第一章计算机网络概述模板.ppt

Computer&Communication,第一章计算机网络概述,掌握：计算机网络的概念和组成了解：计算机网络的形成与发展理解：计算机网络的拓扑构型掌握：计算机网络的分类方法了解：计算机网络的功能和应用,教学目的：,教学时间：72课时,教学内容：,计算机网络的基本概念,计算机网络的组成,资源共享技术,计算机网络的硬件与软件系统,计算机网络的发展简史,多用户、网络和分布式计算机系统,1.1计算机网络的定义,计算机网络技术是由计算机技术与通信技术相互结合而形成的，它的产生与发展适应了社会对资源共享和信息传递日益增长的要求，对人类社会的进步做出了巨大的贡献。随着近年来internet在全球范围的迅速普及，计算机网络的应用已遍及政治、经济、军事、科技、生活等领域。,最简单的计算机网络,两台和两台以上的计算机由一条电缆相连接，就形成了最基本的计算机网络。,计算机网络的定义：,计算机网络是使用通信线路和网络设备，将分布在不同地理位置上的具有独立和自主功能的计算机系统相互连接起来，按照网络协议进行数据通信，以实现信息交换和资源共享的信息系统。,通信线路,网络设备,计算机系统,信息交换和资源共享,关键词：,(1)自主,计算机网络中包含两台以上的地理位置不同具有“自主”功能的计算机。所谓“自主”的含义，是指这些计算机不依赖于网络也能独立工作。通常，将具有“自主”功能的计算机称为主机(Host)，在网络中也称为结点(Node)。网络中的结点不仅仅是计算机，还可以是其他通信设备，如HUB、路由器等。,(2)传输介质,网络中各结点之间的连接需要有一条通道，即，由传输介质实现物理互联。这条物理通道可以是双绞线、同轴电缆或光纤等“有线”传输介质；也可以是激光、微波或卫星等“无线”传输介质。,(3)协议,网络中各结点之间互相通信或交换信息，需要有某些约定和规则，这些约定和规则的集合就是协议，其功能是实现各结点的逻辑互联。例如，Internet上使用的通信协议是TCP/IP协议簇。,(4)目的,计算机网络是以实现数据通信和网络资源（包括硬件资源和软件资源）共享为目的。要实现这一目的，网络中需配备功能完善的网络软件，包括网络通信协议（如，TCP/IP、IPX/SPX）和网络操作系统（如，Netware、WindowsXP、Linux）。,计算机网络是计算机技术和通信技术相结合的产物，这主要体现在两个方面：一方面，通信技术为计算机之间的数据传递和交换提供了必要的手段；另一方面，计算机技术的发展渗透到通信技术中，又提高了通信网络的各种性能。,学科领域：,计算机网络由一台主机HOST和若干台终端计算机T组成用网络通信线缆连接到每一台计算机的网卡在物理上将这些计算机连接称为计算机网络的物理连接在服务器上安装和运行网络操作系统在终端计算机上运行工作站驱动程序,1.1.2计算机网络的基本模型,网卡是网络接口卡NIC（NetworkInterfaceCard）的简称，又称网络适配器。在局域网中用于将用户计算机与网络相连的接口设备，大多数局域网采用以太（Ethernet）网卡，但也可以采用NE2000网卡、PCMCIA卡、D-Link网卡。,1.网卡,读入由其它网络设备（路由器、交换机、集线器或其它NIC）传输过来的数据包（一般是帧的形式），经过拆包，将其变成客户机或服务器可以识别的数据，通过主板上的总线将数据传输到所需PC设备中（CPU、内存或硬盘）；将PC设备发送的数据，打包后输送至其它网络设备中。,网卡的基本功能,网络的心脏和灵魂，向连接在网络上的计算机提供服务，在计算机操作系统的支持下工作。网络操作系统运行在称为服务器的计算机上，网络主机上必须安装网络操作系统网络才能正常运行。,3.网络操作系统,基本功能,资源共享管理信息传输与信息交流管理网络管理与安全管理分布式处理负载均衡,网络系统的类型完全是由网络操作系统所决定。即在同一种网络拓扑环境下，主机上安装不同的网络操作系统，就得到不同类型的计算机网络。常用的网络操作系统NOS有NovellNetWare、WindowsNT、UNIX、3COM、-LINK和LINUX等。