计算机网络概论1课件

计算机网络与通信

掌握计算机网络基本知识掌握支持计算机网络运行的通信知识掌握局域网有关技术问题熟悉广域网相关知识掌握Internet基础知识熟悉网络互连知识掌握常用网络服务的概念及原理了解网络管理与网络安全知识第1章计算机网络概论

主要内容1.1计算机网络的定义、发展过程和趋势1.2计算机网络的组成、功能1.3

计算机网络的分类与工作模式1.4计算机网络的性能1.5计算机网络的标准1.1计算机网络的定义、发展过程和趋势

主要内容1.1.1计算机网络的定义1.1.2计算机网络发展的历史阶段1.1.3计算机网络的发展动力1.1.4计算机网络的发展趋势返回1.1.1计算机网络的定义

计算机网络是计算机技术和通信技术相结合的产物.

计算机网络是地理上分散的多台自主计算机互连的集合。计算机互连必需遵循约定的通信（网络）协议，由通信设备、通信链路及网络软件实现。计算机网络定义为相互联接、彼此独立的计算机系统的集合。计算机网络是结点和链路的集合。计算机网络可实现信息交互、资源共享、协同工作及在线处理等功能。如图示返回典型的计算机网络示例返回返回结点一般而言，可将网络结点分为端结点、中继结点、交换结点和路由结点4类。

端结点的主要作用是进行数据处理或信号变换。根据所起作用的不同，可将端结点分成2种。（1）数据终端设备（DTE，DataTerminalEquipment）

数据终端设备具有一定的数据处理能力，用于接收或发送数据。典型的数据终端设备有计算机或各种终端设备等。（2）数据通信设备（DCE，DataCommunicationEquipment）

数据通信设备是DTE与通信网之间的接口，负责DTE与通信网之间的物理连接，具有信号变换、编码等功能。典型的数据通信设备有调制解调器、波形变换器等。

返回中继结点：类似于一个接力站，可对获得的信号进行再生、放大处理，然后发送出去。

网络中的信号传输时距离越远衰减越大。中继结点能够使接收者顺利获得有效信号。端结点的通信路径如下图所示：中继器用于连接同类传输介质，不同的传输介质有不同的中继器，典型的中继器有微波中继器、卫星中继器和用于连接多条双绞线的集线器等。返回

交换结点的作用类似于电话网络中的交换机。当有多条链路与交换结点相连时，数据达到交换结点后，将被有选择地发送到特定的链路上，而不是无差别地发往多条链路。

路由结点的作用与交换结点有些类似，也是按照特定逻辑对收到的数据进行转发。与交换结点不同的是，路由结点用于连接不同的网络。

链路链路指网络中结点之间的信息通路。链路的物理实体是传输介质，如双绞线、同轴电缆、光纤、微波信道等。1.1.2计算机网络发展的历史阶段

计算机网络的核心技术：存储转发技术（1965年，美国兰德公司首次提出）三个重要的里程碑：第一个里程碑以报文或分组交换技术为标志，如1969年美国国防部的高级研究计划局开始建设的以TCP/IP为基础的ARPANET；第二个里程碑以1980出现的开放式系统互联参考模型（OSI/RM）为标志；第三个里程碑以Internet的迅速发展与推广为特征。返回

直接连接的网络存储转发交换网络网络间的相互连接从体系结构来观察，其发展可分为三个阶段（三代网络）(四个阶段—包括Internet)以主机为中心的联机终端系统以通信子网为中心的主机互连具有层次化体系结构的标准化网络1.以主机为中心的联机终端网络系统特征——共享主机软硬件资源单台主机：执行计算和通信任务多台终端：执行用户交互连接方式——本地或远程连接HOSTTSTTTTTTT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)缺点主机负荷重——数据处理＋通信线路利用率低集中控制方式，可靠性低改进终端集中器(近/远距)前端处理机（FrontEndProcessor,FEP），通信任务分离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”HOSTHOSTHOSTTTTTTTTTTT通信线路主机－主机网络的演变演变阶段1通信任务从主机中分离，由通信控制处理机（CCP）完成CCP：处理主机之间通信任务的专用计算机CCPCCPHOSTHOSTTTTTTTCCPHOSTTT两层网络概念的出现由CCP组成的传输网络——通信子网，为主机提供信息传输服务建立在通信子网基础上的主机集合——资源子网，提供计算资源CCPCCPHOSTHOSTTTTTTTCCPHOSTTTT通信子网两层网络的概念结构CCCHHH资源子网通信子网在通信子网上可有多个资源子网，共享通信子网的服务HH演变阶段2通信子网规模逐渐扩大私有→社会公用公用数据通信网PSTNX.25优点降低用户系统建设成本提高通信线路利用率兼容性好公用数据通信网HOSTHOSTTTTTTTHOSTTTTT例子因特网的前身——ARPANET美苏冷战时期由美国军方建立的实验性网络最初4个节点→70’s的60多个节点地域跨越美洲、欧洲具有现代网络的许多特征，例如分组交换分层次的网络体系较为完善的通信协议1.1.3计算机网络的发展动力

