第7章第1讲 计算机

1、l计算机网络的发展计算机网络的发展l计算机网络的定义、组成及其功能计算机网络的定义、组成及其功能l计算机网络的分类计算机网络的分类l数据通信基础数据通信基础l计算机网络协议和体系结构计算机网络协议和体系结构一、计算机网络的发展一、计算机网络的发展1 1远程终端联机阶段远程终端联机阶段主 机终 端 机打 印 机 一台主机和若干终端通过通信线路连接起来的，它是由远程终一台主机和若干终端通过通信线路连接起来的，它是由远程终端向主机传送信息，计算机把所有用户的任务行批处理，然后再端向主机传送信息，计算机把所有用户的任务行批处理，然后再将结果通过通信线路送回终端。这种以单个主机为中心的星形网将结果通过通

2、信线路送回终端。这种以单个主机为中心的星形网功能有限、效率不高。功能有限、效率不高。 2.2.计算机网络阶段计算机网络阶段多个计算机连接起来的用于传输信息的计算机群。多个计算机连接起来的用于传输信息的计算机群。将美国的将美国的ARPANETARPANET（19691969年建）作为现代计算机网络诞生年建）作为现代计算机网络诞生的标志。的标志。ARPANETARPANET是第一个以资源共享为目的的计算机网络。是第一个以资源共享为目的的计算机网络。 二、计算机网络的发展二、计算机网络的发展3 3计算机网络互联阶段计算机网络互联阶段 国际标准化组织国际标准化组织ISOISO于于19771977年提出

3、了一个使各种计年提出了一个使各种计算机在世界范围内互联成网的标准框架，即算机在世界范围内互联成网的标准框架，即“开放系开放系统互联参考模型统互联参考模型”，简称为，简称为OSI/RMOSI/RM，以实现更大范围，以实现更大范围的计算机资源共享。的计算机资源共享。二、计算机网络的发展二、计算机网络的发展4 4信息高速公路阶段信息高速公路阶段 19931993年美国宣布建立年美国宣布建立国家信息基础设施国家信息基础设施NIINII后，后，全世界许多国家纷纷制定和建立本国的全世界许多国家纷纷制定和建立本国的NIINII，从而极大，从而极大地推动了计算机网络技术的发展。地推动了计算机网络技术的发展。N

4、II-National Information Infrastructure二、计算机网络的发展二、计算机网络的发展1、计算机网络的定义、计算机网络的定义 计算机网络是计算机网络是计算机技术计算机技术和和通讯技术通讯技术相结合的相结合的产物。产物。 它是利用通信设备和通信线路，把地理上它是利用通信设备和通信线路，把地理上分散分散而各自具有而各自具有独立工作能力独立工作能力的许多计算机（及其他智的许多计算机（及其他智能设备）相互能设备）相互连接连接起来，在起来，在网络软件网络软件的支持下，实的支持下，实现彼此之间的现彼此之间的数据通讯数据通讯和和资源共享资源共享（硬件、软件和（硬件、软件和数据等

5、）的一个系统。数据等）的一个系统。 二、计算机网络的定义、组成及其功能二、计算机网络的定义、组成及其功能l计算机网络：一些相互连接的计算机的集计算机网络：一些相互连接的计算机的集合。合。l互连网：一些相互连接的计算机网络的集互连网：一些相互连接的计算机网络的集合（网络的网络）。合（网络的网络）。l互联网：就是互连网的同义词。互联网：就是互连网的同义词。计算机网络计算机网络计算机网络计算机网络计算机网络计算机网络计算机网络计算机网络（1 1）具有独立功能的若干个主机（）具有独立功能的若干个主机（hosthost） 各种类型的计算机，用来向用户提供服务。各种类型的计算机，用来向用户提供服务。（2

6、2）一个通信子网）一个通信子网 一些通信链路和节点交换机，用于数据通信。一些通信链路和节点交换机，用于数据通信。（3 3）一系列通信协议）一系列通信协议( (通信规则通信规则) )及相关的网络软件及相关的网络软件 通信协议通信协议是为确保网络中的计算机相互之间能交换是为确保网络中的计算机相互之间能交换信息而建立的信息而建立的规则、标准或规则、标准或约定约定。通信协议由网络软。通信协议由网络软件和硬件实现。件和硬件实现。通信子网通信子网路由器路由器路由器路由器路由器路由器主机局域网主机局域网主机局域网主机局域网路由器路由器路由器路由器服务器服务器服务器服务器 主机 通信子网通信子网 局域网 路由

