计算机网络原理和操作系统cx

第1章1. 1 1.自从有了计算机以来,计算机技术和通信技术已经融合在一起。早在1951年,麻省理工学院的林肯实验室就开始为美国空军设计一种称为SAGE的自动地面防空系统。该系统最终于1963年完成,被认为是计算机与通信技术相结合的先驱。 1950年代初,美国航空和IBM开始共同研究计算机通信技术在民用系统中的应用,飞机预订系统SABRE-I于1960年代初投入使用。 1968年,美国通用电气启用了最大的商业数据处理网络信息服务系统。该系统具有交互式处理和批处理功能。由于地理区域较大,因此可以利用时差来充分利用资源。在这种类型的早期计算机通信网络中,为了提高通信线路的利用率并减轻主机负担,已经使用了多点通信线路,终端集中器和前端处理器。这些技术对计算机网络的未来发展产生了深远的影响。多点线路连接的终端与主机之间的通信建立过程可以通过主机轮询每个终端或将每个终端连接成菊花链来实现。 1966年12月,罗伯茨(Roberts)全面负责ARPA网络的准备工作。经过近一年的研究,罗伯茨选择了一种称为IMP(接口信号处理器,路由器的前身)的技术来解决网络之间计算机兼容性的问题,并首次使用“分组交换”(Packet Switching)作为标准。网络之间的数据传输。

这两项关键技术的结合为ARPA网络奠定了重要的技术基础,创造了一种更高效,更安全的数据传输模式。 1968年,正式启动了一套完整的设计方案。同年,第一套ARPA网络硬件设备问世。 1969年10月,罗伯茨(Roberts)完成了第一个实验,其中一个数据包通过ARPA网络从加州大学洛杉矶分校(UCLA)出发,经过漫长的海岸线到达斯坦福大学。之后,Roberts继续改进ARPA网络技术,从网络协议,操作系统到电子邮件。 1969年12月,互联网的前身,即美国的ARPA网络投入运行。它标志着计算机网络的兴起。该计算机网络系统是分组交换网络。分组交换技术引起了计算机网络的概念,结构和网络设计的根本变化,并为后续的计算机网络奠定了坚实的基础。在1980年代初期,随着个人计算机的推广,陆续引入了基于个人计算机的各种局域网。在此期间,计算机局域网系统的典型结构是共享媒体通信网络平台上的共享文件服务器结构,即为所有联网的个人计算机设置专用的可共享网络文件服务器。每个个人计算机用户的主要任务仍在自己的计算机上运行,​​只有当他们需要访问共享磁盘文件时,他们才可以通过网络访问文件服务器,从而实现计算机网络中计算机之间的协同工作。

由于使用了比PSTN快得多的高速传输介质,例如同轴电缆和光纤,因此大大提高了个人计算机网络访问共享资源的速度和效率。这种基于文件服务器的计算机网络划分了网络中计算机的工作。个人计算机是面向用户的,计算机服务器专用于提供共享文件资源。这形成了客户端/服务器模型。计算机网络系统是一个非常复杂的系统。计算机之间的相互通信涉及许多复杂的技术问题。为了实现计算机网络通信,计算机网络采用解决网络技术问题的分层方法。但是,由于存在不同的分层网络系统架构,因此很难实现其产品之间的互连。因此,在1980年代初期,国际标准化组织(ISO)正式颁布了“开放系统互连基本参考模型” OSI国际标准,该标准对计算机网络体系结构进行了标准化。在1990年代,基于计算机和网络技术的计算机技术,通信技术和计算机网络技术得到了飞速发展。特别是在1993年美国宣布建立国家信息基础设施NII之后计算机网络原理与操作系统,世界上许多国家都制定并建立了自己的NII,这极大地促进了计算机网络技术的发展,并使计算机网络进入了一个新的阶段。当前,已经形成了以美国为核心的全球高速计算机互联网络,即互联网,互联网已成为人类知识最重要,最大的宝库。

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1969年高级研究ARPAARPANET Internet 4项目局,1960年代后期,计算机网络发展的萌芽阶段。该系统也称为终端计算机网络,这是早期计算机网络的主要形式。它通过通讯线将计算机直接连接到多个终端。终端是一台带有外部设备的计算机,包括监视器和键盘,而没有CPU和内存。原理图如图1-1所示。它的主要功能是将小型计算机连接到实验网络中,以提高系统的计算能力和资源共享。第一个远程数据包交换网络称为ARPANET,它是由通信网络和资源网络组成的计算机网络系统的第一个实现。标志着计算机网络的真正出现,ARPANET是这一阶段的典型代表。第二代计算机网络由多个主机通过通信线路互连,以向用户提供服务。主机不是直接通过线路连接的,而是在切换后通过接口消息处理器(IMP)互连的。 IMP及其互连的通信线路负责主机之间的通信任务,从而形成通信子网。通过通信子网互连的主机负责运行程序,提供资源共享并形成资源子网。在此期间,网络的概念是“具有相互独立的功能的计算机的集合,这些相互连接的目的是彼此共享资源”,这构成了计算机网络的基本概念,如图1-2所示。计算机网络互连的标准化是指遵循国际标准的统一网络架构和开放,标准化的网络。

