CH3 管理信息系统地技术基础知识

管理信息系统ManagementInformationSystemhttp://BB.管理信息系统的技术基础2023/6/71本章教学目的通过本章的学习，主要使学生了解信息系统的技术基础（即计算机硬件、计算机软件、计算机网络、数据管理等）。2023/6/72本章内容简介3.1计算机系统组成3.2计算机网络技术基础3.3数据管理3.4数据仓库和数据挖掘2023/6/73信息技术平台管理信息系统信息技术平台信息技术平台计算机硬件主机外设计算机软件系统软件应用软件计算机网络服务器路由器交换机其他对MIS的支持技术2023/6/743.1计算机系统本节目标：了解信息系统的软硬件构成。3.1.1计算机硬件系统3.1.2计算机软件系统3.1.3计算机系统的发展本节主要内容：2023/6/753.1.1计算机的硬件系统计算机的硬件是指组成一台计算机的各种物理装置，是计算机进行工作的物质基础。计算机系统的硬件由五大基础部分组成，它们是运算器、控制器、存储器、输入设备和输出设备，称为冯·诺依曼体系结构，如图所示。输入设备主机中央处理器控制器运算器主存储器输出设备键盘、鼠标、扫描仪等显示器、打印机等2023/6/76微型机的基本配置运算器：完成对数据的算术、逻辑运算和逻辑判断；控制器：控制各部件工作，使计算机能自动地执行程序。它通过以下过程来实现功能；运算器和控制器一起构成了CPU（中央处理器）。CPU的两个性能指标：字长、主频。取出指令分析指令执行指令2023/6/77微型机的基本配置（续）主频：每个微操作占一个时钟周期T，1/T则为主频，主频越高，速度越快；

字长：在计算机中作为一个整体进行算术运算或数据处理的一组二进制数，称为计算机的字长。从以前的8位到64位，字长的位数越多，计算机的执行速度越快。存储器：用来存储程序和数据的部件。存储器分为主存储器（内存）和辅助存储器（外存）；内存分为RAM和ROM。2023/6/78辅助存储器又称外存。目前常用的外存有软盘存储器、硬盘存储器、优盘和光盘等，以前还有磁带。可以从方便性、速度、容量、重复使用能力、可靠性和兼容能力、稳定性等几方面来考察外存的性能。光盘存储器：

CD-ROM只读

WORM多次读一次写

ROCD多次读多次写

DVD可存放大量数据，比如电影。微型机的基本配置（续）2023/6/79微型机的基本配置（续）运算器控制器中央处理器（CPU）内存输入设备输出设备外存储器其他设备外设主机PC2023/6/7103.1.2计算机软件系统汇编系统解释系统编译系统操作系统语言处理系统数据库管理系统实用软件公用软件专用软件应用软件系统软件计算机软件2023/6/711计算机的软件系统按其功能分为系统软件和应用软件。应用软件指在计算机硬件和系统软件的支持下，面向具体问题和具体用户的软件。系统软件：指由计算机厂家及配套的软件公司提供的用于使用和管理计算机的程序及说明文档。系统软件通常包括以下几种：操作系统：负责计算机的硬件和软件资源的分配和调试，实现信息的存储与管理、控制计算机的工作流程，为用户提供良好的接口的大型程序系统。计算机软件系统（续）2023/6/712分类方法操作系统类型按系统功能划分批处理操作系统单道批处理多道批处理分时操作系统实时操作系统按计算机配置划分单机配置大型机操作系统小型机操作系统微型机操作系统多媒体操作系统多机配置、网络操作系统、分布式操作系统按用户划分单用户操作系统多用户操作系统按任务数量划分单任务操作系统多任务操作系统操作系统类型2023/6/713计算机语言的发展过程：计算机语言机器语言：以二进制代码0

和1

形式来表示的，能够被计算机直接识别和执行的语言。低级语言、执行数度快，但编写和维护较难；汇编语言：面向机器的语言，也是低级语言，比机器语言编写程序稍微简单，但十分繁琐；高级语言：自然语言，基本上与机器无关。编写和维护较容易，但执行速度较慢；第四代语言：SQL，PowerBuilder面向对象的程序设计语言：C++，Java标记语言：HTML机器语言汇编语言高级语言2023/6/714常用DBMS：SQLServer，Oracle，Sybase，DB2，Informix数据库管理系统DBMS2023/6/715常用服务程序如诊断程序：QAPLUS、WINBENCH、WINTEST等。实用程序2023/6/716办公软件：如Office系列软件辅助设计软件：如AutoCAD等用户编制软件：如ACDSee等工具软件：如杀毒软件、压缩软件等应用软件2023/6/717计算机软件系统的构成计算机软件系统软件应用软件语言处理系统操作系统数据库管理系系统实用程序汇编程序解释程序编译程序界面工具程序编辑程序连接装配程序诊断排错程序其它程序库软件包套装软件用户开发的软件系统2023/6/7183.2计算机网络技术基础本节目标：了解计算机网络的相关概念和技术。3.2.1计算机网络概念、组成和分类3.2.2数据通信系统3.2.3计算机网络拓扑结构3.2.4网络体系结构3.2.5网络连接设备3.2.6Internet和Intranet3.2.7网络环境下信息系统的体系结构本节主要内容：2023/6/7193.2.1计算机网络的概念计算机网络产生与发展趋势Internet概述计算机网络的分类计算机网络的性能计算机网络体系结构2023/6/720网络技术研究与发展趋势计算机网络技术研究的主线计算机网络的形成与研究热点2023/6/721ARPANETInternet主线1WAN|LAN|MANProtocolPRNETAdhocWSN主线2NetworkSecurity主线3计算机网络发展的主线无线分组网PRNET(PacketRadioNetwork)

