第一章计算机网络综述

1、第一章计算机网络综述本讲主要内容计算机网络的形成与发展计算机网络的定义计算机网络的组成计算机网络的分类计算机网络拓扑结构计算机网络的结构类型计算机网络的性能指标1.1 计算机网络的形成与发展计算机网络的发展大致分四个阶段 ：以单台计算机为中心的远程连机系统，构成面向终端的计算机网络；多个主机互连，各主机相互独立，无主从关系的计算机网络；具有统一的网络体系结构，遵循国际标准化协议的计算机网络；网络互联与高速网络。1.1.1 面向终端的计算机网络主机终端以主机为中心n第一代计算机网络实际上是以单台计算机为中心的远程联机系统。n这样的系统除了一台中心计算机外，其余的终端都不具备自主处理功能，在系统中

2、主要是终端和中心计算机间的通信。1.1.2 计算机计算机网络以分组交换网为中心主机分组交换网n20世纪60年代后期开始兴起n多台计算机都具有自主处理能力，之间不存在主从关系n典型代表是ARPA网（ARPAnet） 1.1.3 开放式标准化网络开放式相对于第二代计算机网络中只能和同种计算机互连的每个厂商各自封闭的系统而言的，它可以和任何其他系统 （当然要遵循同样的国际标准）通信而相互开放。 标准化开放系统互连基本参考模型OSI/RMTCP/IP参考模型 1.1.4 网络计算的新时代计算机的发展已进入了网络计算机的新时代，换句话说就是以网络为中心的时代。 计算机网络向高速化发展。 三网融合甚至多网

3、融合是一个重要的发展方向统一的IP网，即”IP over everying” 和“Everying on IP” 。有人描述未来通信和网络的目标是实现5W的个人通信 。1.2 计算机网络的概念1.2.1 计算机网络的定义对计算机网络可做如下定义：将处于不同地理位置，并具有独立计算能力的计算机系统经过传输介质和通信设备相互连接，在网络操作系统和网络通信软件的控制下，实现资源共享的计算机的集合。 从概念上说，计算机网络由通信子网和资源子网两部分构成计算机网络的构成节点 通信子网1.2.1 计算机网络的定义1.2.1 计算机网络的定义对计算机网络的概念，不同的书上有不同的定义，但不管怎样都离不开以下

4、四个基本要素：（1）两台以上的计算机（2）连接计算机的线路和设备（3）实现计算机之间通信的协议（4）按协议制作的软件、硬件1.2.2 计算机网络的组成计算机网络包括通信子网和资源子网。计算机网络系统由网络硬件和网络软件组成。1.网络硬件传输介质同轴电缆、双绞线、光缆无线电、微波等。网络服务器工作站网络设备网卡（网络适配器）中继器集线器网桥交换机路由器2.网络软件网络软件可大致分为网络系统软件和网络应用软件。网络系统软件是控制和管理网络运行、提供网络通信和网络资源分配与共享功能的网络软件，它为用户提供了访问网络和操作网络的友好界面。网络应用软件是指为某一个应用目的而开发的网络软件，它为用户提供一

5、些实际的应用。1.3 计算机网络的分类计算机网络的分类方法可以是多样的，其中最主要的两种方法是：按照网络所使用的传输技术（transmission technology）分类；按照网络的覆盖范围与规模（scale）分类。1.3.1 按传输技术划分在通信技术中，通信信道的类型有两类：广播通信信道与点一点通信信道。因此网络所采用的传输技术也只能有两类，即广播（Broadcast）方式与点一点（Point-to-Point）方式。（1）广播式网络（Broadcast Networks）：如总线形网、环形网、微波卫星网等。（2）点一点式网络（Point-to-Point Networks）：如星形、树

6、形、网形等。1.3.2 按分布距离划分局域网 (LAN，Local Area Network)：广域网 (WAN，Wide Area Network)：城域网 (MAN，Metropolitan Area Network)：计算机网络的主要特征参数网络分类缩写分布距离（大约）网络中的物理设备传输速率范围局域网LAN10m房间4Mb/s2Gb/s100m建筑物几千米校园城域网MAN10km城市50kb/s100Mb/s广域网WAN10-1000 km城市、国家和洲9.6kb/s45Mb/s1.4 计算机网络拓扑结构计算机网络拓扑的定义为了应付复杂的网络结构设计问题，人们引入了网络拓扑的概念。计算

