网络化测控-03计算机网络概述-副本

1网络化测控机电工程与自动化学院仪器科学与技术系董志2上次课内容回顾1、C/S

网络化测控模式2、基于C/S模式的网络化测控结构3、B/S

网络化测控模式4、基于B/S模式的网络化测控结构5、C/S与B/S混合网络化测控模式6、混合模式的网络化测控结构3本节课内容：计算机网络概述1、计算机网络的基本概念2、计算机网络的分类3、计算机网络的拓扑结构4、计算机网络的体系结构5、计算机网络的性能指标4本节课内容：计算机网络概述1、计算机网络的基本概念2、计算机网络的分类3、计算机网络的拓扑结构4、计算机网络的体系结构5、计算机网络的性能指标51.1计算机网络的形成61.1

计算机网络的形成1946年世界上第一台电子数字计算机ENIAC诞生时，计算机技术与通信技术并没有直接的联系；20世纪50年代初，由于美国军方的需要，美国半自动地面防空系统（SAGE）的研究开始了计算机技术与通信技术相结合的尝试；随着计算机应用的发展，出现了多台计算机互连的需求，网络用户希望通过网络实现计算机资源共享和通信的目的；典型的研究成果是ARPAnet。71.2

计算机网络的发展（1）远程联机阶段（2）多机互联阶段（3）标准网络阶段（4）高速网络阶段计算机网络从20世纪60年代开始发展至今，经历了4个发展阶段：81.2

计算机网络的发展

（1）远程联机阶段为了共享主机资源和信息采集以及综合处理，用一台计算机与多台用户终端相连，用户通过终端命令以交互方式使用计算机。

终端ModemModemModem公用电话网主机91.2计算机网络的发展

（2）多机互联阶段

计算机网络要完成数据处理与数据通信两大基本功能，因此在逻辑结构上可以将其分成两部分：资源子网和通信子网。资源子网：是计算机网络的外层，它由提供资源的主机和请求资源的终端组成。资源子网的任务是负责全网的信息处理。通信子网：是计算机网络的内层，它的主要任务是将各种计算机互连起来完成数据传输、交换和通信处理。101.2计算机网络的发展

（2）多机互联阶段

CCPCCPCCPCCPCCP通信子网资源子网主机主机主机主机111.2计算机网络的发展

（3）标准化网络阶段1972年后，以太网LAN迅速发展，各个计算机生产商纷纷发展各自的网络系统，制定自己的网络技术标准。1974年,IBM公司公布了它研制的系统网络体系结构。随后DGE公司宣布了自己的数字网络体系结构,1976年UNIVAC宣布了该公司的分布式通信体系结构。ISO于1977年成立了专门的机构来研究该问题，并且在1984年正式颁布了“开放系统互联基本参考模型”的国际标准OSI,这就产生了第三代计算机网络。121.2计算机网络的发展131.2

计算机网络的发展

（4）高速网络阶段

进入20世纪90年代,计算机技术、通信技术以及建立在互联计算机网络技术基础上的计算机网络技术得到了迅猛的发展。特别是1993年美国宣布建立国家信息基础设施（NationalInformationInfrastructure，NII）后，全世界许多国家纷纷制订和建立本国的NII,从而极大的推动了计算机网络技术的发展，使计算机网络进入一个崭新的阶段，这就是计算机网络互联与高速网络阶段。

目前，全球以Internet为核心的高速计算机互联网络已经形成，Internet已经成人类最重要的、最大的知识宝库。网络互联和高速计算机网络就成为第四代计算机网络。141.2计算机网络的发展151.3

计算机网络的定义

把分布在不同地理位置上的具有独立功能的多台计算机、终端及其附属设备在物理上互连，按照网络协议相互通信，以共享硬件、软件和数据资源为目标的系统称作计算机网络。

涵义：（1）必须有两台或两台以上、具有独立功能的计算机系统相互连接起来，以达到共享资源为目的；（2）计算机互相通信交换信息，必须有一条通道。这条通道的连接是物理的，由物理介质来实现（例如铜线、光纤、微波、卫星等）；（3）计算机系统之间的信息交换，必须要遵守某种约定和规则。161.4

