操作系统与网络知识

《操作系统与网络知识》由会员分享，可在线阅读，更多相关《操作系统与网络知识（85页珍藏版）》请在装配图网上搜索。

1、 计算机导论计算机导论第第4章章 操作系统与网络知识操作系统与网络知识4.1 操作系统的形成与发展操作系统的形成与发展4.2 操作系统的功能操作系统的功能4.3 操作系统实例操作系统实例4.4 计算机网络概述计算机网络概述4.5 计算机网络体系结构计算机网络体系结构4.6 因特网技术因特网技术4.7 本章小结本章小结 计算机导论计算机导论4.1 操作系统的形成与发展操作系统的形成与发展操作系统概念操作系统概念操作系统的形成操作系统的形成操作系统的发展操作系统的发展操作系统的特征操作系统的特征 计算机导论计算机导论4.1.1 操作系统概念操作系统概念计算机系统计算机系统 硬件子系统硬件子系统中央

2、处理器：运算器中央处理器：运算器/控制器控制器/寄存器。寄存器。存储器：内存存储器：内存/外存。外存。外设：输入设备外设：输入设备/输出设备。输出设备。软件子系统软件子系统系统软件：操作系统系统软件：操作系统/语言翻译程序语言翻译程序/数据库管理系统。数据库管理系统。应用软件：通用应用软件应用软件：通用应用软件/专用应用软件。专用应用软件。计算机导论计算机导论4.1.1 操作系统概念操作系统概念操作系统操作系统操作系统定义操作系统定义管理计算机资源。管理计算机资源。控制程序执行。控制程序执行。提供多种服务。提供多种服务。方便用户使用。方便用户使用。操作系统的目标操作系统的目标方便性方便性/有效

3、性有效性/开放性。开放性。可靠性可靠性/可扩充性可扩充性/可移植性。可移植性。计算机导论计算机导论4.1.2 操作系统的形成操作系统的形成人工操作人工操作用穿孔机将编写好的程序及相应的数据穿孔在纸带用穿孔机将编写好的程序及相应的数据穿孔在纸带/卡片卡片上，通过纸带上，通过纸带/卡片机输入计算机。卡片机输入计算机。启动计算机执行程序，通过控制台上的开关、按钮和指启动计算机执行程序，通过控制台上的开关、按钮和指示灯来操作和控制程序的执行。示灯来操作和控制程序的执行。程序执行完并取走计算结果后，下一个用户才能使用该程序执行完并取走计算结果后，下一个用户才能使用该计算机。计算机。高速的高速的CPU绝大

4、部分时间处于等待慢速的手工操作和外绝大部分时间处于等待慢速的手工操作和外设运行，计算机资源得不到有效利用。设运行，计算机资源得不到有效利用。计算机导论计算机导论4.1.2 操作系统的形成操作系统的形成批处理操作系统批处理操作系统单道批处理系统单道批处理系统把一批作业放入外存把一批作业放入外存,但一次只调用一道作业进人内存运行。但一次只调用一道作业进人内存运行。作业是指用户在一次数据处理中要求计算机所做的全部工作的总作业是指用户在一次数据处理中要求计算机所做的全部工作的总和，由用户程序、数据和作业说明书组成。和，由用户程序、数据和作业说明书组成。多道批处理系统多道批处理系统从外存中把多个作业同时

5、调入内存。从外存中把多个作业同时调入内存。内存中的多个作业可以交替执行，但不能进行人机交互。内存中的多个作业可以交替执行，但不能进行人机交互。一批作业放入外存的方式一批作业放入外存的方式联机方式：在主机控制下进行。联机方式：在主机控制下进行。脱机方式：在外围机控制下进行脱机方式：在外围机控制下进行,进一步提高了主机利用率。进一步提高了主机利用率。计算机导论计算机导论4.1.2 操作系统的形成操作系统的形成分时操作系统分时操作系统把把CPU的时间分成微小的时间片。的时间分成微小的时间片。按时间片轮流为多个终端服务。按时间片轮流为多个终端服务。具有人机对话功能。具有人机对话功能。实时操作系统实时操

6、作系统实时控制系统实时控制系统/硬实时任务。硬实时任务。实时信息系统实时信息系统/软实时任务。软实时任务。计算机导论计算机导论4.1.2 操作系统的形成操作系统的形成通用操作系统通用操作系统同时具备实时同时具备实时/分时分时/批处理功能。批处理功能。按优先级分类处理。按优先级分类处理。UNIX的早期版本是当时通用操作系统的代表。的早期版本是当时通用操作系统的代表。计算机导论计算机导论4.1.3 操作系统的发展操作系统的发展微机操作系统微机操作系统单用户单任务单用户单任务一个用户执行一个程序。一个用户执行一个程序。CP/M,MS-DOS。单用户多任务单用户多任务一个用户可以执行多个程序。一个用户

7、可以执行多个程序。Windows 2000,Windows XP。多用户多任务多用户多任务多个用户可以分别执行多个程序。多个用户可以分别执行多个程序。微机版微机版UNIX和和 Linux.计算机导论计算机导论4.1.3 操作系统的发展操作系统的发展多处理器操作系统多处理器操作系统多处理器系统的优点多处理器系统的优点提高系统的吞吐量和可靠性提高系统的吞吐量和可靠性节省投资节省投资多处理器操作系统分类多处理器操作系统分类主主-从模式：易于实现从模式：易于实现/资源利用率低。资源利用率低。对称模式：资源利用率高。对称模式：资源利用率高。多处理器操作系统实例多处理器操作系统实例SUN公司的公司的Sol

8、aris.AT&T公司的公司的UNIX System V4.0 MP版本。版本。DG公司的公司的DG/UX.计算机导论计算机导论4.1.3 操作系统的发展操作系统的发展网络操作系统网络操作系统网络操作系统的功能网络操作系统的功能网络通信。网络通信。资源管理。资源管理。网络服务。网络服务。网络管理。网络管理。网络操作系统实例网络操作系统实例Windows NT,Windows Server.网络版的网络版的UNIX和和Linux.计算机导论计算机导论4.1.3 操作系统的发展操作系统的发展分布式操作系统分布式操作系统分布式系统分布式系统多个分散的处理单元经网络互连形成。多个分散的处理单元经网络互

