计算机网络技术第2章计算机网络基本概念.ppt

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1、第2章 计算机网络基本概念,2.1 计算机网络的形成与发展2.2 计算机网络的定义2.3 计算机网络的分类2.4 计算机网络的拓朴结构2.5 数据传输速率与误码率2.6 网络体系结构与协议2.7 典型的计算机网络2.8 网络计算机研究与应用的发展,2.1 计算机网络的产生与发展,第一阶段：20世纪50年代，完成数据通信技术与计算机通信网络的研究，为计算机网络的出现做好了技术准备。第二阶段：20世纪60年代，美国国防部的ARPANET与分组交换技术，是计算机网络技术发展中的一个里程碑，为Internet的形成奠定了基础。第三阶段：20世纪70年代中期开始，国际上各种广域网、局域网与公用分组交换网

2、发展十分迅速，网络体系结构与网络协议的国际标准化的研究有了重大发展，ISO研究的OSI对此产生了重要作用。第四阶段：Internet的广泛应用，高速网技术、网络计算与网络安全技术的研究与发展。,计算机网络的形成,任何一种新技术的出现都必须具备两个条件：一是强烈的社会需求，二是前期技术的成熟。计算机网络技术的形成与发展也遵守了这个特点。计算机刚出现时，计算机与通讯并没有直接联系。但在20世纪50年代，美军半自动地面防空系统需要把远程雷达与其他测量设施通过电话线路和无线通信信道连接到IBM主机，线路总长达到241万公里，实现分布的防空信息集中处理与控制。为此展开了长期和大量的专门研究。人们在此基础

3、上实验成功了面向终端的远程联机系统。形成了计算机网络的雏形。,ARPANET与分组交换技术,随着计算机应用的快速发展，出现了多台计算机互连的强烈需求。美国国防部高级研究计划局根据这种要求于1969年提出了ARPANET计划，将它资助的多个大学、公司和研究所的多台计算机互连。1969年连接4个结点，1973年达到40个结点，1983年则达到100多个。当时的计算机网络仅为广域网，由资源子网和通信子网构成，前者由各个用户自建，后者是由电信部门统一组建的公用数据网。早期的公用数据网是模拟信号的电话交换网，为了提高传输速度和安全可靠性，又研制了数字传输技术和分组交换网。70年代随着小型计算机的广泛应用

4、，对小范围的多台电脑联网的需求日益强烈。一些单位为此进行了局域计算机网络的研究。其中以1976年美国XEROX公司的总线拓扑结构的Ethernet最为著名，并一直使用到现在。,网络体系结构与协议标准化,许多大计算机公司在开展计算机网络研究和产品开发中，纷纷提出各自网络体系结构和网络协议。如IBM提出SNA，DEC的DCA，UNIVAC的DCA等。这些成果丰富了网络技术。随着这些不同网络体系结构的推出，人们发现这种网络体系结构和网络协议的不统一限制了网络的发展应用，网络体系和协议必须走国际标准化的道路。国际标准化组织成立计算机与信息处理标准化技术委员会（TC97），它又设立一个分会（SC16）研

5、究网络体系结构和网络协议的国际标准化。并提出了ISO开放系统互连（OSI）参考模型，对推动网络体系结构理论起到重大作用。而TCP/IP协议的研究发展也对ARPANET和互联网的发展起到关键作用。成为业内公认的标准。,互联网的应用与高速网络技术的发展,互联网高速发展，其全球性与开放性使人们愿意在互联网上发布和获取信息，用户数迅速扩大，各种应用层出不穷。信息高速公路建设在全球信息化的浪潮下飞速发展，以以太网和ATM为代表的高速网络技术已发展到1Gbps和10Gbps甚至更高。基于Web技术的互联网应用的发展使得网站数量和网络通讯量呈指数增长，应用扩大。基于P2P技术的网络应用发展淡化了服务提供者和

6、服务使用者的界限，以非中心化的方式使得更多用户计算机同时身兼客户机与服务器的双重身份。网络安全技术的发展，阻止网络攻击、计算机病毒、垃圾邮件与灰色软件，防止信息被非法窃取、破坏和泄露。,宽带城域网的发展,20世纪80年代后期，计算机网络的划分中提出了城域网的概念，城域网以光纤为传输介质，其业务定位在城市地区范围内大量局域网的互联上。随着互联网应用的快速增长和三网融合的发展，要求通信网络满足用户的新需要，而通信新技术的出现又促进新的网络应用。现在城域网泛指网络运营商在城市范围内提供各种信息服务业务的所有网络，它以宽带光传输网为开放平台，以TCP/IP协议为基础，通过各种网络互联设备，实现语音、数