计算机网络的基本功能1.数据交换和通信数据交换和通信是指计算机之间、计算机与终端之间或者计算机用户之间能够实现快速、可靠和安全的通信交互。

2.资源共享建立计算机网络的主要目的是实现资源共享。通常将计算机资源共享作为网络的最基本特征。资源共享的主要目的在于充分利用网络中的各种资源，减少用户的投资，提高资源的利用率。这些资源主要是指计算机中的硬件资源、软件资源和数据与信息资源。171.4计算机网络的基本功能

3.分布处理把要处理的任务分散到各个计算机上运行，而不是集中在某台计算机上。这样，不仅可以降低软件设计的复杂性，而且还可以大大提高工作效率和降低成本。

4、负载均衡当网络中某台计算机的任务负荷太重时，通过网络和应用程序的控制和管理，将作业分散到网络中的其它计算机中，由多台计算机共同完成。

18本节课内容：计算机网络概述1、计算机网络的基本概念2、计算机网络的分类3、计算机网络的拓扑结构4、计算机网络的体系结构5、计算机网络的性能指标192.1按范围分类10m

同一房间100m

同一建筑物1km

同一园区10km

同一城市100km

同一国家1,000km

同一洲内10,000km

同一星球上城域网广域网局域网互联网20（1）局域网（LocalAreaNetwork，LAN）

局域网是将小区域内的各种通信设备互联在一起的通信网络。通常在地域上位于园区或者建筑物内部的有限范围内，局域网被广泛应用于连接企业或者机构内部办公室之间的电脑和打印机等办公设备，实现数据交换和设备共享。服务器工作站工作站工作站打印机21（2）城域网（MetropolitanAreanetwork，MAN）

城域网是城市通信的主干网，覆盖的地理范围一般在数十公里，充当不同局域网通信的桥梁，是局域网的延伸,并向外联入广域网。城域网络路由器计算机22（3）广域网（WideAreaNetwork，WAN）

广域网又称远程网，是指在一个很大地理范围（从数百公里到数千公里，甚至上万公里），可以连接若干个城市、地区、甚至跨越国家，遍及全球的一种通信网络。公用交换网MANLANMANLAN232.2

按操作类型分类（1）基于服务器的网络在基于服务器的网络中，为网络用户提供共享资源和服务功能的计算机或设备称为服务器，服务器运行服务器端操作系统；接受服务或访问服务器上共享资源的计算机称为客户机，客户机运行客户端软件。这种既有服务器又有客户机的网络称为基于服务器的网络。242.2按操作类型分类（2）对等网在对等网中，没有专用的服务器，网络中的所有计算机都是平等的，即网络中没有客户机（Client）和服务器（Server）的区别，网络中的每一台计算机既可充当工作站的角色，又可以充当服务器角色，它们分别管理着自己的用户信息，在不同的主机间相互访问时都要做身份认证。252.3

按传输介质分类

（1）有线网（WiredNetwork）

（1）双绞线：其特点是比较经济、安装方便、传输率和抗干扰能力一般，广泛应用于局域网中。

（2）同轴电缆：俗称细缆，现在逐渐淘汰。（3）光纤电缆：特点是光纤传输距离长、传输效率高、抗干扰性强，是高安全性网络的理想选择。

（2）无线网（WirelessNetwork）

（1）无线电话网：是一种很有发展前途的连网方式。

（2）语音广播网：价格低廉、使用方便，但安全性差。

（3）无线电视网：普及率高，但无法在一个频道上和用户进行实时交互。（4）微波通信网：通信保密性和安全性较好。

（5）卫星通信网：能进行远距离通信，但价格昂贵。26本节课内容：计算机网络概述1、计算机网络的基本概念2、计算机网络的分类3、计算机网络的拓扑结构4、计算机网络的体系结构5、计算机网络的性能指标273、计算机网络的拓扑结构

拓扑学是几何学的一个分支。拓扑学首先把实体抽象成与其大小、形状无关的点,将连接实体的线路抽象成线,进而研究点、线、面之间的关系,即拓扑结构(TopologyStructure)。在计算机网络中，抛开网络中的具体设备，把服务器、工作站等网络单元抽象为“点”，把网络中的电缆、双绞线等传输介质抽象为“线”。计算机网络的拓扑结构就是指计算机网络中的“点”和“线”相互连接的几何排列方法和模式。拓扑结构影响着整个网络的设计、功能、可靠性和通信费用等许多方面，是决定局域网性能优劣的重要因素之一。283、计算机网络的拓扑结构293.1总线形结构定义：所有的计算机共享一根传输总线，通过硬件接口连接在这根传输线上。打印机磁盘工作站工作站工作站工作站终接器终接器服务器303.1

