计算机网络概述.ppt

计算机网络应用与实验教程,welcome,2.1计算机网络概述,信息化社会（信息化与全球化）完善的网络必不可少。（三网：电信网络、有线电视网络、计算机网络）Internet(因特网)蕴藏着丰富的信息资源，Internet成为现代国民经济、科学技术和社会生活中极其有效的工具。,计算机网络的精确定义并未统一。早期的定义：计算机技术与通信技术相结合实现远程信息处理和进一步达到资源共享的系统。定义：利用通信设备和线路将地理位置分散的、功能独立的自主计算机系统，按照约定的通信协议进行信息交换，实现资源共享的系统。关于计算机网络的最简单的定义是：一些互相连接的、自治的计算机的集合。,2.1.1计算机网络的定义,2.由定义可知：(1)计算机网络是“通信技术”与“计算机技术”的结合产物(2)数据交换是基础，资源交换为目的,计算机网络应用举例（1）,共享打印机等各种硬件设备,计算机网络应用举例（2）,共享数据资源,计算机网络应用举例（3）,共享应用程序,今后计算机网络发展的特点开放式的网络体系结构向高性能发展计算机网络的智能化,2.1.2计算机网络的特点,计算机网络建立在通信网络的基础之上建立计算机网络的目的资源共享在线通信,2.1.3计算机网络的形成与发展计算机网络发展阶段的划分,第一阶段：20世纪50年代数据通信技术的研究与发展第二阶段：20世纪60年代ARPAnet与分组交换技术的研究与发展第三阶段：20世纪70年代网络体系结构与协议标准化的研究广域网、局域网与分组交换技术的研究与应用第四阶段：20世纪90年代Internet技术的广泛应用网络计算技术的研究与发展宽带城域网与接入网技术的研究与发展网络与信息安全技术的研究与发展,第一阶段（50年代）：计算机通信网络，特征是计算机与终端互连，实现远程访问。1具有远程通信功能的单机系统解决了多个用户共享主机资源的问题存在问题：主机负担重，通信费用高,2、具有远程通信功能的多机系统解决了主机负担重、通信费用昂贵的问题。主要问题：多个用户只能共享一台主机资源,第二阶段（60年代）：计算机通信系统，特征是计算机与计算机互连采用分组交换技术实现计算机计算机之间的通信，使计算机网络的结构、概念都发生了变化，形成了通信子网和资源子网的网络结构主要问题：网络对用户不是透明的,第三阶段（70年代中期80年代末期）：现代计算机网络阶段，特征是网络体系结构的形成和网络协议的标准化在计算机通信系统的基础之上，重视网络体系结构和协议标准化的研究，建立全网统一的通信规则，用通信协议软件来实现网络内部及网络与网络之间的通信，通过网络操作系统，对网络资源进行管理，极大的简化了用户的使用，使计算机网络对用户提供透明服务。局域网技术出现突破性进展。,第四阶段：20世纪90年代:网络计算的新时代帧中继异步传输模式ATM波分多路复用WDM,未来的网络结构如下图:,因特网的标准化工作,标准化工作的好坏对一种技术的发展有着很大的影响，缺乏国际标准将会使技术的发展处于比较混乱的状态，而盲目自由竞争的结果很可能形成多种技术体制并存且互不兼容的状态1992年，因特网不再归美国政府管辖，因此成立了一个国际性组织叫做因特网协会ISOC（internetSociety），以便对因特网进行全面管理以及在世界范围内促进其发展和使用。ISOC下面有一个技术组织叫做因特网体系结构研究委员会IAB(InternetArchitectureBoard），负责管理因特网有关协议的开发。IAB下面又设有两个工程部。,因特网的标准化工作（二）,因特网的标准化工作（二）,因特网工程部IETF（InternetEngineeringTaskForce）IETF是由许多工作组WG（WorkingGroup）组成的论坛（forum），具体工作由因特网工程指导小组IESG（InternetEngineeringSteeringGroup）管理。这些工作组划分为若干个领域（area），每个领域集中研究某一特定的短期和中期的工程问题，主要是对协议的开发和标准化。因特网研究部IRTF（InternetResearchTaskForce）IRTF是由一些研究组RG（ResearchGoup）组成的论坛，具体工作由因特网研究指导小组IRSG（InenetReseachSteeringGop）管理。