第一章计算机网络概述

1、计算机网络原理计算机网络原理 关于计算机网络关于计算机网络 l是计算机技术和通信技术相结合而形成的交叉是计算机技术和通信技术相结合而形成的交叉 科学科学 l是当今计算机科学与技术学科中发展最为迅速是当今计算机科学与技术学科中发展最为迅速 的领域之一的领域之一 l是计算机应用领域中最为热门的技术之一是计算机应用领域中最为热门的技术之一 教科书和参考书教科书和参考书 l教科书：教科书： l杨明福杨明福“计算机网络原理计算机网络原理”，经济科学出版社，经济科学出版社，2007年年 l参考书参考书: 1. 中文版：中文版：“计算机网络计算机网络”(第第4版版)，潘爱民译，清华大学出版，潘爱民译，清华大

2、学出版 社社 2.谢希仁谢希仁 , “计算机网络计算机网络” （第（第 4 版）版）电子工业出版社电子工业出版社 2004 年年 3.吴功宜，吴功宜，“计算机网络计算机网络”，清华大学出版社，清华大学出版社 4. http:/ 5. http:/ 关于考试关于考试 l国考课，国考课，2011.4月考试月考试 l对能力层次要求：对能力层次要求：“识记识记”为为15%，“领会领会”为为35%， “简单应用简单应用”为为30%，“综合应用综合应用”为为20%。 l难易程度比例：易难易程度比例：易:较易较易:较难较难:难难=2:3:3:2 l主要题型：填空题、选择题、简答题、计算题、应用主要题型：填空

3、题、选择题、简答题、计算题、应用 题题 l已经考过已经考过6次次 l一、单项选择题一、单项选择题(共共24小题，每小题小题，每小题1分，共分，共24分分) l二、填空题二、填空题(共共15小题。每小题小题。每小题1分，共分，共15分分) l三、简答题三、简答题(共共4小题，每小题小题，每小题5分，共分，共20分分) l四、计算题四、计算题(共共4小题，每小题小题，每小题5分，共分，共20分分) l五、应用题五、应用题(共共3小题，每小题小题，每小题7分，共分，共21分分) 考试内容考试内容 l本课程考试内容覆盖到章。其中，重点章本课程考试内容覆盖到章。其中，重点章 节为第三、四、五、六、八章，

4、考核分数约占节为第三、四、五、六、八章，考核分数约占 65%；次重点章节为第二、七、九章，考核分；次重点章节为第二、七、九章，考核分 数约占数约占25%；一般章节为第一章，考核分数约；一般章节为第一章，考核分数约 占占10%。 课程安排和成绩评定（课程安排和成绩评定（ 1月份月份期末）期末） l课程安排：课程安排： l90（5*16）学时授课）学时授课 l16学时实验学时实验 l成绩评定：成绩评定： l期末考试期末考试80% l平时上课平时上课5% l平时作业平时作业5% l实验成绩实验成绩10% 第一章第一章 计算机网络概述计算机网络概述 l本章介绍计算机网络的演变发展阶段和未来网本章介绍计

5、算机网络的演变发展阶段和未来网 络发展趋势，计算机网络的基本概念、定义、络发展趋势，计算机网络的基本概念、定义、 组成和它的功能及应用，计算机网络的分类，组成和它的功能及应用，计算机网络的分类， 计算机网络标准的制定。计算机网络标准的制定。 l1.1 计算机网络的发展计算机网络的发展 l1.2 计算机网络的基本概念计算机网络的基本概念 l1.3 计算机网络的分类计算机网络的分类 l1.4 计算机网络的标准化计算机网络的标准化 学习目的与要求学习目的与要求 l要求了解计算机网络的几个发展阶段和未来网络发展要求了解计算机网络的几个发展阶段和未来网络发展 趋势趋势 l了解三大网络的基本知识了解三大网

6、络的基本知识 l理解计算机网络的定义和两大组成部分；计算机网络的定义和两大组成部分； l了解计算机网络的功能、分类及应用了解计算机网络的功能、分类及应用 l理解星形、总线形、环形等网络拓扑结构的特征、性星形、总线形、环形等网络拓扑结构的特征、性 能指标和优、缺点，并了解树形、混合形和网形等网能指标和优、缺点，并了解树形、混合形和网形等网 络拓扑结构的特征；络拓扑结构的特征； l了解了解ISO、ITU以及以及IEIF等标准制定和管理机构。等标准制定和管理机构。 1.1 计算机网络的发展计算机网络的发展 l课程内容与考核知识点课程内容与考核知识点 l（1） 计算机网络的四个发展阶段。计算机网络的四

