04、计算机网络概述

1、2021-6-6 计算机网络概述计算机网络概述 四川师范大学：高四川师范大学：高 悦悦 翔翔考核知识点考核知识点 v 计算机网络的产生与发展计算机网络的产生与发展（领会）（领会） v 电路交换、报文交换、分组交换电路交换、报文交换、分组交换（领会）（领会） v 计算机网络、计算机网络通信协议、数据通信、计算机通信计算机网络、计算机网络通信协议、数据通信、计算机通信（识记）（识记） v 计算机网络通信协议在计算机网络中的重要作用计算机网络通信协议在计算机网络中的重要作用（领会）（领会） v 数据通信和计算机通信的区别数据通信和计算机通信的区别（领会）（领会） v 计算机

2、网络和分布式计算机系统的区别计算机网络和分布式计算机系统的区别（领会）（领会） v 计算机网络分类计算机网络分类（识记）（识记） v 集中式网络、分布式网络的区别与联系集中式网络、分布式网络的区别与联系（领会）（领会） v 广域网、局域网、城域网的空间界限广域网、局域网、城域网的空间界限（领会）（领会） v 计算机网络的应用范围计算机网络的应用范围（领会）（领会） 1 计算机网络的产生与发展计算机网络的产生与发展 v 1.1 计算机网络的产生计算机网络的产生 v 1.2 分组交换网的产生分组交换网的产生 v 1.3 计算机网络体系结构的形成计算机网络体系结构的形成 v 1.4 Internet

3、称为世界上最大的计算机网络称为世界上最大的计算机网络 v 1.5 新一代网络新一代网络 宽带综合业务数字网宽带综合业务数字网 1.1 计算机网络的产生计算机网络的产生 v 计算机网络是计算机技术与通信技术结合的产物，它的出计算机网络是计算机技术与通信技术结合的产物，它的出 现根源于社会的需求。现根源于社会的需求。 19世纪世纪40年代年代20世纪世纪30年代年代 电磁技术广泛用于通信电磁技术广泛用于通信 20世纪世纪30年代年代60年代年代 电子技术广泛用于通信电子技术广泛用于通信 60年代年代80年代年代 计算机技术和通信技术相结合计算机技术和通信技术相结合 1.1 计算机网络的产生计算机网

4、络的产生 v 线路控制器线路控制器 计算机计算机 线路控制器线路控制器M MT 面向终端的计算机网络面向终端的计算机网络 第一代计算机网络第一代计算机网络 计算机计算机 多重线路多重线路 控制器控制器 M M M MT MT MT 公用电公用电 话网话网 1.1 计算机网络的产生计算机网络的产生 v 前端处理机前端处理机FEP 远程终端给计算机带来巨大开销，利用通信处理机（前段处理机）远程终端给计算机带来巨大开销，利用通信处理机（前段处理机） 完成全部通信任务完成全部通信任务 计算机计算机 前端前端 处理机处理机 M M M MT MT MT 公用公用 电话网电话网 1.1 计算机网络的产生计

5、算机网络的产生 v 前端处理机前端处理机FEP 为了节省费用，在远程终端密集处加一个集中器。集中器与前端机为了节省费用，在远程终端密集处加一个集中器。集中器与前端机 相似，也是一种通信处理机相似，也是一种通信处理机 计算机计算机 前端前端 处理机处理机 M T M T T 公用公用 电话网电话网 集中器集中器 1.2 分组交换网的产生分组交换网的产生 v 背景背景 20世纪世纪60年代，美国国防部远景规划局年代，美国国防部远景规划局DARPA (Defense Advanced Research Project Agency)提出研制一种新的、能适应现代战争的、生提出研制一种新的、能适应现代战

6、争的、生 存性很强的网络，其目的是对付来自苏联的核进攻威胁。存性很强的网络，其目的是对付来自苏联的核进攻威胁。 v 什么叫交换？什么叫交换？ 通信子网由传输线路和中间节点组成，当信源和信宿间没有线路直通信子网由传输线路和中间节点组成，当信源和信宿间没有线路直 接相连时，信源发出的数据先到达与之相连的中间节点，再从该中接相连时，信源发出的数据先到达与之相连的中间节点，再从该中 间节点依次向下一个中间节点转发，直至到达信宿，这个过程称为间节点依次向下一个中间节点转发，直至到达信宿，这个过程称为 交换。交换。 1.2 分组交换网的产生分组交换网的产生 v 电路（线路）交换方式电路（线路）交换方式 (

