11基本概念(计算机网络课件)

第一讲计算机网络的基本概念–计算机网络的定义、组成与功能–计算机网络的分类–计算机网络的产生和发展–因特网及其产生与发展第1章概述•计算机网络的定义：–把地理上分散的多台独立的计算机，通过通信设备和线路连接起来，以功能完善的网络软件实现资源共享和数据通信。–这一定义也可简化为一句话：一些相互连接的自治计算机的集合。计算机网络的功能•最重要的功能：1.数据通信(CommunicationMedium)，即连通性文件传输、IP电话、email、视频会议、信息发布、交互式娱乐、音乐2.资源共享(ResourceSharing)软件、硬件、数据（数据库）3.信息共享4.负载均衡与分布式处理5.系统安全与可靠性（通过信息冗余、网路部件冗余等）计算机网络的组成•计算机网络的组成元素分成两大类，即网络结点和通信链路。–网络结点又分为端结点和转接结点。–端节点是指信源和信宿，如主机。“信源”是信息的发布者；“信宿”是信息的接收者，即最终用户。–转接结点则是指网络中起控制和转发作用的结点，如交换机、路由器等。–通信链路是指传输信息的信道，包括双绞线、无线电线路、光纤等•按通信传播方式分类：–点对点通信方式网络：使用一对一的点对点信道，一对机器间往往的多条传输链路构成。•假如两台计算机之间没有直接连接的线路，那么它们之间的分组传输就要通过中间结点的接收、存储、转发，直至目的结点；–广播方式网络：使用一对多的广播信道，一台计算机发送的信息可被网络上所有的计算机接收。2.计算机网络的分类•按不同作用范围的网络–广域网WAN(WideAreaNetwork)：几十到几千KM•广域网也称为远程网，它所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；–城域网MAN(MetropolitanAreaNetwork)：5~50KM•设计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，以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；–局域网LAN(LocalAreaNetwork)：1KM左右•局域网用于将有限范围内(如一个实验室、一幢大楼、一个校园)的各种计算机、终端与外部设备互连成网；•存在多种基于不同技术的局域网–个人区域网PAN(PersonalAreaNetwork)：10m•在个人工作的地方把属于个人使用的电子设备用无线技术连接起来的网络。–接入网AN(AccessNetwork)•用来把用户接入到因特网的网络，又称为本地接入网或居民接入网。•由ISP提供的接入网只是起到让用户能够与因特网连接的“桥梁”作用。•从网络的使用者进行分类–公用网(publicnetwork)：电信网–专用网(privatenetwork)：军队等系统内部网•从网络拓扑结构分类–拓扑学是几何学的一个分支；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，进而研究点、线、面之间的关系；–计算机网络拓扑是通过网中结点与通信线路之间的几何关系表示网络结构，反映出网络中各实体间的结构关系；–网络拓扑的设计目的：通过选择适当的线路、线路容量、连接方式，使整个网络的结构合理，成本低廉。总线形拓扑网状拓扑常见网络拓扑构型主要特点–结点通过点—点通信线路与中心结点连接。中心结点控制全网的通信，任何两结点之间的通信都要通过中心结点。–星型拓扑构型结构简单，易于实现，便于管理，但是网络的中心结点是全网可靠性的瓶颈，中心结点的故障可能造成全网瘫痪。星形拓扑常见网络拓扑构型主要特点•结点通过点—点通信线路连接成闭合环路；•环中数据将沿一个方向逐站传送；•环型拓扑结构简单，传输延时确定；•环中每个结点与连接结点之间的通信线路都会成为网络可靠性的瓶颈；•为保证环的正常工作，需要较复杂的环维护处理；环形拓扑常见网络拓扑构型主要特点–树型拓扑构型可以看成是星型拓扑的扩展；–结点按层次进行连接，信息交换主要在上下结点之间进行，相邻及同层结点之间一般不进行数据交换或数据交换量小；–树型拓扑网络适用于汇集信息的应用要求；树形拓扑常见网络拓扑构型3.计算机网络的产生和发展•早期的计算机应用模式——单机–大、中、小型机—庞大，昂贵，资源无法共享–计算机构成了一个个的信息“孤岛”•计算机网络产生始于1950’s，产生的原因：–资源共享的需求（计算能力、外设、软件、数据）–大型项目的合作（进行工程项目协作）–人与人之间的信息沟通（数据通信）•从体系结构来观察，计算机网络的发展经历了四个阶段第一阶段：联机终端系统•特征：终端(Terminal)共享主机(Host)的软硬件资源–单台主机：执行计算和通信任务–多台终端：执行用户交互–(终端集中器/终端服务器)•连接方式：本地或远程TSTTTTTTHOST通信线路T•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•以主机为中心的联机终端系统并不能算作是计算机网络。第二阶段：计算机网络阶段•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–通信任务从主机中分离，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CCPCCPHOSTHOSTTTTTTTCCPHOSTTT–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–在通信子网上可有多个资源子网，共享通信子网的服务CCPCCPHOSTHOSTTTTTTTCCPHOSTTTT通信子网第三阶段：体系结构标准化网络•网络体系结构遵从国际标准化组织制定的国际标准–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–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第四阶段：网络互联和高速网络•典型的特点是计算机网络之间的互联，特别是以因特网为代表的全球IP互联网的快速兴起和发展，使计算机网络技术进入了高速全球化网络时期。