第1章 计算机网络概论

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计算机网络技术教程

罗少彬编著

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第1计算机网络概论

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解

了计算机网络的形成与发展

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V计算机网络的定义

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<二计算机网络的拓扑构型

握

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J

V计算机网络的分类方法

了典型的计算机网络

了A

M公共数据网的发展

了

计算机网络应用的主要领域

了A

M计算机网络应用带来的社会问题

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1.1计算机网络的形成与发展

1・1.1计算机网络发展阶段的划分

K第一阶段：20世纪50年代

数据通信技术的研究与发展

K第二阶段：20世纪60年代

ARPANET与分组交换技术的研究与发展

K第三阶段：20世纪70年代

网络体系结构与协议标准化的研究

广域网、局域网与公用分组交换网的研究与应用

K第四阶段：20世纪90年代

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

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1.1.2计算机网络的形成

K1946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；

620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；

匕随着计算机应用的发展，出现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的目的；

K典型的研究成果是ARPA网。

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1.1.3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；

K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；

K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；

KTCP/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。

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1・1.4Internet的应用与网络计算技术发展

£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；

K高速局网络技术发展迅速，FastEthernetGigabit

Ethernet已开始进入实用阶段，速率为lOGbps的

Ethernet网正在研究之中；

K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；

K网络计算技术已经成为重要的网络应用与研究领域。

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1.1.5宽带网络与全光网络技术的研究与发展

匕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；

n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；

K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；

£全光网会给未来通信网的宽带、容量带来更大地发展

空间。

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1.2计算机网络的定义

121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。

n网络建立的主要目的是实现计算机资源的共享；

K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”；

K连网计算机在通信过程中必须遵循相同的网络协议。

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122计算机网络与分布式计算机系统的区别

£分布式计算机系统中“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。”

K计算机网络为分布式系统的研究提供了技术基础，而

分布式系统是计算机网络技术发展的高级阶段。

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123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。

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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结构示意图

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1.3计算机网络的拓扑构型

1.3.1计算机网络拓扑的定义

K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；

K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

吴系；

K计算机网络拓扑主要是指通信子网的拓扑构型；

K拓扑设计对网络性能、系统可靠性与通信费用都有重

大影响。

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1.3.2计算机网络拓扑的分类

6网络拓扑方法:根据通信子网中通信信道类型分类；

£通信信道类型:广播信道与点■点线路；

巴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；

n广播信道通信子网的基本拓扑构型:

总线型

树型

环型

无线通信与卫星通信型

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匕在采用点.点线路的通信子网中，每条物理线路连接一

对结点；

n点-点线路的通信子网基本拓扑构型有:

星型

环型

树型

网状型

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1.4计算机网络的分类

计算机网络的分类方法主要的是以下两种:

n根据网络所使用的传输技术分类

K根据网络的覆盖范围与规模分类

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141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

K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)

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142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)

F!城域网(MAN,MetropolitanAreaNetwork)

匕广域网(WAN,WideAreaNetwork)

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局域网的技术特点

匕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；

K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；

巴一般属于一个单位所有，易于建立、维护与扩展；

巴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。

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城域网的技术特点

K城域网是介于广域网与局域网之间的一种高速网络；

K城域网设计的目标是要满足几十公里范围内的大量企

业、机关、公司的多个局域网互连的需求；

K实现大量用户之间的数据、语音、图形与视频等多种

信息的传输功能；

K城域网在技术上与局域网相似。

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广域网的技术特点

K广域网也称为远程网；

K覆盖的地理范围从几十公里到几千公里；

匕覆盖一个国家、地区，或横跨几个洲，形成国际性的

远程网络；

K通信子网主要使用分组交换技术；

K它将分布在不同地区的计算机系统互连起来，达到资

源共享的目的。

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1.5典型计算机网络

151ARPANET

K1969年11月,实验性的ARPANET开通；

61975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；

K1983年1月，ARPANET向TCP/IP的转换结束；

680年代中期，ARPANET成为Intemet的主干网；

K1990年，ARPANET退役。

ARPANET对网络的产生与发展起了重要的影响。

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1.5.2NSFNET

K1984年，NSF决定组建NSFNET;

£NSFNET采取的是一种层次型结构，分为主干网、地

区网与校园网；

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);

KvBNS主干网运行的速率范围是从622Mb(OC12)

至U4.8Gbps(OC48)o

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1.5.3Internet

K80年代中期人们开始认识到Internet的重要作用；

K90年代是Intemet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。

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1.5.4Internet2

K由于Internet的商业化与业务量增多，导致网络整体性

能降低；

£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;

£Internet2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；

KInternet2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。

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1.6公共数据网的发展

n公共数据网PDN的建设为组建广域网打下了基础;

n研究公共数据网的数据交换技术需要了解：

X.25网

帧中继

B-ISDN

ATM

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161X.25网

£X.25网是一种典型的公用分组交换网，它是CCITT为

广域网制定的一个公用分组交换网；

K制定X.25标准的基础是传输速率低、误码率高的通信

线路，为了克服通信线路数据传输质量较差的缺点，

X.25标准采用了复杂的差错控制、流量控制与拥塞控

制机制，协议复杂，工作效率不高；

KX.25网的传输速率一般为64Kbps;

KX.25标准主要是针对大型机与终端连网。

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L6.2帧中继

K帧中继主要考虑如何减少数据帧在通信子网中的开销,

没有采用流量控制与差错控制机制，通信子网中的差

错控制由主机的高层来保证；

K数据帧通过帧中继网的处理时间可以比通过X.25网降

低一个数量级，而吞吐量要比X.25网络提高一个数量

级以上；

K目前帧中继网的数据传输速率一般为l.5Mbps;

K帧中继网主要用于局域网之间的互连。

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1.6.3综合业务数据网

ACCITT提出将语音、数据、图像等业务综合在ISDN一

个网络之中；

KB-ISDN的目标是将语音、数据、静态与动态图像传输,

以及N-ISDN提供的所有服务综合在一个通信网中，覆

盖从低传输速率、非实时传输要求，到高传输速率、

实时突发性等各类传输要求；

KB-ISDN采用异步传输模式ATM技术。

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从传统的电信网

向ISDN的发展

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1.6.4异步传输模式

KATM是一种面向连接的技术；

匕采用小的、固定长度的信元作为数据传输单元；

£能够支持数字、语音、图像、视频等多媒体通信；

£ATM以统计时分多路复用方式动态分配网络带宽，网

络传输延时小，适应实时通信的要求；

£ATM没有链路级纠错与流量控制，协议简单，数据交

换效率高；

£ATM采用两级虚电路机制，增加了虚电路分配的灵活

性；

KATM的数据传输速率可以在155Mbps〜2.4Gbpso

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1.7计算机网络的应用

1.7.1计算机网络在单位信息管理中的应用

K计算机网络可以实现资源的共享；

n计算机网络可以提高信息系统的可靠性；

n计算机网络可以节约资金；

K计算机网络可以增强信息系统的可扩展性。

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L7.2计算机网络在个人信息服务中的应用

K远程信息访问

n新的通信工具

K家庭娱乐