无线自组网Adhoc

无线传感器网络WSN(WirelessSensorNetwork)2023/6/722计算机网络的发展与研究热点计算机网络的形成与发展当前计算机网络研究的热点2023/6/723产生新技术的必备条件强烈的社会需求充足的技术储备2023/6/724计算机网络发展阶段的划分第一阶段:20世纪50年代，联机系统、计算机与数据通信技术结合的研究与发展；第二阶段:20世纪60年代，分组交换网、ARPAnet与分组交换技术的研究与发展；第三阶段:20世纪70年代，局域网及网络体系结构与协议标准化、网络体系结构与协议标准化的研究、广域网、局域网与分组交换技术的研究与应用；第四阶段:20世纪90年代，Internet和信息高速公路、

Internet技术的广泛应用、网络计算技术的研究与发展、宽带城域网与接入网技术的研究与发展、网络与信息安全技术的研究与发展2023/6/725直连结构的单机终端联机系统将通信装置与远程终端相连，通信装置先以脱机方式接收远程终端的数据和程序，在操作员的干预下送入计算机进行处理，然后将处理结果送回远程终端。由于脱机系统的输入输出需要人工干预，所以效率很低。在计算机上增加通信功能，构成了具有联机通信功能的批处理系统。联机系统的发展与应用联机系统的发展

解决数字/模拟、模拟/数字及串行/并行转换问题2023/6/726多终端共享通信线路的单机多点线路结构

各终端和主机的通信可以分时地使用同一高速通信线路。相对于每台终端与主机间都设立专用通信线路配置模式的直连结构而言，多点线路结构无疑极大地提高了信道的利用率。

解决信道复用问题2023/6/727具有通信功能的多计算机系统为减轻主机的负担，提高系统可靠性，在主计算机和通信线路之间设置通信控制处理机CCP(CommunicationControlProcessor)或前端处理机FEP(FrontEndProcessor)。在终端聚集处设置集中器C(Concentrator)或终端控制器TC(TerminalController)，用低速线路将各终端汇集到集中器或终端控制器，然后通过高速线路与通信控制处理机或前端处理机相连，通常前端处理机或通信控制处理机和集中器终端控制器分别由一台小型机担任，形成具有通信功能的多计算机系统。

资源共享与数据通信功能分离2023/6/728联机系统的应用1951年，美国MIT林肯实验室开始为美国军方设计并建立半自动地面环境SAGE(Semi-AutomaticGroundEnvironment)；20世纪50年代初期，美国航空公司(AmericanAirlines

)与IBM联合研制使用飞机订票系统SABRE

(Semi-AutomaticBusinessResearchEnvironment)；世界上最大的商用数据处理网络是美国通用电气公司

(GE)的信息服务系统(InformationService)。2023/6/729联机系统（续）2023/6/730分组交换网的产生背景计算机网络是20世纪60年代美苏冷战时期的产物；60年代初，美国国防部领导的远景研究规划局ARPA(AdvancedResearchProjectAgency)提出要研制一种生存性(survivability)很强的网络；传统的线路交换(circuitswitching)的电信网有一个缺点：正在通信的电路中有一个交换机或有一条链路被炸毁，则整个通信电路就要中断；如要改用其他迂回电路，必须重新拨号建立连接。这将要延误一些时间。

2023/6/731IP网络当部分结点或链路被摧毁时分组交换仍可保持网络畅通路由器2023/6/732分组交换网络的基本特点网络用于计算机之间的数据传送，而不是为了打电话；网络能够连接不同类型的计算机，不局限于单一类型的计算机；所有的网络结点都同等重要，因而大大提高网络的生存性；计算机在进行通信时，必须有冗余的路由；网络的结构应当尽可能地简单，同时还能够非常可靠地传送数据。2023/6/733分组交换网ARPANET诞生1964年Baran在美国Rand公司所作的《论分布式通信》率先提出了存储转发（StoreandForward）的概念；1966年英国国家物理实验室NPL的Davies首次提出了分组（Packet）的概念；1968年美国防部高级研究计划局ARPA

（AdvancedResearchProjectAgency）提出研制一种崭新的、能适应现代战争的、抗打击能力极强的计算机网络，以对付前苏联核导弹的威胁；2023/6/734分组交换网ARPANET诞生（续）1969年由UCLA

（UniversityofCaliforniaLosAngeles）、UCSB（UniversityofCaliforniaSantaBarbara）、SRI（StanfordResearchInstitute）和Utah

（UniversityofUtah）四个不同类型的接口报文处理机IMP（InterfaceMessageProcessor）组成的分组交换式网络ARPANET

投入了试验运行。ARPANET的诞生是计算机网络发展史上的一个重要里程碑。2023/6/735ARPANET的成功使

计算机网络的概念发生根本变化早期的面向终端的计算机网络是以单个主机为中心的星形网；各终端通过通信线路共享昂贵的中心主机的硬件和软件资源。

分组交换网则是以网络为中心，主机都处在网络的外围。用户通过分组交换网可共享连接在网络上的许多硬件和各种丰富的软件资源。

2023/6/736从主机为中心到以网络为中心主机终端以主机为中心以分组交换网为中心主机分组交换网2023/6/737计算机网络最重要的功能数据通信（连通性）：计算机网络使上网用户之间都可以交换信息，好像这些用户的计算机都可以彼此直接连通一样；资源共享（共享性）：可以是信息共享、软件共享，也可以是硬件共享。