,4.网络操作系统决定网络的类型,1.1.3计算机网络的设计目标,(1)实现资源共享和信息交流。(2)提高系统的可靠性。(3)提高工作效率。(4)节省投资。(5)数据信息集中。(6)系统负载的均衡与协作。,1.1.4计算机网络的基本功能和用途,数据通信资源共享分布处理,2.计算机网络的基本用途,(1)信息共享与办公自动化(10)文件传输(2)电子邮件(11)网上教学与远程教育(3)电子公告与广告(12)万维网冲浪WWW(4)IP电话(13)超并行计算机系统(5)在线新闻(14)网格计算机系统(6)在线游戏(7)网上交友与实时聊天(8)电子商务及商业应用(9)虚拟时空,1.1.5计算机网络的特点,（1）数据通信能力强。（2）连网的计算机是相对独立的，它们各自相互联系又相互独立。（3）建网周期短、见效快。（4）成本低、效益高。（5）对一般用户来说，需掌握的技术不高。（6）易于分布处理。（7）系统灵活性、适应性强。,1.1.6计算机网络的分类,1.按网络操作系统来分类有NOVELL网、NT网、UNIX网以及Internet网等等。,局域网（LAN）,城域网（MAN）,广域网（WAN）,Internet,连接设备,2.按网络覆盖范围分类,按网络的地理覆盖范围分类,1.局域网,局域网是在局部范围内构建的网络，其覆盖范围一般在几公里以内，通常不超过10公里，属于一个部门或单位组建的小范围网络。局域网组建方便、使用灵活，是目前计算机网络技术发展中最活跃的一个分支。,局域网覆盖的地理范围有限，通常不涉及远程通信问题，因而易于组建，同时也便于维护和扩展。此外，局域网还具有高数据传输速率、低误码率的高质量数据传输能力。,LAN(LocalAreaNetwork),2.城域网,城域网的规模介于局域网与广域网之间，其范围可覆盖一个城市或地区，一般为几公里至几十公里。城域网技术的特点之一是使用具有容错能力的双环结构，并具有动态分配带宽的能力，支持同步和异步数据传输，并可以使用光纤作为传输介质。,MAN(MetropolitanAreaNetwork),3.广域网,又称远程网，作用范围通常为几十到几千公里。CHINAPAC，CHINADDN，CHINAGBN，CERNET以及覆盖全球的Internet均是广域网。,WAN(WideAreaNetwork),接入网是指骨干网络到用户终端之间的所有设备。其长度一般为几百米到几公里。由于骨干网一般采用光纤结构，传输速度快，因此，接入网便成为了整个网络系统的瓶颈。接入网的接入方式包括铜线（普通电话线）接入、光纤接入、光纤同轴电缆（有线电视电缆）混合接入、无线接入和以太网接入等几种方式。,AN(AccessNetwork),4、接入网,广域网、城域网、接入网以及局域网的关系,3.按网络的管理方式分类,1.客户机/服务器网络（Client/Server）,在客户机/服务器网络中（以下简称C/S结构），有一台或多台高性能的计算机专门为其它计算机提供服务，这类计算机称之为服务器；而其它与之相连的用户计算机通过向服务器发出请求可获得相关服务，这类计算机称之为客户机。,C/S结构是最常用的一种网络类型。,C/S结构的网络性能在很大程度上取决于服务器的性能和客户机的数量。,2.对等网络,对等网是最简单的网络，网络中不需要专门的服务器，接入网络的每台计算机没有工作站和服务器之分，都是平等的，既可以使用其它计算机上的资源，也可以为其它计算机提供共享资源。比较适合于部门内部协同工作的小型网络。,对等网络组建简单，不需要专门的服务器，各用户分散管理自己机器的资源，因而网络维护容易；但较难实现数据的集中管理与监控，整个系统的安全性也较低。,4.按通信通信介质分类,有线网络,无线网络,工程相对简单，造价低,传输速率高,传输距离远,受干扰程度低,部署灵活，建设效率高,节约建设投资,安全性好,5.按对数据的组织方式分类,这种网络的处理和控制功能都高度集中在一个或少数几个结点上，所有的信息流都必须经过这些结点之一。因此，这些结点是网络的处理和控制中心，其余的大多数结点则只有较少的处理和控制功能。