计算机通信与网络 Chapter1_INTRODUCTION

计算机通信与网络Chapter1INTRODUCTION（概述）计算机网络的基本概念计算机网络的应用网络硬件网络软件参考模型网络实例网络标准化计算机网络的基本概念计算机网络的形成和发展计算机网络的定义计算机网络的组成计算机网络的分类计算机网络的拓扑结构计算机网络的形成与发展（1）一、具有通信功能的单机系统基本思想：在计算机上设置一个通信装置使其增加通信功能，将远地用户的输入输出装置通过通信线路（模拟的或数字的）直接与计算机的通信控制装置相连。计算机主机通信装置终端终端终端二、具有通信功能的多机系统面向终端的计算机通信网存在的缺点：1、主机系统的负荷较重，它既要承担数据处理任务，又要承担通信任务。2、通信线路的利用率低。计算机主机通信装置终端终端终端终端终端终端专线公共通信网多点共用线路面向终端的计算机通信网计算机网络的形成与发展（2）计算机主机前端处理机终端终端终端终端集中器C高速低速C图5具有通信功能的多机系统在多机互连系统中，为了减轻主机负担，使用前端机专门负责与终端的通信，并采用集中器将附近的多个终端经低速线路汇集，再经高速线路送往前端机。由于前端机和终端都由计算机构成。故称多机互连系统。计算机网络的形成与发展（3）三、计算机通信网络计算机通信网络以通信子网为中心，主机和终端都处在网络的外围，它们构成了用户资源子网。用户不仅共享通信子网的资源，而且还共享用户资源子网的硬件、软件及信息资源。主机终端终端终端主机终端终端终端主机终端终端终端通信子网计算机网络的形成与发展（4）四、以Internet为代表的计算机网络其主要标志：1、网络体系结构标准化2、广域和大规模，覆盖全球3、局域网普及4、网络业务综合化，多媒体，交互式5、网络管理智能化发展趋势：1、通信的形式从听觉为主到视觉为主。2、通信传输信号从模拟为主到数字为主。3、通信传输手段从低速电话线为主到高速宽带为主。4、通信设备向模块化、微型化发展。计算机网络的形成与发展（5）返回计算机网络是计算机技术与通信技术相结合实现远程信息处理或资源共享的系统。计算机网络是用通信设备和通信线路将分散在不同地点的有独立功能的多个计算机系统互相连接起来，并按照网络协议进行数据通信，实现资源共享的计算机集合。计算机网络的定义返回计算机网络由通信子网和资源子网组成。通信子网的主要功能：完成数据传输、交换和通信控制。通信子网由硬件和软件构成。资源子网（用户子网）的主要功能：负责全网的数据处理业务，提供需要共享的硬件、软件和数据的资源和网络服务。包括计算机、终端、数据库及各种软件资源。计算机网络的组成返回主机主机通信子网用户子网终端控制器终端控制器一、按网络覆盖的地域范围进行分类1、局域网LAN2、城域网MAN3、广域网WAN二、按传输技术进行分类1、广播网络（Broadcast)2、点到点网络(Point-to-point)一般，局域网采用广播网络，广域网采用点到点网络。三、按网络中数据连路和交换系统的归属权进行分类1、公用网2、专用网计算机网络的分类返回计算机网络的拓扑结构：在计算机网络中节点（计算机及其他设备）与通信链路相互连接的不同的几何形态，反映了计算机网络的物理结构形态。拓扑结构是决定计算机网络性质的关键要素之一，是实现各种网络协议的基础，它对网络性能、系统可靠性与通信费用都有较大影响。从网络拓扑看，计算机网络就是由一组节点组成的系统。节点分为两类：一类是交换节点（如集中器、通信处理机等）；另一类是访问节点（如终端、主机等，是用户访问计算机网络的节点）。链路是指两个节点之间的通信线路。计算机网络的拓扑结构（1）返回1、星型结构每个节点均以一条单独的链路连接到一个中心节点，中心节点控制全网的通信，任何两节点之间的通信都要通过中心节点。该中心节点通常叫做集线器（Hub）。星型结构的优点：结构简单，易于实现，便于管理，从终端到中心节点的平均延时较小。