7、个发展阶段。 l（2） 三大网络：计算机网、电信业务网、广播电视网络。三大网络：计算机网、电信业务网、广播电视网络。 l（3） 网络发展趋势：宽带网络、全光网络、多媒体网络、网络发展趋势：宽带网络、全光网络、多媒体网络、 移动网络、下一代网络。移动网络、下一代网络。 l考核要求考核要求 l识记：计算机网络的四个发展阶段，计算机网络、电信业务识记：计算机网络的四个发展阶段，计算机网络、电信业务 网络及广播电视网络三大网络的基本知识，宽带网络、全光网络及广播电视网络三大网络的基本知识，宽带网络、全光 网络、多媒体网络、移动网络以及下一代网络的未来发展趋网络、多媒体网络、移动网络以及下一代网络的未来

8、发展趋 势。势。 1.1.1计算机网络的产生和发展 l在计算机网络出现以前，信息的交换是通过磁在计算机网络出现以前，信息的交换是通过磁 盘进行的。盘进行的。 IBM AS/400 用户排队提交任务 输出结果 中心主机按一定 优先级算法处理任务 第一阶段：面向终端的计算机网络第一阶段：面向终端的计算机网络 l20世纪世纪50年代，以单个计算机为中心的远程联机系统年代，以单个计算机为中心的远程联机系统 l终端设备都没有自主处理能力终端设备都没有自主处理能力 IBM AS/400 中心主机 线 路 控 制 器 终端 电话网PSTN ModemModem 数字信号与模数字信号与模 拟信号之间的拟信号之

9、间的 转换转换 单计算机为中心的远程联机系统单计算机为中心的远程联机系统 l几个名词：几个名词： l前端处理机前端处理机FEP（Front End Processor） l通信控制器通信控制器CCU（Communication Control Unit ） l调制解调器（调制解调器（Modem） 终端 中心主机 前端处理机 电话网PSTN 高速线路 终端 终端 Modem Modem 集中器 低速线路 第二阶段：计算机第二阶段：计算机计算机网络计算机网络 l由若干计算机互连，多处理中心由若干计算机互连，多处理中心 l60年代年代ARPANET标志着计算机网络的兴起标志着计算机网络的兴起 lAR

10、PANET是计算机网络技术发展中的一个里是计算机网络技术发展中的一个里 程碑，为程碑，为Internet的形成奠定了基础。的形成奠定了基础。 第三阶段：开放式标准化网络第三阶段：开放式标准化网络 l1984年年ISO颁布的颁布的OSI 参考模型（参考模型（ OSI七层模七层模 型）开创了具有统一网络体系结构、遵循国际型）开创了具有统一网络体系结构、遵循国际 标准化协议的计算机网络新时代标准化协议的计算机网络新时代 l大大促进了网络技术的标准化工作，为网络的大大促进了网络技术的标准化工作，为网络的 普及奠定了良好的基础普及奠定了良好的基础 l开放系统互连基本参考模型开放系统互连基本参考模型OSI

11、/RM (Open System Interconnection Basic Reference Model) 第四阶段：第四阶段： 因特网广泛应用和高速网络技术发展因特网广泛应用和高速网络技术发展 l20世纪世纪90年代年代INTERNET作为世界性的信息作为世界性的信息 网络发挥着越来越重要的作用网络发挥着越来越重要的作用 l高速网络技术发展表现在宽带综合业务数字网高速网络技术发展表现在宽带综合业务数字网 B-ISDN、异步传输模式、异步传输模式ATM、高速局域网、高速局域网、 交换局域网与虚拟局域网交换局域网与虚拟局域网 Internet Internet (Global infrast

12、ructure for information which uses TCP/IP Communication) 信息家电 Information Appliance ElectronicElectronic commercecommerce Remote Education Telemedicine Digital video/Digital video/ audio/applications downloadaudio/applications download Video conferencing Remote control 传统应用 Electronic mail FTP Telne

