计算机网络教程第一章

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1、1*计算机网络计算机网络Computer Networks第第1 1章章计算机网络概论计算机网络概论*3*本章学习要求： 了解：计算机网络的形成与发展过程。掌握：计算机网络的定义与分类方法。掌握：计算机网络的及组成与结构的基本概念。掌握：计算机网络拓扑构型的定义、分类与特点。了解：典型的计算机网络。了解：网络计算研究与应用的发展。 4*1.1 计算机网络的形成与发展20世纪的关键技术是信息技术。信息技术涉及到:信息的收集信息的存储信息的处理信息的传输信息的利用5*1.1 计算机网络的形成与发展 1.1.1 计算机网络发展阶段的划分第一阶段：20世纪50年代数据通信技术的研究与发展 第二阶段：2

2、0世纪60年代ARPAnet与分组交换技术的研究与发展 第三阶段：20世纪70年代网络体系结构与协议标准化的研究 广域网、局域网与分组交换技术的研究与 应用 第四阶段：20世纪90年代Internet技术的广泛应用网络计算技术的研究与发展宽带城域网与接入网技术的研究与发展网络与信息安全技术的研究与发展 6*1.1.2 计算机网络的形成 1946年世界上第一台电子数字计算机ENIAC诞生时， 计算机技术与通信技术并没有直接的联系；20世纪50年代初，由于美国军方的需要，美国半自动 地面防空系统（SAGE）的研究开始了计算机技术与通 信技术相结合的尝试；随着计算机应用的发展，出现了多台计算机互连的

3、需 求，网络用户希望通过网络实现计算机资源共享的目 的；典型的研究成果是ARPAnet。 7*1.1.3 网络体系结构与协议标准化的研究一些大的计算机公司纷纷提出了各种网络体系结构 与网络协议；国际标准化组织（ISO）成立专门委员会研究网络 体系结构与网络协议国际标准化问题；ISO正式制订了开放系统互连参考模型，制定了一 系列的协议标准； 在1969年ARPAnet的实验性阶段，研究人员就开 始了TCP/IP协议雏形的研究；TCP/IP协议的成功促进了Internet的发展， Internet的发展又进一步扩大了TCP/IP协议的影 响。8*1.1.4 Internet的应用与网络计算技术发展

4、 Internet的广泛应用促进了电子商务、电子政务、 远程教育、远程医疗、分布式计算与视频点播的发 展；高速局网络技术发展迅速，Fast Ethernet、 Gigabit Ethernet已开始进入实用阶段，速率为 10Gb/s的Ethernet网正在研究之中；基于光纤与IP技术的宽带城域网与宽带接入网技术 已经成为研究、应用与产业发展的热点问题之一； 网络计算技术已经成为重要的网络应用与研究领域 。9*1.1.5 宽带网络与全光网络技术的研究与发 展 很多国家的政府与企业投入巨额资金，把宽带网络 作为战略产业来发展； 宽带网络在基础设施、网络产品、信息服务等多个 层面上提供了巨大的市场机

5、会，为新的网络服务运 营商提供了发展的空间，从而也带动了网络产业的 结构调整；宽带网络建设的两个关键是宽带骨干网技术和宽带 接入网技术的发展； 全光网会给未来通信网的宽带、容量带来更大地发 展空间。 10*1.2 计算机网络的定义与分类 1.2.1 计算机网络定义的基本内容资源共享观点的定义：以能够相互共享资源的方式互连 起来的自治计算机系统的集合。网络建立的主要目的是实现计算机资源的共享；互连的计算机是分布在不同地理位置的多立的“自 治计算机系统”； 连网计算机在通信过程中必须遵循相同的网络协议。11*1.2.2 计算机网络的分类计算机网络的分类方法主要的是以下两种：根据网络所使用的传输技术

