计算机网络技术-王协瑞-第一章-计算机网络概述

《计算机网络技术》计算机网络概述ChapterOne计算机网络的认知与应用体验网络与网络应用无处不在，以至于我们已经将其视为我们社会生活的一个不可缺少的部分：问题：什么是计算机网络？计算机网络的定义计算机网络是指将地理位置不同且功能相对独立的多个计算机系统通过通信线路相互连在一起、由专门的网络操作系统进行管理，以实现资源共享的系统。计算机网络中的计算机通常都处于不同的地理位置相互连接的计算机之间不存在互为依赖的关系。通信线路包括通信媒体、通信设备关系。网络操作系统（单机OS功能+网络通信协议+网络资源管理+网络服务）网络的根本目的是为了实现资源共享，资源包括硬件与软件，如程序、数据库、存储设备、打印机等。计算机网络的形成与发展计算机网络问世至今已经有半个世纪的时间，其间经历了四个发展阶段：初级阶段计算机网络阶段标准或开放的计算机网络信息高速公路时代初级阶段：远程联机系统20CEN，50-60年代“终端-通信线路-计算机”的模式严格意义上讲，不属于计算机网络范畴。计算机多重线路控制器MMMMMM公用电话网TTTM:MODEMT:Terminal远程联机系统的发展典型案例：美国半自动地面防空系统SAGEComputerTTTPSTN计算机网络阶段：多计算机互连20世纪60年代，以ARPAnet为典型；以实现“资源共享”为目的多计算机互连形态。重要贡献：将应用与通信功能从逻辑上分离，应产生了通信子网与资源子网的概念标准、开放的计算机网络呼唤网络体系结构的标准化与兼容性：ISO的OSIRM（开放系统互连参考模型）-1977/1983TCP/IP协议的推广推动了计算机网络的高速发展：以太网(ETHERNET)与因特网(Internet)。高速智能的第四代计算机网络高速：主干带宽的增加达到10Gbps或更高，接入带宽可以高达1000Mbps。互连：Intranet、Extranet、InternetInternetⅡ智能：服务质量(QoS)、网络管理计算机网络的功能•实现计算机系统的资源共享计算机网络的最基本功能之一。用户一旦接入网络就可以使用网络中的其他资源来处理自己提交的大型复杂问题。•实现数据信息的快速传递分布在不同地域的计算机系统可以及时、快速地传递各种信息。如股票交易、电子邮件、网上购物等•提高可靠性•提供负载均衡与分布式处理能力大型ICP（网络内容提供商)在全世界多个地方放置了内容相同的服务器，通过一定的技术使不同地域的用户看到放置在离他最近的服务器上的相同页面。分布式处理是把任务分散到网络中不同的计算机上并行处理。•集中管理对地理位置上分散的组织可通过计算机网络来实现集中管理。•综合信息服务计算机网络的应用•办公自动化•管理信息系统•过程控制•Internet应用电子邮件、信息发布、电子商务、远程音频视频应用计算机网络的系统组成•计算机网络是由网络硬件系统和网络软件系统构成的。•从拓扑结构上看：由网络节点和通信链路构成•从逻辑功能上看：由通信子网和资源子网构成。网络节点•访问节点端节点。主要起信源和信宿的作用。如用户主机和终端等。信源：信息的来源。信宿：是相对信源而言。通信过程中接收和处理信息的设备或计算机。•转接节点中间节点。数据交换和转接。具有通信功能。•混合节点全能节点通信链路•指两个网络节点之间传输信息和数据的线路。链路可用各种传输介质实现，如双绞线、同轴电缆、光缆、卫星、微波等。·通信链路用于传输信息的物理信道以及为达到有效、可靠的传输质量所必需的信道设备的总称。•物理链路：点到点的物理线路。没有任何交换节点。•逻辑链路：在逻辑上起作用的物理链路。具有传输控制能力。计算机网络的组成为了有利于计算机网络的设计与实现，我们更多的是从功能角度去看待计算机网络的组成，并从功能上将计算机网络逻辑划分为资源子网和通信子网。网络逻辑划分：资源子网与通信子网资源子网负责全网的数据处理业务，并向网络用户提供各种网络资源和网络服务。主要由主机、终端以及相应的I/O设备、各种软件资源和数据资源构成。通信子网为资源子网提供传输、交换数据信息的能力。主要由通信控制处理机、通信链路及其他设备如调制解调器等组成。资源子网与通信子网结构CCP：通信控制处理机资源子网通信子网CCP主机主机主机主机CCPCCPCCPCCPCCP通信子网有两种类型•公用型一般是国家的邮电部门建造的网络。“公用”的意思就是从所有愿意按邮电部门规定交纳费用的人都可以使用.因此,公用网也可以称为公众网。•专用型是某个部门为本单位的特殊工作的需要而建立的网络这种网络不向本单位以外的人提供服务。例如,军队,铁路,电力等系统均有本系统的专用网计算机网络的组成•网络硬件系统是指构成计算机网络的硬设备，包括各种计算机系统、终端及通信设备。常见的网络硬件有：主机系统：终端：用户进行网络操作，实现人机对话的工具传输介质：传输数据信号的物理通道，将网络中各种设备连接起来•网卡（网络适配器）：是计算机和传输介质之间的物理接口。•集线器：接收信号再生并传输，还可为网络布线和集中管理带来方便•交换机（Switch）：分为第二层交换机和第三层交换机。二层交换机同时具有集线器和网桥的功能。•路由器：具有格式转换功能，可以连接不通类型的网络。路由器能够识别数据的目的地址所在网络。网络软件系统•主要包括通信协议、网络操作系统和各类网络应用系统。