高性能计算机网络第1章

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1、Nankai University计算机网络技术教程自顶向下的分析与设计方法吴功宜 吴英 编著1Nankai University第1章 计算机网络概论2Nankai University3主要内容主要内容Nankai University1.1 计计算机网络发络发 展的4个阶阶段（1） 第一阶阶段：计计算机网络络技术术与理论论准备阶备阶 段 时间时间 追溯到20世纪纪50年代； 这这个阶阶段的特点与标标志性成果主要表现现在： 数据通信的研究与技术术的日趋趋成熟，为计为计 算机网络络的形成奠定了技术术基础础； 分组组交换换概念的提出为计为计 算机网络络的研究 奠定了理论论基础础。4Nankai

2、 University计计算机网络发络发 展的4个阶阶段（2） 第二阶阶段：计算机网络的形成从20世纪纪60年代ARPANET与分组组交换换技术术开始； 这这个阶阶段的特点与标标志性成果主要表现现在： ARPANET的成功运行证证明分组组交换换理论论的正确性； TCP/IP协议协议 的广泛应应用为为更大规规模的网络络互联联奠定 坚坚实实的基础础。DNS、E-mail、FTP、TELNET、BBS等应应用展现现了 网络络技术应术应 用的广阔阔前景。5Nankai University计计算机网络发络发 展的4个阶阶段（3） 第三阶阶段：网络络体系结结构的研究大致是从20世纪纪70年代中期开始；

3、这这个阶阶段的特点与标标志性成果主要表现现在： OSI参考模型的研究对网络理论体系的形成与发展，以及在推进网络协议标准化方面起到了重要的推动作用； TCP/IP协议经受了市场和用户的检验，吸引了大量的投资，推动了互联网应用的发展，成为业界事实上的标准。6Nankai University计计算机网络发络发 展的4个阶阶段（4） 第四阶阶段：互联网应用、无线网络与网络安全技术研究 的发展从20世纪纪90年代开始； 这这个阶阶段的特点与标标志性成果主要表现现在：互联联网作为为全球性的网际际网与信息系统统，在当今政治、经济经济 、文化、科研、教育与社会生活等方面发挥发挥 了越来越重要的作用；计计算机

4、网络络与电电信网络络、有线电视线电视 网络络“三网融合”促进进了宽带宽带 城域网概念、技术术的演变变。7Nankai University无线线局域网与无线线城域网技术术日益成熟，已经进经进 入应应用阶阶段，无线线自组组网、无线传线传 感器网络络的研究与应应用受到了高度重视视；对对等（P2P）网络络的研究使新的网络应络应 用不断涌现现 ，成为现为现 代信息服务业务业 新的产业产业 增长长点；随着网络应络应 用的快速增长长，新的网络络安全问题问题 不断出现现，促使网络络安全技术术的研究与应应用进进入高速发发展阶阶段。8Nankai University1.1.2 计计算机网络络的形成与发发展 网

5、络拓扑结构设计思路集中式和非集中式的拓扑构型9Nankai University 分布式网络的拓扑构型10Nankai University分组交换技术的基本设计思路分组交换技术的3个重要的概念： 分组 路由选择 存储转发11Nankai University报文与报文分组12Nankai University报文存储转发与分组存储转发过程的比较13Nankai UniversityARPANET设计设计 思想 通信子网结构与分组交换原理示意图14Nankai UniversityARPANET最早4个结结点的结结构15Nankai UniversityARPANET的主要贡贡献 开展了对计算

6、机网络定义与分类方法的 研究。 提出了资源子网与通信子网的二级网络 结构概念。 研究了分组交换的协议与实现技术。 研究了层次型网络体系结构的模型与协 议体系。 开展了TCP/IP协议与网络互联技术的研 究。16Nankai UniversityTCP/IP协议协议 研究与发发展 ARPANET协议协议 主要包括：主机-主机协议协议 、 源IMP-目的IMP协议协议 、IMP-IMP协议协议 ；17Nankai University 1977年10月，ARPANET研究人员员决定 将初期的TCP分为传输为传输 控制协议协议 （TCP ）与互联联网络协议络协议 （IP）； TCP协议协议 主要用于

7、实现实现 源主机与目的主 机之间间的分布式进进程通信的功能； IP协议协议 主要用于实现实现 分组组通过过通信子网 的路由选择选择 功能。18Nankai University从ARPANET到Internet的发发展过过程19Nankai University1.2 计计算机网络络技术发术发 展的3条主线线 第一条主线是从ARPANET到 Internet； 第二条主线是从无线分组网到无 线自组网、无线传感器网络的无 线网络技术； 第三条主线是网络安全技术。20Nankai University计计算机网络发络发 展的3条主线线21Nankai University第一条主线线：从ARPAN

8、ET到Internet（1） ARPANET的研究奠定互联联网发发展的基 础础，而联联系二者的是TCP/IP协议协议 。 在从ARPANET演变变到互联联网的过过程中 ，强烈的社会需求促进进广域网、城域网 与局域网技术术的研究与应应用的发发展，而 广域网、城域网与局域网技术术的成熟与 标标准化，又加速了互联联网的发发展进进程。22Nankai University第一条主线线：从ARPANET到Internet（2） 与传统传统 的客户户/服务务器（C/S）工作模式不同， 对对等（P2P）工作模式淡化了服务务提供者与服 务务使用者的界限，从而达到进进一步扩扩大网络络 资资源共享范围围和深度，提

