第1章-计算机网络概论(M2-定)

计算机网络技术基础任课教师：李大庆电话:(600)13777473345643345（杭电网）86929081（办公室）第1章计算机网络概论讲授章节及主要内容1.1计算机网络的产生与发展1.2计算机网络的定义1.3计算机网络的功能、特点与应用1.4计算机网络的分类1.5计算机网络的组成与结构1.6计算机网络体系结构1.7OSI参考模型1.8TCP/IP模型1.1计算机网络的形成与发展1.1.1计算机网络产生的背景人类进入二十世纪后半叶，社会的信息化、数据的分布式处理计算机资源共享推动了网络技术的迅猛发展；计算机出现前，已有多种通信网络技术，如电报网、电话网；1946第一台数字计算机出现，信息处理智能化；用于信息处理的计算机技术与用于信息传输的通信技术相结合，产生了计算机网络技术；计算机发展已经与网络融为一体，计算机网络改变了传统意义的时空概念。现代通信技术计算机网络技术（边缘学科）计算机技术计算机网络中资源共享的手段——通信计算机网络技术＝计算机技术＋现代通信技术1.1计算机网络的形成与发展1.1.2计算机网络的发展过程经历了三个阶段（从简单到复杂、从低级到高级），现处于第四阶段：1.联机系统阶段（面向终端的计算机网络）发展历程：（1）具有通信功能的单机系统主机功能：数据处理和通信控制存在的问题：中心计算机任务重，导致实际工作效率低IBMAS/400中心主机线路控制器终端电话网PSTNModemModemIBMAS/400中心主机多重线路控制器电话网PSTNModem终端Modem终端Modem●●●●●●ModemModemModem终端（2）采用多重线路控制器的“远程联机系统”存在的问题：线路利用率低，当终端个数不断增多，线路费用难以承担；难以解决代速终端和高速线路的矛盾；中心主机任务重。中心主机前端处理机电话网PSTN高速线路终端终端终端ModemModem集中器低速线路●●●●●●（3）改进的远程联机系统主机功能：数据处理；前端处理机（FEP）功能：通信控制。优点：前述三个矛盾得到解决。第一阶段特点：一台计算机（有数据处理能力）主分散的终端（无数据处理能力）从2.计算机互连网络在20世纪60年代后期--60年代中期(CCP通信控制处理机)特点：多台计算机均有自主处理能力，不存在主从关系。代表产品：ARPA网。3．标准化网络阶段网络要得以真正使用，就必须有一个技术标准，用以解决相应问题。每个网络的标准可能都不一样。怎样将各个不同的网络互连起来，建立一个统一的标准，得到一个“开放”系统。这就使得网络的发展进入了第三代——标准化网络阶段。1977年，ISO（InternationalstandardsOrganization）国际标准化组织成立专门机构研究“开放”系统。1984年颁布了OSI国际标准（OpenSystemInterconnectionBasicReferenceModel）”开放系统互连基本参考模型“。4．网络互连与高速网络各国纷纷建立国家信息基础设施，全球形成了以Internet为核心，以ATM技术为代表的高速计算机网络。进入了第四代计算机网络。Internet成功普及。已经覆盖政府部门、企事业机构、商业领域、学校、家庭以及社会生活的各个角落。返回1.2计算机网络的定义1.2.1计算机网络定义的观点在计算机网络发展过程的不同阶段，人们对网络的理解和要求不同，以及限于当时的技术条件，给出了不同的定义。广义的观点（通信的角度）三类资源共享的观点用户透明性的观点⑴广义的观点：定义了计算机通信网络⑵用户透明性的观点：定义了分布式计算机系统⑶资源共享的观点：目前对计算机网络普遍认同的定义（P3）1.2.1计算机网络定义的基本内容计算机网络是计算机技术和通信技术紧密相结合的产物，在当今的人类社会生活中，其充当的角色是不言而喻的。其发展水平反映了一个国家计算机科学和通信技术的水平。