1.1基本概念(计算机网络课件)

1、第一讲 计算机网络的基本概念 计算机网络的定义、组成与功能 计算机网络的分类 计算机网络的产生和发展 因特网及其产生与发展 第 1 1 章 概述 计算机网络的定义： 把地理上分散的多台独立的计算机，通过通信设备和 线路连接起来，以功能完善的网络软件实现资源共享 和数据通信。 这一定义也可简化为一句话：一些相互连接的自治计 算机的集合。 计算机网络的功能 最重要的功能： 数据通信(Communication Medium)，即连通性 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(Resource Sharing) 软件、硬件、数据（数据库） 信息共享 负载均衡

2、与分布式处理 1. 系统安全与可靠性（通过信息冗余、网路部件冗余 等） 计算机网络的组成 计算机网络的组成元素分成两大类，即网络结点和通信链 路。 网络结点又分为端结点和转接结点。 端节点是指信源和信宿，如主机。 “信源”是信息的 发布者；“信宿”是信息的接收者，即最终用户。 转接结点则是指网络中起控制和转发作用的结点，如 交换机、路由器等。 通信链路是指传输信息的信道，包括双绞线、无线电 线路、光纤等 按通信传播方式分类： 点对点通信方式网络：使用一对一的点对点信道，一 对机器间往往的多条传输链路构成。 假如两台计算机之间没有直接连接的线路，那么它们之间的分组传输 就要通过中间结点的接收、存

3、储、转发，直至目的结点； 广播方式网络：使用一对多的广播信道，一台计算机 发送的信息可被网络上所有的计算机接收。 2. 计算机网络的分类 按不同作用范围的网络 广域网 WANWAN (Wide Area Network)：几十到几千KM 广域网也称为远程网，它所覆盖的地理范围从几十公里到几 千公里，覆盖一个国家、地区，或横跨几个洲； 城域网 MANMAN (Metropolitan Area Network)：550KM 设计目标是要满足几十公里范围内的大量企业、机关、公司 的多个局域网互连的需求，以实现大量用户之间的数据、语 音、图形与视频等多种信息的传输功能； 局域网 LANLAN (Lo

4、cal Area Network) ：1KM左右 局域网用于将有限范围内(如一个实验室、一幢大楼、一个校 园)的各种计算机、终端与外部设备互连成网； 存在多种基于不同技术的局域网 个人区域网 PAN (Personal Area Network) ：10m 在个人工作的地方把属于个人使用的电子设备用无线技术连接起来的 网络。 接入网 AN (Access Network) 用来把用户接入到因特网的网络，又称为本地接入网或居民接入网。 由 ISP 提供的接入网只是起到让用户能够与因特网连接的“桥梁”作用。 从网络的使用者进行分类 公用网 (public network) ：电信网 专用网 (pr

5、ivate network) ：军队等系统内部网 从网络拓扑结构分类 拓扑学是几何学的一个分支；拓扑学首先把实 体抽象成与其大小、形状无关的点，将连接实 体的线路抽象成线，进而研究点、线、面之间 的关系； 计算机网络拓扑是通过网中结点与通信线路之 间的几何关系表示网络结构，反映出网络中各 实体间的结构关系； 网络拓扑的设计目的：通过选择适当的线路、 线路容量、连接方式，使整个网络的结构合理， 成本低廉。 总线形拓扑总线形拓扑 网状拓扑网状拓扑 u常见网络拓扑构型 主要特点 结点通过点点通信线路与中心结 点连接。中心结点控制全网的通信， 任何两结点之间的通信都要通过中 心结点。 星型拓扑构型结构

6、简单，易于实现， 便于管理，但是网络的中心结点是 全网可靠性的瓶颈，中心结点的故 障可能造成全网瘫痪。 星形拓扑 常见网络拓扑构型 主要特点 结点通过点点通信线路连接成闭合 环路； 环中数据将沿一个方向逐站传送； 环型拓扑结构简单，传输延时确定； 环中每个结点与连接结点之间的通信 线路都会成为网络可靠性的瓶颈； 为保证环的正常工作，需要较复杂的 环维护处理； 环形拓扑环形拓扑 常见网络拓扑构型 主要特点 树型拓扑构型可以看成是星型拓 扑的扩展； 结点按层次进行连接，信息交换 主要在上下结点之间进行，相邻 及同层结点之间一般不进行数据 交换或数据交换量小； 树型拓扑网络适用于汇集信息的 应用要求