7、circuit switching) 类似于电话系统，要求通过呼叫在通信的双方之间建立起一条传输类似于电话系统，要求通过呼叫在通信的双方之间建立起一条传输 信息的实际的物理通路，并且在整个通信过程中，这条通路被通信信息的实际的物理通路，并且在整个通信过程中，这条通路被通信 双方独占而不能被其他站使用，直到数据传输结束。双方独占而不能被其他站使用，直到数据传输结束。 包括：建立电路、传输数据和电路拆除三个阶段包括：建立电路、传输数据和电路拆除三个阶段 1.2 分组交换网的产生分组交换网的产生 v 电路（线路）交换方式电路（线路）交换方式 (circuit switching) 类似于电话系统，要

8、求通过呼叫在通信的双方之间建立起一条传输类似于电话系统，要求通过呼叫在通信的双方之间建立起一条传输 信息的实际的物理通路，并且在整个通信过程中，这条通路被通信信息的实际的物理通路，并且在整个通信过程中，这条通路被通信 双方独占而不能被其他站使用，直到数据传输结束。双方独占而不能被其他站使用，直到数据传输结束。 包括：建立电路、传输数据和电路拆除三个阶段包括：建立电路、传输数据和电路拆除三个阶段 优点：传输延迟小；独占信道，不会发生冲突优点：传输延迟小；独占信道，不会发生冲突 缺点：建立链接所需时间长；信息利用率低；缺点：建立链接所需时间长；信息利用率低； 计算机通信的数据交换往往具有随机性和突

9、发性，而且通信量大小计算机通信的数据交换往往具有随机性和突发性，而且通信量大小 不定，因而不适合采用电路交换不定，因而不适合采用电路交换 1.2 分组交换网的产生分组交换网的产生 v 报文交换方式报文交换方式 (message switching) 采用存储采用存储-转发交换技术，将发送端一次性要发送的数据块作为一个转发交换技术，将发送端一次性要发送的数据块作为一个 报文，连同目的地地址等信息发往中间节点报文，连同目的地地址等信息发往中间节点 各中间节点收到报文后，先将它完整地接收下来存于缓冲区里，然各中间节点收到报文后，先将它完整地接收下来存于缓冲区里，然 后为它选择一条合适的输出线路，并把

10、它排在相应的输出队列中，后为它选择一条合适的输出线路，并把它排在相应的输出队列中， 等输出线路空闲后再将它转发给下一个中间节点，直至到过目的节等输出线路空闲后再将它转发给下一个中间节点，直至到过目的节 点，最后传给接收端。点，最后传给接收端。 优点：不需要建立专门的物理通道，可共享信道，提高了信道利用优点：不需要建立专门的物理通道，可共享信道，提高了信道利用 率。实现把一个报文送到多个目的地。率。实现把一个报文送到多个目的地。 缺点：对报文长度没有限制，因而中间节点需必须具备很大的空间。缺点：对报文长度没有限制，因而中间节点需必须具备很大的空间。 报文出错率较高而引起频繁的重发会极大地影响了传

11、输效率。报文出错率较高而引起频繁的重发会极大地影响了传输效率。 1.2 分组交换网的产生分组交换网的产生 v 分组交换方式分组交换方式 (packet switching) 综合了电路交换与报文交换的优点，将大报文分割成若干个一定长综合了电路交换与报文交换的优点，将大报文分割成若干个一定长 度的短信息，称之为分组，并以分组为单位进行存储转发，在接收度的短信息，称之为分组，并以分组为单位进行存储转发，在接收 端再将各分组重新组装成一个完整的报文。端再将各分组重新组装成一个完整的报文。 0110111101000011111111000100001001111111111011111111 011

12、011110100001首部首部 11111110001000010首部首部 01111111111011111111首部首部 报文报文 分组分组 分组分组 分组分组 1.2 分组交换网的产生分组交换网的产生 v 分组交换方式分组交换方式 (packet switching) 结点交换机处理分组的过程是：结点交换机处理分组的过程是： 将收到的分组先放入缓存将收到的分组先放入缓存 查找转发表查找转发表(转发表中写有到何目的地址应从何端口转发的信息转发表中写有到何目的地址应从何端口转发的信息) 由交换机构从缓存中将该分组取出，传递给适当的端口转发出由交换机构从缓存中将该分组取出，传递给适当的端口转

