通信与计算机网络

主要内容：一、通信、网络的地位二、计算机及其网络的形成和发展三、计算机网络功能、结构和分类四、网络协议体系－－OSI/RM模型五、局域网六、网络互联通信技术七、TCP/IP协议八、网络安全和网络管理九、通信、网络发展趋势十、实例信息处理信息传输信息采集一、通信网络的地位二、计算机及网络发展历程1、计算机发展历程及趋势2、网络发展历程第一代电子管计算机（1946－1956）第二代晶体管计算机（1957－1963）第三代集成电路计算机（1964－1979）第四代大规模集成电路计算机(1980－今)第五代人工智能（生物）计算机（？）1、计算机发展历程计算机系统的分类大型机小型机工作站微型机（XT…P4)超级计算机计算机的发展趋势微型化、巨型化网络化多媒体第五代计算机2、计算机网络的形成和发展计算机网络是计算机技术和通信技术高度发展并相结合的产物，出现于二十世纪60年代的初期，发展极快。一个国家是否具有全国性的大型计算机网络，已经成为衡量该国家科学技术的重要标志。计算机网络经历了从简单到复杂、从低级到高级的发展过程。可概括为三个阶段：远程用户终端通讯设备计算机主机计算机系统具有通信功能的单机系统具有通信功能的多机系统终端TTT集中器前置处理机计算机主机计算机系统低速线路计算机—计算机网络主机主机主机主机主机TT通信子网资源子网通信设备高速线路低速线路三、网络的功能、结构和分类1、网络的基本功能2、网络的结构和组成3、网络的分类计算机实质上是帮助人们进行信息处理的智能工具。输入计算机的是信息，计算机输出的还是信息。计算机网络是在计算机技术与通信技术高度发展并结合的背景下，为解决实践需要应运而生的。开发每个网络系统都有极强的应用目的。每个不同的计算机网络是为不同目的，解决不同需求而设计的。因此，各个具体网络系统的功能也不尽相同。但网络的主要功能是相近的：1、网络的基本功能计算机网络系统的基本功能1、数据快速传送和集中处理2、资源共享3、提高可用性和可靠性4、易于分布处理数据快速传送和集中处理是计算机网络的最基本功能。资源共享包括共享软件、硬件和数据资源，是计算机网络最有吸引力的功能。一方面可均衡各台计算机的负载，大大提高每台计算机的可用性；另一方面，通过网络各台计算机彼此互为后备机，避免因故障导致系统瘫痪的情况，提高了系统的可靠性。对大型综合性问题可将任务分交给几台计算机，实观分布处理的目的。因而使得它在经济、军事、生产管理和科学技术等部门发挥了重要作用，在事务处理和过程控制中扮演了越来越重要的角色。2、网络的结构与组成计算机网络是由主计算机、终端、网络节点、通信链路等网络单元组成。从逻辑功能上看，一个网络可分成两个子网：资源子网和通信子网。主机主机主机主机主机TT通信子网资源子网通信设备高速线路低速线路•资源子网资源子网一般由计算机系统、终端、终端控制器、连网外设、各种软件资源和数据资源等组成。资源子网负责全网的数据处理和向网络用户提供网络资源及网络服务等。这里将主要介绍资源子网中的主体设备：计算机系统和终端。资源子网主计算机在计算机网络中，主计算机(host)负责数据处理和网络控制，它与其他模块中的主机联网以后，构成网络的主要资源。网络服务器、普通PC机均属主机算机（host).资源子网终端:终端是网络中用量最大，分布最广的设备，直接面对用户，是用户进行网络操作、实现人-机对话的工具。按照终端设备组成分类简易终端：键盘打字之类终端；复合终端：由多台输入输出设备组成，但对终端的控制仍由控制电路实现；智能终端：终端控制器为可编程控制器，通常为微机。•通信子网通信子网由网络节点、通信链路及信号变换器等组成，负责数据在网络中的传输与通信控制。a.网络节点：负责信息的发送和接受，信息的转发等功能，通常网络节点本身就是一台计算机。b.通信链路:通信链路是两个节点之间的一条通信通道，常被称为信道。c.信号转换器:信号变换器提供数字信号和模拟信号之间的变换，如调制解调器。