IPTF的任务是从事理论方面研究和开发一些需要长期考虑的问题。,我国在80年代初期已经有一部分高校和企业建立局域网，引入了国外的局域网产品。1989年我国第一个公用分组交换网CNPAC正式运行，1993年该网扩充成层次结构的全国网CHINAPAC。1993年我国又开始启动“金”字工程，(金桥、金卡、金关)，即“三金”工程，使我国网络发展进入了一个新的时期目前我国有九大公用计算机网络：中国公用计算机互联网CHINANET（电信网163,169等）；中国金桥信息网CHINAGBN；中国教育和科研计算机网CERNET中国科学技术网CSTNET；中国联通互联网UNINET；中国网通CNCNET；中国国际经济贸易互联网CIETNET中国移动互联网CMNET；中国长城互联网CGWNET。,计算机网络在国内发展,我国因特网的发展情况,2.1.4计算机网络的功能,资源共享（包括软件、硬件和数据信息资源）信息传送与集中处理均衡负荷与分布处理综合信息服务计算机网络的应用(服务):运程登录发送电子函件电子数据交换联机会议,2.1.5计算机网络的分类,1.按网络地理覆盖范围划分(1)局域网(LAN):是由一系列用户终端和具有信息处理与交换功能的节点及节点见的传输线路组成，限制在有限的距离之内，实现各计算机间的数据通信，具有较高的网络传输速率，局域网范围一般不超过10KM，往往局限于企事业单位内，组建局域网具有组建灵活，成本低廉，运行可靠，速度快等优点。,局域网技术：以太网、快速以太网、千兆以太网令牌环网：FDDI无线网：802.11、蓝牙,(2)城域网(MAN):也称都市网，它的覆盖范围一般是一个城市，它是在局域网不断普及，网络产品增加，应用领域拓展等情况下兴起的。它是将一个城市范围的局域网互连起来，以得到更高的数据传输速率,Sanliancollege,USTC,(3)广域网(MAN):覆盖范围广阔，又称远程网。广域网覆盖的地理范围可以是一个城市，一个地区，一个省，一个国家。最大的是Internet。广域网的传输速率低,广域网技术ISDNFrameRelayATM,企业网,电话网,上海,LAN,2.按信息传输技术划分(1)广播式网络在网络中只有一个通信信道，由网络中的所有主机共享特点：当从网络中任何一台主机发出一个短报文时，网上所有的主机都可以接受到。但通过报文中“地址标识”，确定目标主机，它适用于距离范围小，网络内工作站点少,(2)点到点网络：当在一个网络中成对的主机间存在着若干对的相互联结关系时，便组成了点到点的网络特点：当源主机想目的主机发送“分组”信息时，分组信息可能经由一个或多个中间节点才能到达,1概念：网络拓扑结构指连接于网络中的端系统或工作站之间互连的方式；简单地说：指网络形状，网络的连通性常见的网络拓扑结构：总线型、星型、环型、树型、混合型、网状型,3.按网络拓扑结构分类,2.常见网络结构介绍：(1)总线型：采用一个公用通道作为传输媒体，所有站点都通过相应的硬件接口直接连接到公用信道上，这一公用信道称为总线,特点：(1)所有站点发送的信息都通过该公用信道传播(2)某一时刻只允许一个站点向信道上发送数据（且数据分组中携带有目的地址）(3)信道上的数据能被其他所有站点接收，且各站点识别分组携带的目的地址，以确定是复制，分组，还是丢弃,(2)星型：每一个站点直接与一个公共的中心节点连接中心节点的操作一般有两种方法：a.中心节点以广播式方式来运作，典型的设备是集线器(HUB)b.中心节点以交换方式来运作典型设备是专用交换机(PBX),(3)环型：由站点和链路组成闭合环特点：数据沿环路单向传输，切绕环行驶一周，回到源站点。,(4)树型型：是星型的扩展，树型网络是分层结构，具有根节点和分支节点特点：适用于分级管理和控制系统,(5)混合型：是将传统的总线型网络结构与星型网络结构进行有机结合。注：混合型(分布式，集散型)网络结构特别使用与一个学校、企业、工厂等各个办公楼分散的情况,(6)其他型：a.双环型b.拓展星型c.不规则型,d.完全网状型,e.蜂窝型,2.1.6传输媒体,1.