,1.集中式计算机网络,2.分布式计算机网络,在这种网络中，不存在一个处理和控制中心，网络中任一结点都至少和另外两个结点相连接，信息从一个结点到达另一结点时，可能有多条路径。,6.按网络的使用范围分类,1.公用网（PublicNetwork）,2.专用网（PrivateNetwork）,公用网一般是由国家邮电或电信部门建设的通信网络。按规定缴纳相关租用费用的部门和个人均可以使用公用网。,专用网是指单位自建的、满足本单位业务需求的网络。专用网不向本单位以外的人提供服务。,7.按通信传输方式分类,所有主机共享一条信道，某主机发出的数据，其他主机都能收到。,2点到点传播型网,1广播型网,网络中的每两台主机、两台结点交换机之间或主机与结点交换机之间都存在一条物理信道。,两台以上具有“自主”功能的计算机,网络软件,传输介质,计算机网络,以实现数据通信、共享资源为目的,内容回顾：,1.2计算机网络的形成与发展,1946年世界上第一台电子数字计算机ENIAC诞生时，计算机技术与通信技术并没有直接的联系；,20世纪50-60年代美苏冷战时期的产物。,20世纪50年代初，由于美国军方的需要，美国半自动地面防空系统（SAGE）的研究开始了计算机技术与通信技术相结合的尝试；,60年代初，美国国防部领导的远景研究规划局ARPA(AdvancedResearchProjectAgency)提出要研制一种生存性(survivability)很强的网络。,随着计算机应用的发展，出现多台计算机互连的需求，网络用户希望通过网络实现计算机资源共享的目的；,典型的研究成果是ARPA网。,计算机网络发展的四个阶段,一、以单台计算机为中心的远程联机系统，构成面向终端的计算机网络；,二、多个主机互连，各主机相互独立，无主从关系的计算机网络；,三、具有统一的网络体系结构，遵循国际标准化协议的计算机网络；,四、网络互联与高速网络。,1.面向终端的计算机通信网络,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。这样的系统除了一台中心计算机外，其余的终端都不具备自主处理功能，在系统中主要是终端和中心计算机间的通信。虽然历史上也曾称它为计算机网络，但为了更明确地与后来出现的多台计算机互连的计算机网络相区分，现在也称为面向终端的计算机网络。,SABRE-1,60年代初美国航空订票系统,线路控制器,并行信号与串行信号之间的转换,计算机内部并行传输,电话线串行传输,两个主要缺点,(1)主机既要负责数据处理，又要管理与终端的通信，因此主机的负担很重。,(2)由于一个终端单独使用一根通信线路，造成通信线路利用率低。此外，每增加一个终端，线路控制器的软硬件都需要做出很大的改动。,前置处理机,主机只负担数据处理工作，而通信工作则交给通信处理机完成。,集中器,接入通信处理机并引入集中器,2.多个自主功能的主机互联的计算机网络,典型代表ARPA网,这一阶段计算机网络的主要特点是：资源的多向共享、分散控制、分组交换、采用专门的通信控制处理机、分层的网络协议，这些特点往往被认为是现代计算机网络的典型特征。但这个时期的网络产品彼此之间是相互独立的，没有统一标准。,ARPANET,斯坦福研究所(SRI),加州大学圣大巴巴拉分校(UCSB),加州大学洛杉矶分校(UCLA),犹他大学(UniversityUtah),智能终端时代,独立的数据处理能力,分组交换技术（包交换）,现代计算机网络的基础,3.遵循国际标准化协议的计算机网络,计算机网络发展的第三阶段是加速体系结构与协议国际标准化的研究与应用。