计算机网络课件 第1章：网络概论1

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1、吴功宜 编著计算机网络计算机网络（第（第2 2版）版）1第第1 1章章计算机网络概论计算机网络概论2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 掌握：分组交换技术的基本概念 了解：典型的计算机网络 了解：网络计算研究与应用的发展 31.1 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：20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

2、 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 41.1.2 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。 51.1.3 网络

3、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 订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。61.1.4 Internet的应用与网络计算技术发展 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、分布式计算与多 媒体网络应

4、用的发展； 高速局网络技术发展迅速，Fast Ethernet、 Gigabit Ethernet、 10Gb/s的Ethernet已开始 进入实用阶段，速率为100Gb/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。7基于Web技术的Internet应用的高速发展 搜索引擎应用 P2P应用 播客 podcast 应用 博客 blog 应用 即时通信应用 网络电视应用81.1.5 宽带网络与无线网络技术的研究与发展 20世纪80年代后期提出了城域网MAN的

5、概念； 城域网是以光纤为传输介质，能够提供 高传输速率、支持综合业务数据传输、 覆盖跨度在50公里到100公里的城市范围 ，实现高速宽带传输的数据通信网络； 早期的城域网的首选技术光纤环网，产 品是光纤分布式数据接口FDDI。 9宽带城域网概念的产生 当前城域网的概念泛指网络运营商在城市范 围内提供各种信息服务业务的所有网络； 它是以宽带光传输网为开放平台，以TCP/IP 协议为基础，与运营商的广域计算机网络、 广播电视网、传统电话交换网PSTN互连互通 的本地综合业务网络； 为了满足语音、数据、图像、多媒体应用的 需求，现实意义上的城域网一定是能提供高 传输速率和保证服务质量的网络系统； 传

6、统意义上的城域网扩展到宽带城域网10宽带城域网在网络概念与技术上引起的重大变化 ： 宽带城域网使得传统的局域网、城域网 与广域网在技术上的界限越来越模糊； 宽带城域网使得传统的电信传输网技术 与计算机网络技术的界限越来越模糊； 宽带城域网使得传统的电信服务业务与 Internet应用的界限越来越模糊； 宽带城域网使得电信传输网、计算机网 络与广播电视网的界限越来越模糊。111.2 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

7、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。121.2.2 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分类 根据网络的覆盖范围与规模分类 131. 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） 142. 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）

8、 城域网（ metropolitan area network ， MAN ） 广域网（wide area network ， WAN ）15局域网的技术特点 覆盖有限的地理范围，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。 16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

9、 17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、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。18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。191.3 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

10、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 20资源子网和通信子网结构示意图 21由路由器互联的大型、层次结构的互联网络示意图221.3.1 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，也可以通过通信控制处 理机连入网内。231.3.2 通信子网的概念 早期的ARP

11、A net中，承担通信控制处 理机功能的设备是接口报文处理机IMP ，也就是现在广泛使用的路由器； IMP将主机和终端连入网内； IMP完成分组接收、校验、存储、转发 功能；241.3.3 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 构的网际网的Internet网络结构。 25Internet网络结构示意图261.4

12、 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。271.4.2 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：一个公共的通信信道被多 个网络结点共享； 广播信道通信

13、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28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29点对点线路通信子网的拓扑构型示意图 30课堂练习:当前使用5个路由器连接成为一个 网状网络，每对路由器之间可以设置高 速、中速、低速和无连接四种形式。如 果检测一种拓扑结构需要100ms，那么 检测出所有可能的拓扑结构需要多少时 间？311.5 分组交换技术的基本概念 广域网中的数据交换技术线路交换（circuit exchanging）存储转发（store-and-forward excha

14、nging）交换 存储转发交换技术报文（message exchanging ）报文分组交换（packet exchanging ）32线路交换方式 线路交换是面向连接的服务； 两台计算机通过通信子网进行数据交换之前，首先 要在通信子网中建立一个实际的物理线路连接； 线路交换在数据传输过程中要经过建立连接、数据 传输与释放连接的三个阶段； 线路交换方式的优点是：通信实时性强，适用于交 互式会话类通信； 线路交换方式的缺点是：对突发性通信不适应，系 统效率低，系统不具有存储数据的能力，不能平滑 交通量。 33线 路 交 换 过 程 示 意 图34存储转发交换方式存储转发交换方式与线路交换方式的主

15、要区别： 发送的数据与目的地址、源地址、控制信息按照一 定格式组成一个数据单元（报文或报文分组）进入 通信子网； 通信子网中的结点是通信控制处理机，它负责完成 数据单元的接收、差错校验、存储、路选和转发功 能。 35存储转发方式的优点 由于通信子网中的通信控制处理机可以存储分组， 多个分组可以共享通信信道，线路利用率高； 通信子网中通信控制处理机具有路选功能，可以动 态选择报文分组通过通信子网的最佳路径； 可以平滑通信量，提高系统效率； 分组在通过通信子网中的每个通信控制处理机时， 均要进行差错检查与纠错处理，因此可以减少传输 错误，提高系统可靠性； 通过通信控制处理机可以对不同通信速率的线路进 行转换，也可以对不同的数据代码格式进行变换。 36报文与报文分组 数据通过通信子网传输时可以有报文（ message）与报文分组（packet）两种方式； 报文传输：不管发送数据的长度是多少，都把 它当作一个逻辑单元发送； 报文分组传输：限制一次传输数据的最大长度 ，如果传输数据超过规定的最大长度，发送结 点就将它分成多个报文分组发送。37报文和报文分组结构 由于分组长度较短，在传输出错时，检错容易并且 重发花费的时间较少； 限定分组最大数据长度，有利于提高存储转发结点 的存储空间利用率与传输效率； 公用数