计算机网络原理及应用：第一章计算机网络概述

l计算机网络原理及应用l主要内容：第第1章章计算机网络概论计算机网络概论第第2章章计算机网络体系结构计算机网络体系结构第第9章章应用层技术应用层技术第第8章章传输层技术传输层技术第第7章章网络层技术网络层技术第第4章章数据链路层技术数据链路层技术第第3章章物理层技术物理层技术第1章 计算机网络概述主要内容：主要内容：1.1.计算机网络的形成与发展计算机网络的形成与发展2.2.计算机网络的概述计算机网络的概述3.3.计算机网络的分类计算机网络的分类4.4.计算机网络拓扑结构计算机网络拓扑结构5.5.几种典型的计算机网络结构类型几种典型的计算机网络结构类型6.6.计算机网络的性能计算机网络的性能1.1 计算机网络的形成与发展l计算机网络的发展大致分四个阶段计算机网络的发展大致分四个阶段：1.以单台计算机为中心的远程连机系统，构成以单台计算机为中心的远程连机系统，构成面向终端的计算机网络；面向终端的计算机网络；2.多个主机互连，各主机相互独立，无主从关多个主机互连，各主机相互独立，无主从关系的计算机网络；系的计算机网络；3.具有统一的网络体系结构，遵循国际标准化具有统一的网络体系结构，遵循国际标准化协议的计算机网络；协议的计算机网络；4.网络互联与高速网络。网络互联与高速网络。l1.1.以以单台计算机单台计算机为中心的联机终端系统（为中心的联机终端系统（2020世纪世纪6060年代中期以前）年代中期以前）l特点：多个终端公用一台主机，主机负责数据处理特点：多个终端公用一台主机，主机负责数据处理和通信。和通信。l由单用户独占一个系统发展到分时多用户系统，即由单用户独占一个系统发展到分时多用户系统，即多个终端用户分时占用主机上的资源，这种结构被多个终端用户分时占用主机上的资源，这种结构被称为称为第一代网络第一代网络。1.1.1 面向终端的计算机网络面向终端的计算机网络l缺点：缺点：1.每一个分散的终端都要单独占用一条通信线路，线每一个分散的终端都要单独占用一条通信线路，线路利用率低。路利用率低。2.主机既要承担通信工作，又要承担数据处理，因此主机既要承担通信工作，又要承担数据处理，因此主机的负荷较重，且效率低。主机的负荷较重，且效率低。l改进：为了提高通信线路的利用率并减轻主机的负担，改进：为了提高通信线路的利用率并减轻主机的负担，使用了使用了前端处理机前端处理机以及以及终端控制器终端控制器（集中器（集中器）。）。l前端处理机前端处理机FEP（FrontEndProcessor）完成全部的通信任务，让主机专门进行数据完成全部的通信任务，让主机专门进行数据的处理，提高数据处理的效率的处理，提高数据处理的效率；l终端控制器终端控制器TC（集中器（集中器）负责从终端到主机的数据集中以及从主机到负责从终端到主机的数据集中以及从主机到终端的数据分发。终端的数据分发。l20世纪世纪60年代中期到年代中期到70年代中期、随着计年代中期、随着计算机技术和通信技术的进步，将多个单处理算机技术和通信技术的进步，将多个单处理机联机终端网络互相连接起来，形成了以多机联机终端网络互相连接起来，形成了以多处理机为中心的网络。利用通信线路将多台处理机为中心的网络。利用通信线路将多台主机连接起来，为用户提供服务。主机连接起来，为用户提供服务。1.1.2 计算机计算机网络典型代表：典型代表：ARPA网网通信子网通信子网资源子网资源子网通信子网特点：通信子网特点：存储转发存储转发和和分组交换分组交换IMP(InterfaceMessageProcessor):接口报文处理接口报文处理机机abIMPIMPIMP两种连接形式两种连接形式l特点：特点：“计算机计算机计算机计算机”通信，没有主通信，没有主从关系，以通信为主要目的。从关系，以通信为主要目的。l缺点：各个企业自己组建的内部网络（缺点：各个企业自己组建的内部网络（IBM的的SNA、DEC公司的公司的DNA），各企业之间），各企业之间组网的体系结构差异较大，不同企业之间组网的体系结构差异较大，不同企业之间不能互联，也就不能实现资源共享。