13、t WWW Distributed databases IP PhoneIP Phone Video PhoneVideo Phone Interconnection of networks (Intranets，VPN) 视频会议 FAX TEL PBX Hospital Telemedicine University Remote Learning Home TEL control 中国互联网络信息中心数据中国互联网络信息中心数据 l网民数量网民数量3.38亿人亿人 l宽带网民数宽带网民数3.2亿人亿人 l网站数网站数306.1万个万个 l国际出口带宽数国际出口带宽数747541.4Mbp

14、s lIPv420503万个万个 l域名数域名数1626万个万个 l截止日期截止日期2009-06-30 总体网民规模总体网民规模 2000-2008年中国网站规模变化年中国网站规模变化 2001-2008中国国际出口带宽变化中国国际出口带宽变化 中国网民分群群体命名和群体规模中国网民分群群体命名和群体规模 计算机网络的四个发展阶段（识记）计算机网络的四个发展阶段（识记） l面向终端的计算机网络（面向终端的计算机网络（20世纪世纪50年代，以单个年代，以单个 计算机为中心的远程联机系统构成）计算机为中心的远程联机系统构成） l计算机计算机计算机网络（计算机网络（20世纪世纪60年代年代ARPA

15、网标志网标志 着其兴起）着其兴起） l开放式标准化网络（开放式标准化网络（1984年年ISO颁布的颁布的OSI 7498七七 层模型开创了具有统一网络体系结构、遵循国际标层模型开创了具有统一网络体系结构、遵循国际标 准化协议的计算机网络新时代）准化协议的计算机网络新时代） l因特网广泛应用和高速网络技术发展（因特网广泛应用和高速网络技术发展（20世纪世纪90 年代年代INTERNET作为世界性的信息网络发挥着越来作为世界性的信息网络发挥着越来 越重要的作用）四个阶段。越重要的作用）四个阶段。 1.1.2 三大网络介绍（识记）三大网络介绍（识记） l电信业务网电信业务网 l1电话交换网（电话交换

16、网（PSTN）由本地网络、干线、交换局三个主）由本地网络、干线、交换局三个主 要部件构成。有要部件构成。有ADSL和和VDSL方式，电话双绞线上网的主方式，电话双绞线上网的主 流速率为流速率为56Kbps，物理极限，物理极限64Kbps; l2数字数据网数字数据网(DDN),提供固定或半永久连接的电路交换业务提供固定或半永久连接的电路交换业务, 适于传输实时多媒体通信业务适于传输实时多媒体通信业务; l3帧中继网帧中继网(FR),以统计复用技术为基础以统计复用技术为基础,进行包传输、包交换、进行包传输、包交换、 速率在速率在64Kbps至至2.048MKbps,适合传输非实时多媒体通信适合传输

17、非实时多媒体通信 业务业务; l4异步转移模式异步转移模式ATM网网,是支持高速数据网建设、运行的关键是支持高速数据网建设、运行的关键 设备，设备，25Mbps至至4 Gbps，不仅传话音、而且传数据、图像，不仅传话音、而且传数据、图像， 包括高速数据和活动图像。包括高速数据和活动图像。 l另外还有另外还有X.25公共数据网、综合服务数字网公共数据网、综合服务数字网ISDN、 CHINANET网等。网等。 广播电视网广播电视网 l主要是有线电视网（主要是有线电视网（CATV），靠同轴电缆传），靠同轴电缆传 送送 l宽带双向的点播电视（宽带双向的点播电视（VOD）及通过）及通过CATV网网 接入

18、因特网进行电视点播、接入因特网进行电视点播、CATV通话等是通话等是 CATV网的发展方向网的发展方向 l最终目的是使用最终目的是使用CATV网走向宽带双向的多媒网走向宽带双向的多媒 体通信网。体通信网。 计算机网计算机网 l初期主要是局域网（初期主要是局域网（LAN） lCHINANET网是我国网是我国Internet的主平网的主平网 l主要提供的业务是：文件共享、信息浏览、电主要提供的业务是：文件共享、信息浏览、电 子邮件、网络电话、视频点播、子邮件、网络电话、视频点播、FTP文件下载文件下载 和网上会议等。和网上会议等。 l三网合一：把现有的传统电信网、广播电视网三网合一：把现有的传统电