2023/6/738ARPANET的主要贡献完成了对计算机网络的定义、分类与子课题研究内容的描述；提出了资源子网和通信子网的两级结构的概念；采用了报文分组交换的数据交换方法；采用了层次结构的网络体系结构模型和协议体系；促进了TCP/IP协议的发展；为Internet的形成与发展奠定了基础。2023/6/739资源子网和通信子网2023/6/740局域网1972年美国加利福尼亚大学研制了Newhall环网；1974年英国剑桥大学研制了CambridgeRing环网；1976年美国Xerox公司PaloAlto研究中心(PARC)的RobertMetcalfe研究了以太(Ethernet)总线拓扑的实验网。2023/6/741体系结构标准化:第二代计算机网络基本是由研究机构、大学、应用部门或计算机厂商各自研制的，没有统一的网络技术标准。1974年IBM公司推出了系统网络体系结构SNA(SystemNetworkArchitecture)；DEC公司公布了数字网络体系结构DNA(DigitalNetworkArchitecture)；UNIVAC公司提供了分布式计算机体系结构DCA(DistributeComputerArchitecture)。网络体系结构标准化2023/6/742Internet与信息高速公路1983年TCP/IP协议成为ARPANET上的标准协议，标志着Internet正式诞生；后来ARPANET一分为二，其中用于民用科研的网络依然称作ARPANET，而用于军用目的的网络则称为MILNET；1986年美国国家科学基金会NSF建立了覆盖了全美主要的大学和科研机构的国家科学基金网NSFNET，包括主干网、地区网和校园网三级网络结构，NSFNET很快接管了ARPANET；1990年ARPANET正式关闭，使用TCP/IP协议连接各网络总和的Internet被正式采用了。Internet的诞生2023/6/743万维网WWW的问世Internet的迅猛发展始于20世纪90年代。由欧洲原子核研究组织CERN开发的万维网WWW(WorldWideWeb)被广泛使用在Internet上，大大方便了广大非网络专业人员对网络的使用，成为Internet的这种指数级增长的主要驱动力；1992年美国政府不再管辖Internet，因此专门成立了Internet协会ISOC(InternetSociety)对Internet进行全面管理并在全世界范围内促进其发展和应用；2023/6/744万维网WWW的问世（续）1993年，美国伊利诺伊(Illinois)大学国家超级计算中心成功开发了网络浏览工具Mosaic，进而发展成Netscape。从此人们可自由地在Internet上浏览和下载WWW服务器上存储和发布的各种信息。许多商业机构、机关团体、政府部门甚至个人开始大量进入Internet，网络的虚拟空间(cyberspace)很快形成了。说明:WWW是Internet发展中重要的里程碑。2023/6/745信息高速公路1993年9月，美国政府公布了国家信息基础设施NII(NationalinformationInfrastructure)建设计划，NII被形象地形容为信息高速公路。随后世界主要和新兴工业国针对各国具体实际纷纷效仿，制订自己的国家信息基础设施建设计划；1995年全球信息基础设施委员会GIIC(GlobalInformationInfrastructureCommittee)成立，标志着全球信息化时代的到来。2023/6/746摩尔定律:CPU性能18个月翻番，10年100倍。所有电子系统（包括电子通信系统，计算机）都适用光纤定律：超摩尔定律，骨干网带宽9个月翻番，10年10000倍。带宽需求呈超高速增长的趋势迈特卡尔夫定律:联网定律，网络价值随用户数平方成正比。未联网设备增加N倍，效率增加N倍。联网设备增加N倍，效率增加N2倍网络时代的三大基本定律2023/6/747当前计算机网络研究的热点P2P技术及其发展前景P2P(peer-to-peer):对等网络技术，在P2P结构中，每一个节点（peer）大都同时具有信息消费者、信息提供者和信息通讯等三方面的功能。在P2P网络中每一个节点所拥有的权利和义务都是对等的；发展前景:《财富》杂志评价，P2P技术将是改变Internet未来的四大技术之一，也是无线宽带网的未来技术。2023/6/748无线网络技术研究与发展2023/6/749无线传感器网络WSN研究的学术价值美国《MIT技术评论》(2001年)在预测未来技术发展的报告中，将无线传感器网络列为21世纪改变世界的10大技术之首；《商业周刊》预测无线传感器网络将与其他三项技术一起，在不远的将来要掀起新的产业高潮；我国的一份关于未来20年可预见的技术报告中，关于信息技术的157项技术中有7项与无线传感器网络相关；2006年我国公布的《国家中长期科学与技术发展规划纲要》中确定的信息技术的三个前沿方向中，其中有两项与无线传感器网络直接相关。2023/6/750移动IP的产生与发展自1991年以来，展开了在因特网上支持主机漫游的研究工作，提出了一些支持主机漫游的协议。IETF也成立了移动IP工作组，专门从事移动IP协议的标准化研究；1996年10月公布RFC

2002文档，提出了移动IP协议标准；2004年6月发布了RFC

3775文档“Mobility

SupportinIPv6”。2023/6/751Internet

的概念起源于美国的Internet现已发展成为世界上最大的国际性计算机互联网；网络(network)由若干结点(node)和连接这些结点的链路(link)组成；互联网是“网络的网络”(networkofnetworks)；连接在Internet上的计算机都称为主机(host)。2023/6/752网络与互联网网络把许多计算机连接在一起；互联网（internet）则把许多网络连接在一起。

2023/6/753(a)(b)简单网络互联网（网络的网络）结点链路网络与互联网（续）2023/6/754主机internet网络与互联网（续）2023/6/755internet和Internet的区别以小写字母i开始的internet（互联网或互连网）是一个通用名词，它泛指由多个计算机网络互连而成的网络；以大写字母I开始的Internet则是一个专用名词，它指当前全球最大的、开放的、由众多网络相互连接而成的特定计算机网络（因特网），它采用TCP/IP协议族作为通信的规则，且其前身是美国的ARPANET。2023/6/756BackboneISPISPResidentialAccessModemDSLCablemodemSatelliteLANEnterprise|ISPaccess，BackbonetransmissionT1/T3DS-1DS-3OC-3，OC-12ATMvs.SONETvs.WDMCampusnetworkEthernetATMInternet物理结构2023/6/757用户InternetISP1ISP2Internet服务提供者用户通过ISP接入Internet根据提供服务的覆盖面积大小以及所拥有的IP