不能互联，也就不能实现资源共享。1.1.3 开放式标准化网络lISO（国际标准化组织）制定并在（国际标准化组织）制定并在1984年正式颁年正式颁布了一个称为开放系统互连基本参考模型布了一个称为开放系统互连基本参考模型(OpenSystemInterconnectionBasicReferenceModel,OSI/RM)的国际标准的国际标准ISO7498。l最著名的例子就是公用分组交换数据网最著名的例子就是公用分组交换数据网X.25,X.75等等,另一个开放式标准化网络的著名例子就是因特另一个开放式标准化网络的著名例子就是因特网（网（Internet也译为国际互联网）。也译为国际互联网）。1.1.4 网络计算的新时代l计算机的发展已进入了网络计算机的新时代，换计算机的发展已进入了网络计算机的新时代，换句话说就是以网络为中心的时代。句话说就是以网络为中心的时代。l三大标志：三大标志：l1.计算机网络向高速化发展。计算机网络向高速化发展。l2.三网融合甚至多网融合是一个重要的发展方向三网融合甚至多网融合是一个重要的发展方向l统一的统一的IP网，即网，即”IPovereverying”和和“EveryingonIP”。l3.有人描述未来通信和网络的目标是实现有人描述未来通信和网络的目标是实现5W的个的个人通信人通信。lWhoever,whenever,whereever,whomever,whatever1.2 计算机网络的概念1.2.1 计算机网络的定义l对计算机网络可做如下定义：将处于对计算机网络可做如下定义：将处于不同地不同地理位置理位置，并，并具有独立计算能力的计算机系具有独立计算能力的计算机系统统经过经过传输介质和通信设备传输介质和通信设备相互连接，在相互连接，在网络操作系统和网络通信软件网络操作系统和网络通信软件的控制下，的控制下，实现实现资源共享资源共享的计算机的集合。的计算机的集合。l三重意思三重意思：1.一个计算机网络中包含了多台具有自主功能一个计算机网络中包含了多台具有自主功能的计算机，所谓具有自主功能是指这些计算机的计算机，所谓具有自主功能是指这些计算机离开了网络也能独立运行与工作。离开了网络也能独立运行与工作。2.这些计算机之间是相互连接的（有机连接），这些计算机之间是相互连接的（有机连接），所使用的通信手段可以形式各异，距离可远可所使用的通信手段可以形式各异，距离可远可近，连接所用的媒体可以是双绞线（如电话线）近，连接所用的媒体可以是双绞线（如电话线），同轴电缆（如闭路有线电视所用的电缆）或，同轴电缆（如闭路有线电视所用的电缆）或光纤，甚至还可以是卫星或其他无线信道，信光纤，甚至还可以是卫星或其他无线信道，信息在媒体上传输的方式和速率也可以不同；息在媒体上传输的方式和速率也可以不同；3.计算机之所以要相互连接是为了进行信息交计算机之所以要相互连接是为了进行信息交换，资源共享或协同工作。换，资源共享或协同工作。计算机网络计算机网络:通信子网和资源子网两部分构成。通信子网和资源子网两部分构成。图1-3 计算机网络的构成结点 图1-4 通信子网资源子网资源子网由由主机主机、终端终端、终端终端控制器控制器、连网外设连网外设、各种软件资源各种软件资源与与信息信息资源资源组成。资源子网组成。资源子网负责全网的负责全网的数据处理数据处理业务业务，向网络，向网络用户提用户提供各种网络资源供各种网络资源与与网网络服务络服务。通信子网通信子网由由IMP、通信线路通信线路与与其它通信设备其它通信设备组成，组成，完成完成网络数据传输网络数据传输、转发等通信处理任务转发等通信处理任务。