无线传输媒体：无线电、微波、激光、红外线、卫星等,2.有线传输媒体：双绞线、同轴电缆、光纤(1)双绞线,非屏蔽双绞线,(1)双绞线是普遍使用的一种传输介质；在许多情况下，几公里范围内的传输速率可以达到几兆bps，其性能较好又价格便宜。(2)由两根绝缘铜线绞合在一起，充当一条通信链路通常将若干对双绞线捆成一条电缆，用保护套包裹着(3)双绞线可以分为两种：非屏蔽和屏蔽。非屏蔽双绞线电缆由多对双绞线和一个塑料外皮构成。非屏蔽双绞线(UTP)易受外部干扰，包括来自环境噪音与附近的双绞线；但由于其价格低廉且易于安装和使用，所以应用非常广泛。在建筑物内部，作为局域网传输介质而被普遍使用的UTP电缆的最大长度一般限制在100米之内。屏蔽双绞线(STP),以铝箔屏蔽以减少干扰和串音,（4）1991年，美国电子工业协会(EIA)颁布了EIA-568标准，即商业大楼的通信布线标准。EIA-568-A有三种UTP电缆。3类：UTP电缆及其端接设备的传输特性定义为16MHZ。4类：UTP电缆及其端接设备的传输特性定义为20MHZ。5类：UTP电缆及其端接设备的传输特性定义为100MHZ。3类UTP电缆对应于在大多数办公楼里大量使用的话音级电缆；在有限的距离内，经过适当的设计，数据速率可以达到16Mbps。5类是数字级电缆，现正成为新建大楼的预装设施；在一定的范围内，经过适当的设计，5类电缆可以达到100Mbps速率。3类和5类UTP的关键差别在于单位距离上的螺旋的数目。5类旋得较紧，一般为每英寸3-4转，而3类则一般是每英尺3-4转；旋得越紧，价格越贵，但性能也好得多。,（5）超5类双绞线：与类双绞线结构基本相同，与普通类UTP相比，其衰减更小，串扰更少，同时具有更高的信噪比、更小的延时误差，性能得到了提高。(6)双绞线的质量鉴别：有无标识、绞合紧密程度、韧性好、颜色清晰、阻燃性良好、用测试仪进行测量双绞线质量参数,(2)同轴电缆a.结构：由内向外分别是中心实体；绝缘层；金属网屏蔽层；黑色保护套。其频率特性比双绞线好，能进行高速率传输。b分类：,细缆,细缆,细缆一般以总线型结构在网络中出现。连网时，应注意以下几点：网卡要带有BNC接口；每个用户通过BNC-T型连接器接入网络；在干线的两端必须安装50欧姆的终端电阻；如要拓宽网络范围，需使用中继器。细缆网络的每段干线长度最大为185米，每段干线最多接入30个用户，且相邻两用户之间的连线距离不能小于0.5米。可采用4个中继器连接5个网段，使网络最大距离达到925米。细缆安装较容易，而且造价较低，但因受网络布线结构的限制，其日常维护不甚方便，一旦一个用户出故障，便会影响其他用户的正常工作。,细缆,BNC桶型接头：用于连接两段细同轴电缆，如图所示。,BNC连接器及插头：,终端匹配器,粗缆,粗缆,粗缆适用于比较大的局域网的布线，它的布线距离较长，可靠性较好，安装时采用特殊的装置，不需切断电缆，两端头装有终端器。用粗缆组网时在硬件的设置上必须注意以下几点：若要直接与网卡相连，网卡必须带有AUI接口（一种15针D型接口）；用户采用外部收发器与网络干线连接；用AUI电缆连接工作站和外部收发器。粗缆局域网中每段长度可达500米，采用4个中继器连接5个网段后最大可达2500米。用粗缆组建局域网虽然各项性能较高，具有较大的传输距离，但是网络安装、维护等方面比较困难，而且造价太高，同时细缆近年来的发展较快，所以计算机局域网中一般如无特殊要求都使用细缆组网。,选则粗缆细缆的原则：为了降低系统的造价，在保证一条混合干线段所能达到的最大长度的情况下，应尽可能使用细缆。可以用公式计算在一条混合干线段中能够使用的细缆最大长度：t=(500*m-l)/3.28l为干线段长度，t为可使用的细缆最大长度,(3)光纤（又名：光导纤维、光缆）,a.结构：由内向外纤芯、包层、保护层,b.光纤通信原理电信号光纤电信号,c.根据光在光纤中传输方式的不同分为：单模光纤和多模光纤d.