计算机网络-01概述

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1、计算机网络基础教程,第1章 概述,计算机网络,第1章 概述,2,内容提要,本书立足于培养二十一世纪人才，遵循精选内容、突出重点和提高质量的原则，综合相关技术的发展，系统介绍了有关计算机网络的概念、基本原理及其应用技术。全书共分九章，内容包括第一章概述，第二章物理层，第三章数据链路层，第四章网络层，第五章传输层及其高层，第六章局域网技术，第七章因特网技术，第八章实用网络技术，第九章网络安全。,计算机网络,第1章 概述,3,教学组织,本书通过三个循环从三个层面组织教学内容： 第一至五章为第一个循环，从网络体系结构层面上系统全面地介绍了计算机网络的基本概念和基本原理，力图使读者系统地理解和掌握计算机

2、网络的基础知识和基本工作原理。 第六、七章为第二个循环，从网络应用层面上通过对局域网和因特网体系结构、基本原理及其应用技术的介绍，使读者能够对计算机网络体系结构有进一步的理解和认识。 最后两章为第三个循环，从实用网络技术层面上通过介绍分组交换技术、异步传输模式、第三层交换技术和网络安全等实用网络技术，使读者达到全面、深入地学习和掌握计算机网络技术的目的。,计算机网络,第1章 概述,4,目录,第一章 概述 第二章 物理层 第三章 数据链路层 第四章 网络层 第五章 传输层及其高层 第六章 局域网技术 第七章 因特网技术 第八章 实用网络技术 第九章 网络安全,王凤先 杨晓晖编著 中国铁道出版社

3、2003.8,计算机网络 第1章 概述,计算机网络,第1章 概述,6,本章概要,本章将从计算机网络的发展和演变、计算机网络的定义、计算机网络的类型、计算机网络的结构和应用几个方面对计算机网络进行简单地介绍，以使读者对计算机网络的概念及其应用有一个初步的了解和认识。,计算机网络,第1章 概述,7,信息与计算机网络,信息作为当今社会的三大资源(信息、物质和能源)之一越来越受到人们的关注和重视。 信息的显著特点便是信息在使用中不但不会损耗，反而会在交流中增值。信息的流通离不开通信，也离不开计算机。 结合数据通信技术和计算机技术的计算机网络正是由于信息化社会发展的需要而产生的，并已逐渐成为信息技术和信

4、息产业的核心领域。 计算机网络除了必须具备用户之间的数据通信功能外，还涉及到计算机间资源共享、协同工作等信息处理问题。计算机网络是一个十分复杂的大系统。,计算机网络,第1章 概述,8,1.1 计算机网络的演变与发展,计算机网络是现代计算机技术与通信技术密切结合的产物，是随着社会对信息共享和信息传递日益增强的需求而发展起来的。计算机网络的演变和发展过程可概括为三个阶段：面向终端的计算机网络计算机计算机网络开放式标准化网络,计算机网络,第1章 概述,9,1.1.1 面向终端的计算机网络,由一台中心计算机连接大量地理上分散的终端的“终端通信线路计算机”系统构成了计算机网络的雏形。典型系统是20世纪5

5、0年代出现的美国半自动地面环境(Semi-Automatic Ground Environment，SAGE)防空系统，它将远距离雷达和其它测控设备的信息通过通信线路汇集到一台IBM计算机里进行集中处理和控制。 严格地说，这种远程联机系统与发展成熟的计算机网络有着根本的区别。因为这样的系统除了一台中心计算机之外，其余的终端均不具备自主处理功能。,计算机网络,第1章 概述,10,1.1.1 面向终端的计算机网络,面向终端的计算机网络的进一步演变：前端处理机FEP或通信控制单元CCU：专门负责与终端之间的通信控制，出现了数据处理和通信控制的分工。集中器和多路复用器：通过低速线路连接附近群集的终端，

6、然后通过高速通信线路与远程中心计算机的FEP或CCU相连。,计算机网络,第1章 概述,11,1.1.2 计算机计算机网络,第二代计算机网络是由多台计算机通过通信线路互连而成的系统。第一个计算机计算机网络是20世纪60年代，由美国国防部高级研究计划局ARPA提供经费，联合计算机公司和大学共同研制而发展起来的ARPANet。ARPANet就是如今应用遍及全球的因特网的前身。ARPANet的出现标志着真正意义上的计算机网络的兴起，它使得网内各计算机间通过通信系统能够共享资源和交换信息。,计算机网络,第1章 概述,12,1.1.2 计算机计算机网络,ARPANet中互连的远程用户程序的计算机叫主机(h