地址数目的不同，ISP也分成为不同的层次。

2023/6/758一级ISP一级ISP第一层ISP大公司本地ISP大公司大公司公司本地ISP本地ISP校园网校园网校园网校园网第二层ISP第二层ISPNAPNAPAB主机A→本地ISP→第二层ISP→NAP→第一层ISP→NAP→第二层ISP→本地ISP→主机B第一层ISP第二层ISP本地ISP本地ISP本地ISP本地ISP第一层ISP第一层第二层第三层本地ISP第二层ISP本地ISP本地ISP本地ISP本地ISP第二层ISP本地ISP本地ISP第二层ISP基于ISP多层结构的Internet的概念示意图2023/6/759Internet的发展情况概况年份指标网络数主机数用户数管理机构数1980101021021001990103105106101200010510710810220051061081091032023/6/760Internet规模的发展2023/6/761Internet应用的发展2023/6/762有远见的政府不断支持：1969－有风险的企业参与和投入：NFS：MCI、IBMvBNS：MCIAbilene:Qwest，CISCO联合协作的开放式研究：IETF/RFC教育和科研的示范网络为起点具有实验物理学的研究特点ARPAnet、NSF、ANS、vBNS简单实用的技术路线：TCP/IPInternet的成功经验2023/6/763Internet的意义Internet是自印刷术以来人类通信方面最大的变革；现在人们的生活、工作、学习和交往都已离不开Internet。2023/6/764NGI

(NextGenration

IntenetInitiative)

:1996年美国一些研究机构与34所大学提出今后5年利用5亿美元联邦资金实施NGI；NGI的技术体系结构下一代Internet计划NGI2023/6/765美国总统和副总统宣布启动NGI（1996.10.10）保证美国的重要利益保持技术领先，创造更多的就业和市场机会NGI的三个主要目标：先进网络技术的实验研究下一代网络测试床革命性的应用政府协调：计算机、信息和通信协调办公室

CCIC可访问的Web站点:；NGI

的进展与目标：NGI

概念文章（1997年7月）NGI

实现计划（1998年2月）NGI：美国下一代Internet研究计划2023/6/766UCAID（120多个大学会员）的一项研究计划

UniversityCorporationforAdvancedInternetDevelopment形成大学试验网，开发下一代Internet技术和应用IPv6，Multicasting，QOS以竞争方式得到NGI计划的经费支持NGI是政府计划，Internet2是大学合作计划相互补充，相互依靠Internet2和NGI的合作范围NSF支持的vBNSInternet2将建立用于地区连接的gigaPoPInternet2的许多网络应用开发由NGI支持Internet22023/6/767Internet的标准化工作Internet协会ISOCInternet研究指导小组IRSG

Internet研究部IRTFInternet工程部IETFInternet工程指导小组IESG…RGWG……RG…领域领域Internet体系结构研究委员会IAB

WGWGWG2023/6/768所有Internet标准都以RFC文档在Internet上发表RFC文档:请求评价(requestforcomments)文档是用于Internet开发团体最初的技术文档系列；1969年ARPANET出现时请求评价RFC文档就开始存在；任何人都可以提交RFC文档，但它并不是一定会成为标准，事实上很多RFC

文档并未实现；RFC文档草案对于从事Internet技术研究与开发的技术人员是获得技术发展状况与动态的重要信息来源；读者可以很方便地从相关主机使用FTP、Web和其它的检索方式获取这些文档。2023/6/769制订Internet的

正式标准的四个阶段Internet草案(InternetDraft)——在这个阶段还不是

RFC文档；建议标准(ProposedStandard)——从这个阶段开始就成为RFC文档；草案标准(DraftStandard)；Internet标准(InternetStandard)。2023/6/770各种RFC之间的关系Internet草案建议标准草案标准Internet标准历史的RFC实验的RFC提供信息的RFC6种RFC2023/6/771读RFC文档时需要注意一是需要确定它是最新的文档，二是需要注意RFC文档的类别；所有的RFC文档都要经历评论和反馈过程，并且在这一段时间内它们会被划分为不同的类别；RFC文档一旦被提交，IETF和IAB组织将审查RFC文档，通过后可以成为一项标准；RFC文档按照它发展与成熟的过程可以分为标准、草案标准、提案标准、实验性的、信息性或历史性的；RFC文档又可以分为被要求、被推荐、被选择、受限制使用或不被推荐。2023/6/772Internet的组成从Internet的工作方式上看，可以划分为以下的两大块：边缘部分

由所有连接在Internet上的主机组成。这部分是用户直接使用的，用来进行通信（传送数据、音频或视频）和资源共享；核心部分

由大量网络和连接这些网络的路由器组成。这部分是为边缘部分提供服务的（提供连通性和交换）。2023/6/773Internet的边缘部分处在Internet边缘的部分就是连接在Internet上的所有的主机。这些主机又称为端系统(endsystem)；“计算机之间通信”，即“主机A的某个进程和主机B上的另一个进程进行通信”。2023/6/774两种通信方式在网络边缘的端系统中运行的程序之间的通信方式通常可划分为两大类：客户服务器方式（C/S方式）即Client/Server方式；对等方式（P2P方式）即Peer-to-Peer方式。2023/6/775

客户服务器方式客户(client)和服务器(server)都是指通信中所涉及的两个应用进程；客户服务器方式所描述的是进程之间服务和被服务的关系；客户是服务的请求方，服务器是服务的提供方。2023/6/776运行客户程序网络边缘网络核心运行服务器程序AB①请求服务②得到服务客户服务器客户A向服务器B发出请求服务，而服务器B向客户A提供服务。2023/6/777客户软件的特点被用户调用后运行，在打算通信时主动向远地服务器发起通信（请求服务）。因此，客户程序必须知道服务器程序的地址；不需要特殊的硬件和很复杂的操作系统。

2023/6/778服务器软件的特点一种专门用来提供某种服务的程序，可同时处理多个远地或本地客户的请求；系统启动后即自动调用并一直不断地运行着，被动地等待并接受来自各地的客户的通信请求。因此，服务器程序不需要知道客户程序的地址；一般需要强大的硬件和高级的操作系统支持。2023/6/779对等连接方式对等连接(peer-to-peer，简写为P2P)是指两个主机在通信时并不区分哪一个是服务请求方还是服务提供方；只要两个主机都运行了对等连接软件（P2P软件），它们就可以进行平等的、对等连接通信；双方都可以下载对方已经存储在硬盘中的共享文档。2023/6/780对等连接方式的特点对等连接方式从本质上看仍然是使用客户服务器方式，只是对等连接中的每一个主机既是客户又同时是服务器；例如主机

