网络应用基础第1讲计算机网络基础.

1网络应用基础第1讲计算机网络基础机电系21.1什么是计算机网络1.计算机网络的概念计算机网络是将若干台独立的计算机通过传输介质相互物理连接,并通过网络软件相互联系到一起而实现资源共享的计算机系统.32.要点：自治：能独立运行，不依赖于其他计算机主控－从属？主机－终端（第一代终端网络）？互连：以任何通信方式有线方式：铜线、光纤无线方式：红外、无线电波、微波、卫星协议共享43.计算机网络的组成:连接对象(计算机系统)连接介质(传输介质、通信设备)控制机制(约定、协议、软件)连接方式与结构（拓扑结构）也可以从硬件和软件两个方面说明51.2计算机网络的产生和演变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计算机网络始于20世纪50年代，发展的动因：资源共享的需求（CPU、外设、软件、数据）大型项目的合作（进行工程项目协作）人与人之间的沟通（电子邮件、）6从体系结构来观察，其发展可分为四个阶段：1.以主机为中心的联机终端系统2.以通信子网为中心的主机互连3.具有层次化体系结构的标准化网络4.宽带综合业务数字网1.2计算机网络的产生和演变71.以主机为中心的联机终端网络系统20世纪60’s以前特征——共享主机软硬件资源单台主机：执行计算和通信任务多台终端：执行用户交互连接方式——本地或远程连接HOSTTSTTTTTTT1.2计算机网络的产生和演变8例子：美国飞机订票系统SABRE-11个HOST(航空公司总部)2000个Terminals(订票点)通信线路(电话线路)缺点主机负荷重——负责数据处理和通信线路利用率低改进终端集中器(近/远距)前端处理机（FrontEndProcessor,FEP），通信任务从主机分离出来1.2计算机网络的产生和演变92.以通信子网为中心的主机互连20世纪60’s–20世纪70’s特征多个终端联机系统的互联，形成了多主机为中心的网络网络结构从“主机－终端”转变为“主机－主机”HOSTHOSTHOSTTTTTTTTTTT通信线路1.2计算机网络的产生和演变101.2计算机网络的产生和演变主机/主机网络演变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CCP—CommunicationControlProcessor专门处理通信任务CCPCCPHOSTHOSTTTTTTTCCPHOSTTT11两层网络概念的出现由CCP组成的传输网络——通信子网，为主机提供信息传输服务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1.2计算机网络的产生和演变12两层网络的概念结构CCCHHH资源子网通信子网在通信子网上可有多个资源子网，共享通信子网的服务HH13主机/主机网络演变阶段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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HOSTHOSTTTTTTTHOSTTTTT1.2计算机网络的产生和演变14主机互连的例子因特网的前身——ARPANET美苏冷战时期(1968)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2002中国主机2083万具有现代网络的许多特征，例如分组交换分层次的网络协议1.2计算机网络的产生和演变153.具有层次化体系结构的标准化网络为什么需要标准化？第二代计算机网络的不足之处网络普及程度低标准不统一网络体系结构的研究不成熟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标准化的时机？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其基础1.2计算机网络的产生和演变16标准化过程的演变厂商标准：IBM-SNA，DEC-DNA缺点：适用范围：兼容性？技术垄断：竞争？标准不统一：用户利益？1.2计算机网络的产生和演变17国际标准(1984年发布)OpenSystemInterconnection/ReferenceModel(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详细规划了网络体系结构的框架只说明了做什麼（WHATTODO）而未规定怎样做（HOWTODO）事实上的标准：TCP/IP(因特网的骨干协议)1.2计算机网络的产生和演变184.宽带综合业务数字网(B-ISDN)随着计算机技术和信息技术的发展，计算机网络向综合化和高速化方向发展：综合化：提供的服务和传输的信息综合化高速化：传输速度快（百兆、千兆）趋势之一：电话、电视、网络“三网合一”19分布式系统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。用户面对的是一台逻辑上的计算机，组成分布式系统的各计算机怎样协同工作，对用户透明用途主要是科学计算和事务处理计算机网络与分布式系统的区别20计算机网络非协调性的松散耦合的各计算机对用户非透明，用户必须指定资源的位置用途主要是资源共享分布式系统往往是基于计算机网络来实现的。在因特网中，域名服务系统（DNS)是分布式系统的一项著名的应用。计算机网络与分布式系统的区别（续）211.3计算机网络的功能数据通信(CommunicationMedium)文件传输、IP电话、email、视频会议、信息发布、交互式娱乐、音乐资源共享(ResourceSharing)软件、硬件、数据（数据库）高可靠性(HighReliability)利用可替代的资源，提供连续的高可靠服务节省投资(SaveMoney)替代昂贵的大中型机系统221.4计算机网络的主要分类1.