7、机网络拓扑主要是指通信子网的拓扑构型。网络的拓扑结构是抛开网络物理连接来讨论网络系统的连接形式，网络中各站点相互连接的方法和形式称为网络拓扑。拓扑结构图给出网络服务器、工作站的网络配置和相互间的连接，它的结构主要有星型结构、总线结构、树型结构、网状结构、环形结构等。1.4.2 两类网络拓扑网络拓扑可以根据通信子网中通信信道类型分为两类：1)点一点线路子网的拓扑(点对点式)。2)广播信道子网的拓扑(多点式)。常见的几种网络拓扑总线网星形网树形网 环形网网状网1.5 几种典型的计算机网络结构类型依信息处理的方式不同,计算机局域网的类型常见的主要有以下四种：集中处理的主机-终端机结构对等网络系统结构

8、基于服务器的客户机服务器系统结构无盘工作站网络结构1.5.1 集中处理的主机-终端机结构在20世纪60年代后期曾形成了以一台主机为中心的多用户系统，这是一种集中式网络（centralized network）的主机-终端机系统结构。这种系统结构的特点是终端计算机只是简单的输入/输出设备，其本身不做任何处理，所有事务都由主机集中处理。1.5.2 对等网络结构对等网络是非结构化的访问网络资源。网络中的所有设备可直接访问数据、软件和其他网络资源。换言之，每一台网络计算机与其他连网的计算机是对等（peer）的，它们没有层次的划分。1.5.3 客户机服务器网络结构客户-服务器结构（简称C/S结构）是在专

9、用服务器结构的基础上发展起来的。这里的C/S结构是指将局域网中需要处理的工作任务分配给客户机和服务器端共同完成的。其实，客户机和服务器并没有一定的界限，完全按照其所扮演的角色来确定。一般的定义是：提出服务请求的一方称为客户机，而提供服务的一方就是服务器。无盘工作站网络结构无盘工作站顾名思义就是没有硬盘，软驱基于服务器网络的一种结构，无盘工作站利用网卡上的启动芯片与服务器连接，使用服务器的硬盘空间进行资源共享。“无盘工作站网络”可以实现“客户机服务器网络”的所有功能，在它的工作站上，没有磁盘驱动器，每台工作站都需要从“远程服务器”启动。1.6 计算机网络的性能指标1. 速率比特（bit）是计算机

10、中数据量的单位，也是信息论中使用的信息量的单位。Bit 来源于 binary digit，意思是一个“二进制数字”，因此一个比特就是二进制数字中的一个 1 或 0。速率即数据率(data rate)或比特率(bit rate)是计算机网络中最重要的一个性能指标。速率的单位是 b/s，或kb/s, Mb/s, Gb/s 等。2.带宽 “带宽”(bandwidth)本来是指信号具有的频带宽度，单位是赫（或千赫、兆赫、吉赫等）。现在“带宽”是数字信道所能传送的“最高数据率”的同义语，单位是“比特每秒”，或 b/s (bit/s)。 请注意：在计算机界，K = 210 = 1024， M = 220,

11、 G = 230, T = 240。图1-10 时间轴上信号的宽度随带宽的增大而变窄3. 吞吐量吞吐量(throughput)表示在单位时间内通过某个网络（或信道、接口）的数据量。吞吐量更经常地用于对现实世界中的网络的一种测量，以便知道实际上到底有多少数据量能够通过网络。吞吐量受网络的带宽或网络的额定速率的限制。4.时延(delay 或 latency)发送时延（传输时延 ） 发送数据时，数据块从结点进入到传输媒体所需要的时间。信道带宽 数据在信道上的发送速率。常称为数据在信道上的传输速率。 发送时延 = 数据块长度（比特）信道带宽（比特/秒）传播时延 电磁波在信道中需要传播一定的距离而花费的时间。 信号传输速率（即发送速率）和信号在信道上的传播速率是完全不同的概念。 传播时延 = 信道长度（米）信号在信道上的传播速率（米/秒）4.时延(delay 或 latency)处理时延 交换结点为存储转发而进行一些必要的处理所花费的时间。 结点缓存队列中分组排队所经历的时延是处理时延中的重要组成部分。处理时延的长短往往取决于网络中当时的通信量。有时可用排队时延作为处理时延。 4.时延(delay 或 latency)数据经历的总时延就是发送时延、传播时延和处理时延之和： 总时延 = 发送时延 +