全国计算机等级考试三级网络技术课件第2章

三级网络技术第2章网络基本概念2.1计算机网络的形成与发展Page32.1.1计算机网络的发展史20世纪50年代通信技术和计算机技术相结合，奠定了计算机网络发展的理论基础。20世纪60年代以ARPANET为代表的分组交换技术的发展，为Internet的发展奠定基础。20世纪70年代中期开始以OSI模型为代表的网络体系结构的研究工作为网络发展的标准化产生了重要作用。20世纪90年代至今标志为Internet的发展，网络发展速度突飞猛进。同时，网络发展的趋势向宽带化，多媒体化方向进行。Page42.1.1计算机网络的形成与发展(续)Internet的发展Internet是通过路由器实现多个广域网和局域网互连的大型网际网更高性能的Internet2正在发展之中。局域网技术的发展高速Ethernet：10Mbps、100Mbps、1Gbps、10Gbps宽带网络的发展宽带骨干网宽带接入网Page52.1.2计算机网络的形成20世纪50年代初，由于美国军方的需要，美国半自动地面防空系统开始计算机与通信技术相结合的尝试。后来人们发现可以通过通信系统将地理位置分散的多个终端，通过通信线路连接到一台中心计算机上，该计算机以集中方式处理不同地理位置的用户数据；用户可以在自己办公室内的终端键入程序，通过通信线路传送到中心计算机，分时访问和使用资源进行信息处理，处理结果再通过通信线路回送到用户终端显示或打印。这种以单个计算机为中心的联机系统称做面向终端的远程联机系统。随着计算机的发展，出现了多台计算机互连的需求。将分布在不同地点的计算机通过通信线路互连便成为计算机网络。ARPANET是计算机网络发展中的一个里程碑，是Internet出现的基础。20世纪70年代一些机构开始局域网计算机的研究，并取得了很多成果，这对局域网技术的发展起到重要作用。Page62.1.3网络体系结构与协议标准化国际标准化组织（ISO）在1984年正式公布了网络系统互连的参考模型，全名为“开放系统互连基本参考模型”（OSI/RM，OpenSystemInterconnectionBasicReferenceModel），简称OSI，以实现开放系统环境中的互连性、互操作性和应用的可移植性。后来ISO与CCITT等组织分别为参考模型的各个层次制定一些列的协议标准。OSI虽然为国际标准，但并不实用。随着互联网的高速发展TCP/IP协议与体系结构已经成为业内公认的标准。Page72.1.4互联网的应用与高速网络技术的发展浏览器、超文本标记语言、搜索引擎、Java跨平台编程技术的发展，对互联网的发展产生了重要的作用。在过去的30年里，由于各种互联网应用的出现，促进了互联网的高速发展。这些应用包括远程登录Telnet、电子邮件E-mail、文件传输服务FTP、新闻组BBS、网络电话、网络会议、网络电视、电子商务、电子政务、远程教育、远程医疗、搜索引擎、P2P文件共享、即时通信、播客、博客和网络游戏等。1993年9月，美国公布了国家信息基础设施（NII）计划，该计划被形象地称为信息高速公路。1992年2月，全球信息基础设施委员会（GIIC）成立，以推动与协调各国信息技术与信息服务的发展和应用。目前高速网络的发展主要表现在：宽带城域网、异步传输模式、高速局域网、交换局域网、虚拟网络和无线网络。Page82.1.5宽带城域网的发展从当前城域网技术与应用现状来看，城域网的概念泛指网络运营商在城市范围内提供各种信息服务业务的所有网络，它是以宽带光传输网为开放平台，以TCP/IP协议为基础，通过各种网络互联设备，实现语音、数据、图像、视频、IP电话、IP接入和各种增值业务与智能业务，并与运营商的广域计算机网络、广播电视网、传统公用电话交换网互联互通的本地综合业务网络。宽带城域网包括核心交换网与接入网。