第1章计算机网络概述

第一章计算机网络概述 2 教材数据通信与计算机网络 电子工业出版社 课程情况教学 32学时实验 8学时考核 平时20 期末考试80 3 本章主要内容 1 1 计算机网络发展的历史阶段 1 2计算机网络概述1 3计算机网络分类1 4计算机网络发展趋势 4 起源 Internet开始于1980年 是ARPA AdvancedResearchProjectsAgency 远景规划局 投资的结果 最初是用于军事目的 美苏冷战时期由美国军方建立的实验性网络最初4个节点 70 s的60多个节点地域跨越美洲 欧洲具有现代网络的许多特征 例如分组交换分层次的网络体系较为完善的通信协议 1 1计算机网络发展的历史阶段 5 1 网页浏览 这是网络应用最多地地方 2 电子邮件 这应该是普遍地一种网络交流方式之一 3 网上交易 就是通过网络做生意 4 视频点播 这是一项新兴的娱乐或学习项目 在智能小区 酒店或学校应用较多 5 联机会议 也称视频会议 顾名思义就是通过网络开会 实现了异地会议 计算机网络的应用 6 1 1计算机网络发展的历史阶段 计算机网络的发展大致分四个阶段 第一代 面向终端的计算机网络 第二代 计算机网络阶段 局域网 第三代 计算机网络标准化阶段 第四代 互联网 信息高速公路 7 第一代 面向终端的计算机网络 以主机为中心 第一代计算机网络实际上是以单台计算机为中心的远程联机系统 只提供终端和主机之间的通信 而网络之间的计算机无法通信 8 主机负责两方面的任务 1 负责终端用户的数据处理和存储 2 负责主机与终端之间的通信过程 数据处理存储数据 9 第二代 计算机网络阶段 局域网 20世纪60年代中期开始兴起多台计算机都具有自主处理能力 之间不存在主从关系典型代表是ARPA网 ARPAnet 10 计算机网络分为资源子网和通信子网 通信子网 由通信设备 网络介质等物理设备所构成 资源子网 网络资源设备 如 服务器 用户计算机 终端机或工作站 网络存储系统 网络打印机 数据存储设备等 第二代网络应用的是网络分组交换技术进行对数据远距离传输 11 第三代 计算机网络标准化阶段 在第三代网络出现以前网络是无法实现不同厂家设备互连的 第三代网络特点 开放式相对于第二代计算机网络中只能和同种计算机互连的每个厂商各自封闭的系统而言的 它可以和任何其他系统 当然要遵循同样的国际标准 通信而相互开放 标准化开放系统互连基本参考模型OSI TCP IP参考模型 12 第四代 互联网 信息高速公路 计算机的发展已进入了网络计算机的新时代 换句话说就是以网络为中心的时代 计算机网络向高速化发展 三网融合甚至多网融合是一个重要的发展方向 三网融合是指电信网 计算机网和有线电视网三大网络通过技术改造 能够提供包括语音 数据 图像等综合多媒体的通信业务 统一的IP网 即 IPovereverything 和 EverythingoverIP 13 1 2计算机网络的概述 计算机网络的定义 计算机网络定义的主要观点 从应用的观点 以相互共享资源方式连接起来 且各自具有独立功能的计算机系统的集合 从物理的观点 在网络协议的控制下 由若干台计算机和数据传输设备组成的系统 观点3 利用各种通信手段 把地理分散的计算机互联起来 能够互相通信且共享资源的系统 14 归纳与综合计算机网络 相互连接的自治计算机的集合自治 能独立运行 不依赖于其他计算机 主控 从属 类型的系统是计算机网络吗 主机 终端 系统 第一代网络 呢 互连 以任何可能的通信连接方式有线方式 铜线 光纤无线方式 红外 无线电 微波 卫星 通信网络 计算机系统 计算机系统 15 计算机网络的功能 1 数据通信 2 资源共享 3 负载均衡 loadbalancing 与分布处理 distributedprocessing 4 提高系统的安全可靠性 16 计算机网络的组成 