网络与通信技术-1 导论

1网络技术与通讯授课老师：汪长城2教学内容第1章引论第2章数据通信基础知识第3章计算机网络体系结构第4章网络互联与因特网基础第5章因特网的应用第6章计算机局域网络第7章常用网络设备3参考教材冯博琴等，计算机网络（第2版），高等教育出版社，2008.11谢希仁，计算机网络（第5版），电子工业出版社，2008.1注：本课程电子教案主要参考两本教材的配套电子教案课程情况教学：24学时实验：8学时考核：实验(包括平时考勤)30%，期末考试70%4计算机网络的产生和发展计算机网络的概念计算机网络的功能计算机网络系统的组成计算机网络的分类计算机网络的主要性能指标计算机网络技术的发展趋势第1章引论5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）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”1.1计算机网络的的产生和发展61.1计算机网络的的产生和发展60年代初，美国国防部领导的远景研究规划局ARPA提出要研制一种生存性很强的网络。传统的电路交换的电信网有一个缺点：正在通信的电路中有一个交换机或有一条链路被炸毁，则整个通信电路就要中断。如要改用其他迂回电路，必须重新拨号建立连接。这将要延误一些时间。1969年，美国国防部高级研究计划管理局(ARPA)开始建立一个命名为ARPAnet的网络。在ARPAnet上首先实现了以资源共享为目的不同计算机互连的网络，它奠定了计算机网络技术的基础，成为今天因特网的前身。7早期的面向终端的计算机网络是以单个主机为中心的星形网各终端通过通信线路共享昂贵的中心主机的硬件和软件资源。分组交换网则是以网络为中心，主机都处在网络的外围。用户通过分组交换网可共享连接在网络上的许多硬件和各种丰富的软件资源。1.1计算机网络的的产生和发展8IP网络当部分结点或链路被摧毁时分组交换仍可保持网络畅通路由器9从体系结构来观察，计算机网络的发展可分为三个阶段（三代网络）：1.以主机为中心的联机终端系统“计算机－终端”系统2.以通信子网为中心的主机互连“计算机－计算机”网络3.体系结构标准化网络层次化结构，并对每层进行了精确定义1.1计算机网络的的产生和发展101.以主机为中心的联机终端系统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1.1计算机网络的的产生和发展11例子：飞机订票系统HOST(航空公司总部)Terminals(订票点)通信线路(电话线路)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终端集中器(近/远距)前端处理机（FrontEndProcessor,FEP），通信任务分离122.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1.1计算机网络的的产生和发展13主机－主机网络的演变演变阶段1通信任务从主机中分离，由通信控制处理机（CCP）完成CCP：处理主机之间通信任务的专用计算机CCPCCPHOSTHOSTTTTTTTCCPHOSTTT问题：CCP和HOST的职责分别是什么？14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通信子网问题：请举出生活中与这种网络概念相似的例子。15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(PublicSwitchedTelephoneNetwork)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HOSTHOSTTTTTTTHOSTTTTT16例子因特网的前身——ARPANET美苏冷战时期由美国军方建立的实验性网络最初4个节点→70’s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分组交换分层次的网络体系较为完善的通信协议17体系结构标准化网络为什么需要标准化？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1.1计算机网络的的产生和发展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）OpenSystemInterconnection/RecommendedModel(开放系统互联参考模型，简称OSI参考模型)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（WHATTODO）而未规定怎样做（HOWTODO）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)从体系结构上看，它是OSI参考模型的简化（4层）1.1计算机网络的的产生和发展19因特网(Internet)的产生1.60年代开始，美国国防部的高级研究计划局ARPA（AdvanceResearchProjectsAgency）建立阿帕网ARPANet，向美国国内大学和一些公司提供经费，以促进计算机网络和分组交换技术的研究。2.1969年12月，ARPANet投入运行，建成了一个实验性的由4个节点连接的网络。到1983年，ARPANET已连接了三百多台计算机，供美国各研究机构和政府部门使用。3.1983年，ARPANet分为ARPANet和军用MILNET（MilitaryNetwork），两个网络之间可以进行通信和资源共享。