通信与计算机网络.ppt

通信与计算机网络 主要内容 一 通信 网络的地位二 计算机及其网络的形成和发展三 计算机网络功能 结构和分类四 网络协议体系 OSI RM模型五 局域网六 网络互联通信技术七 TCP IP协议八 网络安全和网络管理九 通信 网络发展趋势十 实例 信息处理 信息传输 信息采集 一 通信网络的地位 二 计算机及网络发展历程 1 计算机发展历程及趋势2 网络发展历程 1 计算机发展历程 计算机系统的分类 大型机 小型机 工作站 微型机 XT P4 超级计算机 计算机的发展趋势 微型化 巨型化网络化多媒体第五代计算机 2 计算机网络的形成和发展 计算机网络是计算机技术和通信技术高度发展并相结合的产物 出现于二十世纪60年代的初期 发展极快 一个国家是否具有全国性的大型计算机网络 已经成为衡量该国家科学技术的重要标志 计算机网络经历了从简单到复杂 从低级到高级的发展过程 可概括为三个阶段 具有通信功能的单机系统 具有通信功能的多机系统 计算机 计算机网络 三 网络的功能 结构和分类 1 网络的基本功能2 网络的结构和组成3 网络的分类 计算机实质上是帮助人们进行信息处理的智能工具 输入计算机的是信息 计算机输出的还是信息 计算机网络是在计算机技术与通信技术高度发展并结合的背景下 为解决实践需要应运而生的 开发每个网络系统都有极强的应用目的 每个不同的计算机网络是为不同目的 解决不同需求而设计的 因此 各个具体网络系统的功能也不尽相同 但网络的主要功能是相近的 1 网络的基本功能 计算机网络系统的基本功能 1 数据快速传送和集中处理 2 资源共享 3 提高可用性和可靠性 4 易于分布处理 数据快速传送和集中处理是计算机网络的最基本功能 资源共享包括共享软件 硬件和数据资源 是计算机网络最有吸引力的功能 一方面可均衡各台计算机的负载 大大提高每台计算机的可用性 另一方面 通过网络各台计算机彼此互为后备机 避免因故障导致系统瘫痪的情况 提高了系统的可靠性 对大型综合性问题可将任务分交给几台计算机 实观分布处理的目的 因而使得它在经济 军事 生产管理和科学技术等部门发挥了重要作用 在事务处理和过程控制中扮演了越来越重要的角色 2 网络的结构与组成 计算机网络是由主计算机 终端 网络节点 通信链路等网络单元组成 从逻辑功能上看 一个网络可分成两个子网 资源子网和通信子网 资源子网 资源子网一般由计算机系统 终端 终端控制器 连网外设 各种软件资源和数据资源等组成 资源子网负责全网的数据处理和向网络用户提供网络资源及网络服务等 这里将主要介绍资源子网中的主体设备 计算机系统和终端 资源子网 主计算机在计算机网络中 主计算机 host 负责数据处理和网络控制 它与其他模块中的主机联网以后 构成网络的主要资源 网络服务器 普通PC机均属主机算机 host 资源子网 终端 终端是网络中用量最大 分布最广的设备 直接面对用户 是用户进行网络操作 实现人 机对话的工具 按照终端设备组成分类 简易终端 键盘打字之类终端 复合终端 由多台输入输出设备组成 但对终端的控制仍由控制电路实现 智能终端 终端控制器为可编程控制器 通常为微机 通信子网 通信子网由网络节点 通信链路及信号变换器等组成 负责数据在网络中的传输与通信控制 a 网络节点 负责信息的发送和接受 信息的转发等功能 通常网络节点本身就是一台计算机 b 通信链路 通信链路是两个节点之间的一条通信通道 常被称为信道 c 信号转换器 信号变换器提供数字信号和模拟信号之间的变换 如调制解调器 3 网络的分类 用于计算机网络进行分类的标准很多 如按拓扑结构分类 星型 环形 网状 按网络协议分类 按信道访问方式分类及按数据传输方式分类等 有线网络 无线网络 下面是按照一种能反映网络技术本质的特征的分类标准 即按计算机网络分布的距离来分类 局域网 LAN 广域网 WAN 城域网 MAN 互联网 Internet 局域网的分布范围一般在几公里以内 最大不超过10公里 属于一个地区或一个单位组建的网络 它是在小型计算机和微型计算机大量推广使用之后才逐渐发展起来的 城域网是介于局域网与广域网之间的一种大范围的高速网络 城域网的设计目标是要满足几十公里范围内的大量企业 机关 公司和社会服务部门的计算机连网需求 实现大量用户 多种信息传输的综合信息网络 互联网其实不是一种具体的物理网络技术 它是将不同的物理网络技术按某种协议统一起来的一种高层技术 