计算机网络概述教案PPT课件.ppt

网络工程导论 沈阳工程学院信息学院费雅洁 1 参考书目 计算机网络 AndrewTanenbaum 清华大学出版社 计算机网络与互联网 DouglasComer 电子工业出版社 TCP IP详解 卷一协议 RichardStevens 机械工业出版社 计算机网络 第六版 谢希仁编著 大连理工大学出版社 用TCP IP进行网络互连 第一卷 DouglasComer 电子工业出版社 2 第1章计算机网络概述 主要内容Internet的基本概念 基础知识 特点 功能 形成 发展和现状等 学习目的掌握计算机网络的基本概念掌握计算机网络的功能了解计算机产生 发展和现状了解计算机网络的组织管理机构了解计算机网络的接入方式 3 1 1计算机网络概述 1 1什么是计算机网络 计算机网络是利用通信线路把具有独立功能的 分布在不同地理位置的计算机按一定的方式连接起来 以实现资源共享和数据通信的信息系统称为计算机网络 4 1 1 2计算机网络的基本特征 计算机网络建立的主要目的是实现计算机资源的共享 互连的计算机是分布在不同地理位置的多台独立的 自治计算机 autonomouscomputer 连网计算机必须遵循共同的网络协议 5 1 1 3计算机联网的主要目的 资源共享硬件共享 大型计算机的处理能力 昂贵的外设 软件共享 应用软件 系统软件等 数据共享 用户数据 市场信息 等 数据传输支持用户之间的数据传输 如电子邮件 文件传输 IP电话等 6 1 1 4计算机网络的功能 数据通信 资源共享 协同工作 分布处理 如 电子邮件 网上聊天等 如 网上浏览新闻 网上查找学习资料等 均衡负载互相协作 如 云计算 如 网格 提高计算机的可靠性 如 彼此成为后备机 网络存储 7 1 2计算机网络的起源与发展 1 2 1计算机网络的发展第一代计算机网络 面向终端的计算机网络第二代计算机网络 分组交换网第三代计算机网络 网络标准化第四代计算机网络 网络普及 高速 综合化 8 第一阶段 面向终端的计算机通信网 9 第二阶段 分组交换网 10 计算机互联网的雏形 斯坦福大学 犹他大学 加州大学洛杉矶分校 加州大学巴巴拉分校 1969年美国建立成第一个分组交换网 11 互联网的雏形 ARPAnet网 分组交换不同于传统的电路交换 是存储转发方式中的一种 将要传送的报文分割成具有同一格式的分组 以此作为传输的单元 进行存储转发 优点是 线路利用率高 可进行数据速率的转换 不易引起阻塞 可以使用优先权因此在1976年 国际电报电话咨询委员会 CCITT 制定了用于公用分组交换网的协议标准X 25 12 互联网的雏形 ARPAnet网 挪威 英国 超过40个结点 完成了对计算机网络的定义提出了资源子网 通信子网的概念研究了分组交换方法 13 第三阶段 网络标准化 第三代计算机网络是以网络体系结构形成和协议标准化以及网络互联为特征的 OSI RM和TCP IP层 协议 实体 接口 14 互联网的雏形 NSFnet网 1985年美国国家科学基金会 NSF 在ARPAnet成功后决定资助建立计算机科学网 1987年建立了一个新的广域网 由13个结点组成 由主干结点下联到各地区网 采用TCP IP作为统一的通信协议标准 传输速率由56kbps提高到1 544Mbps 15 互联网的雏形 NSFnet网 16 美国国内互联网的形成 ARPAnet后期分离出来一个军方专用网络MILnet MILnet与NSFnet进行了互连 互连后正式称为Internet 1990年能源网 Esnet 航天技术网 NASAnet 商业网 COMnet 等先后接入Internet 从而构成了美国的Internet 称为USInternet 同年建立了一个新的广域网ANSnet 带宽45Mbps 17 Lo 互联网发送的第一个单词 Web诞生之前 互联网还非常简易 其前身是ARPAnet 尽管ARPAnet计划早在上世纪60年代就已开始 但它直到1969年秋才迎来了关键性的时刻 1969年10月29日晚10 30 LenKleinrock教授通过一条电话专线把加州大学洛杉矶分校 UCLA 的一台主机连接到斯坦福大学研究院 SRI 的一台主机上 为了测试连接是否畅通 Kleinrock安排UCLA的一些学生发送单词 log 而SRI的主机在接收到该单词后则输入 in 做出回应 研究员CharleyKline负责发送 log 这个单词 然而 当他敲入 L 和 O 字母 还没来得及敲 G 时 系统就崩溃了 紧接着的下一次传输虽然成功了 但 LO 这个未敲完的词却成了互联网第一次发送的单词 18 