计算机网络清华版吴功宜第三版第1章ppt课件.ppt

1 第1章计算机网络概论 2 了解 计算机网络的形成与发展过程 掌握 计算机网络的定义与分类方法 掌握 计算机网络的组成与结构的基本概念 掌握 计算机网络拓扑构型的定义 分类与特点 了解 网络计算研究与应用的发展 本章学习要求 3 1 1计算机网络发展的4个阶段 1 1 1 1计算机网络发展不同阶段的特点第一阶段 计算机网络技术与理论准备阶段 时间追溯到20世纪50年代 这个阶段的特点与标志性成果主要表现在 数据通信的研究与技术的日趋成熟 为计算机网络的形成奠定了技术基础 分组交换概念的提出为计算机网络的研究奠定了理论基础 4 计算机网络发展的4个阶段 2 第二阶段 计算机网络的形成 从20世纪60年代ARPANET与分组交换技术开始 这个阶段的特点与标志性成果主要表现在 ARPANET的成功运行证明分组交换理论的正确性 TCP IP协议的广泛应用为更大规模的网络互联奠定坚实的基础 DNS E mail FTP TELNET BBS等应用展现了网络技术应用的广阔前景 5 计算机网络发展的4个阶段 3 第三阶段 网络体系结构的研究 大致是从20世纪70年代中期开始 这个阶段的特点与标志性成果主要表现在 OSI参考模型的研究对网络理论体系的形成与发展 以及在推进网络协议标准化方面起到了重要的推动作用 TCP IP协议经受了市场和用户的检验 吸引了大量的投资 推动了互联网应用的发展 成为业界事实上的标准 6 计算机网络发展的4个阶段 4 第四阶段 互联网应用 无线网络与网络安全技术研究的发展 从20世纪90年代开始 这个阶段的特点与标志性成果主要表现在 互联网作为全球性的网际网与信息系统 在当今政治 经济 文化 科研 教育与社会生活等方面发挥了越来越重要的作用 计算机网络与电信网络 有线电视网络 三网融合 促进了宽带城域网概念 技术的演变 7 无线局域网与无线城域网技术日益成熟 已经进入应用阶段 无线自组网 无线传感器网络的研究与应用受到了高度重视 对等 P2P 网络的研究使新的网络应用不断涌现 成为现代信息服务业新的产业增长点 随着网络应用的快速增长 新的网络安全问题不断出现 促使网络安全技术的研究与应用进入高速发展阶段 8 1 1 2计算机网络的形成与发展 网络拓扑结构设计思路 集中式和非集中式的拓扑构型 9 分布式网络的拓扑构型 10 分组交换技术的基本设计思路 分组交换技术的3个重要的概念 分组路由选择存储转发 11 报文与报文分组 12 报文存储转发与分组存储转发过程的比较 13 ARPANET设计思想 通信子网结构与分组交换原理示意图 14 ARPANET最早4个结点的结构 15 ARPANET的主要贡献 开展了对计算机网络定义与分类方法的研究 提出了资源子网与通信子网的二级网络结构概念 研究了分组交换的协议与实现技术 研究了层次型网络体系结构的模型与协议体系 开展了TCP IP协议与网络互联技术的研究 16 TCP IP协议研究与发展 ARPANET协议主要包括 主机 主机协议 源IMP 目的IMP协议 IMP IMP协议 17 1977年10月 ARPANET研究人员决定将初期的TCP分为传输控制协议 TCP 与互联网络协议 IP TCP协议主要用于实现源主机与目的主机之间的分布式进程通信的功能 IP协议主要用于实现分组通过通信子网的路由选择功能 18 从ARPANET到Internet的发展过程 19 1 1 3互联网应用的高速发展 互联网覆盖了商业 金融 政府 医疗 科研 教育 信息服务 休闲娱乐等众多领域 1993年9月 美国公布国家信息基础设施NII建设计划 NII被形象地称为信息高速公路 1995年2月全球信息基础设施委员会GIIC成立 推动与协调各国信息技术与信息服务的发展与应用 20 1 1 4宽带城域网与三网融合技术的发展 三网融合 实质上是计算机网络 电信通信网与电视传输网技术的融合 业务的融合 基于Web的电子商务 电子政务 远程医疗 远程教育 以及基于对等结构的PSP网络 3G 4G与移动Internet的应用 使得Internet以超常规的速度发展 21 1 1 5物联网技术的形成与发展 物联网是在Internet技术的基础上 利用射频标签 无线传感与光学传感等感知技术自动获取物理世界的各种信息 构建覆盖世界上人与人 人与物 物与物的智能信息系统 促进了物理世界与信息世界的融合 22 1 2计算机网络技术发展的3条主线 第一条主线是从ARPANET到Internet 第二条主线是从无线分组网到无线自组网 无线传感器网络的无线网络技术 第三条主线是网络安全技术 23 计算机网络发展的3条主线 24 1 2 1第一条主线 从ARPANET到Internet 1 