9、连形成。每个单元包括处理器和局部存储器。每个单元包括处理器和局部存储器。分布式操作系统分布式操作系统把分布式系统虚拟成一台独立的计算机。把分布式系统虚拟成一台独立的计算机。还没有得到广泛应用的分布式操作系统。还没有得到广泛应用的分布式操作系统。计算机导论计算机导论4.1.3 操作系统的发展操作系统的发展嵌入式操作系统嵌入式操作系统嵌入式计算机嵌入式计算机嵌入到其他设备中。嵌入到其他设备中。控制被嵌入设备的运行。控制被嵌入设备的运行。嵌入式操作系统嵌入式操作系统运行在嵌入式计算机中的操作系统。运行在嵌入式计算机中的操作系统。Windows CE、VxWorks等是常用的嵌入式操作系统。等是常用的

10、嵌入式操作系统。计算机导论计算机导论4.1.4 操作系统的特征操作系统的特征四个基本特征四个基本特征并发性并发性两个或多个事件在同一时间段内发生。两个或多个事件在同一时间段内发生。在一段时间内，可以让多个进程交替地使用在一段时间内，可以让多个进程交替地使用CPU。操作系统负责多个进程之间的执行切换。操作系统负责多个进程之间的执行切换。共享性共享性系统中的资源可供多个并发执行的进程共同使用。系统中的资源可供多个并发执行的进程共同使用。互斥共享方式：对单处理器的访问。互斥共享方式：对单处理器的访问。同时共享方式：对同一磁盘中的访问。同时共享方式：对同一磁盘中的访问。计算机导论计算机导论4.1.4

11、操作系统的特征操作系统的特征四个基本特征四个基本特征虚拟性虚拟性把一个物理实体变成若干个逻辑上的对应物。把一个物理实体变成若干个逻辑上的对应物。通过分时使用的方式实现。通过分时使用的方式实现。异步性异步性进程通常是以进程通常是以断断续续断断续续的方式运行的。的方式运行的。功能上相互独立的进程执行进度也互不相关。功能上相互独立的进程执行进度也互不相关。计算机导论计算机导论4.2 操作系统的功能操作系统的功能处理器管理处理器管理存储器管理存储器管理设备管理设备管理文件管理文件管理网络与通信管理网络与通信管理 用户接口用户接口操作系统功能 计算机导论计算机导论4.2.1 处理器管理功能处理器管理功能

12、总体功能总体功能保证处理器在多个进程之间进行有效的切换保证处理器在多个进程之间进行有效的切换,进程是指程进程是指程序的一次执行过程序的一次执行过程。具体功能具体功能进程控制进程控制创建进程创建进程/撤销进程。撤销进程。控制进程在运行过程中的状态转换。控制进程在运行过程中的状态转换。运行状态运行状态/就绪状态就绪状态/等待状态。等待状态。进程同步：进程同步：协调相互有关的进程的执行。协调相互有关的进程的执行。进程同步方式。进程同步方式。进程互斥方式。进程互斥方式。加锁机制加锁机制/死锁死锁/饥饿。饥饿。计算机导论计算机导论4.2.1 处理器管理功能处理器管理功能具体功能具体功能进程通信进程通信实

13、现相互合作进程之间的信息交换。实现相互合作进程之间的信息交换。通信方式通信方式 直接方式：相互合作的进程处于同一计算机系统时。直接方式：相互合作的进程处于同一计算机系统时。间接方式：间接方式：相互合作的进程处于不同的计算机系统时。相互合作的进程处于不同的计算机系统时。处理器调度处理器调度作业调度：把作业由外存调入内存，现在不再用。作业调度：把作业由外存调入内存，现在不再用。交换调度：内外存之间进程的交换。交换调度：内外存之间进程的交换。进程调度：把处理器分配某个进程让其运行。进程调度：把处理器分配某个进程让其运行。线程技术：一个进程的多个部分可以并发执行。线程技术：一个进程的多个部分可以并发执

14、行。计算机导论计算机导论4.2.2 存储器管理功能存储器管理功能总体功能总体功能方便用户使用存储器，提高存储器的利用率，从方便用户使用存储器，提高存储器的利用率，从逻辑上扩充内存。逻辑上扩充内存。具体功能具体功能 内存分配内存分配分配方式：静态分配分配方式：静态分配/动态分配。动态分配。分配功能：内存分配分配功能：内存分配/内存回收内存回收/内存分配记录。内存分配记录。内存保护内存保护设置界限寄存器。设置界限寄存器。确保每道用户程序都在自己的内存空间中运行。确保每道用户程序都在自己的内存空间中运行。计算机导论计算机导论4.2.2 存储器管理功能存储器管理功能具体功能具体功能 地址映射地址映射将

15、地址空间中的逻辑地址转换为内存空间中与之对应将地址空间中的逻辑地址转换为内存空间中与之对应的物理地址。的物理地址。程序的相对地址范围称为地址空间。程序的相对地址范围称为地址空间。内存中的物理地址范围称为内存空间。内存中的物理地址范围称为内存空间。内存扩充内存扩充把外存虚拟成内存。把外存虚拟成内存。请求调入部分程序功能。请求调入部分程序功能。程序置换功能。程序置换功能。计算机导论计算机导论4.2.3 设备管理功能设备管理功能总体功能总体功能分配分配I/O设备设备,提高提高CPU和和I/O设备的利用率设备的利用率,提高提高I/O速度速度,方便用户使用方便用户使用I/O设备。设备。具体功能具体功能

16、缓冲管理缓冲管理设置缓冲区以缓和设置缓冲区以缓和CPU和和I/O速度不匹配的矛盾。速度不匹配的矛盾。单缓冲区单缓冲区/双缓冲区双缓冲区/公共缓冲池。公共缓冲池。设备分配设备分配根据用户的根据用户的I/O请求请求,为之分配所需的设备。为之分配所需的设备。计算机导论计算机导论4.2.3 设备管理功能设备管理功能具体功能具体功能 设备处理设备处理通过设备驱动程序实现通过设备驱动程序实现CPU和设备控制器之间的通信。和设备控制器之间的通信。虚拟设备虚拟设备把一个物理设备对应成多个逻辑设备把一个物理设备对应成多个逻辑设备,这种逻辑设备称这种逻辑设备称为虚拟设备。为虚拟设备。使一个物理设备能供多个用户共享

