[工学]第1章：计算机网络概述.ppt

Computer Network, Anhui University, 2012,第一讲 3学时 第 1 章 概述(1.1-1.3),1.1 计算机网络的产生和发展 1.1.1 计算机网络的产生 1.1.2 计算机网络发展 1.1.3 因特网时代 1.1.4 计算机网络发展趋势 1.2 计算机网络在中国的发展 1.2.1 发展历史因特网概述 1.2.2 中国主要电信运营商 1.3 计算机网络的组成 1.3.1 计算机网络的不同定义 1.3.2 计算机网络的元素 1.3.3 因特网的组成 1.3.4 计算机网络的功能,第1讲 1/104,Computer Network, Anhui University, 2012,1.1 计算机网络的产生和发展 1.1.1 计算机网络的产生,通信技术的发展 19世纪40年代-20世纪30年 电磁技术广泛用于通信 1844电报，1876电话 20世纪30年代-60年代 电子技术广泛用于通信 微波传输、电子多路通信网、太平洋电话电缆 1960美国，卫星远程通信,第1讲 2/104,Computer Network, Anhui University, 2012,计算机和通信技术相结合 形成计算机网络,60年代-80年代，计算机技术的发展 1945年 第一台计算机问世（ENIAC） 冯诺依曼计算机 （EDVAC） 1971年 第一台微型机问世（MCS4） 1984年 网络就是计算机 90年代之后 网络飞速发展,第1讲 3/104,Computer Network, Anhui University, 2012,计算机网络的产生背景- 分组交换网,上世纪美苏冷战的产物 60年代初，美国国防部要研制生存性很强的网络 传统电信网缺点 采用电路交换 ，一个交换机或一条链路被炸，则整个通信电路中断 如改用迂回电路，则必须重拨号，有延误,第1讲 4/104,Computer Network, Anhui University, 2012,回顾电路交换,电路交换的特点 两部话机只需一对电线就能互连,第1讲 5/104,Computer Network, Anhui University, 2012,全连接,5 部话机两两相连，需 10 对电线 N 部话机两两相连，需多少对电线? N(N 1)/2对,与话机数的平方成正比,第1讲 6/104,Computer Network, Anhui University, 2012,交换连接,使用交换机 当话机增多时，要用交换机完成全网的交换任务,交换机,第1讲 7/104,Computer Network, Anhui University, 2012,“交换”的含义,“交换”(switching)的含义 转接把一条电话线转接到另一条电话线，使它们连通起来 从通信资源分配角度看 “交换”是按某方式动态地分配线路资源,第1讲 8/104,Computer Network, Anhui University, 2012,电路交换的特点,面向连接 电路交换的三个阶段 建立连接 通信 释放连接,第1讲 9/104,Computer Network, Anhui University, 2012,例1 两用户通过4个交换机通信,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,第1讲 10/104,Computer Network, Anhui University, 2012,例2 两用户通过本地交换机通信,C 和 D 通话只经过一个本地交换机 通话在 C 到 D 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,第1讲 11/104,Computer Network, Anhui University, 2012,电路交换的优点,实时性好 数据传输率稳定 不存在信道访问延迟,第1讲 12/104,Computer Network, Anhui University, 2012,电路交换存在的问题,效率低 计算机数据的突发性，导致线路利用率很低 建立连接时间长 传输介质价格贵,第1讲 13/104,Computer Network, Anhui University, 2012,设计新型网络基本特点,数据传送，非电话 能连接不同类型计算机，不限于单一类型 所有网络结点地位相同，网络生存性增强 有冗余路由 网络结构简单，传送数据可靠,第1讲 14/104,Computer Network, Anhui University, 2012,报文,分组交换的原理(1/5),在发送端，先把长报文划成短的、固定长度的数据段,第1讲 15/104,Computer Network, Anhui University, 2012,数 据,数 据,数 据,分组交换的原理（2/5）,每一个数据段前添加首部构成分组,首部,首部,首部,请注意：现在左边是“前面”,第1讲 16/104,Computer Network, Anhui University, 2012,分组交换的原理（3/5）,分组交换网以“分组”作数据传输单元。 