计算机网络及应用Computer Network and Application

清华大学自动化系 吴秋峰 wqf-dau@tsinghua.edu.cn

张佐 zhangz@mail.tsinghua.edu.cn

戴琼海 qhdai@tsinghua.edu.cn2002 年

计算机网络及应用课程介绍一、 课程名称：计算机网络及应用 学时： 49 学分： 3

二、 课程设置目的学习计算机网络基础知识，掌握网络基本技术，提高网络方面的自学能力。以自动化应用的角度为主。三、 教学内容       计算机网络的基本概念：内涵、定义、标准化        数据通信基础：指标、介质、编码、交换        计算机网络体系结构与协议： OSI ， TCP/IP

        局域网络： IEEE 802 ， MAC ，网络互联。以太网组网技术        局域网络操作系统： Windows NT ， Netware ， Unix ， Linux

        控制网络与现场总线技术        因特网、广域网、宽带网、无线网        宽带信息网、广域网与网络发展        网络管理与网络安全        网络应用与网络规划

计算机网络及应用课程介绍 四、 作业、试验、考核：企业网络规划、综述报告、组网试验或参观、作业与思考题、

期末考核五、 参考教材：见大纲六、 相关课程及历次教学情况七、讲员及辅导：吴秋峰、张佐、戴琼海、程朋、叶德建、

田春华等八、课前调研姓名、班号、学号1. 数据通信及计算机网络方面的基础知识2 ．计算机网络的实践（组网、使用等）3 ．对本课程的希望

参考教材• 吴秋峰、张佐等，自动化系统计算机网络，机械工业出版社， 20

01

• 顾尚杰、薛质，计算机通讯网基础，电子工业出版社， 1996

• 张公忠，现代网络技术教程，电子工业出版社， 2000

• Andrew S.Tanenbaum,Computer Networks,3rd Edition,Prentice Hall,1996 （有中译本）

• 黎洪松、裘晓峰，网络系统集成技术及应用，科学出版社， 1999

• 王健，网络互连与系统集成，电子工业出版社， 1996

• 胡道元，信息网络与系统集成技术，清华大学出版社， 1996

参考教材• 谢希仁，计算机网络（第二版），大连理工大学出版社• 吴功宜，计算机网络基础，南开大学出版社， 1996

• 周明天， TCP/IP 原理，清华大学出版社， 1991

• 胡道元，计算机局域网（第二版），清华大学出版社， 1996

• 陈均良，黎连业，计算机网络系统集成与方案实例，机械工业出版社， 2001

• Douglas E.Comer 著，徐良贤等译，计算机网络与互联网，电子工业出版社， 2001

• 吴国新， CIMS 计算机网络，机械工业出版社， 1997

• 网络安全与防火墙技术，清华大学出版社， 2000

第一章 计算机网络概论1 ． 计算机网络应用广泛，学科交叉透彻深入2 ．  计算机网络的定义、发展与功能 （ 1 ）发展：60 年代中：主机——终端70 年代中：专业网、体系结构80 年代中： OSI/RM ， LAN90 年代中： TCP/IP ， Internet

（ 2 ）定义：一般定义，共享资源观点，通信观点，用户透明观点 （ 3 ）功能：通信，分布式处理，资源共享，信息综合服务，学科发

展3 ．   计算机网络的分类 广播网与点到点网；专用网与公用网；局域网 LAN ，城域网

MAN ，广域网 WAN ；通信子网与资源子网；网络拓扑；网络协议；网络应用

第一章 计算机网络概论4 ． 计 算 机 网 络 标 准 化 组 织 ：

ISO ， ITU ， IEEE ， NIST ， IAB

5 ．计算机网络体系结构基本概念（ 1 ）    计算机网络体系结构（ Architectures ）含义（ 2 ）    分层理由与分层原则；服务与协议（ 3 ）    OSI/RM（ 4 ）    TCP/IP Suite（ 5 ）    IEEE 802（ 6 ）    TOP/MAP 