17、使用，提高了设备使一个物理设备能供多个用户共享使用，提高了设备的利用率。的利用率。计算机导论计算机导论4.2.4 文件管理功能文件管理功能总体功能总体功能方便用户使用文件并保证文件的安全。方便用户使用文件并保证文件的安全。具体功能具体功能 文件存储空间管理文件存储空间管理存储空间分配存储空间分配-非连续分配方式。非连续分配方式。存储空间回收。存储空间回收。存储空间使用记录。存储空间使用记录。目录管理目录管理为每个文件建立一个目录项。为每个文件建立一个目录项。实现文件的按名存取和快速检索。实现文件的按名存取和快速检索。计算机导论计算机导论4.2.4 文件管理功能文件管理功能具体功能具体功能 文件

18、的读写管理和存取控制文件的读写管理和存取控制读写管理读写管理 从外存中读取数据或将数据写入外存。从外存中读取数据或将数据写入外存。存取控制存取控制 系统级存取控制：设置帐号和口令。系统级存取控制：设置帐号和口令。用户级存取控制：为用户分配存取权限。用户级存取控制：为用户分配存取权限。文件级存取控制：设定文件属性。文件级存取控制：设定文件属性。计算机导论计算机导论4.2.5 网络管理功能网络管理功能总体功能总体功能保证网络功能的正常、高效实现。保证网络功能的正常、高效实现。具体功能具体功能 资源管理资源管理网络资源的共享。网络资源的共享。信息资源的安全性和完整性。信息资源的安全性和完整性。通信管

19、理通信管理通过通信软件完成网络上计算机之间的信息传送。通过通信软件完成网络上计算机之间的信息传送。网络管理网络管理保证网络的安全高效运行。保证网络的安全高效运行。故障管理故障管理/安全管理。安全管理。性能管理性能管理/日志管理日志管理/配置管理。配置管理。计算机导论计算机导论4.2.6 用户接口用户接口方便用户使用操作系统方便用户使用操作系统直接操作：良好的人机界面。直接操作：良好的人机界面。程序开发：方便的系统功能调用方式。程序开发：方便的系统功能调用方式。接口类型接口类型命令接口命令接口联机用户接口联机用户接口脱机用户接口脱机用户接口程序接口程序接口用户程序使用系统功能。用户程序使用系统功

20、能。图形接口图形接口由图标、菜单和对话框组成的可视化操作界面。由图标、菜单和对话框组成的可视化操作界面。计算机导论计算机导论4.3 操作系统实例操作系统实例CP/M操作系统操作系统DOS操作系统操作系统Windows操作系统操作系统UNIX操作系统操作系统Linux操作系统操作系统VxWorks操作系统操作系统 操作系统实例 计算机导论计算机导论4.3.1 CP/M 操作系统操作系统微型计算机的第一个操作系统微型计算机的第一个操作系统诞生于诞生于1974年的年的8位微型机操作系统。位微型机操作系统。主要功能主要功能能够进行文件管理。能够进行文件管理。具有磁盘驱动功能。具有磁盘驱动功能。可以控制

21、磁盘的输入输出。可以控制磁盘的输入输出。可以控制显示器的显示以及打印机的输出。可以控制显示器的显示以及打印机的输出。曾经有多个版本曾经有多个版本CP/M-80/CP/M-86/CP/M-68K.计算机导论计算机导论4.3.2 DOS操作系统操作系统典型的单用户单任务操作系统典型的单用户单任务操作系统 最早的版本是最早的版本是1981年年8月推出的月推出的1.0版。版。在在Windows流行之前，流行之前，DOS一直占据微机操作系一直占据微机操作系统的霸主地位。统的霸主地位。有效地扩充了有效地扩充了CP/M的功能。的功能。增加了许多内部和外部命令。增加了许多内部和外部命令。增强了文件系统的功能。

22、增强了文件系统的功能。我国曾推出基于我国曾推出基于MS-DOS的汉字磁盘操作系统的汉字磁盘操作系统CC-DOS，能够有效处理汉字。，能够有效处理汉字。计算机导论计算机导论4.3.3 Windows操作系统操作系统优秀的单用户多任务操作系统优秀的单用户多任务操作系统Microsoft公司从公司从1983年开始研发年开始研发Windows操作系统。操作系统。1990年推出的年推出的Windows 3.0开始逐步占领微型机操作系统市场。开始逐步占领微型机操作系统市场。从从Windows 95开始，开始，Windows成为个人计算机的主流操作系统。成为个人计算机的主流操作系统。Windows NT是一

23、种面向高端微机的网络操作系统。是一种面向高端微机的网络操作系统。2001年年3月，人版本月，人版本Windows XP问世。问世。2003年年3月，推出月，推出Windows Server 2003网络操作系统。网络操作系统。2006年年11月正式发布月正式发布Windows Vista。根据根据2006年的统计，在桌面计算机操作系统领域，年的统计，在桌面计算机操作系统领域，Windows的市场的市场占有率达到占有率达到95%以上。以上。计算机导论计算机导论4.3.4 UNIX操作系统操作系统典型的多用户多任务型操作系统典型的多用户多任务型操作系统UNIX操作系统起源于美国电报电话公司（操作系

24、统起源于美国电报电话公司（AT&T）贝尔实验室。）贝尔实验室。1971年年UNIX第第1版（版（UNIX V1）正式诞生。）正式诞生。1973年年C语言出现后，用语言出现后，用C语言改写出第语言改写出第3版。版。20世纪世纪70年代中后期，更多人的参与为年代中后期，更多人的参与为UNIX的改进、完善和普及起的改进、完善和普及起了重要作用。了重要作用。从从1977年开始，各公司陆续推出了多种年开始，各公司陆续推出了多种UNIX的商业化版本。的商业化版本。众多众多UNIX版本的出现，促进了版本的出现，促进了UNIX的快速发展和应用普及。的快速发展和应用普及。UNIX开发标准的制定促进了开发标准的制

25、定促进了UNIX的标准化。的标准化。20世纪世纪90年代后，年代后，UNIX开始支持多处理器系统，推出了多处理器操开始支持多处理器系统，推出了多处理器操作系统版本。作系统版本。计算机导论计算机导论4.3.5 Linux操作系统操作系统多用户多任务操作系统多用户多任务操作系统起源于一个大学生的课程设计。起源于一个大学生的课程设计。多人扩充其功能。多人扩充其功能。源码全部开放。源码全部开放。可以在网上自由下载。可以在网上自由下载。多家公司支持多家公司支持IBM/Intel/Oracle/SUN.得到广泛应用得到广泛应用 计算机导论计算机导论4.3.6 VxWorks操作系统操作系统嵌入式操作系统的

