计算机网络Net_01

1、计算机网络概述计算机网络的形成与发展计算机网络的形成与发展1计算机网络构成的基本要素计算机网络构成的基本要素2计算机网络的分类计算机网络的分类3v计算机网络是计算机技术和通信技术发展的产物 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）进行了计算机技术与通信技术相结合的尝试。这种“终端-计算机”的网络逐渐发展成为“计算机-计算机”的网络，其应用范围也越来越广。 计算机网络的形成与发展v分组交换的产生和发展 电路交换的“面向连接”的特性使得数据传输必须占用端到端的固定传输带宽，而计算机数据又是突发式的发送的，使得线路的利用率很低。美国军方组织了一批专家设计出了使用分组

2、交换（Packet switching）的新型计算机网络，取名为ARPAnet，后来发展为Internet。 计算机网络的形成与发展v电路交换与分组交换的区别 计算机网络的形成与发展P1P2P3P4P1P2P3P4P3P4报文报文报文A B C D A B C DA B C D报文交换电路交换分组交换t连接建立数据传送报文P2P1连接释放v为分组交换网络和ARPAnet作出重要贡献的人物计算机网络的形成与发展1961年，麻省理工学院（MIT）的伦纳德克兰罗克（Leonard Kleinrock）博士第一个公开发表了分组交换技术的论文，他所进行的研究奠定了ARPA设计分组交换网络的基础。 克兰罗

3、克和一台克兰罗克和一台早期的接口报文早期的接口报文处理机（处理机（IMPIMP） v为分组交换网络和ARPAnet作出重要贡献的人物计算机网络的形成与发展1967年，克兰罗克博士在MIT的同事利克里特（J.C.R.Licklider）博士和劳伦斯.G.罗伯特(Lawrence.G.Roberts)博士在ARPA研究成功了第一个分组交换计算机网络，称为ARPAnet。利克里特利克里特劳伦斯劳伦斯.G.G.罗伯特罗伯特v为分组交换网络和ARPAnet作出重要贡献的人物计算机网络的形成与发展1969年底ARPAnet有了4个节点，到了1972年，ARPAnet已经有了15个节点，罗伯特卡恩（Robe

4、rt Kahn）于1972年的计算机通信国际会议上首次对它进行了公众演示。vARPAnet是计算机网络技术发展的一个重要里程碑 完成了对计算机网络定义、分类与子课题研究内容的描述； 提出了资源子网、通信子网的两级网络结构的概念； 研究了报文分组交换的数据交换方法； 采用了层次结构的网络体系结构模型与协议体系； 促进了TCP/IP协议的发展，为Internet的形成与发展奠定了基础。计算机网络的形成与发展v网络互联与因特网的发展 20世纪70年代末，分组交换网络的数目开始增加，研制将网络连接到一起的时机已经成熟。由DARPA支持的互联网络的先驱性工作，本质上就是创建一个“网络的网络”。 1983

5、年TCP/IP协议成为ARPAnet上的标准协议，而TCP/IP（Transmission Control Protocol/Internet Protocol）技术的核心就是实现网络的互联，其关键思想是屏蔽物理网络的差异性，向用户提供通用一致的网络服务。计算机网络的形成与发展v网络互联与因特网的发展 20世纪90年代，因特网的发展十分迅速，其规模越来越大，应用越来越广，已经商业化。万维网（World Wide Web，WWW）的出现，它将因特网带入了数以万计的家庭和企业中。 20世纪90年代后5年是因特网飞速增长和变革的时期，大量的IT公司成立并创造着因特网产品和服务。 到2000年末，因特

6、网已经支持很多的应用软件，包括以下4种应用软件： 电子邮件（E-Mail）系统，Web系统，即时讯息（Instant Messaging)软件，对等（Peer to Peer，P2P）文件共享软件。计算机网络的形成与发展v为网络互联与因特网作出重要贡献的人物计算机网络的形成与发展由DARPA支持的互联网络的先驱性工作，由温顿瑟夫（Vinton Cerf）和罗伯特卡恩（Robert Kahn）完成；“网络互联”的术语就是用来描述该项工作的，而这项工作导致了后来互联网的出现。 温顿温顿瑟夫瑟夫 & & 罗伯特罗伯特卡恩卡恩v为网络互联与因特网作出重要贡献的人物计算机网络的形成与发展

7、WWW是由蒂姆伯纳斯-李（Tim Berners-Lee）于1989年1991年间在欧洲粒子物理实验室发明的。伯纳斯-李和他的同事研制了HTML（Hyper Text Markup Language，超文本标记语言）、HTTP（Hyper Text Transfer Protocol，超文本传输协议）、WWW服务器和浏览器的初始版本，它们是WWW系统的最关键的4个部分。v计算机网络的定义 计算机网络就是具有独立功能的计算机和通信设备（结点）通过通信线路连接起来而形成的计算机集合，节点之间能够按照一定的规则（网络协议）进行系统资源的共享和信息传递。 “结点”的英文名词是 node。 虽然 nod