7、据、图像、视频、IP电话、IP接入和各种增殖业务服务与智能业务。,我国互联网的发展,我国目前正处于互联网应用高速发展的阶段。根据CNNIC2008年1月的数据：截止2007年12月，中国网民总人数2.1亿，仅次于美国的2.15亿，居世界第二位。（今年的数据已超过3亿，为世界第一）截止2007年12月，我国互联网普及率达16%，低于全球互联网普及率19.1%，与发达国家比差距更大（今年已超过20%）我国35岁以下网民的比例占80%以上。截止2007年12月，我国通过手机接入互联网的人数达5千万以上，占网民的24%，标志手机与互联网应用的融合。（今年已超过8千万）我国互联网国际出口带宽逐年增长。截

8、止2007年12月，带宽总量已达368.9Gbps。,2.2 计算机网络的定义,2.2.1 计算机网络定义的基本内容2.2.2 计算机网络的基本结构及特点,2.2.1 计算机网络定义的基本内容,1.计算机网络是地理上分散的多台独立自主的计算机遵循通信协议，通过软、硬件互联以实现互相通信、资源共享、信息交换、协同工作及在线处理等功能的系统；2.三个特征计算机网络中的计算机各自独立；遵循约定的通信协议；实现互相通信、资源共享、信息交换、协同工作及在线处理等功能,2.2.2 计算机网络的基本结构及特点,早期计算机网络结构：广域网在结构上分成两个部分：负责数据处理的主机与终端和负责数据通信处理的通信控

9、制处理机与通信线路。早期的计算机网络从逻辑功能上可分为资源子网和通信子网。现代网络结构的特点：通过路由器实现的网络互联。,2.3 计算机网络的分类,2.3.1 网络分类的方法2.3.2 广域网WAN2.3.3 局域网LAN 城域网MAN,2.3.1 网络分类的方法,1.网络分类的方法最主要的是两种：根据网络所使用的传输技术分类；根据网络的覆盖范围与规模分类。2.在通信技术中，通信信道有两类，即广播信道和点点信道。因此网络所采用的传输技术也只有两类：广播方式与点点方式。3.根据网络的覆盖范围与规模分类：局域网、城域网和广域网。,2.3.2 广域网WAN,1.广域网也称远程网，覆盖的范围从几十公里

10、到几千公里。其通信子网主要使用分组交换技术。用分组交换网、卫星通信网和无线分组交换网实现互联。2.数据通信环境的变化：原有电缆走向光纤；局域网的速率已达10Gbps；用户设备性能大大提高。3.广域网必须适应大数据、突发性传输的要求，提供很高的带宽。否则可能带来通信子网的拥塞。,广域网WAN（续）,4.讨论广域网涉及到X.25、帧中继、SMDS、B-ISDN与ATM。X.25网是一种典型的公用分组交换网，X.25协议是建立在原有的速率较低误码率较高的电缆传输介质上。帧中继网：X.25协议不能适应现在的局域网互联的需求，因此推出在数据传输速率高、误码率低的光纤上，使用简单协议，必要的差错控制功能由

11、用户的设备完成，这就是帧中继。B-ISDN：为实现通信业务的可视化、智能化和个人化，使国际通信研究的热点转到宽带综合业务数据网B-ISDNATM：是新一代的数据传输与分组交换技术。网络带宽、动态分配、多媒体网络应用及实时通信等方面均能满足用户的需求。它线路交换实时性好，分组交换方式灵活，实现了了两种方式的结合，因此B-ISDN选择ATM作为传输技术。,2.3.3 局域网LAN,1.发展：20世纪八、九十年代，以太网、令牌总线、令牌环原理的局域网产品三足鼎立，光纤分布式数据接口（FDDI）在高速网中的应用，传输介质、网络操作系统与机/服务器应用的重要进展（如双绞线），结构化布线技术的应用等。2.

12、目前局域网的技术特征：双绞线与光纤的普遍应用，目前双绞线传输速率已达100Mbps1Gbps；交换式局域网概念的产生（通过交换机提高带宽）；小范围局域网使用双绞线，远距离使用光线，移动使用无线；桌面系统采用10Mbps以太网，高速主干网采用100M、1Gbps和10Gbps以太网。,城域网MAN(Metropolitan Area Network),1.传统的城域网产品主要是光纤分布式数据接口。2.目前城域网建设的共同点有：传输介质采用光纤;交换结点采用基于IP交换的高速路由交换机或ATM交换机；在体系结构上采用核心交换层、业务汇聚层与接入层的三层模式。,2.4 计算机网络的拓朴结构,2.4.