9、高网络资络资 源利用率 ，达到信息共享最大化的目的。新的基于P2P网络应络应 用不断出现现，成为为21世纪纪 网络应络应 用重要的研究方向之一。23Nankai University第一条主线线：从ARPANET到Internet（3） 随着互联联网的广泛应应用，计计算机网络络、 电电信网络络与有线电视线电视 网络络从结结构、技术术 到服务领务领 域正在快速地融合，成为为21世 纪纪信息产业发产业发 展最具活力的领领域。24Nankai University 第二条主线线：从无线分组网到无线自组网、无线传感器网络（1） 从是否需要基础设础设 施的角度来看，无线线 网络络可以分为为基于基础设础设

10、 施与无基础设础设 施的两类类。802.11无线线局域网（WLAN ）与802.16无线线城域网（WMAN）属于 需要基础设础设 施的一类类无线线网络络。 无线线自组组网、无线传线传 感器网络络属于不需 要基础设础设 施的另一类类无线线网络络。25Nankai University 第二条主线线：从无线分组网到无线自组网、无线传感器网络（2） 在无线线分组组网的基础础上发发展起来的无线线 自组组网（Ad hoc）是一种特殊的自组织组织 、对对等式、多跳、无线线移动动网络络，它是 军军事、特殊应应用领领域有着重要的应应用前 景。 无线线网状网（WMN）是无线线自组组网在 接入领领域的一种应应用。

11、26Nankai University 第二条主线线：从无线分组网到无线自组网、无线传感器网络（3） 当无线线自组组网技术术日趋趋成熟的时时候，无 线线通信、微电电子、传传感器技术术得到快速 发发展。在军军事领领域中，人们们提出将无线线 自组组网与传传感器技术术相结结合的无线传线传 感 器网络络技术术研究。 无线传线传 感器网络络（WSN）被评评价为为“21 世纪纪最有影响的21项项技术术之一”和“改变变 世界的十大技术术之首”。27Nankai University 第二条主线线：从无线分组网到无线自组网、无线传感器网络（3） 如果说广域网作用是扩大信息社会中资 源共享的范围，局域网是进一步

12、增强信 息社会中资源共享的深度，无线网络增 强人类共享信息资源的灵活性，那么无 线传感器网络将会改变人类与自然界的 交互方式，它将极大地扩展现有网络的 功能和人类认识世界的能力。28Nankai University第三条主线线：网络络安全（1） 人类创造了网络虚拟社会的繁荣，也是 人类制造了网络虚拟社会的麻烦。 现实社会对网络技术依赖的程度越高， 网络安全技术就越显得重要。网络安全 是网络技术研究中一个永恒的主题。 在“攻击防御新攻击新防御”的循环 中，网络攻击技术与网络反攻击技术相 互影响、相互制约，共同发展，这个过 程将一直延续下去。29Nankai University第三条主线线：网

13、络络安全（2） 从当前的发展趋势看，网络安全问题已 超出技术和传统意义上计算机犯罪的范 畴，已发展成为国家之间一种政治与军 事的手段。 各国只能立足于自身，研究网络安全技 术，培养专门人才，发展网络安全产业 ，构筑网络与信息安全保障体系。30Nankai University1.3 计计算机网络络的定义义与分类类计算机网络的定义：以能够相互共享资源的方式 互联起来的自治计算机系统 的集合。31Nankai University计算机网络的基本特征： 计算机网络建立的目的是实现计算 机资源的共享。 互联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”。 联网计算机之间的通信必须遵循共 同

14、的网络协议。32Nankai University1.3.2 计计算机网络络的分类类计算机网络分类的方法： 按网络采用的传输技术分类 按网络覆盖的地理范围分类33Nankai University按传输技术分类 广播通信信道广播网络 点-点通信信道点-点网络34Nankai University按照覆盖的地理范围进行分类局域网 城域网 广域网35Nankai University局域网（LAN）的基本特征 局域网用于将有限范围内（例如一个实 验室、一幢大楼、一个校园）的各种计 算机、终端与外部设备互联成网； 局域网可以分为共享局域网与交换局域 网； 局域网技术发展迅速，应用日益广泛， 是计算机

15、网络中最活跃的领域之一。36Nankai University城域网（MAN）的基本特征 城域网的设计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 域网互联的需求，以实现大量用户之间 的数据、语音、图形与视频等多种信息 的传输。 宽带城域网的概念逐渐取代传统意义上 的城域网。 宽带城域网已经成为目前研究、应用与 产业发展的一个重要领域。37Nankai University广域网（WAN）的基本特征 广域网覆盖的地理范围从几十公里到几 千公里； 广域网可以是覆盖一个国家、地区，或 横跨几个洲； 广域网将分布在不同地区的宽带城域网 或计算机系统互联起来，提供各种网络 服务，实现信息

16、资源共享。38Nankai University1.4 计计算机网络络的拓扑构型计算机网络拓扑的定义： 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 映出网络各实体之间的结构关系； 计算机网络拓扑是指通信子网的拓扑构 型。39Nankai University计算机网络拓扑的分类与特点 基本的网络拓扑：星形、环形、总线形、树形与网状形40Nankai University星形拓扑 在星形拓扑结构中，结点通过点-点通信 线路与中心结点连接； 中心结点控制全网的通信，任何两结点 之间的通信都要通过中心结点； 星形拓扑构型的特点是：结构简单，易 于实现，便于管理。 缺点：网络的中心结点是全网性能与可 靠性的瓶颈。41Nankai University环形拓扑 在环形拓扑结构中，结点通过点-点通信 线路连接成闭合环路；