第四阶段 高速化 综合化及智能化 高速化要求计算机网络提供更宽的频带和更低的时延 这就促进了光缆技术及快速交换技术的发展综合化智能化的要求希望将语音 视频 图像 数据等多种业务综合到一个网络中去 并能智能化地完成人们需要的各种应用功能 19 1 2 2全球范围Internet的形成 早期的Internet是为了促进科学与教育的发展而建立的 因此被严格地限制在科技与教育领域 由于美国Internet技术的发展 各国也相继发展起来 并开始进行了互连 从而使用户数急剧增加 1992年 正式成立了Internet协会 届时联机数目已经以百万计 20 互联网的发展 Internet的发展经历了三个阶段 1969 1983研究试验阶段1983 1994实用阶段 在美国和一些发达国家的大学及研究部门得到广泛应用1994 至今商业化阶段 除教育科研网外 政府部门 商业企业单位以及个人开始广泛使用Internet 21 Internet 因特网 这是一个遵循TCP IP协议 将全球大大小小的各种计算机网络互连起来的全球最大的计算机网络 即因特网 Internet inter networks 网络的网络 网间网 internet 互连网 指采用了Internet技术和协议进行互连的网络 泛指一般的互连网 Intranet 内联网或内部网 这是指一个采用了TCP IP协议的但并不一定和Internet连接的企业内部网络 它是Internet概念与技术在企业内部网络中的具体应用 Extranet 外联网 这是指一个可为外部相关用户提供选择性服务的Intranet Extranet将Intranet扩展到内部网之外 使得可以完成一些合作性的商务应用 总之 Intranet和Extranet只是一种思想 而不是一种技术 但它们都使用了Internet技术 与互连网有关的几个名词 22 1 2 3中国互联网发展概况 1987年9月20日钱天白先生通过X 25网络 ChinaPac 和德国的网关 从中国向Internet发出了第一封电子邮件 AcrosstheGreatWall ReachtheWorld 即 跨越长城 通达世界 1989年5月 CRN ChinaResearchNetwork 通过X 25网与德国联网1991年 中科院高能所通过专线与美国联网1994年4月 中国成为直接接入Internet的国家 23 CSTNet中国科技网 中国互联网发展概况 UNINET中国联通网 CERNET中国教育网 CHINANET中国电信网 CHINAGBN中国经济网 中科院系统的12个分院和123个研究所 95年 中国公用计算机互联网 即163 169 原国家教委94年12月组织清华 北大等高校承建 中国国家公用经济信息通信网 金桥网 中国联通公司 2000年 Internet CNCNET中国网通 CIETNET中国经贸网 CMNET中国移动互联网 CGWNET中国长城网 中国九大互连网络 24 中国公用计算机互联网 Chinanet Chinanet于94年开始建设 由邮电部建设 95年6月对外营业 依托ChinaPac ChinaDDN PSTN等通信资源 构成国内速度最快的网络 共有31个主干结点 覆盖全国 3个国际出口 25 中国公用计算机互联网 Chinanet 26 中国教育网的三层结构 27 中国教育网 CERNET 28 中国教育网主干网 29 中国互联网的发展 2000年1月18日CNNIC 中国互联网络发展状况统计报告 截止至99年12月31日 我国上网用户数达890万 99年上半年为400万 上网计算机主机达350万台 WWW站点15153个2001年1月17日 CNNIC在京发布了最新的 中国互联网络发展状况统计报告 统计报告显示 截止到2000年12月31日止 我国上网计算机数有约892万台 拨号751万 专线141万 域名总数122099个 上网用户数2250万人 拨号1543万 专线与拨号同时343万 其它92万 2001年 我国上网计算机已接近3000万台 WWW网站约265405个 我国国际线路的总容量为2799M 2010年中国互联网用户数达2 68亿 30 中国互联网的发展 截至2014年6月 我国网民规模达6 32亿 较2013年底增加1442万人 互联网普及率为46 9 较2013年底提升了1 1个百分点 截至2014年6月 我国手机网民规模达5 27亿 较2013年底增加2699万人 截至2014年6月 我国网民中农村人口占比为28 2 规模达1 78亿 手机上网的网民比例为83 4 相比2013年底上升了2 4个百分点 