返回日益增长的社会需求使远程资源的使用成为可能共享程序、数据和信息资源网络用户的通信和合作推动网络发展的物质基础微电子、光电子技术的发展计算机技术和通信技术的发展及融合

返回小型化巨型化1.1.4计算机网络的发展趋势

一个目标两个支持三个融合四个热点返回一个目标建立完善的信息基础设施信息产业是现代社会最重要的产业电子信息文化是人类文化发展第四个里程碑两个支撑技术微电子技术光电子技术微电子技术信息产业发展的基础莫尔定理PC的处理能力新的微电子技术工艺莫尔定律Intel公司创始人莫尔于70年代提出D(T)=D(T0)2(T-T0)/1.5D(T)是时间T>T0时的集成电路密度T以年为单位18个月集成电路器件数翻一番科技进步和市场驱动导致指数增长1965年IC含1个器件1995年IC含100万个2000年IC含1000万个物理极限1000亿个光电子技术光纤传输性能光纤传输技术的发展第一代：0.8微米 280兆比特第二代：1.3微米 560兆比特第三代：1.5微米 第四代：光放大器

10-20千兆比特波分复用技术100Gbps 40种波长同时传送100万个话音和1500个电视信道冲电气远距光纤试验成功160Gbps传输率2006-03-17日本通信设备厂商冲电气公司(Oki)3月15日宣布，他们在一项试验中，在长达635公里的光纤上实现了160Gbps的数据传输率。

冲电气公司表示，这意味着通过东京到大阪的光纤链路，每秒钟可以传输4部电影的数据。

这次试验是冲电气公司联合日本国立信息通信技术研究院进行的，他们使用了日本的光纤试验网“千兆网络2”。从东京到大阪沿途，冲电气公司安装了光放大器，并使用了160Gbps的光收发器。

这些光收发器采用时分复用技术，并使用了4个各自能够产生40Gbps信号的调制器。通过这些手段，实验者获得了160Gbps的数据传输率。

冲电气公司说，这项试验表明类似技术可以被用于跨距500多公里的光纤网络，在大城市间传输海量数据。冲电气公司计划在2010年后将160Gbps的光收发器和相关技术投入商用。

三个融合计算机、通信、信息内容的融合电信、电视、计算机的三网合一融合的基础是数字化三网合一的网络体系结构三个融合100,00010,0001,000100101通信计算信息语言算盘文字印刷电视计算机计算机网电报电话四个热点多媒体宽带网移动通信信息安全多媒体多媒体的两种类型静态数据、文本、静态图象基于时间音频、视频、虚拟现实多媒体应用视频点播交互视频协同工作远程医疗远程教学促进技术和行业融合的驱动力宽带网从传统的电话网到OC48(OpticalCarrier48)的光缆通信高速的传输载体和信息内容信息高速公路载体的技术特征全动态视频信号全交互双向通信宽带通信技术主干网接入网曼卡夫定律以太网发明者Metcalfe于90年代初提出网络价值≈N（N－1）/2N为用户数曼卡夫定律表述：任何通信网络的价值是以网络内用户数的平方来增长N个用户可能的连接数网络频宽的需求按接入网络的PC能力的平方增长每年网络频宽增长需求为3倍Internet利用率和容量需求以指数增长网络频宽需求的增加频宽需求时间文字和数字图表图像颜色声音影像各种应用对频宽的需求媒介的描述未压缩速度范围（Mbps）