在ARPANET兴起之后,计算机网络发展迅速,主要的计算机公司纷纷推出了自己的网络体系结构以及实现这些结构的软件和硬件产品。由于没有统一的标准,因此很难互连不同制造商的产品。人们迫切需要一个开放,标准化和实用的网络环境。因此,两个最重要的国际体系结构应运而生,即TCP / IP系统。国际标准化组织的结构和OSI系统结构。 2090InternetFDDIATM计算机网络技术是一项快速发展的技术。作为一个技术术语,很难将其定义为数学概念。实际上,国内外各种文件中计算机网络的定义是不一样的。从不同的角度,可以给出不同的定义。简而言之,计算机网络是通过通信线路相互连接的许多独立工作的计算机的集合。这里要强调的是,构成网络的计算机是独立工作的。这是为了将其与多终端分时系统区分开来。从应用的角度来看,只要连接多台具有独立功能的计算机,就可以在计算机之间交换信息并可以共享计算机资源的系统就是计算机网络。从资源共享的角度来看,计算机网络是一组计算机和其他具有独立功能的设备,它们以允许用户彼此通信并共享计算资源的方式相互连接。从技术角度来看,计算机网络是一种网络系统,它通过特定类型的传输介质(如双绞线,同轴电缆和光纤)连接到网络适配器,并受到网络操作系统的监视。

总而言之,计算机网络的概念可以系统地定义为:计算机网络是由多台计算机,终端及其辅助设备组成的组合,它们具有独立的工作能力,使用通信设备和通信线路分布在不同的地理位置。连接在一起,并在网管软件的管理下,实现了资源共享和数据通信的系统。从概念上讲,计算机网络由两部分组成:通信子网和资源子网,如图1-3所示。图中的资源子网由提供共享资源的互连主机或其他设备组成。通信子网负责计算机之间的数据传输。通信子网的地理覆盖范围可以是较小的局部区域,例如建筑物,单元或较大的区域,例如城市,国家或地区德甲竞猜 ,甚至跨边界。除了用于传输信息的物理介质外,通信子网还包括诸如中继器和交换机之类的通信设备。 H线性地址H页面目录页面H页面表H页面HSDTLPT设备UCB通信子页面全局目录条目页面•通过通信子网互连的计算机负责运行处理信息的应用程序。它们是网络中的信息流。这些计算机的源和宿负责为用户提供共享的硬件,软件和信息资源,从而形成资源子网。通过将通信子网和资源子网分隔开来,可以分开计划和管理这两部分,从而简化了整个网络的设计和管理。在短距离本地区域中,一个单元可以同时具有通信子网和资源子网。在远程广域中,通信子网可以归政府部门或电信公司所有,并且对社会开放。

具有计算机资源的单位可以申请访问通信子网,成为计算机网络的成员,并使用网络提供的服务。 1.计算机网络的分类局域网城域网局域网LAN广域网MANWAN 120 Mb / s10002000m城域网也称为城市局域网,它是一个在城市内部建立的计算机网络,可在整个城市中提供信息服务。城域网是广域网和局域网之间的高速网络。它的覆盖范围可以达到数百公里,传输速率范围从64Kb / s到几Gb / s。通常是区域或城市中的局域网。连接形成一个城域网。城域网一般具有以下特点:所使用的传输介质比较复杂,数据传输速率不如局域网,数据传输距离比局域网长,信号容易受到干扰。干扰,网络更复杂,成本也更高。广域网也称为长途网络。它的网络设备分布范围很广计算机网络原理与操作系统,通常范围从几十公里到数千公里。它涉及的地理范围可以是城市,地区,省,国家甚至世界。 WAN是通过传输介质(例如卫星,微波,无线电,电话线,光纤等)连接的国家网络和国际网络。它是全球计算机网络的骨干网络。广域网一般具有以下特点:不受地域限制,传输介质复杂,由于长距离传输,数据传输速率低,容易出错,使用的技术较为复杂,是一种公用网,并且它不属于任何机构或国家/地区。

