《计算机网络》课件 第1章-计算机网络概论

计算机网络概论

匕了解：计算机网络不同阶段的特点

巴了解：计算机网络技术发展的主线

巴掌握：计算机网络的定义与分类

巴掌握：计算机网络的组成与结构

匕掌握：计算机网络的拓扑构型

L1计算机网络不同阶段的特点

1.1.1计算机网络发展的四个阶段

S第一阶段：20世纪50年代

(1)数据通信技术研究与技术日趋成熟

(2)分组交换技术概念提出

S第二阶段：20世纪60年代

(1)ARPANET与分组交换技术的研究与发展

(2)TCP/IP协议的成功

(3)DNS、E・mail、FTP、TELNET.BBS

的应用

S第三阶段：20世纪70年代

(1)网络体系结构与协议标准化的研究

(2)广域网、局域网与公用分组交换网的研究

与应用

S第四阶段：20世纪90年代

(1)Internet技术的广泛应用与异步传输模式

(ATM)

(2)宽带城域网与接入网技术的研究与发展

(3)无线局域网与无线城域网技术研究与发展

(4)P2P网络的研究

(5)网络与信息安全技术的研究与发展

1.1.2计算机网络的形成

S单机

1946年世界上第一台电子数字计算机ENIAC诞生时，

共用了18000个电子管，1500个继电器以及其它器件，

体积：90m3,重:30T,占地:170m2,耗电量:140千瓦，

运算速度:每秒5000次加法，或者400次乘法，比机械式

的继电器计算机快1000倍

S分时多用户

50年代-60年代

・主机FJI叵回言

叵砌忸制壁喇级端

-）一、口金-------口—回二卜一口臼

主机口n--------EZk

甩—远程用户通过集中器访问主机、何

远程用户以专线方式访问主机

远程用户以专线方式访问主机远程用户通过集中器访问主机

K计算机网络

60年代末-70年代中期典型的为：ARPANET

9全球网络

90年代,计算机网络发展成为全球的网络---Internet

1.1.3典型计算机网络

ARPANET(AdvancedResearchProjectsAgency)

美国国防部高级研究计划局

K对新型网络的要求：

(1)用于计算机之间的数据传递；

(2)能够连接不同类型的计算机；

(3)所有的结点都同等重要；

(4)必须有冗余的路由；

(5)结构尽可能简单、可靠地传送数据。

。电路交换

传统电话网使用电路交换

两部电话机只需要用一对电线就能够

互相连接起来。

面向连接方式(connection-oriented)

传统电话网使用电路交换

传统电话网使用电路交换

当电话机的数量很大时，

就必须使用电话交换机进行连接。

S电路交换的特点

1.通话前先拨号建立连接。

-可能只要经过一个交换机（如A至uB）

-可能要经过多个交换机（如C到D）

2.通话过程中，通信双方一直占用所建立的连接。

3.通话结束后，挂机释放连接。

出早期的计算机网络采用电路交换

那时计算机很少，非常昂贵。远地终端（没有处理功能），通过通信线路

（可能要经过许多个交换机），使用处于网络中心的计算机的资源。

分组交换(packetswitching)的出现

S电话网是为电话通信设计的。电路交换的电话网很适

合于电话通信。

巴但计算机数据具有很大的突发性。使用电路交换会导

致网络资源严重浪费。

巴计算机逐渐增多，连网的需求日益迫切，计算机网络

需要使用更加有效的连网技术。

S这就导致分组交换的问世。

ARPANET设计思想

KARPANET分为通信子网与资源子网

在发送端把要发送的报文分隔为较短的数据块

每个块增加带有控制信息的首部构成分组（包）

分组交换招依次把各分组发送到接收端

接收端剥去首部，抽出数据部分，还原成报文

报文

1101001110100101001110

少、辛±LD；

友送师/

数据首部数据首部数据首部

分组分组分组

发送

发发发在前

送送送

数据首部数据首部数据首部

接收端、

1101001110100101001110

(a)分组交换网和主机(b)具有两组端口的结点交换机

分组交换的因特网

带有TCP协议的计算机

向用户程序提供可靠交付

SARPANET主要贡南大:

(1)完成了对计算机网络定义、分类；

(2)提出了资源子网、通信子网的网络结构的概念；

(3)研究了报文分组交换的数据交换方法；

(4)采用了层次结构的网络体系结构模型与协议体系;