光纤通信的优点：轻便；低衰减；电磁隔离,传输媒体小结,计算机网络的软件系统操作系统、应用软件、网络管理软件协议软件TCP/IP、NETBEUI、IPX/SPX计算机网络的硬件系统传输介质：UTP双绞线、同轴线缆、光缆网卡、MODEMHub、Switch、RouterFirewall,2.1.7计算机网络的组成,计算机网络组成（软件）,服务器操作系统：提供网络操作基本环境，具有网络用户管理、资源管理、网络运行状况统计、网络安全性建立、网络信息通信等管理功能。工作站操作系统：微机操作系统如windows98。应用软件：浏览器InternetExplorer、NetscapeNavigator网络管理软件、设备驱动和设备设置软件：对网络运行状态信息进行统计、报告、监控的软件系统。操作系统使用硬件设备所必需的软件。设置网络设备状态、模式、配置、功能等指标的软件程序。网络协议软件：网络中计算机与计算机之间、网络设备与网络设备之间、计算机与网络设备之间进行信息交换的规则。,计算机网络组成（硬件）,服务器：存放网络共享资源，提供网络服务的设备。安全计算机：具有防病毒和系统恢复功能的计算机。传输介质：连接网络设备，提供数据传输的线路。网卡：网络主机发送和接收数据的接口卡。Modem：拨号上网用的连接计算机和电话线路的设备。集线器Hub：集线器Hub可以说是一种特殊的中继器，作为网络传输介质间的中央节点，它克服了介质单一通道的缺陷，是共享设备，是网络物理层互联设备。交换机Switch：网络工作站之间提供专用的通信信道，占有更大带宽，不受其它设备影响。是数据链路层互联设备。路由器Router：路由器（Router）是用于连接多个逻辑上分开的网络。是网络层互联设备网桥：网桥（Bridge）是一个局域网与另一个局域网之间建立连接的桥梁。网桥是属于网络层的一种设备，它的作用是扩展网络和通信手段网关：在一个计算机网络中，当连接不同类型而协议差别又较大的网络时，则要选用网关设备。网关的功能体现在OSI模型的最高层，它将协议进行转换，将数据重新分组，以便在两个不同类型的网络系统之间进行通信。,从另一个角度来分析计算机网络的组成,计算机网络要完成数据处理与数据通信两大基本功能；早期计算机网络主要是广域网，它从逻辑功能上分为资源子网和通信子网两个部分；资源子网负责数据处理的主计算机与终端通信子网负责数据通信处理的通信控制处理机与通信线路,资源子网和通信子网两个部分的结构示意图,资源子网的概念,资源子网的组成主机终端终端控制器外设软件资源信息资源主机（host）大型机、中型机、小型机、工作站或微机终端（terminal）用户访问网络的界面;终端可以是简单的输入、输出终端，也可以是带有微处理机的智能终端;终端可以通过主机连入网内，也可以通过终端控制器、报文分组组装与拆卸装置或通信控制处理机连入网内。,(1)功能：提供网络资源共享，处理数据能力(2)构成：主机系统(硬件+软件),通信子网的概念,通信子网由通信控制处理机、通信线路与其他通信设备组成，完成网络数据传输、转发等通信处理任务；,(1)功能：完成网络的通信数据的存储转发差错控制流量控制路由选择网络安全流量计费(2)构成：网络结点+通信线路,2.1.8计算机网络原理,重要概念:拓扑结构;网络分类;IP地址;域名系统体系结构交换方式和服务类型路由算法,体系结构,OSI/RM的七层结构：应用层、表示层、对话层、传输层、网络层、数据链路层、物理层TCP/IP四层结构：应用层、传输层、网际层、网络接口层TCP/IP的重要协议：ICMP、ARP/RARP、UDP、FTP、HTTP、SMTP等,ARPANETNSFNETInternetInternet2,2.1.8典型计算机网络,1.ARPAnet,1969年11月，实验性的ARPAnet开通；1975年，ARPAnet已经连入了100多台主机，并且结束了网络实验阶段，移交美国国防部国防通信局正式运行；1983年1月，ARPAnet向TCP/IP的转换结束；80年代中期，ARPAnet成为Internet的主干网；1990年，ARPAnet退役。ARPAnet对网络的产生与发展起到重要的影响。,2NSFnet,1984年NSF决定组建NSFnet；NSFnet采取的是一种层次型结构，分为主干网、地区网与校园网；1990年NSFnet主干网的传输速率为44.746Mb/s；1995年4月1日，N