依次把分组发到接收端（设接收端在左）,第1讲 17/104,Computer Network, Anhui University, 2012,注意：分组的首部,每个分组首部都含地址等信息 交换机根据首部地址，把分组转发到下一交换机 存储转发方式，分组能到达最终目标端,第1讲 18/104,Computer Network, Anhui University, 2012,分组交换的原理(4/5),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,第1讲 19/104,Computer Network, Anhui University, 2012,数 据,数 据,数 据,分组交换的原理(5/5),接收端把收到的数据恢复成为原来报文 设分组在传输中没出现差错，转发时也没被丢弃,第1讲 20/104,Computer Network, Anhui University, 2012,分组交换网的示意图,H1,A,分组交换网,B,D,E,C,H5,H6,H4,H2,H3,H1 向 H5 发送分组,H2 向 H6 发送分组,注意分组路径的变化！,结点交换机,主机,第1讲 21/104,Computer Network, Anhui University, 2012,注1：分组的存储转发过程,H1,A,分组交换网,B,D,E,C,H5,H6,H4,H2,H3,H1 向 H5 发送分组,结点交换机,主机,在结点交换机 A 暂存 查找转发表 找到转发的端口,在结点交换机 C 暂存 查找转发表 找到转发的端口,在结点交换机 E 暂存 查找转发表 找到转发的端口,最后到达目的主机 H5,第1讲 22/104,Computer Network, Anhui University, 2012,注2：结点交换机有多个端口,A,B,C,D,E,H1,H5,H2,H4,H3,H6,高速链路,结点 交换机,1 2 3 4,1 2 3 4,1 2 3 4,1 2 3 4,1 2 3 4,第1讲 23/104,Computer Network, Anhui University, 2012,注3：结点交换机(switch),结点交换机的输入和输出端口间没有直接连线 结点交换机处理分组： 把收到的分组先放入缓存（暂时存储） 查找转发表，找到目的地址的转发端口 将分组送到适当端口转发,第1讲 24/104,Computer Network, Anhui University, 2012,注4 主机和结点交换机作用不同,主机(host)： 为用户进行信息处理，并向网络发送分组，从网络接收分组 结点交换机(switch)： 对分组进行存储转发，最后把分组交付给目的主机,第1讲 25/104,Computer Network, Anhui University, 2012,分组交换的优点,高效 动态分配传输带宽，对通信链路逐段占用 灵活 以分组为单位传输、查找路由 迅速 无需先建立连接就能向其他主机发送分组 可靠 自适应路由选择协议使网络生存性强,第1讲 26/104,Computer Network, Anhui University, 2012,分组交换的问题,时延(delay) 分组在各结点存储转发时需要排队，造成一定的时延 额外开销(overhead) 分组首部（含控制信息）造成的额外开销,第1讲 27/104,Computer Network, Anhui University, 2012,注：存储转发并非全新概念,报文交换(message switching) 历史上的电报通信，也采用存储转发 特点： 以整个报文为处理单位 时延较长：从几分钟到几小时，现已很少使用,第1讲 28/104,Computer Network, Anhui University, 2012,三种交换的比较,A B C D,A B C D,A B C D,报文交换,电路交换,分组交换,t,数据传送 的特点,比特流直达终点,报文,报文,报文,分组,分组,分组,存储 转发,存储 转发,存储 转发,存储 转发,第1讲 29/104,Computer Network, Anhui University, 2012,报文交换的延迟,第1讲 30/104,Computer Network, Anhui University, 2012,报文交换的特点,第1讲 31/104,Computer Network, Anhui University, 2012,分组交换,第1讲 32/104,Computer Network, Anhui University, 2012,1.1.2 计算机网络发展 -四个阶段,第一阶段面向终端的计算机通信网,第1讲 33/104,Computer Network, Anhui University, 2012,第二阶段 面向通信的网络,两级结构：逻辑上形成通信子网和资源子网两级结构 ARPAnet分组技术的应用,奠定了Internet的基础 分组交换网：现代电信时代的开始，CCP:通信控制处理机,第1讲 34/104,Computer Network, Anhui University, 2012,两阶段的区别,面向终端的计算机网络 单个主机为中心的星形网 各终端通过通信线路共享昂贵的中心主机硬软件资源 分组交换网 网络为中心，主机都在网络外围 用户通过分组交换网共享网络上各种软硬件资源,第1讲 35/147,Computer Network, Anhui University, 2012,第三阶段 计算机互连网 -路由器连接的层次结构网,第3阶段：ISO与TCP/IP协议的研发，对网络理论体系与网络技术的重要作用。 