19、信网、广播电视网 和计算机网互相融合，逐渐形成一个统一的网和计算机网互相融合，逐渐形成一个统一的网 络系统，由一个全数字化的网络设施来支持包络系统，由一个全数字化的网络设施来支持包 括数据、话音和图像在内的所有业务的通信。括数据、话音和图像在内的所有业务的通信。 信息通信网的发展过程信息通信网的发展过程 “三网合一，三网融合三网合一，三网融合”“NGI ; 环型环型; ; 树型树型; ; 无线通信与卫星通信型无线通信与卫星通信型 l点点- -点线路的特点：每条物理线路连接一对结点。点线路的特点：每条物理线路连接一对结点。 l点点- -点线路的通信子网点线路的通信子网4 4种基本拓扑构型：种基本

20、拓扑构型： 星型；星型； 环型；环型； 树型；树型； 网状型。网状型。 星形拓扑星形拓扑 l特征（领会）特征（领会） ： 由中央节点和通由中央节点和通 过点到点通信链过点到点通信链 路接到中央节点路接到中央节点 的各站点组成，的各站点组成， 中央节点往往是中央节点往往是 一个集线器。中一个集线器。中 央节点采用央节点采用集中集中 式式通信控制策略。通信控制策略。 星形拓扑的优缺点（领会）星形拓扑的优缺点（领会） l优点：优点： l控制简单；控制简单； l故障诊断和隔离容易；故障诊断和隔离容易； l方便服务；方便服务； l缺点：缺点： l电缆长度和安装工作量可观；电缆长度和安装工作量可观； l中

21、央节点的负担较重，形成瓶颈；中央节点的负担较重，形成瓶颈； l各站点的分布处理能力较低。各站点的分布处理能力较低。 总线拓扑总线拓扑 l特征（领会）特征（领会） ：采：采 用一个广播信道作为用一个广播信道作为 传输介质，所有站点传输介质，所有站点 都通过相应的硬件接都通过相应的硬件接 口直接连到这一公共口直接连到这一公共 传输介质上，该公共传输介质上，该公共 传输介质即称为总线。传输介质即称为总线。 任何一个站发送的信任何一个站发送的信 号都沿着传输介质传号都沿着传输介质传 播，而且能被所有其播，而且能被所有其 它站所接收。一次只它站所接收。一次只 能有一个设备传输信能有一个设备传输信 号。采

22、用号。采用分布式控制分布式控制 策略。策略。 终端电阻终端电阻 总线拓扑的优缺点（领会）总线拓扑的优缺点（领会） l优点：优点： l总线结构所需求的电缆数量少；总线结构所需求的电缆数量少； l总线结构简单，又是无源工作，有较高的可靠性；总线结构简单，又是无源工作，有较高的可靠性； l易于扩充，增加或减少用户比较方便；易于扩充，增加或减少用户比较方便； l缺点：缺点： l总线的传输距离有限，通信范围受到限制；总线的传输距离有限，通信范围受到限制； l故障诊断和隔离较困难；故障诊断和隔离较困难； l分布式协议不能保证信息的及时传送，不具有实分布式协议不能保证信息的及时传送，不具有实 时功能，大业务

23、量降低了网络速度时功能，大业务量降低了网络速度 环形拓扑环形拓扑 l特征（领会）：由站特征（领会）：由站 点和连接站点的链路点和连接站点的链路 组成一个闭合环。每组成一个闭合环。每 个站点能够接受从一个站点能够接受从一 条链路传来的数据，条链路传来的数据， 并以同样的速率串行并以同样的速率串行 地把该数据沿环送到地把该数据沿环送到 另一条链路上。用另一条链路上。用分分 布控制布控制策略来控制。策略来控制。 环形拓扑的优缺点（领会）环形拓扑的优缺点（领会） l优点：优点： l电缆长度短；电缆长度短； l可使用光纤；可使用光纤； l所有计算机都能公平地访问网络的其它部分，网所有计算机都能公平地访问