•互联网（internet）是一种“网络的网络”（networkofnetworks），它把许多网络连接在一起。•单个网络（network）是由若干结点（node）和连接这些结点的链路（link）组成。而互联网则是用链路把不同的网络连接到一起。(a)(b)网络互联网（网络的网络）结点链路互联网的概念因特网是目前世界上最大的互联网•因特网是由美国军方的一个实验性网络ARPANET逐渐发展起来的世界性的计算机网络。•20世纪60年代初，美国国防部领导的远景研究规划局ARPA(AdvancedResearchProjectAgency)提出研制的一种生存性(survivability)很强的网络。•最初只有4个节点，到70年代已发展到60多个节点。地域跨越美洲、欧洲。4.因特网及其产生与发展•ARPANET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•因特网的英文名称是“Internet”•英文单词“internet”是“互联网”的意思。•“Internet”是一个专有名词，专指因特网。•今天的因特网是一个互联网。因特网发展的三个阶段•第一阶段是从单个网络ARPANET向互联网发展的过程。–1969年创建的ARPANET只是一个单个的分组交换网（不是互联网）。–70年代中期ARPA开始研究多种网络的互联技术，导致ARPANET逐渐成为互联网。–1983年TCP/IP协议成为ARPANET上的标准协议。•人们把1983年作为因特网的诞生时间。因特网发展的第二阶段•70年代后期，NSF（美国国家科学基金会）看到ARPANET对于大学研究工作的巨大影响，决定设计一个ARPANET的后继网，从1985年起，围绕六个计算中心建设计算机网络，1986年建成了国家科学基金网NSFNET，并与ARPANET相连。•它是一个三级网络：主干网、地区网、校园网•ARPANET和NSFNET形成了Internet的基础。–1990年，美国政府决定将NSFNET的主干网转交给私人公司ANS来经营，并将主干网的速率提高到45Mb/s，构成ANSNET，开始对接入该网的单位收费。–ANSNET运行5年后被出售给AmericaOnline。而ARPANET于1990年宣布正式关闭。因特网发展的第三阶段•从1993年开始，由美国政府资助的NSFNET逐渐被若干个商用的ISP网络所代替。•1994年开始创建了4个网络接入点NAP(NetworkAccessPoint)，分别由4个电信公司经营。NAP就是用来交换因特网上流量的结点。在NAP中安装有性能很好的交换设施。本世纪初，美国的NAP的数量已达到十几个。•从1994年到现在，因特网逐渐演变成多级结构网络。•第三阶段的特点是出现了因特网服务提供者ISP(InternetServiceProvider)，并逐渐形成了多层次ISP结构的因特网。•大致上可将因特网分为以下五个接入级–网络接入点NAP–国家主干网（主干ISP）–地区ISP–本地ISP–校园网、企业网或PC机上网用户用户因特网ISP1ISP2因特网服务提供者用户通过ISP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也分成为不同的层次。大公司公司本地ISPAB主机A→本地ISP→地区ISP→主干ISP→地区ISP→本地ISP→主机B本地ISP主干ISP本地ISP本地ISP地区ISP主干ISP主干ISP地区ISP地区ISP地区ISP本地ISP本地ISPIXP本地ISP校园网校园网具有三层ISP结构的因特网的概念示意图因特网交换点IXP•理论上，各ISP相互协作，可完成所有数据通信业务。•但随着因特网上的数据流量的急剧增长，人们开始研究如何更快地转发分组，有效利用网络资源，因特网交换点（InterneteXchangePoint）应运而生。•IXP的主要作用是直接连接两个网络并交换分组。•目前全球约有100多个主要的交换点。•这些属于不同组织所有，通过IXP和私有对等连接互连的网络共同组成了Internet主干。3中国大陆14德国15法国16日本19巴西85美国IXP数国家到2012年3月，全球已经有91个国家拥有IXP，其中拥有10个以上IXP的国家仅有9个，而仅拥有一个IXP的有48个国家。万维网的问世•因特网是世界上规模最大和增长速率最快的计算机网络，没有人能够准确说出因特网究竟有多大。•因特网的迅猛发展始于20世纪90年代。由欧洲原子核研究组织CERN开发的万维网(WorldWideWeb)被广泛使用在因特网上，大大方便了广大非网络专业人员对网络的使用，成为因特网的这种指数级增长的主要驱动力。•WorldWideWeb（）是TimBernersLee（蒂姆·伯纳斯·李）于1991年发明的。–1989年夏天，蒂姆开发出了世界上第一个Web服务器和第一个Web客户机。虽然以现在的眼光来看这只能算是一个简单的电话号码查询，但它却实实在在是一个所见即所得的超文本浏览/编辑器。–1989年12月，蒂姆为他的发明正式定名为WorldWideWeb，即我们熟悉的；–1991年5月上首次露面，从此揭开了Internet的新纪元，从此我们也开始了网上的冲浪。计算机网络在我国的发展•铁道部1980年开始计算机联网实验。•1981年11月第一个公用分组交换网CNPAC建成运行。•中国科技界使用因特网则是从1986年开始的。通过长途电话拨号到欧洲国家，进行连接数据库检索。1988年实现和欧洲的EMAIL通信。•1989年CHINAPAC基本开通，与欧洲有连接。•1994年4月20日，我国用64kbps专线正式连入因特网，同年5月中科院高能物理研究所设立了我国第一个服务器。•1994年9月，CHINANET正式启动。•此后，我或陆续建成了多个基于因特网技术并于因特网相连的全国范围的网络。(1)中国公用计算机互联