26、代表嵌入式操作系统的代表支持各种工业标准支持各种工业标准POSIX,ANSI C,TCP/IP.支持各种实时功能支持各种实时功能快速多任务处理快速多任务处理/中断支持中断支持/抢占式和轮转式调度。抢占式和轮转式调度。应用领域广泛应用领域广泛网络通信网络通信/多媒体设备多媒体设备/消费电子品消费电子品医疗设备医疗设备/交通运输交通运输/工业控制工业控制/航空航天航空航天1999年年12月月3日发射升空的日发射升空的“极地登陆者号极地登陆者号”火星探测火星探测器上，就采用了器上，就采用了VxWorks操作系统。操作系统。计算机导论计算机导论4.4 计算机网络概述计算机网络概述 计算机网络发展历程计

27、算机网络发展历程计算机网络的定义计算机网络的定义计算机网络的分类计算机网络的分类计算机网络的拓扑结构计算机网络的拓扑结构计算机网络的功能和应用计算机网络的功能和应用计算机网络的传输介质计算机网络的传输介质网络计算模式网络计算模式 计算机导论计算机导论4.4.1 计算机网络的发展历程计算机网络的发展历程计算机网络的萌芽阶段计算机网络的萌芽阶段20世纪世纪50年代初期年代初期20世纪世纪60年代中期。年代中期。由一台主机和若干个终端组成。由一台主机和若干个终端组成。终端通过电话网终端通过电话网/调制解调器与主机连接。调制解调器与主机连接。终端主要是键盘和显示器。终端主要是键盘和显示器。美国航空公司

28、与美国航空公司与IBM公司在公司在20世纪世纪60年代初联合年代初联合开发的飞机定票系统开发的飞机定票系统SAVRE-I。计算机导论计算机导论4.4.1 计算机网络的发展历程计算机网络的发展历程计算机网络的发展阶段计算机网络的发展阶段20世纪世纪60年代中期年代中期20世纪世纪70年代中期。年代中期。多台主机互连多台主机互连,实现计算机之间的通信。实现计算机之间的通信。1969年美国国防部建成的年美国国防部建成的ARPAnet实验网。实验网。最初只有最初只有4个结点，以电话线路为主干网络。个结点，以电话线路为主干网络。70年代后期，网络结点超过年代后期，网络结点超过60个，主机个，主机100多

29、台。多台。Internet就是由就是由ARPAnet发展来的。发展来的。资源共享资源共享/分散控制分散控制/分组交换分组交换/分层的网络协议。分层的网络协议。计算机导论计算机导论4.4.1 计算机网络的发展历程计算机网络的发展历程计算机网络的标准化阶段计算机网络的标准化阶段20世纪世纪70年代中期年代中期20世纪世纪80年代末。年代末。国际标准化组织制定了统一的网络标准。国际标准化组织制定了统一的网络标准。1977年，开始标准的制定工作。年，开始标准的制定工作。1984年，公布了开放系统互连参考模型（年，公布了开放系统互连参考模型（OSI/RM）的正式文件。的正式文件。对推动计算机网络理论和技

30、术的发展，对统一网络体对推动计算机网络理论和技术的发展，对统一网络体系结构和协议标准起到了积极的作用。系结构和协议标准起到了积极的作用。促进了计算机网络的广泛应用。促进了计算机网络的广泛应用。计算机导论计算机导论4.4.1 计算机网络的发展历程计算机网络的发展历程计算机网络的快速发展阶段计算机网络的快速发展阶段20世纪世纪80年代末年代末。信息高速公路的建设促进了网络的快速发展。信息高速公路的建设促进了网络的快速发展。提出了新一代互联网研究计划。提出了新一代互联网研究计划。美国的美国的网络研究的全球环境网络研究的全球环境-GENI-GENI。欧盟的欧盟的未来互联网研究和实验未来互联网研究和实验

31、-FIRE-FIRE。我国的我国的中国下一代互联网中国下一代互联网-CNGI-CNGI。计算机导论计算机导论4.4.2 计算机网络的定义计算机网络的定义计算机网络计算机网络自主计算机的互连集合，由通信子网和资源子网自主计算机的互连集合，由通信子网和资源子网两部分构成。两部分构成。资源子网资源子网 由互连的主机或提供共享资源的其他设备组成。由互连的主机或提供共享资源的其他设备组成。提供可供共享的软硬件和信息资源。提供可供共享的软硬件和信息资源。通信子网通信子网 由通信线路和通信设备组成。由通信线路和通信设备组成。负责计算机间的数据传输。负责计算机间的数据传输。计算机导论计算机导论4.4.3 计算

32、机网络的分类计算机网络的分类根据覆盖范围根据覆盖范围个人区域网个人区域网（Personal Area Network，PAN）一般在一般在100米以内的范围。米以内的范围。用于把用于把PDA/手机手机/数码相机等设备与计算机连接。数码相机等设备与计算机连接。一般采用无线连接方式。一般采用无线连接方式。蓝牙是目前流行的个人区域网技术。蓝牙是目前流行的个人区域网技术。计算机导论计算机导论4.4.3 计算机网络的分类计算机网络的分类根据覆盖范围根据覆盖范围局域网局域网（Local Area Network，LAN）覆盖范围一般在几千米以内。覆盖范围一般在几千米以内。传输速率高传输速率高/传输延迟小传

33、输延迟小/误码率低。误码率低。常用的局域网技术常用的局域网技术 令牌环网。令牌环网。光纤分布式数据接口光纤分布式数据接口-FDDI。以太网（以太网（Ethernet）。）。10Mbps/100Mbps以太网。以太网。1000Mbps/10Gbps快速以太网。快速以太网。计算机导论计算机导论4.4.3 计算机网络的分类计算机网络的分类根据覆盖范围根据覆盖范围城域网城域网（Metropolitan Area Network，MAN）覆盖范围在几千米到几十千米。覆盖范围在几千米到几十千米。一般在一个城市的范围内。一般在一个城市的范围内。广域网广域网（Wide Aera Network，WAN）覆范围