压缩速度范围（Mbps）

广播类NTSC视频 120 3-6 播音室NTSC视频 216 10-30 高分辨率广播视频1500 20-30 全动感可视图像

60帧/秒,1000X1000象素

1500-2500 50-200 单色二进制代码静止图像

600X600点/英寸，135PP/分钟

1205-50 全彩色静止图像

400X400象素/英寸,60PP/分钟

500 45 移动通信未来计算机网络的重要组成便携式信息设备电脑的运算能力Internet的联网能力电视的清晰图象电话的方便移动通信用户数激增例：北京大学移动校园网（微波通信，墙，树木）移动通信信息安全

面临的安全威胁以破坏系统为目标的系统犯罪以窃取、篡改信息，传播非法信息为目标的信息犯罪安全的历史回顾通信安全解决数据传输的安全密码技术计算机安全解决计算机信息载体及其运行的安全正确实施主体对客体的访问控制网络安全解决在分布网络环境中对信息载体及其运行提供安全保护完整的信息安全保障体系1.2计算机网络的组成、功能

主要内容1.2.1计算机网络的组成1.2.2计算机网络的功能返回1.2.1计算机网络的组成

分组交换网由通信子网和资源子网两部分构成如图所示返回通信子网和资源子网（逻辑结构）从网络实现上看，网络由网络硬件和网络软件两部分构成硬件：工作站（主机或计算机）服务器（FTP、WWW、电子邮件服务器等）网络互连设备（中继器、网桥、路由器、网关）联网部件（网卡、调制解调器、连接器、收发器）通信媒体（有线媒体、无线媒体）软件：

协议软件（TCP/IPIPX等）通信软件（网络设备之间）网络操作系统管理软件安全软件应用软件（IE

Foxmail

等）1.2.2计算机网络的功能

1.数据通信（1）传输文件（2）使用电子邮件（E-mail）2.资源共享（1）共享硬件资源共享服务器资源、共享打印机、共享通信设备（2）共享软件资源（3）共享数据资源3.提高计算机系统的可靠性和可用性4.易于进行分布处理返回计算机网络的典型应用

1.管理信息系统2.办公自动化系统3.信息检索系统4.电子收款机系统5.分布式控制系统6.计算机集成与制造系统7.电子数据交换和电子商务系统8.信息服务系统返回1.3计算机网络的分类与工作模式

主要内容1.3.1计算机网络的分类1.3.2计算机网络的工作模式

返回1.３.１计算机网络的分类按地域范围

可分为局域网、城域网和广域网三类。按拓扑结构

可分为总线、星状、环状、网状网等。按交换方式可分为电路交换网、分组交换网、帧中继交换网、信元交换网等。按网络协议可分为采用TCP/IP、IPX/SPX、SNA、

AppleTALK等协议的网络。按应用规模可分为Intranet、Extranet、Internet。按介质访问协议可分为以太网（CSMA/CD）、令牌环网(如FDDI)、令牌总线。光纤分布式数据接口FDDI(FiberDistributedDataInterface)

分类缩写分布距离（近似）典型覆盖地域传输速率局域网LAN10米房间4Mbps～2Gbps100米楼宇数千米校园城域网MAN10千米城市50Kbps～100Mbps广域网WAN—城市、国家、洲或全球9.6Kbps～45Mbps因特网Internet局域网、城域网、广域网和因特网返回城域网广域网拓扑网状星型树型总线型环型物理拓扑逻辑拓扑(逻辑总线和逻辑环)网状拓扑星型拓扑树型拓扑总线型拓扑环型拓扑逻辑拓扑：信息在通信介质中传输的机制。逻辑总线逻辑环物理拓扑：网络的几何形状相同的物理拓扑，不同的逻辑拓扑星型网络交换网络电路交换包交换

帧中继信元交换电路交换X.25

X.25虚电路帧中继交换ATM多路复用ATM网络结构

应用规模IntranetExtranetInternetInternet

Internet是全球最大的、开放的、由众多网络互连而成的计算机互连网。因特网（又称为国际互联网）是广域网与广城网、广域网与局域网、局域网与局域网进行互联而形成的网络。因特网不是一种具体的物理网络技术，而是将不同的物理网络技术，按某种协议统一起来的一种高层技术。Internet（TCP/IP）Intranet

Intranet是基于InternetTCP/IP协议、使用环球网WWW工具、采用防止外界侵入的安全措施、为企业内部服务，并有连接Inernet功能的企业内部网络。包括局域网和广域网Extranet

Extranet是使用公共通信设施和Internet协议的企业外联网，是企业内部网（Intranet）向外部的延伸。通过Extranet，供应商、分销商和客户能共享企业Intranet的部分信息，增强企业与其供应商和客户的联系速度和效率。