按地域范围分类局域网(LocalAreaNetwork，LAN)范围：小，＜20KM传输技术：基带，10-1000Mbps，延迟低，出错率低（10-11）城域网(MetropolitanAreaNetwork，MAN)范围：中等，＜100KM传输技术：宽带/基带广域网(WideAreaNetwork，WAN)范围：大，＞100KM传输技术：宽带，延迟大，出错率高232.按通信传播方式分类：–点对点传播方式的网络：由一对对机器间的多条链路构成。这种网络上的报文分组在信源和信宿之间需通过一台和多台中间设备进行传播。广播方式网络：仅有一条通道，由网络上所有的计算机共享。一般来说，局域性网络使用广播方式；广域性网络使用点对点方式。1.4计算机网络的主要分类243.按拓扑结构分类星形有一个中心节点，其它节点与其构成点到点连接特点：结构简单，线路专用（成本高），中心负担重，中心可靠性决定网络可靠性。树形一个根结点、多个中间分支节点和叶子节点构成特点：易于扩展，成本高，分支节点决定相关子网可靠性。星形拓扑树形拓扑1.4计算机网络的主要分类25按拓扑结构（续）总线所有节点挂接到一条总线上，广播式信道需要有介质访问控制规程以防止冲突特点：结构简单，易扩展，费用低环形所有节点连接成一个闭合的环，结点之间为点到点连接特点：结构简单，延迟固定，实时好，可靠性差。总线形拓扑环形拓扑1.4计算机网络的主要分类26按拓扑结构分类（续）网状结构：每个节点至少有两条链路与其他节点相连。全连接点到点全连接，随节点数的增长（Nx(N-1)/2），建造成本急剧增长，只适用于节点数很少的广域网中不规则点到点部分连接，多用于广域网，由于连接的不完全性，需要有交换节点特点：结构复杂，成本高，可靠性高，不规则拓扑全连接1.4计算机网络的主要分类关于各种拓扑结构的特点和其他分类，参考教材7-11页.27按各站点的地位对等(PeertoPeer)网基于服务器的网络按介质访问控制方式以太网（Ethernet）令牌网（TokenRing）按NOS或协议(非正式)Novell网络WindowsNT网络TCP/IP网络28因特网中的拓扑结构localISPcompanynetworkregionalISProuterworkstationservermobile端接系统（PC、服务器、PDA等）交换/节点设备（路由器、集线器、交换机等）通信链路（光纤、线缆、无线信号等）因特网服务提供商（ISP）提供网络接入291.5计算机局域网简介局域网（LAN，localAreaNetwork）是将较小地理范围内的各种数据通信设备连接在一起的通信网络。特点：地理范围有限、传输速率高（10M，100M，1000M）、延迟小、误码率底、易于管理和控制。适用范围：企业、学校、楼宇30拓扑结构令牌环、总线、星型、混合基本类型对等网络：网络中没有设置专门的服务器，连网的计算机既是客户机，又是服务器。速度慢、可靠性差、维护困难。客户机服务器（C/S）网络模式：网络中由高性能的计算机作为服务器，与多台客户机相连。相关概念：客户机（与终端的区别）、服务器（文件、通信）、网络操作系统311.6计算机广域网简介广域网（WAN，WideAreaNetwork）又称远程网，是覆盖广阔地理区域的数据通信网络。范围可以是几十公里到几万公里。广域网使用公共通信线路公共电话网（PSTN，PublicSwitchTelephoneNetwork），MODEM、电话线、拨号、9.6kb/s～56kb/s.综合业务数字网（ISDN，IntegratedServiceDigitalNetwork）,电话线路、专用设备、拨号、64k、128k、144kb/s32ADSL（AsymmetricalDigitalSubscriberLoop,非对称数字用户环线）:上行速率640kb/s，下行速率8Mb/s。公共数字数据网（DDN，DigitalDataNetwork）:同步MODEM，64kb/s～2.048Mb/s。X.25：9.6b/s～64kb/s，速度慢、延时长、可靠帧中继（FR，FrameRelay）：64kb/s～2.048Mb/s异步传输模式（ATM，AsynchronousTransferMode）：155M331.7计算机网络互联利用网络互联设备及相应的技术措施和协议将两个以上的计算机网络连接起来，实现计算机网络之间的连接。网络互联设备：中继器Repeater：清除噪音、放大信号、延长网络距离集线器（HUB）：相当于多口中继器，有源、无源、共享式、堆叠式、交换式。网桥Bridge、交换机Switch：用于连接相同类型的网络路由器Router：可以连接不同类型的网络网关Gateway：又称协议转换器，可以用于不用类型网络的连接。341.8网络操作系统（NOS）用于进行网络的连接、信息传输、服务提供以及网络资源管理的操作系统软件。UNIX：1970年，AT﹠T贝尔实验室，32/64位，多用户、多任务、TCP/IP协议，高可靠性、高安全性，Telnet，FTP，Email服务。NOVELLNETWARE：1984，微机服务器，文件服务、数据库服务等。WINDOWSNT/2000：1993年推出，32位，图形用户界面，单用户，多任务多协议，351.9计算机网络术语带宽带宽是通信信道的宽度，是信道频率上界与下界之间之差，是介质传输能力的度量，在传统的通信工程中通常以赫兹（Hz）为单位计量。在计算机网络中，一般使用每秒位数(b/s或bps)作为带宽的计量单位。主要单位：kb/s，Mb/s，Gb/s一个以太局域网理论上每秒可以传输1千万比特，它的带宽相应为10Mb/s。36Hz与bit/s的关系Nyquist公式：用于理想低通信道Shannon公式：有限带宽高斯噪声干扰信道C=2Wlog2MC=数据传