7、器 服务器 路由器 路由器 路由器 路由器 路由器 路由器 路由器 主机 局域网 服务器 服务器 路由器 主机 局域网 服务器 主机 路由器 局域网 3 3、 计算机网络的主要功能计算机网络的主要功能 （1 1）数据通信）数据通信 数据通信是计算机网络最基本的功能数据通信是计算机网络最基本的功能 例如例如: :访问其他计算机的文件访问其他计算机的文件 使用电子邮件进行通信使用电子邮件进行通信 利用网络收发传真、打电话、网上聊天以及利用网络收发传真、打电话、网上聊天以及 召开视频会议等。召开视频会议等。（3 3）实现分布式的信息处理）实现分布式的信息处理 许多大型信息处理问题可以借助于分散在网络

8、中许多大型信息处理问题可以借助于分散在网络中的多台计算机协同完成，解决单机无法完成的信息处的多台计算机协同完成，解决单机无法完成的信息处理任务理任务 （2 2）资源共享）资源共享 资源共享使网络中的所有资源资源共享使网络中的所有资源( (硬件硬件/ /软件软件/ /数据数据) )能够互通有无、分工协作，从而大大提高系统资源能够互通有无、分工协作，从而大大提高系统资源的利用率。例如，利用网上民航售票系统，可查询的利用率。例如，利用网上民航售票系统，可查询各地航班信息，并可订购需要的机票。各地航班信息，并可订购需要的机票。WEBWEB浏览信息浏览信息等。等。3、 计算机网络的主要功能计算机网络的主

9、要功能IP 网络网络路由器路由器（4 4）提高计算机系统的可靠性和可用性）提高计算机系统的可靠性和可用性 计算机网络中的计算机互为后备机计算机网络中的计算机互为后备机3、 计算机网络的主要功能计算机网络的主要功能三、计算机网络的分类三、计算机网络的分类1 1 按照网络的使用性质分类。按照网络的使用性质分类。（1 1）公用网）公用网: :一般是国家的电信部门建造的网络。公一般是国家的电信部门建造的网络。公用网也可称为公众网。用网也可称为公众网。例：中国公用计算机互联网例：中国公用计算机互联网(CHINANET)(CHINANET)、中国金桥、中国金桥信息网信息网(CHINAGBN)(CHINAG

10、BN)。（2 2）专用网）专用网: :是某个部门为本系统的特殊业务工作的是某个部门为本系统的特殊业务工作的需要而建造的网络。需要而建造的网络。例：中国科技网例：中国科技网(CSTNET)(CSTNET)、中国教育和科研计算机、中国教育和科研计算机网网(CERNET)(CERNET)。2 2 按照网络的按照网络的拓扑结构拓扑结构分类分类 星形网星形网总线形网总线形网环形网环形网树形网树形网网状网网状网混合网混合网三、计算机网络的分类三、计算机网络的分类3 3 按照网络的覆盖范围分类按照网络的覆盖范围分类v局域网局域网(Local Area Network(Local Area Network，简

11、称，简称LANLAN) )v广域网广域网(Wide Area Network(Wide Area Network，简称，简称WANWAN) )v城域网城域网(Metropolitan Area Network(Metropolitan Area Network，简称，简称MANMAN）三、计算机网络的分类三、计算机网络的分类局域网局域网(Local Area Network，LAN)： 覆盖范围在覆盖范围在1010公里以内的计算机网络，通常用公里以内的计算机网络，通常用于连接一幢或几幢大楼。于连接一幢或几幢大楼。特点：传输距离短；特点：传输距离短； 传输速率较高，目前一般可达到传输速率较高，目

