计算机网络chap1

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1、计算机网络,考查目标,掌握计算机网络的基本概念、基本原理和基本方法； 掌握计算机网络的体系结构和典型网络协议，了解典型网络设备的组成和特点，理解典型网络设备的工作原理； 能够运用计算机网络的基本概念、基本原理和基本方法进行网络系统的分析、设计和应用。,参考教材1,谢希仁计算机网络（第五版）北京：电子工业出版社，2008,参考教材2,Andrew S. Tanenbaum. 计算机网络（第4版）潘爱民译北京：清华大学出版社，2004,参考教材3,Larry L. Peterson & Bruce S. Davie著.计算机网络系统方法（第4版）. 薛静锋等译. 北京: 机械工业出版社，2009,

2、第1章 计算机网络体系结构,学习目标,掌握：计算机网络的概念，计算机网络协议、服务、接口等概念。理解：计算机网络的分层结构。了解：大纲其他内容。,内容提要,计算机网络概述 计算机网络的概念、组成与功能 计算机网络的分类 计算机网络与互联网的发展历史 计算机网络的标准化工作及相关组织 计算机网络体系结构与参考模型 计算机网络分层结构 计算机网路协议、接口、服务等概念 ISO/OSI参考模型和TCP/IP模型,1.1 计算机网络的基本概念,计算机网络的定义 计算机网络的概念 与主从式计算机系统的区别 与分布式计算机系统的区别,计算机网络的定义,定义：由自主计算机互联起来的集合体。 解释点： 自主计

3、算机 互联 集合体,自主（autonomous)计算机,由硬件和软件两部分组成，完整地实现计算机的各种功能。,互联（Interconnected）,计算机之间实现相互通信,集合体（ Collection）,所有使用通信线路及互联设备连接起来的自主计算机的集合。,与主从式计算机系统的区别,计算机网络 每台计算机具有独立的操作系统，不从属于某台主机。 主从式计算机系统 许多终端（或前端处理机）与一台主机相连，由主机控制从属机。,与分布式计算机系统的区别,分布式计算机系统中“存在着一个能为用户自动管理资源的网络操作系统，由它调用完成用户任务所需要的资源，而整个网络像一个大的计算机系统一样对用户是透明

4、的。” 计算机网络为分布式系统的研究提供了技术基础，而分布式系统是计算机网络技术发展的高级阶段。,分布式计算机系统,计算机网络的组成,硬件 计算机（主机）：个人计算机、大型计算机、客户机（client）或工作站（workstation)、服务器（server），称为端系统； 通信设备（中间系统）：交换机和路由器等，为主机转发数据； 接口设备：网卡、Modem等，是网络和计算机的接口； 传输介质：双绞线、同轴电缆、光纤、无线电和卫星链路等。 软件 通信协议：即传输规则，如TCP/IP等； 应用软件：如www、EMAIL、FTP等。,计算机网络的功能,共享资源访问 万维网访问、远程登录服务、网络文

5、件访问 远程用户通信 电子邮件、IP电话、网络会议等 网上事务处理 电子商务、电子政务、电子金融、远程教育、远程医疗等,1.2 计算机网络的分类,几种不同的分类方法 从网络的作用范围：局域网、广域网和城域网 从网络的拓扑结构：总线网、环形网、星型网、树形网、网状网和混合网 从网络使用的通信协议：TCP/IP、ATM、X.25、FDDI 从网络的交换功能：电路交换网、分组交换网、帧中继网、信元交换（ATM）网 从网络的传输媒体：双绞线网、光纤网、卫星网和无线网 从网络的服务对象：企业网、校园网、园区网、政府网 从网络的使用者：专用网和公共网 从网络的应用性质：远程教育网、证券网、税务网,分类方法

6、中的重要因素,传输技术距离尺度,B向 D 发送数据,C,D,A,E,匹配电阻（用来吸收总线上传播的信号）,匹配电阻,不接受,不接受,不接受,接受,B,只有 D 接受 B 发送的数据,传输技术广播式,传输技术广播式,通信过程 只有一个通信信道，网络上所有的机器都共享该信道。在机器之间传递的是分组（packet），任何一个机器发送短消息，都会被其他所有的机器接收到。 在分组中有一个地址域，指明了该分组的目标接收者 一台机器收到分组后，它检查地址域。如果该分组正是发送给它的，则接受这个分组，否则就忽略该分组。 通信种类 广播（Boradcasting) 多播（Multicasting）,中间结点,中

7、间结点,中间结点,A,C,交付,传输技术点到点式 （Point-to-point),通信过程 整个网络由许多连接构成，每一个对应一对机器。 在这种网络中，为了将分组从源端传送到目的地，该分组可能首先要经过一台或者多台中间机器。,广播式 VS 点对点,越是越小的、地理位置局部化的网络越是倾向于使用广播式传输方式； 大的网络通常使用点到点传输模式。,距离尺度,局域网,局域网的特点,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（10Mbps10Gbps）、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、

8、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。,城域网,城域网覆盖了一个城市。 最著名的城域网的例子是有线电视网。,城域网的特点,城域网是介于广域网与局域网之间的一种高速网络； IEEE制定了MAN标准IEEE802.6，即分布式队列双总线（DBDQ）。 迅速发展的以太网技术从LAN扩展到了MAN领域，千兆位、万兆位以太网是MAN可以使用的技术。,广域网,广域网的组成： 主机 通信子网（交换节点和传输线路）,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