13、1 计算机网络拓朴的定义 2.4.2 网络拓朴结构的分类方法,2.4.1 计算机网络拓朴的定义,1.计算机网络拓朴结构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之间的结构关系。2.拓扑学是几何学的一个分支，从图论演变过来，它首先将实体抽象成与其大小、形状武无关的点，将连接实体的线路抽象成线，进而研究点、线、面之间的关系。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，以反映网络中各个实体间的结构关系。3.拓朴结构是建设计算机网络的第1步，是实现各种网络协议的基础，对网络性能、系统可靠性和通信费用有很大影响。,2.4.2 网络拓朴结构的分类方法,1.

14、网络拓朴可根据通信子网中通信信道类型分为两类：点点线路拓朴和广播信道拓朴。2.采用点点线路的通信子网的基本拓朴结构有4种类型：星型、环型、树型和网状型。3.采用广播信道通信子网的拓朴构型有4种：总线、树型、环型、无线通信与卫星通信型。4.星型结构是中心点控制全网通信；环型拓朴通过点点通信线路连接成闭合环路；树型拓朴中结点按层次连接，主要进行上、下结点通信；网状型也称无规则型，目前广域网采用的是网状拓朴结构。,点点线路的通信子网的基本拓朴结构,(a)星型拓扑,(b)环型拓扑,(c)树型拓扑,(d)网状型拓扑,广播信道通信子网的拓朴构型,(e)星型拓扑,(f)环型拓扑同上(b),(h)无线与卫星通

15、信型,(g)环型拓扑同上(c),2.5 数据传输速率与误码率,描述数据通信的基本技术参数有两个：数据传输速率与误码率2.5.1 数据传输速率的定义2.5.2 误码率的定义,2.5.1 数据传输速率的定义,1.数据传输速率2.带宽与数据传输速率,1.数据传输速率,数据传输速率在数值上等于每秒传输构成数据代码的二进制比特数，单位为比特/秒，记作：b/s或bps.对于二进制数，数据传输速率为：S=1/T 其中，T为发送一个比特所需时间。常用单位：Kbps、Mbps、Gbps、Tbps。其中：1Kbps=1103bps；1Mbps=1106bps；1Gbps=1109bps例如：在通信信道上发送1比特

16、0、1信号所需要的时间是0.001ms，信道的传输速率为1 000 000bps（注意：这里m是毫秒，10-3；是微秒,10-6；是纳(毫微)秒(m)，10-9）。,2.带宽与数据传输速率,奈奎斯特(Nyquist)准则和香农(Shannon)定律从定量的角度描述了带宽与速率的关系。奈奎斯特准则描述了有限带宽、无噪声信道的最大数据传输速率与信道带宽的关系。对于二进制数据信号最大传输速率Rmax与通信信道带宽B（B=f，单位Hz）的关系可写为：Rmax2*f(bps)。香农定律则描述了有限带宽、有随机热噪声信道的最大传输速率与信道带宽信号噪声功率比之间的关系。在有随机热噪声信道的信道上传输数据信

17、号时，数据传输速率Rmax与信道带宽B、信号与噪声功率比S/N的关系为：RmaxB*log2(1+S/N)带宽与速率在网络技术中是同义词。,2.5.2 误码率的定义,误码率是指二进制码元在数据传输系统中被传错的概率，在数值上近似等于：Pe=Ne/N 其中，N为传输码元的总数，Ne为被传错的码元数。误码率就是传输可靠性的参数；在传输速率确定后，误码率越低越好，但传输系统设备就越复杂，造价也越高；被测量的传输二进制码元数越大，才会越接近于真正的误码率值。,分组交换技术的基本概念,在早期广域 网的通信子网数据交换方式中，可以采用的方法基本分为两类：电路交换和存储转发交换。后者又分为两类：报文存储转发

18、交换和报文分组存储转发交换（简称为分组交换）。电路交换方式与电话交换的工作过程类似。两台计算机通过通信子网进行数据交换前，首先要在通信子网中建立一个实际的物理线路连接。电路交换的通信过程分为3个阶段，即：线路建立阶段、数据传输阶段和线路释放阶段。,存储转发交换的特点,电路交换与存储转发交换的区别表现在两方面：发送的数据与目的地址、源地址、控制信息按照一定格式组成一个数据单元（报文或报文分组）进入通信子网。通信子网中的结点是通信控制处理机，它完成数据单元的接受、差错校验、存储、路径选择和转发功能。这时会限制所发送的数据长度，把过长的数据切分为若干份，每份按照一定格式与目的地址、源地址和控制信息一

19、起打包发送。在传输出错时容易发现错误，重发需要的时间短提高了传输效率。这种方法成为当前计算机网络中基本的交换技术。,数据报方式,在实际应用中，数据报（DataGram）是两种分组交换技术中的一种。在该方式中，分组传输前不需要预先在源主机与目的主机之间建立“线路连接”。源主机发送的每个分组数据都可以独立选择一条传输线路，每个分组在通信子网中可能通过不同的传输路径到达目的主机。其特点如下：同一报文的不同分组可经过不同的传输路径通过通信子网同一报文的不同分组到达目的结点时可能出现乱序、重复和丢失。每个分组在传输过程中都必须带有目的地址和源地址。本方式传输延迟大，适用于突发性通信。,虚电路方式,虚电路

