网络技术基础第一章计算机网络概述.ppt

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1、网络技术基础,问题讨论,1.你知道有哪些网络？2.你推测网络技术涉及的核心内容有哪些？3.你现在知道有哪些网络设备？,教材计算机网络原理与实践机械工业出版社 徐磊主编计算机网络技术与应用 中国经济出版社 阎光伟其他网络书,4,第1章 计算机网络概述,5,本章内容,计算机网络的发展计算机网络的定义与功能计算机网络的组成计算机网络的分类计算机网络的拓扑结构,第1章 计算机网络概述,6,本章的目的和任务,对计算机网络的宏观认识考察计算机网络的发展过程，了解在计算机网络发展历史上起到里程碑作用的关键技术的发展，体会该领域技术的源起和演变。了解计算机网络的定义和组成、网络的功能、应用和分类,7,1.1

2、计算机网络的发展,计算网络的发展历史网络体系结构的发展,第1章 计算机网络概述,8,1.1.1 计算机网络的发展历史,计算机网络的形成分组交换网Internet的发展,第1章 计算机网络概述,9,计算机网络的形成,第一台数字电子计算机于1946年问世，但计算机技术与通信技术的结合直到20世纪50年代才开始出现。1954年，人们开始使用一种称为收发器的终端，将输入的数据通过电话线路传送到远程计算机中。20世纪60年代初期，出现了多重线路控制器，它能够将计算机与多个远程终端相连接。这种以一台计算机为核心，多个终端散布于各处的联机系统也称为面向终端的计算机通信网，这就是最原始的计算机网络。,第1章

3、计算机网络概述,10,面向终端的计算机通信网,以单个大型主机为中心的联机系统通过通信设备和通信线路连接多个远程用户终端与计算机主机多个用户通过多任务分时操作系统共享主机的资源。终端（terminal）：包括显示器、键盘和简单的通信接口不具备处理器和存储能力，因此不是一台独立的计算机。,11,面向终端的计算机通信网,主机终端的网络,前置机：通信控制功能逐渐从主机中分离，形成独立设备通信控制处理机（CCP）,集中器(/多路复用器)：将多个终端到主机的数据集中（或者复用）后发送到高速通信线路上，或者把主机发来的数据分发给多个终端。,优缺点分析,12,主机-终端系统的成功应用实例,20世纪50年代中期

4、，美国的半自动化地面防空系统（Semi-Automatic Ground Environment，SAGE），把远程雷达和其它测控设备的数据经通信线路传输，发送给一台IBM主机，实现了数据的集中处理与控制。20世纪60年代，美国航空公司与IBM公司合作的飞机订票系统SABRE-I，由一台IBM主机和遍布全美各地的2000多个终端组成。,13,主机主机的通信网络,利用通信线路将多台主机互联主机之间通过接口报文处理机（Interface Message Processor,IMP）与通信线路连接通信子网：由IMP和通信线路构成，负责数据通信的任务资源子网：由互联的主机组成,14,主机主机的通信网络

5、,主机到主机的系统,15,计算机网络的形成,计算机网络技术经历了主机终端的连接、主机主机的连接，才逐步演变为现代意义上的计算机网络。,16,ARPANET,1969年美国国防部国防高级研究计划署(Defense Advanced Research Projects Agency，DARPA)资助建立四个大学的计算结点最有影响的多主机互联的网络世界上第一个分组交换网络第一个电子邮件程序计算机网络发展史上的里程碑,17,分组交换网,电话交换网进行数据通信有两个主要缺点：计算机数据具有突发性,通信线路资源的利用率低。电路交换的方式不够灵活。分组交换网采用的是存储转发技术。它将要发送的数据报文分成一个

6、个较短的“分组”在网络上传送。分组的头部通常带有目的地址和源地址等控制信息。分组交换网由若干个结点交换机和连接这些结点的通信链路组成，结点能够根据网络实际情况决定如何进行分组的转发。,18,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 部电话机两两相连，需 N(N 1)/2 对电线。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。,19,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,20,“交换”的含义,在这里，“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

7、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。,21,电路交换举例,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,B,D,C,A,22,电路交换的特点,电路交换必定是面向连接的。电路交换的三个阶段：建立连接通信释放连接,23,分组交换的主要特点,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。,报文,24,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。,数 据,数 据,数 据,首部,首部,首部,请注意：现在左边是“前面”,25,分组交换的传输单元,分组交换网以“

8、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）。,26,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。,27,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,数 据,首部,数 据,首部,收到的数据,28,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。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。,数 据,数 据,数 据,29,分组交换带来的优点和问题,分组交换不必先

