第一章 计算机网络概论PPT教学课件

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1、内 容 大 纲,计算机网络概论 数据通信与广域网技术 网络体系结构与网络协议 局域网基本工作原理 局域网组网技术 网络操作系统 网络互连技术 Internet基础与应用 网络安全与网络管理,第1章 计算机网络概论,本章学习要求：了解：计算机网络的形成与发展 掌握：计算机网络的定义 掌握：计算机网络的拓扑构型 掌握：计算机网络的分类方法 了解：典型的计算机网络 了解：公共数据网的发展 了解：计算机网络应用的主要领域 了解：计算机网络应用带来的社会问题,1.1 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

2、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 广域网、局域网与公用分组交换网的研究与应用 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,1.1.2 计算机网络的形成 （社会需求与成熟技术）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，出现多台计算机互连

3、的需求，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网。,1.1.3 网络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。,1.1.4 Internet的应用与网络计算技术发展Interne

4、t的广泛应用促进了电子商务、电子政务、远程教育、远程医疗、分布式计算与视频点播的发展； 高速局网络技术发展迅速，Fast Ethernet、Gigabit Ethernet已开始进入实用阶段，速率为10Gbps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。,1.2 计算机网络的定义,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

5、置的多立的“自治计算机系统”； 联网计算机在通信过程中必须遵循相同的网络协议。,1.2.3 现代网络结构的特点,早期计算机网络结构：从逻辑功能上可以分为资源子网和通信子网等两个部分。,负责全网的数据处理业务，向网络用户提供各种网络资源与网络服务,负责完成网络数据传输、转发等通信处理任务,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

6、的互联网络。,Internet结构示意图,1.3 计算机网络的拓扑构型,1.3.1 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。,总线型拓扑结构,1.3.2 计算机网络拓扑的分类,网络拓扑方法：根据通信子网中通信信道类型分类； 通信信道类型：广播信道与点-点线路； 在采用广播

7、信道通信子网中，一个公共的通信信道被多个网络结点共享； 广播信道通信子网的基本拓扑构型：总线型树型环型无线通信与卫星通信型,在采用点-点线路的通信子网中，每条物理线路连接一对结点； 点-点线路的通信子网基本拓扑构型有：星型环型树型网状型,总线型拓扑结构,中央结点控制全网的通信，其他计算机通过通信线路点对点地与中央结点相连接。 结构简单，易于实现，便于管理。 对中央结点要求较高，对其他联网计算机要求不高。 某个结点故障不会影响全网，网络故障检测容易，但中央结点发生故障，全网瘫痪。,星型拓扑结构,中央结点控制全网的通信，其他计算机通过通信线路点对点地与中央结点相连接。 结构简单，易于实现，便于管理

8、。 对中央结点要求较高，对其他联网计算机要求不高。 某个结点故障不会影响全网，网络故障检测容易，但中央结点发生故障，全网瘫痪。,环型拓扑结构,结点通过点对点通信线路连接成闭合环路，环中数据沿一个方向逐站传送。 结构简单，传输延时确定。 没有中心控制点，每台计算机都需要具有网络控制能力。 任何一个结点故障都会引起全网的瘫痪，故障检测困难。 环维护工作比较复杂，结点的加入和撤出过程比较复杂。,树型拓扑结构,结点按层次进行连接，信息交换在上、下层结点之间进行，相邻及同层结点之间一般不进行信息交换或信息交换量小。 属性拓扑可以看成是星型拓扑的一种扩展。 适用于汇集信息的应用要求。 主要用于局域网发展早

9、期。,网状拓扑结构,又称为无规则型。结点之间的连接是任意的，没有规律。 系统可靠性高。 结构复杂，必须采用路由选择算法与流量控制方法。 实际应用的广域网，基本上都采用网状拓扑结构。,1.4 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,1.4.1 根据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）,1.4.2 根据网络覆盖范围进行分类,按覆盖的地理范围分类，计算

10、机网络可以分为三类： 局域网（LAN，Local Area Network） 城域网（MAN，Metropolitan Area Network） 广域网（WAN，Wide Area Network）,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（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、维护与扩展； 应用日益广泛，是计算机网络中最活跃的领域之一。 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。,城域网的技术特点,城域

