第1章 计算机网络

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1、计算机网络西安交通大学 计算机教学实验中心1教学内容第1章 引论第2章 数据通信基础知识第3章 计算机网络体系结构第4章 因特网及其应用第5章 网络互联与因特网基础第6章 局域网第7章 广域网第8章 常用网络设备第9章 网络操作系统第10章 网络安全2第1章 引论 本章内容 计算机网络的产生和发展 计算机网络的概念 计算机网络系统的组成 计算机网络的分类31.1 计算机网络的产生和发展 早期的计算机应用模式单机 大、中、小型机庞大，昂贵，资源无法共 享 分散的计算机构成了一个个的信息“孤岛” 计算机网络产生始于20世纪50年代，产生的原因 ： 资源共享的需求（计算能力、外设、软件、数 据） 大

2、型项目的合作（进行工程项目协作） 人与人之间的信息沟通（数据通信）4 从体系结构来观察，计算机网络的发 展可分为三个阶段（三代网络）：1. 以主机为中心的联机终端系统“计算机终端”系统 2. 以通信子网为中心的主机互联分组交换网络 3. 体系结构标准化网络层次化结构，并对每层进行了精确定义51.以主机为中心的联机终端系统 特征：终端(Terminal)共享主机(Host)的软硬件资源 单台主机：执行计算和通信任务 多台终端：执行用户交互 (终端集中器/终端服务器) 连接方式：本地或远程TSTTTTTTHOST通信线路T6 例子：飞机订票系统 HOST(航空公司总部) Terminals(订票点

3、) 通信线路(电话线路) 缺点 主机负荷重数据处理通信 线路利用率低 集中控制方式，可靠性低 改进 终端集中器(近/远距) 前端处理机（Front-End Processor, FEP）， 将通信任务从主机中分离出来72.以通信子网为中心的主机互联 特征 多个终端主机系统互联，形成了多主机互联网 络 网络结构从“主机终端” 转变为“主机主机”HOSTHOSTHOSTTTTTTTTTTT通信线路8主机主机网络的演变 演变阶段1 通信任务从主机中 分离，由通信控制 处理机（CCP）完 成 CCP：处理主机之 间完成通信任务的 专用计算机CCPCCPHOSTHOSTTTTTTTCCPHOSTTT9

4、两层网络概念的出现 由CCP组成的传输网络通信子网，提供 信息传输服务 建立在通信子网基础上的主机集合资源子 网，提供计算资源CCPCCPHOSTHOSTTTTTTTCCPHOSTTTT通信子网10两层网络的概念结构CCCHHH资源子网通信子网在通信子网上可有 多个资源子网，共 享通信子网的服务H H11 演变阶段2 通信子网规模逐渐扩 大 私有社会公用 公用数据通信网 PSTN X.25 优点 降低用户系统建设成本 提高通信线路利用率 兼容性好公用数据 通信网HOSTHOSTTTTTTTHOSTTTT T12 例子 因特网的前身ARPANET 美苏冷战时期由美国军方建立的实验性网 络 最初4

5、个节点20世纪70年代的60多个节 点 地域跨越美洲、欧洲 具有现代网络的许多特征，例如： 分组交换 分层次的网络体系 较为完善的通信协议133. 体系结构标准化网络 为什么需要标准化？ 不同网络设备之间的兼容性和互操作性是推动 网络体系结构的标准化的原动力 而兼容性和互操作性的最终目的仍是资源共享 标准化的时机？ 先制定标准再开发，还是先开发再制定标准？ 各厂商、研究机构、大学在网络技术、方法、 理论等方面的研究日趋成熟是基础14 网络体系结构标准化过程的演变 厂商标准：IBM-SNA，DEC-DNA等 缺点：适用范围：兼容性？技术垄断：竞争？标准不统一：用户利益？ 国际标准（ISO OSI

6、/RM） Open System Interconnection/Recommended Model(开放系统互联参考模型，简称OSI参考模型 ) OSI参考模型是一种概念上的网络模型，规定了网 络体系结构的框架：7个层次 只说明了做什么（What to do），而未规定怎样做 （How to do） 太复杂，几乎没有与之完全符合的网络 事实上的标准：TCP/IP(因特网的骨干协议) 从体系结构上看，它是OSI参考模型的简化（4层 ）154.局域网 始于20世纪70年代 以太网是LAN的主流网络165.因特网时代 Internet NGI Intranet17Internet 因特网的出现标志

7、着网络时代的到来 因特网是全球性的网络 丰富的信息和便利的使用是其规模迅速增长 的主要驱动力 截止到2000年, Internet的规模为 网络数达到105数量级, 主机数达到107数量级, 用户 数达到108数量级，主干速率大于2.5Gb/s18NGI 各国NGI的情况 美国政府资助的“下一代因特网计划”目标是 主干网的速率比现在的因特网高1000倍 端到端的速率要达到100Mb/s10Gb/s 我国的第一个“CNGI”是NSFCNET 我国的“下一代教育科研网”CERNET2 NGI的核心技术 WDM 全光网络19Intranet Intranet 将因特网的构造技术应用于企业的内部网络。

8、 特点 为满足某个企业事业单位自身的需要而建立 基于因特网的技术和工具，采用TCPIP协议 广泛采用WWW的技术 和因特网连接 连接底层的控制网络，管理、优化、监控企业的生产过程 Extranet将内联网的范围延伸扩大，扩大到企业的外部，形成企业 外部网络。 VPN 构建内联网和外联网 206.“三网”融合“三网”融合就是指原先独立设计和运营的传统电信网、计 算机互联网和有线电视网将趋于相互渗透和相互融合。 原因 信号数字化 共同的承载网络 相同的呼叫地址形式 信息资源共享 特征 网络在物理层上是互通的 用户只需一个物理网络连接 在应用层上，各网络之间的业务是相互渗透和交叉的 网络之间的协议要

