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1、第1章计算机网络概论1.1计算机网络的形成和发展1.2计算机网络的定义1.3计算机网络的功能1.4计算机网络的分类1.5计算机网络的模式1.6计算机网络的组成* 1.7网络计算研究与应用的发展* 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，出现了多台计算机互连的需 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ARPAneto 主机-主机网络的演变演变阶段1*通信任务从主机中分离，
2、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。两层网络的概念结构演变阶段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*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【例子】:*因特网的前身iarARPANET*美苏冷战时期由美国军方建立的实验性网络* 最初4个节点f 70年代的60多个节点*地域跨越美洲、欧洲*具有现代网络的许多特征，例如*分组交换*分层次的网络体系*较为完善的通信协议(3)体系结构标准化网络为什么需要标准化？*不同网络设备之间的兼容性是推动网络体系结构 标准化的原动力*而兼容性的最终目的仍是资源共享标准化的时
3、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* 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
4、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)*为了实现各类网络的互联、适应更大范围的资源共享、促进网络的开放性 及标准化程度，国际标准化组织(ISO)于70年代后期开始制定一系列国 际标准，并于1981年正式公布了 “开放系统互连参考模型” (OSIOpen System Interconnection Basic Reference Model),从而确立了井算 机网络的体系结构。按照标准化的体系结构建立的计算机网络称为第三代 网络。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
5、驱动力截止到2000年，Internet的规模为*网络数达到10 5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1000倍*端到端的速率要达到100Mbit/s-10Gbit/s2.计算机网络按年代划分*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、局域网与分组交换技术的研究与应用*第四阶段：20世纪90年代Internet技术的广泛应用网络计算技术
6、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1.2 计算机网络的定义 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：利用各种通信手段，把地理分散的计算机互联起来，能够互相通信且共享 资源的系统。*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*互连：以任何可能的通信连接方式*有线方式：铜线、光纤等*无线方式：红外、无线电（微波）、卫星等计算机网络与其它类似系统的比较终端分时系统*各
7、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*数据分时处理多机系统*主机间通信多釆用共享存储器、共享总线等（有的系统也采用高速局域网）分布式系统1、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，数据并行处理,共同完成一项任务,如并行计算。用途：主要是科学计算和事务处理。2、计算机网络的特点：*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。i3计算机网络功能 数据通信(Com
8、munication 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) 提供高可靠性服务(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)由计算机网络的功能可知它能提供各种各样 的应用服务,主要包括如下几类：*共享资源访问如 Web, FTP等。*远程用户通信如E-mail, IP电话，网络会议等。*网上事务处理如电子商务，电子政务，网上储蓄
9、等。1.4计算机网络的分类 计算机网络的分类方法主要有以下几种：1. 根据网络所使用的传输技术分类2. 根据网络的覆盖范围与规模分类3. 按拓扑结构分类1. 按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) 局域网络通常使用广播方式，广域网络通常使用 点对点方式(也有例外。1) 点-点式网络由一对对机器间的多条传输链路构成。信源与信宿 之间的通信需经过一台和多台中间设备进行传输。网状、环形、树形、星形2)广播式网络一台计算机
10、发送的信息可被网络上所有的计算机接收。*总线形、无线(微波、卫星)* 2.根据网络的覆盖范围与规模分类* 局域网(Local Area Network， LAN)*范围：小，V10KM*传输技术：基带，10-1000Mbps，延迟低，出错率 低(10T1)*拓扑结构：总线，环* 城域网(Metropolitan Area Network , MAN)*范围：中等，介于10KM100KM*传输技术：宽带/基带*拓扑结构：总线*IEEE专门为MAN定义了一个标准IEEE802.6,称为* 分布式队列双总线(DQDB),但并未得到预期的应用。* 广域网(Wide Area Network , WAN
11、)*范围：大，100KM*传输技术：宽带，延迟大，出错率高*拓扑结构：不规则，点到点*互联网由若干个物理网络包括LAN、MAN和WAN等由路由器 (或称网关)的网络设备连接在一起的，互联网是 由路由器互连在一起的物理网络的集合，是网络的 网络。*星形*有一个中心节点，其它节点与其构成点到点连接*树形* 一个根结点、多个中间分支节点和叶子节点构成*总线*所有节点挂接到一条总线上，广播式信道*需要有介质访问控制规程以防止冲突*环形*所有节点连接成一个闭合的环，结点之间为点到点连接*全连接*点到点全连接，连接数随节点数的增长迅速增长，使建造成本大大提高，只适 用于节点数彳很少的广域网中*不规则（网状
12、）点到点部分连接，多用于广域网，由于连接的不完全性，需要有交换节点16 计算机网络的组成计算机网络主要由计算机系统（包括计算机和终端）、网络节点（通信处理机）和通信链路（通信线路和网络 设备）等网络单元组成。从功能上可以将计算机网络分为： 资源子网和通信子网。1、资源子网一负责数据处理的主计算机与终端等2、通信子网一负责数据通信处理的通信控制处理机与通信线路等资源子网和通信子网结构示意图资源子网的概念*资源子网的组成端控制器外设、软件资源、信息资源* 主机（host）大型机、中型机、小型机、工作站或微机* 终端（terminal）用户访问网络的界面；终端可以是简单的输入、输出终端，也可以是带有
13、微处理机的智能终端;终端可以通过主机连入网内，也可以通过通信控制处理机连入网内。（2）通信子网的概念*早期的ARPAnet中，承担通信控制处理机功能的设备是接口报文处理机IMP，也就是现在广泛使用的路由器；* IMP将主机和终端连入网内；IMP完成分组接收、校验、存储、转发功能；（3）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
14、次结构的网际网的Internet 网络结构。In ternet网络结构示意图 从软件和硬件的角度计算机网络系统的组成是： 硬件*网络节点*端节点：计算机*中间节点：交换机、集中器、复用器、路由器、中继器*通信链路：信息传输的通道*物理：传输介质*逻辑：信道*类比ATV的电缆和频道之间的关系软件*通信软件（网络协议软件）*网络操作系统*网络管理/安全控制软件、网络应用软件17 网络计算研究与应用的发展1.71网络计算的基本概念移动计算网络的研究与应用网络多媒体计算的研究与应用网络并行计算的研究与应用*存储区域网络的研究与应用* “计算”这个词在不同的时代有不同的内涵；* 20世纪初，图灵设计的第
15、一个理论计算机模型和第一台电子计算机ENIAC问世，从 那时以来，人类开始进入了计算机计算时代；*需求和计算机能力迅速交替上升，而每一次计算能力的重大进步都会对科学和人类生 活带来重大的影响；*电子邮件、Web服务、电子商务与IP电话己给我们的生活带来了很多变化，但是这 仅仅是一个开始；*网络带宽迅速地增长，软件越来越丰富，网络用户数与日剧增，人们的生活、学习和 工作将离不开网络，21 世纪人类将进入的网络计算时代;*网络时代的“计算”已经有了更为广泛的含义；*网络将被看作是最强有力的超级计算环境，它包含了丰富的计算、数据、存储、传输 等各类资源，用户可以在任何地方登录，处理以前不能完成的问题；*人们可以在不同的地点，很多人共