6 ．计算机网络研发的视角（ 1 ）    通信观点（ 2 ）    计算机观点（ 3 ）    自动化应用与控制观点等

信息流层次示意图

企业通信网层次结构

企业分层结构图（ ISO/FA 模型）层次 机构 管理控制范围 职责 基本功能

6 公司级 公司全面管理 完成公司的任务、进行全面管理

公司管理、财务、市场和销售、研究与开发

5 工厂级 计划、生产 实现企业功能，计划和调度生产

产品设计和工艺、厂级生产管理、厂级资源管理、厂级设备管理、厂级产品制造

4 车间部门 分配管理原材料和资源

协调生产和提供作业，获取并分配资源

部门级生产管理、部门级资源管理、部门级设备管理、部门级产品制造、装运发货、废次品处理

3 单元级 协调多台机器的运转和操作

编排和管理车间下发的作业，监督各种支持服务

单元级车间生产

2 工作站级 发送机器工作命令

智慧和协调从车间设备的工作

工作站级车间生产

1 设备级 启动机器 实现对车间设备的各种命令

设备级车间生产

企业网络示例图： WD －CIMS

企业网络示例图： Extranet/Intranet/Fieldbus

计算机网络的功能、定义与发展

• 20世纪 50－ 60 年代：以通信线路连接起来的计算机系统集合，传输信息（通信）为主要目的，广义观点，远程终端控制

• 20世纪 20－ 80 年代初：能共享资源并各自具备独立功能的计算机系统集合，共享资源的观点。

• 20世纪 80 年代中－ 90 年代：因特网发展，分布式系统，广义观点，因特网， Intranet ， ATM…

计算机网络体系结构与协议• 网络体系结构与协议• 开放式系统互联参考模型 OSI/

RM （ Open System Interconnection Reference Model ），合法的标准

• TCP/IP 协议集• MAP/TOP

网络的定义1 ． 广义观点以传输信息为主要目的，用通信线路将多个计算机连接起来的计算机系统的集合，定义为计算机通信网络。

2 ．共享观点以能够相互共享资源的方式连接起来，并且各自具备独立

功能的计算机系统的集合。 3 ．用户透明观点存在着一个能为用户自动管理资源的网络操作系统，可用它调用完成用户任务所需的资源，使得整个网络像一个大的计算机系统一样对用户是透明的。

网络的主要功能1 ．数据通信与分布对象的集中控制与管理；2 ．资源共享功能；3 ．分布处理与均衡负荷的功能；4 ．综合信息服务的功能；5 ．提高计算机的可靠性和可用性；6 ．易于进行分布处理。

网络的拓扑结构

总线型 星型 环型 树型

网络拓扑是指网络的形状，或者是它在物理上的连通性。网络的拓扑结构主要有：总线拓扑、星形拓扑、环形拓扑、树形拓扑、混合形拓扑及网形拓扑等。

拓扑结构

标准化组织1 ． ISO （ International Standards Organization ），国际标

准化组织，为大量科目制定标准；2 ． ITU （ International Telecommunication Union ），国际

电信联盟，主要有三个部门：无线通信部门、电信标准化部门、开发部门。任务是制定电话、电报和数据通信接口的技术建议。

3 ． IEEE （ Institute of Electrical and Electronics Engineers ），电气和电子工程师协会，是世界最大的电类专业组织。

4 ． NIST （ National Institute of Standards and Technology ），美国标准和技术协会，是美国商业部的一个办事机构，制定美国政府购买物品的强制标准。

5 ． IAB （ Internet Activities Board ），因特网活动委员会6 ． IAB （ Internet Architecture Board ），因特网体系结构委员会

计算机网络体系结构的基本概念1 ． 体系结构的基本概念   递阶分层是解决复杂事情的一种哲理    分层的理由及好处： 单个决策能力有限；事物本身的层次性；分解——协调好，则效率高；分层可相对独立；便于标准化……

    分层原则： 层数适中；各层相对独立；界面清晰  计算机网络层次结构模型和各层协议的集合——计算

机网络体系结构    协议与服务 对等层间——协议； 层间——服务 服务访问点，服务原语 除物理层外，对等层间均为虚通信

计算机网络体系结构的基本概念2 ． ISO/OSI 参考模型（ OSI/RM ）开放系统互联参考模型（ Open System Interconnection Reference

Model ） 1982    OSI/RM (ISO 7499) ； GB9387

7 层结构：应用；表示；会话；传输；网络；数据链路；物理合法标准 3 ． TCP/IP 协议集（ TCP/IP Suite ）Transmission Control Protocol and Internet Protocol Suite

4 层结构：应用，传输或服务；网络与路由；网络访问；物理事实上的标准 4 ． IEEE （局域网络）标准 IEEE Standards

IEEE 802 ， 802.1 ， 802.2 ， 802.3 ， 802.4 ， ……， 802.14 概念

• 根据不同层次的抽象分层• 每层应当实现一个定义明确的功能• 每层功能的选择应该有助于制定网络协议的国际标准

• 各层边界的选择应当尽量减小跨国接口的通信量

• 层数应当足够多，以避免不同的功能混杂在同一层次中，但也不能过多，否则体系结构过大

计算机网络体系结构分层原则

OSI各层的功能

应用层

表示层

会话层

传输层

网络层

链路层

物理层

通信子网

面向通信

面向服务

面向应用 应用程序： FTP 、 E-mail 、 Telnet

数据结构表示、数据转换、加密、压缩

进程管理、双工、半双工、单工、断点续发，薄层

为上层提供可靠的数据传输

数据分组、路由选择、差错控制、流量控制

数据组成可发送、接收的帧

传输物理信号、接口、信号形式、速率

OSI 与 TCP/IP 的对比

教学方法与教学组织• 教学方法

介绍基本概念及技术，引导自学与调研，组织参观或讲座，探索局域网的规划与关键技术，启发创新思路。

• 作业与研讨：– 企业网络规划– 思考题– 专题研讨