计算机通信网络之概述

2013-09-121计算机通信网络概述2013-09-122通信发展简史(1)1

8

3

7年，Samuel

Morse

发明了电报。由此，通信领域发生了巨大的变革。这一发明使通过一根铜线上的电脉冲来传递信息成为可能。1

8

7

6年，Alexander

Graham

Bell

进一步发展了电报技术。他发现：不仅消息能被转换为电信号，声音也能直接被转换为电信号,

然后由一条电压连续变化的导线传输出去。1

9

4

6年，世界上第一台电子计算机E

N

I

A

C（电子数字计算机）问世了。它是被设计用来在第二次世界大战中计算弹道轨迹的。1

9

4

7年，电子晶体管问世。这使得生产更小更便宜的计算机成为可能，计算机与通信技术也逐渐紧密地联系起来。2013-09-123ENIAC

，

1944

年电子数值积分计算器（

Electronic

Numerical

Integrator

andComputer

，简称

ENIAC

），中国大陆简称埃尼阿克，世界第一台计算机，诞生于

1946

年

2

月

15

日美国宾夕法尼亚大学，由美军在二战中投资研制。

其实，

ENIAC

早在

1943

年

6

月就完成了，到了第二年才揭开面纱的。

ENIAC

的电线ENIAC

就是由大量电子管组成2013-09-124通信发展简史(2)1948年：6月10日，香农在《贝尔系统技术杂志》（Bell

System

Technical

Journal）上连载发表了他影像深远的论文《通讯的数学原理》，并于次年在同一杂志上发表了自己的另一著名论文《噪声下的通信》。在这两篇论文中，香农阐明了通信的基本问题，给出了通信系统的模型，提出了信息量的数学表达式，并解决了信道容量、信源统计特性、信源编码、信道编码等一系列基本技术问题。两篇论文成为了信息论的奠基性著作，此时尚不足三十岁的香农也成为了信息论的奠基人。2013-09-125通信发展简史(3)最早的计算机间的通信系统简单而可靠。它基本上是这样实现的：首先，把信息写到一盘磁带上，然后把它扔进汽车后箱，送到另一台计算机那儿。二十世纪五十年代的军事应用。（如美国在五十年代初设计的SAGE）六十年代末开始研究与建立的ARPANET，第一次把主机与主机之间的通信作为研究的主要目标若要求交换信息的计算机有三台或三台以上，则它们之间必须通过通信网络来相互协调以传递信息。2013-09-126SAGE

，

1954

年IBM

的

SAGE

（

Semi-Automatic

GroundEnvironment

，地面环境半自动防御系统）是冷战时期开发出来的。这个怪物重达

300

吨，而且它的处理器还是双核的（

Dual

Processor

）。2013-09-127Apple

I

，

1976

年Apple

I

（也就是

Apple

1

）

是最早的个人电脑（

personal

computer

，也就是

PC

，就是我们现在所说的电脑），它是斯蒂夫·沃兹尼亚克（

Steve

Wozniak

）设计的。它长得像个工具箱，而且不包括电源、键盘和显示器。2013-09-128Osborne

1

，1981

年

4

月第一台便携电脑：Osborne

电脑公司（

Osborne

Computer

Corporation

）的

Osborne

1

是第一台成功商业化的便携微型计算机，它不需要外置的电源。它重

23.5

磅相当于（

10.7

公斤），当时卖出的价格是

1795

美元，运行着当时最流行的操作系统：

CP/M

2.2计算机通信网—相互融合计算机（通信与带宽）通信（数字计算化）计算机通信网从1946年第一台计算机问世，计算机和通信之间并没有什么关系。计算机数量很少，价格昂贵。用户必须去机房使用。很不方便。在1954年一种叫收发器的终端出现，人们使用它首次把数据从电话线上发送到远方的计算机。计算机和通信的结合就开始了。2013-09-1210计算机网络的发展过程原始阶段脱机系统联机系统第一代计算机网络面向终端的计算机网络第二代计算机网络以网络为中心的计算机网络第三代计算机网络统一标准的互联计算机网络网络计算的新时代2013-09-12

