一绪论PPT课件.ppt

第一章绪论 1 前言 人类赖以生存和发展的三类资源为物质资源 能量资源和信息资源 其中信息资源是更高层次的战略资源 它能合理地利用和配置物质资源 能量资源 并使其发挥最佳效益 它的重要地位越来越多地为人们所认识 在当今信息时代中 如何充分利用信息资源的价值 是需要人们迫切解决的问题 2 前言 计算机作为信息处理的工具 为人类处理信息提供了理想的手段 但是在什么环境下使用计算机 直接关系到信息利用的价值 如果采用单机单用的使用环境 信息局限于一个局部的范围 这只是一种低层次的使用 并没有充分发挥信息的价值 信息的价值体现在交流与共享 而当今实现信息资源共享的主要手段之一就是计算机网络 人们研究计算机网络技术的最终目的就是实现通信与资源共享 3 1 1 2计算机网络的形成与发展 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循了这样一个技术发展轨迹 1946年世界上第一台电子数字计算机ENIAC在美国诞生时 计算机技术与通信技术并没有直接的联系 4 计算机网络的形成与发展 随着计算机应用的发展 出现了多台计算机互连的需求 这种需求主要来自军事 科学研究 地区与国家经济信息分析决策 大型企业经营管理 他们希望将分布在不同地点的计算机通过通信线路互联成为计算机 计算机的网络 网络用户可以通过计算机使用本地计算机的软件 硬件与数据资源 也可以使用联网的其他地方的计算机软件 硬件与数据资源 以达到计算机资源共享的目的 5 计算机网络的形成与发展 计算机网络的形成与发展大致经历了以下四个阶段 第一阶段可以追溯到20世纪50年代 那时人们开始将彼此独立发展的计算机技术与通信技术结合起来 完成了数据通信技术与计算机通信网络的研究 为计算机网络的产生做好了技术准备 并奠定了理论基础 第二阶段应该从20世纪60年代美国的ARPAnet与分组交换技术开始 ARPAnet是计算机网络技术发展中的一个里程碑 它的研究成果对促进网络技术发展和理论体系的研究产生了重要作用 并为Internet的形成奠定了基础 6 计算机网络的形成与发展 第三阶段可以从20世纪70年代中期计起 20世纪70年代中期国际上各种广域网 局域网与公用分组交换网发展十分迅速 各个计算机生产商纷纷发展各自的计算机网络系统 但随之而来的是网络体系结构与网络协议的国际标准化问题 国际标准化组织 InternationalOrganizationforStandardization ISO 在推动开放系统参考模型与网络协议的研究方面做了大量的工作 对网络理论体系的形成与网络技术的发展起到了重要的作用 但它同时也面临着TCP IP的严峻挑战 7 计算机网络的形成与发展 第四阶段要从20世纪90年代开始 这个阶段最有挑战性的话题是Internet 高速通信网络技术 接入网 网络与信息安全技术 Internet作为国际性的网际网与大型信息系统 正在当今经济 文化 科学研究 教育与人类社会生活等方面发挥着越来越重要的作用 更高性能的Internet2正在发展之中 宽带网络技术的发展 为社会信息化提供了技术基础 网络与信息安全技术为网络应用提供了重要安全保障 基于光纤通信技术的宽带城域网与接入网技术 以及移动计算网络 网络多媒体计算 网络并行计算 网格计算与存储区域网络正在成为网络应用与研究的热点问题 8 1 20世纪60年代 形成计算机网络的雏形 计算机网络是计算机技术和通信技术在应用需求驱动下相结合的产物 最早出现于20世纪50年代初 早期的计算机网络是终端计算机网络 如下图实际上是一种具有通信功能的单机系统 9 1 20世纪60年代 形成计算机网络的雏形 在一些大型企业经营管理 地区与国家经济分析决策 军事与科研部门的应用中 希望将分布于各地的计算机通过通信线路联网 10 1 20世纪60年代 形成计算机网络的雏形 20世纪70年代 美国国防部高级计划研究局 ARPA AdvancedResearchProjectsAgency 和ARPAnet ARPA网 就是这个时期计算机网络的代表 1969年ARPAnet网只有4个结点 1973年为40个结点 1983年达100多个结点 11 20世纪60年代 形成计算机网络的雏形 ARPA网对计算机网络技术的贡献主要表现在 1 完成了对计算机网络定义 分类与子课题研究内容的描述 2 提出了资源子网 通信子网的两级网络结构的概念 3 研究了报文分组交换的数据交换方法 4 采用于层次结构的网络体系结构模型与协议体系 因此ARPA网络研究成果对推动计算机网络发展的意义是深远的 12 2 20世纪70年代 开始网络体系结构与协议的研究 各大公司纷纷推出各种网络体系结构70年代初期 美 英等国一些大学和研究所为计算机间通信与资源共享的目的开始局部网络的研究 70年代中期 