(5)促进了TCP/IP协议的发展。

£1975年，ARPANET已经连入了100多台主机，并且结

束了网络实验阶段，移交美国国防部国防通信局正式

运行；

S1983年1月，ARPANET向TCP/IP的转换结束；

£80年代中期，ARPANET成为Internet的主干网；

K1990年，ARPANET退役。

1.1.4Internet

S80年代中期人们开始认识到Internet的重要作用；

K第一阶段

⑴1969年ARPANET;

(2)1983年TCP/IP成为ARPANET的标准，因特网诞生;

(3)1990年，ARPANET退役。

第二阶段

S1984年，NSF(美国国家科学基金会)决定组建NSFNET;

SNSFNET(NationalScienceFoundation)采取的是一种层次

型结构，分为主干网、地区网与校园网；

第三阶段

S1993年美国政府资助的NSFNET被商用因特网主干网替

代；

SISP（InternetServiceProvider）因特网服务供应商；

SNAP（NetworkAcessPoint）网络接入点；

S1994年由4个电信公司经营。

网络接入点（JAINAP）网络接入点

（对等点）（对等点）

本地6本地

K1990年，NSFNET主干网的传输速率为44.746Mbps;

K1995年4月1日，NSF和MCI合作创建了NvBS(very

high-speedbackboneservice)传输速率为155Mbps;

KvBNS主干网运行的速率范围是从622Mbps(OC12)

至|4.8Gbps(OC48)o

KWWW(WorldWideWeb)万维网：由欧洲原子核研究

组织CERN开发，方便了非网络专业人员对网络的使

用。1999年站点数超过了950万个，上网用户数则超过

2亿。数据通信量每月增加10%。

NSFNET对Internet发展的影响

K从ARPANET到Internet发展过程

1957年1980年1986年

设立ARPATCP/IP标准化启动NSFnet

1969年1983年1990年1991年

ARPANET与形成以NSFNETInternet进入

启动ARPANET与MILNET分离NSFNET退役

NSFNET互连为主干网络快速发展阶段

1969年1996年

UNIX发布MILNET运行ARPANET退役Internet2

军事目的研究目的商业目的

K90年代是Internet历史上发展的最快的时期；

£Internet应用主要有E-mail、WWW、Telnet.FTP与

Usenet等，随着Internet规模和用户的不断增长，

Internet上的应用领域也进一步得到开拓；

K从用户的角度来看，Internet是一个全球范围的信息资

源网；

。从网络结构角度看，Internet是一个由路由器互联起来

的大型网际网。

1.1.5Internet!

S由于Internet的商业化与业务量增多,导致网络整体性

能降低；

巴1996年10月，一些大学申请建立Internet2,为其成员

组织服务，初始运行速率可达lOGbps;

9Internet2可以用于多媒体虚拟图书馆、远程医疗、远

程教学、视频会议、视频点播、天气预报等领域；

SInternet2在网络层运行的是IPv4,同时也支持IPv6业

务，希望形成下一代Internet的技术与标准。

LL6网络体系结构与协议标准化的研究

K一些大的计算机公司纷纷提出了各种网络体系结构与

网络协议；

S国际标准化组织（ISO）成立专门委员会研究网络体

系结构与网络协议国际标准化问题；

巴ISO正式制订了开放系统互连参考模型，制订了一系

列的协议标准；

巴在1969年ARPANET的实验性阶段，研究人员就开始

了TCP/IP协议雏形的研究；

STCP/IP协议的成功促进了Internet的发展，Internet的

发展又进一步扩大了TCP/IP协议的影响。

1.1.7Internet的应用与网络计算技术发展

巴Internet的广泛应用促进了电子商务、电子政务、远程

教育、远程医疗、分布式计算与视频点播的发展；

S高速局网络技术发展迅速，FastEthernet>Gigabit

Ethernet已开始进入实用阶段，速率为lOGbps的

Ethernet网正在研究之中；

S基于光纤与IP技术的宽带城域网与宽带接入网技术已

经成为研究、应用与产业发展的热点问题之一；

S网络计算技术已经成为重要的网络应用与研究领域。

S计算机网络在我国的发展

1.1980年铁道部着手建立专用计算机广域网；

2.1994年4月20日,我国用64kb/s专线正式连入因特网;

3.我国陆续建造的公用计算机网络：

(1)中国公用计算机互联网CHINANET;

(2)中国教育和科研计算机网CERNET;

(3)中国科学技术网CSTNET;

(4)中国联通互联网UNINET;

(5)中国网通公用互联网CNCNET;

(6)中国国际经济贸易互联网CIETNET;

(7)中国移动互联网CMNET;

(8)中国长城互联网CGWNET;