计算机网络体系结构的形成第三代计算机网络,第1讲 36/104,Computer Network, Anhui University, 2012,例：LAN租用通信网实现互连,图 计算机互联网络,第1讲 37/104,Computer Network, Anhui University, 2012,第四阶段 高速互联网络,特征： Internet广泛应用 高速网络、接入网、网络与信息安全技术的发展 高速计算机网络第四代网络时期 IP over ATM/SDH/ WDM/DWDM,第1讲 38/104,Computer Network, Anhui University, 2012,1.1.3 因特网时代,因特网基础结构经历三个阶段的演进 三阶段在时间上有部分重叠（网络演进是逐渐的，不是突然的）,第1讲 39/104,Computer Network, Anhui University, 2012,1.1.3 因特网时代-第一阶段(69-83),1969-1983.网络技术的研究和试验 1983.TCP/IP 协议成为标准协议 1983.ARPANET分解成两个网络 ARPANET 科研网 MILNET 军用网 1983-1984. 形成因特网Internet,第1讲 40/104,Computer Network, Anhui University, 2012,1.1.3 因特网时代-第二阶段(83-94),1986 美国国家科学基金委建立NSFNET 三级计算机网络 主干网 地区网 校园网 1991 美国政府将Internet主干网转给私人公司经营，对接入Internet的单位收费 1993 Internet主干网速率提到45 Mb/s（T3 速率）,第1讲 41/104,Computer Network, Anhui University, 2012,三级结构的因特网,各网络之间需要使用路由器来连接 有时在结构图中可不画出路由器,校园网,校园网,校园网,校园网,校园网,校园网,国家主干网,第1讲 42/104,Computer Network, Anhui University, 2012,三级结构的因特网,主机到主机的通信可能要经过多种网络。,校园网,校园网,校园网,校园网,校园网,校园网,国家主干网,第1讲 43/104,Computer Network, Anhui University, 2012,1.1.3 因特网时代-第三阶段(93-),1993 美政府资助的NSFNET逐渐被若干商用ISP网络代替 1994 创建 4 个网络接入点 NAP (Network Access Point)，分别由 4 个电信公司经营 NAP 是交换因特网上流量的结点 NAP 中安装性能很好的交换设施 本世纪初，美国NAP数量已达十几个 1994 年至今，因特网演变成多级结构网络,第1讲 44/104,Computer Network, Anhui University, 2012,多级结构的因特网,大公司,地区 ISP,网络接入点 NAP （对等点）,公司,主干服务 提供者,本地 ISP,地区 ISP,地区 ISP,地区 ISP,本地 ISP,本地 ISP,大公司,大公司,网络接入点 NAP （对等点）,主机到主机的通信可能经过多种 ISP,第1讲 45/104,Computer Network, Anhui University, 2012,目前多级结构的因特网,大致上可将因特网分为以下五个接入级 网络接入点 NAP 国家主干网（主干 ISP） 地区 ISP 本地 ISP 校园网、企业网或 PC 机上网用户,第1讲 46/104,Computer Network, Anhui University, 2012,1.1.4 计算机网络发展趋势,一个目标 两个支持 三个融合 四个热点,第1讲 47/104,Computer Network, Anhui University, 2012,一个目标,建立完善的信息基础设施 信息社会最重要的基础设施 信息产业是现代社会最重要的产业 电子信息文化是人类文化发展第四个里程碑,第1讲 48/104,Computer Network, Anhui University, 2012,两个支撑技术,微电子技术 光电子技术,第1讲 49/104,Computer Network, Anhui University, 2012,微电子技术,信息产业发展的基础 莫尔定理 PC的处理能力 新的微电子技术工艺,第1讲 50/104,Computer Network, Anhui University, 2012,莫尔定律,Intel公司创始人莫尔于70年代提出 D(T)=D(T0)2(T-T0)/1.5 D(T)：时间T T0时的集成电路密度 T：年为单位 18个月集成电路器件数翻一番 科技进步和市场驱动导致指数增长 1965年 IC含1个器件 1995年 IC含100万个 2000年 IC含1000万个 物理极限 