212-3-32点对点传输网络,点对点传输网络是指计算机或计算机中的点对点数据传输方式。通讯设备。它与广播网络正好相反。在点对点网络中,每条物理线路连接一对计算机。例如,星形网络和环形网络使用该传输方法。 1.计算机网络的组成Internet311Server在计算机网络中,核心组件是服务器。服务器是计算机网络中的一台计算机,它为其他计算机或网络设备提供服务,并根据所提供的服务使用不同的名称命名,例如数据库服务器,邮件服务器等。常用的服务器包括文件服务器,打印服务器服务器,通信服务器,数据库服务器,邮件服务器,信息浏览服务器和文件下载服务器。文件服务器在网络中存储各种文件,运行网络操作系统,并配备有大容量磁盘存储。文件服务器的基本任务是协调和处理来自各种工作站的网络服务请求。通常,影响服务器性能的主要因素包括:处理器的类型和速度,内存容量的大小以及内存通道的访问速度,缓冲容量,磁盘存储容量等。在相同条件下,服务器的性能网络操作系统起着决定性的作用。打印服务器从用户接收打印任务,并将用户的打印内容存储在打印队列中。当任务在队列中时,它将发送打印机进行打印。通信服务器负责网络中每个用户与主机之间的通信以及网络之间的通信。

2Client®3Network InterfaceBoard4®调制解调器,通常称为调制解调器,是一种信号转换设备,可以将计算机中传输的数字信号转换为在通信线路中传输的模拟信号,或者将在通信线路中传输的模拟信号转换为该信号被转换为数字信号。通常,将数字信号转换为模拟信号的过程称为“调制”过程,而将模拟信号转换为数字信号的过程称为“解调”过程。调制解调器的功能是将计算机与公用电话线连接,以便现有网络系统外部的计算机用户可以使用公用电话网络通过拨号访问远程计算机网络系统。 5集线器hub集线器是局域网中常用的连接设备。它具有多个端口,可以连接到多台本地计算机。 6桥接器桥接器(Bridge)也是局域网中常用的连接设备。桥接器(也称为桥接器)是一种存储转发设备,可在链路层实现LAN互连。 •7路由器•路由器是Internet中常用的连接设备。它可以将两个网络连接在一起以形成更大的网络。路由器可以将局域网与Internet互连。 8中继器中继器可用于延长网络的长度。中继器的功能是在长距离传输后重塑和放大信号,而不是检查信号。 2 3计算机网络的拓扑结构是指网络的物理形状,即网络节点的互连方式。

如图1-4所示,常见的网络拓扑包括星形,环形,总线,树形和不规则网络。 (A)星形(b)环(c)总线(d)树(e)网格1星形拓扑由一个中心节点和通过点对点通信链路连接到该中心节点的各个站点组成如图所示在图1-4(a)中。中心节点实施集中式通信控制策略,因此中心节点相当复杂,每个站点的通信处理负担很小。星型网络采用的交换方式是电路交换和消息交换,尤其是电路交换更为普遍。一旦使用这种结构建立了连接通道,就可以在两个连接的站之间无延迟地传输数据。当前流行的专用分支交换(PBX)是星形拓扑的典型示例。星型拓扑具有以下优点:控制简单。在星型网络中,任何站点都仅连接到中心节点,因此介质访问控制方法非常简单,访问协议也非常简单。 •易于故障诊断和隔离。在星型网络中,中央节点可以将连接线一一隔离,以进行故障检测和定位。单个连接点的故障仅影响一台设备,而不会影响整个网络。 •便捷的服务。中央节点可以轻松地向各种站点提供服务或重新配置网络。星形拓扑的缺点:电缆长度和安装工作量很大。由于每个站点都必须直接连接到中央节点,因此需要大量电缆,并且安装和维护的工作量急剧增加。

中央节点的负担较重,并且很可能成为系统瓶颈。一旦中心节点发生故障,整个网络都会受到影响,因此中心节点的可靠性和冗余性非常高。每个站点的分布式处理能力很低。星型拓扑广泛用于网络智能集中在中央节点上的场合。从当前趋势来看,计算机已经从集中式主机系统发展成为功能强大的微型计算机和工作站。在这种情况下,传统星形拓扑的使用有所减少,但以高速交换设备为中心的星形拓扑发展迅速,其应用也越来越广泛。 2环形拓扑结构由站点和连接站点以形成闭合环的通信链路组成,如图1-4(b)所示。每个站都可以从一个链路接收数据,然后沿着环网将数据发送到另一链路。通信链接可以是单向或双向的。数据以数据包形式发送。例如,环上的站A要向站C发送消息。必须先将消息分为几组。除数据外,每个组还需要添加一些控制信息,包括站C.address的控制信息。站A依次将每个数据包发送到环网,并开始沿环网进行传输。站C识别出具有自己地址的数据包后,便在其中复制数据。由于多个设备连接到一个环西甲投注 ,因此需要采用分布式控制策略进行控制。环形拓扑的优点:电缆长度短。环形拓扑网络所需的电缆长度与总线拓扑网络所需的电缆长度相似,但比星形拓扑网络短得多。

