zyj-第1讲 计算机网络概述

2012-2013学年第2学期主讲教师：赵玉娟计算机通信网络课程的任务、目的和基本要求专业选修课，主要介绍计算机网络的基本概念、基本原理和方法。使学生掌握计算机网络的基本概念、基本原理、基本方法，理解网络分层体系结构、网络协议设计原理与工作机理。具备一定的网络设计与分析、网络组建、网络运维管理等网络技术应用能力，以及较好的网络工程素养，为从事计算机及数据通信网络相关领域的技术研发、工程应用等打下良好基础。课程教学强调培养学生的独立思考能力、科学思维方法和求知创新精神。课程相关资源教材：计算机网络（第3版）.吴功宜编著.清华大学出版社参考教材《计算机网络（第5版）》.谢希仁著.电子工业出版社，2008年《计算机网络（第5版）》.AndrewS.Tanenbaum

著.清华大学出版社，2012年《计算机网络自顶向下方法（原书第四版）》，JamesF.Kurose,Keith

W.Ross著，陈鸣等译，人民邮电出版社，2009教材介绍AndrewS.Tanenbaum，计算机网络（第5版），机械工业出版社[中/英]JamesF.Kurose，计算机网络自顶向下方法，机械工业出版社谢希仁，计算机网络（第5版），电子工业出版社本课程选用教材：吴功宜，计算机网络（第3版），清华大学出版社

实验安排实验安排：第11-15周，周四第1大节；电子邮箱：zhaoyujuan@教学安排教学时数：54学时（44/10）教学方式：理论授课+上机实践考试及成绩：学期末闭卷笔试；总分100平时成绩：10%（考勤/作业）实验成绩：20%（上机操作/实验报告）期末笔试：70%第1章计算机网络概述学习目标学习目标：了解网络及Internet基本概念和特点，了解计算机网络常用分类，了解计算机网络的性能指标。本章要点：计算机网络基本概念和特点，Internet组成和发展，计算机网络分类。计算机网络的性能指标。目录计算机网络基本概念计算机网络的产生和演变计算机网络的性能指标1计算机网络基本概念什么是计算机网络？计算机网络是“以相互共享资源的方式互联起来的自治计算机系统的集合”。网络(network)由若干结点(node)和连接这些结点的链路(link)组成。结点链路广义观点的定义：以传输信息为目的，用通信线路将多个计算机连接起来的计算机系统的集合。资源共享观点的定义：以相互共享资源的方式互联起来的自治计算机系统的集合用户透明性观点的定义：存在着一个能为用户自动管理资源的网络操作系统，由它调用完成用户任务所需要的资源，而整个网络像一个大的计算机系统一样对用户是透明的。1计算机网络基本概念计算机网络的主要特征：组建计算机网络的主要目的是实现计算机资源的共享；互联的计算机系统是自治的系统；联网计算机之间的通信必须遵循共同的网络协议。1计算机网络基本概念Computernetwork、internet、Internet与Intranet的区别与联系：计算机网络（computernetwork）是指用通信技术将大量独立计算机系统互联起来的集合。网络互联（internet,internetworking）是将多个计算机网络互联成大型网络系统的技术术语。Internet或因特网、互联网是专有名词，专指目前广泛应用、覆盖了全世界的大型网络系统。Intranet指一些内部的专用网络系统。1计算机网络基本概念计算机网络分类不同作用范围的网络广域网WAN(WideAreaNetwork)城域网MAN(MetropolitanAreaNetwork)局域网LAN(LocalAreaNetwork)个人区域网PAN(PersonalAreaNetwork)1计算机网络基本概念计算机网络分类从网络的使用者进行分类公用网(publicnetwork)专用网(privatenetwork)1计算机网络基本概念计算机网络拓扑的定义因特网中各种网络的结构都会具备某一种网络拓扑所共有的特征。为了研究复杂的网络结构，需要掌握网络拓扑（networktopology）的基本知识。理解网络拓扑知识，需要注意以下几个问题：拓扑学是几何学的一个分支，它是从图论演变过来的。计算机网络拓扑是通过网中节点与通信线路之间的几何关系表示网络结构。计算机网络拓扑是指通信子网的拓扑结构。1计算机网络基本概念计算机网络拓扑的分类与特点基本的网络拓扑有五种：星形、环形、总线型、树状和网状干线耦合器环形网集线器星形网总线网树形网目录计算机网络基本概念计算机网络的产生和演变计算机网络的性能指标计算机网络的产生和演变1.以主机为中心的联机终端网络系统缺点：主机负荷重——数据处理＋通信； 线路利用率低。改进：终端集中器； 前端处理机（FEP)，或称通信控制处理机（CCP）。例子：飞机订票系统HOST(航空公司总部)Terminals(订票点)通信线路(电话线路)2.以通信子网为中心的主机互连特征多个终端联机系统的互联，形成了多主机为中心的网络网络结构从“主机-终端”转变为“主机-主机”有两种连接形式：计算机网络的产生和演变CCP负责网络上的通信控制和处理，由它们组成了带有通信功能的内层网络，即通信子网主机负责数据处理，它们构成了网络的资源子网。2.以通信子网为中心的主机互连例子：因特网的前身——ARPANet（高级研究计划局）分组交换技术的诞生早期的线路交换广泛应用于电话线路；1964年提出的分组交换，适用于计算机通信网的数据传输，也是现代因特网技术的基础之一。计算机网络的产生和演变3.具有层次化体系结构的标准化网络为什么需要标准化？不同网络设备之间的兼容性和互操作性是推动网络体系结构的标准化的原动力标准化过程的演变 厂商标准：IBM-SNA（系统化网络体系结构），DEC-DNA（数字网络体系结构）缺点：适用范围（同样存在兼容性的问题）

