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1,计算机网络应用技术,主讲陈大玲,西南交通大学计算机应用教研室,2,第一章引论,本章内容计算机网络的概念计算机网络的产生和演变计算机网络的功能计算机网络的分类计算机网络的术语,3,1.1什么是计算机网络,1.计算机网络的概念计算机网络是将若干台独立的计算机通过传输介质相互物理连接,并通过网络软件相互联系到一起而实现资源共享的计算机系统.,4,2.要点：独立：能独立运行，不依赖于其他计算机主控从属？主机终端（第一代终端网络）？连接：以任何通信方式有线方式：铜线、光纤、双绞线无线方式：红外、无线电波、微波、卫星共享：资源共享（硬件、软件、信息）,1.1什么是计算机网络,5,3、计算机网络与其他系统的区别计算机技术中存在着一些与计算机网络系统外观极为相似的其他系统，如联机分时多用户系统和分布式系统。(1)计算机网络系统与联机分时多用户系统的区别计算机网络系统与联机分时多用户系统的区别可从资源共享和并发工作情况两个角度来看。计算机网络系统：网络中各计算机系统间能够相互共享资源。网络中的计算机具有独立的数据处理能力，各计算机间可并发式地工作。联机分时多用户系统：由一台主机和多个终端组成，各个终端不具备单独的数据处理能力。各终端用户只能共享中心计算机资源，由同一操作系统集中式控制分配计算资源，各终端用户不能并发式地工作,1.1什么是计算机网络,6,3、计算机网络与其他系统的区别(2)计算机网络和分布式系统的区别计算机网络和分布式系统在计算机硬件连接、系统拓扑结构和通信控制等方面基本一样。两种系统的差别仅在组成系统的高层软件上。分布式系统强调多个计算机组成系统的整体性，强调各计算机在分布式计算机操作系统的协调下共同完成一项工作，用户对各计算机的分工和合作是透明的，类似于一个虚拟的单处理机。计算机网络则往往不要求这种透明性，在共享资源时要人为地指定通信地址进行操作。分布式系统是在计算机网络的基础上为用户提供了一个透明的集成应用环境，是一个建造在网络之上的软件系统。所以，计算机网络和分布系统之间的区别在软件(尤其是操作系统)上，而不是硬件。,1.1什么是计算机网络,7,1.2.1计算机网络的产生和演变,早期的计算机应用模式单机大、中、小型机庞大，昂贵，资源无法共享计算机网络始于20世纪50年代，发展的动因：资源共享的需求（CPU、外设、软件、数据）大型项目的合作（进行工程项目协作）人与人之间的沟通（电子邮件、WWW）,8,从体系结构来观察，其发展可分为四个阶段：以主机为中心的联机终端系统以通信子网为中心的主机互连具有层次化体系结构的标准化网络宽带综合业务数字网,1.2.1计算机网络的产生和演变,9,1.以主机为中心的联机终端网络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,1.2.1计算机网络的产生和演变,10,1.2.1计算机网络的产生和演变,缺点主机负荷重数据处理通信线路利用率低,改进终端集中器前端处理机（FEP),11,例子：飞机订票系统HOST(航空公司总部)Terminals(订票点)通信线路(电话线路),12,2.以通信子网为中心的主机互连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”,1.2.1计算机网络的产生和演变,13,1.2.1计算机网络的产生和演变,主机/主机网络演变演变阶段1通信任务从主机中分离，由通信控制处理机（CCP）完成CCP：处理主机之间通信任务的专用计算机,14,两层网络概念的出现由CCP组成的传输网络通信子网，为主机提供信息传输服务建立在通信子网基础上的主机集合资源子网，提供计算资源。,1.2.1计算机网络的产生和演变,15,主机/主机网络演变阶段2通信子网规模逐渐扩大私有社会公用公用数据通信网PSTN（公共交换电话网络）X.25（公用数据网）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,1.2.1计算机网络的产生和演变,16,主机互连的例子因特网的前身ARPANET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70s的60多个节点（防攻击）地域跨越美洲、欧洲,1.2.1计算机网络的产生和演变,17,3.具有层次化体系结构的标准化网络为什么需要标准化？