20、方式试图将数据报与电路交换结合起来，发挥这两种方式各自的优点，以达到最佳的数据交换效果。虚电路方式在分组发送前，在发送和接收方建立一条逻辑连接的虚电路。这与电路交换方式相同。虚电路方式的工作过程分为三个阶段：虚电路建立阶段、数据传输阶段和虚电路拆除阶段。在虚电路建立后，利用它以储存转发方式顺序传送分组。当所有数据传输完后，进入虚电路拆除阶段，按照建立时的反序逐段拆除。,虚电路方式的特点,在每次分组传输前，需要在源主机和目的主机之间建立一条逻辑连接。由于连接两机的物理链路已经存在，因此不需要真正建立一条物理链路。一次通信的所有分组都通过虚电路顺序传送，因此分组不必带目的地址、源地址等信息，减少了

21、数据量。分组到达时不会出现丢失、重复与乱序。分组通过虚电路上的每个结点时，结点只需要进行差错校验，不需要进行路由选择。通信子网中的每个结点可以与任何结点建立多条虚电路连接。,2.6 网络体系结构与协议,2.6.1 网络体系结构的基本概念2.6.2 开放系统互联参考模型2.6.3 TCP/IP 的参考模型与协议,2.6.1 网络体系结构的基本概念,计算机网络中多个互连的结点要有效交换数据，必须遵守一些事先各方约定好的规则即协议。协议(Protocol)：为网络数据交换而制定的规则、约定与标准称为网络协议；协议的三个要素：语法、语义、时序；语法即用户数据与控制信息的结构和格式；语义即需要发出的控制

22、信息及完成的动作与做出的响应；时序即事件实现顺序的详细说明。网络中计算机之间相互通信的层次以及协议，称为网络体系结构。,计算机网络中的层次结构,计算机网络中采用层次结构，具有如下的一些好处：各层之间相互独立，各自独立完成自己的任务，高层仅需知道低层通过层间接口所提供的服务。灵活性好。当任何一层发生变化时，只要接口不变，则各曾均不受影响。各层可以采用自己最合适的技术来实现。易于实现和维护。整个系统已被分解为若干易于处理的部分。每部分的维护改进工作量少。有利于促进标准化。,2.6.2 开放系统互联参考模型,1.OSI模型基本概念2.OSI模型的基本结构与各层的主要功能,1.OSI模型基本概念,OS

23、I参考模型(ISO/IEC7498)共有7层：物理层、数据链路层、网络层、传输层、会话层、表示层、应用层。此框架下进一步详细规定了每一层的功能，以实现开放系统环境中的互联性、互操作性和应用的可移植性。OSI参考模型分层体系结构中采用了三级抽象，即体系结构、服务定义和协议规格说明。OSI参考模型定义了开放系统的层次结构、层次之间的相互关系及各层所包含的服务。OSI是一种异构系统互连的分层结构；提供了控制互连系统交互规范标准框架；定义了一种抽象结构的描述；不同系统上的相同层的实体为同等层实体；同等层实体之间通信由该层协议管理；相邻层间的接口定义了原语操作和低层向上层提供的服务；所提供的公共服务是面

24、向连接的或无连接的数据服务；直接数据传送仅在最低层实现；修改本层的功能不影响其他层。OSI不是一个标准，并设有提供可以实现的方法，而只是在制定标准时所使用的概念性的框架。,应用层,表示层,会话层,传输层,网络层,数据链路层,物理层,主机A,应用层,表示层,会话层,传输层,网络层,数据链路层,物理层,主机B,网络层,数据链路层,物理层,路由器,网络层,数据链路层,物理层,路由器,传输介质,传输介质,传输介质,OSI网络参考模型的结构,2.OSI模型的基本结构与各层的主要功能,划分层次的原则各层的主要功能,划分层次的原则,各结点都有相同的层次；不同结点的同等层具有相同的功能；同一结点内相邻层之间通

25、过接口通信；每一层使用下层提供的服务，并向其上层提供服务；不同结点的同等层按照协议实现对等层之间的通信。根据以上原则制定的开放系统参考模型结构如图所示。,开放系统参考模型结构,HOST,HOST,OSI模型各层的主要功能,物理层：是最低层。主要功能是利用物理传输介质为数据链路层提供物理连接，以便透明地传送比特流。数据链路层：在物理层提供比特流传输服务的基础上，在网络实体之间建立数据链路连接，传送以帧为单位的数据，采用差错控制、流量控制方法，使差错的物理线路变成无差错的数据链路；网络层：主要功能是通过路由算法，为分组通过通信子网选择最适当的路径。网络层要实现路由选择、拥挤控制、网络互联等功能；根