从60年代以后，计算机网络已取得了长足地发展。定义：将地理位置不同，并具有独立功能的多个计算机系统通过通信设备和线路连接起来，在功能完善的网络软件的控制下，按照统一的规则协同工作，实现资源共享和数据通信。实现网络中资源共享的系统。称之为计算机网络系统。资源共享：网络系统中的各计算机用户均能享受网内其他各计算机系统中的全部或部分资源。共享的资源：包括计算机硬件、软件、和数据资源。1.2.2当前计算机网络的基本特征：（1）“互联”。（2）自治计算机系统集合。（3）资源共享为核心目的。（4）计算机技术和通信技术相结合。（5）通过网络软件进行控制和管理。（6）用户角度，计算机网络是具有透明的数据传输机制和资源共享、协同工作的综合信息处理系统。1.2.3计算机网络资源共享的硬件资源：如输入输出设备、巨型机、打印机、存储器等。共享的软件资源：如远程机上的大型数据库、其他软件等。数据共享。计算机网络资源（1）共享硬件资源计算机网络资源（2）共享数据资源计算机网络资源（3）共享应用程序（软件资源）1.2.4计算机网络与分布式系统的区别分布式计算机系统是从用户透明性角度定义的。关于“透明性”的理解分布式计算机系统的定义：分布式计算机系统的特征：计算机网络与分布式系统的区别:分布式系统的底层是网络，网络的目的之一是促进分布式系统的发展，分布式系统是计算机网络技术发展的高级阶段。二者的区别在于操作系统（软件而不是硬件）1.3计算机网络的功能、特点与应用1.3.1计算机网络的功能与特点数据通信；资源共享；提高系统可靠性和可用性；促进分布式计算环境发展。1.3.2计算机网络的应用1.4计算机网络的分类1.4.1按网络的分布范围分类（三类）⑴广域网WAN(WideAreaNetwork)⑵局域网LAN(LocalAreaNetwork)⑶城域网MAN(MetropolitanAreaNetwork)⑷互联网Internet⑸个域网PAN（PersonalAreaNetwork）1.4.2按数据传输技术分类广播式网络（BroadcastNetwork）点对点式网络（Point-to-PointNetwork）1.4.3按网络的拓扑结构分类-展开讲总线型星型环型树型网状型全连通型按网络的拓扑结构分类总线型网型环型星型树型混合型1.4.4按网络采用的传输介质分类⑴有线介质双绞线、同轴电缆、光导纤维（光纤）⑵无线介质微波、无线电波、红外线1.4.5按网络应用模式分类⑴基于服务器的网络⑵对等网络1.4.6按网络所有权分类公用网专用网1.4.7网络的其他分类方法1、按网络的信道宽度可分为窄带网、宽带网2、按网络的不同用途分类科研网、教育网、商业网、企业网等3、按网络的数据交换方式分为两大类三种⑴线路交换CS(CircuitSwiting)⑵存储转发方式交换报文交换MS(MessageSwitching)分组交换PS(PacketSwitching)1.5计算机网络的组成结构与功能结构1.5.1计算机网络的组成结构一、计算机网络硬件系统从拓扑学角度看网络，网络的组成元素是由一些点和线构成的，所以网络硬件为各种网络节点和通信链路。⑴网络节点网络节点也称网络单元，是网络系统中的各种数据处理设备、数据通信设备和数据终端设备。⑵通信链路两个节点间承载信号传输的信道，可采用多种传输介质。二、计算机网络软件系统网络软件系统对网络资源进行全面的管理、调度、分配和安全保护，控制数据通信和各种网络应用，是实现网络功能补考缺少的软件环境。⑴网络系统软件⑵网络应用软件1.5计算机网络的组成结构与功能结构1.5.2计算机网络的功能结构数据处理∵计算机网络两大主要任务：数据通信资源子网数据处理∴从逻辑功能上可以分为通信子网数据通信计算机网络的逻辑结构说明：资源共享依赖于通信实现，通信支持着资源共享。