计算机网络与互联网(讲稿)

ComputerNetworksandInternets1序言1.计算机网络讲授些什么？（1）计算机技术的高度发展与计算机的广泛应用；（2）通信技术的高度发展，全球范围内的电话通信系统、光纤与无线通信系统、卫星移动通信系统的建立与广泛应用；（3）计算机技术与通信技术相互渗透、密切结合的产物－计算机网络的发展，Internet的广泛应用与全球信息高速公路建设热潮的兴起。2.课程结构（1）课堂内容：导论、数据传输、包传输、网络互联（2）上机实验：网络应用3.授课内容（1）以课本为主，兼以其它资料补充。（2）学习要求：了解、理解、掌握。4.课程考核（1）平时成绩（包括：课堂测试、课下作业）：30%（2）闭卷考试：70%5.参考资料数据通信与网络（第2版）（美）BehrouzA.Forouzan著吴时霖、周正康、吴永辉等译吴时霖校机械工业出版社（2002年1月第2版.2003年3月第7次印刷）68.00元计算机技术通信技术计算机网络ComputerNetworksandInternets2第1章导论本章学习要求了解：计算机网络的形成与发展掌握：计算机网络的定义1.1计算机网络的形成与发展第一阶段：20世纪50年代数据通信技术的研究与发展1946年世界上第一台电子数字计算机ENIAC诞生，计算机与通信技术并没有直接的联系。20世纪50年代，人们开始彼此将独立发展的计算机技术与通信技术结合起来，完成了数据通信技术与计算机网络的研究，为计算机网络的出现做好了技术准备，奠定了理论基础。第二阶段：20世纪60年代ARPANET与分组交换技术的研究与发展ARPANET（AdvancedResearchProjectsAgencyNetwork）是计算机网络技术发展中的一个里程碑，它的研究成果对促进网络技术的发展起到了重要的作用，并为Internet的形成奠定了基础。ARPANET是美国国防部高级研究计划局建立的计算机网。这个国际网允许其成员使用其设备并对大批不同的计算机存取数据。最初的ARPANET的主要研究内容是分组交换设备、网络通信协议、网络通信与系统操作软件。1969年11月，实验性的ARPANET开通；1975年，ARPANET已经连入了100多台主机，并且结束了网络实验阶段，移交美国国防部国防通信局正式运行；1983年1月，ARPANET向TCP/IP的转换结束；80年代中期，ARPANET成为Internet的主干网；1990年，ARPANET退役。第三阶段：20世纪70年代广域网、局域网与公用分组交换网的研究与应用网络体系结构与协议标准化的研究70年代中期国际上各种广域网、局域网与公用分组交换网发展十分迅速，各个计算机生产商纷纷发展各自的计算机网络系统，但随之而来的是网络体系结构与网络协议的国际标准化问题。国际标准化组织（ISO,InternationalStandardsOrganization）在推动开放系统参考模型与网络协议的研究方面做了大量的工作，对网络理论体系的形成与网络技术的发展产生了重要的作用，但它同时也面临着TCP/IP严峻的挑战。第四阶段：20世纪90年代Internet技术的广泛应用宽带城域网与接入网技术的研究与发展网络计算技术的研究与发展ComputerNetworksandInternets3网络与信息安全技术的研究与发展20世纪90年代以来，Internet作为国际性的网际网与大型信息范围系统，在经济、文化、科学研究、教育与人类社会生活等方面发挥着越来越重要的作用。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，它对推动世界科学、文化、经济和适合的发展有着不可估量的作用。对于广大用户来说，它好像是一个庞大的广域计算机网络。如果用户将自己的计算机连入Internet，便可以在这个信息资源宝库中漫游。Internet中信息资源涉及到商业、金融、政府、医疗卫生、信息服务、科研教育、休闲娱乐等多个方面。