总线形结构

技术特点：所有节点都通过网卡连接到一条作为公共传输介质的总线上。一段时间内只允许一个设备以“广播“方式发送数据；同一时刻有两个以上节点通过总线发送数据时，会冲突而传输失败。优点：结构简单，价格低廉、布线容易；缺点：故障的全局性突出，故障诊断困难，不利于网络业务量的增加。313.1总线形结构32定义：指在这种结构中存在一个中心节点，其他节点都通过点到点的线路与中心节点相连，任何两个节点之间的通信都要通过中心节点中转。3.2

星形结构工作站工作站工作站工作站服务器集线器33优点：单点故障不影响全网，结构简单。增删节点及维护管理容易；故障隔离和检测容易。缺点：成本较高，对中心节点设备的依赖性强。3.2星形结构34

定义：环型拓扑结构将所有网络结点通过点到点通信线路连接成闭合环路，数据将沿一个方向逐站传送，每个结点的地位和作用相同，且每个结点都能获得执行控制权。3.3环形结构工作站工作站工作站服务器工作站工作站35优点：（1）简化路径选择问题（两个节点之间只有惟一的通路），控制协议简单。（2）所需的传输介质少于星型拓扑网络。（3）传输时间固定，适用于数据传输实时性要求较高的场合。（4）适合使用光纤作为传输介质。缺点：（1）单点失效影响大。

（2）节点过多时，传输效率低。

3.3

环形结构363.3

环形结构37树型结构是星型结构的扩展，它由根结点和分支结点所构成。3.4

树形结构工作站工作站打印机服务器集线器集线器集线器集线器38优点：易于扩充。树型结构可以延伸出很多分支和子分支，这些新节点和新分支都能容易地加入网内。故障隔离较容易。如果某一分支的节点或线路发生故障，很容易将故障分支与整个系统隔离开来。缺点：各个节点对根节点的依赖性太大。如果根节点发生故障，则全网不能正常工作。3.4树形结构393.4

树形结构40

网状型拓扑结构，这种结构的各结点通过传输线相互连接起来，并且任何一个结点都至少与其他两个结点相连。所有结点之间的连接是任意的,没有规律。3.5

网状结构工作站工作站工作站路由器工作站路由器路由器路由器41

优点：不受瓶颈问题和失效问题的影响，可靠性高。某一线路或节点有故障时，不会影响整个网络的工作。

缺点：结构复杂，需要路由选择和流控制功能，硬件成本较高，网络控制软件、协议也较复杂。

不易管理和维护。3.5

网状结构42

从上面的介绍可知，每一种拓扑结构都有自己的优缺点。一般来说，一个较大的网络都不是单一的网络拓扑结构，而是由多种拓扑结构混合而成，充分发挥各种拓扑结构的特长，这就是所谓的混合型拓扑结构。3.6

混合型结构43本节课内容：计算机网络概述1、计算机网络的基本概念2、计算机网络的分类3、计算机网络的拓扑结构4、计算机网络的体系结构5、计算机网络的性能指标444.1

计算机网络体系结构的概念发信者收信者通信人活动邮局转送业务通信人活动运输部门的邮件运输业务邮局服务业务邮局服务业务邮局转送业务书写信件贴邮票送入邮箱收集信件盖邮戳信件分拣邮件打包邮件运输路邮选择运输阅读信件信件投递信件分拣分发邮件邮件拆包转送邮局接收邮包454.1

计算机网络体系结构的概念

（1）“层次”的概念计算机网络为了实现彼此间的通信，采用的基本方法是针对计算机网络所执行的各种功能，设计出一种网络系统结构层次模型，这个层次模型包括两个方面的内容：①将网络功能分解为许多层次,在每个功能层次中，完成特定的功能。②层次之间逐层过渡，前一层次做好进入下一层次的准备工作。层次之间逐层过渡可以用硬件来完成,也可以采用软件方式实现。