计算机网络有三个主要组成部分 若干个主机 一个通信子网 网络软件和一系列的协议 逻辑上将计算机网络分为通信子网和资源子网 17 计算机网络的组成 1 通信子网通信子网由通信控制处理机 CCP 通信线路与其他通信设备组成 负责完成网络数据传输 转发等通信处理任务 2 资源子网资源子网由主机系统 终端 终端控制器 连网外设 各种软件资源与信息资源组成 资源子网由各种硬件和软件组成 18 网络硬件 传输介质同轴电缆 双绞线 光缆无线电 微波等 网络服务器 工作站 19 网络设备 网卡 网络适配器 中继器 集线器 网桥 交换机 路由器 20 2 网络软件 网络软件可大致分为网络系统软件和网络应用软件 网络系统软件是控制和管理网络运行 提供网络通信和网络资源分配与共享功能的网络软件 它为用户提供了访问网络和操作网络的友好界面 网络应用软件是指为某一个应用目的而开发的网络软件 它为用户提供一些实际的应用 21 1 3计算机网络的分类 计算机网络的分类方法很多按照网络的覆盖范围与规模 scale 分类 按照通信传输技术分类 按拓扑结构分类按组件分类按管理对象分类其他分类方式 22 网络的覆盖范围分类 局域网 LAN LocalAreaNetwork 范围一般在2km以内 最大距离不超过10km 覆盖范围一般局限在房间 大楼或园区内 特点是 距离短 延迟小 数据速率高 传输可靠 23 网络的覆盖范围分类 城域网 MAN MetropolitanAreaNetwork 城域网是介于广域网与局域网之间的一种大范围的高速网络 它的覆盖范围通常为几公里至几十公里 传输速率为2Mpbs 数Gbps 24 网络的覆盖范围分类 城域网主要特点 适合比LAN大的区域 通常用于分布在一个城市的大校园或企业之间 比LAN速度慢 但比WAN速度快 昂贵的设备 中等错误率 25 网络的覆盖范围分类 广域网 WAN WideAreaNetwork 广域网的覆盖范围很大 几个城市 一个国家 几个国家甚至全球都属于广域网的范畴 从几十公里到几千或几万公里 26 网络的覆盖范围分类 广域网的主要特点 1 规模可以与世界一样大小 2 一般比LAN和MAN慢很多 3 网络传输错误率最高 4 昂贵的网络设备 27 按照通信传输技术分类 在通信技术中 通信信道的类型有两类 广播通信信道与点 点通信信道 因此网络所采用的传输技术也只能有两类 即广播 Broadcast 方式与点 点 Point to Point 方式 1 广播式网络 BroadcastNetworks 单播 Unicast 组播 Multicast 广播 Broadcast 2 点 点式网络 Point to PointNetworks 28 按拓扑结构分类 为了应付复杂的网络结构设计问题 人们引入了网络拓扑的概念 计算机网络拓扑主要是指通信子网的拓扑构型 网络的拓扑结构是抛开网络物理连接来讨论网络系统的连接形式 网络中各站点相互连接的方法和形式称为网络拓扑 拓扑结构图给出网络服务器 工作站的网络配置和相互间的连接 它的结构主要有总线结构 星型结构 树型结构 网型结构 环形结构等 29 总线网 星形网 树形网 环形网 网状网 按拓扑结构分类 30 按拓扑结构分类 总线型 在一条单线上连接着所有工作站和其他共享设备 文件服务器 打印机等 总线型特点 结构简单 非常便于扩充 价格相对较低 安装使用方便 一旦总线的某一点出现接触不良或断开 整个网络将陷于瘫痪 31 按拓扑结构分类 星型 以中央结点为中心与各结点连接 星型网络的特点 系统稳定性好 故障率低 由于任何两个结点间通信都要经过中央结点 故中心结点出故障时 整个网络会瘫痪 目前大多数局域网均采用星型结构 32 按拓扑结构分类 环型网络是由结点和连接结点的点 点链路组成的一个闭合环 每个节点从一条链路上接收数据 然后以同样的速率串行在另一条链路上发送出去 链路大多数是单方向的 