计算机网络基电子教案

计算机网络清华大学出版社•吴企渊一、计算机网络的发展过程1.什么是计算机网络一群具有独立功能的计算机组成的系统通过通信设备及传输媒体互连起来，在通信软件支持下，实现资源共享、信息交换其他外设打印机2.计算机网络的发展1954年第一代计算机网络1969年ARPA网，第二代计算机网络1983年OSI模型，第三代计算机网络Internet的建立，第四代计算机网络单个主机为中心、面向终端设备多处理中心体系结构标准化信息高速公路第一章计算机网络概论发展第一阶段：远程信息处理系统随着，多道程序和分时操作系统的开发，使计算机、能够同时处理多个任务。为方便输入/输出，最先出现了计算机与终端的互联，如收发器、电传打字机等为了解决主机负担问题，出现前端处理机，为了节省通信费用，出现了集中器特点：终端到计算机的连接主机负担过重FETM计算机MMMTCTC发展第二阶段：计算机互联网络1964年提出了存储转发(storeandforward)的概念。网络中传送的信息被划分成分组(packet)，称为分组交换网。于1969年12月在美国国防部高级研究规划局(DARPA)的资助下建立了世界上第一个远程分组交换的ARPANET，标志着我们目前计算机网络的兴起。也是Internet的前身。该网由通信子网和资源子网组成。第三阶段：计算机网络体系结构形成随着ARPANET的建立，各个国家甚至大公司都建立了自己的网络，这些网络体系结构各不相同。如日本DECNet等。这些网络其体系结构都不相同，协议也不致。不同体系结构的产品难以实现互连；为网络的互联、互通带来困难。80年代开始，人们着手寻找统一网络结构和协议的途径。国际标准化组织ISO下属的计算机信息处理标准化技术委员会TC97为研究网络的标准化成立了一个分委员会。1984年正式颁布了“开放系统互连基本参考模型”。这里的“开放系统”是指对当时各个封闭的网络系统而言，它可以和任何其它遵守模型的系统通信。模型分为7个层次，故又称为OSI7层模型。第四阶段：网络互连与高速网络1990年ARPANET正式宣布关闭，而NSFNET主干网经过不断扩充，最终形成世界范围的Internet。进入90年代后网络向开放、高速、高性能方向发展，可以传送数据、语音和图像等多媒体信息，安全性也更好。1993年美国政府提出“NII行动计划”即“国家信息基础设施”，一般称为“信息高速公路”，更在全球掀起网络建设的高潮。各类高速网不断出现。90年代后期，美国已着手研究第二代的Internet，建立了实验性网，预计21世纪初期新一代的Internet将走向实用。Internet时代1.发展过程:ARPANET民用网络MILNET军用网络ARPANET69年84年万维网WWWCERN开发INTERNET180个国家60万个网络98年NSFNET美国科学基金网INTERNET90年86年INTERNETNGI计划10G二、什么叫计算机网络?1、定义:凡是将分布在不同的地理位置的计算机系统用通信设备连接起来,再配有网络软件，以实现资源共享的系统。计算机+通信+软件=网络2、网络的特点：具有共享信息和资源的能力；具有共享集中管理的能力；具有把个人与众多用户连接在一起的能力.三、计算机网络在我国的发展中国公用计算机互联网（CHINANET)1、开始建于1995年，由中国电信负责运营，该网由主干网和接入网组成。2、主干网的速率以2.048M/s为主，逐步提高到E3(34Mb/s)甚至更高速率。3、接入网由各省内建设的网络构成，用戶通过163拨号上网。中国金桥信息网（CHINAGBN)1、开始建于1993年，即金桥工程。由吉通通信为业主，该网由地面光纤网和卫星网组成。2、主干网的速率以128K-8Mb/s为主.3、主营业务：为金融、海关、外贸、气象、交通等部门提供数据丶话音、图像信息服务。中国教育和科研计算机网（CERNET)1、开始建于1994年，是一个公益性网络，为国民教育、科研提供信息服务。