13、发出 去。去。 1.2 分组交换网的产生分组交换网的产生 v 分组交换方式分组交换方式 (packet switching) DST Distce Nxt-H H1 H2 Destination address data H4H3分组交换网分组交换网 A B C D E 1.2 分组交换网的产生分组交换网的产生 v 分组交换方式分组交换方式 (packet switching) 优点：优点： 高效：在分组传输过程中动态分配传输带宽，对通信链路是逐段高效：在分组传输过程中动态分配传输带宽，对通信链路是逐段 占用，信道利用率高占用，信道利用率高 灵活：为每一个分组独立地选择转发路由灵活：为每一个分

14、组独立地选择转发路由 迅速：以分组为单位，可不先建立连接就能向其它主机发送分组迅速：以分组为单位，可不先建立连接就能向其它主机发送分组 可靠：完善的网络协议；分布式多路由的分组交换网可靠：完善的网络协议；分布式多路由的分组交换网 缺点：缺点： 由于采用存储转发机制，可能产生较大的时延，从而可能影响通由于采用存储转发机制，可能产生较大的时延，从而可能影响通 信的实时性。信的实时性。 分组首部带来了额外的开销。分组首部带来了额外的开销。 1.2 分组交换网的产生分组交换网的产生 v 分组交换网的产生分组交换网的产生 早期的面向终端的计算机网络，它是以单个主机为中心的星形网早期的面向终端的计算机网络

15、，它是以单个主机为中心的星形网 分组交换网是以网络为中心，主机和终端都处在网络的外围分组交换网是以网络为中心，主机和终端都处在网络的外围 1.3 网络体系结构的形成网络体系结构的形成 v 计算机网络是个复杂的系统计算机网络是个复杂的系统 举例：在网络上两台计算机传送文件举例：在网络上两台计算机传送文件 相互通信的两台计算机的系统必须高度协调工作才行，而这种相互通信的两台计算机的系统必须高度协调工作才行，而这种“协调协调” 是相当复杂的。是相当复杂的。 1974年，美国年，美国IBM公司宣布其研制的系统网络体系结构公司宣布其研制的系统网络体系结构SNA。之后，很。之后，很 多公司提出各自的网络体

16、系结构多公司提出各自的网络体系结构 问题：问题：不同网络体系结构的网络难以互联不同网络体系结构的网络难以互联 1.4 Internet v 背景背景 20世纪世纪80年代中期，有人开始把多个互联起来的网络看作一个年代中期，有人开始把多个互联起来的网络看作一个“互联互联 网网” 1983年年1月，月，TCP/IP协议集成为协议集成为ARPANET的惟一的官方协议后，的惟一的官方协议后， ARPANET上联入的计算机与网络迅速增长，加入互联网的计算机与网上联入的计算机与网络迅速增长，加入互联网的计算机与网 络数更是呈指数增加。络数更是呈指数增加。 人们开始用大写字母人们开始用大写字母I打头的打头的

17、“Internet“用于特指这一个以用于特指这一个以TCP/IP为基础为基础 的国际性的互联网络，以别于一般意义上的其他互联起来的网络。的国际性的互联网络，以别于一般意义上的其他互联起来的网络。 1.4 Internet v Internet 美国国家科学基金会美国国家科学基金会NSF认识到计算机网络对科学研究的重要性，因认识到计算机网络对科学研究的重要性，因 此从此从1985年起，美国国家科学基金会就围绕其六个大型计算机中心建年起，美国国家科学基金会就围绕其六个大型计算机中心建 设计算机网络。设计算机网络。 1986年，年，NSF建立了国家科学基金网建立了国家科学基金网NSFNET。 NSF

18、NET后来接管了后来接管了ARPANET，并将网络改名为，并将网络改名为Internet，即因特网。，即因特网。 2 计算机网络的基本概念计算机网络的基本概念 v 计算机网络的定义计算机网络的定义 计算机网络是由若干地理上分散的、自治的计算机系统利用各种通计算机网络是由若干地理上分散的、自治的计算机系统利用各种通 信系统互相连接起来，在通信协议的控制下，进行通信，实现软硬信系统互相连接起来，在通信协议的控制下，进行通信，实现软硬 件资源共享的系统。件资源共享的系统。 v 三个部分三个部分 若干主机若干主机 一个通信子网一个通信子网 一系列的协议一系列的协议 v 计算机网络与分布式系统计算机网络