12、前一般可达到10Mb/s10Mb/s和和100Mb/s100Mb/s，高速局域网可达到，高速局域网可达到1000Mb/s(=1Gb/s)1000Mb/s(=1Gb/s)； 传输可靠，误码率低；传输可靠，误码率低； 结构简单容易实现。结构简单容易实现。三、计算机网络的分类三、计算机网络的分类广域网广域网( (Wide Area Network，WAN) )： 也称远程网，覆盖范围通常为几十到几千公里，它的也称远程网，覆盖范围通常为几十到几千公里，它的通信传输装置和媒体一般由电信部门提供。广域网可以实通信传输装置和媒体一般由电信部门提供。广域网可以实现跨越地区和国家的计算机联网。现跨越地区和国家的

13、计算机联网。城域网城域网（Metropolitan Area Network，MAN）： 覆盖范围介于局域网和广域网之间，它的覆盖距离约覆盖范围介于局域网和广域网之间，它的覆盖距离约为为5 55050公里。公里。三、计算机网络的分类三、计算机网络的分类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三、计算机网络的分类三、计算机网络的分类4. 4. 按通信传播方式分类：按通信传播方式分类：广播方式网络：广播方式网络：仅有一条通道，由网络仅有一条通道，由网络上所有的计算机共享。上所有的计算机共享。点对点传播方式的网络点对点传播方式的网络：由一对对机器由一对对机器间的

14、多条链路构成。这种网络上的报文间的多条链路构成。这种网络上的报文分组在信源和信宿之间需通过一台和多分组在信源和信宿之间需通过一台和多台中间设备进行传播。台中间设备进行传播。一般来说，局域性网络使用广播方式；一般来说，局域性网络使用广播方式； 广域性网络使用点对点方式。广域性网络使用点对点方式。三、计算机网络的分类三、计算机网络的分类5 5按网络的服务方式分类按网络的服务方式分类 (1)(1)客户机服务器网络客户机服务器网络(Client/Server)(Client/Server) 服务器是指专门提供服务的高性能计算机或专用服务器是指专门提供服务的高性能计算机或专用设备，客户机是用户计算机。客

15、户机向服务务器发出设备，客户机是用户计算机。客户机向服务务器发出请求并获得服务，多台客户机可以共享服务器提供的请求并获得服务，多台客户机可以共享服务器提供的各种资源。各种资源。 (2)(2)对等网（对等网（Peer-To-Peer Peer-To-Peer ） 每台客户机都可以与其他每台客户机对话，共享每台客户机都可以与其他每台客户机对话，共享彼此的信息资源和硬件资源。彼此的信息资源和硬件资源。 客户客户/ /服务器模式和对等模式是局域网目前流行服务器模式和对等模式是局域网目前流行的两种工作模式。的两种工作模式。三、计算机网络的分类三、计算机网络的分类从网络的使用范围和对象可分为从网络的使用范

16、围和对象可分为:v 企业网企业网v 政府网政府网v 校园网校园网v 金融网等金融网等三、计算机网络的分类三、计算机网络的分类一、数据通信和数据通信系统一、数据通信和数据通信系统1 1、数据通信：指通过计算机技术与通信技术相结合，、数据通信：指通过计算机技术与通信技术相结合，来实现信息的传输、交换、存储和处理并及时、准来实现信息的传输、交换、存储和处理并及时、准确地向对方提供数据的通信技术确地向对方提供数据的通信技术 。信信源源信信宿宿发发送送器器 传传 输输 系系 统统接接收收器器数数据据数数据据信信号号信信号号计算机计算机A （数据传输子系统）（数据传输子系统）计算机计算机B数据通信模型数据

17、通信模型2、数据通信系统：、数据通信系统：（1）数据传输系统：）数据传输系统：通信子系统或通信子网，其主要通信子系统或通信子网，其主要任务是实现不同数据终端设备任务是实现不同数据终端设备(DTE)之间的数据传输。之间的数据传输。（2）数据处理系统：）数据处理系统：资源子系统或资源子网，由许多资源子系统或资源子网，由许多数据终端设备数据终端设备(如如PC机、服务器、大型计算机、工作站机、服务器、大型计算机、工作站)组成，是网络中信息传输的信源或信宿，负责提供信息组成，是网络中信息传输的信源或信宿，负责提供信息、接收信息与处理信息。、接收信息与处理信息。二、调制解调器二、调制解调器 实现数字信号和