7、； 树形拓扑树形拓扑 常见网络拓扑构型 3. 计算机网络的产生和发展 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 计算机构成了一个个的信息“孤岛” 计算机网络产生始于1950s，产生的原因： 资源共享的需求（计算能力、外设、软件、数据） 大型项目的合作（进行工程项目协作） 人与人之间的信息沟通（数据通信） 从体系结构来观察，计算机网络的发展经历了四 个阶段 第一阶段：联机终端系统 特征：终端(Terminal)共享主机(Host)的软硬件资源 单台主机：执行计算和通信任务 多台终端：执行用户交互 (终端集中器/终端服务器) 连接方式：本地或远程 TS T T T T T

8、T HOST 通信线路通信线路 T 缺点 主机负荷重数据处理通信 线路利用率低 集中控制方式，可靠性低 以主机为中心的联机终端系统并不能算作是计算 机网络。 第二阶段：计算机网络阶段 特征 多个终端联机系统互联，形成了多主机互联网络 网络结构从“主机终端” 转变为“主机主机” HOST HOSTHOST T T T T T T T T T T 通信线路 通信任务从主机中分离， 由通信控制处理机 （CCP）完成 CCPCCP：处理主机之间通 信任务的专用计算机 CCP CCP HOST HOST T T TT T T CCP HOST TT 由CCP组成的传输网络通信子网，提供信 息传输服务 建

9、立在通信子网基础上的主机集合资源子 网，提供计算资源 在通信子网上可有多个资源子网，共享通信 子网的服务 CCP CCP HOST HOST T T TT T T CCP HOST TT T 通信子网通信子网 第三阶段：体系结构标准化网络 网络体系结构遵从国际标准化组织制定的国际标准 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 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基础 第四阶段：网络互联和高速网络 典型的特点是计算机网络之间的互联，特别是以因特网为 代表的全球IP互联网的快速兴起和发展，使计算机网络技 术进入了高速全球化网络时期。 互

10、联网（internet）是一种“网络的网络”（network of networks），它把许多网络连接在一起。 单个网络（network） 是由若干结点（node）和连接这 些结点的链路（link）组成。而互联网则是用链路把不同 的网络连接到一起。 (a)(b) 网络互联网（网络的网络） 结点 链路 互联网的概念 因特网是目前世界上最大的互联网 因特网是由美国军方的一个实验性网络ARPANET 逐渐发展起来的世界性的计算机网络。 20 世纪 60 年代初，美国国防部领导的远景研究规 划局ARPA (Advanced Research Project Agency) 提出研制的一种生存性(su

11、rvivability)很强的网络。 最初只有4个节点，到70年代已发展到60多个节点。 地域跨越美洲、欧洲。 4. 4. 因特网及其产生与发展 ARPANET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 因特网的英文名称是“Internet” 英文单词“internet”是“互联网”的意思。 “Internet”是一个专有名词，专指因特网。 今天的因特网是一个互联网。 因特网发展的三个阶段 第一阶段是从单个网络 ARPANET 向互联网发展的过程。 1969年创建的ARPANET只是一个单个的分组交换网 （不是互联网）。 70年代中期ARPA开始研究多种网络

12、的互联技术，导致 ARPANET逐渐成为互联网。 1983 年 TCP/IP 协议成为 ARPANET 上的标准协议。 人们把 1983 年作为因特网的诞生时间。 因特网发展的第二阶段 70年代后期， NSF（美国国家科学基金会）看到 ARPANET对于大学研究工作的巨大影响，决定设 计一个ARPANET 的后继网，从1985年起，围绕 六个计算中心建设计算机网络，1986 年建成了国 家科学基金网 NSFNET，并与ARPANET相连。 它是一个三级网络： 主干网、地区网、校园网 ARPANET和NSFNET形成了Internet的基础。 1990 年，美国政府决定将NSFNET的主干网转