6、分类；根据网络的覆盖范围与规模分类。 12*1. 按网络传输技术进行分类通信信道的类型有两类：广播通信信道；点-点通信信道。相应的计算机网络也可以分为两类：广播式网络 （broadcast networks）；点-点式网络（point-to-point networks）。 13*2. 按网络的覆盖范围进行分类 按覆盖的地理范围进行分类，计算机网络可以分 为以下三类： 局域网（ local area network ， LAN）；城域网（ metropolitan area network ， MAN）；广域网（wide area network ， WAN ）。14*局域网的技术特点 覆盖有

7、限的地理范围，它适用于公司、机关、校园 、工厂等有限范围内的计算机、终端与各类信息处 理设备连网的需求；提供高数据传输速率（10Mb/s10Gb/s）、低 误码率的高质量数据传输环境；一般属于一个单位所有，易于建立、维护与扩展；从介质访问控制方法的角度，局域网可分为共享介质式局域网与交换式局域网两类。15*局域网的应用领域个人计算机局域网大型计算设备群的后端网络存储区域网络办公室与实验室的网络企业与学校的主干网 16*城域网的技术特点城域网是介于广域网与局域网之间的一种高速网络 ；城域网设计的目标是要满足几十公里范围内的大量 企业、机关、公司的多个局域网互连的需求；实现大量用户之间的数据、语音

8、、图形与视频等多 种信息的传输功能；城域网在技术上与局域网相似。17*广域网的技术特点广域网也称为远程网；覆盖的地理范围从几十公里到几千公里；覆盖一个国家、地区，或横跨几个洲，形成国际性 的远程网络；通信子网主要使用分组交换技术；它将分布在不同地区的计算机系统互连起来，达到 资源共享的目的。18*1.3 计算机网络的组成与结构计算机网络要完成数据处理与数据通信两大基本功能 。早期计算机网络主要是广域网，它从逻辑功能上分为 资源子网和通信子网两个部分：资源子网负责数据处理的主计算机与终端；通信子网负责数据通信处理的通信控制处理机与通 信线路。 19*资源子网和通信子网两个部分的结构示意图 20*

9、1.3.1 资源子网的概念资源子网的组成主机 终端 终端控制器外设 软件资源 信息资源 主机（host）大型机、中型机、小型机、工作站或微机 终端（terminal）用户访问网络的界面;终端可以是简单的输入、输出终端，也可以是带有微 处理机的智能终端;终端可以通过主机连入网内，也可以通过终端控制器 、报文分组组装与拆卸装置或通信控制处理机连入网 内。21*1.3.2 通信子网的概念 通信子网由通信控制处理机、通信线路与其他通信 设备组成，完成网络数据传输、转发等通信处理任 务； 通信控制处理机在网络拓扑结构中被称为网络结点 ；通信控制处理机作为与资源子网的主机、终端的连 接的接口，将主机和终端

10、连入网内；通信控制处理机作为通信子网中的分组存储转发结 点，完成分组的接收、校验、存储、转发等功能；早期的ARPA net中，承担通信控制处理机功能的设 备是接口报文处理机（interface message processor，IMP）。 22*1.3.3 现代网络结构的变化随着微型计算机的广泛应用，大量的微型计算机是 通过局域网连入广域网，而局域网与广域网、广域 网与广域网的互连是通过路由器实现的；在Internet中，用户计算机需要通过校园网、企业 网或ISP联入地区主干网，地区主干网通过国家主干 网联入国家间的高速主干网，这样就形成一种由路 由器互联的大型、层次结构的互联网络。 23*

11、由路由器互联的大型、层次结构的互联网络示意图24*1.4 计算机网络的拓扑构型 1.4.1 计算机网络拓扑的定义拓扑学是几何学的一个分支，是从图论演变而来。 拓扑学首先把实体抽象成与其大小、形状无关的点 ，将连接实体的线路抽象成线，进而研究了点、线 、面之间的关系;计算机网络拓扑是通过网中结点与通信线路之间的 几何关系表示网络结构，反映出网络中各实体间的 结构关系;计算机网络拓扑主要是指通信子网的拓扑构型; 拓扑设计对网络性能、系统可靠性与通信费用都有 重大影响。25*1.4.2 计算机网络拓扑的分类1.网络拓扑 按通信子网中通信信道类型分类 通信信道类型：广播信道点-点线路广播信道的特点：一