广域网与广域网 广域网与局域网 局域网与局域网之间的互连 形成了局部处理与远程处理 有限地域范围资源共享与广大地域范围资源共享相结合的互联网 目前世界上发展最快 也是最热门的网络就是Internet网 各类计算机网络的特征参数 如下表 四 网络协议体系 OSI RM模型 1 协议的概念所谓网络协议 是计算机之间进行通信时 为保证数据有序地发送和接收 而预先约定的规则 标准或约定 规则中明确规定了 通信时数据的格式 传送时序及相应的控制信息与应答信号 2 开放式系统互联参考模型 OSI RM OpenSystemInterconnect ReferenceModel 开放式系统互联参考模型 是由国际标准化组织 ISO 制定的网络协议层次模型 又称为ISO OSI网络体系结构 为实现不同网络的互连 OSI RM模型把网络通信定义为7个层次 OSI RM模型层次结构 由低层到高层 提供物理链路 实现比特流的透明传输 为数据 帧 块发送提供必要的同步 差错控制和流控制 数据传输的基本单位是帧 为更高层次提供独立于数据传输和交换技术的系统连接 并负责建立 维持和结束连接 传输的基本单位是分组 为不同系统的会晤实体建立端 端之间透明 可靠的数据传输 并提供端点间的错误校正和流控制 传输的基本单位是报文 提供应用进程在数据表示 语法 差异上的独立性 提供给用户对OSI环境的访问和分布式信息服务 应用层以下各层均通过应用层向应用进程提供服务 为应用程序间的通信提供控制结构 包括建立 管理 终止连接 任务 五 局域网 1 局域网特征2 IEEE802标准3 介质访问控制方法4 以太网 最普及的局域网5 网络设备简介 1 局域网特点 a 范围有限 用户个数有限 仅用于办公室 工厂 学校等内部网络 b 高传输速率和低误码率 c 传输介质较多 既可用通信线路 如电话线 又可用专门的线路 如同轴电缆 光纤 双绞线等 d 局域网侧重共享信息的处理 广域网侧重共享位置准确无误及传输的安全性 决定局域网特征的主要技术 拓扑结构 数据传输形式 介质访问控制方法 2 IEEE802标准 IEEE802 1A概述和系统结构 IEEE802 1B网络管理和网际互联 IEEE802 2逻辑链路控制 IEEE802 3CSMA CD总线访问控制方法物理层技术规范 IEEE802 4令牌总线访问控制方法及物理层技术规范 IEEE802 5令牌环网访问控制方法及物理层规范 IEEE802 6城域网访问控制方法及物理层技术规范 IEEE802 7宽带技术 IEEE802 8光纤技术 IEEE802 9综合业务数字网 ISDN 技术 IEEE802 10局域网安全技术 IEEE802 11无线局域网 3 介质访问控制方法 三种常用的局域网的介质访问控制方法 CSMA CD 载波监听多路访问技术 令牌环令牌总线 4 以太网 最普及的局域网 采用CSMA CD载波监听多路访问技术标准以太网符合IEEE802 3协议规范 网络使用效率高 以太网有主要有以下几种 粗缆以太网10BASE 5 细缆以太网10BASE 2 细 粗同轴电缆混合网络 双绞线以太网10BASE T 快速以太网100BASE T及高速以太网 目前高速以太网数据传输率 Gb s 5 网络设备简介 网卡 NIC 网络集线器 HUB 以太网交换机以太网网络互联设备无线网络设备 六 网络互联通信技术 1 网络互联的基本概念及方法2 公共传输系统有线 无线 水利信息化通信技术 1 网络互联的基本概念及方法 网间互联的复杂性取决于要互联的网的帧 分组 报文和协议的差异程度 一般LAN LAN互联由于在传输层以下 大多采用中继器和桥 网桥工作在数据链路层 透明网桥用于同种类型的LAN的互联 改变封装的网桥有能力改变每种通信协议所规定的数据包的封装 交换式集线器工作在数据链路层 它除普通集线器的功能外 还能以高的数据速率实现不同类型的LAN的互联 而LAN WAN互联主要是扩大数据通信网的连通范围 由于协议差异很大 一般采用路由器 并且可以利用公共传输系统联网 2 公共传输系统 从用户角度看 公共传输系统主要提供 电路交换服务 分组交换服务 租用线路或专线服务三种通信服务 常见的公共传输系统如下 PSTN ISDN N ISDN B ISDN X 25 F R SMDS SDH ATM 其中X 25 F R SMDS B ISDN属于包交换网络 a 