数据通信与计算机网络——第1章 概述

1数据通信与计算机网络（第3版）课件杨心强陈国友编著电子工业出版社2007年6月2数据通信与计算机网络第1章概述3第1章概述教学目的了解通信系统模型的作用了解模拟通信、数字通信和数据通信的含义了解数据通信系统的组成和分类，以及数据通信网络了解计算机网络的发展过程，领会其定义、分类、功能、应用及主要性能指标掌握计算机网络体系结构的成因、OSI/RM、TCP/IP，以及若干重要概念了解标准及其制定机构学习内容通信系统模型模拟通信、数字通信和数据通信数据通信系统及其网络计算机网络概述计算机网络的体系结构标准及其制定机构4第1章：内容提纲1.1通信系统模型1.2模拟通信、数字通信和数据通信1.3数据通信系统及网络1.4计算机网络概述1.5计算机网络的体系结构1.6标准及其制定机构51.1通信系统模型调制解调器PC机公用电话网调制解调器数字比特流数字比特流模拟信号模拟信号正文正文源系统目的系统传输系统PC机通信系统模型输出信息m’传输系统输入信息m发送的信号S(t)源点发送器接收器噪声输入数据d(t)接收的信号r(t)输出数据d’(t)终点通信系统61.1通信系统模型(续1)源系统源点它是生成数据的设备。如计算机输出的数字比特流。发送器通常源点生成的数据要通过发送器编码后才能够成为在传输系统中进行传输的电磁信号。典型的发送器是调制器，它将计算机输出的数字比特流转换成可在电话网上传输的模拟信号。传输系统传输线或网络系统。目的系统接收器接收来自传输系统的信号，并将其转换成终点可处理的信息。典型的接收器是解调器，它把来自传输线路上的模拟信号进行解调，还原出发送端产生的数字比特流。终点获取来自接收器数据的设备。7第1章：内容提纲1.1通信系统模型1.2模拟通信、数字通信和数据通信1.3数据通信系统及网络1.4计算机网络概述1.5计算机网络的体系结构1.6标准及其制定机构81.2模拟通信、数字通信和数据通信1.2.1模拟通信、数字通信消息有多种形式，如符号、文字、数据、话音、图形、图像等。连续消息指消息的状态随时间是连续变化的，如话音等。离散消息指消息的状态是离散的，如符号、数据等。消息通过不同的信号来传输。它有两种基本形式：模拟信号指该信号的波形可以表示为时间的函数。数字信号指该信号的幅度只能取有限离散值，如0和1。91.2.1模拟通信、数字通信(续1)以模拟信号来传送消息的通信方式称为模拟通信，而传输模拟信号的通信系统称为模拟通信系统。以数字信号来传送消息的通信方式称为数字通信，而传输数字信号的通信方式称为数字通信系统。模拟信号和数字信号在传输过程中可以相互变换，即A/D和D/A。tuut模拟信号数字信号101.2.1模拟通信、数字通信(续2)数字通信与模拟通信相比较优点：抗干扰性强，保密性好，设备易于集成，便于计算机处理等。缺点：占用较多的带宽，信道利用率低。111.2.2数据通信数据通信指由源点产生的数据，按照一定的通信协议，形成数据流在信道中传送到终点的过程。主要是“人-机”或“机-机”通信。数据通信包括数据传输、数据交换和数据处理。所以，数据通信研究的内容，包括传输、通信接口和通信处理三个方面。12第1章：内容提纲1.1通信系统模型1.2模拟通信、数字通信和数据通信1.3数据通信系统及网络1.4计算机网络概述1.5计算机网络的体系结构1.6标准及其制定机构131.3数据通信系统及网络1.3.1数据通信系统1、数据通信系统的组成终端设备子系统由数据终端设备及有关的传输控制设备组成。数据传输子系统由传输信道和两端的数据电路终接设备组成。数据处理子系统指包括通信控制器在内的电子计算机。141.3.1数据通信系统(续1)2、数据通信系统的分类按照传输和设备子是否与处理子系统相连接脱机系统联机系统按照处理子系统对数据处理的形式联机实时系统远程批处理系统分时处理系统151.3.2数据通信网络在一个通信系统中，任意两台设备之间直接相连是不切实际的。