C请求D的服务时，C是客户，D是服务器。但如果C又同时向F提供服务，那么C又同时起着服务器的作用。2023/6/781网络边缘网络核心运行P2P程序运行P2P程序DCEF运行P2P程序运行P2P程序2023/6/782Internet的核心部分网络核心部分是Internet中最复杂的部分；网络中的核心部分要向网络边缘中的大量主机提供连通性，使边缘部分中的任何一个主机都能够向其他主机通信（即传送或接收各种形式的数据）；在网络核心部分起特殊作用的是路由器(router)；路由器是实现分组交换(packetswitching)的关键构件，其任务是转发收到的分组，这是网络核心部分最重要的功能；2023/6/783Internet的核心部分(续)Internet的核心部分是由许多网络和把它们互连起来的路由器组成，而主机处在Internet的边缘部分；在Internet核心部分的路由器之间一般都用高速链路相连接，而在网络边缘的主机接入到核心部分则通常以相对较低速率的链路相连接；主机的用途是为用户进行信息处理的，并且可以和其他主机通过网络交换信息。路由器的用途则是用来转发分组的，即进行分组交换的。

2023/6/784H1H5H2H4H3H6路由器网络网络核心部分主机2023/6/785H1H5H2H4H3H6发送的分组路由器AEDBC网络核心部分主机2023/6/7863.2.5

数据交换的基本概念数据交换分类线路交换存储转发交换高速交换2023/6/787数据交换的分类分组交换报文交换帧长不变:信元中继如异步传输模式ATM帧长可变:帧中继FrameRelay线路交换存储转发交换虚电路数据报高速交换技术数据交换2023/6/788线路交换(circuitexchanging)线路交换特点回顾两部电话机只需要用一对电线就能够互相连接起来；

2023/6/789更多的电话机互相连通5部电话机两两相连，需10对电线；

n(n-1)N部电话机两两相连，需Cn2=对电线；2

当电话机的数量很大时，这种连接方法需要的电线对的数量与电话机数的平方成正比。2023/6/790使用交换机当电话机的数量增多时，就要使用交换机来完成全网的交换任务。…

交换机2023/6/791“交换”的含义“交换”(switching)的含义就是转接——把一条电话线转接到另一条电话线，使它们连通起来；从通信资源的分配角度来看，“交换”就是按照某种方式动态地分配传输线路的资源。

2023/6/792线路交换的特点线路交换必定是面向连接的；线路交换的三个阶段：建立连接通信释放连接2023/6/793线路交换举例A和B通话经过四个交换机；通话在A到B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BDCA2023/6/794线路交换举例（续）C和D通话只经过一个本地交换机；通话在C到D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BDCA2023/6/795线路交换传送计算机数据效率低计算机数据具有突发性；线路交换导致通信线路的利用率很低。2023/6/796存储转发交换基本概念(store-and-forwardexchanging)

存储转发交换方式与线路交换方式的主要区别:发送的数据与目的地址、源地址、控制信息按照一定格式组成一个数据单元(报文或报文分组)进入通信子网；通信子网中的结点是通信控制处理机(CCP)或报文处理机(IMP)，它负责完成数据单元的接收、差错校验、存储、路选和转发功能。2023/6/797存储转发方式的优点线路利用率高:由于通信子网中的通信控制处理机可以存储分组，多个分组可以共享通信信道；路由选择:通信子网中通信控制处理机具有路选功能，可以动态选择报文分组通过通信子网的最佳路径；系统效率高:可以平滑通信量；系统可靠性高:分组在通过通信子网中的每个通信控制处理机时，均要进行差错检查与纠错处理，因此可以减少传输错误；速率与数据代码格式变换:通过通信控制处理机可以对不同通信速率与数据代码格式的线路进行转换。

2023/6/798存储转发原理并非完全新的概念在20世纪40年代，电报通信也采用了基于存储转发原理的报文交换(messageswitching)；报文交换的时延较长，从几分钟到几小时不等。现在报文交换已经很少有人使用了。

2023/6/799存储转发交换分类数据通过通信子网传输时可以有报文(message)与分组(packet)两种方式；报文传输:不管发送数据的长度是多少，都把它当作一个逻辑单元发送；分组传输:限制一次传输数据的最大长度，如果传输数据超过规定的最大长度，发送结点就将它分成多个报文分组发送。数据报虚电路2023/6/7100报文和分组结构由于分组长度较短，在传输出错时，检错容易并且重发花费的时间较少；限定分组最大数据长度，有利于提高存储转发结点的存储空间利用率与传输效率；公用数据网采用的是分组交换技术。2023/6/7101原理无连接：报文交换不像线路交换那样需要建立专用通道；如果一个站想要发送信息，首先要将信息组成一个称为报文(Message)的数据包，把目的站(信宿)的地址和本站(信源)的地址附加在报文上，然后把报文发送到网络上；网络上的每个中间节点，接收整个报文，然后按目的站地址，寻找合适的通道转发到下一个节点；每个节点在寻找下一个通路时，如果线路忙，则暂存这个报文，等到线路空闲时再发送到；报文经过这样多次存储转发，直至信宿。报文交换(MessageSwitching)2023/6/7102报文交换过程中不需要专用通道，来自多个用户的报文可以多路复用一条线路，大大提高了线路的利用率；报文是以存储转发方式通过交换机的，可以很容易地实现各种类型终端之间的数据通信；因报文长短不一，通过节点交换时产生的时延值变化大，不利于实时通信；有些报文可能很长，则要求交换机有高速处理能力和大存储容量，交换设备成本提高。报文交换的特点2023/6/7103报文分组交换原理在发送端，先把较长的报文划分成较短的、固定长度的数据段；