ARPANET的研究奠定互联网发展的基础 而联系二者的是TCP IP协议 在从ARPANET演变到互联网的过程中 强烈的社会需求促进广域网 城域网与局域网技术的研究与应用的发展 而广域网 城域网与局域网技术的成熟与标准化 又加速了互联网的发展进程 25 第一条主线 从ARPANET到Internet 2 与传统的客户 服务器 C S 工作模式不同 对等 P2P 工作模式淡化了服务提供者与服务使用者的界限 从而达到进一步扩大网络资源共享范围和深度 提高网络资源利用率 达到信息共享最大化的目的 新的基于P2P网络应用不断出现 成为21世纪网络应用重要的研究方向之一 26 第一条主线 从ARPANET到Internet 3 随着互联网的广泛应用 计算机网络 电信网络与有线电视网络从结构 技术到服务领域正在快速地融合 成为21世纪信息产业发展最具活力的领域 27 1 2 2第二条主线 从无线分组网到无线自组网 无线传感器网络 1 从是否需要基础设施的角度来看 无线网络可以分为基于基础设施与无基础设施的两类 802 11无线局域网 WLAN 与802 16无线城域网 WMAN 属于需要基础设施的一类无线网络 无线自组网 无线传感器网络属于不需要基础设施的另一类无线网络 28 第二条主线 从无线分组网到无线自组网 无线传感器网络 2 在无线分组网的基础上发展起来的无线自组网 Adhoc 是一种特殊的自组织 对等式 多跳 无线移动网络 它是军事 特殊应用领域有着重要的应用前景 无线网状网 WMN 是无线自组网在接入领域的一种应用 29 第二条主线 从无线分组网到无线自组网 无线传感器网络 3 当无线自组网技术日趋成熟的时候 无线通信 微电子 传感器技术得到快速发展 在军事领域中 人们提出将无线自组网与传感器技术相结合的无线传感器网络技术研究 无线传感器网络 WSN 被评价为 21世纪最有影响的21项技术之一 和 改变世界的十大技术之首 30 第二条主线 从无线分组网到无线自组网 无线传感器网络 3 如果说广域网作用是扩大信息社会中资源共享的范围 局域网是进一步增强信息社会中资源共享的深度 无线网络增强人类共享信息资源的灵活性 那么无线传感器网络将会改变人类与自然界的交互方式 它将极大地扩展现有网络的功能和人类认识世界的能力 31 1 2 3第三条主线 网络安全 1 人类创造了网络虚拟社会的繁荣 也是人类制造了网络虚拟社会的麻烦 现实社会对网络技术依赖的程度越高 网络安全技术就越显得重要 网络安全是网络技术研究中一个永恒的主题 在 攻击 防御 新攻击 新防御 的循环中 网络攻击技术与网络反攻击技术相互影响 相互制约 共同发展 这个过程将一直延续下去 32 第三条主线 网络安全 2 从当前的发展趋势看 网络安全问题已超出技术和传统意义上计算机犯罪的范畴 已发展成为国家之间一种政治与军事的手段 各国只能立足于自身 研究网络安全技术 培养专门人才 发展网络安全产业 构筑网络与信息安全保障体系 33 1 3计算机网络的定义与分类 1 3 1计算机网络的定义 以能够相互共享资源的方式互联起来的自治计算机系统的集合 34 计算机网络的基本特征 计算机网络建立的目的是实现计算机资源的共享 互联的计算机是分布在不同地理位置的多台独立的 自治计算机系统 联网计算机之间的通信必须遵循共同的网络协议 35 1 3 2计算机网络的分类 计算机网络分类的方法 按网络采用的传输技术分类按网络覆盖的地理范围分类 36 按传输技术分类 广播通信信道 广播网络点 点通信信道 点 点网络 37 按照覆盖的地理范围进行分类 局域网城域网广域网 38 局域网 LAN 的基本特征 局域网用于将有限范围内 例如一个实验室 一幢大楼 一个校园 的各种计算机 终端与外部设备互联成网 局域网可以分为共享局域网与交换局域网 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 39 城域网 MAN 的基本特征 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 公司的多个局域网互联的需求 以实现大量用户之间的数据 语音 图形与视频等多种信息的传输 宽带城域网的概念逐渐取代传统意义上的城域网 宽带城域网已经成为目前研究 应用与产业发展的一个重要领域 40 广域网 WAN 的基本特征 广域网覆盖的地理范围从几十公里到几千公里 广域网可以是覆盖一个国家 地区 或横跨几个洲 广域网将分布在不同地区的宽带城域网或计算机系统互联起来 提供各种网络服务 实现信息资源共享 41 1 4计算机网络的拓扑构型 1 4 1计算机网络拓扑的定义 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 