缺点：中心节点是全网可靠性的瓶颈，中心节点的故障可造成全网瘫痪；成本较高（因通信线路总长度较长）。计算机网络的拓扑结构（2）返回中心节点2、树型结构树型结构中，节点按层次进行连接，信息交换主要在上、下节点之间进行，相邻及同层节点之间一般不进行数据交换或数据交换量小。树型结构是星型结构的扩展，适用于汇集信息的要求。与星型结构相比，树型结构的最大优点是成本较低（通信线路总长度较短）；但结构较复杂，与中心节点相连的链路有故障时影响较大。计算机网络的拓扑结构（3）返回中心节点3、网格型结构在网格型结构中，节点之间的连接是任意的，没有规律，每个节点至少有两条线路与其他节点相连，当任何一条链路发生故障时，数据可由其他链路通过，可靠性较高，数据流动的方向也可任意。但结构复杂，管理复杂，必需采用路由算法与流量控制方法。实际存在和使用的广域网基本上都采用网格型结构。计算机网络的拓扑结构（4）返回DCBAFE4、环型结构在环型结构中，节点通过链路连接成闭合环路，环中数据将沿一个方向逐点传送，线路是公用的。环型结构简单，传输延时确定；但环的维护及管理都较复杂。在环型结构中，无路径选择问题，多用于局域网。计算机网络的拓扑结构（5）返回5、总线型结构总线型结构采用单一信道作为传输介质，所有站点通过专门的连接器接到称为总线的公共信道上，采用基带传输，任何一个站点发送的信息可沿总线向两个方向扩散，并能被总线上的每一个站点所接收，任何时刻只允许一个节点占用线路。多用于局域网。总线型结构的优点：结构简单，容易实现，易于扩展，可靠性好。缺点：故障检测和隔离较困难，总线负载能力有限。计算机网络的拓扑结构（6）返回计算机网络的应用•商业应用•家庭应用•移动用户•社会问题商业应用（1）由两台客户机和一台服务器构成的网络商业应用(2)含有请求和应答的客户机-服务器模型。商业应用(3)资源共享电子邮件视频会议电子商务通过Internet与客户进行交易家庭应用（1）访问远程信息个人之间通信交互式娱乐电子商务家庭应用(2)在对等系统中，没有固定的客户和服务器家庭应用(3)电子商务的一些形式移动用户无线网络和移动计算的组合网络硬件(1)传输技术网络作用范围(距离)网络硬件(2)目前普遍使用的传输技术有两种，分别是：1、广播式链接(Broadcastlinks)2、点到点链接(Point-to-pointlinks)网络硬件(3)广播网络：只有一个通信信道，网络中所有节点共享该信道，任何一个节点发送到网络中的分组(packet)信息都可以被网中其他节点接收，每个节点可以直接接收来自网络中任意一个节点发送的分组信息。多用于局域网。点到点网络：由许多连接构成，每一个连接对应一对节点。在这种网络中，为了将分组从源端传送到目的端，该分组可能要经过一个或多个中间节点。多用于广域网。网络硬件(4)按照网络的物理范围（距离）进行分类网络硬件(5)-局域网LAN（1）局域网的特点：1、覆盖的地理范围小，一般为数百米至数公里。2、数据传输率较高，如10Mbps、100Mbps等。3、具有较低的时延和较低的误码率，误码率一般在10-8～10-11之间。4、能进行广播（一站向其他所有站发送）或多播（一站向多站发送，也称为组播）来传送信息。5、共享传输媒体，对共享媒体而产生的争用问题，采用媒体访问控制技术来处理。网络硬件(5)-局域网LAN（2）局域网的关键技术是：1、网络的拓扑结构：总线型，环型，星型。2、传输介质：双绞线，同轴电缆，光纤。3、布局（设计）：线性或星型。4、介质访问控制技术：CSMA/CD或令牌。Twobroadcastnetworks(a)Bus（总线型）(b)Ring（环型）网络硬件(5)-局域网LAN（3）网络硬件(5)-城域网MAN（1）MAN是介于LAN和WAN之间的一种高速网络。MAN基本上是LAN的扩展，通常采用相似的技术。其覆盖范围为几十公里，传输速率为1Mbps以上。