19、与分布式系统 区别：分布式系统中的各计算机对用户是透明的。区别：分布式系统中的各计算机对用户是透明的。 3 计算机网络的分类计算机网络的分类 v 3.1 按距离分按距离分 v 3.2 按通信介质分按通信介质分 v 3.3 按通信传播方式分按通信传播方式分 v 3.4 按通信速率分按通信速率分 v 3.5 按使用范围分按使用范围分 v 3.6 按网络控制方式分按网络控制方式分 v 3.7 按网络环境分按网络环境分 v 3.8 按拓扑结构分按拓扑结构分 3.1 按距离分按距离分 v 按距离分按距离分 广域网广域网WAN (Wide Area Network) 局域网局域网LAN (Local Ar

20、ea Network) 城域网城域网MAN (Metropolitan Area Network) 3.2 按通信介质分按通信介质分 v 按通信介质分按通信介质分 有线网有线网 无线网无线网 3.3 按通信传播方式分按通信传播方式分 v 按通信传播方式分按通信传播方式分 点对点点对点 广播广播 3.4 按通信速率分按通信速率分 v 按通信速率分按通信速率分 低速网低速网 中速网中速网 高速网高速网 3.5 按网络控制方式分按网络控制方式分 v 按网络控制方式分按网络控制方式分 集中式：网络控制功能集中在一个或少数几个节点上，所有信息都集中式：网络控制功能集中在一个或少数几个节点上，所有信息都

21、必须经过这些节点之一。必须经过这些节点之一。 优点：实现简单优点：实现简单 缺点：实时性、可靠性低、缺乏较好的可扩充性缺点：实时性、可靠性低、缺乏较好的可扩充性 分布式：不存在一个处理的控制中心，各节点均以平等地位相互协分布式：不存在一个处理的控制中心，各节点均以平等地位相互协 调工作和交换信息。调工作和交换信息。 分布性、可靠性、扩充性、灵活性好分布性、可靠性、扩充性、灵活性好 3.6 按使用范围分按使用范围分 v 按使用范围分按使用范围分 公用网公用网 专用网专用网 3.7 按网络环境分按网络环境分 v 按网络环境分按网络环境分 部门网络部门网络 企业网络企业网络 校园网络校园网络 3.7

22、 按网络拓扑分按网络拓扑分 v 拓扑的定义拓扑的定义 研究网络连通性和经济性的问题研究网络连通性和经济性的问题 网络的拓扑结构是指各节点在网络上的连接形式网络的拓扑结构是指各节点在网络上的连接形式 选择拓扑结构应考虑主要因素：费用低、灵活性、可靠性选择拓扑结构应考虑主要因素：费用低、灵活性、可靠性 总线型星型环型树型 3.7 按网络拓扑分按网络拓扑分 v 星型结构星型结构 结点通过点到点通信线路与中心结点连接。结点通过点到点通信线路与中心结点连接。 中心结点控制全网的通信，任何两结点之间的通信都要通过中心结中心结点控制全网的通信，任何两结点之间的通信都要通过中心结 点。该结构对中心结点要求极高

23、。点。该结构对中心结点要求极高。 优点：结构简单，易于实现，便于管理，通信线路和设备消耗少，优点：结构简单，易于实现，便于管理，通信线路和设备消耗少， 易安装、结构简单。信息单向传递，延时固定。两节点之间有唯一易安装、结构简单。信息单向传递，延时固定。两节点之间有唯一 的路径，简化路径选择。的路径，简化路径选择。 缺点是可靠性差，网络的中心结点是全网可靠性的关键，中心结点缺点是可靠性差，网络的中心结点是全网可靠性的关键，中心结点 的故障可能造成全网瘫痪，并且延时长，传输效率差。的故障可能造成全网瘫痪，并且延时长，传输效率差。 3.7 按网络拓扑分按网络拓扑分 v 层次结构层次结构(树型结构树型结构) 树型拓扑构型可以看成是星型拓扑的扩展，其特点是结点按层次进树型拓扑构型可以看成是星型拓扑的扩展，其特点是结点按层次进 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，即使进行交换，交换的数据量很小。间一般不进行数据交换