该网由三级结构（主干网、地区网和校园网）网组成。2、主干网的速率以2M/s为主，逐步提高到更高速率。中国科学技术网（CSTNET)开始建于1994年，由中科院建设和管理。四、计算机网络系统的组成•网络系统是由网络操作系统和用以组成计算机网络的多台计算机，以及各种通信设备构成的。1.网络硬件常见的网络硬件有：计算机、网络接口卡、通信介质以及各种网络互连设备等。网络中的计算机又分为服务器和网络工作站两类。⑴服务器服务器的主要功能是为网络工作站上的用户提供共享资源、管理网络文件系统、提供网络打印服务、处理网络通信、响应工作站上的网络请求等。常用的网络服务器有文件服务器、通信服务器、计算服务器和打印服务器等。一个计算机网络系统至少要有一台服务器，也可有多台。通常用小型计算机、专用PC服务器或高档微机做网络的服务器。•⑵网络工作站•功能：向各种服务器发出服务请求；从网络上接收传送给用户的数据。网络工作站是通过网络接口卡连接到网络上的计算机。•⑶网络接口卡网络接口卡简称网卡，又称为网络接口适配器，是计算机与通信介质的接口，是构成网络的基本部件。网卡的主要功能是实现网络数据格式与计算机数据格式的转换、网络数据的接收与发送等。按照网卡的总线类型可以分为ISA（IndustrialStandardArchitecture：工业标准结构）总线接口卡、MCA（MicroChannelArchitecture：微通道结构）总线接口卡、EIES（ExtendedIndustrialStandardArchitecture：扩展工业标准结构）总线接口卡、PCI（PeripheralComponentInterconnect：外围设备互连）总线接口卡和PCMCIA（PCMemoryCardInternationalAssociation:个人计算机存储卡国际委员会）接口卡等。•⑷通信介质作用：计算机之间传输数据信号的重要媒介，它提供了数据信号传输的物理通道。类型：有形介质，双绞线、同轴电缆或光缆等。无形介质，无线电、微波、卫星通信等。参数：传输容量信号衰减抗干扰能力安装难度价格局域网的硬件组成通信链路网络适配器微型机/工作站网络服务器网络适配器2.网络软件网络操作系统（NetworkOperatingSystem）、网络协议软件、网络应用软件。⑴网络操作系统网络操作系统是运行在网络硬件基础之上的，为网络用户提供共享资源管理服务、基本通信服务、网络系统安全服务及其他网络服务的软件系统。网络操作系统必须对用户进行控制；网络操作系统需要通过软件工具对网络资源进行全面的管理，进行合理的调度和分配。•⑵网络协议软件•连入网络的计算机依靠网络协议实现互相通信，而网络协议是靠具体的网络协议软件的运行支持才能工作。凡是连入计算机网络的服务器和工作站上都运行着相应的网络协议软件。如IPX\SPX、TCP\IP。•（3）网络应用软件•为某一应用目的而开发的网络软件。•网络管理软件、网络通信软件、网络应用软件（如：远程教学软件、电子图书馆软件、火车站售票系统软件等）•网络应用软件为用户提供访问网络的手段及网络服务，资源共享和信息的传输。五、计算机网络的分类1．从网络的地理范围进行分类局域网局域网内传输速率较高，误码率低，结构简单容易实现。具体标准是美国电气工程师协会制订的IEEE802系列标准。在一个学校范围内的计算机网络通常我们称为校园网。实质上它是由若干个局域网连接构成的一个规模较大的局域网，也可视校园网为一种介于普通局域网和城域网之间规模较大的、结构较复杂的局域网络。城域网广域网它的通信传输装置和媒体一般由电信部门提供。2．从网络的拓扑结构进行分类星型拓扑总线拓扑结构特点：结构简单，可靠性高布线容易，连线总长度小于星型结构对站点扩充和删除总线任务重，易产生瓶颈问题总线本身的故障对系统是毁灭性的特点：通信协议简单对外围站点要求不高单个站点故障不会影响全网电路利用率低，连线费用大网络性能依赖中央结点每个站点需要有一个专用链路3、环型拓扑结构特点：传输速率高，传输距离远各节点的地位和作用相同各节点传输信息的时间固定容易实现分布式控制站点的故障会形起整个网络的崩溃Internet网是当今世界上规模最大、用户最多、影响最广泛的计算机互联网络。