由于这两个网络都是由许多网络互连而成的，因此它们都被称为Internet，ARPANet就是Internet的前身。1.1计算机网络的的产生和发展20因特网(Internet)的产生4.1986年，NSF（美国国家科学基金会，NationalScienceFoundation）建立了自己的计算机通信网络。NSFnet将美国各地的科研人员连接到分布在美国不同地区的超级计算机中心，并将按地区划分的计算机广域网与超级计算机中心相连（实际上它是一个三级计算机网络，分为主干网、地区网和校园网，覆盖了全美国主要的大学和研究所）。5.最初，NSFNet的主干网的速率不高，仅为56kbps。在1989～1990年，NSFNet主干网的速率提高到1.544Mbps，并且成为Internet中的主要部分。6.NSFnet逐渐取代了ARPANet在Internet的地位，到了1990年，鉴于ARPANet的实验任务已经完成，在历史上起过重要作用的ARPANet就正式宣布关闭。1.1计算机网络的的产生和发展21因特网(Internet)的发展1.随着NSFnet的建设和开放，网络节点数和用户数迅速增长。以美国为中心的Internet网络互联也迅速向全球发展，世界上的许多国家纷纷接入到Internet，使网络上的通信量急剧增大。2.1992年，Internet上的主机超过1百万台。1993年，Internet主干网的速率提高到45Mbps。到1996年速率为155Mbps的主干网建成。1999年MCI和WorldCom公司将美国的Internet主干网速率提高到2.5Gbps。到1999年底，Internet上注册的主机已超过1千万台。1.1计算机网络的的产生和发展22因特网(Internet)的发展3.Internet的迅猛发展始于20世纪90年代。由欧洲原子核研究组织CERN开发的万维网上，大大方便了广大非网络专业人员对网络的使用，成为Internet发展的指数级增长的主要驱动力。4.的站点数目也急剧增长，1993年底只有627个，1994年底就超过1万个，1996年底超过60万个，1997年底超过160万个，而1999年底则超过了950万个，上网用户数则超过2亿。Internet上的数据通信量每月约增加10%。1.1计算机网络的的产生和发展23我国互联网当前发展状况1.截至2010年6月，，我国总体网民规模达到4.2亿。2.截至2010年6月，我国IPv4地址数量达到2.5亿，落后于4.2亿网民的需求。目前，我国IPv6地址达到395块/326，较去年年底增长332块/32，在全球排名第13位。作为互联网上的“门牌号码”，IPv4地址资源正临近枯竭，互联网向IPv6网络的过渡势在必行。3.预计全球IPv4地址最快将在2011年8月耗尽，向IPv6地址过渡是大势所趋，中国进行大规模IPv6网络部署势在必行。1.1计算机网络的的产生和发展24中国网民规模与普及率引自：《中国互联网络发展状况统计报告》2010年7月25引自：《中国互联网络发展状况统计报告》2010年7月存在“宽带不宽”的问题：我国平均上网速度，只有857kbps手机上网网民规模对比图中国宽带网民规模对比图262006.12-2010.06中国IPv4地址资源变化情况截至2010年6月，我国IPv4地址数量达到2.5亿，落后于4.2亿网民的需求。目前，我国IPv6地址达到395块/326，较去年年底增长332块/32，在全球排名第13位。预计全球IPv4地址最快将在2011年8月耗尽，向IPv6地址过渡是大势所趋，中国进行大规模IPv6网络部署势在必行。引自：《中国互联网络发展状况统计报告》2010年7月IPv6地址中的/32是IPv6的地址表示方法，对应的地址数量是2（128-32）=296个。272009.12-2010.06各类网络应用使用率及增长率引自：《中国互联网络发展状况统计报告》2010年7月28网络安全和信任环境半年内是否遇到病毒或木马攻击半年内是否遇到账号或密码被盗1.2010上半年有59.2%的网民在使用互联网过程中遇到过病毒或木马攻击，遇到该类不安全事件的网民规模达到2.5亿人。2.有30.9%的网民账号或密码被盗过，网络安全的问题仍然制约着中国网民深层次的网络应用发展。引自：《中国互联网络发展状况统计报告》2010年7月29计算机网络的产生和发展计算机网络的概念计算机网络的功能计算机网络系统的组成计算机网络的分类计算机网络的主要性能指标计算机网络技术的发展趋势30计算机网络定义的主要观点：从应用的观点：以相互共享资源方式连接起来，且各自具有独立功能的计算机系统的集合。从物理的观点：在网络协议的控制下，由若干台计算机和数据传输设备组成的系统。观点3：利用各种通信手段，把地理分散的计算机互联起来，能够互相通信且共享资源的系统。1.2计算机网络的概念31归纳与综合计算机网络：相互连接的自治计算机的集合自治：能独立运行，不依赖于其他计算机“主控-从属”类型的系统是计算机网络吗？“主机-终端”系统（第一代网络）呢？互连：以任何可能的通信连接方式有线方式：铜线、光纤无线方式：红外、无线电（微波）、卫星通信网络计算机系统计算机系统32计算机网络与其它类似系统的比较终端分时系统各终端分时占用主机资源终端无计算能力，对主机的依赖性极强通信主要采用异步串行连接（本地或远程）多机系统紧耦合，主机间通信多采用共享存储器、共享总线等（有的系统也采用高速局域网）分布式系统见下页1.2计算机网络的概念33计算机网络与分布式系统分布式系统的特点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