有效的解决方法是把所有设备都连接到一个通信网络上。数据通信网络由硬件和软件两部分组成。硬件指数据传输设备、数据交换设备和通信线路等。软件指支持硬件配置实现网络协议功能的各种程序。16按照覆盖的物理范围分类广域网指覆盖范围很广的远程网络，由结点交换机及其连接的线路组成。目前主要采用分组交换技术。局域网指通过通信线路，把较小地域范围内的各种设备连接在一起的通信网络。城域网指覆盖范围界于前两者之间的，面向企业的公用网络。无线网络可分三类，即系统互连、无线LAN、无线广域网。1.3.2数据通信网络(续1)17第1章：内容提纲1.1通信系统模型1.2模拟通信、数字通信和数据通信1.3数据通信系统及网络1.4计算机网络概述1.5计算机网络的体系结构1.6标准及其制定机构181.4计算机网络概述1.4.1计算机网络的发展过程计算机网络是通信技术与计算机技术密切结合的产物。这两种技术既相互渗透又密切结合主要体现在两个方面：(1)通信技术为多台计算机之间进行信息传输和交换提供了必要的手段；(2)计算机技术应用于各个通信领域，极大地提高了通信系统的各项性能。计算机网络已经历了由单一网络向互联网发展的过程。191.4.1计算机网络的发展过程(续1)1、单一计算机网络的发展过程计算机问世之初，因数量少、价格贵、设置集中、使用不便。用户在终端上输入数据通过线路送往远地计算机，是计算机与通信相结合的开始。单一计算机网络的发展过程分三个阶段第一阶段早期的计算机为了提高资源利用率，采用批处理的工作方式。为适应终端与计算机的连接，出现了多重线路控制器。以单个计算机为中心的远程联机系统，称为面向终端的计算机通信网络。201.4.1计算机网络的发展过程(续2)计算机多重线路控制器终端调制解调器···采用多重线路控制器的计算机网络公用电话网随着终端个数的增多，终端与计算机的通信对批处理造成了额外开销，因而出现了前置处理机FEP来取代多重线控制器，同时在终端密集处设置集中器或复用器。211.4.1计算机网络的发展过程(续3)第二阶段60年代后期，又出现多台主计算机通过通信线路互连构成的计算机网络。主计算机承担着数据处理和通信双重任务。为了提高主计算机的数据效率，出现了通信控制处理机CCP。CCP负责通信控制任务，而主计算机仅负责数据处理。从而引成了处于内层的各CCP构成的通信子网，而处于外层的主计算机和终端构成的资源子网。ARPA网是以通信子网为中心的典型代表。在ARPA网中，负责通信控制处理的CCP称为接口报文处理机IMP(或称结点机)，以存储转发方式传送分组的通信子网称为分组交换网。221.4.1计算机网络的发展过程(续4)具有通信子网的计算机网络通信控制处理机CCP主计算机通信子网资源子网231.4.1计算机网络的发展过程(续5)第三阶段单一计算机网络产生了很好的经济效益和社会效益，它的主要不足是没有统一的网络体系结构。从而造成不同制造商生产的计算机及网络产品互连困难。1977年国际标准化组织为适应计算机网络向标准化发展的趋势，成立了专门研究机构。并提出了“开放系统互连参考模型OSI/RM”。OSI是一个设计计算机网络的国际标准化的框架结构。因多种原因，后来又出现非标准化的而事实上的国际标准TCP/IP。241.4.1计算机网络的发展过程(续6)2、因特网的发展过程因特网的发展分三个阶段第一阶段从单一的ARPANET发展为互联网。1969年，创建的第一个分组交换网ARPANET只是一个单个的分组交换网(不是互联网)。20世纪70年代中期，ARPA开始研究多种网络互连的技术，这导致互联网的出现。1983年，ARPANET分解成两个：一个实验研究用的科研网ARPANET(人们常把1983年作为因特网的诞生之日)，另一个是军用的MILNET。1990年，ARPANET正式宣布关闭，实验完成。