9、建立连接就能向其他主机发送分组。,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。,30,自成体系的网络体系结构,IBM公司的SNA（System Network Architecture）网DEC公司的DNA（Digital Network Architecture）网夏威夷大学的分组无线电网络ALOHAnet等。有影响的网络，未形成统一的开放标准。,31,网络体系结构的发展,为了使世界上具有不同体系结构的计算机网络能够互连，国际标准化组织ISO于1983年提出了著名的国际标准：开放系统互连参考模型OSI/RM(Open

10、 Systems Interconnection Reference Model)，简称OSI。OSI参考模型的设计目的是：世界上任何两个网络系统，无论它们在什么地方或是属于什么类型，只要它们都遵循OSI标准，就可以进行互连和信息交换。,32,开放的网络体系标准的发展,计算机网络在理论体系、技术标准和技术实现方面沿着最初三条互相独立的发展线索形成了今天的主流网络技术架构：1984年，ISO提出开放系统互连参考模型（OSI/RM，ISO 7498）。1983年1月1日，UNIX（BSD4.1）实现了TCP/IP，ARPANET 中400台主机开始启用TCP/IP协议簇进行通信。80年代末到90年

11、代，IEEE 802系列标准成为局域网的主流。,33,Internet的发展,Internet的前身是美国国防部高级研究计划局研制的ARPANET。ARPANET自1969年问世。到1984年，ARPANET已连接了1000多台主机，供美国政府部门和各研究机构使用。在1984年，ARPANET分解成两个网络。其中一个仍称为ARPANET，是民用科研网；另一个是军用计算机网络（MILNET）。,第1章 计算机网络概述,34,Internet的发展,美国国家自然科学基金会（National Science Foundation，NSF）从1985年开始，围绕其6个大型计算机中心构建计算机网络。19

12、86年，NSF建成了国家科学基金网（NSFNET）。该网络覆盖了美国的主要大学和研究机构，它采用三级模式：主干网、地区网和校园网。NSFNET后来接管了ARPANET，并将网络更名为Internet。,第1章 计算机网络概述,35,因特网时代因特网发展的里程碑,1983年TCP/IP协议簇在ARPA网中实现。1984年NSFNET的组建。1991年NSFNET从科学教育界进入商用领域，同年商业用户首次超过学术用户。1991年Tim Berners-Lee发明Web技术，特别是浏览器的使用，使因特网在全世界的普通用户群中得到空前的普及。1995年，因特网主干由商业公司运营，从此，因特网开始了爆炸

13、式增长。,36,因特网在中国的发展,第一阶段 远程接入电子邮件服务 一些科研院所和国内大学通过拨号方式和专线接入Internet的电子邮件系统第二阶段 正式加入因特网1990年10月，正式登记注册最高域名cn”1994年1月，美国NSF接受我国正式接入Internet的要求1994年3月，中关村地区教育与科研示范网络工程进入Internet，开通了64kpbs国际专线，,37,因特网在中国的发展（续）,第三阶段 国内互联网建设兴起1995年到1996年，兴起互联网络主干建设科学技术网CSTNET中国教育科研网CERNET电信行业的CHINANET电子行业的CHINAGBN提供因特网接入的商业服

14、务开始兴起,38,因特网在中国的发展（续）,第四阶段 因特网蓬勃发展阶段1997年11月CNNIC发布了第1次中国Internet发展状况统计报告，截止到1997年10月31日，我国共有上网计算机29.9万台，上网用户62万人，国际出口带宽18.64Mbps。2010年1月CNNIC在其发布的第25次中国Internet发展状况统计报告：截至2009年12月31日，中国网民规模达到3.84亿人，普及率达到28.9%。手机网民规模2.33亿，占网民总体的60.8%，国际出口带宽达到866,367Mbp第五阶段 下一代互联网,物联网,ICT,39,1.2 计算机网络的定义与功能,计算机网络的定义

15、计算机网络的功能,第1章 计算机网络概述,40,1.2.1 计算机网络的定义,利用通信设备和通信软件，通过有线或无线通信线路，将分散在不同地理位置上的多个独立计算机系统连接起来，以达到资源共享和信息传递的目的。这里的资源可以是数据、软件或硬件。,第1章 计算机网络概述,41,1.2.2 计算机网络的功能,数据通信资源共享数据与信息资源的共享硬件资源的共享软件资源的共享 提高系统的可靠性分布式处理,第1章 计算机网络概述,42,1.3 计算机网络的组成,早期计算机网络的组成结构 Internet的组成结构 网络硬件 网络软件,第1章 计算机网络概述,43,1.3.1 早期计算机网络的组成结构,第