1101000110101010110101011100010011010010假定这个报文较长不便于传输2023/6/7104数据数据数据报文添加首部构成分组每一个数据段前面添加上首部构成分组；首部首部首部分组1分组2分组3请注意:现在左边是“前面”2023/6/7105分组交换的传输单元分组交换网以“分组”作为数据传输单元；依次把各分组发送到接收端（假定接收端在左边）；数据首部分组1数据首部分组2数据首部分组32023/6/7106分组首部的重要性每一个分组的首部都含有地址等控制信息；分组交换网中的结点交换机根据收到的分组的首部中的地址信息，把分组转发到下一个结点交换机；用这样的存储转发方式，最后分组就能到达最终目的地。2023/6/7107收到分组后剥去首部接收端收到分组后剥去首部还原成报文；数据首部分组1数据首部分组2数据首部分组3收到的数据2023/6/7108数据数据数据最后还原成原来的报文最后，在接收端把收到的数据恢复成为原来的报文；报文1101000110101010110101011100010011010010这里我们假定分组在传输过程中没有出现差错，在转发时也没有被丢弃。2023/6/7109分组交换网的示意图H1A互联网BDECH5H6H4H2H3H1向H5

发送分组H2向H6

发送分组注意分组路径的变化！路由器主机2023/6/7110注意分组的存储转发过程H1A互联网BDECH5H6H4H2H3H1向H5

发送分组路由器主机在路由器E暂存查找转发表找到转发的端口最后到达目的主机H5在路由器C暂存查找转发表找到转发的端口在路由器A暂存查找转发表找到转发的端口2023/6/7111路由器概述在路由器中的输入和输出接口之间没有直接连线；路由器处理分组的过程是：把收到的分组先放入缓存（暂时存储）；查找转发表，找出到某个目的地址应从哪个接口转发；把分组送到适当的接口转发出去。

2023/6/7112主机和路由器的作用不同主机是为用户进行信息处理的，并向网络发送分组，从网络接收分组；路由器对分组进行存储转发，最后把分组交付目的主机。2023/6/7113分组交换的优点高效:动态分配传输带宽，对通信链路是逐段占用；灵活:以分组为传送单位和查找路由；迅速:不必先建立连接就能向其他主机发送分组；可靠:保证可靠性的网络协议；分布式的路由选择协议使网络有很好的生存性。

2023/6/7114分组交换带来的问题分组在各结点存储转发时需要排队，这就会造成一定的时延；分组必须携带的首部（里面有必不可少的控制信息）也造成了一定的开销。

2023/6/7115数据报(Datagram)方式原理数据报是分组存储转发中分组交换的一种形式；在数据报方式中，分组传送之间不需要预先在源主机与目的主机之间建立“线路连接”；源主机所发送的每一个分组都可以独立地选择一条传输路径；每个分组在通信子网中可能是通过不同的传输路径到达目的主机。2023/6/7116数据报方式的工作原理示意图2023/6/7117数据报方式的特点同一报文的不同分组可通过不同的传输路径通过通信子网；同一报文的不同分组到达结点时可能出现乱序、重复或丢失现象；每个分组在传输过程中都必须带有目的地址和源地址；数据报传输延迟较大，适用于突发性通信，不适于长报文和会话式通信。2023/6/7118虚电路(VirtualCircuit)方式原理虚电路方式试图将数据报方式与线路交换方式结合起来，处分发挥两种方法的优点，以达到最佳的数据交换效果;面向连接：数据报方式在分组发送之前，发送方与接收方之间不需要预先建立连接。虚电路方式在分组发送之前，需要在发送方和接收方建立一条逻辑连接的虚电路;虚电路方式与线路交换方式相同，整个通信过程分为以下三个阶段:虚电路建立、数据传输与虚电路释放阶段。2023/6/7119虚电路方式原理示意图2023/6/7120虚电路的特点在每次分组发送之前，必须在发送方与接收方之间建立一条逻辑连接。这是因为不需要真正去建立一条物理链路，连接发送方与接收方的物理链路已经存在；一次通信的所有分组都通过这条虚电路顺序传送，因此报文分组不必带目的地址、源地址等辅助信息。分组到达目的结点时不会出现丢失、重复与乱序的现象；分组通过虚电路上的每个结点时，结点只需要做差错检测，而不需要做路径选择；通信子网中每个结点可以和任何结点建立多条虚电路连接。2023/6/7121虚电路方式与线路交换方式的比较虚电路是在传输分组时建立起的逻辑连接，称为“虚电路”是因为这种电路不是专用的。每个结点到其它结点间可能有无数条虚电路存在；一个结点可以同时与多个结点之间具有虚电路；每条虚电路支持特定的两个结点之间的数据传输由于虚电路方式具有分组交换与线路交换两种方式的优点，因此曾经在计算机网络中得到了广泛的应用。2023/6/7122三种交换的比较P1P2P3P4P1P2P3P4P3P4报文报文报文ABCD

ABCDABCD报文交换线路交换分组交换t连接建立数据传送报文P2P1连接释放数据传送的特点比特流直达终点报文报文报文分组分组分组存储转发存储转发存储转发存储转发2023/6/7123思考请比较计算机网络、分布式系统；请比较分布式计算、网格计算、云计算；请比较C/S模式和P2P模式；请从传统电话与IP电话的工作原理比较二者在使用成本和通话质量方面的区别？如何理解虚电路的“虚”？Internet为何没有选择虚电路技术而采用了数据报技术？2023/6/7124高速交换*帧长不变的高速交换:ATM交换方式异步传输模式ATM(asynchronoustransfermodel)帧长可变的高速交换:帧中继FrameRelay2023/6/7125计算机网络在我国的发展中国公用计算机互联网CHINANET中国教育和科研计算机网CERNET中国科学技术网CSTNET中国联通互联网UNINET中国网通公用互联网CNCNET中国国际经济贸易互联网CIETNET中国移动互联网CMNET中国长城互联网CGWNET（建设中）中国卫星集团互联网CSNET（建设中）

2023/6/7126我国网民数量的增长情况

2011年9月已经超过4亿，稳居世界第一2023/6/7127我国互联网普及率的增长情况

2008年6月已经达到19.1%，低于世界平均数21.1%2023/6/7128我国Internet应用的3个第一我国网民数量超过4

亿，居世界第一；我国宽带网民数量达到2.14亿，居世界第一；CN域注册的域名数量达到1218.8万个，超过最多的德国.de，成为世界国家级域名数量的第一。2023/6/7129国家“九五”、“十五”、“十一五”、“十二五”科技攻关项目国家863高技术研究发展计划863计算机主题，863通信主题中国高速信息示范网络