7、ost)，主机间通过接口报文处理机IMP转接实现互连。当某台主机上的用户要访问网上不在本地的另一台主机时，首先将信息送至本地与其相连的IMP，通过通信线路沿着适当的路径经若干个IMP转接后，最终传送至远地的目标IMP，实现了用户连入目标主机的目的。IMP和它们之间的通信线路一起负责完成主机之间的数据通信任务，构成通信子网。与通信子网互连的主机负责运行用户程序，向网络用户提供共享的软件和硬件资源，它们组成了资源子网。,计算机网络,第1章 概述,13,1.1.3 开放式标准化网络,第三代计算机网络是开放式标准化网络，具有统一的网络体系结构，遵循标准化协议，使得不同的计算机也能够方便地实现互连。标准

8、化带来了大规模生产、产品VLSI化和降低成本等一系列好处，进一步促进了计算机网络技术和应用的发展。开放式标准化网络主要有两个：开放系统互连参考模型OSI/RMTCP/IP参考模型,计算机网络,第1章 概述,14,1.1.3 开放式标准化网络,开放系统(open system)是相对于第二代计算机网络中只能和相同体系结构的计算机网络互连造成的封闭性而言的。开放系统可以和其它任何遵循同样标准的系统相互通信。尽管这些网络的内部结构、采用的信道及设备不尽相同，但它们向外部提供的界面是相同的，可以很方便地实现互连互通。遵循开放标准组建的计算机网络是开放的，以开放为主要特征的第三代计算机网络的出现大大推动

9、了计算机网络的发展。,计算机网络,第1章 概述,15,1.1.4 网络发展的新阶段,计算机科学与技术的发展已进入网络计算的新时代 ，主要表现为：计算机网络高速化发展日新月异，网络带宽从几十Kb/s跃升到几十Gb/s，满足用户不断增长的网络带宽需求。 服务质量的控制技术日臻成熟，服务质量越来越高，可以对多媒体通信等高质量、高带宽通信需求提供支持。以实现虚拟环境上的高性能资源共享和协同工作，消除信息孤岛为目标的网格(Grid)技术正在悄然兴起，代表着计算机网络又一个重要的发展方向。,计算机网络,第1章 概述,16,1.2 什么是计算机网络,计算机网络是一个复合系统，以信息交换、资源共享和协同工作为

10、目的，由多个具有自主功能的计算机通过通信系统互连而成。简而言之，计算机网络是自主计算机的互连集合。计算机网络的概念有三个要素： 自主：计算机具有自主功能，不是终端 互连：通过通信系统互相连接 集合：数量上来讲是由多台计算机组成,计算机网络,第1章 概述,17,1.2.1 计算机网络的组成,从概念上说，计算机网络分为两部分：通信子网：负责计算机间的数据传输，包括传输信息的物理介质和互连设备。资源子网：通过通信子网互连在一起的计算机负责运行对信息进行处理的应用程序，它们是网络中信息流动的源和宿，这些计算机负责向用户提供可供共享的硬件、软件和信息资源，构成资源子网。将通信子网和资源子网分离开来，使得

11、这两部分可以单独规划与管理，简化整个网络的设计和管理。,计算机网络,第1章 概述,18,1.2.2 计算机网络与分布式系统的区别,从功能上说，计算机网络主要提供通信和资源共享功能；而分布式系统则主要是提供分布计算和分布处理功能。 分布式系统有如下几个方面的特征： (1)系统拥有多种通用的物理和逻辑资源，可以动态分配任务； (2)系统中分散的物理和逻辑资源通过计算机网络实现信息交换； (3)系统存在一个以全局方式管理系统资源的分布式操作系统； (4)系统中互连的各计算机既合作又自治； (5)系统内部结构对用户是完全透明的。由此可知，计算机网络和分布式系统的共同点主要表现在物理结构上，而其主要区别