34、从几十千米到几千千米。覆范围从几十千米到几千千米。可以覆盖一个地区或一个国家，甚至更大的范围。可以覆盖一个地区或一个国家，甚至更大的范围。计算机导论计算机导论4.4.3 计算机网络的分类计算机网络的分类根据覆盖范围根据覆盖范围 互联网互联网（internet）互连各种网络而形成的网。互连各种网络而形成的网。覆盖范围最广覆盖范围最广/网络规模最大。网络规模最大。最有代表性的互联网是最有代表性的互联网是Internet。基于基于ARPAnet发展起来的互联网称为发展起来的互联网称为Internet。翻译成中文为因特网或国际互联网。翻译成中文为因特网或国际互联网。计算机导论计算机导论4.4.3 计算

35、机网络的分类计算机网络的分类根据传输技术根据传输技术广播式网络广播式网络所有连网计算机都共享一个公共通信信道。所有连网计算机都共享一个公共通信信道。一台计算机可以同时向多台计算机发送数据。一台计算机可以同时向多台计算机发送数据。点对点式网络点对点式网络每条物理线路连接一对计算机。每条物理线路连接一对计算机。根据传输介质根据传输介质有线网：有线网：采用双绞线采用双绞线/同轴电缆同轴电缆/光纤等作为传输介质。光纤等作为传输介质。无线网：无线网：采用微波采用微波/卫星卫星/红外线等作为传输介质。红外线等作为传输介质。计算机导论计算机导论4.4.4 计算机网络的拓扑结构计算机网络的拓扑结构星形结构星形

36、结构连接方式连接方式各工作站点都通过单独的通信线路与中心结点直接连接。各工作站点都通过单独的通信线路与中心结点直接连接。工作站点之间的信息传输需要通过中心结点的转发才能实现。工作站点之间的信息传输需要通过中心结点的转发才能实现。处于中心结点的设备一般是集线器或交换机。处于中心结点的设备一般是集线器或交换机。星形结构的优点星形结构的优点结构简单结构简单/易于维护和扩充易于维护和扩充某个工作站点出现故障不会影响其他结点和全网的工作某个工作站点出现故障不会影响其他结点和全网的工作用双绞线连接的简单局域网多采用这种结构用双绞线连接的简单局域网多采用这种结构星形结构的缺点星形结构的缺点需要的连接线较多需

37、要的连接线较多/连接成本较高。连接成本较高。一旦中心结点出现故障，将导致整个网络瘫痪。一旦中心结点出现故障，将导致整个网络瘫痪。计算机导论计算机导论4.4.4 计算机网络的拓扑结构计算机网络的拓扑结构总线结构总线结构连接方式连接方式所有站点共享同一条通信线路。所有站点共享同一条通信线路。任何一个结点发送的数据都会通过总线传送到每一个结点上。任何一个结点发送的数据都会通过总线传送到每一个结点上。每个站点接收到数据后，分析该数据是否为发给本站点的，若是，每个站点接收到数据后，分析该数据是否为发给本站点的，若是，接收此数据，否则拒绝接收。接收此数据，否则拒绝接收。总线结构的优点总线结构的优点结构简单

38、结构简单/布线容易布线容易/可靠性高可靠性高/易于扩充。易于扩充。节省连接线节省连接线/连接成本较低。连接成本较低。早期的同轴电缆局域网多采用这种结构。早期的同轴电缆局域网多采用这种结构。总线结构的缺点总线结构的缺点故障诊断相对困难。故障诊断相对困难。总线故障会引起整个网络的瘫痪。总线故障会引起整个网络的瘫痪。同一时刻只能有一个结点发送数据，存在总线的使用权争用。同一时刻只能有一个结点发送数据，存在总线的使用权争用。计算机导论计算机导论4.4.4 计算机网络的拓扑结构计算机网络的拓扑结构环形结构环形结构连接方式连接方式所有站点连接在一个封闭的环路中。所有站点连接在一个封闭的环路中。一个站点发出

39、的数据要通过所有的站点，最后回到起始站点。一个站点发出的数据要通过所有的站点，最后回到起始站点。某个站点接收到数据，要把此数据的目标地址与本站点地址进行某个站点接收到数据，要把此数据的目标地址与本站点地址进行比较，相同时才接收该数据。比较，相同时才接收该数据。环形结构的优点环形结构的优点结构简单结构简单/数据在网络中沿环单向传送。数据在网络中沿环单向传送。不存在对中心结点的依赖。不存在对中心结点的依赖。令牌环网采用的就是这种结构令牌环网采用的就是这种结构。环形结构的缺点环形结构的缺点可靠性差可靠性差/故障检测困难。故障检测困难。需要一种控制方法来决定每个结点何时能够发出数据。需要一种控制方法来

40、决定每个结点何时能够发出数据。计算机导论计算机导论4.4.4 计算机网络的拓扑结构计算机网络的拓扑结构树形结构树形结构连接方式连接方式从星形结构演变而来。从星形结构演变而来。各结点按一定的层次连接起来。各结点按一定的层次连接起来。树形结构的优点树形结构的优点可靠性高可靠性高/易于扩充网络结点和分支。易于扩充网络结点和分支。复杂一点的局域网多采用这种结构复杂一点的局域网多采用这种结构。树形结构的缺点树形结构的缺点使用的连接线较多。使用的连接线较多。整个网络对根结点的依赖性大。整个网络对根结点的依赖性大。计算机导论计算机导论4.4.4 计算机网络的拓扑结构计算机网络的拓扑结构网状结构网状结构连接方

41、式连接方式每个结点通过多条链路与其他结点相连。每个结点通过多条链路与其他结点相连。数据从一个结点传输到另一个结点有多条路径可选。数据从一个结点传输到另一个结点有多条路径可选。网状结构的优点网状结构的优点可靠性高。可靠性高。数据传输速度快。数据传输速度快。广域网多采用网状结构。广域网多采用网状结构。网状结构的缺点网状结构的缺点结构复杂结构复杂/连接成本比较高。连接成本比较高。不易管理和维护。不易管理和维护。计算机导论计算机导论4.4.5 计算机网络的功能与应用计算机网络的功能与应用主要功能主要功能资源共享资源共享硬件资源硬件资源/软件资源软件资源/信息资源。信息资源。节约成本节约成本/方便维护管

