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1、华中农业大学理学院计算机系第一章 概论华中农业大学理学院计算机系主要内容课程特点、课程目标及推荐参考书计算机网络的产生和演变计算机网络的基本概念计算机网络的分类计算机网络的性能指标华中农业大学理学院计算机系 实用性、专业性、知识性 计算机专业中实用性最强的技术课程。 计算机课程中自学难度最大的课程。 学习必须理论知识与实际练习并重。 无理论知识无法理解网络设计、系统管理 故障分析、网络互连 无实际练习无法掌握安装、文件/目录及用 户管理的具体方法 课程特点课程特点华中农业大学理学院计算机系数据通讯的基本知识计算机网络的基本原理基本通信协议基本网络技术 课程目标华中农业大学理学院计算机系参考书：
2、参考书： 计算机网络计算机网络（第四版），（第四版），Andrew S.TanenbaumAndrew S.Tanenbaum著，潘爱民等译著，潘爱民等译 清华大学出版社清华大学出版社计算机网络计算机网络-自顶向下方法与自顶向下方法与internetinternet特色特色 James F.Kurose James F.Kurose等著等著 陈鸣陈鸣 等译等译 机械工业出机械工业出版社出版版社出版TCP/IPTCP/IP进行网际互连进行网际互连( (第三版第三版 第第1 1卷卷) ) 原著原著DOUGLAS E. COMER DOUGLAS E. COMER 清华大学影印版清华大学影印版 中译
3、版中译版: : 林瑶林瑶 蒋慧等译蒋慧等译 电子工业出版社电子工业出版社 推荐参考书推荐参考书华中农业大学理学院计算机系第一章第一章 概论概论1.11.1计算机网络的产生和演变计算机网络的产生和演变计算机网络：计算机+通信三个阶段：以主机为中心的联机终端系统以通信子网为中心的主机互连具有层次化体系结构的标准化网络华中农业大学理学院计算机系1.1.以主机为中心的联机终端网络系统以主机为中心的联机终端网络系统特征共享主机软硬件资源单台主机：担负计算和通信任务多台终端：担负与用户的交互任务连接方式本地或远程连接THOSTTTTTTT华中农业大学理学院计算机系2.2.以通信子网为中心的主机互连以通信子
4、网为中心的主机互连特征多个终端联机系统的互联，形成了多主机为中心的网络网络结构从“主机终端” 转变为“主机主机”HOSTHOSTHOSTTTTTTTTTTT通信线路华中农业大学理学院计算机系v 由交换设备组成的传输网络通信子网通信子网，为主 机提供信息传输服务v 建立在通信子网基础上的主机集合资源子网资源子网，提供计算资源TTRRHOSTHOSTTTTTRHOSTTTT通信子网通信子网两层网络概念的出现两层网络概念的出现华中农业大学理学院计算机系3. 层次化体系结构的标准化网络层次化体系结构的标准化网络RRRHHH资源子网资源子网通信子网通信子网在通信子网上可有多个资源子网，共享通信子网的服务
5、HH华中农业大学理学院计算机系1. 2 计算机网络的基本概念计算机网络的定义计算机网络与分布式系统交换技术华中农业大学理学院计算机系1 1 计算机网络的定义计算机网络的定义 相互连接的自治计算机的集合相互连接的自治计算机的集合华中农业大学理学院计算机系互联网计算机的互联：计算机网络网络的互联 ：互联网internet & Internet 客户/服务器模式华中农业大学理学院计算机系分布式系统分布式系统在分布式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，对用户透明用途主要是科学计算和数据处理计算机网络计算机
6、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。分布式系统往往是基于计算机网络来实现的。2.计算机网络与分布式系统的区别计算机网络与分布式系统的区别华中农业大学理学院计算机系3.交换技术的概念和发展交换技术的概念和发展电路交换报文交换分组交换电路交换示意图1010011101000101001110首部 数据首部 数据首部 数据报文分组发送在前华中农业大学理学院计算机系交换设备在通信双方找出一条实际的物理线路的过交换设备在通信双方找出一条实际的物理线路的过程。程。特点：特点：数据传输前需要建立一条端到端的通路。 称
7、为“面向连接的”过程：过程：建立连接通信释放连接优缺点优缺点：建立连接的时间长；一旦建立连接就独占线路，线路利用率低；无纠错机制；建立连接后，传输延迟小。不适用于计算机通信，因为计算机数据具有突发性的特点，真正传输数据的时间不到10%。电路交换华中农业大学理学院计算机系 在交换过程中，交换设备将接收到的报文先存储，待在交换过程中，交换设备将接收到的报文先存储，待信道空闲时再转发出去，一级一级中转，直到目的地。信道空闲时再转发出去，一级一级中转，直到目的地。这种数据传输技术称为这种数据传输技术称为存储存储-转发转发。传输之前不需要建立端到端的连接，仅在相邻结点传传输之前不需要建立端到端的连接，仅
