计算机网络课件:第1章:计算机网络概论.pdf
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1、大法理2大手University O第1章计算机网络概论卷电8信息导电大名都计算机科考易技木等潴 工业经济向知识经济转变:而知识经济的特点就是数 字化、信息化,全球化。因此网络成为重要基础。从20世纪90年代开始,Internet飞速发展,可说 是有计算机以来的又一个里程碑。速度之快,影响之 大,前丽耒看。1993年美国发表“国家信息基础结构Nil(_National I nformation I nfrastructure)行动 计划”,也就是人们所说的信息高速公路。1994年美国又提出建立“全球信息基础结构 GII(Global II),要将各国的NII互连起来。卷电8信息导电大名都计算机
2、科考易技木等潴大法理2大手University OHy O TtFhnolvgy本章知识点:计算机网络的形成与发展计算机网络基本概念典型的网络网络计算基本概念移动网络计算多媒体网络网络并行计算存储区域网络卷电8信息导电大名都计算机科考易技木等潴1.1计算机网络的形成与发展 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I nternet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
3、究与发展网络与信息安全技术的研究与发展、卷电8信息导电大名都计算机科考易技木等潴大法理2大冬j University O TtFchnolQgy第1阶段:20世纪50年代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;(远程通信)计算机网络是计算机技术与通信技术相结合的产物,通信技术和 计算机技术既相互渗透又密切结合。一方面,通信技术为多个计算机之间的信息传递、交换和资源共 享等提供了必要的手段,促进了计算机网络发展;另一方面,
4、计算机技术应用到通信领域,提高了通信系统的性能,像通信向数字化、多媒体等方向发展,进行了一场真正革命性 的变革。光纤技术、三网合一、多种接入技术等。卷电8信息导电大名都计算机科考易技木等潴大法理2大手University O以单机为中心的远程联机系统卷电8信息导电大名都计算机科考易技木等潴第2阶段:20世纪60年代 从简单到复杂,早期是为了解决远程计算信息的收集和处理而 形成联机系统,发展到以资源共享为目的而互连起来的计算机 群。1962年开始,美国国防部高级研究规划局ARPA(Advanced Research Project Agency)和英国的国家物理实验室NPL都对 新型计算机通信网
5、进行研究。1965年,英国的D.Davis提出计算机互连的概念,并提出了报 文分组(Packet)的描述,即为128字节的数据块。1969年,美国的ARPANET(当时仅4个节点(位于加州大学洛杉 矶分校、斯坦福研究所、加州大学圣大巴比分校和Utah大学),从此计算机网络的发展就进入了一个崭新的纪元。卷电8信息导电大名都计算机科考易技木等潴 1962年,MIT教授利克莱德(J.C.R.Licklider),发表一篇论文,提出星云网络(Galactic Network)的概念。利克莱德的 构想,显然受到威纳讨论人脑/机器互动,以及一个系统内组织 结构关系的控制学所影响。他的笔记,也是最早记载有关
6、网际网络构想的书面文件中,利 克莱德提出将全球计算机连结,以便可以从任一节点获取资料 的观念。现代的网络精神,可以说是从这篇文章开始萌芽的。在同一年,利克莱德成为ARPA(美国国防部高级研究计划局)的 领导人。为实现这个把全世界计算机联结起来的构想,利克莱 德不但在自己的任期内身体力行,也不断向后继者,如劳伦斯 罗伯特(Lawrence G.Roberts)等人鼓吹网络概念的重要性。等到劳伦斯罗伯特成为ARPA的主持人之后,终于在1969年诞生 了 ARPANET(阿帕网络)。卷电8信息导电大名都计算机科考易技木等潴IMP:接口报文处理机1969 年的 APPANET 4个结点)DECFIGU
7、RE 6.2 Drawing of 4 Node Network(Courtesy of Alex McKenzie)卷电8信息导电大名都计算机科考易技木等潴大法理2大手University O1971年的APPANET 40个结点)MAP 4 September 1971卷电8信息导电大名都计算机科考易技木等潴1980年的APPANET(100多个结点)ARPANET GEOGRAPHIC MAP,OCTOBER 1980(NOTE:THIS MAP DOES NOT SHOW ARPAS EXPERIMENTAL SATELLITE CONNECTIONS)NAMES SHOWN ARE
8、IMP NAMES,NOT(NECESSARILY)HOST NAMES卷电8信息导电大名都计算机科考易技木等潴多台主机互联的通信系统计算机网络以资源共享为目的,通信手段复杂。51卷电8信息导电大名都计算机科考易技木等潴第3阶段:20世纪70年代 一些大的计算机公司(IBM、DEC、UNIVAC等)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(SC16)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(0SI)参考模型,制订了一系 列的协议标准;(庞大的基本协议集,评价褒贬不一)在1969年ARPANET的实验性阶段,研究人员就开始了T