台式电脑和笔记本电脑上网网民比例略有下降 分别为69 6 和43 7 截至2014年6月 我国域名总数为1915万个 其中 CN 域名总数为1065万 占中国域名总数比例达到55 6 中国 域名总数达到28万 截至2014年6月 我国网站总数为273万个 CN下网站为127万个 31 1 2 4计算机网络发展趋势 网络用户数的发展趋势 32 1 2 4计算机网络发展趋势 GrowthoftheInternet Internet上的主机数 Aug 1981213Oct 19841 024Dec 198728 174Oct 1990313 000Oct 19932 056 000Apr 19955 706 000Jul 199719 540 000Jul 199956 218 000Jul 2001125 888 197Jul 2002162 128 493 33 1 2 4计算机网络发展趋势 RecentGrowth 1991 2002 34 1 2 4计算机网络发展趋势 Internet的发展速度是历史上发展最快的一种技术以商业化后达到5000万用户为例电视用了13年 收音机用了38年 电话更长Internet从商业化后达到5000万用户用了4年时间Internet正在以超过摩尔定理的速度发展 35 1 2 4计算机网络发展趋势 网络时代的三大定律 摩尔定律 CPU性能18个月翻番 10年100倍 所有电子系统 包括电子通信系统 计算机 都适用 光纤定律 超摩尔定律 骨干网带宽9个月翻番 10年10000倍 带宽需求呈超高速增长的趋势 迈特卡尔夫定律 联网定律 网络价值随用户数平方成正比 未联网设备增加N倍 效率增加N倍 联网设备增加N倍 效率增加N2倍 36 1 2 4计算机网络发展趋势 网络带宽与CPU性能 37 1 2 4计算机网络发展趋势 Internet面临的挑战 从单一面向数据到面向多种服务 Internet设计者的本意是建立一个支持数据通信的网络 没有考虑视频 语音的多媒体应用 Internet商业化运作 以及各种信息服务的开展 促使它必须面对数据 语音与视频的多种类型应用程序通信的支持 38 1 2 4计算机网络发展趋势 不同应用对传输的特殊要求数据传输具有突发性 对传输正确性的要求高 在语音传输中 如果数据包丢失率小于10 不会造成语音的严重失真 但是数据包的双向传输延迟一定要相同 并且延迟时间一般要求低于300 400ms 实时性要求表现在 双向传输延迟的一致性 延迟的大小 延迟值的抖动 典型的应用是数据 语音与视频传输 它要求网络能保证提供确定的带宽 发送端与接收端之间保持不变 连续的定时关系 并且要求它们之间的传输延迟可以预知的 39 1 2 4计算机网络发展趋势 一个目标 在各个国家 以至全球建立完善的信息基础设施两个支撑 微电子技术和光技术三个融合 最重要的技术是计算机 通信 信息内容三种技术的融合四个热点 多媒体 宽带网 移动通信 信息安全 40 1 2 4计算机网络发展趋势 计算机网络发展的7个预言到公元2025年 我们生活的地球将披上一层 通信外壳 到2010年 全球互联装置之间的通信量将超过人与人之间的通信量带宽的成本将变得非常低廉 甚至可以忽略不计个人及企业将获得大量个性化服务因特网将从一个单纯的大型数据中心发展成为一个更加聪明的高智商网络高智能网络将成为人与信息之间的高层调节者我们将看到一个充满虚拟性的新时代 41 1 2 4计算机网络发展趋势 下一代互联网的计划美国白宫的NGI计划 Next eneration互联网Initiative 下一代因特网计划 NSF的VBNS VeryHighBandwidthNetworkService 超高带宽网络服务 Internet2 一个由大学 协会 公司和政府机构共同努力建设的网络 IPng 下一代因特网协议 又名IPv6 这些计划试图建立新的协议 新的硬件 新的软件 新的知识和新的网络测试环境 42 1 3计算机网络分类 按规模大小和地域范围 局域网 LAN 在局部地理位置内建立的网络 1公里以内 如一个办公室 一栋大楼等 广域网 WAN 跨越远距离 几十至几千公里范围 一般通过远程通信设施 铜线 光缆 无线电 连接起来的网络 行业网 分布在多个地理位置的公司网 城域网 MAN 将一个城市中的各部门 各单位的网络连接起来的网络 5 50公里内 子网 网络的一个片段 其内的机器可以直接共享资源和传输数据 43 1 3计算机网络分类 按拓扑结构 网络中计算机连接起来的结构形态 总线星型环状网状树形 44 1 3计算机网络分类 按拓扑结构 网络中计算机连接起来的结构形态 