反映出网络各实体之间的结构关系 计算机网络拓扑是指通信子网的拓扑构型 42 1 4 2计算机网络拓扑的分类与特点 基本的网络拓扑 星形 环形 总线形 树形与网状形 43 星形拓扑 在星形拓扑结构中 结点通过点 点通信线路与中心结点连接 中心结点控制全网的通信 任何两结点之间的通信都要通过中心结点 星形拓扑构型的特点是 结构简单 易于实现 便于管理 缺点 网络的中心结点是全网性能与可靠性的瓶颈 44 环形拓扑 在环形拓扑结构中 结点通过点 点通信线路连接成闭合环路 环中数据将沿一个方向逐站传送 环形拓扑结构简单 传输延时确定 但是环中每个结点与连接结点之间的通信线路都会成为网络可靠性的瓶颈 环网需要设计复杂的环维护协议 45 总线形拓扑 在总线形拓扑结构中 所有结点连接在一条作为公共传输介质的总线 当一个结点利用总线发送数据时 其它结点只能接收数据 如果有两个及以上的结点同时利用公共总线发送数据时 就会出现冲突 造成传输失败 总线形拓扑特点是结构简单 缺点是必须解决多结点访问总线介质访问控制策略问题 46 树形拓扑 树形拓扑结构中结点按层次进行连接 信息交换主要在上 下结点之间进行 相邻及同层结点之间通常不进行数据交换 或数据交换量比较小 树形拓扑可以看成星形拓扑的扩展 树形拓扑网络适用于汇集信息的应用要求 47 网状拓扑 在网状拓扑结构中 结点之间的连接是任意的 没有规律 网状拓扑的优点是系统可靠性高 网状拓扑结构复杂 必须采用路由选择算法 流量控制与拥塞控制方法 广域网一般都采用网状拓扑 48 1 5计算机网络的组成与结构 1 5 1早期计算机网络结构与组成最初出现的计算机网络是广域网 广域网从逻辑功能上可以分成资源子网与通信子网两个部分 资源子网由主机系统 终端 各种网络软件与数据资源组成 通信子网由路由器 通信线路组成 49 1 5 2互联网结构与组成 互联网是一个由大量的路由器将广域网 城域网 局域网互联而成 结构在不断变化的网际网 由国际或国家级主干网 地区主干网和大量的企业网或校园网就组成了互联网 国际 国家级主干网与地区主干网连接有很多服务器集群 为接入的用户提供各种互联网服务 50 简化的互联网的网络结构示意图 51 1 5分组交换技术的基本概念 广域网中的数据交换技术线路交换 circuitexchanging 存储转发 store and forwardexchanging 交换存储转发交换技术报文 messageexchanging 报文分组交换 packetexchanging 52 线路交换方式 线路交换是面向连接的服务 两台计算机通过通信子网进行数据交换之前 首先要在通信子网中建立一个实际的物理线路连接 线路交换在数据传输过程中要经过建立连接 数据传输与释放连接的三个阶段 线路交换方式的优点是 通信实时性强 适用于交互式会话类通信 线路交换方式的缺点是 对突发性通信不适应 系统效率低 系统不具有存储数据的能力 不能平滑交通量 53 线路交换过程示意图 存储转发交换方式 存储转发交换方式与线路交换方式的主要区别 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 它负责完成数据单元的接收 差错校验 存储 路选和转发功能 存储转发方式的优点 由于通信子网中的通信控制处理机可以存储分组 多个分组可以共享通信信道 线路利用率高 通信子网中通信控制处理机具有路选功能 可以动态选择报文分组通过通信子网的最佳路径 可以平滑通信量 提高系统效率 分组在通过通信子网中的每个通信控制处理机时 均要进行差错检查与纠错处理 因此可以减少传输错误 提高系统可靠性 通过通信控制处理机可以对不同通信速率的线路进行转换 也可以对不同的数据代码格式进行变换 报文与报文分组 数据通过通信子网传输时可以有报文 message 与报文分组 packet 两种方式 报文传输 不管发送数据的长度是多少 都把它当作一个逻辑单元发送 报文分组传输 限制一次传输数据的最大长度 如果传输数据超过规定的最大长度 发送结点就将它分成多个报文分组发送 报文和报文分组结构 由于分组长度较短 在传输出错时 检错容易并且重发花费的时间较少 限定分组最大数据长度 有利于提高存储转发结点的存储空间利用率与传输效率 公用数据网采用的是分组交换技术 数据报方式 数据报是分组存储转发的一种形式 在数据报方式中 分组传送之间不需要预先在源主机与目的主机之间建立 线路连接 源主机所发送的每一个分组都可以独立地选择一条传输路径 每个分组在通信子网中可能是通过不同的传输路径到达目的主机 数据报方式的工作原理示意图 数据报工作方式的特点 同一报文的不同分组可以由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