464.1

计算机网络体系结构的概念

（2）“协议”的概念

协议是指两个实体间完成通信或服务所必须遵循的规则和约定。通常分为对等层间对话协议和相邻层间的接口协议。①语法。规定如何进行通信，即对通信双方采用的数据格式、编码等进行定义。②语义。规定用于协调双方动作的信息及其含义，它是发出的命令请求、完成的动作和返回的响应组成的集合,即对发出的请求、执行的动作以及对方的应答做出解释。③时序。规定事件实现顺序的详细说明，即确定通信状态的变化和过程,例如通信双方的应答关系、是采用同步传输还是异步传输等。474.1

计算机网络体系结构的概念

网络体系结构是为了完成计算机间的协同工作，把计算机间互连的功能划分成具有明确定义的层次，规定了同层次进程通信的协议及相邻层之间的接口服务。网络体系结构是网络各层及其协议的集合,所研究的是层次结构及其通信规则的约定。网络层次结构模型与各层协议的集合称为网络体系结构；功能完备的计算机网络需要由一定的网络体系结构进行支撑，即需要制定合理的层次结构与相配套的协议集;体系结构是抽象的，而实现是指能够运行的一些硬件和软件。

484.2

OSI/RM参考模型物理层数据链路层网络层传输层会话层表示层应用层物理层数据链路层网络层传输层会话层表示层应用层通信介质（物理媒体）开放系统A开放系统B应用层协议表示层协议会话层协议传输层协议49

4.2.1物理层

定义了为建立、维护和拆除物理链路所需的机械、电气、功能和规程的特性，其作用是使原始的数据比特流能在物理媒体上传输。具体涉及接插件的规格、“0”、“1”信号的电平表示、收发双方的协调等内容。

（1）作用物理层考虑的是怎样才能在连接各种计算机的传输媒体上传输数据比特流，而不依赖于连接计算机的具体物理设备或具体的传输媒体。4.2

OSI/RM参考模型504.2.1物理层（2）组成

该层是网络通信的数据传输介质，由连接不同节点的电缆与设备共同构成。51

（3）基本内容机械特性：指明接口所用接线器的形状和尺寸、引脚数目和排列方式，定义接插及锁紧方式等。电气特性：指明在接口电缆的线路上出现的电压、电流等范围。功能特性：指明某条线上出现的某一电平的电压信号表示何种意义，通信过程中完成何种功能。规程特性：指明对于不同功能的各种可能事件的出现顺序，是功能事件时序的描述。（4）协议4.2.1物理层52

（1）作用数据链路层在网络实体间提供建立、维持和释放数据链路连接以及提供传输数据链路服务数据单元的功能和过程的手段，传输以“帧”为单位的数据包，在物理连接上建立数据链路连接。它检测和校正物理层出现的错误，并采用差错控制与流量控制方法，使有差错的物理线路变成无差错的数据链路，为网络层提供可靠的数据链路。4.2.2数据链路层（2）协议534.2.3

网络层（1）功能

为数据在节点之间传输创建逻辑链路，通过路由选择算法为分组通过通信子网选择最佳路径，以及实现拥塞控制，网络互联等功能。（2）完成方式无连接的网络服务—数据报服务：数据报服务（Datagram）：主机只要想发送数据就随时可发送，每个分组独立地选择路由。面向连接的网络服务—虚电路服务：虚电路服务（Virtualcircuit）：通信前主机要先建立一条虚电路，之后数据沿固定路由传送，通信后拆除虚电路。54

数据报服务虚电路服务4.2.3

网络层554.2.3

网络层564.2.3

网络层574.2.4传输层

传输层的主要任务是完成同处于资源子网中的源主机和目的主机之间的连接和数据传输，具体功能是：①为高层数据传输建立、维护和拆除传输连接，实现透明的端到端数据传送。②提供端到端的错误恢复和流量控制。③信息分段与合并，将高层传递的大段数据分段形成传输层报文。④考虑复用多条网络连接，提高数据传输的吞吐量。典型代表：TCP和UDP58