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过程的演变厂商标准：IBM-SNA（系统化网络体系结构），DEC-DNA（分布式网络体系结构）缺点：适用范围（同样存在兼容性的问题）技术垄断（很容易形成垄断）标准不统一（影响了用户的利益）,1.2.1计算机网络的产生和演变,18,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,1.2.1计算机网络的产生和演变,19,国际标准OpenSystemInterconnection/ReferenceModel(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详细规划了网络体系结构的框架事实上的标准：TCP/IP(因特网的骨干协议),1.2.1计算机网络的产生和演变,20,4.宽带综合业务数字网随着计算机技术和信息技术的发展，计算机网络向综合化和高速化方向发展：综合化：提供的服务和传输的信息综合化高速化：传输速度快（百兆、千兆）趋势之一：电话、电视、网络“三网合一”,1.2.1计算机网络的产生和演变,21,计算机网络的硬件组成,1服务器2工作站3连接设备4传输介质,1.2.2计算机网络的组成,22,介质双绞线,以太网卡,集线器/交换机/路由器,连接设备、传输介质,1.2.2计算机网络的组成,23,1.2.2计算机网络软件,1网络操作系统2网络协议软件,1.2.2计算机网络的组成,24,1.2.2通信子网和资源子网,在整个计算机网络中总会有一部分是用来对信息进行传递的，对于网络中的这部分我们称之为通信子网。,网络的另一个重要作用就是提供各种服务。在网络中由资源子网来完成这些功能。,1.2.2计算机网络的组成,25,计算机网络的发展可分为4个阶段：,1.2.3计算机网络发展简史,初始阶段,Internet推广阶段,Internet普及阶段,Internet大发展阶段,1969,2001,26,1.初始阶段,1969年8月成功地推出了由4个交换节点组成的分组(packet)交换式计算机网络系统ARPANET。,1969年，AT&T成功开发了多任务分时操作系统UNIX。,1.2.3计算机网络发展简史,27,1972年，美国施乐公司(Xerox)开发成功了著名的以太网(Ethernet)。,1974年塞尔夫和卡恩共同设计开发成功了著名的TCP/IP通信协议(将在后续章节中讲述)。,1.2.3计算机网络发展简史,28,2.Internet推广阶段,美国Cisco公司也在1986年开发成功了世界上首台多协议路由器，为Internet网络产品的开发和发展提供了产业基础。,1989年，日内瓦欧洲粒子物理实验室开发成功万维网(WWW.WorldWideWeb)。,1.2.3计算机网络发展简史,29,3.Internet普及阶段,从1990年开始，电子邮件的、FTP、消息组等Internet应用越来越受到人们的欢迎。TCP/IP协议在UNIX系统中的实现更进一步推动了这一发展。,1993年是Internet发展史上重要的一年。美国伊利诺依大学国家超级计算中心开发成功了网上浏览工具Mosaic。,1.2.3计算机网络发展简史,30,1.3计算机网络的功能,数据通信(CommunicationMedium)文件传输、IP电话、email、视频会议、信息发布、交互式娱乐、音乐资源共享(ResourceSharing)软件、硬件、数据（数据库）高可靠性(HighReliability)利用可替代的资源，提供连续的高可靠服务节省投资(SaveMoney)替代昂贵的大中型机系统,31,资源共享,网内用户均能享受网内各计算机系统中的全部或部分资源（包括软件资源和硬件资源）。如：数据资源，应用程序，工具软件，硬盘，打印机，绘图仪等。,1.4联网带来的好处,32,远程数据传送,网内用户可通过终端得到各种远程服务，如情报检索，定票，电子邮件，网上购物等。,1.4联网带来的好处,33,均衡负载,当网内某一个计算中心的任务繁重时，可以通过网络将此任务传送给空闲的计算机去处理,1.4联网带来的好处,34,提高系统的可靠性,如某一个数据库中的数据因处理机发生故障而消失，可从另一台备份机器的数据库中调出数据进行恢复或处理，保证系统正常工作。,1.4联网带来的好处,35,方便用户，易于扩充,用户可以通过终端方便的得到各类服务，当需要扩大网络或增加工作站时，只需通过把相应的设备连接到网上即可。,1.4联网带来的好处,36,其它好处：提高性价比，集中管理，社会信息服务。