核心交换网为整个网络提供一个高速、宽带的中心连接，并能提供所有城域网连入Internet所需要的路由服务，实现与全国骨干网络的互连，提供城市高速IP数据出口。接入网技术解决的是最终用户接入地区性网络的问题。目前，可用作用户接入网的有计算机网络、电信通信网和广播电视网。2.2计算机网络的定义Page102.2.1计算机网络的基本概念不同时期对计算机网络有不同的定义，符合网络特征的是资源共享的观点。“以能够相互共享资源的方式互连起来的多台自治计算机系统的集合。”三层含义：联网的目的：资源共享和信息传输。资源指计算机硬件、软件与数据。“自治计算机”：联网必须使用多台独立的计算机，没有主从关系，可连网工作，也可独立工作。可以为远程用户服务，也可为本地用户服务。网络协议：必须遵循相同的网络协议。Page112.2.2计算机网络的基本结构及其特点1．早期计算机网络结构结构上：包括主机、终端、CCP与通信线路逻辑功能上：包括资源子网、通信子网主机通信控制处理机资源子网通信子网Page122.2.2计算机网络的基本结构及其特点(续)2．现代网络结构的特点微型计算机通过局域网连入广域网，而局域网与广域网、广域网与广域网的互联是通过路由器实现的Internet：由路由器互联的大型、层次结构的互联网络国家级骨干网地区宽带网校园网或机关、企业网Page132.2.3计算机网络的分类最能反映网络技术本质特征和最常见的网络分类方法是根据网络的分布距离来进行分类。按网络的分布距离来分类，可分为：广域网（WAN）局域网（LAN）城域网（MAN）Page14局域网LAN作用范围：一般在10公里以内，以一个单位或一个部门的范围为限，由这些单位或部门单独组建按照局域网采用的技术、应用范围和协议标准不同，局域网可以分为共享局域网与交换局域网。交换式局域网通过局域网交换机，可以在它的多个端口之间建立多个并发连接，来提高局域网带宽。Page15局域网LAN（续）从局域网应用的角度来看，局域网的主要特点如下：地理覆盖范围有限，适用于学校、机关、工厂的需求。数据传输速率高、误码率低。易于建立、维护和扩展。从介质访问角度可分为共享式局域网和交换式局域网；从使用的传输介质类型的角度看，可以分为有线介质的局域网和适用无线介质通信信道的局域网。Page16城域网MAN介于局域网和广域网之间的一种技术目标：满足几十公里范围内的多个局域网的互联主要技术早期：使用传统的FDDI技术现在：传输介质：光纤交换结点：基于IP的高速路由交换机和ATM交换机体系结构：采用核心交换层、业务汇聚层、接入层3层模式Page17广域网WAN作用范围:几十到几千公里，可覆盖一个国家、地区、或横跨几个洲通信子网：可以利用公用分组交换网、卫星通信网和无线分组交换网用户机可以通过局域网方式接入，也可以选择公用电话交换网、有线电视网、无线网络或者无线局域网方式接入到作为地区级主干网的城域网。城域网又通过路由器与光纤接入到作为国家级或区域主干网的广域网。Page182.2.4计算机网络拓扑构型计算机网络拓扑的定义网络拓扑分类方法点对点线路通信子网的拓扑Page19计算机网络拓扑的定义抽象“点”：工作站、服务器、通信设备等“线”：通信介质网络拓扑结构通过网络中结点与通信线路之间的几何关系表示网络结构，反映出网络中个实体间的结构关系。拓扑的重要性对网络的性能、系统可靠性与通信费用都有重大影响主要指通信子网的拓扑构型Page20网络拓扑分类方法采用点-点线路的通信子网星型、环型、树型与网状型不可能存在总线型采用广播信道的通信子网总线型、树型、环型、无线通信与卫星通信型Page21网络拓扑分类方法1．星型拓扑结点通过点-点通信线路与中心结点连接，中心结点控制全网的通信优点：容易在网络中增加新的站点，易于实现和管理缺点：中心节点的故障会引起整个网络瘫痪。2．环型拓扑结点通过点-点通信线路连接成闭合环路优点：容易安装和监控缺点：容量有限，网络建成后，难以增加新的站点3．