18、模拟信号的转换的设备。实现数字信号和模拟信号的转换的设备。 由发送端的数据终端设备（计算机）所发出的数由发送端的数据终端设备（计算机）所发出的数据是数字信号，通常并不以其原有形式直接进行传送，据是数字信号，通常并不以其原有形式直接进行传送，而是被转换成适合于传输的电磁信号（称为调制）。而是被转换成适合于传输的电磁信号（称为调制）。该信号在传输到目标数据终端设备之前，也需要再把该信号在传输到目标数据终端设备之前，也需要再把它转换成为适合数据终端设备（计算机）接收的数字它转换成为适合数据终端设备（计算机）接收的数字信号（称为解调）。调制和解调总是成对使用的，调信号（称为解调）。调制和解调总是成对使

19、用的，调制解调器就是用来实现上述转换功能的。制解调器就是用来实现上述转换功能的。 三、三、 多路复用技术多路复用技术（1 1）定义：）定义： 在一条物理信道上，同时传输多路信号，如声音、在一条物理信道上，同时传输多路信号，如声音、数据等。数据等。 （2 2）目的：提高传输线路的利用率，减少费用）目的：提高传输线路的利用率，减少费用（3 3）采用设备：多路复用器，它将多个信源发出的）采用设备：多路复用器，它将多个信源发出的信号有序地纳入一条物理信道中进行传输。到达目的信号有序地纳入一条物理信道中进行传输。到达目的地后，再将物理信道中的多路信号分别送入对应的目地后，再将物理信道中的多路信号分别送入

20、对应的目标数据终端设备。标数据终端设备。DEMUX复用器复用器解复用器解复用器共享信道共享信道MUX（4 4）多路复用多路复用四种方式：四种方式：频率时间BCD BCD BCD BCDAAAATDM 帧TDM 帧TDM 帧TDM 帧TDM 帧TDM 频分多路复用频分多路复用 FDMA频率时间频率 1频率 2频率 3频率 4频率 5波分复用波分复用WDMA码分复用码分复用CDMA四、数据交换技术四、数据交换技术 交换机1 1、交换的引入：、交换的引入： 中转节点参与的通信现象，称为交换。中转的节中转节点参与的通信现象，称为交换。中转的节点称为交换节点。点称为交换节点。 2 2、计算机网络中使用的

21、交换技术可分电、计算机网络中使用的交换技术可分电路交换和存储转发交换两大类。路交换和存储转发交换两大类。 常用以下三种方法：常用以下三种方法： （1 1）电路交换）电路交换 （2 2）报文交换）报文交换 （3 3）分组交换）分组交换 A A、电路交换概念：、电路交换概念： 又叫线路交换（又叫线路交换（Circuit Switching），它），它是一种在发送端和接收端之间实际建立一条物是一种在发送端和接收端之间实际建立一条物理信道的交换方式。理信道的交换方式。B、工作过程：、工作过程：依据用户的请求，被叫用户应答依据用户的请求，被叫用户应答后，在两个用户站点之间建立直接的物理连接后，在两个用户

22、站点之间建立直接的物理连接。C、电路交换的三个阶段：、电路交换的三个阶段：建立连接建立连接通信通信释放连接释放连接 使用的设备及操作比较简单使用的设备及操作比较简单 适合于远距离成批传输，建立一次连接就可以传送大量适合于远距离成批传输，建立一次连接就可以传送大量数据数据 线路是专用的，因此线路利用率非常低，通信成本高。线路是专用的，因此线路利用率非常低，通信成本高。 电信网电信网向用户电话机提供可靠交付D D、电路交换方式的优缺点：、电路交换方式的优缺点：A A、报文交换（、报文交换（Message SwitchingMessage Switching） 基本原理：把报文当作一个整体，逐节点的