EDP(electronicdataprocess)电子数据处理MIS(managementinformationsystem)管理信息系统DSS(decisionsupportsystem)决策支持系统EDI(electronicdatainterchange)电子数据交换EC(electroniccommerce)电子商务,1.4联网带来的好处,37,数字通信：电子邮件，文件传输，网上聊天，网络电话，网上传真，网上视频会议等分布式计算：将一个程序分散到若干台通过网络连接的计算机上去同时运行，然后把每台计算机的结果搜集汇总，整理出一个结果。,1.4联网带来的好处,38,信息查询、网上教育、虚拟现实、电子商务、家庭自动化,1.4联网带来的好处,39,1.5计算机网络的主要分类,1.按地域范围分类局域网(LocalAreaNetwork，LAN)范围：小，20KM传输技术：基带，10-1000Mbps，延迟低，出错率低（10-11）城域网(MetropolitanAreaNetwork，MAN)范围：中等，100KM传输技术：宽带/基带广域网(WideAreaNetwork，WAN)范围：大，100KM传输技术：宽带，延迟大，出错率高,40,2.按通信传播方式分类：点对点传播方式的网络：由一对对机器间的多条链路构成。这种网络上的报文分组在信源和信宿之间需通过一台和多台中间设备进行传播。广播方式网络：仅有一条通道，由网络上所有的计算机共享。一般来说，局域性网络使用广播方式；广域性网络使用点对点方式。,1.5计算机网络的主要分类,41,3.按拓扑结构分类星形有一个中心节点，其它节点与其构成点到点连接树形一个根结点、多个中间分支节点和叶子节点构成,星形拓扑,树形拓扑,1.5计算机网络的主要分类,42,按拓扑结构（续）总线所有节点挂接到一条总线上，广播式信道需要有介质访问控制规程以防止冲突环形（交大校园网，双环）所有节点连接成一个闭合的环，结点之间为点到点连接,总线形拓扑,环形拓扑,1.5计算机网络的主要分类,43,按拓扑结构分类（续）全连接点到点全连接，随节点数的增长（Nx(N-1)/2），建造成本急剧增长，只适用于节点数很少的广域网中不规则点到点部分连接，多用于广域网，由于连接的不完全性，需要有交换节点,不规则拓扑,全连接,1.5计算机网络的主要分类,关于各种拓扑结构的特点和其他分类，参考教材7-11页.,A,B,44,按各站点的地位对等(PeertoPeer)网基于服务器的网络按介质访问控制方式以太网（Ethernet）令牌网（TokenRing）按NOS或协议Novell网络WindowsNT网络TCP/IP网络,1.5计算机网络的主要分类,45,1.6计算机网络体系结构简介,1.6.1协议和体系结构的概念,协议原为外交辞令，据说是为了在国与国之间进行顺利交流而规定的约束事项(规则)。,我们平时进行交流时都要遵循一定的规则:,在法庭，双方必须按照一定的次序轮流发言；开车时，转弯必须打出信号来通知周围的车辆；驾驶飞机时，飞行员遵照一种制定得非常详细的标准来和其他飞机通信，以维护空中的交通；,46,1.6计算机网络体系结构简介,1.6.1协议和体系结构的概念,计算机网络中，协议的定义是计算机网络中实体之间有关通信规则约定的集合。协议有三个要素，即：（1）语法（Syntax）：数据与控制信息的格式、数据编码等。（2）语义（Semantics）：控制信息的内容，需要做出的动作及响应。（3）时序（Timing）：事件先后顺序和速度匹配。,47,1.6计算机网络体系结构简介,1.6.2ISO/OSI参考模型,分层的好处：,使网络变得更简单将网络部件标准化有利于模块化设计保证不同类型部件的互操作性加快了技术发展的速度简化了教育和学习,48,1.6计算机网络体系结构简介,1.6.2ISO/OSI参考模型,OSI参考模型：,49,1.6计算机网络体系结构简介,1.6.2ISO/OSI参考模型,OSI参考模型,应用层,表示层,会话层,传输层,数据链路层,物理层,网络层,网络应用软件一种通用的数据格式对话和交谈流量控制和可靠性路径选择及逻辑寻址帧和介质访问控制信号和介质,关键词,50,1.6计算机网络体系结构简介,1.6.2ISO/OSI参考模型,OSI参考模型,较高层：与应用有关,较低层：与数据传输有关,51,1.6计算机网络体系结构简介,1.6.2ISO/OSI参考模型,分层的原则：,l网络中各结点都具相同的层次；l不同结点的相同层具有相同的功能；l同一结点内各相邻层之间通过接口通信；l每一层可以使用下层提供的服务，并向其上层提供服务；l不同结点的同等层通过协议来实现对等层之间的通信。