《计算机网络导论》第一章

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1、课程介绍,计算机引论,计算机网络,计算机网络导论,网络发展、基本概念、原理、操作,深入了解计算机网络的体系结构、原理及协议,概括了解计算机网络,上课：30 实验：10 作业,课程主要内容,1、概述计算机网络发展历史 2、网络传输介质及物理层设备 3、常见网络硬件 4、网络通信协议-物理层与传输层 5、Internet接入Internet服务 6、网络常用命令和网络检测 7、网络安全与网络管理概述 8、相关网络法律法规及案例分析 9、网络发展新技术,第一章 计算机网络概述,本章内容 1.1计算机网络产生与发展 1.2计算机网络定义与组成 1.3计算机网络体系结构 1.4计算机网络系统的分类 1.

2、5计算机网络系统的组成,1.1 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1950s，产生的原因： 资源共享的需求（计算能力、外设、软件、数据） 大型项目的合作（进行工程项目协作） 人与人之间的信息沟通（数据通信）,从体系结构来观察，计算机网络的发展可分为四个阶段（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连 “计算机计算机”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 4. Internet时代 以TCP/IP

3、协议簇为标准，广泛的互联,1.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（一般终端没有处理能力只是一种计算机的输入、输出设备 ） (终端集中器/终端服务器) 连接方式：本地或远程,TS,T,T,T,T,T,T,HOST,通信线路,T,例子：飞机订票系统 HOST(航空公司总部) Terminals(订票点) 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

4、信任务从主机中分离出来,2.以通信子网为中心的主机互连,特征 多个终端联机系统互联，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”,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：处理主机之间通信任务的专用计算机,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,CCP,CCP,HOST,HOST,T,T,T,T,T,T,CCP,HOST,T,T,T,通信子网,两层网络的概念结构,C,C,C,H,H,H,资源子网,通信子网,在通信子网上可有 多个资源子网，共

5、 享通信子网的服务,H,H,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公共交换电话网络 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,ARPANET与分组交换技术,分布式拓扑结构的网络具有如下特点：由于采用分散控制，即使整个网络中的某个局部出现故障，也不会影响全网的操作，因而具有很高的可靠性；,网络体系结构的奠基人Paul Baran,20世纪50年代初，出于美国军方的需要，研制SAGE系统。,与前苏联的军事竞赛需要一个“可生存系统”，专门用于传输军事命令和控制信息。,电话交换网比较脆弱，不符合“可生存系统”的要求，需要寻找一种有效的通信网络

6、解决方案。,Paul Baran提出通信网络的分布式网络结构。,分布式拓扑结构的网络,ARPANET与分组交换技术,ARPANET的基本设计思想分组交换子网,对分组交换理论做出重大贡献Donald Davies,分组交换由Donald Davies和保罗巴兰在1960年代早期发明,是他们最重要的创新。,分组交换技术也称包交换，是将用户传送的数据划分成一定的长度，每个部分叫做一个分组，通过传输分组的方式传输信息的一种技术。,数据交换的发展,数据交换经历了 电路交换 报文交换 分组交换 综合业务数字交换,分组交换子网结构原理示意图,ARPANET与分组交换技术,ARPANET的发展过程,ARPAN

7、ET 之父Larry Roberts,1969.12 4个节点的实验网络开始运行,1972 节点数增加到40个,推出Telnet应用,出现第一个电子邮件应用程序,1975 节点数增加到100多个，正式运行,1975 节点数增加到100多个，正式运行,1983年分为ARPANET和MILNET,ARPANET与分组交换技术,ARPANET对推动网络技术发展的贡献 完成了对计算机网络定义与分类方法的研究 提出了资源子网、通信子网的网络结构概念 研究并实现了分组交换方法 完善了层次型网络体系结构的模型与协议体系 开始了TCP/IP模型、协议与网络互联技术的研究与应用,3. 体系结构标准化网络,为什么