42、理方便维护管理/方便用户使用。方便用户使用。数据通信数据通信接发电子邮件接发电子邮件/即时通信。即时通信。视频会议视频会议/网络教育网络教育/网上银行。网上银行。协同工作协同工作计算机远程医疗系统计算机远程医疗系统/面向对象软件开发环境。面向对象软件开发环境。计算机导论计算机导论4.4.5 计算机网络的功能与应用计算机网络的功能与应用应用示例应用示例网格计算网格计算通过互联网把分散在不同地理位置、不同类型的物理与逻辑资源通过互联网把分散在不同地理位置、不同类型的物理与逻辑资源以开放和标准的方式组织起来，通过资源共享和动态协调，来解以开放和标准的方式组织起来，通过资源共享和动态协调，来解决不同领

43、域的复杂问题的分布式和并行计算。决不同领域的复杂问题的分布式和并行计算。云计算云计算对于单位用户或个人用户来说，把原本对于单位用户或个人用户来说，把原本 在本地计算机完成的数据存储和数据处在本地计算机完成的数据存储和数据处 理工作更多地通过互联网来进行，有专理工作更多地通过互联网来进行，有专 业的网络公司提供数据存储和数据处理业的网络公司提供数据存储和数据处理 平台。平台。计算机导论计算机导论4.4.6 计算机网络的传输介质计算机网络的传输介质有线传输介质有线传输介质双绞线电缆双绞线电缆-Twisted Pair Cable 由螺旋状相互绞合在一起的两根绝缘铜线组成双绞线。由螺旋状相互绞合在一

44、起的两根绝缘铜线组成双绞线。线对绞合在一起可以减少相互之间的电磁辐射干扰。线对绞合在一起可以减少相互之间的电磁辐射干扰。将多对双绞线封装于绝缘套里做成双绞线电缆。将多对双绞线封装于绝缘套里做成双绞线电缆。广泛地应用于局域网中。广泛地应用于局域网中。传输距离不超过传输距离不超过100米。米。非屏蔽双绞线。非屏蔽双绞线。屏蔽双绞线。屏蔽双绞线。计算机导论计算机导论4.4.6 计算机网络的传输介质计算机网络的传输介质有线传输介质有线传输介质同轴电缆同轴电缆-Coaxial Cable 由同轴的内外两个导体组成。由同轴的内外两个导体组成。内导体是一根金属线。内导体是一根金属线。外导体是是由细金属线编织

45、成的网状结构。外导体是是由细金属线编织成的网状结构。内外导体之间有绝缘层。内外导体之间有绝缘层。光缆光缆-Fiber Optical Cable 光纤是能传导光波的石英玻璃纤维。光纤是能传导光波的石英玻璃纤维。光纤外加保护层构成光缆。光纤外加保护层构成光缆。一根光缆中可包括数十至数百根光纤。一根光缆中可包括数十至数百根光纤。容量大容量大/传输速率高传输速率高/传输距离长传输距离长/抗干扰能力强。抗干扰能力强。计算机导论计算机导论4.4.6 计算机网络的传输介质计算机网络的传输介质无线传输介质无线传输介质通过空间传输，不需要架设或铺埋电缆或光缆。通过空间传输，不需要架设或铺埋电缆或光缆。常用的无

46、线传输介质。常用的无线传输介质。微波微波/卫星。卫星。无线介质的优点无线介质的优点受地理位置的限制较小。受地理位置的限制较小。使用方便。使用方便。无线介质的缺点无线介质的缺点容易受到障碍物和天气的影响。容易受到障碍物和天气的影响。计算机导论计算机导论4.4.7 网络计算机模式网络计算机模式分时共享模式分时共享模式多个终端通过分时的方式共享使用主机。多个终端通过分时的方式共享使用主机。所有的计算任务和数据管理任务都集中在主机上。所有的计算任务和数据管理任务都集中在主机上。早期的终端一般只是键盘早期的终端一般只是键盘/显示器等输入输出设备。显示器等输入输出设备。现在的终端大多是一台独立的计算机。现

47、在的终端大多是一台独立的计算机。计算机导论计算机导论4.4.7 网络计算机模式网络计算机模式资源共享模式资源共享模式各终端计算机有一定的计算能力（有各终端计算机有一定的计算能力（有CPUCPU和内存），但没和内存），但没有硬盘或容量很小。有硬盘或容量很小。用户的应用程序和数据保存在文件服务器上。用户的应用程序和数据保存在文件服务器上。应用程序运行时需要先从文件服务器下载到终端计算机，应用程序运行时需要先从文件服务器下载到终端计算机，再在终端计算机上运行。再在终端计算机上运行。服务器一般是一台性能比较高的计算机。服务器一般是一台性能比较高的计算机。计算机导论计算机导论4.4.7 网络计算机模式网

48、络计算机模式客户客户/服务器模式服务器模式客户机是一台能独立工作的计算机。客户机是一台能独立工作的计算机。服务器是高档微机或专用服务器。服务器是高档微机或专用服务器。把计算任务分成服务器部分和客户机部分，分别由服务器和客户机把计算任务分成服务器部分和客户机部分，分别由服务器和客户机完成，数据库在服务器上。完成，数据库在服务器上。客户机接受用户请求，进行适当处理后，客户机接受用户请求，进行适当处理后，把请求发送给服务器。把请求发送给服务器。服务器完成相应的数据处理功能后，把服务器完成相应的数据处理功能后，把 结果返回给客户机，客户机以方便用户结果返回给客户机，客户机以方便用户 的方式把结果提供给

49、用户。的方式把结果提供给用户。计算机导论计算机导论4.4.7 网络计算机模式网络计算机模式浏览器浏览器/服务器模式服务器模式是一种三层结构的分布式计算模式。是一种三层结构的分布式计算模式。客户机只需要一个客户机只需要一个WebWeb浏览器，用户通过浏览器，用户通过WebWeb页面与应用系统交互。页面与应用系统交互。WebWeb服务器充当应用服务器的角色，专门处理业务逻辑，它接受来自服务器充当应用服务器的角色，专门处理业务逻辑，它接受来自WebWeb浏览器的访问请求，访问数据库服务器进行相应的逻辑处理，并浏览器的访问请求，访问数据库服务器进行相应的逻辑处理，并将结果返回给浏览器。将结果返回给浏览