9、CP/IP 协议雏形的研究;80年前后,ARPANET所看主机都转向 TCP/IP 协议。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。(TCP/IP协议与体系结 构成为业内公认的标准)广域网的作用是扩大资源共享的范围;局域网的作用是增强了资源共享的深度。卷哀 信息藐X考都科考易技木等潴大法理2大冬j University O TtFchnolQgy国际标准化的计算机网络卷电8信息导电大名都计算机科考易技木等潴第4阶段:20世纪90年代 Internet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
10、多媒体网络应用的发展;特别是Web的出现,使得Internet应用进入高速发展。(Email、搜索 引擎、P2P、播客、博客、即时通、网络电视等应用)高速局域网络技术发展迅速,目前,Fast Ethernet、Gigabit Ethernet、1 OGbps的Ethernet已开始进入实用阶段,速率为lOOGbps 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;为社会信息化提供了技术支持;网络计算技术已经成为重要的网络应用与研究领域。(包括移动计算 网络、网络多媒体计算、网络并行计算、网格计算等)卷电8信息导电大名
11、都计算机科考易技木等潴大法理2大冬j University O TtFchnolQgy以下一代互联网为中心的新一代网络Host3 计算机网络有网络I 操作系统。宽带城域网:20世纪80年代后期提出了城域网MAN的概念;城域网是以光纤为传输介质,能够提供高传输速率、支持综合业务数据传输、覆盖跨度在50公里到100公里 的城市范围,实现高速宽带传输的数据通信网络;早期的城域网的首选技术光纤环网,产品是光纤分布 式数据接口 FDD I。卷电8信息导电大名都计算机科考易技木等潴宽带城域网概念的产生 当前城域网的概念泛指网络运营商在城市范围内 提供各种信息服务业务的所有网络;它是以宽带光传输网为开放平台
12、,以TCP/IP协议 为基础,与运营商的广域计算机网络、广播电视 网、传统电话交换网PSTN互连互通的本地综合业 务网络;为了满足语音、数据、图像、多媒体应用的需求,现实意义上的城域网一定是能提供高传输速率 和保证服务质量的网络系统;传统意义上的城域网扩展到宽带城域网卷电8信息导电大名都计算机科考易技木等潴宽带城域网在网络概念与技术上引起的重大变化:宽带城域网使得传统的局域网、城域网与广域网在 技术上的界限越来越模糊;宽带城域网使得传统的电信传输网技术与计算机网 络技术的界限越来越模糊;宽带城域网使得传统的电信服务业务与Internet应 用的界限越来越模糊;宽带城域网使得电信传输网、计算机网
13、络与广播电 视网的界限越来越模糊。卷电8信息导电大名都计算机科考易技木等潴大法理2大冬j University O TtFchnolQgy1.2计算机网络的定义与分类1.2J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 联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;互联的计算机是分布在不同地理位置的多台独立的“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。卷电8信息导电大名都计算机科考易技木等潴“互连”与“互联”的区分这两个名词的英文均为interconnection意思基 1本一样,但用的地方不同.互连是一种物理连接,指一
14、个计算机系统中的两 个部件的通信。多指一种电气或机械连接,例如:系统互连;开放系统互连等.互联是指联合、联盟的意思,多用在网络方面.-例如I互联网。在现代汉语辞典修订本(中国社会科学院语言研究所辞典编辑室编,商务印书馆1996年出版)第782页上有:“【连接j冠作联接已在785页上有:“【联接】同连接 这表明“连接”和“联接”是一样的意思。在全国自然科学名词审定委员会公布的计算机科学技术名词一书 MINGCI94中,Connect ion确定译为连接。Interconnect ion确定译为 互连。In ternetworking确定译为网际互连。到了 1997年7月18日“全国科学技术名词审
15、定委员会推荐名(一)”公布了。其中的第一个名词就是“互联网”,它对应的英文名为:internet,?internetwork,interconnection network0 在现有名一栏中有互联网、“互连网,“网际网”和“网间网 在注释栏中着这样几个字:“又称 互连网 不过请注意,把所有的“互连”统统改为“互联”则是错误的。卷F各信息 具可吞计算机科考易技木等潴大法理2大冬University O对计算机网络定义的理解:利用通信线路和网络设备,将位于不同地理位置的且具 有独立功能的计算机连接起来,在网络软件的支持下,实现计算机的分布与协同工作,进行信息交换和软、硬 件资源共享。计算机网络的三