世界上开始出现了由国家邮电部门组织与运营的公司通信子网 即公用数据网PDN PublicDigitalNetworks 13 2 20世纪70年代 开始网络体系结构与协议的研究 一些大的计算机公司纷纷开展了计算机网络研究与产品研发工作 提出了各种网络体系结构与网络协议 如 IBM公司的SNA SystemNetworkArchitecture DEC公司的DNA DigitalNetworkArchitecture UNIVA公司的DCA DistributedComputerArchitecture 14 在计算机网络技术 产品与应用发展的同时 人们从计算机体系结构与产品发展过程成功与失败的经验中认识到 必须研究和制定计算机网络的体系结构与协议的标准 但在20世纪70年代后期 人们认识到不同公司网络体系结构与协议标准不统一 将会限制计算机网络自身的发展和应用 网络体系结构与网络协议必须走国际标准化的道路 3 20世纪80年代及90年代初 网络体系结构与协议国际标准化 15 4 20世纪90年代 计算机网络向互联 高速 智能 虚拟方向发展 迅速发展的国际互联网 Internet因特网 是覆盖全球的信息基础设施之一 对于用户来说 它象是一个庞大的远程计算机网络 用户可以利用因特网实现全球范围的电子邮件 新闻 文件传输 信息查询 语音与图像通信服务功能 它将对推动世界经济 社会 科学 文化的发展产生不可估量的作用 16 1 2计算机网络的定义与结构 在计算机网络发展过程中 人们对计算机网络提出了不同的定义 这些定义可以分为3类 广义的观点 资源共享的观点与用户透明性观点 17 1 2计算机网络的定义与结构 1 广义观点广义观点比资源共享观点提出得早 远程联机系统的发展为计算机应用开辟了新的领域 随着计算机应用的发展 一个大公司或一个部门常常拥有多台计算机系统 而且分散在不同的地点 要经常进行业务信息交换 广义观点将这种以传输信息为主要目的 用通信线路将多个计算机连接起来的计算机系统的集合定义为计算机通信网 计算机通信网在物理结构上具有计算机网络的雏形 但它以相互间的数据传输为主要目的 资源共享能力弱 是计算机网络的低级阶段 18 1 2计算机网络的定义与结构 2 资源共享观点资源共享观点将计算机网络定义为 以能够相互共享资源的方式连接起来 并且各自具备独立功能的计算机系统的集合 资源共享观点定义符合目前计算机网络的基本特征 主要表现在 1 计算机网络建立的主要目的是实现计算机资源的共享 计算机资源主要指计算机硬件 软件与数据 网络用户可以使用本地计算机资源 可以通过网络访问远程连网计算机资源 也可以调用网中几台计算机共同完成任务 19 2 连网计算机是分布在不同地理位置的独立的计算机系统 它们之间可以没有明确的主从关系 每台计算机可以连网工作 也可以脱网独立工作 3 连网计算机必须遵循全网统一的网络协议 20 1 2计算机网络的定义与结构 2 连网计算机是分布在不同地理位置的独立的计算机系统 它们之间可以没有明确的主从关系 每台计算机可以连网工作 也可以脱网独立工作 3 连网计算机必须遵循全网统一的网络协议 21 1 2计算机网络的定义与结构 3 用户透明性观点用户透明性观点定义计算机网络为 存在着一个能为用户自动管理资源的网络操作系统 可由它调用完成用户任务所需的资源 使整个网络像一个大的计算机系统一样对用户是透明的 严格地说 用户透明性观点的定义描述了一个分布式系统 22 1 2计算机网络的定义与结构 分布式系统具有一下的5个特征 1 系统拥有多种可用的物理和逻辑资源 可以动态地分配任务 2 系统中分散的物理和逻辑资源通过网络实现信息交换 3 系统存在一个以全局方式管理系统资源的分布式操作系统 4 系统中连网的计算机既合作又自治 5 系统内部结构对用户是完全透明的 23 1 2计算机网络的定义与结构 分布式系统与计算机网络是有区别的 二者的共同之处在于大部分分布式系统是建立在计算机网络之上的 二者的区别主要表现在分布式操作系统与网络操作系统的设计思想 结构 工作方式与功能不同 目前计算机网络操作系统要求网络用户在使用网络资源时必须了解网络资源分布情况 在共享某一台计算机资源时 首先要在这台计算机上登录 在成为该计算机的合法用户后 才能进行允许的资源共享操作 而分布式操作系统以全局方式管理系统资源 自动为用户任务调度网络资源 24 1 2计算机网络的定义与结构 分布式系统与计算机网络的区别主要不在于它们的物理结构 而是在高层软件 计算机网络为分布式系统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更高级的形式 因此可以认为计算机网络是 把分布在不同地点的多个计算机系统物理上互连 按照网络协议相互连网通信 并以共享硬件 软件和数据资源为目标的系统 25 1 2 2计算机网络的主要功能 1 