添加或减少工作站时,仅需要简单的连接操作。 •可以使用光纤。光纤的传输速率非常高,非常适合环形拓扑的单向传输。环形拓扑的缺点:节点的故障将导致整个网络出现故障。这是因为环上的数据传输通过连接到环的每个节点,并且环中的任何节点故障都将影响整个网络的正常运行。 •故障检测困难。这类似于总线拓扑网络。由于不是集中控制,因此需要在网络上的每个节点上执行故障检测德甲竞猜 ,因此这并不容易。环形拓扑的媒体访问控制协议采用令牌传递的方法。当负载很轻时,信道利用率相对较低。总线拓扑使用共享通道作为传输介质,并且所有站都通过相应的硬件接口直接连接到称为总线的传输介质。任何站点发送的数据信号都沿着传输介质传播,并且可以被所有其他站点接收。总线拓扑如图1-4(c)所示。由于所有站点共享一个公共的传输通道,因此任何时间只有一个站点可以传输数据。在总线拓扑中,通常使用分布式控制策略来确定可以发送哪个站。发送时,发送站将消息划分为数据包,然后逐个发送这些数据包,有时,它会与其他站点的数据包交替在公共通道上传输。当数据包通过每个站点时,其中的目标站点将识别该数据包携带的目标地址,然后复制这些数据包的内容。

总线拓扑的优点:总线结构所需的电缆数量很少。总线结构简单,可被动工作,可靠性高。 •易于扩展,增加或减少用户更加方便。总线拓扑的缺点:总线的传输距离有限,通信范围有限。诊断和隔离故障很困难。分布式协议不能保证信息的及时传输浙江快3 ,并且不具有实时功能。该站点必须具有智能媒体访问控制功能,从而增加了站点的硬件和软件成本。 4®1-4(d)®易于扩展。这种结构可以扩展到许多分支和子分支,并且这些新的节点和新的分支可以轻松地添加到网络中。故障隔离更容易。如果分支的节点或行发生故障,则很容易将发生故障的分支与整个系统隔离开。树形拓扑的缺点是每个节点都过于依赖根节点。如果根节点出现故障,则整个网络将无法正常工作。从这个角度来看,树形拓扑的可靠性有点类似于星形拓扑。 5网络拓扑如图1-4(e)所示。这种结构已广泛用于广域网,其优点是不受瓶颈和故障的影响。由于节点之间连接了许多路径,因此可以选择适当的路由来传输数据流,从而绕过出现故障的组件或繁忙的节点。虽然网状拓扑复杂,成本较高,相应的网络协议也相对复杂,但是由于其可靠性高,在用户中仍然很受欢迎。

上面分析了几种常见网络拓扑的优缺点。无论是局域网还是广域网,在选择其拓扑结构时都需要考虑许多因素。网络必须易于安装且易于扩展。网络的可靠性也是要考虑的重要因素,并且必须易于诊断和隔离故障,以使网络发生局部故障时,主体仍可以正常运行。网络拓扑的选择也将影响传输媒体的选择和媒体访问控制方法的确定。这些因素将影响Internet上每个站点以及网络软件和硬件接口的运行速度。复杂。将多个计算机系统及其位于不同位置的大型终端设备互连在一起,使它们能够相互通信,共享资源并一起工作。这是一个非常复杂的工程设计问题。分解复杂的问题,将它们分解为几个相对独立的子问题,然后“分而治之”以一种方式一一解决,这是一种结构化的设计方法,是软件工程设计中经常使用的方法。当然,诸如计算机网络之类的复杂系统的设计也不例外。计算机网络体系结构使用分层结构。分层的系统结构是根据其实现的功能将系统分为几层。最低层是系统中最基本的功能模块,也是完成系统功能的最基本部分。它为其邻近的更高层提供服务。层次结构中的每一层都直接使用其下层提供的服务,完成其自己确定的功能,然后向其上层提供“增值”服务。分层的系统结构使系统的功能逐层增强和完善,最终完成了系统需要完成的功能。分层结构的优点是使每一层都能实现相对独立的功能,并且每一层都不需要知道下一层功能实现的细节。只要您知道较低层通过中间层接口提供的服务以及该层应提供的向上服务,就可以独立设计和开发该层。另外,由于每一层都相对简单和独立,因此易于设计,实现,维护,修改和扩展,这也增加了系统的灵活性。

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