8、在相邻结点传输报文时建立结点间的连接。输报文时建立结点间的连接。称为称为“无连接的无连接的”缺点：缺点：报文大小不一，造成存储管理复杂。报文大小不一，造成存储管理复杂。大报文造成存储转发的延时过长；大报文造成存储转发的延时过长；出错后整个报文全部重发。出错后整个报文全部重发。报文交换华中农业大学理学院计算机系将报文划分为若干个大小相等的分组将报文划分为若干个大小相等的分组(Packet)进行存进行存储转发。储转发。数据传输前不需要建立一条端到端的通路。数据传输前不需要建立一条端到端的通路。有强大的纠错机制、流量控制和路由选择功能。有强大的纠错机制、流量控制和路由选择功能。优点：优点：对转发结点
9、的存储要求较低，可以用内存来缓冲分组速度快；转发延时小适用于交互式通信；某个分组出错可以仅重发出错的分组效率高；各分组可通过不同路径传输，容错性好。分组交换（包交换）华中农业大学理学院计算机系三种交换方式的事件顺序三种交换方式的事件顺序呼叫请求呼叫应答数数据据ABCD分组1分组2分组3报文ABCDABCD寻路延迟排队延迟线路交换线路交换报文交换报文交换分组交换分组交换分组4t t华中农业大学理学院计算机系1.3 1.3 计算机网络的分类计算机网络的分类按技术分：广播式网络，点到点网络按地域范围局域网局域网(LAN，Local Area Network)范围：小，20KM传输技术：基带，10-1
10、000Mbps，延迟低，出错率低（10-11）拓扑结构：总线，环城域网城域网(MAN，Metropolitan Area Network)范围：中等，100KM传输技术：宽带/基带拓扑结构：总线广域网广域网(WAN，Wide Area Network)范围：大，100KM传输技术：宽带，延迟大，出错率高拓扑结构：不规则，点到点互联网互联网(Internet)华中农业大学理学院计算机系星形星形有一个中心节点，其它节点与其构成点到点连接树形树形一个根结点、多个中间分支节点和叶子节点构成总线总线所有节点挂接到一条总线上，广播发送需要有介质访问控制规程以防止冲突环形环形所有节点连接成一个闭合的环，结点
11、之间为点到点连接不规则不规则点到点部分连接，多用于广域网全连接全连接点到点全连接，随节点数的增长，建造成本急剧增长，只适用于节点数很少的广域网中按拓扑结构按拓扑结构华中农业大学理学院计算机系星形拓扑星形拓扑树形拓扑树形拓扑总线形拓扑总线形拓扑环形拓扑环形拓扑不规则拓扑不规则拓扑全连接全连接按拓扑结构按拓扑结构华中农业大学理学院计算机系1.4 1.4 计算机网络性能的性能指标计算机网络性能的性能指标速率速率比特（bit）是计算机中数据量的单位，也是信息论中使用的信息量的单位。速率即数据率(data rate)或比特率(bit rate)是计算机网络中最重要的一个性能指标。单位是 b/s，或kb/
12、s, Mb/s, Gb/s 等。华中农业大学理学院计算机系带宽带宽在通信链路上能够传送数字信号的速率，也称为比特率、通信速率、数据(传输)率单位：bit/s(bps)，kbit/s，Mbit/s，Gbit/s华中农业大学理学院计算机系数字信号流随时间的变化数字信号流随时间的变化在时间轴上时间轴上信号的宽度随带宽的增大而变窄。每秒 106 个比特时间1 0 1 0 1 11 s带宽为1 Mb/s 时间每秒 4 106 个比特0.25 s带宽为4 Mb/s 华中农业大学理学院计算机系吞吐量吞吐量吞吐量(throughput)表示在单位时间内通过某个网络（或信道、接口）的数据量。吞吐量受网络的带宽或
13、网络的额定速率的限制。时延时延信息从网络的一端传送到另一端所需的时间时延=传播时延+发送时延+处理时延+排队时延传播时延L/0.7c发送时延=数据位数/信道带宽排队时延=数据在中间结点等待转发的延迟时间华中农业大学理学院计算机系往返时延RTT (Round-Trip Time)从源端发送数据开始，到源端收到目的端的确认所经历的时间RTT2传播时延华中农业大学理学院计算机系某一链路所能容纳的比特数时延带宽乘积=带宽传播时延例如，某链路的时延带宽乘积为100万比特，这意味着第一个比特到达目的端时，源端已发送了100万比特。链路带宽传播时延体积=时延带宽乘积时延带宽乘积时延带宽乘积华中农业大学理学院计算机系利用率信道利用率指出某信道有百分之几的时间是被利用的（有数据通过）。完全空闲的信道的利用率是零。网络利用率则是全网络的信道利用率的加权平均值。信道利用率并非越高越好。华中农业大学理学院计算机系小结计算机网络电路交换、报文交换与分组交换计算机网络与分布式系统的区别计算机网络的分类计算机网络的性能