12、则表现在操作系统以及高层软件上。分布式系统是一个建立在网络之上的软件系统，这种软件保证了系统高度的一致性与透明性。计算机网络为分布式系统提供了技术基础，而分布式系统是计算机网络技术的高级阶段。,计算机网络,第1章 概述,19,1.2.3 计算机网络的类型,1. 根据计算机网络所使用的传输技术分类广播式网络(broadcast networks)：所有连网计算机都共享一个公共通信信道。以太网、环型网是典型的广播式网络。点点式网络(point to point networks)：每条物理线路连接一对计算机。如果两台计算机之间没有直接连接的线路，它们之间的数据传输必须经过中间接点转接才能完成。,计

13、算机网络,第1章 概述,20,1.2.3 计算机网络的类型,2. 根据计算机网络的覆盖范围大小分类局域网 (Local Area Network，LAN)：覆盖范围在1km以内的若干建筑物内。局域网一般采用共享高速率、高质量的传输介质的广播通信技术，其覆盖的地理范围较小，具有结构简单、传输速率高、延时小、管理方便、造价低廉等特点。城域网 (Metropolitan Area Network，MAN)：覆盖的地理范围在10km到几十km的城市内。其采用的通信技术和其它一些技术与局域网类似。典型的城域网产品是光纤分布数据接口FDDI。广域网 (Wide Area Network，WAN)：也称远程

14、网，覆盖的地理范围从几十公里到几千公里。它可以覆盖一个地区、一个国家，甚至更大的范围。Internet就是一个典型的例子。,计算机网络,第1章 概述,21,1.3 计算机网络的功能和应用,从计算机网络的功能和应用的角度来说明为什么要建立计算机网络。,计算机网络,第1章 概述,22,1.3.1 计算机网络的功能,计算机网络的功能可概括成： 通信：为分散在各地的用户提供强有力的通信手段。 共享资源：推动计算机网络产生和发展的源动力之一。 提高可靠性：网络所拥有的可替代资源可以提高系统的可靠性。 分担负载：通过管理可以在各资源主机间分担负载。 协同处理：通过合理调度，多个计算机可以协同完成依靠一个计

15、算机难以完成的大型任务。 计算机网络这些方面的功能本身是相互联系、相辅相成的。其中通信功能是其它各方面功能的基础，是计算机网络最基本的功能。,计算机网络,第1章 概述,23,1.3.2 计算机网络的应用,在当代人类社会里，计算机网络的应用无时不有、无处不在，它已经深入到社会的方方面面。 工厂企业用来实现生产过程的自动监督、控制和管理。交通运输行业用来进行优化调度和运营的自动化管理。教育科研部门不仅可以利用网络的通信和资源共享来进行情报资料的检索、科技协作、学术交流，还可以进行远程教育。国防上可以利用网络来实现信息的快速收集、跟踪、控制与指挥。电子商务、电子政务的出现和发展则从商业和行政管理等方

16、面展现了计算机网络广泛的应用前景。,计算机网络,第1章 概述,24,1.4 计算机网络的体系结构,将多台位于不同地点的计算机系统及其大型终端设备互连起来，使其互相通信、共享资源、协同工作，这是一个非常复杂的工程设计问题。对复杂的问题，将其进行分解，使其变成若干个功能相对独立的子问题，然后“分而治之”逐个加以解决，是软件工程设计中常采用的结构化设计方法和手段。计算机网络就是基于“分而治之”的思想采用的分层体系结构。,计算机网络,第1章 概述,25,1.4.1 层次模型,分层体系结构的基本思想：将系统按其实现的功能分成若干层。最低层是系统中最基本的模块，完成最基本的功能。除最低层外，每一层都直接使

17、用其低层提供的服务，完成本层确定的功能，然后向其高层提供“增值”后的服务。 系统功能逐层加强与完善，最终实现系统的所有功能。,计算机网络,第1章 概述,26,1.4.1 层次模型,分层体系结构的好处在于每一层实现相对独立的功能，而不必关心下一层功能实现的细节。只要知道下层所提供的服务接口以及本层应向上提供的服务，就能独立地进行本层的设计开发。各层相对简单独立，容易设计、实现、维护、修改和扩充，也增加了系统的灵活性。现代计算机网络无一例外的都采用了层次的体系结构，其不同点只是表现在层次的划分、功能的分配与采用的技术等方面。网络的体系结构是对计算机网络系统的抽象，它精确地定义了计算机网络应完成的功能。,