26、据传输层的要求选择服务质量；向传输层报告未恢复的错误；,OSI模型各层的主要功能（续）,传输层：主要任务是向用户可靠的端到端（End-ToEnd）服务，建立、维护和拆除传送链接；选择网络层提供的最合适的服务；在系统之间提供可靠、透明的数据传送，提供端到端的错误恢复和流量控制；是最关键的一层。会话层：主要任务是组织两个会话进程之间的通信，并管理数据的交换。表示层：主要用于处理两个通信系统中交换信息的表示方式；完成数据格式转换、数据加密与解密和数据压缩与恢复等工功能。应用层：是最高层。提供用户服务，如事务处理程序、文件传送访问与管理、虚拟终端、远程数据库访问、目录服务和网络管理等,2.6.3 TC

27、P/IP 参考模型与协议,TCP/IP分层模式内容及特点TCP/IP分层模式及与OSI各层的对应关系3.TCP/IP模型各层的功能4.TCP/IP模型各层的协议,1.TCP/IP分层模式内容及特点,1.TCP/IP分层模式包括两方面的内容：层次结构和各层功能的描述。2.TCP/IP分层模式的特点：开放的协议标准，独立于特定的计算机硬件与操作系统；独立于特定的网络硬件，可运行在局域网、广域网和互联网中；统一的网络地址分配方案；标准化的高层协议，可提供多种可靠的服务。,2.TCP/IP分层模式及与OSI各层的对应关系,（1)TCP/IP参考模型分为四层：应用层、传输层、互联层与主机网络层。（2)与

28、OSI参考模型的层次对应关系：,3.TCP/IP模型各层的功能,应用层：在最高层，用户通过调用应用程序访问TCP/IP互联网络提供的多种服务；应用程序负责接收和发送数据，选择需要的传送类型，将数据按要求格式传送给传输层。传输层：提供端端通信。与OSI的传输层功能类似。互连层：处理机器之间的通信。处理来自传输层的分组发送请求；它还要处理接收到的数据报，检验其正确性，决定是由本地接收还是路由至相应有目的站；它相当于OSI中网络层的无连接网络服务。主机网络层：是TCP/IP的最底层。负责接收IP数据报并发送至指定的网络；网络接口可以是一个设备驱动程序，也可是一个复杂的、具有数据链路协议的子系统。,4

29、.TCP/IP模型各层的协议,1.应用层的协议主要有：依赖TCP协议的有网络终端协议TELNET，用于互联网中的远程登录；文件传输协议FTP；电子邮件协议SMTP；路由信息协议RIP；网络文件系统NFS，用于文件共享；HTTP协议等。依赖UDP协议的有简单网络管理协议SNMP、简单文件传输协议SFTP；域名服务DNS既可使用TCP，也可使用UDP。2.传输层协议：传输控制协议TCP(面向连接的协议)；用户数据报协议UDP(是一种不可靠的无连接协议；可将字节流无差错地传送到目的主机；将应用层的字节流分成多个字节段一个个传送到互联层，发送到目的主机；同时完成流量控制)。3.互连层协议：网际协议IP

30、；还有介于物理层与IP地址间的地址解析协议ARP/RARP。4.主机网络层协议：底层局域网与广域网协议,2.6.4 OSI参考模型与TCP/IP参考模型的比较,共同之处是它们都采用了层次结构的概念。它们都有成功的一面和不足的一面：OSI参考模型由于要照顾各方面的因素，变得大而全，效率很低，尽管这样，它的很多研究结果、方法，以及提出的概念对今后的网络发展还是有很高的指导意义，但它没有流行起来；TCP/IP参考模型应用广泛，但它的参考模型的研究却很薄弱，在服务、接口与协议的区别上就不是很清楚。而且其主机-网络层本身不是实际的一层，定义了网络层与数据链路层的接口，没能分开它们。,2.7 典型的计算机

31、网络,2.7.1 ARPANET2.7.2 NSFNET2.7.3 Internet2.7.4 Internet2,2.7.1 ARPANET,最初的ARPANET的主要研究内容是分组交换设备、网络通信协议、网络通信与系统操作软件，它利用了无线分组交换网和卫星通信网。1980年ARPANET引入TCP/IP协议，并分为两部分：一部分仍叫ARPANET，另一部分成为著名的MILNET，用于非机密通信。20世纪80年代中期，使用TCP/IP连接到ARPANET网络规模不断增大，使得ARPANET成了Internet的主干网。1990年ARPANET被新的网络所代替。,2.7.2 NSFNET,美国

