第1章计算机网络概论.

第一章计算机网络概述及体系结构问题？计算机网络到底是什么？计算机网络是怎么发展来的？计算机网络能做什么？2第一章计算机网络概述及体系结构本章内容：1.1计算机网络概述1.2计算机网络体系结构1.3开放系统互联参考模型（OSI/RM）1.4TCP/IP体系结构3了解：1、计算机网络的应用2、相关的国际标准化组织3、网络分层的意义4、网络体系结构的定义5、OSI参考模型和TCP/IP参考模型各层的基本服务功能4掌握：1、计算机网络的产生和发展阶段2、计算机网络的概念及定义3、计算机网络系统的组成结构4、计算机网络的分类5、网络体系结构的基本概念6、OSI参考模型及各层次名称7、TCP/IP参考模型及各层次名称8、上述两种参考模型中数据在源与目标设备间的传送过程51.1计算机网络概述1.1.1计算机网络的产生和发展阶段1.1.2计算机网络的概念及定义1.1.3计算机网络系统的组成结构1.1.4计算机网络的分类1.1.5计算机网络的应用1.1.6相关的国际标准化组织61.1.1计算机网络的产生和发展阶段（从体系结构角度）◇以主机为中心的联机终端系统（面向终端的计算机网络）－－20世纪50年代◇以通信子网为中心的主机互连（ARPA网为代表的计算机网络）－－20世纪60年代后期◇计算机网络结构标准化－－20世纪70年代后期◇局域网－－20世纪80年代◇因特网时代－－20世纪90年代严格地讲：这不是计算机网络7(1)以主机为中心的联机终端系统（“计算机－终端”系统）特征：终端共享主机的软硬件资源单台主机：执行数据处理和通信任务多台终端：执行用户交互(终端集中器/终端服务器)分时多用户系统连接方式：本地或远程TTHOSTT8◇例子：美国半自动化地面防空系统SAGE防区+各观测站、机场、阵地+通信线路飞机订票系统HOST(总部)+Terminals(订票点)+通信线路(电话线路)9◇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多点通信线路终端集中器（P3，图1.1b）前端处理机（FrontEndProcessor,FEP），通信任务分离主机TTTTTHOSTT10(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”HOSTHOSTHOSTTTTTTTTTTT通信线路11主机－主机网络的演变◇演变阶段1通信任务从主机中分离，由通信控制处理器（CCP）完成CCP：处理主机之间通信任务的专用设备CCPCCPHOSTHOSTTTTTTTCCPHOSTTT12◇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CCPCCPHOSTHOSTTTTTTTCCPHOSTTTT通信子网13◇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兼容性好公用数据通信网HOSTHOSTTTTTTTHOSTTTTT14两层网络的概念结构CCCHHH资源子网通信子网在通信子网上可以有多个资源子网，共享通信子网的服务HH15☆例子因特网的前身——ARPANET美苏冷战时期由美国国防部高级研究计划署（DARPA）建立的实验性网络最初4个节点（大学）→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资源共享分散控制报文分组交换分层次的网络体系，促进TCP/IP协议发展较为完善的通信协议采用专门的通信控制处理器16☆例子英国国家物理实验室（NPL）网络英国邮政局的EPSS公用分组交换网法国信息与自动化研究所（IRIA）的CYCLADES分布式数据处理网络加拿大的DATAPAC公用分组交换网日本电报电话公司的DDX-3公用数据网17(3)计算机网络结构标准化◇为什么需要标准化？出现不同厂商、研究部门的计算机网络，难以互连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18◇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（ISOOSI/RM）OSI参考模型--开放系统互联参考模型（OpenSystemInterconnection/RecommendedModel）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；只说明了做什么而未规定怎样做；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)19(4)局域网◇1972，美国加州大学研制的Newhallloop网◇1974，英国剑桥大学计算机实验室建立剑桥环（CambridgeRing）网◇1975，施乐公司PaloAlto研究中心研制以太网，现在以太网是LAN的主流网络◇20世纪80年代，多种类型局域网出现，并投入市场20(5)因特网时代◇全球性网络--因特网的出现标志着网络时代的到来◇因特网由ARPANET发展演化而来◇1986，美国国家科学基金会（NSF）建立美国国家科学基金网NSFNET连接美国100多所大学和研究机构三级网络结构：主干网、区域网和校园网主干的传输速率开始为56kbps→1.544Mbps◇20世纪90年代初，IBM、MCI和Merit三家公司组建ANSNET，速率为44.746Mbps◇欧洲主干网EBONE，加拿大的Canet，英国的PIPEX、JANET和日本的WIDE21(5)因特网时代◇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。