技术垄断（很容易形成垄断）

标准不统一（影响了用户的利益）计算机网络的产生和演变3.具有层次化体系结构的标准化网络标准化的时机各厂商、研究机构、大学在网络技术、方法、理论等方面的研究日趋成熟是其基础国际标准OpenSystemInterconnection/ReferenceModel(开放系统互联参考模型，简称OSI参考模型)事实上的标准：TCP/IP(因特网的骨干协议)计算机网络的产生和演变4.Internet的应用与高速网络技术的发展Internet对推动世界科学、文化、经济和社会的发展有着不可估量的作用。同时，高速网络的发展也引起了人们越来越多的注意。1993年，美国政府宣布了国家信息基础设施建设计划，即信息高速公路。随后，很多国家也纷纷开始制定各自的信息高速公路的建设计划。计算机网络的产生和演变1969年美国国防部建立的ARPANet网用于军事实验。1984年ARPANet分解成两部分：民用科研网（ARPANet）和军用计算机网络（MILNet）。1986年NSFNet（NationalScienceFoundation，美国国家科学基金会）建立，NSFNet接管ARPANet并改名Internet。该网络由美国13个主干结点构成，主干结点向下连接各个地区网，再连到各个大学的校园网，采用TCP/IP作为统一的通信协议标准。最初，NSFNet的主干网的速率不高，仅为56kbit/s。之前，Internet被严格限制在科技、教育和军事领域，目的促进科学技术和教育的发展而建立的；1991年后，Internet转为商用。

因特网的产生和发展名词解析ISP（InternetServiceProvider，因特网服务提供商）万维网WWW(WorldWideWeb)在因特网上的广泛使用，大大方便了广大非网络专业人员对网络的使用，成为因特网的这种指数级增长的主要驱动力。1996年，美国的一些研究机构和34所大学提出研制和创建新一代因特网的设想，即“下一代因特网计划（NGI计划）”我国互联网应用的发展我国互联网发展状况数据由中国互联网络信息中心（CNNIC）组织调查、统计。调查统计的内容主要包括：中国网民人数、互联网普及率，以及网民结构特征、上网条件、上网行为、互联网基础资源等方面的基本情况。2013年1月15日，中国互联网络信息中心（CNNIC）在京发布了《第31次中国互联网络发展状况统计报告》。网民规模增速放缓，手机网民增幅明显；家庭接入网络比例超九成，手机微博用户近三分之二；网购和团购保持高增长率，手机端商务应用迅速扩张。CERNet简介中国教育和科研计算机网CERNET是由国家投资建设，教育部负责管理，清华大学等高等学校承担建设和管理运行的全国性学术计算机互联网络。它主要面向教育和科研单位，是全国最大的公益性互联网络。CERNET分四级管理，分别是全国网络中心；地区网络中心和地区主结点；省教育科研网；校园网。CERNET全国网络中心设在清华大学，负责全国主干网的运行管理。28计算机网络发展的三条主线主线1ARPANET----TCP/IP----Internet主线2无线分组网----无线自组网----无线传感器网络主线3网络安全技术目录计算机网络基本概念计算机网络的产生和演变计算机网络的性能指标计算机网络的主要性能指标带宽（bandwidth）原指某个信号具有的频带宽度，单位是赫兹（用于传送模拟信号）；当传送数字信号时，人们将“宽带”作为数字信道所能传送的“最高数据传输速率”的同义词。单位：bit/s（bps）；常用单位：kbit/s、Mbit/s、Gbit/s、Tbit/s描述带宽也常常把“比特/秒”省略；例如，“线路的带宽是10M”，实际指10Mb/s；比较：计算机网络中的数据传输单位M指的是106计算机系统内的数据存储单位M指的是220延时(delay或latency)延时是描述网络性能的重要参数之一。网络延时包括发送延时、传播延时、排队延时与处理延时。发送延时:发送数据时，数据块从结点进入到传输媒体所需要的时间。也就是从发送数据帧的第一个比特算起，到该帧的最后一个比特发送完毕所需的时间。发送延时=数据块长度（比特）信道带宽（比特/秒）延时(delay或latency)传播延时：电磁波在信道中需要传播一定的距离而花费的时间。信号发送速率和信号在信道上的传播速率是完全不同的概念。传播延时=信道长度（米）信号在信道上的传播速率（米/秒）三种延时所产生的地方从结点A向结点B发送数据1011001…发送器队列在链路上产生传播延时结点

B结点

A在发送器产生发送延时在结点

A中产生处理延时和排队延时数据链路延时(delay或latency)处理延时：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。数据经历的总延时就是发送延时、传播延时、处理延时之和：注意：在总延时中，究竟是哪一种延时占主导地位，需要具体问题具体分析。总延时=发送延时+传播延时+排队延时+处理延时举例说明：例1：有一个长度为100M字节（M=220）的待发送数据块在带宽为1Mbps（M=220）的信道上，发送延时为： 100×1048576×8÷106bps

=838.9s（约14min）若用光纤将这个数据块传送至1000km远的计算机，传播延时: 106÷（2.0×108m/s）=5ms本例中，总延时主要由发送延时来决定，举例说明：例2：待发送的数据仅为1个字节（8bit）在1Mbps的信道上，发送延时为： 8÷106bps=8μm当传播延时同样为