12、个公共的通信信道被多个网络 结点共享；广播信道通信子网4种基本拓扑构型：总线型 环型树型 无线通信与卫星通信型26*点-点线路的通信子网基本拓扑构型点-点线路的特点： 每条物理线路连接一对结点。点-点线路的通信子网4种基本拓扑构型：星型；环型；树型；网状型。27*1.5 典型计算机网络ARPANETNSFNET InternetInternet228*1.5.1 ARPAnet 1969年11月，实验性的ARPAnet开通；1975年，ARPAnet 已经连入了100多台主机，并且结 束了网络实验阶段，移交美国国防部国防通信局正式运 行；1983年1月，ARPAnet向TCP/IP的转换结束；

13、20 世纪80年代中期，ARPAnet成为Internet的主干 网；1990年，ARPAnet退役。ARPAnet对网络的产生与发展起到重要的影响。 29*1.5.2 NSFnet 1984年NSF决定组建NSFnet；NSFnet采取的是一种层次型结构，分为主干网、 地区网与校园网；1990年NSFnet主干网的传输速率为44.746Mb/s ； 1995年4月1日，NSF和MCI合作创建了NvBS（ very high-speed backbone service） ；vBNS主干网运行的速率范围是从622Mb/s（ OC12）到4.8G b/s（OC48）。 30*1.5.3 Inte

14、rnet 20世纪80年代中期人们开始认识到Internet的重要作 用；20世纪90年代是Internet历史上发展的最快的时期；Internet应用主要有E-mail、WWW、Telnet、FTP 与Usenet等，随着Internet规模和用户的不断增长， Internet上的应用领域也进一步得到开拓； 从用户的角度来看，Internet是一个全球范围的信息资 源网；从网络结构角度看，Internet是一个由路由器互联起来 的大型网际网。31*1.5.4 Internet2 由于Internet的商业化，业务量增多，导致网络性能降 低；1996年10月，一些大学申请建立Internet2

15、，为其成 员组织服务，初始运行速率可达10Gb/s；Internet2可以用于多媒体虚拟图书馆、远程医疗、远 程教学、视频会议、视频点播VOD、天气预报等领域；Internet2在网络层运行的是IPv4，同时也支持IPv6 业务，希望形成下一代Internet的技术与标准；人们希望利用更加先进的网络服务技术，开展全球通信 、数字地球、环境检测预报、能源与地球资源的利用研 究，以及紧急事务的快速反应系统的研究与应用。 32*1.6 网络计算研究与应用的发展 1.6.1 网络计算的基本概念移动计算网络的研究与应用网络多媒体计算的研究与应用网络并行计算的研究与应用存储区域网络的研究与应用 33*“计

16、算”这个词在不同的时代有不同的内涵；20世纪初，图灵设计的第一个理论计算机模型和第 一台电子计算机ENIAC问世，从那时以来，人类开 始进入了计算机计算时代；需求和计算机能力迅速交替上升,而每一次计算能力 的重大进步都会对科学和人类生活带来重大的影响 ；电子邮件、Web服务、电子商务与IP电话己给我们 的生活带来了很多变化，但是这仅仅是一个开始；网络带宽迅速地增长，软件越来越丰富，网络用户 数与日剧增，人们的生活、学习和工作将离不开网 络， 21世纪人类将进入的网络计算时代； 34*网络时代的“计算”已经有了更为广泛的含义；网络将被看作是最强有力的超级计算环境，它包含 了丰富的计算、数据、存储、传输等各类资源，用