•服务器操作系统多用户，多任务的操作系统网络用户管理、网络资源管理、网络运行状况统计、网络通信等。•服务器•服务器是网络环境中的高性能计算机，它侦听网络上的其他计算机（客户机）提交的服务请求，并提供相应的服务。•相对于普通PC来说，服务器在稳定性、安全性、性能等方面都要求更高，因此CPU、芯片组、内存、磁盘系统、网络等硬件和普通PC有所不同。•Novell公司的NetWare、Windows系列，UNIX系列•工作站操作系统多为一般的操作系统，但具有更强的网络功能。如支持网络协议等•工作站通信协议通信双方只有遵循相同的通信协议才能实现连接，完成信息的交换。•设备驱动程序操作系统与外部设备的借口。•网络管理软件对网络管理软件进行信息统计，报告，警告，监控的软件系统。•网络安全软件保密性、完整性、可用性抵御威胁与攻击•网络应用软件计算机网络的分类计算机网络有多种分类标准，如按传输技术、通信介质、数据交换方式、通信速率、使用对象和地理范围等：按通信所使用的介质，分为有线网络和无线网络；按使用网络的对象，分为公众网络和专用网络；按网络传输技术，分为广播式网络和点到点式网络；按照网络传输速度的高低，分为低速网络和高速网络；按地理覆盖范围(最为典型与常用的划分方式)，分为广域网、城域网和局域网局域网（Localareanetworks，LANs)覆盖范围一般在几公里以内，如一幢大楼内或一个校园内组网方便，灵活，传输速率高广域网（Wideareanetworks，WANs)覆盖范围一般是几十公里到几千公里以上。覆盖一个国家或地区，甚至可以横跨几个洲，形成国际性的远程网络。城域网（Metropolitanareanetworks，MANs)覆盖范围大约是几公里到几十公里，它主要是满足城市、郊区的联网需求。如连接温州大学各大校区的温州大学校园网；连接温州各中小学的温州教育城域网等。城域网技术与局域网技术、城域网技术与广域网技术之间的边界正在日益模糊。计算机网络的功能可归纳为资源共享、数据传送、均衡负荷和分布式处理、信息的集中和综合处理等四项功能。资源共享：包括硬件和软件资源。硬件资源包括处理机、大容量存储器、打印设备等，软件资源包括各种应用软件、系统软件和数据等。数据传送：包括网络用户之间、各处理器之间以及用户与处理器间的数据通信。如E-MAIL、网上QQ等。均衡负荷：指当网络的某个节点系统的负荷过重时，新的作业可以通过网络传送到网中其他较为空闲的计算机系统去处理。信息的集中和综合处理：各种管理信息系统、智能决策系统等。拓朴结构“拓朴”的概念来自离散数学中的图论；拓扑学方法：把实体抽象成与其大小、形状无关的“点”，而把连接实体的线路抽象成“线”，进而以图的形式来表示这些点与线之间关系的方法，其目的在于研究这些点、线之间的相连关系。拓扑结构与几何结构属于两不同的数学概念在几何结构中，我们要考察的是点、线之间的位置关系，或者说几何结构强调的是点与线所构成的形状及大小；拓扑学关注的是点与线之间的关系。不同的几何结构可以具有相同的拓扑结构。计算机网络拓朴结构将通信子网中的通信处理机、计算机等设备抽象成点，把连接这些设备的通信线路抽象成线，并将由这些点和线所构成的拓扑称为网络拓扑结构。为什么研究网络的拓扑结构而不是几何结构？网络拓朴结构反映出网络的结构关系，对于网络的性能、可靠性以及建设管理成本等都有着重要的影响，在整个网络设计中占有十分重要的地位，是网络构建时首先要考虑的因素之一。常见的网络拓朴结构•总线型•星型•树型•环型•网状型线性总线(Ethernet)•所有节点直接连到一条物理链路上，除此之外节点间不存在任何其他连接。•每一个节点可以收到来自其他任何节点所发送的信息•优点：简单、易于实现•缺点：可靠性和灵活性差、传输延时不确定环型结构(Token-Ring)•节点与链路构成了一个闭合环，每个节点只与相邻的两个节点相连。•每个节点必须将信息转发给下一个相邻的节点。•优点：简单、易于实现，传输延时确定。•缺点：维护与管理复杂双环(FDDI)•两个非相连的独立同心环•主环+备用环（同一时刻只有一个环在使用）•优点：在单环之上增加了高度的可靠性。•缺点：维护与管理复杂，投资大星型(Ethernet)•网络由各节点以中央节点为中心相连接，各节点与中央节点以点对点方式连接。•节点之间的数据通信要通过中央节点•优点：结构简单，管理方便，可扩充性强，组网容易。•缺点：中心节点成为全网可靠性的关键扩展星型(campus-based)•星型结构的重复(中央星型拓朴上的节点是另一个星型拓朴的中心节点).•减少了链路与设备的投资•优点：在星型的优点之外，更富于层次，从而可隔离某些网络流量层次结构（LAN/WAN）•又称树型结构•数据流具有明显的层次性网状结构（广域网）•又称无规则型。结点间的连接是任意的，不存在规律。是目前•数据的传输有赖于所采用的网络设备•优点：多条链路提供了冗余连接•缺点：结构复杂完全网状结构•每一个节点均与其他每一个节点直接相连。•数据的传输有赖于所采用的网络设备•优点：多条链路提供了冗余连接•缺点：链路随着节点数目的增加呈指数增长。主要技术术语计算机网络局域网、城域网、广域网通信子网与资源子网资源共享网络拓朴结构总线型环型星型树型网状型Homework复习本章内容完成教材第一章的习题与思考题预习第2章（计算机网络的体系结构）为什么要分层？体系结构中的相关术语和概念OSI的各层及功能TCP/IP及其与OSI的比较