公共电话交换网PSTN 以模拟技术为基础的电路交换网络 因此两个站点经PSTN通信时 中间必须经双方Modem实现数 模信号的转换 可作为备份线路考虑 b 多兆位数据交换服务SMDS 是基于城域网MAN协议的包交换公共数据网络 它和ATM一样都是同类高速包交换协议 SMDS可以作为主干网 将企业网的多个LAN互连在一起 c 综合业务数字网ISDN 特点是用户经由一个标准的用户网络接口可享用各种类型的网络服务 ISDN将网络分为用户网络 接入网络 核心网络 ISDN交换系统以时分复用技术经过一个双向数字管道与用户互传比特流信息 数据传输速率为64Kb s d DDN数字数据网 一种利用数字信道提供数据信号传输的数据传输网 也是面向所有专线或专网用户的基础电信网 DDN网的特点 传输速率高 质量好 距离远 多协议支持 安全可靠 费用低廉 DDN提供的业务有专用电路 帧中继 压缩话音 G3传真业务 虚拟专用网 带宽在2M以内 DDN接入方式非常丰富 常用的有 二线模拟传输方式 二线 四线 频带调制解调器传输方式 2B D数据终端单元 DTU 传输方式等等 e X 25分组交换网 X 25是在公用数据网上以分组方式工作的数据终端设备DTE和数据电路端接设备DCE之间的接口 实现点对点的交互方式 在单个物理链路上可复用多条逻辑信道 即虚电路 使一个DTE接口接入X 25网后可与一个或多个远程DTE同时互联 实现全双工的信息交换 特点 网内个节点具有存储转发能力 能接入不同类型的用户设备 可靠性高 多路复用 流量控制和拥塞控制 点对点协议 不支持广播 支持多种协议 可与其他公用网互联 X 25接入 a 在大规模 多协议网络中 采用路由器和网关同时连接X 25和本地局域网 b 在中小规模协议较少的网络中 采用一台PC机做为路由器 c 使用分组装拆设备PDA DDN与X 25的比较 f 帧中继的应用 帧中继是在X 25基础上 简化了差错控制 流量控制和路由选择功能 着眼于数据的快速传输以提高网络的吞吐量 而形成的一种新型的交换技术 因此帧中继为原X 25用户提供性能更高或范围更广的业务 另外 帧中继也可基于DDN网等平台上实现 帧中继和X 25的异同点 g 城域宽带网 利用城域宽带网 主干2 5G以上 接入1M以上的城域网 的ADSL CableModem和以太网接入技术 可方便地实现网络将的互联 g 无线通信技术 GSM GPRS CDMA等无线通信技术发展迅速 3G标准规定 移动终端以车速移动时 其数据传输速率为144kbps 室外静止或步行时速率为384kbps 而室内为2Mbps 对于一些专用的无线网络 其数据传输速率已可达100Mbps 如微波扩频技术 对于某些偏远地区 卫星通信技术也是一个选择 3 专用传输系统 水利信息化的信息采集系统 由于其信息点 如水文站 一般位于偏僻地带 没有公网资源可用 此时就需要建立专用通信网络 建立信息采集专网可用技术包括 超短波 微波 卫星或有线电缆 七 TCP IP协议 TCP IP协议集是以TCP TransmissionControlProtocol 传输控制协议和IP InterconnectionProtocol 互连网协议为代表的协议集 它已被广泛地应用于解决计算机网络的互连问题 成为事实上的工业标准 水利信息化工程 将采用TCP IP网络体系组建各自的Intranet以及Extranet 并与Internet互联实现电子政务的分层次服务 1 TCP IP体系结构 物理层 包含了所有的高层协议 如FTP TELNET DNS SMTP等 负责在源主机和目的主机的应用程序之间提供端 端的数据传输服务 主要有传输控制协议TCP和用户数据报协议UDP 负责将数据报独立地从信息源送到信宿 主要解决路由选择 阻塞控制 网络互联等问题 主要有互联网协议IP 负责将IP数据报封装成适合在物理网络上传输地帧格式并传输 或将从物理网络接收到地帧解封 取出IP数据报交给上层地网络互联层 物理层 只要能传输IP数据报 允许任何协议 网络接口层 网络互联层 传输层 应用层 由低层到高层 2 网络互联层协议 IP协议 实现的是不可靠无连接的数据报服务 它是TCP IP协议族的核心 传输层上的数据信息和网络层上的控制信息都以IP数据报的形式传输 在Ipv4中 IP地址由四个八位域 叫作octets 组成 Octets被点号分开代表在0到255范围内的十进制数字 