50、器。数据库服务器则负责数据的存储、访问和优化。数据库服务器则负责数据的存储、访问和优化。计算机导论计算机导论4.5 计算机网络体系结构计算机网络体系结构网络体系结构的定义网络体系结构的定义计算机之间相互通信的层次、各层次中的协议和层次之计算机之间相互通信的层次、各层次中的协议和层次之间接口的集合。间接口的集合。协议：控制和管理两个实体间数据传输过程的一组规则协议：控制和管理两个实体间数据传输过程的一组规则和约定。和约定。主要的网络体系结构主要的网络体系结构开放系统互连参考模型。开放系统互连参考模型。TCP/IPTCP/IP参考模型。参考模型。计算机导论计算机导论4.5.1 开放系统互连参考模型

51、开放系统互连参考模型模型的层次组成模型的层次组成应用层应用层：为特定类型的网络应用提供访问：为特定类型的网络应用提供访问OSI环境的手段。环境的手段。表示层表示层：用于处理在两个通信系统中交换信息的表示方式：用于处理在两个通信系统中交换信息的表示方式。会话层会话层：允许不同主机上各进程之间的会话：允许不同主机上各进程之间的会话。传输层传输层：在通信子网的环境中实现端到端的数据传输。：在通信子网的环境中实现端到端的数据传输。网络层网络层：把网络层的协议数据单元：把网络层的协议数据单元 从源站点传输到目的站点。从源站点传输到目的站点。数据链路层数据链路层：将原始的物理连接改造成无差错的、：将原始的

52、物理连接改造成无差错的、可靠的数据传输链路。可靠的数据传输链路。物理层物理层：在传输介质上传输原始的：在传输介质上传输原始的 由由0和和1组成的比特流。组成的比特流。计算机导论计算机导论4.5.2 TCP/IP参考模型参考模型模型的层次组成模型的层次组成应用层应用层：对应于：对应于OSI/RM的会话层、表示层和应用层，提供用户所需的会话层、表示层和应用层，提供用户所需要的各种服务。要的各种服务。传输层传输层：相当于：相当于OSI/RM的传输层，负责在源主机和目的主机的应用的传输层，负责在源主机和目的主机的应用程序间提供端到端的数据传输服务。程序间提供端到端的数据传输服务。互联层互联层：与：与O

53、SI/RM中的网络层对应，负责将报文独立地从源主机传中的网络层对应，负责将报文独立地从源主机传输到目的主机。输到目的主机。网络接口层网络接口层：与：与OSI/RM的物理的物理 层、数据链路层对应，负责将相层、数据链路层对应，负责将相 邻高层提交的邻高层提交的IP报文封装成适合报文封装成适合 在物理网络上传输的帧格式并传在物理网络上传输的帧格式并传 输，或将从物理网络接收到的帧输，或将从物理网络接收到的帧 解封，从中取出解封，从中取出IP报文并提交给报文并提交给 相邻高层。相邻高层。计算机导论计算机导论4.5.3 常用的网络连接设备常用的网络连接设备调制解调器调制解调器一种可以将数字信号转换成模

54、拟信号，也可以将模拟信号转换成数一种可以将数字信号转换成模拟信号，也可以将模拟信号转换成数字信号的网络设备。字信号的网络设备。用于计算机与电话线等模拟线路的连接。用于计算机与电话线等模拟线路的连接。中继器中继器是一种在物理层上互连网段的设备。是一种在物理层上互连网段的设备。具有对信号进行放大具有对信号进行放大/补偿补偿/整形整形/转发的功能。转发的功能。集线器集线器是一种多口的中继器。是一种多口的中继器。在早期的星形网络中用的比较多。在早期的星形网络中用的比较多。计算机导论计算机导论4.5.3 常用的网络连接设备常用的网络连接设备网桥网桥可以进行两个网段之间的数据链路层的协议转换。可以进行两个

55、网段之间的数据链路层的协议转换。用于连接两个或多个局域网。用于连接两个或多个局域网。交换机交换机由输入输出端口以及具有交换数据单元能力的转发逻辑组成。由输入输出端口以及具有交换数据单元能力的转发逻辑组成。在同一时刻可进行多个端口之间的数据传输。在同一时刻可进行多个端口之间的数据传输。连接在其上的网络设备独享全部的带宽。连接在其上的网络设备独享全部的带宽。计算机导论计算机导论4.5.3 常用的网络连接设备常用的网络连接设备路由器路由器为在网络上传送的数据从多条可能的路径中选择一条合适的路径。为在网络上传送的数据从多条可能的路径中选择一条合适的路径。可以实现具有相同或不同类型的网络的互连。可以实现

56、具有相同或不同类型的网络的互连。作用于作用于OSI/RM参考模型的网络层。参考模型的网络层。网关网关是一种作用在应用层（包括传输层）的网络互连设备。是一种作用在应用层（包括传输层）的网络互连设备。用来连接异种网络。用来连接异种网络。网络适配器网络适配器/网卡网卡把网络结点连接到传输介质接口部件。把网络结点连接到传输介质接口部件。网卡的接口有多种类型，便于与不同的传输介质连接。网卡的接口有多种类型，便于与不同的传输介质连接。计算机导论计算机导论4.6 因特网技术因特网技术因特网的发展因特网的发展IPIP地址和域名地址和域名因特网接入方式因特网接入方式因特网服务因特网服务 计算机导论计算机导论4.

57、6.1 因特网的发展因特网的发展国外因特网的发展国外因特网的发展1969年，在美国国防部高级研究计划署的资助下，建立了最初只有年，在美国国防部高级研究计划署的资助下，建立了最初只有4个结点的个结点的ARPAnet。1972年，在首届国际计算机通信会议上首次公开展示了年，在首届国际计算机通信会议上首次公开展示了ARPAnet的的远程分组交换技术，远程分组交换技术，ARPAnet成为现代计算机网络诞生的标志。成为现代计算机网络诞生的标志。1983年，年，TCP/IP协议作为协议作为ARPAnet的标准协议正式启用。的标准协议正式启用。1986年，美国国家科学基金会利用年，美国国家科学基金会利用AR

58、PAnet中使用的中使用的TCP/IP协议，协议，建立了建立了NSFnet。很多大学和研究机构纷纷把自己的局域网并入很多大学和研究机构纷纷把自己的局域网并入NSFnet，NSFnet逐步逐步取代取代ARPAnet成为成为Internet的主干网。的主干网。陆续有多个国家相继建立了自己的主干网，并接入陆续有多个国家相继建立了自己的主干网，并接入Internet。商业组织的介入使商业组织的介入使Internet得以更快发展和更广泛的普及。得以更快发展和更广泛的普及。计算机导论计算机导论4.6.1 因特网的发展因特网的发展中国因特网的发展中国因特网的发展1987年年9月月14日，从中国发出第一封电子

