计算机网络概述ppt课件

计算机网络技术及应用 教材 袁楚明主编 计算机网络技术及应用 华中科技大学出版社 2012年 以班为单位 直接联系出版社 6折 购买 谢编参考书 刘冰主编 计算机网络技术与应用 机械工业出版社 2008年 参考书 谢希仁编著 计算机网络 第3 4 5版 电子工业出版社 AndrewS Tanenbaum 计算机网络 3 熊桂喜 王小虎等译 清华大学出版社 1998 学时安排总学时40学时 其中 课堂24学时 实验上机16学时 1 课堂教学内容 24学时 1 计算机网络基本概论 2学时 2 数据通信基础 4学时 3 网络体系结构 4学时 4 局域网技术 4学时 5 广域网和网络互联 2学时 6 Internet技术 4学时 7 网络安全技术 1学时 8 基本网络开发应用技术 3学时 HTML语言与JavaScript语言 2 实验教学内容 16学时 1 网络常用命令 计算机局域网构建以及WWW FTP服务器配置 4学时 2 网页制作 HTML JavaScript编写 8学时 3 网站制作与发布 4学时 闭卷考试 70 平时成绩 30 实验 随堂作业 专题训练 考核方式 课程的定位 基础 基本概念 基本原理 基本知识 对计算机网络有一个整体认识 主要是入门 打基础 面向应用而不是面向研究 如果要研究计算机网络技术 还需进一步深入学习相关知识 前言 第1章计算机网络基础知识 主要学习内容 计算机网络的定义发展历史和特征计算机网络的组成计算机网络拓扑结构计算机网络的分类 1 1什么是计算机网络 第1章计算机网络基础知识 计算机网络是将地理位置分散的 功能独立的多台计算机系统通过线路和设备互连起来 以功能完善的网络软件实现网络中资源共享和信息交换的系统 1 2产生与发展 计算机网络是计算机技术和通信技术相结合的产物 主要可分为四个阶段 第一代计算机网络 以单个主机为中心联机系统 第二代计算机网络 以通信子网为中心 第三代计算机网络 采用层次体系结构 第四代计算机网络 网络互联与高速计算机网络 1 2 1第一代计算机网络 始建于20世纪50年代初 概念上称为多用户系统 是面向终端的计算机网络 又称为联机系统 特征 共享主机软硬件资源单台主机 执行计算和通信任务多台终端 执行用户交互连接方式 本地或远程连接 通信与计算机的结合 计算机网络的产生 单重接入控制方式的主要特征 a 在主机中增加一个接口 称之为 线路控制器 linecontroller b 在通信线路的两端还必须各加上一个信号变换设备M 多重接入控制方式的特征 随着远程终端的增多 为了避免一台计算机使用多个线路控制器 出现了 多重线路控制器 前端处理机接入方式的特征 引入所谓的前端处理机 又称通信处理机 完成全部的通信任务 主机专门进行数据的处理 如银行的ATM柜员机等 集中器接入方式特征 为了节省通信费用 可在远程终端较密集处加一个集中器 Concentrator 集中器的一端用多条低速线路与各终端相连 其另一端则用一条较高速的线路与计算机相连 1 2 1第一代计算机网络 缺点主机负荷重 数据处理 通信线路利用率低用户少 适用范围有限 为一个个计算机孤岛 特征归纳 1 集中式控制形式 2 结构上呈现星型结构 3 结构形式简单 4 数据通信主要依赖于电话网络 1 2 2第二代计算机网络 从20世纪60年中期开始 第二代计算机网络是以共享资源为目的的计算机通信网络 简称计算机通信网络 特征多个终端联机系统的互联 形成了多主机为中心的网络网络结构从 主机 终端 转变为 主机 主机 1 2 2第二代计算机网络 通信处理机CP 通信控制处理机CCP 或称接口报文处理机IMP 计算机通信网络的结构在逻辑上可分为 资源子网和通信子网 1 2 2第二代计算机网络 A 资源子网 由计算机系统 终端 外设 软件资源 信息资源组成 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 B 通信子网 由通信控制处理机 CommunicationControlProcessor CCP 通信线路和其他通信设备组成 