Internet网上联有大大小小成千上万个不同拓扑结构的局域网、城域网和广域网。应此，Internet网本身的拓扑只是一种虚拟拓扑结构，无固定形式。(4)树型：分级结构，又称为分级的集中式网络。(5)网状形（不规则形）：计算机之间无规则地连接，一般广域网属于不规则形。网络拓扑结构：计算机网络节点和通信链路所组成的几何形状。计算机网络拓扑结构3．按所采用的交换技术进行分类电路交换是一种直接交换方式。发送点与接收点之间构成一条实际连接的专用物理线路。分组交换报文交换电路交换控制信息传输信息报文以报文为交换单位，临时选择通信网络中的一条线路传送数据。分组交换将报文划分成一个个平均大小保持不变的小组作为交换单位，其他与报文交换相同。•作业：第二章计算机网络体系结构与协议•一、网络体系结构中的几个概念1、网络协议:为进行网络中的数据交换而建立的规则,标准或约定。（1）协议的三个要素：语法：即数据与控制信息的结构或格式。语义：即需要发出何种控制信息,完成何种动作以及做出何种应答.同步:即事件实现顺序的详细说明.网络协议传输协议应用程序协议（2）协议的必要性在计算机网络中，为了保证数据通信双方能正确有效地进行通信，针对通信过程的各种问题，制定了一整套约定，这就是网络系统的通信协议。通信协议代表着标准化，规定了计算机信息交换中消息格式和意义的协定，是通信双方都必须遵循的一系列规则。通信实体实体是能够发送和接受信息的任何东西，不仅可指计算机，交换机等，也可指程序、进程和软件等。协议分层•2、为什么要分层?ARPANET的研制经验表明:对于非常复杂的网络协议，其结构最好釆用分层次结构。•划分层次举例例：假定在计算机1，2之间传送文件，这是一个比较复杂的工作，我们可将这工作划分三类：第一类：与传送文件直接有关的工作；第二类：用来保证文件和文件传送命令可靠地在两个系统之间交换的工作；第三类：负责完成与网络接口细节有关的工作。网络接入模块通信服务模块文件传送模块网络接入模块通信服务模块文件传送模块文件传送命令与通信有关的命令网络接口Internet分层结构模型分层结构的优点：•各层之间是独立的;•灵活性好;•结构上可分割开;•易于实现和维护;•易于标准化工作•分层的必要性：•通信协议是分层的。由于通信过程比较复杂，为了简化协议设计，采取把通信问题划分为多个小问题，然后为每个小问题设计一个单独的协议的方法。各层协议之间能高效率地相互作用，协同解决整个通信问题。•分层的原则：•层次的数量不能过多•层次的数量也不能过少•类似的功能放在同一层•在实现技术经常变化的地方增加层次•层次边界要选得合理•3、其他相关概念•I系统和实体•实体表示任何可发送/接收信息的硬件或软件进程。一般情况:指一个特定的软件模块•II协议栈•III网络体系结构•IV接口和服务•V面向连结的服务和无连结的服务•VI服务原语：请求、指示、相应、确认•VII服务访问点(SAP)•VIII协议数据单元（PDU）•IX接口数据单元（IDU）国际标准组织（ISO）提出的开放系统互联（OSI）参考模型。它将数据从一个站点到达另一个站点的工作按层分割成七个不同的任务。网络体系结构：指计算机网络的各个层的层次结构和在各层上所使用的协议集合。•X服务和协议的关系•服务是由一系列服务原语组成的，位于层次接口的位置，表示低层为上层提供那些操作服务，而至于这些功能如何实现，这不是它所要考虑的。协议是同一层次对等实体之间的，目的是为了实现它所提供的服务。二、ISO的OSI七层参考模型ISO(InternationalStandardizationOrganization):国际标准化组织OSI(OpenSystemInterconnection):开放系统