32、国家科学基金会（NSF）认识到ARPANET对大学研究工作的重大影响，于1984年决定组建NSFNET，该网从一开始就使用了TCP/IP协议，成为第一个使用TCP/IP协议的广域网。1990年，IBM等三家公司合作组建了ANS公司，接管了NSFNET，构成ANSNET。在美国发展NSFNET同时，其他一些国家和地区也在建设与NSFNET兼容的网络，这都为最终Internet的广泛应用奠定了基础。,2.7.3 Internet,TCP/IP协议成为正式ARPANET的网络协议标准后，大量网络和主机连入ARPANET；当NFSNET与ARPANET互连后，很多地区性网络接入，并扩大到欧洲、加拿大与

33、其他很多国家和地区。传统的Internet应用主要有四类：E-mail、Telnet、FTP和USENET。WWW改变了Internet的应用方式，使其应用达到一个新的高峰。,2.7.4 Internet2,1996年10月，高级Internet开发大学合作组（UCAID）承担了Internet2的研究项目。UCAID是一个非赢利组织，是由NSF、美国能源部、110多所研究性大学和一些私人商业组织共同合作的，其宗旨是组建一个为其成员组织服务的专用网络，初始运行速率达10Gbps。Internet2的网络层运行的是IPv4，同时也支持IPv6业务。,2.8 网络计算研究与应用的发展,2.8.1

34、网络计算的基本概念2.8.2 移动计算网络的研究与应用2.8.3 多媒体网络的研究与应用2.8.4 网络并行计算的研究与应用2.8.5 存储区域网络的研究与应用,2.8.1 网络计算的基本概念,网络计算有广泛的内涵，网络被视为最强有力的超级计算环境，它包含了丰富的计算、数据、存储、传输等各类资源，用户可以在任何地方登录、处理以前不能完成的任务。今天的计算网络正在改变人类的生活、工作和思维方式。,2.8.2 移动计算机网络的研究与应用,1.移动计算的基本概念2.无线局域网3.Ad hoc网络4.WAP协议5.移动IP技术,1.移动计算的基本概念,移动计算是将计算机网络和移动通信技术结合起来，为用

35、户提供移动的计算环境和新的计算模式。其作用是在任何时间都能及时地准确地将有用信息提供给任何地理位置的用户。移动计算包括移动计算网络和移动Internet。移动计算网络是指主机或局域网可在网中漫游；移动Internet是基于Internet的计算网络。,2.无线局域网,无线局域网（WLAN）是实现移动计算网络的关键技术之一。以微波、激光、红外线等无线电波来部分或全部代替有线局域网中的同轴电缆、双绞线、光纤，实现移动计算机网络中移动结点的物理层与数据链路层的功能，提供物理接口，构成无线局域网。目前WLAN支持2Mbps以上的传输速率；20M80Mbps的系统正研究中。,3.Ad hoc网络,Ad

36、hoc是一种由一组用户群构成、不需基站的移动通信模式。它设有固定的路由器，每个系统都具有动态搜索、定位和恢复连接的能力。这些行为可用“移动分布式多跳网络”或“移动的网络”来描述。Ad hoc在军事上十分重要，它可支持野外联络、独立战斗群通信、临时通信、无人侦察与情报传输等；在民用领域，它支持紧急状态、临时交互式通信组等应用。目前研究的主要问题：多点传输与多信道、服务质量QoS、安全与移动管理、基于定位信息的路由。,4.WAP协议,无线应用协议（WAP）是一个新、开放的、全球化的协议。它能让用户使内置浏览器在移动电话的小屏幕上访问Internet，可以使具有WAP功能的手机直接上网。它是移动电话

37、由基于通话技术迈向Internet接入业务的关键技术。,5.移动IP技术,Internet的地址结构和路由算法都是建立在IP协议的基础上，IP的设计是针对传统的通信网络的，因此不适用移动结点和无线网络。IETF的移动工作组已经制定了标准协议，即移动IPv4，用来支持移动结点在Internet中的操作。,2.8.3 多媒体网络的研究与应用,1.多媒体网络的基本概念2.网络视频会议系统3.多媒体网络对数据通信的要求4.传统网络对多媒体应用的不适应及解决思路,1.多媒体网络的基本概念,多媒体网络是指能够传输多媒体数据的通信网络，它需要支持多媒体传输所需要的交互性与实时性要求。典型的网络多媒体系统：网