Extrnet是一个使用Internet/Intranet技术使企业与其客户和其它企业相连来完成其共同目标的合作网络。

1.3.2计算机网络的工作模式

1．基于服务器的网络(专用服务器结构、客户/服务器结构)

特点：所有的工作站的注册登录和资源访问操作，均受服务器控制。如图：

2．对等网络特点：计算机彼此处于同等地位，没有主从之分。如图：返回基于服务器的网络返回专用服务器结构、客户/服务器结构（C/S）服务器上安装网络操作系统，所有其他工作站（客户机）的管理工作都以此服务器为中心。所有的工作站的注册登录和资源访问操作，均受服务器控制。对等网络返回共享服务使用方便简捷，但是资源散布在整个网络上，因此管理这些共享服务是比较麻烦的。1.4计算机网络的性能可靠性、安全性、高效性可靠性：数据包在物理链路传输过程中的位差错数据包的丢失结点和链路层的故障可靠性的度量：发生故障的频度，恢复故障所需时间，对实发性故障的网络健壮性网络的性能1.4.1带宽与延时（基本指标）1.4.2延时带宽乘积1.4.3高速网络的带宽要求1.4.4应用程序对性能的要求1.4.1

－－带宽（吞吐量）带宽是通信信道的宽度，是信道频率上界与下界之间之差，是介质传输能力的度量，在传统的通信工程中通常以赫兹（Hz）为单位计量。在计算机网络中，一般使用每秒位数(b/s或bps)作为带宽的计量单位。主要单位：kb/s，Mb/s，Gb/s单位时间内网络上可以传输数据位的数目称网络带宽,即带宽。（10Mbps,100Mbps,1000Mbps）带宽确定了传输每位数据需要花的时间网络带宽、物理链路带宽、逻辑信道带宽

1.4.1

－－延时报文从网络的一端传输到另一端所需花费的时间称延时网络往返时间RTT延时的组成光速造成的延时传输数据的时间网络内排队的时间处理时间：分组首部和错误校验等处理（微秒）延时＝传播延时＋传输延时＋排队延时＋处理延时传播延时＝距离/光速传输延时＝数据包大小/带宽(发送延时)若考虑发送请求，还应加上RTT以特定带宽传输的数据位可以看作具有某种宽度带宽和延时带宽和延时共同决定了某个给定链路或信道的性能特性带宽和延时的相对重要性依赖于应用程序传输1字节报文（主导：延时）

100msRTT洲际信道

1msRTT室内信道

1Mbps带宽8μs100Mbps带宽0.08μs

读取25MB图像（主导：带宽）

1Mbps带宽需200秒

10Mbps带宽需20秒

1msRTT信道0.001秒

100msRTT信道0.1秒在不同大小的对象和链路速度下,

延时的观察值(响应时间)随往返时间的变化像管道一样的网络1.4.2延时带宽乘积1.4.2

延时带宽乘积某一链路所能容纳的比特数延时带宽乘积=带宽×传播时延例如，某链路的时延带宽乘积为100万比特，这意味着第一个比特到达目的端时，源端已发送了100万比特。链路带宽传播时延体积=时延带宽乘积带宽与延时之间的关系（8.4Mb文件）1.4.3高速网络的带宽要求高速带宽并不能带来延时的迅速下降数据流数据包洲际延时相等1.4.4应用程序对性能的要求

应用程序对带宽和延时的要求是适合的带宽和数据包的小抖动1.5.1有关的国际标准化组织为确保发送方和接收方能彼此协调，若干组织促进了通信标准的开发。1.ANSI：美国国家标准协会（AmericanNationalStandardInstitute）ANSI设计了ASCII代码组，它是一种广泛使用的数据通信标准代码。2.ITU：国际电信联盟（InternationalTelecommunicationUnion）ITU有3个主要部门：无线通信部门（ITU-R），电信标准化部门（ITU-T），开发部门（ITU-D）。1953年－1993年，ITU-T被称为CCITT（国际电报电话咨询委员会）。3.EIA：电子工业协会（ElectronicIndustriesAssociation）

最为人熟悉的EIA标准之一是RS-232C接口，这一通信接口允许数据在设备之间交换。4.IEEE：电气和电子工程师协会（InstituteofElectricalandElectronicsEngineers）