用户还可以使用Internet的服务、电子邮件服务、IP电话服务。更高性能的Internet2正在发展之中。宽带网络技术的发展，为社会信息化提供了技术基础，网络与信息安全技术为网络应用提供了重要的安全保障。以高速Ethernet为代表的高速局域网技术发展迅速。目前，在传输速率为10Mbps的Ethernet网广泛应用的基础上，速率为100Mbps与1Gbps的FastEthernet、GigabitEthernet已开始进入实用阶段。传输速率为10Gbps的Ethernet网正在研究之中。同时，交换式局域网与虚拟网技术发展和应用十分迅速。宽带网络的建设正在全球范围内掀起一个高潮，很多国家的政府与企业投入巨额资金，把宽带网络作为战略产业发展。近年来世界各大电信运营商纷纷进行了大规模的战略重组，同时采用宽带网络技术建设了新的基础性电信网络，或是用宽带建设改造了现有的网络。宽带网络在基础设施、网络产品、信息范围等多个层面上提供了巨大的市场机会。宽带网络的发展还为新的网络服务运营商提供了发展的空间，从而也带动了网络产业的结构调整。宽带网络是相对于传统网络而言的，它是具备较高世界传输速率和数据吞吐量的新一代网络。宽带网络可分为宽带骨干网和宽带接入网两个部分，因此建设宽带网络的两个关键技术是骨干网技术和接入网技术。基于光纤通信技术的宽带城域网与接入网技术，以及移动计算网络、网络多媒体计算、网络并行计算、网格计算与存储区域网正在成为网络应用与研究的热点问题。“计算”这个词在不同的时代有不同的内涵。随着技术的进步，人们对计算能力的要求也越来越高，需求和计算机能力交替上升。每一次计算能力的重大进步都会对科学和人类带来重大的影响。今天的计算机网络正在改变人类的生活、工作和思维方式。尽管电子邮件、Web服务、电子商务与IP电话以及给我们的生活带来了很多变化，但这仅仅是开始。随着网络宽带的迅速增长，软件将会越来越丰富，网络用户数量也将与日俱增，人们的生活、学习和工作将离不开网络。“网络计算”有着更为广泛的内涵。网络将视为最强有力的超级计ComputerNetworksandInternets4算环境，它包含了丰富的计算、数据、存储、传输等各类资源，用户可以在任何地方登录，处理以前不能完成的问题。目前的网络是开放的、自由和国际化的，如何保护机密信息不受黑客和间谍的入侵，已成为政府机构、企事业单位信息化监控发展所要考虑的重要事情之一。开放意味着网络技术是全开放的，任何个人或团体都可能获得。因而网络所面临的破坏和攻击可能是多方面的，例如：可能对网络传输线路攻击，也可能对网络通信协议及其实现攻击；可能对软件实施攻击，也可能对硬件实施攻击。一个现代信息系统若不包含有效的信息安全技术措施，就不能认为是完整和可信的。1.2计算机网络的定义1.2.1内容计算机网络是将分布在不同地理位置、具有独立功能的计算机系统通过通信线路进行连接，在网络协议和网络管理软件支持下，以相互通信和资源共享为目的的计算机群集系统。1.2.2特点（1）网络建立的主要目的是实现计算机资源的共享。计算机资源主要指计算机硬件、软件与数据。网络用户可以实用本地计算机资源，可以通过网络访问联网的远程计算机资源，也可以调用网中几台不同的计算机共同完成某项任务。（2）互连的计算机是分布在不同地理位置的多台独立的“自治计算机系统”（autonomouscomputer）。它们之间可以没有明确的主从关系，可以联网工作，也可以脱网独立工作。联网计算机可以为本地用户提供服务，也可以为远程网络用户提供服务。（3）连网计算机在通信过程中必须遵循相同的网络协议。[测试题]1.计算机网络是（）紧密结合的产物。A.信息技术和通信技术B.计算机技术和数学C.信息技术D.物理技术2.计算机与通信的结合始于（）世纪（）年代。A．20，40B.20，50C.20，60D.20，703.计算机物理建立的主要目的是实现计算机资源的共享。计算机资源主要指计算机（）。A.软件与数据库B.