◇截止2012年6月底，我国网民数量达到5.38亿人，互联网普及率已经达到39.9%。◇“下一代因特网计划”目标：更快、更强大、更安全、更高的服务质量和更方便的使用使用IPv6，支持更高速、更丰富的下一代互联网服务22(5)下一代网络◇以软交换为核心的，能够提供包括语音、数据、视频和多媒体业务的基于分组技术的综合开放的网络架构，代表了通信网络发展的方向◇具有的技术优势开放的、分层的网络构架体系业务与呼叫控制分离、呼叫控制与承载相分离支持各种业务和用户无拘束的接入可与现有网络互通支持移动性电信级的硬件平台◇◇23计算机网络是计算机技术和通信技术紧密结合的产物，它涉及到计算机与通信两个领域。它的诞生使计算机体系结构发生了巨大变化，在当今社会经济中起着非常重要的作用，它对人类社会的进步做出了巨大贡献。从某种意义上讲，计算机网络的发展水平不仅反映了一个国家的计算机科学和通信技术水平，而且已经成为衡量其国力及现代化程度的重要标志之一。计算机网络的发展阶段小结241.1.2计算机网络的概念及定义计算机网络：把分布在不同地理位置的多个独立工作的计算机、终端及附属设备在物理上互连，按照网络协议相互通信，由功能完善的网络软件管理，以共享硬件，软件和数据资源为目的的计算机系统。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25◇从定义中可以看出其特点：计算机网络是计算机技术和通信技术的结合。（技术上的保证）目的是共享硬件，软件和数据资源。（实际应用的需要）网络协议。（是计算机网络的语言）271.1.3计算机网络的组成结构1)从功能组成的角度2)从物理组成的角度281)从功能组成的角度从功能组成的角度，计算机网络主要分为资源子网和通信子网。（1）资源子网（也称为数据处理系统）资源子网一般由主机、终端、相关的输入/输出设备和各种软硬件资源、数据资源组成，负责数据处理、存储功能。相当于计算机系统。（2）通信子网（也称为数据传输系统）通信子网负责数据通信处理，包括网卡、线缆、集线器、中继器、网桥、路由器、交换机等设备和相应协议。是为了连网的通信设备和通信线路等。不同类型的网络，其通信子网的物理组成各不相同，如局域网和广域网。292)从物理组成的角度（1）硬件网络节点端节点：通信的源节点和目的节点，如计算机、服务器中间节点（转接节点）：网络通信过程中起控制和转发数据作用的节点，如交换机、集中器、通信处理机、复用器、路由器、中继器通信线路：信息传输的通道物理：传输介质逻辑：信道（2）软件通信软件（网络协议软件）网络操作系统（网络系统软件）网络管理/安全控制软件、网络应用软件（3）协议301.1.4计算机网络的分类1)按地域范围分类（广域网、局域网、城域网）2)按拓扑结构分类（星形、总线形、环形等）3)按传输介质分类（有线、无线）4)按用户分类（公用、专用）5)按网络控制方式分类（集中式、分布式）6)按网络的交换功能分类（电路、报文、分组交换）7)按网络协议分类（以太网、令牌环等）8)按信息传播方式分类（点到点、广播方式）311.1.4计算机网络的分类1)按地域范围分类：局域网(LocalAreaNetwork，LAN)范围：小，＜100KM速率：10-1000Mbps拓扑结构：总线，星形传输技术：基带，延迟低，出错率低（10-11）广播式网络，信道共享物理、链路两层优点：组网方便，使用灵活321)按地域范围分类：广域网(WideAreaNetwork，WAN)范围：大，＞100KM速率：主干已达2.5Gbps拓扑结构：不规则，点到点传输传输技术：宽带，延迟大，出错率高多路复用，提高线路利用率物理、链路、网络层典型代表：ARPANET，CHINANET，CERNET等城域网(MetropolitanAreaNetwork，MAN)范围：中等，＜100KM传输技术：宽带/基带设计目的：满足大量企业、公司的多个局域网互连的需要332)按拓扑结构分类：网络的拓扑结构是指计算机网络连接使用的电缆所构成的几何形状。星形有一个中心节点，其它节点与其构成点到点连接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星形拓扑总线形拓扑34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树形（总线的扩展）一个根结点、多个中间分支节点和叶子节点构成环形拓扑树形拓扑35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，只适用于节点数很少的广域网中不规则（网状）点到点部分连接，多用于广域网，由于连接的不完全性，需要有交换节点不规则拓扑全连接拓扑36常用拓扑结构比较星型的特点：网络结构简单，组网容易，易于扩充，成本低网络延迟短，误码率低可以同时使用多种物理介质网络共享能力较差，线路利用率不高，中央结点负担过重总线的特点：结构简单灵活，便于扩充价格低，安装方便共享资源能力强，便于广播式工作当节点通信量增加时，性能会急剧下降37环形的特点：路由选择相对简单可靠性高时间延迟确定扩充不方便树形的特点：是一种层次网，扩充方便点到点网络有容错能力，一个分支的故障不影响另一个分支的工作38全连接的特点：无须路由选择，通信方便连接复杂，适合节点少，距离近的环境网状的特点：用于大型或广域网需要中继节点转发393)按传输介质分类：有线网无线网4)按用户分类：公用网，电信部门建设，需交费才可以使用专用网，只为拥有者提供服务，不向拥有者以外的人提供服务，比如军事、铁路、电力、教育等系统专用5)按网络控制方式分类集中式，信息处理和控制功能集中在少数节点，所有的信息流都必须经过这些节点之一分布式，不存在一个控制中心，信息从一个节点到另一个节点，