完成网络数据传输 转发等通信处理任务 1 2 2第二代计算机网络 ARPANET 因特网的前身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 分组传送 共享节点 存储 转发以及路由选择 分层次的网络体系较为完善的通信协议 例子 报文 Message 我们将欲发送的整块数据称为一个报文 分组 Packet 在发送报文之前 先将报文划分成为一个个等长数据段 如每个段为1024位 然后以分组为单位 在网络中从一个 中间 结点传送到另一个 中间 结点 分组交换网由若干个结点交换机和链路组成 将收到的分组先放入缓冲区存储 再查找路由表 确定将该分组交给某个端口转发 分组交换网的主要特点 被传送数据应分成若干分组分别传送 在数据通信的过程中断续 动态 分配传输带宽 提高了通信线路的利用率 通信子网中的交换结点为共享结点 为了提高分组交换网的可靠性 常采用网状拓扑结构 通信网络的主干线路往往由一些高速链路构成 通信子网中的每个交换结点都应具有分组的存储 转发以及选择合适路由的能力 1 2 3第三代计算机网络 第三代计算机网络又称现代计算机网络 它是一个具有层次化体系结构的标准化网络 1 2 3第三代计算机网络 通信子网规模逐渐扩大私有 社会公用公用数据通信网PSTNX 25优点降低用户系统建设成本提高通信线路利用率兼容性好 1 广域网的发展 Internet时代 Internet发展过程 计算机发展Internet时代 60年代ARPANET1964 美国兰德公司提出基本概念1969 四个节点的ARPANET的推出 AT T开发出UNIX70年代ARPANET主要用于科学研究 56kbps 主机数量 1001972 施乐公司开发出以太网 第一封E mail诞生1973 ARPANET实现与卫星通信系统的连接1974 TCP IP通信协议开发成功90年代私有化 商业化 全球化1990 E mail FTP广泛应用1992 Internet上的主机超过1百万台 1993 主干网速率达到45Mbps UniversityOfIllinois开发出Netscape最早是由美国政府于1993年9月15日提出的 又称为 NII NationalInformationInfrastructure 行动计划 该计划包括五大部分内容 即 硬件设备软件信息本身使用和开发信息的各种人高速信息网1994 NSFNET分解成为多个私营网络1996 Java1997 NC NGI NextGenerationInternet NII计划 国家信息基础设施 GII计划 全球信息基础设施 NGI计划 下一代Internet 计算机网络在我国的发展 铁道部在1980年开始进行计算机联网实验1989年我国建成第一个公用分组交换网CNPAC 1993年改为CHINAPAC1994年我国用64kbps专线连入因特网我国最先开通四大互联网络 CHINANET 中国公用计算机互联网 CERNET 中国教育和科研计算机网 CSTNET 中国科学技术网 CHINAGNB 中国金桥信息网 以及后续开通的UNINET CNCNET CIETNET CMNET CGWNET CSNET等 中国的互联网发展历程 1994 1999 学习互联网建设应用2000 2004 攻克关键技术 核心路由器下一代互联网的研究 NSFCNET国家 九五 863计划 3Tnet2005 2010 研究互联网体系结构国家自然科学基金重点项目973计划项目 新一代互联网体系结构基础研究国家 十五 863计划 新一代高可信互联网国务院批准 国家发改委 科技部等八部委组织实施 中国下一代互联网示范工程CNGI IPv6现况 下一代互联网 始于1996年美国克林顿政府的NGI NextGenerationInternet 计划 与目前使用的互联网相比 它的传输速度更快 规模更大 更安全 美国早在1999年就已建成全国180所大学联网的下一代互联网 日本已在日美之间建起了最大的IPv6主干网 欧盟也于2001年建成了覆盖全欧的 6Net 