用二进制格式时共有32位组成 为了方便记忆 用点号每八位一分割 称为点分十进制 因为TCP IP网络是为大规模的互连网络设计的 所以不能用全部的32位来表示网络上主机的地址 用IP地址的一部分来标识网络 剩下的部分标识其中的网络设备 IP地址中用来标识设备所在网络的部分叫做网络ID 标识网络设备的部分叫做主机ID 这些ID包含在同一个IP地址之中 IP地址分类 Internet组织定义了5种IP地址类 以容纳不同大小的网络 A类地址用于主机数目非常多的网络 A类地址的最高位为0 接下来的7位完成网络ID 剩余的24位二进制位代表主机ID A类地址允许126个网络 每个网络大约一千七百万台主机 第一个八位体是1 126 127是一个特殊的网络ID 是用来检查 TCP IP协议工作状态 B类地址用于中型到大型的网络 B类地址的最高位为10 接下来的14位完成网络ID 剩余的14位二进制位代表主机ID B类地址允许16384个网络 每个网络大约65000台主机 第一个八位体是128 191 C类地址用于小型本地网络 C类地址的最高位为110 接下来的21位完成网络ID 剩余的8位二进制位代表主机ID C类地址允许大约二百万个网络 每个网络有254台主机 第一个八位体是192 223 IP地址分类 D类地址用于多重广播组 一个多重广播组可能包括1台或更多主机 或根本没有 D类地址的最高位为1110 第一个八位体是224 239 剩余的位设计客户机参加的特定组 在多重广播操作中没有网络或主机位 数据包将传送到网络中选定的主机子集中 只有注册了多重广播地址的主机才能接收到数据包 Microsoft支持D类地址 用于应用程序将多重广播数据发送到网络间的主机上 包括WINS和MicrosoftNetShow E类是一个通常不用的实验性地址 它保留作为以后使用 E类地址的最高四位通常为11110 第一个八位体是240 247 248 254无规定 3 子网和网段 子网是一个逻辑概念 子网中的各主机的NetID是相同的 网段是一个物理概念 是指在物理上独立的一段网络 子网与网段之间 可以是多对多的关系 子网掩码 将IP地址的各位 NetID全改为1 HostID全改为0 则是子网掩码 与IP地址进行 与 或 and 运算 用来分辩网络ID和主机ID 标准子网掩码 A类 255 0 0 0B类 255 255 0 0C类 255 255 255 0 Intranet和Extranet Intranet的中文名称为内联网 Extranet的中文名称为外联网 Intranet是建立在企业内部的 因特网 主要由公司级的TCP IP网络和WWW系统构成 在Intranet与Internet之间通过防火墙之类的安全性设施 既隔离外部用户又保持与因特网的连通性 Extranet是若干相关企业内部网为达到特定目的而实现互连的 因特网 如广东省水利厅内联网与省内各地市水利局内联网 为实现水利信息共享 防汛指挥会商 水资源的统一与分级管理等目标 而采用Internet技术实现互联 即构成广东水利Extranet Intranet Extranet及Internet都是基于WEB技术的网络 均采用TCP IP协议族 八 网络安全与网络管理 网络安全 常用安全机制 防火墙身份验证 建立CA系统数据加密访问控制 2 网络管理 网络管理是指 对网络的运行和网络资源使用进行规划 设计 配置 监视 分析 组织和控制等必要的管理活动 以保障网络正常可靠运行 网络管理可遵循某些国际标准 自行开发网络管理软件 或购买现成的网络管理软件 并建立相应的管理制度 主要内容包括 配置管理 失效与故障管理以及安全管理等 九 通信 网络发展趋势 通信 网络的发展趋势可概括为 一个目标两个支撑三个融合四个热点 一个目标 面向21世纪计算机网络发展的总体目标就是要在各个国家 进而在全球建立完善的信息基础设施 信息基础设施将改变人们的生活 学习 工作 人际交往的方式 减轻人们的工作负担 提高人民的生活水平 推动社会的进步 两个支撑 在实施面向21世纪计算机网络的总体目标时 有两个重要的支撑技术 即微电子技术和光技术 微电子技术的发展是信息产业发展的基础 也是驱动信息革命的基础 驱动信息革命的另一个支撑技术是光电子技术 评价光纤传输发展的标准是传输的比特率和信号在需要再生前可传输的距离的乘积 三个融合 支持全球建立完善的信息基础设