l对计算机网络的概念，不同的书上有不同的定义，但不管怎样都离不开以下四个基本要素：l（1）两台以上的计算机l（2）连接计算机的线路和设备l（3）实现计算机之间通信的协议l（4）按协议制作的软件、硬件1.2.2 计算机网络的特点l计算机网络具有较强的数据通信能力，成本低、效益高，计算机网络具有较强的数据通信能力，成本低、效益高，易于分布处理，系统灵活性高、适应性强，各计算机既相易于分布处理，系统灵活性高、适应性强，各计算机既相互联系，又相互独立。互联系，又相互独立。l特点：特点：开放式的网络体系结构开放式的网络体系结构，使具有不同硬件环境、不，使具有不同硬件环境、不同网络协议的网络可以互连，真正达到资源共享、数同网络协议的网络可以互连，真正达到资源共享、数据通信和分布处理的目标。据通信和分布处理的目标。向高性能发展向高性能发展，追求高速、高可靠和高安全性，采，追求高速、高可靠和高安全性，采用多媒体技术、提供文本、声音、图像等综用多媒体技术、提供文本、声音、图像等综计算机网络的智能化计算机网络的智能化，多方面提高网络的性能和综，多方面提高网络的性能和综合的多功能服务，并更加合理地进行网络各种业务的合的多功能服务，并更加合理地进行网络各种业务的管理，真正以分布和开放的形式向用户提供服务管理，真正以分布和开放的形式向用户提供服务。1.2.3 计算机网络的功能和应用l1.计算机网络的功能计算机网络的功能可归纳为资源共享，提供人计算机网络的功能可归纳为资源共享，提供人际通信手段，提高可靠性，节省费用，便于扩际通信手段，提高可靠性，节省费用，便于扩充，分担负荷及协同处理等方面。充，分担负荷及协同处理等方面。共享网络资源（打印机、大型存储设备等）共享网络资源（打印机、大型存储设备等）电子邮件服务电子邮件服务特殊兴趣组特殊兴趣组网络公告牌系统网络公告牌系统提供系统可靠性提供系统可靠性分布处理分布处理l2.计算机网络的应用它在工业、农业、交通运输、邮电通信、它在工业、农业、交通运输、邮电通信、文化教育、商业、国防以及科学研究等文化教育、商业、国防以及科学研究等领域获得越来越广泛的应用。领域获得越来越广泛的应用。1.2.4 计算机网络的组成l计算机网络包括通信子网通信子网和资源子网资源子网。l通信子网通信子网完成信息分组的传递工作，每个通信节点具有存储转发功能。l资源子网资源子网包含所有由通信子网连接的主机，向网络提供各种类型的资源。l计算机网络系统：网络硬件网络硬件和网络软件网络软件组成。1.网络硬件l网络硬件是指在计算机网络中所采用的物理设备，包括以网络硬件是指在计算机网络中所采用的物理设备，包括以下内容：下内容：（1）网络服务器）网络服务器提供网络资源。提供网络资源。（2）工作站）工作站用户机。用户机。（3）网络设备：）网络设备：网卡（网络适配器）。网卡（网络适配器）。集线器集线器接线（接线（HUB）。）。中继器中继器放大信号。放大信号。网桥网桥两个局域网连接。两个局域网连接。路由器路由器局域网与广域网的连接。局域网与广域网的连接。（4）传输介质：）传输介质：如：如：同轴电缆、双绞线、光缆、无线电、微波等。同轴电缆、双绞线、光缆、无线电、微波等。2.网络软件l网络软件：网络软件：网络系统软件网络系统软件和和网络应用软件网络应用软件。l网络系统软件网络系统软件是控制和管理网络运行、提供网络是控制和管理网络运行、提供网络通信和网络资源分配与共享功能的网络软件，它通信和网络资源分配与共享功能的网络软件，它为用户提供了访问网络和操作网络的友好界面。为用户提供了访问网络和操作网络的友好界面。包括：网络操作系统（包括：网络操作系统（UNIX系统系统,Netware系系统和统和WindowsNT）、网络协议软件、网络通）、网络协议软件、网络通信软件信软件l网络应用软件网络应用软件是指为某一个应用目的而开发的网是指为某一个应用目的而开发的网络软件，它为用户提供一些实际的应用（数字读络软件，它为用户提供一些实际的应用（数字读书馆、远程教育、视频点播）。书馆、远程教育、视频点播）。1.3 计算机网络的分类l按照网络所使用的传输技术传输技术（transmission technology）分类；l按照网络的覆盖范围