中国1999年12月即已开始了下一代互联网研究的第一个项目 NSFCNET 中国高速互联研究试验网 但限于种种因素 还只限于清华大学 北京大学 中国科学院等6个节点 CERNETIPv4主干网 中国互联网现状 截止到2014年底 我国IPv4地址数量为3 32亿 拥有IPv6地址18797块 32 年增长12 8 全球网民突破30亿 我国网民规模达6 49亿 全年共计新增网民3117万人 我国手机网民规模达5 57亿 较2013年增加5672万人 我国即时通信网民规模达5 88亿 中国网络视频用户规模达4 33亿 网游用户达到3 68亿 网络购物用户规模达到3 61亿 我国团购用户规模达到1 73亿 使用网上支付的用户规模达到3 04亿 双11 天猫淘宝超571亿的销售额 其中移动网购下单量占比超过40 下单量是去年同期的8倍 电商类APP下载分发量超过2000万 同比增长102 总体网民中有46 3 的网民遭遇过网络安全问题 2014年前三季度 手机支付病毒感染总人次已达1105万 1 2 3第三代计算机网络 2 局域网的发展 早期的计算机网络大多为广域网 20世纪70年代 PC机出现 80年代 PC机性能不断提高 价格不断下降 使PC进入各行各业 甚至家庭 信息交换和资源共享的需求越来越迫切 人们要求在一栋楼或一个部门内的计算机互联 于是局域网 LocalAreaNetwork LAN 应运而生 1 2 3第三代计算机网络 3 标准化与互联网 为什么需要标准化 不同网络设备之间的兼容性和互操作性是推动网络体系结构的标准化的原动力标准化的时机 各厂商 研究机构 大学在网络技术 方法 理论等方面的研究日趋成熟是其基础 1 2 3第三代计算机网络 3 标准化与互联网 标准化过程的演变厂商标准 IBM SNA DEC DNA缺点 适用范围 兼容性 技术垄断 竞争 标准不统一 用户利益 国际标准 1984年ISO公布 OpenSystemInterconnection RecommendedModel 开放系统互联参考模型 简称OSI参考模型 OSI参考模型是一种概念上的网络模型规定了网络体系结构的框架事实上的标准 1974年TCP IP 因特网的骨干协议 1 3计算机网络的功能与应用 功能 资源共享巨型计算机 大容量磁盘 打印机 数据库管理系统 Internet信息服务软件 搜索与查询信息 WEB网页 FTP资源 电子书籍 数据交换和通信分布式数据处理负载均衡 相互协作提高系统的可靠性和可用性提高系统的性价比 易于扩充 便于维护 1 3计算机网络的功能与应用 应用 在科研和教育中的应用查资料 网上学术交流 网络教育 网络交付作业 网上考试 在事业单位中的应用办公自动化 异地办公 在商业上的应用网上购物 网上支付 在通信与娱乐上的应用电子邮件 BBS 网络游戏 校园网在高校的发展 校园网未来六大应用平台 1 教学平台 BB 精品课程 教学资源库 2 科研平台 HPC 虚拟实验室 分布仿真实验室 虚拟制造 学术组织 3 管理平台 行政管理 OA 校内群发email 党员生活 4 生活平台一卡通 银行 餐厅图书 校内消费 网上购物 5 娱乐平台网络游戏 电影Voice平台 VOIP MP3点播Video平台 P2PTV 6 传感平台道路 重点大楼 关键办公室的公安传感家电 水电等的生活传感 项目案例简介 十一五 国家科技支撑计划重点项目 虚拟实验教学环境关键技术研究与应用示范 共设置有六个子课题 课题5 开放式虚拟实验支撑平台的设计与开发 课题2 虚拟实验教学可视化设计关键技术研究 课题3 虚拟实验教学资源构件的多领域建模与装配平台研究 课题4 虚拟实验智能指导与管理系统的研发 课题6 虚拟实验示范工程 包括计算机 电工电子 机械工程 控制工程 中学科学课程 物理 化学 生物 五个学科的虚拟实验示范工程 网络拓扑结构 20个节点 2个webserver1个memcache14个计算节点1个I O节点 LB 2个postgredb 总体结构图 1 4计算机网络的基本组成 硬件 1 计算机系统被连接对象 如服务器 网络工作站 负责数据的收集 处理 存储 传播 