1000亿个,第1讲 51/104,Computer Network, Anhui University, 2012,光电子技术,光纤传输性能 光纤传输技术的发展 第一代：0.8微米 280兆比特 第二代：1.3微米 560兆比特 第三代：1.5微米 第四代：光放大器 10-20千兆比特 波分复用技术 100G bps 40种波长 同时传送100万个话音和1500个电视信道,第1讲 52/104,Computer Network, Anhui University, 2012,三个融合,计算机、通信、信息内容的融合 电信、电视、计算机的三网合一 融合的基础是数字化 三网合一的网络体系结构,第1讲 53/104,Computer Network, Anhui University, 2012,三个融合,第1讲 54/104,Computer Network, Anhui University, 2012,四个热点,多媒体 宽带网 移动通信 信息安全,第1讲 55/104,Computer Network, Anhui University, 2012,多媒体热点之一,多媒体的两种类型 静 态 数据、文本、静态图象 基于时间音频、视频、虚拟现实 多媒体应用 视频点播 交互视频 协同工作 远程医疗 远程教学,第1讲 56/104,Computer Network, Anhui University, 2012,宽带网热点之二,从传统电话网到OC48的光缆通信 高速的传输载体和信息内容 信息高速公路载体的技术特征 全动态视频信号 全交互双向通信 宽带通信技术 主干网 接入网,第1讲 57/104,Computer Network, Anhui University, 2012,网络频宽需求的增加,频宽需求,时 间,文字和数字,图表,图像,颜色,声音,影像,第1讲 58/104,Computer Network, Anhui University, 2012,各种应用对频宽的需求,媒介描述 未压缩速度范围(Mbps) 压缩速度范围(Mbps) 广播类NTSC视频 120 3-6 播音室NTSC视频 216 10-30 高分辨率广播视频 1500 20-30 全动感可视图像 60帧/秒,1000X1000象素 1500-2500 50-200 单色二进制代码静止图像 600X600点/英寸，135PP/分钟 120 5-50 全彩色静止图像 400X400象素/英寸,60PP/分钟 500 45,第1讲 59/104,Computer Network, Anhui University, 2012,移动通信热点之三,移动通信的发展 未来NII、GII的重要组成 便携式信息设备 电脑的运算能力 Internet的联网能力 电视的清晰图象 电话的方便 移动通信用户数激增,第1讲 60/104,Computer Network, Anhui University, 2012,移动系统的技术参数,第1讲 61/104,Computer Network, Anhui University, 2012,无线网快速发展,第1讲 62/104,Computer Network, Anhui University, 2012,家居网,第1讲 63/104,Computer Network, Anhui University, 2012,信息安全热点之四,安全威胁 以破坏系统为目标的系统犯罪 以窃取、篡改信息，传播非法信息为目标的信息犯罪,第1讲 64/104,Computer Network, Anhui University, 2012,安全问题,通信安全 解决数据传输的安全 密码技术 计算机安全 解决计算机信息载体及其运行的安全 正确实施主体对客体的访问控制 网络安全 分布网络环境中对信息载体及其运行的安全 完整的信息安全保障体系,第1讲 65/104,Computer Network, Anhui University, 2012,下一代(互连)网络(NGI/NGN),第1讲 66/104,Computer Network, Anhui University, 2012,下一代(互连)网络特点,网络集成 完全IP网 低成本和高效率 超高速和多媒体应用 位置智能化,第1讲 67/104,Computer Network, Anhui University, 2012,1.2 计算机网络在中国的发展 1.2.1 发展历史,第1讲 68/104,Computer Network, Anhui University, 2012,1.2 计算机网络在中国的发展 1.2.2 中国主要电信运营商(1/2),老6家 中国电信 中国网通 中国联通 中国移动 中国铁通 中国卫通,第1讲 69/104,Computer Network, Anhui University, 2012,1.2 计算机网络在中国的发展 1.2.2 中国主要电信运营商(2/2),新3家，重组方式： 移动铁通 联通的GSM网通 电信联通的CDMA卫通的基础电信业务,第1讲 70/104,Computer Network, Anhui University, 2012,骨干网,连接城域网之间的传输链路为骨干网 骨干网运营商是国家批准的，投资建立全国性互联网，并直接与国外网络进行国际互联 