16、个要件:号口一号mn Ms-Ms计算机通信线路府网2各设备卷电8信息导电大名都计算机科考易技木等潴计算机网络的主要功能:数据通信资源共享分布处理卷电8信息导电大名都计算机科考易技木等潴1.2.2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卷电8信息导电大名都计算机科考易技木等潴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(多个结点共享一个通信信道)点对点通信信道(一条通信线路只能连接一对结点)相应的计算机网络也可以分为两类:广播式 网 络(broadcast networks)点对点式网络(point-to-po
17、int networks)卷电8信息导电大名都计算机科考易技木等潴2.按网络的覆盖范围进行分类按覆盖的地理范围进行分类,计算机网络可以分 为以下三类:局域网(local area network,LAN)城域网(metropolitan area network,MAN)广域网(wide area network,WAN)卷电8信息导电大名都计算机科考易技木等潴大法理2大手University O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(10Mb/s-10Gb/s)彳氐 误码率的高质量数据传
18、输环境;一般属于一个单位所有,易于建立、维护与扩展;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;从传输介质类型的角 度,局域网可分为有线局域网和无线局域网。卷电8信息导电大名都计算机科考易技木等潴局域网的应用领域 个人计算机局域网 大型计算设备群的后端网络 存储区域网络 办公室与实验室的网络 企业与学校的主干网LAN是松散耦合型的系统;网中 各计算机间由通信信道相连;一台计算机可以把其它计算机看 成是某个输入/输出设备,从而 在计算机系统间实现信息传输用 这种方法来共享网内资源。卷电8信息导电大名都计算机科考易技木等潴大法理2大手University O城域网的
19、技术特点城域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。卷电8信息导电大名都计算机科考易技木等潴城域网卷电8信息导电大名都计算机科考易技木等潴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。卷电8信息导电大名都计算机科考易技木等潴卷电8信息导电大名都
20、计算机科考易技木等潴卷电8信息导电大名都计算机科考易技木等潴大法理2大手University O1.3计算机网络的组成与结构 计算机网络要完成数据通信与数据处理两大基本 功能;口早期计算机网络主要是广域网,它从逻辑功能上 分为资源子网和通信子网两个部分;资源子网一负责数据处理的主计算机与终端 通信子网一负责数据通信处理的通信控制处理机 与通信线路卷F各信息 具可吞计算机科考易技木等潴卷电8信息导电大名都计算机科考易技木等潴1.3J资源子网的概念资源子网的组成主机 终端 终端控制器外设 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
21、;终端可以是简单的输入、输出终端,也可以是带有微处理机的 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人 向内O卷电8信息导电大名都计算机科考易技木等潴大法理2大手University O1.3.2 通信子网的概念口早期的ARPA net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;卷电8信息导电大名都计算机科考易技木等潴大法理2大手University O1.3.3 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
22、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 就形最一种由路由器互联的壬型、层次结构的 网际网的Internet网络结我。卷电8信息导电大名都计算机科考易技木等潴I internet网络结构示意 图无线接入电话交换网接入卷电8信息导电大名都计算机科考易技木等潴用户通过BP上网根据提供服务的覆盖面积大小以及所拥有的IP地址数目的不同,ISP也分成为不同的层咨”卷电8信息导电大名都计算机科考易技木等潴本地ISP-本地ISP本地 ISP、本地ISP第三层第二层
23、第一层一本地ISP;本地ISP;本地侬本地ISP,第二层IS0/本地ISP/y/本地ISP二层本地ISP/木地ISP公司B校园日大公司F、第二层is大公司大公司”ISP)二层 isDNAP:网络接入点本地ISPA主机A-本地ISP 第二层ISP-NAP 一 第一层ISP NAP 一 第二层ISP 一 本地ISP 主机B卷电8信息导电气名耶计算机科考易技木等潴1.4计算机网络的拓扑构型1.4J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
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