总线星型环状网状树形 45 1 3计算机网络分类 按拓扑结构 网络中计算机连接起来的结构形态 总线星型环状网状树形 46 1 3计算机网络分类 按拓扑结构 网络中计算机连接起来的结构形态 总线星型环状网状树形 47 1 3计算机网络分类 按拓扑结构 网络中计算机连接起来的结构形态 总线星型环状网状树形 48 1 3计算机网络分类 按拓扑结构 网络中计算机连接起来的结构形态 总线星型环状网状树形 49 1 3计算机网络分类 混合拓扑结构 50 1 3计算机网络分类 按交换方式 电路交换 网络进行数据传输时 在源与目的之间构成一条实际连接的专用物理线路 报文 分组交换 在源和目的之间不需要建立一条专用的物理线路 而将信息分解成报文 分组 一站一站从源送到目的地 与普通邮政寄信方式类似 帧中继 呼叫控制信号与用户数据采用分开的逻辑连接 实现多路复用和交换 不采用一步一步地流控和差错控制 可以被认为是虚拟的租用线路 信元交换 信元是ATM数据传送的单位 ATM对信元信息域不做任何处理 信元在网络中传送期间出现的一切问题 信元丢失 传送出错 信元延时变化 都由终端来处理 51 1 3计算机网络分类 按网络协议 TCP IP 国际标准SNA IBM公司开发的网络体系结构DNA 微软的WindowsDistributedinterNetApplicationArchitecture Windows分布式应用结构 简称WindowsDNA 是微软创建新一代高适应性商业解决方案的框架 它使公司能够充分地挖掘数字神经系统的优点 SPX IPX 分组交换 顺序分组交换IPX SPX InternetworkPacketExchange SequencesPacketExchange 是Novell公司的通信协议集 AppleTALK Apple公司创建的一组网络协议的名字 它用于Apple系列的个人计算机 52 1 3计算机网络分类 按应用规模 InternetIntranetExtranet 53 Internet最基本的应用方式有网上信息交流网上信息获取网上资源共享等等 1 4Internet的基本应用 54 网上信息交流 信息的通信与交流方式非交互式 普通方式 邮寄信件 Internet方式 E mail 信息浏览交互式 普通方式 打电话 Internet方式 在线文本交谈 语音通信 如IP电话 视频通信 如视频会议 共享白板系统等 55 网上信息查找 WWW 环球信息网 是为了方便用户查找和获取Internet信息的一种信息组织方式 用户只需要在本地机 客户 上运行浏览器软件 就可从全球互连的Web服务器中获取各种信息 Web浏览器软件尽管各不相同 但都具有如下基本功能 检索查询 可浏览 查询 读入全球范围内任一台Web服务器上的信息 文件服务 可随时对所浏览的文挡进行保存 打印 或跟踪感兴趣的链接 其它服务 如收发电子邮件 FTP Telnet等功能 56 网上资源共享 在Internet中除了上述的Web资源外 还有大量的 相互独立的公共文件服务器 其中存储着各种有用的资源 供人们通过FTP 文件传输 手段进行获取 一般通过FTP下载的信息主要有以下三类 免费软件 这类软件可供用户免费使用 共享软件 这类软件只允许用户免费一段时间 到期后需交纳一定费用才能继续使用 公共档案文件 如各国的人口统计资料 期刊杂志 艺术图片 科学实验结果等 57 Internet上的资源 网上图书馆网上大型专题数据库新闻组 newsgroup 邮寄用户清单 mailinglist 电子公告牌信息获取工具共享硬件 软件资源 巨型机 大型存储器 公用软件搜索引擎 baidu google yahoo sohu sina 58 1 4Internet的基本应用 健康保健 远程医疗 紧急医疗响应支持教育 远程 数字图书馆科学研究 能源 地理系统 气象 生物国家安全 全球通信 信息传播环境 检测 警告 响应政府 传递政府服务和信息给公民和企业突发事件 灾难响应 危机管理企业管理 设计和制造 电子商务 军事等多方面应用 59 1 4Internet的基本应用 E MAIL服务WEB服务FTP服务TELNET服务NEWS服务CHAT 聊天 服务BBS服务 60 Internet学会 ISOC 1 5Internet的组织管理与相关机构 61 与网络相关的标准化组织 众多的网络生产厂商各有其思路 若无法协调 不同的计算机系统则不能通信 电信领域中最有影响的组织 ITU InternationalTelecommunicationsUnion 国际电信联盟 多个欧洲国家于1865年成立的制定国际电信标准的专门机构 