23、进行基本原理：把报文当作一个整体，逐节点的进行存储转发。存储转发。B、报文：、报文：在通信技术中，把要发送的数据与发出在通信技术中，把要发送的数据与发出地、目的地等有关控制信息结合在一起组成地、目的地等有关控制信息结合在一起组成个报个报文。文。C C、报文交换技术：报文交换技术：采用存储采用存储/ /转发技术。转发技术。D D、报文交换方式的优点有：、报文交换方式的优点有： 线路利用率较高；收发双方不需同时工作。线路利用率较高；收发双方不需同时工作。E E、缺点是：、缺点是： 延时长，不宜用于实时通信或交互通信。延时长，不宜用于实时通信或交互通信。 报文交换方式产生较大延时的主要原因报文交换方

24、式产生较大延时的主要原因: : 报文在交换器要进行排队报文在交换器要进行排队 报文传输是按串行方式进行的报文传输是按串行方式进行的A、分组交换工作方式与报文交换一样，采用存储转发、分组交换工作方式与报文交换一样，采用存储转发B、与报文交换的区别：、与报文交换的区别： 报文交换以整个报文为信息交换单位报文交换以整个报文为信息交换单位 分组交换将发送的数据划分为一个个平均大小的小分组交换将发送的数据划分为一个个平均大小的小组作为传送的基本单位组作为传送的基本单位五、数据通信系统的性能指标五、数据通信系统的性能指标 1. 1.数据传输速率：数据传输速率： 简称数据率，也称为吞吐率简称数据率，也称为吞

25、吐率 指单位时间内传送的二进制数据位数，指单位时间内传送的二进制数据位数， 计量单位：千位计量单位：千位/ /秒秒(Kb(Kbs) s) 、兆位、兆位/ /秒秒(Mb(Mbs) s) 2 2. .信道带宽（信道容量）：信道带宽（信道容量）： 信道允许的最大数据传输速率，是数据通信信道的主信道允许的最大数据传输速率，是数据通信信道的主要性能参数之一。要性能参数之一。 描述带宽也常常把描述带宽也常常把“比特比特/秒秒” 省略秒。省略秒。 例如，带宽是例如，带宽是 10 M，实际上是，实际上是 10 Mb/s。 这里的这里的 M 是是 106。注意换算单位注意换算单位3 3. .误码率：误码率： 指

26、数据传输中出错数据占被传输数据总数的比例，指数据传输中出错数据占被传输数据总数的比例，也是通信信道的主要性能参数。也是通信信道的主要性能参数。4 4. .端端- -端延迟：端延迟： 指数据从信源（源计算机）传送到信宿（目的计指数据从信源（源计算机）传送到信宿（目的计算机）所花费的时间。延迟包括主机处理延迟和网络算机）所花费的时间。延迟包括主机处理延迟和网络传输延迟。传输延迟。五、数据通信系统的性能指标五、数据通信系统的性能指标协议和协议和 1 1、计算机网络协议、计算机网络协议 在计算机网络中，为使各计算机之间或计算机在计算机网络中，为使各计算机之间或计算机与终端之间能正确地传送信息，必须对关

27、于信息传与终端之间能正确地传送信息，必须对关于信息传输顺序、信息格式和信息内容等方面有一组约定或输顺序、信息格式和信息内容等方面有一组约定或规则，即所谓的网络协议。规则，即所谓的网络协议。 没有协议，设备可以连接，但没有办法通信。没有协议，设备可以连接，但没有办法通信。2 2、计算机网络协议的内容、计算机网络协议的内容 语法语法 用来规定数据与控制信息的结构或格式，用来规定数据与控制信息的结构或格式，例如，一个简单协议规定：一个数据的前例如，一个简单协议规定：一个数据的前8 8位是发送器的位是发送器的地址，第二个地址，第二个8 8位是接受器的地址，其余的是消息内容。位是接受器的地址，其余的是消

28、息内容。 语义语义 语义确定通信双方之间语义确定通信双方之间“讲什么讲什么”，即每一部，即每一部分的位表示什么信息。分的位表示什么信息。比如上述的地址位表明了传输的路径或消息的最终目的地比如上述的地址位表明了传输的路径或消息的最终目的地 同步同步 用来确定事件的顺序以及速度匹配、排序。用来确定事件的顺序以及速度匹配、排序。比如：一个发送器产生的数据为比如：一个发送器产生的数据为100Mb/s100Mb/s而接受器的处理而接受器的处理速度为速度为1Mb/s1Mb/s，则传输过载，数据将因为不匹配而损失。，则传输过载，数据将因为不匹配而损失。HiHiGot thetime?2:00TCP conn