环型拓扑星型拓扑的扩展结点按层次进行连接，信息交换主要在上、下结点之间进行，相邻及同层结点之间一般不进行数据交换或数据交换量小汇集信息的应用要求4．网状拓扑结点之间的连接是任意的，没有规律优点：系统可靠性高，缺点：结构复杂，必须采用路由选择算法与流量控制方法广域网基本上都是采用网状拓扑构型Page222.2.5描述计算机网络传输特性的参数数据传输速率误码率带宽与数据传输速率关系Page23数据传输速率在数值上等于每秒钟传输的构成数据代码的二进制比特数，又称比特率单位为比特/秒，记作b/s、bit/s或bps对于二进制数据，数据传输速率可定义为：S=1/T常用的数据传输速率的单位还有Kbps、Mbps、Gbps和Tbps。换算关系：1Kbps=1×103bps1Mbps=1×106bps1Gbps=1×109bps1Tbps=1×1012bpsPage24带宽与数据传输速率关系带宽：某个信号具有的频率宽度，单位是赫兹（Hz）。“带宽”和“速率”几乎成了同义词通信信道最大传输速率与信道带宽之间存在着明确的关系：奈奎斯特准则香农定理Page25带宽与数据传输速率关系(续)奈奎斯特准则描述了有限带宽、无噪声信道的最大数据传输速率与信道带宽的关系二进制数据信号的最大数据传输速率Rmax与通信信道带宽（B=f，单位HZ）的关系为：例如，对于二进制数据，若B=3000Hz，则最大数据传输速率Rmax=6000bps。fR2maxPage26带宽与数据传输速率关系(续)香农定理描述了有限带宽、有随机热噪声信道时，最大传输速率与信道带宽、信号噪声功率比之间的关系：其中：Rmax:数据最大传输速率，单位是bpsB:信道带宽，单位是HzS/N:信号与噪声功率比例如：信道带宽B=3000Hz，S/N=1000，那么Rmax≈30kbps。香农定理给出了一个有限带宽、有热噪声信道的最大数据传输速率的极限值)/1(log2maxNSBRPage27误码率的定义定义：二进制码元在数据传输系统中被传错的概率，定义为:Pe=Ne/N其中：N：传输总码元数；Ne：传输出错的码元定义的理解：（1）误码率是衡量正常状态下传输可靠性的参数（2）对于一个实际的数据传输系统，不能笼统地说，误码率越低越好。误码率越低，设备则越复杂，价格越贵（3）误码率是二进制的比值。误码率的测试是一种统计数字，测试的值越多，越接近精确值计算机网络中，误码率通常要求低于10-6，通信系统达不到，需要进行差错控制。2.3分组交换技术Page292.3.1电路交换在早期广域网的通信子网数据交换方式中，可以采用的方法基本可以分为两类：电路交换和存储转发交换。电路交换方式与电话交换的工作过程类似。电路交换的通信过程分为3个阶段。线路建立阶段数据传输阶段线路释放阶段Page302.3.1电路交换(续)电路交换方式的优点是：通信实时性强，适用于交互式会话类通信。电路交换方式的缺点是：对突发性通信不适应，系统效率低，同时不具备数据存储能力和差错控制能力，不能平滑通信量，也无法发现和纠正传输过程中发生的差错。Page312.3.2存储转发交换存储转发交换也是一种早期广域网中使用的数据交换方式。它将发送的数据与目的地址、源地址、控制信息按照一定的格式组成一个数据单元（报文或报文分组）进入通信子网；通信子网中的结点是通信控制处理机，负责完成数据单元的接收、差错验证、存储、路由选择和转发功能。存储转发交换方式分为报文交换和报文分组交换。报文交换中不控制数据的长度，在发送数据时，只把数据当作一个逻辑单元，在数据中加上目的地址、源地址与控制信息后，按一定格式打包后组成一个报文。分组交换则限制数组的最大长度，源结点需要将一个长报文分成多个分组，由目的结点将多个分组按顺序重新组织成报文。Page322.3.2存储转发交换（续）存储转发交换方式，它克服