CCP：CommunicationControlProcessor-通信控制处理机通信子网资源子网CCPCCPCCPCCPCCPCCP主机主机主机终端终端终端现代通信技术计算机网络技术（边缘学科）计算机技术计算机网络技术＝计算机技术＋现代通信技术计算机网络中资源共享的手段——通信1、资源子网的组成主机系统终端非智能终端智能终端2、通信子网的组成交换节点信号变换设备通信链路1.6计算机网络体系结构计算机网络是一个复杂的大系统，涉及计算机和通信两大技术领域，由各种各样、功能各异的软硬件组成。其复杂的原因有一下几点：（1）通信技术的多样性（2）计算机系统的异构性（3）多种网络应用（4）方便用户使用1.6.1分析计算机网络系统的基本方法1、分治思想“分层模块化结构组织模式”，将一个庞大的复杂系统化繁为简，分解为多个不同层次、易于处理的小的局部系统，分而治之。系统中每层完成部分确定功能，所有各层子功能的集合实现总体功能，从而使复杂问题得到解决。分层模块化结构思想，就是明确复杂系统的逻辑结构和功能配置，将系统中具有共性的内容抽象出来以一个层次模块表示，从而可以单独分析和设计，降低实现的复杂性。2、建立系统体系结构模型体系结构是研究系统中各组成成分及其关系的一门学科，是对系统的一种高度抽象性、概括性描述，给出概念性框架和实现方案。是从总体上对系统进行分析的一种方法，只解决“做什么”，不涉及“怎么做”。为了便于对体系结构这种抽象进行直观、形象表示，利于理解、讨论、交流，将其“模型化”，即建立“体系结构模型”，这也是工程技术领域普遍采用的方法，是设计与研究复杂系统的基本依据。1.6.2计算机网络体系结构的基本概念1、构建体系结构的基本思想合理分层抽象化描述模型化2、通信的层次性通信是一个传递和处理信息的过程，信息流需经过多个层次传递和处理才能从发送方到达接收方。对比日常通信实例：邮政系统计算机系统层次结构计算机硬件计算机操作系统计算机应用软件用户系统分层例：邮政系统通信者活动邮局服务业务邮局转送业务发信者收信者运输部门的邮件运输业务书写信件贴邮票送邮箱收集信件盖邮戳信件分拣信件打包送运输部门路由选择运输转送邮局接收邮包分发邮件邮件拆包信件投递信件分拣阅读信件通信者活动邮局服务业务邮局转送业务服务逐层搭建！分层通信过程例姓名地址邮电局邮电局姓名地址姓名地址邮局邮局姓名地址实现通信信件的封装、传递与解封1.6.2计算机网络体系结构的基本概念3、通信概念分析通信是分层实现的服务是逐层搭建的对等层遵守相同规则各层服务细节对外屏蔽每层对其上层屏蔽下层差异通信过程中传递两种信息：资源信息和控制信息物理通信与逻辑通信p23图11-7服务层次划分的非唯一性4、网络体系结构的相关概念（1）层次（layer）计算机网络是分层实现的层的准确定义：系统中能提供某一种或某一类服务功能的逻辑集合。分层是一种有效的构造技术。按这种技术构造的系统可以从逻辑上看成是一些连续层次的组合，将总体要实现的功能分配在不同层次实现，每个层次要完成的服务及服务要求都有明确规定。分层结构优点：–各层功能相互独立–灵活性好–各层对上层屏蔽下层差异性–易于实现和维护–便于抽象网络体系结构的分层模型有关层次（layer）的补充层次是人们对复杂问题处理的基本方法；将总体要实现的很多功能分配在不同层次中；对每个层次要完成的服务及服务要求都有明确规定；分布于不同地点的系统由相同的层次构成；不同系统的最低层之间存在着“物理”通信；不同系统的对等层次之间存在着“虚拟”通信；不同系统的对等层之间通信有明确的通信规定—协议；高层使用低层提供的服务时，并不需要知道低层服务的具体实现方法。4、网络体系结构的相关概念（2）通信实体实体一般指能产生行为的对象。计算机网络中能发送和接收信息的终端、应用软件通信进程等统称为“通信实体”。正是这些通信实体根据一定的通信协议产生着通信行为，使通信得以进行，而协议的实现要落实到具体的硬件模块和软件模块上。对等实体：分层模型中，对等实体非常重要，只有对等层的对等实体才能相互通信，协议约束对等实体。4