(9)中国卫星集团互联网CSNET。

1.2计算机网络技术发展的主线

S第一条主线：从ARPANET到Intemet

9第二条主线：从无线分组网到无线自组网、无线传感

器网络

S第三条主线：网络安全技术

1.2.1第一条主线：从ARPANET到Intemet

SARPANET研究奠定Internet发展的基础，联系二者的是

TCP/IP协议

STCP/IP协议的研究与设计的成功，对Internet的快速发展有

重要推动作用

S传统Internet应用基于客户/服务器(client/server),对等网络

(P2P)淡化服务提供者与使用者的界限

匕随着Internet的广泛应用，计算机网络、电信网络与有线电

视网络从结构、技术到服务领域正在快速融合

1.2.2第二条主线：从无线分组网到无线自组网、无线传

感器网络

巴从是否需要基础设施的角度来看，无线网络可以分为

两类：基于基础设施与无基础设施

SIEEE802.11无线局域网(WLAN)与IEEE802.16无线城

域网(WiMax)属于基于基础设施的无线网络

巴无线自组网、无线传感器网络属于无基础设施的无线

网络

1.2.3第三条主线：网络安全技术

巴网络安全是现实社会的安全问题在网络虚拟社会的反

映

K网络安全技术的发展验证“魔高一尺，道高一丈”的

古老哲理

巴网络安全研究是一个涉及技术、管理、道德与法制环

境等多方面的问题

S网络安全问题已经超出技术和传统意义上的计算机犯

罪的范畴

1.2.4宽带网络与全光网络技术的研究与发展

9很多国家的政府与企业投入巨额资金，把宽带网络作

为战略产业来发展；

9宽带网络在基础设施、网络产品、信息服务等多个层

面上提供了巨大的市场机会，为新的网络服务运营商

提供了发展的空间，从而也带动了网络产业的结构调

整；

S宽带网络建设的两个关键是宽带骨干网技术和宽带接

入网技术的发展；

9全光网会给未来通信网的宽带、容量带来更大地发展

空间。

1.3计算机网络的定义

1.3.1什么是计算机网络

凡是地理上分散的多台独立自主的计算机遵循约定

的通信协议，通过软硬件设备互连，以实现交互通信、

资源共享、信息交换、协同工作以及在线处理等功能

求）系统,称为计昇机网络。

计算机网络是计算机技术和通信技术结合发展的产

物。

L3.2计算机网络定义的基本内容

资源共享观点的定义：

以能够相互共享资源的方式互连起来的自治计

算机系统的集合。

K网络建立的主要目的是实现计算机资源的共享；

S互连的计算机是分布在不同地理位置的多台独立的

“自治计算机系统”；

S连网计算机在通信过程中必须遵循相同的网络协议。

1.3.3计算机网络的作用

1.信息资源的共享；

2.昂贵设备的共享；

3.高可靠性的需要；

4.提高工作效率；

1.3.4现代网络结构的特点

K早期计算机网络结构：从逻辑功能上可以分为资源子网和通信子

网等两个部分。

S资源子网

(1)网络中面向数据处理的资源集合；

(2)主要支持用户的应用；

(3)资源子网由用户的主机资源组成，包括接入网络的

用户主机，以及面向应用的外设(例如：终端)、软件

和可共享的数据(例如：公共数据库)等。

注意：通信子网和资源子网的划分是一种逻辑的划分。

S通信子网

(1)网络中面向数据传输或者数据通信的部分资源集合;

(2)主要支持用户数据的传输；

(3)该子网包括传输线路、网络设备和网络控制中心等

硬软件设施。

(4)电信部门提供的网络(如X.25网、DDN网、帧中继网

等)一般都作为通信子网；企业网、校园网中除了服务

器和计算机外的所有网络设备和网络线路构成网络也可

称为通信子网，

(5)通信子网与具体的应用无关。

现代网络结构的变化

巴随着微型计算机的广泛应用，大量的微型计算机是通

过局域网连入广域网，而局域网与广域网、广域网与

广域网的互连是通过路由器实现的；

巴在Internet中，用户计算机需要通过校园网、企业网或

ISP联入地区主干网，地区主干网通过国家主干网联入

国家间的高速主干网，这样就形成一种由路由器互联

的大型、层次结构的互联网络。

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Internet组成与结构

无线局域网接入无线城域网接入局域网接入

无线Adhoc接入电话交换网接入有线电视网接入

(IEEE802.11)(IEEE802.16)(IEEE802.3)

1.4计算机网络的拓扑构型

1.4.1计算机网络拓扑的定义

S拓扑学是几何学的一个分支，是从图论演变而来。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，进而研究了点、线、面之