3、网络的分类用于计算机网络进行分类的标准很多。如按拓扑结构分类(星型、环形、网状）、按网络协议分类、按信道访问方式分类及按数据传输方式分类等（有线网络、无线网络）。下面是按照一种能反映网络技术本质的特征的分类标准，即按计算机网络分布的距离来分类。计算机网络局域网(LAN)广域网(WAN)城域网(MAN)互联网(Internet)局域网的分布范围一般在几公里以内，最大不超过10公里，属于一个地区或一个单位组建的网络。它是在小型计算机和微型计算机大量推广使用之后才逐渐发展起来的。广域网一般跨城市、地区甚至国家。此类网络出于军事、国防和科学研究的需要，发展较早。目前，许多全国性的计算机网络就属于这类网络，例如中国邮电部的ChianNet网、Chinapac网和ChinaDDN等。城域网是介于局域网与广域网之间的一种大范围的高速网络。城域网的设计目标是要满足几十公里范围内的大量企业、机关、公司和社会服务部门的计算机连网需求，实现大量用户、多种信息传输的综合信息网络。互联网其实不是一种具体的物理网络技术，它是将不同的物理网络技术按某种协议统一起来的一种高层技术。广域网与广域网、广域网与局域网、局域网与局域网之间的互连，形成了局部处理与远程处理、有限地域范围资源共享与广大地域范围资源共享相结合的互联网。目前世界上发展最快、也是最热门的网络就是Internet网网络分类缩写分布距离大约处理机位于同一传输速率范围局域网LAN10m房间4Mbps~10Gbps建筑物100m1km校园城域网MAN10km城市50Kbps~100Mbps广域网WAN100km国家9.6kbps~45Mbps互联网1000km洲或洲际9.6kbps~45Mbps各类计算机网络的特征参数，如下表：四、网络协议体系—OSI/RM模型1、协议的概念所谓网络协议，是计算机之间进行通信时，为保证数据有序地发送和接收，而预先约定的规则（标准或约定）。规则中明确规定了：通信时数据的格式、传送时序及相应的控制信息与应答信号。2、开放式系统互联参考模型OSI/RM（OpenSystemInterconnect/ReferenceModel)开放式系统互联参考模型，是由国际标准化组织（ISO）制定的网络协议层次模型，又称为ISO/OSI网络体系结构。为实现不同网络的互连，OSI/RM模型把网络通信定义为7个层次。OSI/RM模型层次结构物理层数据链路层网络层传输层会话层表示层应用层由低层到高层提供物理链路，实现比特流的透明传输。为数据（帧）块发送提供必要的同步、差错控制和流控制。数据传输的基本单位是帧。为更高层次提供独立于数据传输和交换技术的系统连接，并负责建立、维持和结束连接。传输的基本单位是分组。为不同系统的会晤实体建立端--端之间透明、可靠的数据传输，并提供端点间的错误校正和流控制。传输的基本单位是报文提供应用进程在数据表示（语法）差异上的独立性提供给用户对OSI环境的访问和分布式信息服务。应用层以下各层均通过应用层向应用进程提供服务为应用程序间的通信提供控制结构，包括建立、管理、终止连接（任务）五、局域网1、局域网特征2、IEEE802标准3、介质访问控制方法4、以太网—最普及的局域网5、网络设备简介1、局域网特点a、范围有限，用户个数有限，仅用于办公室、工厂、学校等内部网络。b、高传输速率和低误码率。c、传输介质较多，既可用通信线路（如电话线），又可用专门的线路（如同轴电缆，光纤，双绞线等）。d、局域网侧重共享信息的处理，广域网侧重共享位置准确无误及传输的安全性。决定局域网特征的主要技术：拓扑结构、数据传输形式、介质访问控制方法。2、IEEE802标准·IEEE802.1A概述和系统结构。·IEEE802.1B网络管理和网际互联。·IEEE802.2逻辑链路控制。·IEEE802.3CSMA/CD总线访问控制方法物理层技术规范。·IEEE802.4令牌总线访问控制方法及物理层技术规范。