CAINONET（863-300）国家“十五”863高技术研究发展计划中国高速互连网络示范工程CAINET中科院、上海市、广电部、铁道部联合建设中国高速计算机互连试验网络NSFCNET国家自然科学基金会CNGI中国的高速计算机网络研究计划2023/6/7130北大清华GSR12012GSR12008POSOC-48GEDPTRing北航GSR12008北邮GSR12008基金委GSR12008中科院GSR12008CERNETCSTNETAPAN/STAR2023/6/7131…中国高速信息示范网IP/SDH/DWDM地区AOXC节点A1OADM节点A3OADM节点A2CRSDHUASPSTNADSL地区BOXC节点B1SDHOADM节点B3ADMUASERLANOADM节点B2地区COXC节点C1OADM节点C2OADM节点C3OADM节点C4TMERLANERLANLANERCRCR中国高速信息示范网

CAINONet示意图PSTNATM设备ATM设备TMTMATM设备ATM设备ADM2023/6/7132CERNET主干网2023/6/7133按地域范围分类：局域网LAN、城域网MAN、广域网WAN

；按拓扑结构分类：星型网、环形网、总线型网等；按信息传输交换方式分类：电路交换、报文交换、分组交换和混合交换；按网络组建属性分类：公用网和专用网；网络的分类标准不一，分类方式还有很多。计算机网络的分类2023/6/7134不同覆盖范围的网络广域网WAN(WideAreaNetwork)局域网LAN(LocalAreaNetwork)

城域网MAN(MetropolitanAreaNetwork)个人区域网PAN(PersonalAreaNetwork)|无线个人区域网WPAN(Wireless

PersonalAreaNetwork)多处理机系统(CPU距离小于1m)2023/6/7135LocalAreaNetworksTwobroadcastnetworks(a)Bus(b)Ring2023/6/7136MetropolitanAreaNetworksAmetropolitanareanetworkbasedoncableTV.基于有线电视的MAN2023/6/7137WideAreaNetworksLAN上的主机与子网间的关系2023/6/7138WideAreaNetworks(2)Astreamofpacketsfromsendertoreceiver.从发送方到接收方之间的分组流2023/6/7139WirelessNetworksCategoriesofwirelessnetworks:SysteminterconnectionWirelessLANsWirelessWANs2023/6/7140WirelessNetworks(2)(a)Bluetoothconfiguration(b)WirelessLAN2023/6/7141WirelessNetworks(3)(a)Individualmobilecomputers(b)AflyingLAN2023/6/7142广域网、城域网、局域网的关系城域网城域网广域网园区网医院网校园网企业网……2023/6/7143局域网的拓扑结构局域网最基本的拓扑结构有三种：总线型拓扑结构、环型拓扑结构和星型拓扑结构。集线器星形网干线耦合器环形网匹配电阻总线网2023/6/7144不同使用者的网络从网络的使用者进行分类公用网(publicnetwork)专用网(privatenetwork)

2023/6/7145接入网接入网

AN(AccessNetwork)，它又称为本地接入网或居民接入网，用来把用户接入到Internet的网络；由ISP

提供的接入网只是起到让用户能够与Internet连接的“桥梁”作用。建设宽带网络的关键技术是骨干网技术和接入网技术。2023/6/7146计算机网络的性能计算机网络的性能指标计算机网络的非性能指标2023/6/7147计算机网络的性能指标速率信息量:若状态数据为k，则信息量为I=log2k，单位为bit；比特（bit）:计算机中数据量的单位，也是信息论中使用的信息量的单位；Bit

来源于binarydigit，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；2023/6/7148计算机网络的性能指标（续）数据传输速率:每秒传输构成数据代码的二进制比特数(信息量)，S=I/T=(1/T)log2k其中T为脉冲（码元）宽度，单位秒；速率即数据率(datarate)或比特率(bitrate)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(bps)，或kbps，Mbps，Gbps等；速率往往是指额定速率或标称速率。2023/6/7149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或bps)。

2023/6/7150常用的带宽单位更常用的带宽单位是千比每秒，即kb/s（103

bps）兆比每秒，即Mb/s（106

bps）吉比每秒，即Gb/s（109

bps）太比每秒，即Tb/s（1012

bps）请注意：在计算机界，K=210=1024M=220，G=230，T=240。2023/6/7151数字信号流随时间的变化在时间轴上信号的宽度随带宽的增大而变窄。每秒106个比特时间1010111s带宽为1Mb/s

时间每秒4106个比特0.25s带宽为4Mb/s

2023/6/7152信号传输速率定义:码元速率、调制速率或波特率，单位时间内通过信道传输的码元数(信号的个数)B=1/T

其中T为信号码元的宽度，单位为秒；单位:波特或baud说明:数据传输速率与信号传输速率的关系

S=Blog2k或B=S/log2k

2023/6/7153[例]采用四相调制方式，即k=4，且T=833x10-6秒，请分别计算数据传输速率s和信号传输速率B

S=1/T*log2k=1/(833x10-6)*log24=2400(bps)B=1/T=1/(833x10-6)=1200(Baud)信号传输速率（续）2023/6/7154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。

2023/6/7155时延(delay或latency)传输时延（发送时延）:发送数据时，数据块从结点进入到传输媒体所需要的时间；即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；接收时延与发送时延类似。

发送时延=数据块长度(比特)信道带宽(比特/秒)2023/6/7156时延(delay或latency)（续）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)2023/6/7157时延(delay或latency)（续）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；排队时延:结点缓存队列中分组排队所经历的时延；排队时延的长短往往取决于网络中当时的通信量。2023/6/7158时延(delay或latency)（续）数据经历的总时延就是发送时延、传播时延、处理时延和排队时延之和：总时延=发送时延+传播时延+处理时延+排队时延2023/6/7159三种交换的时延