4.4.5会话层负责维护两个节点之间的传输链接，以便确保点到点的传输不中断，或在失败时回到之前的检查点，而不是从头开始，管理数据交换等功能。4.2

OSI/RM参考模型

4.4.6表示层用于处理在两个通信系统中交换信息的表示方式，主要包括数据格式变换、数据加密与解密、数据压缩与恢复等功能。

4.4.7应用层为应用软件提供了很多服务，例如，文件服务，数据库服务、电子与其他网络软件服务。59

4.3.1结构模型

4.3

TCP/IP参考模型网络互连层是整个TCP/IP协议栈的核心。它的功能是把分组发往目标网络或主机。应用层面向不同的网络应用引入不同的应用层协议。主机到网络层网络互连层传输层应用层物理层数据链路层网络层传输层会话层应用层表示层这一层次未被定义，所以其具体的实现方法将随着网络类型的不同而不同。传输层的功能是使源端主机和目标端主机上的对等实体可以进行会话。604.3

TCP/IP参考模型应用层(applicationlayer)运输层(transportlayer)网络层(networklayer)数据链路层(datalinklayer)物理层(physicallayer)数据链路层5应用层4运输层3网络层2数据链路层1物理层

4.3.1结构模型

61层名功能协议数据描述应用层确定进程间通信的性质以满足用户需要HTTPSMTPFTP提供应用进程所需的信息交换和远程操作“做什么”传输层负责进程间通信（端到端数据传输）TCPUDP报文段用户数据报“对方在哪儿”网络层负责主机间通信（分组传送，路由选择，流量控制）IP(ARP，路由选择)IP数据报“走哪条路可以到达”数据链路层相邻结点间无差错地传送帧HDLCPPP帧(frame)“每一步该怎么走”物理层在物理媒体上透明传输比特流EIA-232-E标准RS-449标准0或1的比特“怎样利用物理媒体”62

4.3.2数据传输过程

4.3

TCP/IP参考模型5432154321计算机

1AP2AP1计算机

2应用程序数据应用层首部H510100110100101比特流110101110101应用程序数据H5应用程序数据H4H5应用程序数据H3H4H5应用程序数据H4运输层首部H3网络层首部H2链路层首部T2链路层尾部63

4.3.2数据传输过程

4.3

TCP/IP参考模型5432154321计算机

1AP2AP1计算机

210100110100101比特流110101110101计算机2的物理层收到比特流后交给数据链路层H2T2H3H4H5应用程序数据64

4.3.2数据传输过程

4.3

TCP/IP参考模型H3H4H5应用程序数据5432154321计算机

1AP2AP1计算机

2数据链路层剥去帧首部和帧尾部后把帧的数据部分交给网络层H2T2H3H4H5应用程序数据65

4.3.2数据传输过程

4.3

TCP/IP参考模型H4H5应用程序数据H3H4H5应用程序数据5432154321计算机

1AP2AP1计算机

2网络层剥去分组首部后把分组的数据部分交给运输层66

4.3.2数据传输过程

4.3

TCP/IP参考模型H5应用程序数据H4H5应用程序数据5432154321计算机

1AP2AP1计算机

2运输层剥去报文首部后把报文的数据部分交给应用层67

4.3.2数据传输过程

4.3

TCP/IP参考模型应用程序数据H5应用程序数据5432154321计算机

1AP2AP1计算机

2应用层剥去应用层首部后把应用程序数据交给应用进程68

4.3.2数据传输过程

4.3

TCP/IP参考模型5432154321计算机

1AP2AP1计算机

2我收到了

AP1

发来的应用程序数据！69本节课内容：计算机网络概述1、计算机网络的基本概念2、计算机网络的分类3、计算机网络的拓扑结构4、计算机网络的体系结构5、计算机网络的性能指标705.1

速率和带宽速率：是指连接在计算机网络上的主机间在数字信道上传送数据的速率。是计算机网络中最重要的一个性能指标。带宽：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）。在计算机网络中，带宽是指网络的通信线路所能传送数据的能力。速率、带宽的单位：比特每秒(bps），Kb/s,Mb/s,Gb/s对同一条通信线路而言，带宽往往是固定的；速率则是在带宽的范围内变化的。715.1

速率和带宽每秒

106

个比特时间1

01

0

111

s带宽为1Mb/s时间每秒

4

106

个比特0.25s带宽为4Mb/s725.2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。吞吐量是一种更为贴近实际情况的性能指标，一般通过实际测量得到。735.3时延

定义：时延是指数