即数据在环上只沿一个方向传输 环型网络的特点 信息在网络中沿固定方向流动 两个结点间有惟一的通路 可靠性高 由于整个网络构成闭合环 故网络扩充起来不太方便 环型网是局域网常采用的拓扑结构之一 33 按拓扑结构分类 树型拓扑是一种分级结构 在树型结构的网络中 任意两个结点之间不产生回路 每条通路都支持双向传输 这种结构的特点是扩充方便 灵活 成本低 易推广 适合于分主次或分等级的层次型管理系统 34 按拓扑结构分类 网状型网络的每一个节点都与其他节点有一条专业线路相连 网状型拓扑广泛用于广域网中 由于结点之间有多条线路相连 所以网络的可靠性较高 由于结构比较复杂 建设成本较高 35 计算机网络按组件分类 对等网 PeertoPeer 在对等网络中 各个计算机的地位没有从属关系 也没有专用的服务器和客户机 网络中的资源是分散在每台计算机上的 每一台计算机都有可能成为服务器也以可能成为客户机 36 计算机网络按组件分类 客户机 服务器模式 Client Server 客户 服务器结构 简称C S结构 是在专用服务器结构的基础上发展起来的 这里的C S结构是指将局域网中需要处理的工作任务分配给客户机和服务器端共同完成的 客户机和服务器并没有一定的界限 完全按照其所扮演的角色来确定 一般的定义是 提出服务请求的一方称为客户机 而提供服务的一方就是服务器 图1 13基于服务器的网络 37 计算机网络按组件分类 专用服务器在专用服务器网络中 其特点和基于服务器模式功能差不多 只不过服务器在分工上更加明确 并且每台服务器提供专一的网络服务 38 计算机网络按管理对象分类 公用网专用网利用公用网组建专用网 39 计算机网络的性能指标 增加 1 速率比特 bit 是计算机中数据量的单位 也是信息论中使用的信息量的单位 Bit来源于binarydigit 意思是一个 二进制数字 因此一个比特就是二进制数字中的一个1或0 速率即数据率 datarate 或比特率 bitrate 是计算机网络中最重要的一个性能指标 速率的单位是b s 或kb s Mb s Gb s等 40 计算机网络的性能指标 增加 带宽 bandwidth 本来是指信号具有的频带宽度 单位是赫 或千赫 兆赫 吉赫等 现在 带宽 是数字信道所能传送的 最高数据率 的同义语 单位是 比特每秒 或b s bit s 注意 在计算机中 K 210 1024 M 220G 230T 240 2 带宽 41 时间轴上信号的宽度随带宽的增大而变窄 42 计算机网络的性能指标 增加 吞吐量 throughput 表示在单位时间内通过某个网络 或信道 接口 的数据量 吞吐量更经常地用于对现实世界中的网络的一种测量 以便知道实际上到底有多少数据量能够通过网络 吞吐量受网络的带宽或网络的额定速率的限制 3 吞吐量 43 计算机网络的性能指标 增加 4 时延 delay或latency 发送时延 传输时延 发送数据时 数据块从结点进入到传输媒体所需要的时间 信道带宽数据在信道上的发送速率 常称为数据在信道上的传输速率 44 传播时延电磁波在信道中需要传播一定的距离而花费的时间 信号传输速率 即发送速率 和信号在信道上的传播速率是完全不同的概念 计算机网络的性能指标 增加 45 处理时延交换结点为存储转发而进行一些必要的处理所花费的时间 结点缓存队列中分组排队所经历的时延是处理时延中的重要组成部分 处理时延的长短往往取决于网络中当时的通信量 有时可用排队时延作为处理时延 计算机网络的性能指标 增加 46 数据经历的总时延就是发送时延 传播时延和处理时延之和 总时延 发送时延 传播时延 处理时延 计算机网络的性能指标 增加 47 三种时延所产生的地方 1011001 发送器 队列 结点B 结点A 数据 从结点A向结点B发送数据 链路 计算机网络的性能指标 增加 48 1 4计算机网络发展趋势 全