·IEEE802.5令牌环网访问控制方法及物理层规范。·IEEE802.6城域网访问控制方法及物理层技术规范。·IEEE802.7宽带技术。·IEEE802.8光纤技术。·IEEE802.9综合业务数字网（ISDN）技术。·IEEE802.10局域网安全技术。·IEEE802.11无线局域网。3、介质访问控制方法三种常用的局域网的介质访问控制方法。CSMA/CD（载波监听多路访问技术）令牌环令牌总线4、以太网—最普及的局域网采用CSMA/CD载波监听多路访问技术标准以太网符合IEEE802.3协议规范。网络使用效率高。以太网有主要有以下几种：粗缆以太网10BASE-5；细缆以太网10BASE-2；细／粗同轴电缆混合网络；双绞线以太网10BASE-T；快速以太网100BASE-T及高速以太网。目前高速以太网数据传输率１０Gb/s。5、网络设备简介网卡（NIC)网络集线器(HUB)以太网交换机以太网网络互联设备无线网络设备互联设备的作用OSI层次互联设备作用寻址功能物理层中继器、集线器在电缆段间复制比特，放大电信号，扩展网络长度。无地址数据链路层网桥、交换机在LAN之间对存储转发数据链路帧。MAC地址网络层路由器在异型网络间存储转发分组。网络地址传输层及以上网关在第四层或第四层以上实现不同网络体系间互联接口。---六、网络互联通信技术1、网络互联的基本概念及方法2、公共传输系统有线、无线３、水利信息化通信技术1、网络互联的基本概念及方法网间互联的复杂性取决于要互联的网的帧、分组、报文和协议的差异程度。一般LAN-LAN互联由于在传输层以下，大多采用中继器和桥。网桥工作在数据链路层，透明网桥用于同种类型的LAN的互联，改变封装的网桥有能力改变每种通信协议所规定的数据包的封装。交换式集线器工作在数据链路层，它除普通集线器的功能外，还能以高的数据速率实现不同类型的LAN的互联。而LAN-WAN互联主要是扩大数据通信网的连通范围，由于协议差异很大，一般采用路由器，并且可以利用公共传输系统联网。2、公共传输系统从用户角度看，公共传输系统主要提供：电路交换服务、分组交换服务、租用线路或专线服务三种通信服务。常见的公共传输系统如下：PSTN、ISDN、N-ISDN、B-ISDN、X.25、F.R.、SMDS、SDH、ATM。其中X.25、F.R.、SMDS、B-ISDN属于包交换网络。a.公共电话交换网PSTN以模拟技术为基础的电路交换网络，因此两个站点经PSTN通信时，中间必须经双方Modem实现数/模信号的转换。可作为备份线路考虑。b.多兆位数据交换服务SMDS是基于城域网MAN协议的包交换公共数据网络。它和ATM一样都是同类高速包交换协议。SMDS可以作为主干网，将企业网的多个LAN互连在一起。c.综合业务数字网ISDN特点是用户经由一个标准的用户网络接口可享用各种类型的网络服务。ISDN将网络分为用户网络、接入网络、核心网络。ISDN交换系统以时分复用技术经过一个双向数字管道与用户互传比特流信息。数据传输速率为64Kb/s。d.DDN数字数据网一种利用数字信道提供数据信号传输的数据传输网，也是面向所有专线或专网用户的基础电信网。DDN网的特点：传输速率高、质量好、距离远、多协议支持、安全可靠、费用低廉。DDN提供的业务有专用电路、帧中继、压缩话音/G3传真业务、虚拟专用网。带宽在2M以内。DDN接入方式非常丰富，常用的有：二线模拟传输方式、二线（四线）频带调制解调器传输方式、2B+D数据终端单元（DTU）传输方式等等。e.X.25分组交换网X.25是在公用数据网上以分组方式工作的数据终端设备DTE和数据电路端接设备DCE之间的接口，实现点对点的交互方式。在单个物理链路上可复用多条逻辑信道（即虚电路），使一个DTE接口接入X.25网后可与一个或多个远程DTE同时互联，实现全双工的信息交换。特点：网内个节点具有存储转发能力，能接入不同类型的用户设备、可靠性高、多路复用、流量控制和拥塞控制、点对点协议