16、1章 计算机网络概述,44,1.3.2 Internet的组成结构,第1章 计算机网络概述,45,因特网的组成,从因特网的工作方式上看，可以划分为以下的两大块：(1)边缘部分 由所有连接在因特网上的主机组成。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。(2)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）。,46,因特网的边缘部分与核心部分,因特网的核心部分,因特网的边缘部分,主机,网络,路由器,47,因特网的核心部分,因特网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，而主机处在因特网的边缘部分。网络中的核心部

17、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(packet switching)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。,48,1.3.3 网络硬件,计算机：客户机和服务器。网络互连设备：中继器、集线器、交换机、网桥、路由器和网关。连网部件：网卡、调制解调器、连接器、收发器等。通信介质：有线介质和无线介质。,第1章 计算机网络概述,49,1.3.4 网络软件,网络协议软件 网络通信软件 网络操作系统 网络管理软件 网络安全软件

18、 网络应用软件,第1章 计算机网络概述,50,1.4 计算机网络的分类,按照网络覆盖的地域范围分类 按照网络的传输技术分类 按照网络的使用性质分类,第1章 计算机网络概述,51,按照网络覆盖的地域范围分类,按照网络的规模分类局域网（Local Area Network，LAN）有限地理范围内的主机互联城域网（Metropolitan Area Network，MAN）覆盖一个城市范围,提供一个城市范围内多个企业事业单位学校等局域网的互联.广域网（Wide Area Network，WAN）覆盖一个地区,一个国家或多个国家(互联网的骨干网),52,按照网络的传输技术分类,广播式网络（Broadc

19、ast Network）点到点网络（Point-to-Point Network）,第1章 计算机网络概述,53,1.4.3 按照网络的使用性质分类,公用网（Public Network）包括公共交换电话网（PSTN）、数字数据网（DDN）和综合业务数字网（ISDN）等。专用网（Private Network）,第1章 计算机网络概述,54,1.5 计算机网络的拓扑结构,计算机网络拓扑的概念 网络拓扑结构的分类,第1章 计算机网络概述,55,1.5.1 计算机网络拓扑的概念,计算机网络包括通信线路和网络中的各种设备。各种设备如何通过通信线路进行连接，反映了网络的结构。反映网络传输媒介和网络结点

20、之间的连接形式。,第1章 计算机网络概述,为了方便地分析计算机网络的结构，通常将各种设备抽象为点，将通信线路抽象为线，形成以点和线组成的几何图形，这种几何图形称作计算机网络的拓扑结构。,拓扑结构选型的影响：性能、可靠性、建设及运维成本。,56,1.5.2 网络拓扑结构的分类,第1章 计算机网络概述,信道共享或独享,关键问题,扩充性,57,星型拓扑结构,各结点与中心结点相连，结点之间通过中心结点进行通信。是目前局域网最流行的拓扑结构中心结点通常是集线器或交换机优点：安装和管理简单，能够隔离故障缺点：中心结点的承担所有的流量，容易形成瓶颈，存在单点故障的风险。是否共享信道要具体分析。,58,总线型

21、拓扑结构,各主机通过一条公共总线直接互连总线：一条共享的传输介质，广播信道：当数据沿总线传输时，各个结点都能收到。优点：布线简单、经济、无需网络互连设备、能方便地扩展。缺点：负载重时，通信效率降低，故障隔离功能不好。,59,环形的拓扑结构,链路首尾相接，构成一个闭合的环路。共享的传输介质常采用有序的控制方式，如：令牌传递的方式在负载重的时候，通信效率不会降低负载很轻的时候，信道的利用率会相对较低。,60,树形和网状拓扑结构,树形：最上层为根结点信息交换主要在上、下层结点之间进行，很少有同层次结点之间的数据流量通常在信息汇集业务模式的应用中采用。网状：结点之间可以有任意的连接。极端的情况是全网状

22、连接。系统可靠性高，容灾能力强，但是结构复杂，建设和维护成本高。,61,本章小结,计算机网络的发展：计算机网络的形成、分组交换网的产生、Internet的发展。计算机网络的定义。计算机网络的主要功能，包括：数据通信、资源共享、提高系统的可靠性、分布式处理。早期计算机网络的组成结构和Internet的组成结构。网络硬件与网络软件。计算机网络的分类。按照网络覆盖的地域范围划分，可分为局域网、城域网和广域网；按照网络使用的传输技术划分，可分为广播式网络和点到点网络；按照网络的使用性质划分，可分为公用网和专用网。计算机网络拓扑的概念和类型：星型拓扑结构、总线型拓扑结构、树型拓扑结构、环型拓扑结构和网状拓扑结构。,第1章 计算机网络概述,