24、网络的其它部分，网 络性能稳定；络性能稳定； l缺点：缺点： l节点的故障会引起全网故障；节点的故障会引起全网故障； l环节点的加入和撤出过程较复杂；环节点的加入和撤出过程较复杂； l环形拓扑结构的介质访问控制协议都采用令牌传环形拓扑结构的介质访问控制协议都采用令牌传 递方式，在负载很轻时，信道利用率相对来说就比递方式，在负载很轻时，信道利用率相对来说就比 较低。较低。 树形拓扑树形拓扑 l树型结构是总线和星树型结构是总线和星 形结构的扩展，树型形结构的扩展，树型 网络是分层结构网络，网络是分层结构网络， 具有根节点和分支节具有根节点和分支节 点。点。 l优点：优点： l1易于扩展；易于扩展；

25、 l2故障隔离较容易；故障隔离较容易； l缺点：缺点： l各个节点对根的依赖各个节点对根的依赖 性太大，如果根发生性太大，如果根发生 故障，则全网不能正故障，则全网不能正 常工作。常工作。 混合形拓扑混合形拓扑 l优点：故障诊断和隔离较为方便；易于扩展；安优点：故障诊断和隔离较为方便；易于扩展；安 装方便；装方便； l缺点：需要选用带智能的集中器；像星形拓扑结缺点：需要选用带智能的集中器；像星形拓扑结 构一样，集中器到各个站点的电缆安装长度会增构一样，集中器到各个站点的电缆安装长度会增 加。加。 网形拓扑网形拓扑 l在广域网中得到了广泛的应用在广域网中得到了广泛的应用 l它的优点是不受瓶颈问题

26、和失效问题的影响它的优点是不受瓶颈问题和失效问题的影响 l缺点：结构比较复杂，成本比较高，网络协议缺点：结构比较复杂，成本比较高，网络协议 也较复杂也较复杂 1.3.2 按网络交换方式分类（识记）按网络交换方式分类（识记） l按网络交换方式分类：按网络交换方式分类： l电路交换网电路交换网 l必须事先申请信道，通信期间始终占用该信道必须事先申请信道，通信期间始终占用该信道 l报文交换网报文交换网 l采用存储采用存储-转发原理转发原理 l报文中含有目的地址，每个中间节点要为报文选择合适的路报文中含有目的地址，每个中间节点要为报文选择合适的路 径径 l分组交换网分组交换网 l也称包交换方式，也称包

27、交换方式，ARPANet首先使用首先使用 l发送端将数据划分为等长的单位（分组）发送端将数据划分为等长的单位（分组） l中间节点采用存储中间节点采用存储-转发方式进行传输转发方式进行传输 电路交换举例电路交换举例 lA 和和 B 通话经过四个交换机通话经过四个交换机 l通话在通话在 A 到到 B 的连接上进行的连接上进行 ( ( ( ( 交换机 交换机 交换机 交换机 用户线 用户线 中继线 中继线 B D C A 分组交换网的示意图分组交换网的示意图 H1 A 分组交换网 B D E C H5 H6 H4 H2 H3 H1 向 H5 发送分组 H2 向 H6 发送分组 注意分组路径的变化！

28、结点交换机 主机 1.3.3 按网络的覆盖范围分类（识记）按网络的覆盖范围分类（识记） l按网络的覆盖范围分类：按网络的覆盖范围分类： l广域网广域网 WAN (wide area network) l分布范围可达数百至数千公里，可覆盖一个国家或几个分布范围可达数百至数千公里，可覆盖一个国家或几个 洲洲 l局域网局域网 LAN (local area network) l覆盖有限的地理范围；提供高数据传输速率、低误码率覆盖有限的地理范围；提供高数据传输速率、低误码率 的高质量数据传输环境。的高质量数据传输环境。 l城域网城域网 MAN (metropolitan area network) l

29、覆盖范围介于局域网和广域网之间，其目的是在一个较覆盖范围介于局域网和广域网之间，其目的是在一个较 大的地理区域内提供数据、声音和图像的传输。大的地理区域内提供数据、声音和图像的传输。 广域网、城域网、局域网的关系广域网、城域网、局域网的关系 城域网城域网 接入网接入网接入网接入网接入网接入网 广域网 局域网局域网校园网企业网 计算机网络的传输范围计算机网络的传输范围 1.3.4 按网络传输技术分类（识记）按网络传输技术分类（识记） l广播式网络广播式网络 l所有联网计算机都共享一个公共信道所有联网计算机都共享一个公共信道 l3类目的地址：单播地址、多播地址和广播地址类目的地址：单播地址、多播地