29、ection req.TCP connectionreply.Get http:/ 计算机网络的层次划分及其各层协议的集合。计算机网络的层次划分及其各层协议的集合。 即关于计算机网络应设置哪几层，每个层次又即关于计算机网络应设置哪几层，每个层次又应提供哪些功能的精确定义。应提供哪些功能的精确定义。 “化整为零，分而治之化整为零，分而治之” 不同的计算机网络体系结构可以用不同的硬件不同的计算机网络体系结构可以用不同的硬件和软件实现。和软件实现。19741974年年IBMIBM公司的公司的SNA(System Network Architecture)SNA(System Network Arch

30、itecture)19751975年年DECDEC公司的公司的DNA(digital Network Architecture)DNA(digital Network Architecture)HPHP公司的公司的DSN(DistrubutedDSN(Distrubuted System Network) System Network)Sperry UnivacSperry Univac公司的公司的DDADDABorroughtsBorroughts公司的公司的DNSDNSHoneywellHoneywell公司的公司的DSADSA日本富士通公司的日本富士通公司的FNAFNA等。等。开放系统互

31、连参考模型开放系统互连参考模型(OSI(OSIRM)RM) 开放系统互连参考模型把整个网络的通信功能开放系统互连参考模型把整个网络的通信功能划分为划分为7 7个层次，每个层次完成各自的功能，通过各个层次，每个层次完成各自的功能，通过各层间的接口和功能的组合与其相邻层连接，从而实层间的接口和功能的组合与其相邻层连接，从而实现不同系统之间、不同节点之间的信息传输。低层现不同系统之间、不同节点之间的信息传输。低层协议为相邻的高层协议提供相应服务，高层协议作协议为相邻的高层协议提供相应服务，高层协议作为低层协议的用户而存在。为低层协议的用户而存在。 层层号号层的名层的名称称主要功能主要功能7 7应用层

32、应用层 与用户应用进程的接口，即相当于：做什么？与用户应用进程的接口，即相当于：做什么？6 6表示层表示层数据格式的转换，即相当于：对方看起来像什么？数据格式的转换，即相当于：对方看起来像什么？5 5 会话层会话层会话的管理和数据传输的同步，即相当于：轮到谁讲话会话的管理和数据传输的同步，即相当于：轮到谁讲话和从何处讲？和从何处讲？4 4运输层运输层从端到端经网络透明地传输报文，即相当于：对方在何从端到端经网络透明地传输报文，即相当于：对方在何处？处？ 3 3 网络层网络层分组传输和路由选择，即相当于：走哪条路可以到达该分组传输和路由选择，即相当于：走哪条路可以到达该处？处？2 2数据链数据链

33、路层路层在链路上无差错地传送一帧一帧信息，即相当于：每一在链路上无差错地传送一帧一帧信息，即相当于：每一步应怎么走？步应怎么走？1 1物理层物理层 将比特流送到物理介质上传送，即相当于：对于一层将比特流送到物理介质上传送，即相当于：对于一层 的每一步该怎样利用物理介质？的每一步该怎样利用物理介质？应用层应用层表示层表示层会话层会话层传输层传输层网络层网络层数据链数据链路层路层物理层物理层主机主机B应用层应用层表示层表示层会话层会话层传输层传输层网络层网络层数据链数据链路层路层物理层物理层主机主机A互连物理传输媒体互连物理传输媒体通通信信子子网网资资源源子子网网TCP/IPTCP/IP协议是目前网络互连中使用最为广泛的协议是目前网络互连中使用最为广泛的协议，它是一个协议族。协议，它是一个协议族。TCP/IPTCP/IP协议包括协议包括100100多个不同功能的协议，主要多个不同功能的协议，主要是是TCPTCP协议和协议和IPIP协议，是协议，是InternetInternet中使用的基本网络中使用的基本网络协议。协议。 TCP/