服务器、工作站与软件C.硬件、软件与数据D.通信子网与资源子网ComputerNetworksandInternets503KHz300GHz第2章传输介质本章学习要求理解：数据传输的本质了解：各种传输介质的特性应用：选择适当的传输介质进行数据传输一、数据传输的本质在计算机信息系统中，数据是以二进制信息单元（即比特）的形式表示，并以0和1的方式实现。计算机以及其他通信设备利用信号来表示数据，这些信号以电磁波能量形式从一台设备传输到另一台设备。电磁波信号能够穿越真空、空气或者其他传输介质。电磁波能量是一种电场和磁场的组合形式，它包括能量、语音、无线电波、红外线、可见光、紫外线以及X射线、伽玛射线和宇宙射线。每一种形式都对应电磁频谱的一部分（参见图1-1）。但是并不是频谱的所有部分都在当前的远程通信技术中可以使用，可以使用这些频段的介质也只是有限的几类。语音频段的信号通常以电流形式通过诸如双绞线或同轴电缆传输。无线电波可以穿越空气或者空间，但是需要特殊的传输和接收机制。最后一个在当前通信领域可以采用的电磁波是可见光，它通过光缆传播。图1-1电磁频谱能量，语音无线通信无线电波，微波，卫星红外线紫外线X射线、伽玛射线和宇宙射线可见光430~750THzComputerNetworksandInternets6二、传输介质的分类双绞线电缆铜缆有向介质同轴电缆光缆传输介质无线电波无向介质地表微波卫星通信1.有向介质：它提供了一种从一个设备到另一个设备的管道。通过这类介质传输的信号沿着介质的方向传播并被局限在介质的物理边界内。2.无向介质：又称无线通信，不使用导体来传输电磁波，而是将信号通过空气广播出去，从而使任何一个具有接收设备都能接收它。三、铜缆的特性1.铜缆传输的优缺点优点：便宜且易于安装；缺点：易受干扰，包括：内部干扰和内外部干扰。表现在：1)干扰来自导线中传输的电信号，导线就像一个微小的无线电台，发射出一个微小的电磁能，并在空中传播。当它遇到另一个导线，电磁波在导线中产生一个微小的电流。所产生电流的强度取决于电磁波的强度以及导线相互间的物理位置。两根导线相距远或者相距近但互相垂直，干扰都不成问题。若平行靠近，则一根导线中的一个信号将在另一导线中产生相似的信号。因为计算机并不能区分正确传输的信号与干扰信息，所产生的电流可以强到足以破坏或阻止正常的通信。2)来自其他设备（例如马达）的电磁干扰会在导线中产生操作。如果两条导线是平行的，离噪声源近的导线中产生的噪声就会比另一条导线中更高，从而导致负载不平衡以及信号损益。ComputerNetworksandInternets72.解决方案：双绞线电缆绞在一起限制了发射能量；有助于阻止其他信号干扰这两根导线。同轴电缆防止了外来电磁能量引起的干扰；阻止了内层导线中的信号辐射能量干扰其他导线。四、光纤1.光纤与电缆在传输上的区别电缆：以电流形式传送信号的（金属）导体。光纤：由玻璃或塑料制成并以光波形式传输信号。2.光纤传输的实现原理①折射发送方噪声影响＝12单元噪声影响＝16单元接收方1216总的影响是16－14＝4ComputerNetworksandInternets8②全反射角③反射光纤利用全反射将光线在信道内定向传播。光线中心是玻璃或塑料的芯材，外面填充这密度相对较小的玻璃或塑料材料。两种材料的密度差异必须达到能够使芯材中的光线只能反射回来而不能折射入填充材料的程度。信息被编码成一束以一系列开关状态来表示0和1的光线形式。3.光纤传输的实现形式信息被编码成一束以一系列开关状态来表示0和1的光线形式。光纤一端的发射装置使用发光二极管或一束激光将光脉冲传送至光纤，光纤的接收装置使用光敏元件检测脉冲。将接收到的光脉冲解析为信息0或1。4.光纤传输的优缺点优点入射角反射角全反射角LR较高密度介质（水或玻璃）较低密度介质（空气）LR较高密度介质（水或玻璃）较低密度介质（空气）ComputerNetworksandInternets9不受电磁干扰；传输距离远