9、么兼容，要么可以进行无缝转换217.NGNNGN(Next Generation Network)是以软交换为核 心的，能够提供包括语音、数据、视频和多媒体 业务的基于分组技术的综合开放的网络架构。 优势 开放的、分层的网络构架体系 业务与呼叫控制分离、呼叫控制与承载相分离 支持各种业务和用户无拘束的接入 可与现有网络互通 支持移动性 电信级的硬件平台22IT技术变迁预言 摩尔定律（Moores Law） ：集成电路芯片的能 力每18个月提高一倍，而其价格则降低一倍。 贝尔定律（Bells Law）：如果保持计算机能力不 变，微处理器的价格和体积每18个月减小一倍。 网络的价值同网络用户数量的

10、平方成正比。网络 上的n个用户，每个用户都可以共享使用其他用户 的信息，即任何一个用户都可以使用n个用户的信 息，所以网络的价值与n2成正比。 在未来25年，主干网的带宽每6个月增加一倍，其 增长速率远远超过摩尔定律，是芯片增长速率的 三倍。 231.2 计算机网络的概念 计算机网络定义的主要观点： 从应用的观点：以相互共享资源方式连接起 来，且各自具有独立功能的计算机系统的集 合。 从物理的观点：在网络协议的控制下，由若 干台计算机和数据传输设备组成的系统。 观点3：利用各种通信手段，把地理分散的计 算机互联起来，能够互相通信且共享资源的 系统。24 归纳与综合 计算机网络：相互连接的自治计

11、算机的集合 自治：能独立运行，不依赖于其他计算机 “主控从属”类型的系统是计算机网络吗 ？ “主机终端”系统（第一代网络）呢？ 互连：以任何可能的通信连接方式 有线方式：铜线、光纤 无线方式：红外、无线电（微波）、卫星通信网络计算机 系统计算机 系统 25计算机网络与其他类似系统的比较 终端分时系统 各终端分时占用主机资源 终端无计算能力，对主机的依赖性极强 通信主要采用异步串行连接（本地或远程） 多机系统 紧耦合，主机间通信多采用共享存储器、共享 总线等（有的系统也采用高速局域网） 分布式系统26 计算机网络与分布式系统 分布式系统的特点 在分布式OS统一调度下，各计算机 协调工作，共同完成

12、一项任务，如并 行计算。 用户面对的是一台逻辑上的计算机， 组成分布式系统的各计算机怎样协同 工作，对用户透明。 用途主要是科学计算和事务处理。27 计算机网络与分布式系统（续） 计算机网络 非协调性的； 松散耦合的； 各计算机对用户非透明，用户必须指定资 源的位置； 用途主要是资源共享。 分布式系统往往是基于计算机网络来实现的 ： 在因特网中，域名服务系统（DNS)是分布式系统 的一项典型的应用。 分布式数据库系统也需要网络的支持。281.3 计算机网络系统的组成 硬件 网络节点 端节点：计算机 中间节点：交换机、集中器、复用器、路由器、中继 器 通信链路：信息传输的通道 物理：传输介质 逻

13、辑：信道 类比CATV的电缆和频道之间的关系 软件 通信软件（网络协议软件） 网络操作系统 网络管理/安全控制软件、网络应用软件291.4 计算机网络的分类n按地域范围分类 局域网(Local Area Network ， LAN) 范围：小，20km 传输技术：基带，10Mb/s1000Mb/s，延迟低，出错率低（ 10-11） 拓扑结构：总线，环 城域网(Metropolitan Area Network ， MAN) 范围：中等，100km 传输技术：宽带/基带 拓扑结构：总线 广域网(Wide Area Network ， WAN) 范围：大，100km 传输技术：宽带，延迟大，出错率

14、高 拓扑结构：不规则，点到点 30n按拓扑结构分类 星形 有一个中心节点， 其他节点与其构成 点到点连接 树形 一个根节点、多个 中间分支节点和叶 子节点构成星形拓扑树形拓扑31n按拓扑结构分类（续） 总线型 所有节点挂接到一 条总线上，广播式 信道 需要有介质访问控 制规程以防止冲突 环形 所有节点连接成一 个闭合的环，节点 之间为点到点连接总线型拓扑环形拓扑32n按拓扑结构分类（续） 全连接 点到点全连接，连接数 随节点数的增长迅速增 长（N(N1)/2），使建 造成本大大提高，只适 用于节点数很少的广域 网中 不规则（网状） 点到点部分连接，多用 于广域网，由于连接的 不完全性，需要有交

15、换 节点不规则拓扑全连接拓扑33按通信传播方式分类： 点对点传输方式的网络：由一对对机器 间的多条传输链路构成。 信源与信宿之间的通信需经过一台和多台 中间设备进行传输。 网状、环形、树形、星形 广播方式网络：一台计算机发送的信息 可被网络上所有的计算机接收。 总线型、无线（微波、卫星） 局域网络通常使用广播方式，广域网 络通常使用点对点方式(也有例外)。34 按通信介质： 有线网 采用如同轴电缆、双绞线、光纤等物理介质来 传输数据的网络。 无线网 采用卫星、微波等无线形式来传输数据的网络 。 35 按通信速率分类： 低速网 网上数据传输速率在300b/s1.4Mb/s之间的系 统。这种系统通常是借助调制解调器利用电话 网来实现的。 中速网 网上数据传输速率在1.5Mb/s45Mb/s之间的 系统。这种系统主要是传统的数字式公用数据 网。 高速网 网上数据