11、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。,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。,1.5 典型计算机网络,1.5.1 ARPANET1969年11月，实验性的ARPANET开通； 1975年，ARPANET 已经连入了100多台

12、主机，并且结束了网络实验阶段，移交美国国防部国防通信局正式运行； 1983年1月，ARPANET向TCP/IP的转换结束； 80年代中期，ARPANET成为Internet的主干网； 1990年，ARPANET退役。ARPANET对网络的产生与发展起了重要的影响。,1.5.2 NSFNET,1984年，NSF决定组建NSFNET； NSFNET采取的是一种层次型结构，分为主干网、地区网与校园网； 1990年，NSFNET主干网的传输速率为44.746Mbps； 1995年4月1日，NSF和MCI合作创建了NvBS（very high-speed backbone service） ； vBNS

13、主干网运行的速率范围是从622Mbps（OC12）到4.8G bps（OC48）。,1.5.3 Internet,80年代中期人们开始认识到Internet的重要作用； 90年代是Internet历史上发展的最快的时期； Internet应用主要有E-mail、WWW、Telnet、FTP与Usenet等，随着Internet规模和用户的不断增长，Internet上的应用领域也进一步得到开拓； 从用户的角度来看，Internet是一个全球范围的信息资源网； 从网络结构角度看，Internet是一个由路由器互联起来的大型网际网。,1.5.4 Internet2,由于Internet的商业化与业务

14、量增多，导致网络整体性能降低； 1996年10月，一些大学申请建立Internet2，为其成员组织服务，初始运行速率可达10Gbps； Internet 2可以用于多媒体虚拟图书馆、远程医疗、远程教学、视频会议、视频点播、天气预报等领域； Internet 2在网络层运行的是IPv4，同时也支持IPv6业务，希望形成下一代Internet的技术与标准。,1.6 公共数据网的发展,公共数据网PDN的建设为组建广域网打下了基础； 研究公共数据网的数据交换技术需要了解： X.25网帧中继B-ISDNATM,1.6.1 X.25网,X.25网是一种典型的公用分组交换网，它是CCITT为广域网制定的一个

15、公用分组交换网； 制定X.25标准的基础是传输速率低、误码率高的通信线路，为了克服通信线路数据传输质量较差的缺点，X.25标准采用了复杂的差错控制、流量控制与拥塞控制机制，协议复杂，工作效率不高； X.25网的传输速率一般为64Kbps； X.25标准主要是针对大型机与终端连网 。,1.6.2 帧中继,帧中继主要考虑如何减少数据帧在通信子网中的开销，没有采用流量控制与差错控制机制，通信子网中的差错控制由主机的高层来保证； 数据帧通过帧中继网的处理时间可以比通过X.25网降低一个数量级，而吞吐量要比X.25网络提高一个数量级以上； 目前帧中继网的数据传输速率一般为1.5Mbps； 帧中继网主要用

16、于局域网之间的互连。,1.6.3 综合业务数据网,CCITT提出将语音、数据、图像等业务综合在ISDN一个网络之中；B-ISDN的目标是将语音、数据、静态与动态图像传输，以及N-ISDN提供的所有服务综合在一个通信网中，覆盖从低传输速率、非实时传输要求，到高传输速率、实时突发性等各类传输要求； B-ISDN采用异步传输模式ATM技术 。,从传统的电信网 向ISDN的发展,1.6.4 异步传输模式,ATM是一种面向连接的技术； 采用小的、固定长度的信元作为数据传输单元； 能够支持数字、语音、图像、视频等多媒体通信； ATM以统计时分多路复用方式动态分配网络带宽，网络传输延时小，适应实时通信的要求； ATM没有链路级纠错与流量控制，协议简单，数据交换效率高； ATM采用两级虚电路机制，增加了虚电路分配的灵活性； ATM的数据传输速率可以在155Mbps2.4Gbps。,1.7 计算机网络的应用,1.7.1 计算机网络在单位信息管理中的应用 计算机网络可以实现资源的共享 ； 计算机网络可以提高信息系统的可靠性； 计算机网络可以节约资金； 计算机网络可以增强信息系统的可扩展性 。,