类计算机称为“主机”（Host），在计算机网络中又叫做节点或站点。计算机网络中的共享资源就是分布在这些计算机中的。 （3）计算机之间通信必须遵循共同的网络协议。计算机网络需要使用通信手段，才能把计算机（节点）“有机”连接起来。所谓“有机”的连接是指连接时彼此必须遵循所规定的约定和规则，这些约定和规则称为网络协议。 （4）数据通信是计算机网络应用的基本手段，通过数据通信实现数据传输，它是计算机网络各种服务和资源共享的前提与基础。 1.1.2 基本功能 计算机网络最主要的基本功能是资源共享和数据通信，除此之外还有负载均衡、分布式处理和提高系统安全性与可靠性等功能。 1．资源共享 资源共享是计算机网络的基本功能，其目的是连接到计算机网络中的任何计算机均能够使用网络上的资源，这些资源可以是高性能计算机、大容量磁盘、高性能打印机、高精度图形设备、通信线路、通信设备等硬件设备；也可以是大型专用软件、各种网络应用软件等；还可以是各种形式的数据，包括像文字、数字、声音、图形、图像、视频等形式的数据。这样的好处是既方便了网络用户的使用，又提高软件、硬件和数据的利用效率，有效避免资源重复建设。 2．数据通信 数据通信主要实现计算机网络中计算机系统之间的数据传输，是计算机网络应用的基础，它为网络用户提供强有力的通信手段。通过数据通信使分布在不同地理位置的网络用户之间能够相互通信、交流信息。数据通信是网络实现其它功能的基础，利用网络的通信功能，计算机网络可以传输数据、声音、图像、视屏等多媒体信息，可以发送电子邮件，实现网络视频会议、远程诊断和网上聊天等。 3．负载均衡与分布式处理 负载平衡也称负载共享，是指对系统中的负载情况进行动态调整，以尽量消除或减少系统中各节点负载不均衡的现象。具体实现方法是将过载节点上的任务转移到其它轻载节点上，从而提高系统综合处理效率。 分布处理是指将一个大型的复杂处理任务，在控制系统的统一管理下，将任务分配给网络上多台计算机，每个计算机各自承担同一工作任务的不同部分，进行协同工作，共同处理成同一任务，从而实现一台计算机无法完成的复杂任务。 4．提高系统的可靠性 网络系统中计算机具有互为备份的特性，这样提高了系统的可靠性。也就是说，当某台计算机出现问题，其工作可以由网络上其它计算机承担，不致因单机故障而导致系统瘫痪，同时数据的安全性也得到了保障。 1.1.3 基本组成 从计算机网络的基本组成可以从计算机网络的系统组成（即软硬件系统组成）和计算机网络的逻辑（功能）组成两个角度来认识。计算机网络的系统组成主要包括计算机系统、数据通行系统、网络软件等部分组成；计算机网络的逻辑组成主要包括通信子网和资源子网等两部分组成，因为计算机网络的基本功能是数据通信和资源共享。 1．计算机网络的系统组成 （1）计算机系