联机系统主机

线路控制器电话网MM终端

112013-09-1212第一代计算机网络——面向终端主机前置处理器电话网MMMMMM终端终端终端2013-09-1213

面向终端的计算机网络

五十年代中至六十年代

实际上是以单个计算机为中心的远程联机系统，虽然

历史上也曾称它为计算机网络，但现在为了更明确地

与后来出现的多台计算机互连的计算机网络相区分，

也称为面向终端的计算机网络。

例子：

50年代，美国半自动地面环境SAGE（Semi-

Automatic

Ground

Environment）防空系统

60年代初期美国航空公司投入使用的由一台中心

计算机和全美范围内2000多个终端组成的飞机票

预订系统SABRE

（Semi-Automatic

Business

Research

Environment）14第二代计算机网络——以网络为中心主机1

主机2013-09-12主机2主机AB

C

通信子网资源子网2013-09-1215

计算机-计算机网络计算机-计算机网络

六十年代末至七十年代末

多台计算机通过通信线路互连起来而为用户提

供服务，即是计算机-计算机网络

和以单台计算机为中心的远程联机系统的显著

区别：

都是具有自主处理能力的(autonomous)，不存

在主从关系

这才是我们目前常称的计算机网络2013-09-1216

计算机-计算机网络

典型代表是DARPA资助

下的ARPANETHost运行网络应用程序

IMP(Interface

Message

Processor):接口报文处理机

即交换机(switch)或路由器

(router)

存储转发(store

and

forward)

，通信线路不独占

分组（Packet）：存储转发的

信息基本单位。以存储转发方

式传输分组的通信子网又称为

分组交换网。2013-09-1217ARPANETARPANET是互联网的始祖。由美国国防部高级研究计划署设计开发，ARPANET在洛杉矶的加利福尼亚州大学洛杉矶分校、加州大学圣巴巴拉分校、斯坦福大学、犹他州大学四所大学的4台大型计算机采用分组交换技术，通过专门的接口信号处理机(IMP)和专门的通信线路相互连接。起初是为了便于这些学校之间互相共享资源而开发的。ARPANET采用了包交换机制。70年代，协议成功的扩大了数据包的体积，进而组成了互联网。1986年，美国国家科学基金会(NationalScienceFoundation，NSF)利用ARPAnet发展出来的TCP/IP的通讯协议，在5个科研教育服务超级电脑中心的基础上建立了NSFnet广域网。由于美国国家科学基金会的鼓励和资助，很多大学、政府资助的研究机构甚至私营的研究机构纷纷把自己的局域网并入NSFnet中。那时，ARPAnet的军用部分已脱离母网，建立自己的网络--Milnet。ARPAnet--网络之父，逐步被NSFnet所替代。到1990年，ARPAnet已退出了历史舞台。如今，NSFnet已成为Internet的重要骨干网之一。ARPA1971年更名为DARPA，因此有时用DARPANET来表示ARPANET，这两个词表示同一个意思。2013-09-1218