13、交给私人公司ANS来经营，并将主干网的速率 提高到 45 Mb/s，构成ANSNET，开始对接入 该网的单位收费。 ANSNET运行5年后被出售给America Online。 而ARPANET于1990年宣布正式关闭。 因特网发展的第三阶段 从1993年开始，由美国政府资助的 NSFNET逐渐 被若干个商用的 ISP 网络所代替。 1994 年开始创建了 4 个网络接入点 NAP (Network Access Point)，分别由 4 个电信公司经 营。NAP 就是用来交换因特网上流量的结点。在 NAP 中安装有性能很好的交换设施。本世纪初， 美国的 NAP 的数量已达到十几个。 从199

14、4年到现在，因特网逐渐演变成多级结构网 络。 第三阶段的特点是出现了因特网服务提供者 ISP ISP (Internet Service Provider)，并逐渐形成了多层次 ISP 结构的因特 网。 大致上可将因特网分为以下五个接入级 网络接入点 NAP 国家主干网（主干 ISP） 地区 ISP 本地 ISP 校园网、企业网或 PC 机上网用户 用户 因特网 ISP1 ISP2 因特网 服务提供者 用户通过 ISP ISP 上网 根据提供服务的覆盖面积大小以及所拥有的IP 地址数目 的不同，ISP 也分成为不同的层次。 大公司 公司 本地 ISP AB 主机A 本地 ISP 地区 ISP

15、主干 ISP 地区 ISP 本地 ISP 主机B 本地 ISP 主干 ISP 本地 ISP本地 ISP 地区 ISP 主干 ISP 主干 ISP 地区 ISP地区 ISP地区 ISP 本地 ISP本地 ISP IXP 本地 ISP 校园网校园网 具有三层具有三层 ISP 结构的因特网的概念示意图结构的因特网的概念示意图 因特网交换点IXPIXP 理论上，各ISP相互协作，可完成所有数据通信业务。 但随着因特网上的数据流量的急剧增长，人们开始研究如 何更快地转发分组，有效利用网络资源，因特网交换点 （Internet eXchange Point）应运而生。 IXP的主要作用是直接连接两个网络并

16、交换分组。 目前全球约有 100 多个主要的交换点。 这些属于不同组织所有，通过 IXP 和私有对等连接互连的 网络共同组成了 Internet 主干。 到 2012 年 3 月，全球已经有 91 个国家拥有 IXP， 其中拥有 10 个以上 IXP 的国家仅有 9 个， 而仅拥有一个 IXP 的有 48 个国家。 万维网 WWW 的问世 因特网是世界上规模最大和增长速率最快的计算 机网络，没有人能够准确说出因特网究竟有多大。 因特网的迅猛发展始于 20 世纪 90 年代。由欧洲 原子核研究组织 CERN 开发的万维网 WWWWWW (World Wide Web)被广泛使用在因特网上，大大

17、方便了广大非网络专业人员对网络的使用，成为 因特网的这种指数级增长的主要驱动力。 World Wide Web （WWW）是Tim Berners Lee（蒂姆伯 纳斯李）于1991年发明的。 1989年夏天，蒂姆开发出了世界上第一个Web服务器和 第一个Web客户机。 虽然以现在的眼光来看这只能算 是一个简单的电话号码查询，但它却实实在在是一个 所见即所得的超文本浏览/编辑器。 1989年12月，蒂姆为他的发明正式定名为World Wide Web，即我们熟悉的WWW； 1991年5月WWW在 Internet上首次露面，从此揭开了 Internet的新纪元，从此我们也开始了网上的冲浪。 计算机网络在我国的发展 铁道部1980年开始计算机联网实验。 1981年11月第一个公用分组交换网CNPAC建成运行。 中国科技界使用因特网则是从1986年开始的。通过长途电 话拨号到欧洲国家，进行连接数据库检索。1988年实现和 欧洲的EMAIL通信。 1989年CHINAPAC基本开通，与欧洲有连接。 1994年4月20日，我国用64kbps专线正式连入因特网，同 年5月中科院高能物理研究所设立了我国第一个WWW服 务器。 1994年9月，CHINANET正