企业、政府部门、ISP、个人用户等，都必须通过骨干网运营商接入因特网,第1讲 71/104,Computer Network, Anhui University, 2012,及时了解中国互连网, 中国互连网发展调查报告,第1讲 72/104,Computer Network, Anhui University, 2012,第1讲 73/104,Computer Network, Anhui University, 2012,第1讲 74/104,Computer Network, Anhui University, 2012,基础数据 -2012年1月16第29次调查报告,截止日期2011年12月31 网民数：5.13亿 手机网民3.56亿,占整体网民比例为69.3% 家庭上网宽带网民数：3.92亿 网站总数：230万个 国际出口带宽： 1,389,529Mbps IPv4：3.3亿个,第1讲 75/104,Computer Network, Anhui University, 2012,总体网民规模 2011年底，中国网民规模达到5.13亿,第1讲 76/104,Computer Network, Anhui University, 2012,2011互联网普及率世界平均水平,第1讲 77/104,Computer Network, Anhui University, 2012,手机上网网民规模对比,第1讲 78/104,Computer Network, Anhui University, 2012,各省普及状况,第1讲 79/104,Computer Network, Anhui University, 2012,2011年分省网民规模及增速,第1讲 80/104,Computer Network, Anhui University, 2012,GDP与普及率,第1讲 81/104,Computer Network, Anhui University, 2012,2010-2011年网民性别结构对比,第1讲 82/104,Computer Network, Anhui University, 2012,网民年龄结构对比,第1讲 83/104,Computer Network, Anhui University, 2012,网民学历结构对比,第1讲 84/104,Computer Network, Anhui University, 2012,网民收入结构,第1讲 85/104,Computer Network, Anhui University, 2012,全国公用计算机网络(1/5) -ChinaNet（中国公用计算机互联网）,国内最大的计算机骨干网 国际出入口带宽为46Gbit/s（2005年底） 已建成连接省会城市的2.210Gbit/s宽带骨干网,第1讲 86/104,Computer Network, Anhui University, 2012,全国公用计算机网络(2/5) - CNCNet（中国网通宽带网）,组建了China169（宽带中国）网络 China169城域网采用多条2.5Gbit/s或多条155Mbit/s的高速中继电路 国内主要城之间采用10Gbit/s的IP Over DWDM电路 国际出口带宽达到了20Gbit/s,第1讲 87/104,Computer Network, Anhui University, 2012,全国最大的公益性网 三级结构：全国主干网、地区网和校园网 四级管理：全国网络中心、地区网络中心、省教育科研网、校园网 网络中心：清华大学，负责全国主干网运行管理 骨干网传输速率已达到10Gbit/s 国际出口总带宽在1000Mbit/s以上,全国公用计算机网络(3/5) - CERNet（中国教育和科研计算机网）,第1讲 88/104,全国公用计算机网络(4/5),Computer Network, Anhui University, 2012,第1讲 89/104,4CSTNet（中国科技信息网） 非盈利、公益性网 为科技界、科技管理部门、政府部门和高新技术企业服务 5UNINet（中国联通计算机互联网） 也称为中国联通165网，面向ISP和ICP 国际出入口带宽为1645Mbit/s 在全国18个城市建设了20个卫星通信地球站,全国公用计算机网络(515),Computer Network, Anhui University, 2012,第1讲 90/104,6CMNet（中国移动互联网） 主要提供无线上网服务 7CSNet（中国卫星集团互联网） 隶属于国家信息产业部 经营多套VSAT系统 8CGWNet（中国长城网） 公益性互联网络，目前正在建设中 9CIETNet（中国国际经济贸易互联网） 全国外贸系统企事业单位的专用互联网络,Computer Network, Anhui University, 2012,第1讲 91/104,Computer Network, Anhui University, 2012,网络国际出口带宽,第1讲 92/104,Computer Network, Anhui University, 2012,带宽图,MAP0612,第1讲 93/107,Computer Netw