P1P2P3P4P1P2P3P4P3P4报文报文报文ABCD

ABCDABCD报文交换线路交换分组交换t连接建立数据传送报文P2P1连接释放数据传送的特点比特流直达终点报文报文报文分组分组分组存储转发存储转发存储转发存储转发2023/6/7160四种时延所产生的地方1011001…发送器队列在链路上产生传播时延结点B结点A在发送器产生传输时延(即发送时延)在结点A中产生处理时延和排队时延数据从结点A向结点B发送数据链路2023/6/7161思考现在要在光纤上发送一个计算机屏幕图像系列。屏幕大小为480×640象数。每个象数24位，每秒60幅屏幕图像，问：需要多大的带宽？若每个计算机屏幕图像大小为480×640象素。每个象素3字节，在100Mbps的

Eethernet上发送一个未经压缩的计算机屏幕图像，问需要多长时间？2023/6/7162容易产生的错误概念对于高速网络链路，我们提高的仅仅是数据的发送速率而不是比特在链路上的传播速率；提高链路带宽减小了数据的发送时延。

2023/6/7163思考试在下列条件下比较电路交换和分组交换。若要传送的报文共xbit，从源点到终点共经过k段链路，每段链路传播时延为ds，在分组交换时分组长度为pbit，且各结点的排队等待时间忽略不计。问在什么条件下，分组交换的时延比电路交换的时延小？在上题分组交换网中，设报文和分组长度分别是x和p+hbit，其中p为分组数据部分的长度，而h为每个分组所带控制信息的固定长度，与p的大小无关。通信两端共经过k段链路，链路的数据率为bbps，忽略传播时延和各结点的排队等待时间。若希望总的时延最小，问分组的数据部分p应取多大？2023/6/7164时延带宽积（传播）时延链路带宽时延带宽积=传播时延带宽链路的时延带宽积又称为以比特为单位的链路长度。时延带宽积2023/6/7165往返时间RTT往返时间RTT(Round-TripTime):从发送方发送数据开始到发送方收到来自接方的确认共经历的时间；RTT与所发送的分组长度有关；说明:在卫星通信中RTT较长，是个很重要的性能指标。2023/6/7166RTT带宽积的意义当发送方连续发送数据时间，即使能收到对方的确认，但已经将许多比特发到链路上了。B分组ttAACK2023/6/7167利用率信道利用率指出某信道有百分之几的时间是被利用的（有数据通过）。完全空闲的信道的利用率是零；网络利用率则是全网络的信道利用率的加权平均值；信道或网络利用率过高将产生非常大的时延，可见信道利用率并非越高越好。

2023/6/7168时延与网络利用率的关系根据排队论的理论，当某信道的利用率增大时，该信道引起的时延也就迅速增加；若令D0表示网络空闲时的时延，D表示网络当前的时延，则在适当的假定条件下，可以用下面的简单公式表示D和D0之间的关系：U是网络的利用率，数值在0到1之间。D=D01-U2023/6/7169时延

D利用率U10D0时延急剧增大时延与网络利用率的关系（续）2023/6/7170计算机网络的非性能特征费用质量标准化可靠性可扩展性和可升级性易于管理和维护

2023/6/7171思考若网络的利用率达到了90%，试估算现在的网络时延是其最小值的多少倍？收发两端之间的传输距离为1000km，信号在介质上传播速率为2×108km，试计算以下两种情况下发送时延和传播时延：数据长度为107b，数据发送速率为100kbps；数据长度为103b，数据发送速率为1000kbps。从以上计算结果可得出什么结论？2023/6/7172思考（续）若信号在介质上传播速率为2×108km，介质长度l为10cm（NIC）100m（LAN）100km（MAN）5000km（WAN）试计算当数据率为1Mbps和1Gbps在以上介质中正在传播的比特数。长度为100B的应用层数据交给传输层传送，需加上20BrTCP首部，再交网络层传送，需再加上20B的IP首部，最后交数据链路层上传送，加上首部和尾部共18B计算数据传输效率。数据传输效率为发送的应用层数据除以所发送的总数据（即应用层数据加上名层额外开销）。若应用层数据为1000B，则数据传输效率是多少？2023/6/7173计算机网络的体系结构计算机网络体系结构的概念网络与Internet协议标准组织与管理机构OSI参考模型TCP/IP参考模型OSI参考模型与TCP/IP参考模型的比较具有五层协议的体系结构2023/6/7174网络体系结构的研究方法两台计算机要通过计算机网络来进行有效的通信，有许多复杂的问题需要解决；要想从整体上周密地设计出有效的计算机网络是非常困难的；人们在设计计算机网络时采用了一种“分层”的思想，“分层”可将庞大而复杂的问题，转化为若干较小的局部问题，而这些较小的局部问题就比较易于研究和处理。2023/6/7175假设有两位哲学家，其中一个会讲乌尔都语(Urdu)和英语，另一个会讲汉语和法语；由于他们俩人没有共同语言，所以他们每个人都雇佣了一个翻译；每个翻译又进一步联系了一位秘书，两位翻译有一种双方都能理解的中立语言：荷兰语。网络体系结构的研究方法（续）2023/6/7176位置Ａ位置Ｂ消息Ilikerabbits翻译翻译Ik

vind

konijnen

leuk.Ik

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leuk.Fax:xxxIk

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konijnen

leuk.Fax:xxxIk

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leuk.J’aimeleslapins哲学家秘书秘书网络体系结构的研究方法（续）2023/6/7177实际邮政系统信件发送、接收过程发信者书写信件贴邮票送邮箱收信者阅读信件信件分拣盖邮戳信件投递通信者活动邮局服务业务邮局转送业务通信者活动邮局服务业务邮局转送业务运输部门的邮件运输业务收集信件盖邮戳信件分拣信件打包送运输部门路由选择运输分发邮件邮件拆包接收邮包转送邮局每个层次要完成的服务及服务实现的过程都有明确规定；不同地区的系统分成相同的层次；不同系统的同等层次具有相同的功能；高层使用低层提供的服务时，并不需要知道低层服务的具体实现方法。2023/6/7178分层的好处各层之间是独立的；灵活性好；结构上可分割开；易于实现和维护；能促进标准化工作。2023/6/7179层数多少要适当