38、络视频会议系统、分布式多媒体交互仿真系统、远程教学系统、远程医疗系统等。通过网络和多媒体技术的结合，参与者与计算机组成一个统一的虚拟环境，在此虚拟空间中，多台计算机通过网络构成一个分布式交互仿真环境。,2.网络视频会议系统,国际电信联盟ITU定义了基于网络的多媒体会议系统标准H.320、H.323。微软的NetMeeting和多播主干网上的vic、vat等工具也可用来建立计算机网上的会议。根据系统的互联方式，可将网络多媒体应用系统分为一对一系统、一对多系统、多对一系统、多对多系统等4个基本的结构方式。,3.多媒体网络对数据通信的要求,高传输带宽要求不同类型的数据对传输的要求不同网络中的多媒体流

39、传输的连续性和实时性要求网络中多媒体数据传输的低时延要求网络中多媒体传输的同步要求多方参与通信的特点：多用户同时进行信息交流,高传输带宽要求,数字化后音频、视频数据量很大。如分辨率为640*480的真彩色24位图像，数据量7.37Mb，若每秒以25帧动态显示，则需要的带宽为184Mbps（640*480*24*25）。减小带宽的主要方法是采用压缩技术。常用的压缩技术有ITU-T的H.261、H.263和ISO的MPEG等。其中，MPEG1压缩产生的码流是恒定的比特率，而MPEG2则产生可变化比特率的码流。,不同类型的数据对传输的要求不同,语音数据对传输的实时性要求较高，而对带宽要求的不是很高（

40、64Kbps）；高质量的视频对实时性和通信带宽要求都很高。要达到高质量的视频通信要求，网络需具有完善的带宽动态分配机制。传输策略也会有不同。,网络中的多媒体流传输的连续性和实时性要求,网络中的多媒体传输一般是连续、实时的传送，即用户可不必等待整个文件全部下载完毕，可边观看、边下载。,网络中多媒体数据传输的低时延要求,多媒体中包含一些与时间密切相关的信息，这些信息具有时间连续性和实时性的特点，因此要求通信的时延很短。语音延时超过150ms时，会感到相互通信困难。,网络中多媒体传输的同步要求,多媒体通信与传统通信方式的根本不同之处之一，就在于它要求在传输过程中必须保持多媒体数据之间在时序上的同步约

41、束关系。同步性一方面是指单一时间各媒体元素之间的时间关系，如音频流各分组之间的连续等时性；另一方面是指有时空约束关系的时间相关媒体，或时间相关媒体与时间无关媒体之间的时间关系，如音频与视频的同步等。,4.传统网络对多媒体应用的不适应及解决思路,改进传统网络的方法主要是增大带宽与改进协议。增大带宽可从传输介质和路由器性能两方面着手。改进协议主要表现在支持IP多播、资源预留协议、区分服务与多协议标识交换等方面。支持IP多播通信是改进协议最直接有效的方法；支持多媒体网络QoS的协议之一是资源预留协议；区分服务DiffServ是根据每一类服务控制；多协议标识交换（MPLS）技术主要是为更好的将IP协议

42、和ATM高速交换技术结合起来，实现IP分组的快速交换。,2.8.4 网络并行计算的研究与应用,网络并行计算的基本概念机群计算网络计算,1.网络并行计算的基本概念,并行计算是高性能计算机的关键技术。它是指使用多个CPU或计算机协同工作的计算模式。并行计算的结构可以是上千个CPU组成的大型并行计算机，也可以是由网络互联的多台计算机组成的虚拟超级计算机。从互联结构上，并行计算机可分为紧耦合和松耦合两种方式。紧耦合由多路开关连接多个微处理器构成阵列机或向量机；松耦合由多个高性能计算机通过高速专用网互联形成虚拟并行工作组，来解决许多中、大型的复杂计算问题。机群计算、工作站网络、可扩展的计算等，从基本设计

43、思想都是基于网络的协同计算，统称为网络的并行计算。,2.机群计算,机群计算主要思想是将一些主机连接起来，通过网络互联，使计算机硬件、操作系统、中间件软件、各种系统管理软件有机结合起来，从而获得较高的性价比。组建时应考虑采用高性能的网络系统的支持、低延时的通信机制、高宽带的多点传送通信方式、自动恢复网络和结点错误的协议。机群系统可按多种方式分类：按应用目标分为机群计算与网络计算；按处理机类型分为PC机群、工作站机群、对称多处理器机群；按处理机的配置分为同构型机群和非同构型机群。,3.网络计算,网络并行计算根据组建思想和实现方法可分为两大类：机群计算与网络计算。机群计算是采用高速网络连接一组工作站