计算机-计算机网络第二代计算机网络：没有统一的网络体系结构

IBM的SNA

DEC的DNA

ARPANET等等什么是协议和体系结构？

Protocol：计算机通信时对信息内容、信息表示以

及交换过程遵循一个共同的约定。

Architecture：协议一般被分成多个层次，如何分

层以及各层采用的协议总和称为体系结构交换技术线路交换（打电话）通话连续通话前先建立通路，分

配传输带宽

通话期间，一直占用传

输带宽

呼叫时间：10-20秒2013-09-12分组交换（计算机通信）突发式、间歇性呼叫建立时间过长

1000bits在2400b/s线

路上传输<0.5秒分组交换网之父——ARPANET

192013-09-1220

第三代计算机网络-开放式标准化网络开放式标准化网络：第三代计算机网络

它具有统一的网络体系结构、遵循国际标准

化的协议

ISO

制定了开放系统互连基本参考模型

(Open

System

Interconnection

Basic

Reference

Model,

OSI/RM)的国际标准

ISO

7498，也被称为OSI七层模型

Internet：TCP/IP体系结构，事实上的国

际标准2013-09-1221网络计算的新时代网络计算技术已经成为重要的网络应用与研究领域。

网络计算

移动计算网络

网络多媒体计算

网络并行计算

网格计算

存储区域网络

网络分布式对象计算

云计算2013-09-1222

本课程我们要学习什么？

讨论如何才能将要求相互通信的计算机互连起来，并实现有序的信息交换，并表现出良好的性能，满足应用需求

本课程的内容是从通信的角度来研究计算机网络的结构、功能和服务。2013-09-1223（1）必须有两台（或两台以上）自治的计算机互相连接起来才能构成网络；（2）需要一条通道（或通信子系统）才能把两台或两台以上的计算机连接起来；（3）计算机之间要交换信息，彼此之间就需要有某些规定和约定，这就是通信协议（protocol）。从广义的信息传输、资源共享、数据通信三观点诠释计算机通信网两台不同系统中的计算机之间进行文件传送的实例分析

1.1

计算机通信和

计算机通信网的概念1.1.1

计算机通信和通信网

计算机主机，通信子网

，

计算机通信网

≡

协议

|自治的主机按协议经通

信子网互连

三个要素：2013-09-12241.1.2

计算机网络与分布系统相同点：都是多台互连的自治计算机系统的集合区别：多台自治的计算机的存在对用户是透明的（即看不见的），人们可以输入一条命令来运行一个程序，分布系统就运行它，选择最佳处理器、寻找和传输所有输入文件给某个处理器、以及把结果送至适当的地方。（区别在于软件而非硬件）按照计算机网络通信协议的方式处理多机系统中的高速并行计算是不合适的251.1.3

计算机通信网的组成计算机的通信子系统是核心的要素数据通信系统为计算机之间的信息交互提供了传输媒介，并提供可靠的数据传送能力

计算机A应用进程

AP

通信子系统2013-09-12

计算机B应用进程

AP通信子系统

用户到用户的通信计算机到计算机的通信

计算机到网络的通信

数据通信系统图1-2

计算机通信的要素通信网

环境26通信子网和资源子网通信子网负责数据的无差错和有序传递，其处理功能包括差错控制、流量控制、路由选择、网络互连等。资源子网是计算机通信的本地系统环境，包括主机、终端和应用程序等，主要功能是：用户资源配置、数据的处理和管理、软件和硬件共享以及负载均衡等。

2013-09-12图1-3

通信子网与资源子网交换节点通信子网的边界主机或终端计算机通信网就是一个由通信子网承载的、传输和共享资源子网的各类信息的系统。2013-09-12271.1.4

网络结构拓扑结构：通信子网中交换节点的互连模式。拓扑结构划分：集中式和分布式两种基本类型。图1-4

通信网的拓扑结构(a)(d)

(c)交换节点主机或终端集中器或复用器(a)

集中式(b)

总线型(c)

具有集中器或复用器的集中式(d)

分布式(b)拓扑结构：几种常见的2013-09-1228分布式子网的几种拓扑结构在广域网络中常见的互连拓扑是树型和不规则型，而在局域网络中常用规则型拓扑结构，如星型、环型或总线型。图1-5

分布式子网的拓扑结构(a)(c)(d)(b)(a)

环型(b)

树型(c)

全连接(d)

不规则型2013-09-121.2

网络硬件1.2.1

传输技术

（1）点到点网络

（2）广播网络1.2.2

网络规模网络规模

微型网

小型网

中型网

例子数据流机

器多计算机

系统

局域网处理器之间

的距离

0.1m

1m

10m

100m多个处理器

的位置同一电路板

同一系统

同一房间同一建筑物1km同一园区大型网10km同一城市城域网广域网

100km1000km同一国家同一洲内10000km同一地球上互联网

292013-09-12301.2.3

LAN、MAN、WAN和互联网1.局域网（LAN）2.城域网（MAN）3.广域网（WAN）4.互联网（internet）2013-09-1231局域网（LAN）Local

Area

Network单位内部使用的高速宽带网络主要用于资源的共享数据速率为10Mbits/s到1Gbits/s从传输载体的特性来看，可分为：共享型局域网（Shared

LANs）交换型局域网（Switched

LANs）2013-09-1232局域网的选择问题LAN介质访问控制（MAC）应用场合拓扑结构标准化

组织大学/医院办公自动化工厂自动化CSMA/CD

令牌环

令牌总线D