,52,1.6计算机网络体系结构简介,1.6.2ISO/OSI参考模型,PDU协议数据单元,数据流,数据段,数据包,数据帧,比特,53,1.6计算机网络体系结构简介,1.6.3TCP/IP参考模型,TCP/IP参考模型的具体协议情况,54,1.6计算机网络体系结构简介,1.6.3TCP/IP参考模型,55,1.7计算机网络协议相关的标准化组织,ISO(InternationalOrganizationforStandard)成立于1947年,是世界上最大的国际标准化专门机构，是联合国甲级咨询机构。它的成员是89个成员国的国家标准化组织。美国在ISO中的代表是ANSI，大家所熟悉的ASCII和C语言的工业界标准，就是由ANSI所制定的。ISO在网络领域的最突出贡献就是提出OSI参考模型，该模型是网络发展史上的一个重要里程碑。,56,1.7计算机网络协议相关的标准化组织,IETF（InternetEngineeringTaskForce）是一个国际性团体。它主要的工作是制定关于因特网的各种标准。其成员包括网络设计者、制造商、研究人员以及所有对因特网的正常运转和持续发展感兴趣的个人或组织。因为因特网覆盖范围大，连接的成员很多，所以很多组织都希望通过加入IETF使技术向有利于自己的方向发展。,57,1.7计算机网络协议相关的标准化组织,IEEE（InstituteofElectricalandElectronicEngineers）电气和电子工程师协会IEEE是世界上最大的专业技术团体，由计算机和工程学专业人士组成。它创办了许多刊物，定期举行研讨会，还有一个专门负责制定标准的下属机构。IEEE在计算机网络界的最大贡献就是制定了802标准系列，802标准将局域网的各种技术进行了标准化。,58,1.8计算机局域网简介,局域网（LAN，localAreaNetwork）是将较小地理范围内的各种数据通信设备连接在一起的通信网络。特点：地理范围有限、传输速率高、延迟小、误码率底、易于管理和控制。适用范围：企业、学校、楼宇,59,拓扑结构令牌环、总线、星型、混合基本类型对等网络：网络中没有设置专门的服务器，连网的计算机既是客户机，又是服务器。所需硬件：计算机、网络适配器、集线器、网线可详见实用组网指南第二章客户机服务器（C/S）网络模式：网络中由高性能的计算机作为服务器，与多台客户机相连。无盘工作站相关概念：客户机（与终端的区别）、服务器（文件、通信）、网络操作系统,1.8计算机局域网简介,60,1.9计算机广域网简介,广域网（WAN，WideAreaNetwork）又称远程网，是覆盖广阔地理区域的数据通信网络。范围可以是几十公里到几万公里。广域网使用公共通信线路为主机和终端提供网络服务公共电话网（PSTN，PublicSwitchTelephoneNetwork），MODEM、电话线、拨号、9.6kb/s56kb/s.综合业务数字网（ISDN，IntegratedServiceDigitalNetwork）,电话线路、专用设备、拨号、64k、128k、144kb/s,61,ADSL（AsymmetricalDigitalSubscriberLoop,非对称数字用户环线）:上行速率640kb/s，下行速率8Mb/s。公共数字数据网（DDN，DigitalDataNetwork）:同步MODEM，64kb/s2.048Mb/s。X.25：9.6b/s64kb/s，速度慢、延时长、可靠帧中继（FR，FrameRelay）：64kb/s2.048Mb/s异步传输模式（ATM）,1.9计算机广域网简介,62,1.10计算机网络互联,利用网络互联设备及相应的技术措施和协议将两个以上的计算机网络连接起来，实现计算机网络之间的连接。网络互联设备：中继器：清除噪音、放大信号、延长网络距离集线器（HUB）：相当于多口中继器，有源、无源、共享式、堆叠式、交换式。网桥、交换机：用于连接相同类型的网络路由器：可以连接不同类型的网络网关：又称协议转换器，可以用于不用类型网络的连接。网络互连设备详细介绍参见课本1415页,63,1.11网络操作系统,用于进行网络的连接、信息传输、服务提供以及网络资源管理的操作系统软件。UNIXNOVELLNETWAREWINDOWSNT/2000LINUX,64,1.12计算机网络术语,带宽带宽是通信信道的宽度，是信道频率上界与下界之间之差，是介质传输能力的度量，在传统的通信工程中通常以赫兹（Hz）为单位计量。在计算机网络中，