251.4.1计算机网络的发展过程(续7)互联网的概念示意图单一的计算机网络主机路由器H6互联网H1H2H3H4H5261.4.1计算机网络的发展过程(续8)internet和Internet的区别以小写字母i开始的internet(互联网或互连网)是一个通用名词，它泛指由多个计算机网络互连而成的网络。以大写字母I开始的的Internet(因特网)则是一个专用名词，它指当前全球最大的、开放的、由众多网络相互连接而成的特定计算机网络，它采用TCP/IP协议族作为通信的规则，且其前身是美国的ARPANET。271.4.1计算机网络的发展过程(续9)第二阶段建成三级结构的因特网。1986年，NSF建立了国家科学基金网NSFNET。它是一个三级计算机网络，分为主干网、地区网和校园网。1991年，美国政府决定将因特网的主干网转交给私人公司来经营，并开始对接入因特网的单位收费。1993年因特网主干网的速率提高到45Mb/s(T3速率)。281.4.1计算机网络的发展过程(续10)三级结构的因特网校园网校园网校园网校园网校园网校园网国家主干网地区网地区网地区网路由器291.4.1计算机网络的发展过程(续11)第三阶段建立多层次ISP结构的因特网。从1993年开始，由美国政府资助的NSFNET逐渐被若干个商用的因特网主干网(即服务提供者网络)所替代。用户通过因特网提供者ISP上网。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。到本世纪初，美国的NAP的数量已达到十几个。1994年起，因特网逐渐演变成多层次ISP结构的网络。1996年，主干网速率为155Mb/s(OC-3)。1998年，主干网速率为2.5Gb/s(OC-48)。万维网的出现更促进了因特网的发展(见表1-1)。301.4.1计算机网络的发展过程(续12)基于ISP三多层结构的因特网概念示意图311.4.1计算机网络的发展过程(续13)上述三个阶段在时间划分上并非截然分开而是有部分重叠的，这是因为网络的演进是逐渐的而不是突然的。下一代因特网计划由于因特网存在着技术上和功能上的不足，加上用户数量猛增，使得现有的因特网不堪重负。1996年美国的一些研究机构和34所大学提出研制和建造新一代因特网的设想。同年10月美国总统克林顿宣布在今后5年内用5亿美元的联邦资金实施“下一代因特网计划”，即“NGI计划”(NextGenerationInternetInitiative)。321.4.1计算机网络的发展过程(续14)下一代因特网计划(NGI)目标开发下一代网络结构，以比现有的因特网高100倍的速率连接至少100个研究机构，以比现在的因特网高1000倍的速率连接10个类似的网点。端到端的传输速率要超过100Mb/s至10Gb/s。使用更加先进的网络服务技术和开发许多带有革命性的应用，如远程医疗、远程教育、有关能源和地球系统的研究、高性能的全球通信、环境监测和预报、紧急情况处理等。NGI计划使用超高速全光网络，能实现更快速的交换和路由选择，同时具有为一些实时(realtime)应用保留带宽的能力。在整个因特网的管理和保证信息的可靠性和安全性方面也会有很大的改进。331.4.1计算机网络的发展过程(续15)3、因特网在我国的发展过程我国计算机网络起步于20世纪80年代。1980年进行联网试验。并组建各单位的局域网。1989年11月，第一个公用分组交换网建成运行。1993年建成新公用分组交换网CHINANET。80年代后期，相继建成各行业的专用广域网。1994年4月，我国用专线接入因特网(64kb/s)。1994年5月，设立第一个服务器。1994年9月，中国公用计算机互联网启动。目前已建成9个全国性公用性计算机网络(2个在建)。2004年2月，建成我国下一代互联网CNGI主干试验网CERNET2开通并提供服务