,国际标准化组织,ISO,（InternationalOrganizationforStandardization）,计算机与信息处理标准化技术委员会,网络体系结构的国际标准化,标准：,既成事实的标准,合法的标准,电信界,标准组织：,国际电信联盟（ITU）,国际标准界,国际标准化组织（ISO）,电器和电子工程师协会（IEEE）,因特网标准界,Internet协会,1984年ISO颁布：,“开放系统互连基本参考模型”的国际标准,简称OSI/RM,（OpenSystemInterconnectionBasicReferenceModel）,OSI七层模型,应用层,会话层,传输层,网络层,物理层,数据链路层,表示层,OSI七层模型,4、网络互连与高速网络,从20世纪80年代末开始，计算机网络技术进入新的发展阶段，其特点是：互联、高速和智能化。,(1)发展了以Internet为代表的互联网,(2)发展高速网络,1993，美国，“国家信息基础设施”行动计划,(NII-NationalInformationInfrastructure),信息高速公路计划,互联网2,Internet2,NextGenerationInternet,下一代互联网,1.2.6计算机网络的发展趋势,开放、集成、高性能和智能化,开放是指开放的体系结构、开放的接口标准,集成表现在各种服务和多媒体应用的高度集成,高性能表现在网络应当提供高速的传输、高效的协议处理和高品质的网络服务,Internet的增长,Internet上的主机数:Aug.1981213Oct.19841,024Dec.198728,174Oct.1990313,000Oct.19932,056,000Apr.19955,706,000Jul.199719,540,000Jul.200093,047,785,Internet发展规模和趋势,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,网络时代的三大基本定律,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,Data/Voice/Video三网融合,命题：如果网络中有N台主机，需要进行两两之间相互通讯，如果使用网线直接连接的方式，至少需要搭建多少条通讯线路？,1.4计算机网络的组成,如果有5台主机：,因特网的组成,从因特网的工作方式上看，可以划分为以下两大块：边缘部分由所有连接在因特网上的主机组成。这部分是用户直接使用的，用来进行通信（传送数据、音频或视频）和资源共享。核心部分由大量网络和连接这些网络的路由器组成。这部分是为边缘部分提供服务的（提供连通性和交换）。,因特网的核心部分,因特网的边缘部分,主机,网络,路由器,按照功能不同，可以将网络中的计算机分成两个类：,负责信息处理和共享资源管理的计算机（H）,负责信息传递和通信控制的计算机（C）,信息资源子网,数据通信子网,H,H,H,H,H,H,C,C,C,C,C,C,C,通信子网,资源子网,1.4.2网络结点网络结点又称为网络单元，它是网络系统中的各种数据处理设备、数据通信控制设备和数据终端设备。网络结点分为两大类，转结点和访问结点。转结点：转结点是支持网络连接性能的结点。通过通信线路来转结和传递信息。如集中器、网桥、网关、交换机、路由器、终端控制器等。访问结点：访问结点是信息交换的源结点和目标结点，起信源和信宿的作用。如主计算机、终端计算机等。换句话说，除了访问结点之外的结点都是转结点。,计算机资源子网：,负责向网络提供数据处理和向用户提供网络资源及服务。它由拥有资源的主机系统、终端控制器、通讯子网的接口、软件资源和数据资源组成。,计算机通信子网：,通信子网主要负责信息的交换和数据的传输，主要由通信控制处理机、通信线路等设备组成。它的交换设备主要是路由器和交换机。,网络协议：,在计算机网络中，要做到有条不紊地交换数据，就必须遵守一些约定好的规则。这些规则明确规定了所交换数据的格式以及有关同步的问题。这些为数据交换而建立的规则、标准或约定即称为网络协议。,1.5计算机网络的硬件与软件系统,网络硬件,1.主机(Host),传统定义中的主机是指网络系统的中心计算机（主计算机），可以是大型机、中型机、小型机、工作站或者微型机。这里所说的工作站(Workstation)是一种高档的微型计算机，通常配有高分辨率的大屏幕显示器及容量很大的内存储器和外部存储器，并且具有较强的信息处理功能和高性能的图形、图像处理