间的关系；

S计算机网络拓扑是通过网中结点与通信线路之间的几

何关系表示网络结构，反映出网络中各实体间的结构

关系；

n计算机网络拓扑主要是指通信子网的拓扑构型；

K计算机网络拓扑是用通信子网中结点与通信线路之间

的几何关系来表示网络的结构。网络拓扑反映出网络

中各实体间的结构关系，它对网络性能、系统可靠性

与通信费用都有重大影响；

K计算机网络应用的主要领域是单位信息管理与个人信

息服务；

。计算机网络的广泛应用已对经济、文化、教育、科学

的发展产生了重要影响，同时不可避免带来一些新的

社会、道德、政治与法律问题。

1.4.2计算机网络拓扑的分类

根据通信子网中通信信道类型分为两类；

S广播信道通信子网的拓扑：

在采用广播信道通信子网中，一个公共的通信信道

被多个网络结点共享。

K广播信道通信子网的基本拓扑构型:

(1)总线型;

(2)树型；

(3)环型;

(4)无线通信与卫星通信型。

S点.点线路的通信子网的拓扑：在采用点.点线路的通

信子网中，每条物理线路连接一对结点；

S点-点线路的通信子网基本拓扑构型有:

(1)星型;

(2)环型；

(3)树型；

(4)网状型。

1.4.3算机网络拓扑分类

(d)树形拓扑(e)网状拓扑

总线形网络拓扑结构：

巴所有入网设备共用一条物理传输线路，所有的数据发

往同一条线路，并能够由附接在线路上的所有设备感

知。入网设备通过专用的分接头接入线路。总线网拓

扑是局域网的一种组成形式。

S(1)多台机器共用一条传输信道，信道利用率较高;

巴(2)同一时刻只能由两台计算机通信；

R(3)某个结点的故障不影响网络的工作；

K(4)网络的延伸距离有限，结点数有限；

巴适用场合：局域网，对实时性要求不高的环境。

星状网络拓扑结构:

K以一台中心处理机(通信设备)为主而构成的网络，其它入网机

器仅与该中心处理机之间有直接的物理链路，中心处理机采用分

时或轮询的方法为入网机器服务，所有的数据必须经过中心处理

机。

K星状网的特点：

(1)网络结构简单，便于管理(集中式)；

(2)每台入网机均需物理线路与处理机互连，线路利用率低；

(3)处理机负载重(需处理所有的服务)，因为任何两台入网机

之间交换信息，都必须通过中心处理机；

(4)入网主机故障不影响整个网络的正常工作，中心处理机的故

障将导致网络的瘫痪。(弹出)

适用场合：局域网、广域网。

环状网络拓扑结构：

S入网设备通过转发器接入网络，每个转发器仅与两个相邻的转发

器有直接的物理线路。环形网的数据传输具有单向性，一个转发

器发出的数据只能被另一个转发器接收并转发。所有的转发器及

其物理线路构成了一个环状的网络系

也环状网特点：

(1)实时性较好(信息在网中传输的最大时间固定)；

(2)每个结点只与相邻两个结点有物理链路；

(3)传输控制机制比较简单；

(4)某个结点的故障将导致物理瘫痪；

(5)单个环网的结点数有限。

C适用场合：局域网，实时性要求较高的环境。

1.5计算机网络的分类

L5.1根据网络传输技术进行分类

K通信信道的类型有两类:

广播通信信道

点■点通信信道

S相应的计算机网络也可以分为两类:

广播式网络(BroadcastNetworks)

点■点式网络(Point-to-PointNetworks)

1.5.2根据网络覆盖范围进行分类

按覆盖的地理范围分类，计算机网络可以分为三类:

匕局域网(LAN,LocalAreaNetwork)

K城域网(MAN,MetropolitanAreaNetwork)

巴广域网(WAN,WideAreaNetwork)

下表：按网络覆盖范围划分

距离应用场所网络规模

10M室内局域网

100M建筑物

1000M校园

10KM城市城域网

100KM国家广域网

1000KM陆地

10000KM全球互联网

局域网的技术特点

巴覆盖有限的地理范围，它适用于公司、机关、校园、

工厂等有限范围内的计算机、终端与各类信息处理设

备连网的需求；

S提供高数据传输速率(10Mbps〜lOGbps)、低误码

率的高质量数据传输环境；

匕一般属于一个单位所有，易于建立、维护与扩展；

9从介质访问控制方法的角度，局域网可分为共享介质

式局域网与交换式局域网两类。

城域网的技术特点

S城域网是介于广域网与局