8、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,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/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

9、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）,4.因特网时代的到来,因特网的出现标志着网络时代的到来 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108数量级，主干速率大于2.5Gbit/s 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100

10、0倍 端到端的速率要达到100Mbit/s10Gbit/s,Vinton G. Cerf-闻名遐迩的“互联网之父”，Vint 和 Robert Kahn 合作设计了 TCP/IP 协议及互联网的基础体系结构。 Robert E. Kahn是TCP/IP协议合作发明者、互联网雏形Arpanet网络系统设计者、“信息高速公路”概念创立人 。 Kahn与Cerf一起合作提出了TCP/IP协议。TCP/IP协议已经成为现代Internet的通讯基础。 2005年2月16日，国际计算机协会宣布令人获得2004图灵奖，表彰他们在设计和实施Internet基础通信协议方面的成就。,二、TCP/IP与网络体系

11、结构,互联网之父Vinton G. Cerf,Robert E. Kahn,Internet Internet以相互交流信息资源为目的，基于一些共同的协议，通过许多路由器和公共互联网而成，它是一个信息资源和资源共享的集合。,三、internet的发展,Internet的前身ARPANet,1986年，NSF（美国国家科学基金会）建立了自己的计算机通信网络，并逐渐 ARPANet在Internet的地位，1990 ARPANet正式宣布关闭,1992年，Internet上的主机超过1百万台，主干网速率45Mbps。1999主机已超过1千万台，主干网速率提高到2.5Gbps,对网络的使用,WWW被

12、广泛使用在Internet上，大大方便了广大非网络专业人员，促进了Internet的发展,web技术的产生发展 什么是web？ Web的工作原理 Web的体系结构 Web三要素 从web1.0到web2.0,四、WEB技术,web技术的产生发展,Web之父 Tim Berners-Lee,1989年仲夏之夜，蒂姆成功开发出世界上第一个Web服务器和第一个Web客户机。,1989年12月，蒂姆为他的发明正式定名为World Wide Web，即我们熟悉的WWW；1991年5月WWW在 Internet上首次露面，立即引起轰动，获得了极大的成功被广泛推广应用。,什么是web,Web: WWW,万维

13、网（亦作“网络”、“WWW”、“3W” 或“World Wide Web”）， Web通过一种超文本方式，把网络上不同计算机内的信息有机地结合在一起，并且可以通过超文本传输协议（HTTP）从一台Web服务器转到另一台Web服务器上检索信 息。Web服务器能发布图文并茂的信息，甚至在软件支持的情况下还可以发布音频和视频信息。此外，Internet的许多其它功 能，如E-mail、 Telnet、 FTP、 WAIS 等都有可通过Web实现。,万维网常被当成因特网的同义词，不过其实万维网是靠着因特网运行的一项服务。,在计算机科学领域内做出突出贡献的人们,推荐阅读,计算机与网络之父 作者：叶平，罗治

14、馨 著 ISBN：10位753093371X 13位9787530933718 出版社：天津教育出版社,1.2 计算机网络的定义和功能,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：计算机网络可以定义为：把分布在不同地理位置的计算机系统，通过通信系统连接起来，在协议的支持下，实现资源共享和相互通信。,归纳与综合 计算机网络：相互连接的自治计算机的集合 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

15、（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,计算机网络与其它类似系统的比较,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,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

16、要是科学计算和事务处理。,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。,计算机网络能做什么（功能）,数据通信(Communication Medium) 文件传输、IP电话、email、视频会议、信息发布、交互式娱乐、音乐 资源共享(Resource Sharing) 软件、硬件、数据（数据库） 提供高可靠服务(High Reliability) 利用可替代的资源，提供连续的高可靠服务 节省投资(Saving Money) 替代昂贵的大中型机系统 分布式处理(Distributed Processing),1.3 计算机网络体系结构,本节内容 层次化的网络体系结构 开放系统互联参考模型（OSI/RM）