数据通信与分散对象的集中控制与管理2 资源共享功能4 综合信息服务功能3 分布处理与均衡负荷的功能 26 1 2 3计算机网络的分类 1 按网络传输技术进行分类 1 广播式网络在广播式网络中 所有联网计算机都共享一个公共通信信道 当一台计算机利用共享通信信道发送报文分组时 所有其他的计算机都会 收听 到这个分组 由于发送的分组中带有目的地址与源地址 接收到该分组的计算机将检查目的地址是否是与本结点地址相同 如果被接收报文分组的目的地址与本结点地址相同 则接收该分组 否则丢弃该分组 显然 在广播式网络中 发送的报文分组的目的地址可以有3类 单一结点地址 多结点地址与广播地址 27 1 2 3计算机网络的分类 2 点对点式网络与广播式网络相反 在点对点式网络中 每条物理线路连接一对计算机 假如两台计算机之间没有直接连接的线路 那么它们之间的分组传输就要通过中间结点的接收 存储转发 直至目的结点 由于连接多台计算机之间的线路结构可能是复杂的 因此从源结点到目的结点可能存在多条路由 决定分组从通信子网的源结点到达目的结点的路由需重要区别之一 28 1 2 3计算机网络的分类 2 按地理范围与互连距离划分 1 广域网WAN WideAreaNetwork 广域网又称为远程网 它所覆盖的地理范围从几十公里到几于公里 覆盖一个国家 地区 或横跨几个洲 可以形成覆盖全球的远程网络 在通信子网中 主要使用分组交换技术 利用电信部门提供的公用分组交换网 卫星通信信道和无线分组交换网 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 3 局部网络LN LocalNetwork 局部网络用于将有限范围内 如一个实验室 一幢大楼 一个校园 各种计算机 终端与外部设备互连成网 目前局域网技术发展迅速 应用日益广泛 是计算机网络中最活跃的领域之一 29 1 2 3计算机网络的分类 3 从计算机网络组成的逻辑功能角度划分 1 通信子网 通信子网由负责网上数据通信的通信控制处理器 CCP CommunicationControlProcessor 通信线路和其它通信设备组成 完成网络数据传输 转发等通信处理工作 通信控制机在网络拓扑中称为网络结点 可为专用计算机分配相应的软 硬件 2 资源子网 资源子网由主计算机系统 终端 终端控制器 连网外设 各种软件资源与数据资源组成 资源子网负责全网的数据处理业务 向网络用户提供各种网络资源与网络服务 主计算机是资源子网的主要组成单元 它通过高速通信线路与通信子网的通信控制处理机相连接 30 1 2 4计算机网络的拓扑结构 通信子网的拓扑类型较多 主要有以下几种 星形 树形 环形 总线结构 全部互连网状和不规则形 31 1 2 4计算机网络的拓扑结构 星形的中心结点是主结点 它接收各分散结点的信息再转发给相应结点 具有中继交换和数据处理功能 星形网的结构简单 建网容易 但可靠性差 中心结点是网络的瓶颈 一旦出现故障则全网瘫痪 树形网络是分层结构 适用于分级管理和控制系统 与星形结构相比 由于通信线路总长度较短 故成本低 易推广 但结构较星形复杂 网络中任一结点或连线的故障均影响其所在支路网络的正常工作 环形网络中结点计算机连成环形 环路上 信息单向从一个结点传送到另一个结点 传送路径固定 没有路径选择问题 环形网络实现简单 适用于信息量不大的场合 32 1 2 4计算机网络的拓扑结构 总线结构中 各结点通过一个或多个通信线路与公共总线连接 总线型结构简单 扩展容易 网络中任何结点的故障都不会造成全网的故障 比上述几种结构可靠性高 网状 全部互连 网络中任意两结点间都有直接通路相连 故通信速度快 可靠性高 但建网投资大 灵活性差 适用于对可靠性有特殊要求的场合 不规则形网络中各结点的连接没有一定的规则 一般当结点地理分散 而通信线路是设计中主要考虑因素时 采用不规则网络 33 1 2 5计算机网络的标准化 标准可分为两大类 既成事实的标准和合法的标准 前者是没有经过标准化组织正式计划 但已出现并广为应用的标准国际标准权威组织可大体分为两类 1 根据国家政府间建立的标准化组织 如国际标准化组织ISO 2 自愿的非协议的标准化组织 34 1 2 5计算机网络的标准化 国际标准有影响的标准化组织有不少 包括 1 国际标准化组织 InternationalStandardOrganization 它是1946年成立的一个自愿的 非条约的组织 由89个成员国的国家标准化组织参加 包括ANSI 美国 BSI 英国 AFNOR 德国 DIN 法国 和我国等 2 国际电信联盟ITU InternationalTelecommunicationUnion ITU的工作是国际电信标准化 最初是电报 当电话开始提供国际服务时 ITU又接管了电话标准化的工作 1953年 1993年 ITU被称为CCITT 3 电气