9、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。,1.3 计算机网络的发展历史,是 20 世纪 60 年代美苏冷战时期的产物。 60 年代初，美国国防部领导的远景研究规划局ARPA (Advanced Research Project Agency) 提出要研制一种生存性(survivability)很强的网络。 传统的电路交换(circuit switching)的电信网有一个缺点：正在通信的电路中只要有一个交换机或一条链路被炸毁，整个通信电路就会中断。 如要改用其他迂回电路，必须重新拨号建立连接。这将要延误一些时间。,计算机网络的产生背景,新型网络的基本

10、特点,网络用于计算机之间的数据传送，而不是为了打电话。 网络能够连接不同类型的计算机，不局限于单一类型的计算机。 所有的网络结点都同等重要，因而大大提高网络的生存性。 计算机在进行通信时，必须有冗余的路由。 网络的结构应当尽可能地简单，同时还能够非常可靠地传送数据。,ARPANET的成功使 计算机网络的概念发生根本变化,早期的面向终端的计算机网络是以单个主机为中心的星形网 各终端通过通信线路共享昂贵的中心主机的硬件和软件资源。 分组交换网则是以网络为中心，主机都处在网络的外围。 用户通过分组交换网可共享连接在网络上的许多硬件和各种丰富的软件资源。,从主机为中心到以网络为中心,以主机为中心,以分

11、组交换网为中心,因特网时代,因特网的基础结构大体上经历了三个阶段的演进。 但这三个阶段在时间划分上并非截然分开而是有部分重叠的，这是因为网络的演进是逐渐的而不是突然的。,因特网发展的第一阶段,第一个分组交换网 ARPANET 最初只是一个单个的分组交换网。 ARPA 研究多种网络互连的技术。 1983 年 TCP/IP 协议成为标准协议。 同年，ARPANET分解成两个网络： ARPANET进行实验研究用的科研网 MILNET军用计算机网络 19831984 年，形成了因特网 Internet。 1990 年 ARPANET 正式宣布关闭。,因特网发展的第二阶段,1986 年，NSF 建立了国

12、家科学基金网。 NSFNET。它是一个三级计算机网络： 主干网 地区网 校园网 1991 年，美国政府决定将因特网的主干网转交给私人公司来经营，并开始对接入因特网的单位收费。 1993 年因特网主干网的速率提高到 45 Mb/s（T3 速率）。,三级结构的因特网,各网络之间需要使用路由器来连接。有时在结构图中可不画出路由器。,校园网,企业网,校园网,企业网,校园网,企业网,国家主干网,三级结构的因特网,主机到主机的通信可能要经过多种网络。,校园网,校园网,校园网,校园网,校园网,校园网,国家主干网,因特网发展的第三阶段,从1993年开始，由美国政府资助的 NSFNET逐渐被若干个商用的因特网服

13、务提供商ISP (Internet Service Provider)网络所代替。 1994 年开始创建了 4 个网络接入点 NAP (Network Access Point)，分别由 4 个电信公司经营。 NAP 就是用来交换因特网上流量的结点。在NAP 中安装有性能很好的交换设施。到本世纪初，美国的 NAP 的数量已达到十几个。 第三阶段的特点是出现了ISP，逐渐形成了多层次 ISP 结构的因特网。,用户,因特网,ISP1,ISP2,因特网 服务提供者,用户通过 ISP 上网,根据提供服务的覆盖面积大小以及所拥有的 IP 地址数目的不同，ISP 也分成为不同的层次。,一级 ISP,一级

14、ISP,第一层 ISP,大公司,本地 ISP,大公司,大公司,公司,本地 ISP,本地 ISP,第二层 ISP,第二层 ISP,NAP,NAP,A,B,主机A 本地 ISP 第二层 ISP NAP 第一层 ISP NAP 第二层 ISP 本地 ISP 主机B,第一层 ISP,第二层 ISP,本地 ISP,本地 ISP,本地 ISP,本地 ISP,第一层 ISP,第一层,第二层,第三层,本地 ISP,第二层 ISP,本地 ISP,本地 ISP,本地 ISP,本地 ISP,第二层 ISP,本地 ISP,本地 ISP,第二层 ISP,internet 与 Internet,internet 是普通名

15、词 泛指一般的互连网（互联网） Internet 是专有名词 世界范围的互连网（互联网），推荐译名“因特网” 使用 TCP/IP 协议族 前身是美国的ARPANET,（1）国际标准化组织（ISO）ISO是一个自发的不缔约组织，1977年，ISO决定在TC7下成立一个新的分技术委员会SC16，以“开放系统互连”为目标，进行有关标准的研究和制定。现在SC16改为SC21，负责七层模型中高四层及整个参考模型的研究。另一个与计算机网络有关的分技术委员会为SC6，它负责低三层的标准及与数据通信有关的标准制定。,1.4 计算机网络的标准化工作及相关组织,（2）国际电信联盟（ITU）CCITT是原国际电报电话咨询委员会的简称，现已改名为国际电信联盟电信标准化局ITU-T（International Telecommunication Union - Telecommunications Standardization Sector），ITU负责有关通信标准的研究和制定。,