提供共享资源 2 通信线路和通信设备通信线路 光缆 同轴电缆 双绞线 无线电缆 通信设备 网卡 集线器 中继器 交换机 网桥 路由器 调制解调器 1 4计算机网络的基本组成 软件 3 网络协议双方必须共同遵守的约定和通信规则 TCP IP NetBEUI IPX SPX 4 网络软件网络系统软件 网络操作系统 网络应用软件 远程教学软件 Internet信息服务软件 1 5计算机网络的分类 拓扑结构研究网络中各节点之间连线 链路 的物理布局 只考虑节点的位置 而不考虑节点间的距离和大小 即把网络中的具体设备 计算机 交换机等 网络单元抽象为节点 把传输介质抽象为线 网络拓扑结构 由点 网络设备 和线 传输介质 组成的几何图形 对网络的性能 可靠性及通信费用影响很大 按拓扑结构分类总线结构环型结构星形结构树形结构网状结构全互连型结构 1 5计算机网络的分类 1 5计算机网络的分类 总线结构 广播式传播需要发送数据时才发送 所有节点随时监听 接收数据时分析是否该接收 特点 结构简单灵活 易扩展 便于广播式传播 网络响应速度快 但负荷重时性能迅速下降 局部站点故障不影响整体 总线故障 影响整体 易于安装 费用低 1 5计算机网络的分类 环型结构 所有节点连接成一个闭合的环 结点之间为点到点连接 采用令牌控制 发送数据 特点 节点之间无主从关系 结构简单 信息沿环单向传递 延迟固定 实时性较好 两节点间仅有唯一的路径 简化了路径选择 但可扩充性差 可靠性差 任何线路或节点故障 则整体故障 1 5计算机网络的分类 星型结构 有一个中心节点 其它节点与其构成点到点连接 特点 结构简单 便于维护和管理 易实现结构化布线 易扩充 易升级 通信线路专用 电缆成本高 采用集中控制方式 中心结点的可靠性决定整个网络的可靠性 中心结点负担重 易成为瓶颈 1 5计算机网络的分类 树型结构 一个根结点 多个中间分支节点和叶子节点构成 特点 易扩展 故障易隔离 可靠性高 但电缆成本高 星型结构的变种 对根结点的依赖性大 一旦根结点出现故障 则整体故障 1 5计算机网络的分类 网状结构 网络结点与通信线路互联成不规则的形状 由以上几种拓扑结构混合而成 特点 可靠性高 结构复杂 不易管理和维护 线路成本高 适用与大型广域网 城域网和互联网 因为有多条路径 所以可以选择最佳路径 减少延时 改善流量分配 提高网络性能 但路径选择比较复杂 1 5计算机网络的分类 全互连型结构 网络中每一节点和网上其他所有节点都有通信线路连接 特点 无须路由选择 通信方便 结构复杂 不易管理和维护 只适合节点少 距离近的环境中使用 按地域范围分类局域网 LocalAreaNetwork LAN 范围 小 20KM传输技术 基带 10 1000Mbps 速率高 延迟低 出错率低拓扑结构 总线 环 星型 树型城域网 MetropolitanAreaNetwork MAN 范围 中等 100KM传输技术 频带 基带拓扑结构 总线广域网 WideAreaNetwork WAN 范围 大 100KM传输技术 频带 延迟大 出错率高 技术复杂拓扑结构 网状型 1 5计算机网络的分类 按传输技术分类 点对点式网络 以点对点的连接方式把各台计算机连接起来的网络 源结点与目的节点存在路由选择 通常用于广域网 广播式网络 用一个共同的通信介质把各个计算机连接起来的 如以同轴电缆联接起来的总线形网 以微波 卫星方式传播的广播式网 通常用于局域网 1 5计算机网络的分类 按通信介质分类 有线网 采用双绞线 同轴电缆 光纤等作为传输介质的计算机网络 技术成熟 产品较多 实施方便 成本较低 受气候环境的影响较小 无线网 采用电磁波作为传输介质的计算机网络 如无线电话网 微波通信网 卫星通信网等 高移动性 保密性强 抗干扰性好 架设与维护容易 费用较高 易受环境因素的影响 安装实施要求的技术高 1 5计算机网络的分类 根据网络带宽的不同分类 基带网络 在计算机网络中 数字信号直接在信道中传输的网络 宽带网络 把不同频率的多种调制信号在同一传输线路中传输的网络 1 5计算机网络的分类 按网络的应用领域分类 专用