1947年ITU成为了联合国的代理机构 成员几乎扩展到每一个成员国 三个主要部门 无线电通信ITU R 无线电频率分配 标准化ITU T 标准建议 和电信发展ITU D 普及电信技术 ITU T的任务是对电话 电报和数据通信接口提出一些技术性建议 政府可按需采纳或拒绝 62 国际标准领域中最有影响的组织 ISO InternationalOrganizationforStandardization 国际化标准组织 成立于1947年2月23日 由89个成员国的国家标准组织组成 负责为大量学科领域制定标准 从螺丝螺纹到电话的外形 目前已发布了13000多个标准 当某国或领域需要一个国际标准时 ISO启动标准制定 从草案到标准需要多次修订 成员投票通过后正式成为标准 一般需要几年 通信领域ISO与ITU紧密合作以避免推出两个正式但不相容的标准 ISO是ITU T的一个成员 63 国际标准领域中最有影响的组织 IEEE InstituteofElectricalandElectronicsEngineers电气和电子工程师协会 国际性的电子技术与信息科学工程师的协会 世界上最大的专业技术组织之一 成员人数 拥有来自175个国家的36万会员 1963年1月1日由美国无线电工程师协会 IRE 创立于1912年 和美国电气工程师协会 AIEE 创建于1884年 合并而成 在太空 计算机 电信 生物医学 电力及消费性电子产品等领域中都是主要的权威 IEEE发表多种杂志 学报 书籍和每年组织300多次专业会议 IEEE定义的标准在工业界有极大的影响 64 Internet领域中最有影响的组织 IAB是 InternetArchitectureBoard Internet体系委员会 源于美国ARPANET项目 负责ARPANET的研发和监管 1989年民用重组 转变为公开而自治的机构 重组后负责网络互联相关技术的研发和标准的制定 IRTF InternetResearchTaskForce 研究任务组 专注于Internet的长期研究 IETF InternetResearchTaskForce 工程任务组 处理短期的工程事物 标准定义采用ISO模式http www ietf org rfc 65 Internet草案与RFCInternet技术管理的核心是制定网络连接和应用的协议标准 在Internet上 任何一个用户都可以对Internet某一领域的问题提出自己的解决方案或规范 作为Internet草案 InternetDrafts 提交给IETF 互联网工程任务推进组织 最后 由IESG确定草案是否能成为Internet的标准 RFC INTERNET的工作文件 其主要内容为TCP IP协议标准和相关文档的一系列注释和说明 1 5Internet的组织管理与相关机构 66 1 5Internet的组织管理与相关机构 Internet最大的特点是管理上的开放性 它没有集中的管理机构 为了促进Internet运行所需的标准兼容性并确保Internet的持续发展 先后成立了一些机构自愿承担必需的管理职责 并且遵循自下而上的结构原则 下面介绍几个重要的Internet组织 Internet协会 ISOC 及其组织机构目的 ISOC成立于1992年 总部在美国 是作为一个全球Internet协凋与合作的国际组织而建立的 任务 确保全球Internet发展的有利性和开放性 并通过领导标准 议题和培训工作来发展互联网络酌相关技术 网址 www isoc org 67 InterNIC与域名管理Internet网络信息中心 InterNIC www InterNIC net 成立于1993年1月 其主要任务是负责所有以 org com net edu结尾的国际顶级域名的注册与管理 mil gov由美国政府管理 各国的顶级域名由各国自己管理WWW协会 W3C WWW协会 简称 W3C 网址 www w3c org 是除了ISOC以外的另一个国际性的Internet组织 其任务在于确定和颁布有关WWW的应用标准 1 5Internet的组织管理与相关机构 68 中国互连网络信息中心 CNNIC 中国互连网络信息中心 简称 CNNIC 网址 是于1997年6月成立的非赢利的Internet管理与服务机构 行使中国国家互连网络信息中心的职责 主要任务是 1 注册服务 包括 域名注册 IP地址分配 自治系统号分配等 2 目录数据库服务 3 信息服务 4 网站访问流量认证 5 代表我国与InterNIC APNIC 亚太互连网络信息中心 等国际机构进行业务联系 1 5Intern