44、或微机组成一个机群，或在通用网上寻找一组空闲处理机形成一个动态的虚拟机群，在中间件管理控制下提供高性能计算服务。网络计算的目标是将广域网上一些计算资源、数据资源和其他设备互联，形成一个大的可相互利用、合作的高性能计算网。网络计算的应用包括：桌面超级计算、智能设备、协同环境和分布式并行计算。,2.8.5 存储区域网络的研究与应用,存储区域网络的概念存储区域网络,1.存储区域网络的概念,MP3、动画、音频、视频等新型数据的出现，使网络处理的数据量大大增加；网络数据的存储是知识的积累，很多数据不能轻易删除；以上原因促进了网络存储技术和服务的发展。数据存储量的剧增和对数据高效管理的要求，导致存储区域网

45、络（SAN）和连接存储（NAS）的出现。,2.存储区域网络,基于Internet上的存储应用，网络存储的一个重要发展趋势是存储服务提供商（SSP）的出现。SSP致力于数据中心业务，提供Internet服务和资源SSP。SSP提供的服务包括磁盘存储、网络连接文件组织、容量规划和评估、文件系统管理、备份和恢复、远程镜像等功能。,2.9 互联网应用的发展,2.9.1 基于Web应用的发展2.9.2 搜索引擎技术的发展2.9.3 播客技术的应用2.9.4 博客技术的应用2.9.5 网络电视的应用2.9.6 P2P技术的应用,2.9.1 基于Web应用的发展,Web技术为推动互联网的应用出现和规模扩大起

46、到了重要的技术支撑作用。它是互联网技术与应用发展中的一个重要里程碑。1989年Web技术诞生于欧洲粒子物理实验室(CERN)，本来是为了分发高能物理实验数据的方法，后来发展成为一个重要的互联网应用。1989年3月，CERN的Tim Berners-Lee在20世纪40年代Bush与60 年代的Ted Nelson的超文本研究的基础上提出了连接文件档的建议，重点解决了HTML语言、HTTP协议、Web服务器与浏览器设计的4个关键问题，以便分散在各个有关国家的研究人员交换报告、计划、图纸、照片等文档开展合作研究。1990年9月，他编写的第一个Web服务器与浏览器软件和第一个基于文本链接的原型系统投

47、入运行。1991年12月，Tim在美国得克萨斯的圣安东利奥举行的Hypertext91会议上公开演示了Web技术，引起了人们的注意。,基于Web应用的发展（续）,1992年，伊利诺伊大学的Marc Andreessen开发了第一个图形化浏览器Mosaic，并于1993年2月发布。1994年，Marc Andreessen与Jim Clark创办Netscape公司，专门开发Web客户端与服务器软件。并得到广泛应用，并占据了浏览器市场的统治地位。1996年，微软公司开发了自己的Web浏览器Internet Explorer。并在随后的三年里与Netscape公司进行了一场浏览器大战。最后以Net

48、scape公司战败告终。随后，1998年，America Online以42亿美圆收购了Netscape公司。1994年，CERN和MIT共同倡议建立了WWW联盟，有几百所大学和公司加入这个联盟。Tim担任了WWW联盟的主管。从此Web成为互联网上最大的应用服务。,2.9.2 搜索引擎技术的发展,在Web服务出现之前，人们就开始研究信息资源共享技术。科研人员为了在存储于计算机中浩如烟海的学术、技术报告和研究性软件尽快找到自己需要的文件，开始研究信息搜索软件。麦基尔大学的研究人员于1990年开发了Archie软件，用于定期搜集并分析FTP系统中存在的文件名信息，提供查找分布在各个FTP主机中文件

49、的服务。它实际上是一个大型数据库以及与该数据库相关联的一套检索方法。其工作原理与搜索引擎是相同的。1993年，Matthew Gray开发了Web Wanderer，为首个利用HTML网页之间的链接关系来监测Web发展规模的自动程序。从只能统计互联网中服务器的数量扩展为能检索网站的域名。奠定了搜索引擎的基础。,搜索引擎技术的发展（续）,1994年7月，Michael Mauldin将John Leavitt的蜘蛛程序接入其搜索程序，创建了第一个真正意义上的搜索引擎Lycos。1994年4月，斯坦福大学两名博士生David Filo和杨致远合作创办Yahoo!门户网站，成为在门户网站上提供引擎服

50、务的样板。2000年，从美国归来的学者创建了“百度”搜索引擎，处于国内领先、国际前列。1998年，斯坦福大学的BackRub项目改名为Google并推向了市场，成为功能最强最好的搜索引擎，占据了全世界搜索总量45%以上，比其后5名的搜索总量之合还多。,2.9.3 播客技术的应用,播客（Podcast）是基于互联网的数字广播技术之一。它录制的是网络广播或类似的网络语音广播节目，用户将网上的广播节目下载到自己的iPod播放器中随身收听。同时，用户自己也可以制作节目并在网上共享。根据节目类型的不同，播客可以分为三类：传统广播节目播客、专业播客提供商和个人播客。播客技术发展给大众传媒带来的变化主要表现