30、址和广播地址 l点对点式网络点对点式网络 l每条物理线路连接一对计算机每条物理线路连接一对计算机 l采用分组存储转发和路由选择机制采用分组存储转发和路由选择机制 1.4 计算机网络的标准化计算机网络的标准化 l课程内容与考核知识点课程内容与考核知识点 l（1） 国际标准化组织国际标准化组织 l（2） 其它标准化机构其它标准化机构 l（3） Internet的组织机构的组织机构 l考核要求考核要求 l识记：计算机网络的主要标准制定机构：识记：计算机网络的主要标准制定机构：ISO、 ITU、IETF。 计算机网络的主要标准制定机构（识计算机网络的主要标准制定机构（识 记）记） l国际标准化组织（国

31、际标准化组织（ISO） lOSI (Open System Interconnect) l七层模型七层模型 l其它标准化机构其它标准化机构 l国际电信联盟（国际电信联盟（ITU） lITU (international telecommunication union) l有关通信标准的研究和制定有关通信标准的研究和制定 l美国国家标准局（美国国家标准局（NBS） l美国国家标准学会（美国国家标准学会（ANSI） l欧洲计算机制造商协会（欧洲计算机制造商协会（ECMA） lInternet的组织机构的组织机构 l因特网体系结构局（因特网体系结构局（IAB），其中下设），其中下设因特网工程特别任务

32、组因特网工程特别任务组 IETF (internet engineering task force) lIETF主要工作领域：应用程序、主要工作领域：应用程序、Internet服务程序、运行要求、路服务程序、运行要求、路 由、安全性、传输、用户服务与服务应用程序由、安全性、传输、用户服务与服务应用程序 已考试题已考试题 2008年年4月月 l1电信业一般认为宽带骨干网数据传输速率应达到（）电信业一般认为宽带骨干网数据传输速率应达到（） lA640KbpsB640Mbps C1GbpsD2Gbps l23通信子网的组成主要包括（）通信子网的组成主要包括（） lA源节点和宿节点源节点和宿节点B主机

33、和路由器主机和路由器 lC网络节点和通信链路网络节点和通信链路D端节点和通信链路端节点和通信链路 l24下列关于拓扑结构的正确描述是（）下列关于拓扑结构的正确描述是（） lA星型拓扑各节点分布处理能力较强星型拓扑各节点分布处理能力较强 lB总线拓扑不能保证信息的及时传送且不具有实时功能总线拓扑不能保证信息的及时传送且不具有实时功能 lC树型拓扑不能扩展树型拓扑不能扩展 lD网状拓扑结构复杂成本较低网状拓扑结构复杂成本较低 l25被称为计算机网络技术发展里程碑的计算机网络系统被称为计算机网络技术发展里程碑的计算机网络系统 是是_。 l27计算机网络按其交换方式，可分为电路交换网、报文计算机网络按

34、其交换方式，可分为电路交换网、报文 交换网和交换网和_。 已考试题已考试题 2008年年7月月 l1不需要基站，没有固定路由器的移动通信模式是（不需要基站，没有固定路由器的移动通信模式是（ ） lADDNBVLAN lCWAPDAd hoc l24通信网络采用的主要传输方式为（通信网络采用的主要传输方式为（ ） lA单播方式和广播方式单播方式和广播方式B广播方式和端到端方式广播方式和端到端方式 lC端到端方式和点到点方式端到端方式和点到点方式D广播方式和点到点方式广播方式和点到点方式 l25ARPA网中使用的数据交换方式为网中使用的数据交换方式为_。 l26目前通过电话双绞线上网的主流数据速率为目前通过电话双绞线上网的主流数据速率为 56Kbps，其物理极限为，其物理极限为_。 已考试题已考试题 2009年年4月月 l1.被称为计算机网络技术发展里程碑的计算机网络系被称为计算机网络技术发展里程碑的计算机网络系 统是（统是（ ） lA.ATM网网B.DEC网网C.ARPA网网 D.SNA网网 l25.ARPANET的主要目标