MAN能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。网络硬件(5)-城域网MAN（2）基于有线电视的城域网网络硬件(5)-广域网WAN（1）WAN的作用范围从几十公里到几千公里。WAN可覆盖一个国家、地区或横跨几个洲，形成国际性的远程网络。WAN的通信子网主要使用分组交换技术。WAN的通信子网可以利用公用分组交换网、卫星通信网、无线分组交换网，将分布在不同地区的LAN或计算机系统互连起来，达到资源共享的目的。通信子网(subnet)一般由两个独立的部分组成：传输线(transmissionline)和交换单元(switchingelement).分组交换（Packet-Switched）采用“存储-转发”(store-and-forward)的方式进行交换。网络硬件(5)-广域网WAN（2）广域网上的主机与子网的关系网络硬件(5)-广域网WAN（3）从发送方到接收方的分组流网络硬件(5)-无线网络（1）无线网络可以分为三大类：1、系统互连2、无线LAN3、无线WAN网络硬件(5)-无线网络（2）(a)蓝牙配置(b)无线LAN网络硬件(5)-无线网络（3）(a)独立的移动计算机(b)一个飞行中的LAN网络硬件(5)-家庭网络（1）家庭网络的类型：1、计算机（桌面PC，笔记本PC，PDA，共享的辅助设备）2、娱乐（电视，DVD，VCR，便携式摄像机，照相机，立体声音响，MP3）3、电信（电话，移动电话，对讲电话，传真）4、家用电器（微波炉，电冰箱，钟，烤炉，空调，灯）5、遥测设备（电表，烟雾报警器，防盗自动警铃，自动调温器，婴儿监视器）网络硬件(5)-家庭网络（2）家庭网络的特性：1、网络与设备必须易于安装。2、网络与设备必须易于操作。3、低的价格。4、网络必须具备足够的传输能力。5、必须能够启动一个或两个设备，并逐渐扩大网络的范围。6、安全性和可靠性非常重要。网络硬件(5)-互联网通过一个WAN将多个LAN连接起来形成互联网。gateway:网关网络软件协议层次各层的设计问题面向连接与无连接的服务服务原语服务与协议的关系网络软件-协议层次（1）协议为了在计算机网络中实现资源共享以及进行信息交换，各个通信节点必须遵守一些事先约定好的规则。这些规则明确规定了所交换数据的格式及同步问题，对通信实体间交流什么、怎样交流及何时交流等细节作出了说明。这些规则的集合称为协议。简言之，为网络数据交换而制定的规则、约定与标准的集合称为协议。网络软件-协议层次（2）协议的组成协议由以下三部分组成(三个组成要素)：1、语法：定义了如何通信，报文的组织形式。即：用户数据与控制信息的结构和格式。2、语义：定义了通信的内容，哪些是控制信息，哪些是真正的数据信息。3、计时（时序）：定义了何时进行通信，是同步传输还是异步传输，包括速度匹配和排序等。网络软件-协议层次（3）协议的功能1、分割和重新组合：将较大的数据单元分成较小的数据包，相反的过程则称为重新组合。2、寻址：有关设备的彼此识别。3、封装：增加一定的控制信息，将数据封装在数据包中进行传送。4、排序：保证数据递交的正确顺序。最简单的方法是将数据按发送顺序进行编号，到达终点后按编号进行排序。5、信息流控制：防止发送方发送数据的速度大于接收方接收数据的速度。6、错误控制：发现传输中的错误并采取相应的处理方法。7、同步：保持收、发双方对数据传输单元的一致性。8、多路传输：多路信息共享信道，以提高信道的利用率及降低网络的通信费用。9、连接控制：控制通信实体之间建立和拆除连接的过程。网络软件-协议层次（4）协议分层的基本原则1、网络中的每一节点都具有相同的分层结构，在相邻层间有一个定义清晰的接口(interface)，该接口定义了下层向上层提供的原语操作和服务。2、每一层完成一组特定的有明确含义的协议功能，并尽可能地减少在相邻层间传递信息的数量。3、同一节点中的每一层能够同相邻层通信，但是不能跨层通信。两个节点间的通信，除物