59、邮件：日，从中国发出第一封电子邮件：“Across the Great Wall we can reach every corner in the world.”（越过长城，走向世（越过长城，走向世界），揭开了中国人使用互联网的序幕。界），揭开了中国人使用互联网的序幕。1994年年4月月20日，连入日，连入Internet的的64K国际专线开通，实现了与国际专线开通，实现了与Internet的全功能连接。从此中国被国际上正式承认为真正拥有全功的全功能连接。从此中国被国际上正式承认为真正拥有全功能能Internet的第的第77个国家。个国家。中国接入中国接入Internet的主要网络的主要网络中

60、国公用计算机网中国公用计算机网ChinaNet/宽带中国宽带中国China169。中国科技网中国科技网CSTNet/中国教育科研网中国教育科研网CERNet。截至截至2009年年6月月30日，我国上网用户人数已达日，我国上网用户人数已达3.38亿，居世界第一。亿，居世界第一。计算机导论计算机导论4.6.1 因特网的发展因特网的发展中国教育科研网中国教育科研网CERNet拓扑图拓扑图 计算机导论计算机导论4.6.2 IP地址和域名地址和域名IPIP地址地址连接在连接在InternetInternet上的每台计算机都必须有一个唯一的上的每台计算机都必须有一个唯一的IPIP地址。地址。IPIP地址由

61、两部分组成：网络标识和主机标识。地址由两部分组成：网络标识和主机标识。网络标识确定主机所在的物理网络。网络标识确定主机所在的物理网络。主机标识确定某一物理网络上的一台主机。主机标识确定某一物理网络上的一台主机。每个每个IPIP地址是一个地址是一个3232位的二进制数，可以表示为用小数点分开的的位的二进制数，可以表示为用小数点分开的的4 4个个1010进制整数。进制整数。10100110 01101111 00011001 0010100110100110 01101111 00011001 00101001是一个有效是一个有效的的IPIP地址，可以表示成地址，可以表示成166.111.25.4

62、1166.111.25.41。IPIP地址有地址有3 3种常用格式种常用格式A A类地址：用于特大规模网络。类地址：用于特大规模网络。B B类地址：用于较大规模网络。类地址：用于较大规模网络。C C类地址：用于较小规模网络。类地址：用于较小规模网络。计算机导论计算机导论4.6.2 IP地址和域名地址和域名IPIP地址格式地址格式 0 Netid Hostid 1 0 Netid Hostid 1 1 0 Netid Hostid7bit24bit14bit16bit21bit8bitB类地址A类地址C类地址 计算机导论计算机导论4.6.2 IP地址和域名地址和域名域名域名字符串形式的计算机名，

63、便于记忆。字符串形式的计算机名，便于记忆。域名的层次结构域名的层次结构主机名主机名.组织名组织名.组织类型名组织类型名.国家或地区名。国家或地区名。就是一个域名。就是一个域名。域名系统域名系统将域名翻译成将域名翻译成IPIP地址。地址。域名服务器用于存放域名及对应的域名服务器用于存放域名及对应的IPIP地址。地址。计算机导论计算机导论4.6.2 IP地址和域名地址和域名域名结构域名结构netgovcomedu树根ukmilorgintcnATTIBMDECtsinghuaneteduachbupku 计算机导论计算机导论4.6.3 因特网接入方式因特网接入方式拨号接入拨号接入一种使用电话线接入

64、一种使用电话线接入Internet的方式。的方式。在计算机和电话线之间要连接调制解调器。在计算机和电话线之间要连接调制解调器。拨号方式的优点拨号方式的优点简单方便简单方便/成本低。成本低。拨号方式的缺点拨号方式的缺点网络传输速度比较慢。网络传输速度比较慢。完全占用电话线，上网时不能接打电话。完全占用电话线，上网时不能接打电话。早期个人用户上网用的比较多，逐渐被淘汰。早期个人用户上网用的比较多，逐渐被淘汰。计算机导论计算机导论4.6.3 因特网接入方式因特网接入方式ISDN接入接入也是一种使用电话线接入也是一种使用电话线接入Internet的方式。的方式。相对于拨号接入相对于拨号接入传输速度有了

65、明显的提高。传输速度有了明显的提高。上网的同时可以接打电话或收发传真。上网的同时可以接打电话或收发传真。小单位用户可以使用这种方式。小单位用户可以使用这种方式。xDSL接入接入DSL是以铜质电话线为传输介质的传输技术组合，统称是以铜质电话线为传输介质的传输技术组合，统称为为xDSL。目前，最为常用的是。目前，最为常用的是ADSL技术。技术。小型单位、家庭用户和网吧用这种方式比较多。小型单位、家庭用户和网吧用这种方式比较多。计算机导论计算机导论4.6.3 因特网接入方式因特网接入方式光纤接入光纤接入一种以光缆（光纤）为传输介质的一种以光缆（光纤）为传输介质的Internet接入方式。接入方式。速

66、度快速度快/障碍率低障碍率低/抗干扰性强，不足之处是成本比较高。抗干扰性强，不足之处是成本比较高。目前主要还是用于骨干网和到路边、到小区、到楼宇的目前主要还是用于骨干网和到路边、到小区、到楼宇的连接。一些网吧已改用光纤接入方式。连接。一些网吧已改用光纤接入方式。移动网接入移动网接入基于移动通信技术接入基于移动通信技术接入Internet。适合于流动性使用笔记本的场合，如会议室、广场等。适合于流动性使用笔记本的场合，如会议室、广场等。计算机导论计算机导论4.6.3 因特网接入方式因特网接入方式局域网接入局域网接入一个局域网接入一个局域网接入Internet有两种方式有两种方式通过局域网的服务器、高速调制解调器和电话线路，在通过局域网的服务器、高速调制解调器和电话线路，在TCP/IP软件支持下，把局域网接入软件支持下，把局域网接入Internet，局域网中所有计算机共享，局域网中所有计算机共享一个一个IP地址。地址。另一种方式是通过路由器或交换机在另一种方式是通过路由器或交换机在TCP/IP软件支持下，把局软件支持下，把局域网接入域网接入Internet，局域网中所有计算机都可以有自己的，