8、e 有时也可译为“节点”，但网络中的node标准译名是“结点”而不是“节点”。计算机网络构成的基本要素v计算机网络的定义 简单定义：一些互相连接的、自治的计算机的集合。其含义包括： 计算机网络建立在通信网络的基础之上，以资源共享和在线通信为目的。 两台计算机通过通信线路连接起来就组成了一个简单的计算机网络。 网络中的计算机可以是在一间办公室内，也可以分布在地球的不同区域，这些计算机相互独立，即所谓的自治的计算机系统。 在网络中，需要有相应的软件或者网络协议对自治的计算机系统进行管理。计算机网络构成的基本要素v计算机网络的构成：资源子网和通信子网计算机网络构成的基本要素v资源子网 资源子网是由各

9、计算机系统、终端设备、各种软件和可供共享的数据库等信息资源组成。资源子网负责整个网络的数据处理业务，向用户提供各种网络资源与网络服务。 与网络相连的计算机系统称为端系统（End Systems），也称为主机（Host）。因为它们位于计算机网络的边缘，故而称为端系统。 具体的说，目前端系统包括了桌面计算机（如普通PC、苹果机Mac和基于Unix的工作站）、服务器（如WWW和电子邮件服务器）和移动计算机（如笔记本电脑、PDA和智能手机）。此外，越来越多的其它设备也与网络相连而成为端系统，如家用设备、数码相机和环境传感器等。计算机网络构成的基本要素v通信子网 通信子网是由通信控制处理机、通信线路与其

10、他通信设备组成，其功能是为网中用户互相访问和共享各种网络资源提供必要的通信手段和通信服务。 通信控制处理机在网络拓扑中被称为网络结点。它一方面作为资源子网的端系统连接的接口，将端系统连入网内；另一方面又作为通信子网中的分组存储转发节点，完成分组的接收、校验、存储、转发等功能，实现将源主机数据准确发送到目的主机的作用。目前，通信子网中的网络结点由交换设备组成，主要是指路由器和交换机。 通信线路为网络结点与网络结点、网络结点与主机之间提供通信的传出介质，包括有线的传输介质（如双绞线、光纤、同轴电缆等）和无线的传输介质（如无线电波、卫星微波等）。计算机网络构成的基本要素v计算机网络的功能 数据通信

11、比如拨打IP电话、网上召开视频会议、电子邮件通信等等 资源共享 共享硬件，包括巨型计算机、专用的高性能计算机、大容量磁盘、高性能打印机、高精度图形设备、通信线路、通信设备等。 共享软件，如数据库系统、各种Internet信息服务软件等。计算机网络构成的基本要素v计算机网络的功能 负荷均衡与分布式处理 多台计算机联合使用并构成高性能的计算机体系并行处理复杂问题，比单独购置高性能的大型计算机便宜得多。 但值得注意的是，计算机网络与分布式计算机系统有相同之处，但二者并不等同。 协同工作 有信报系统（即电子邮件系统和公告板系统）、会议系统、协同协作和讨论（编著）系统、工作流系统和群件等。计算机网络构成

12、的基本要素v“透明”和“虚拟”是描述计算机网络技术的两个重要概念，即是计算机网络的两个重要特性。 如果一个事务或过程是实际存在的，但它并没有表现出来，看似不存在一样，这种属性就是透明。 计算机网络的透明性主要体现在数据的封装和解封、数据的投递和传输等过程中。 如果一个事务或过程实际上并不存在，但它却表现出来了，就像实际存在一样，这种属性就是虚拟。 虚拟的特性在计算机网络中普遍体现，比如虚拟互联网络；虚拟服务器；另外还有虚拟终端、虚拟网关、虚拟现实、虚拟货币、虚拟社区等等。计算机网络构成的基本要素v“计算机网络最主要的5个性能指标。 速率（data rate/bit rate） 带宽（bandw

13、idth） 吞吐量（throughput） 时延（delay/latency） 利用率计算机网络构成的基本要素v速率 速率即数据率(data rate)或比特率(bit rate)是计算机网络中最重要的一个性能指标。 速率的单位是 b/s(也写成bps)，或kb/s, Mb/s, Gb/s 等。 计算机网络构成的基本要素v带宽（Bindwidth） 指数字信道所能传送的“最高数据率”。 数字信道传送数字信号的速率称为数据率或比特率。所以，带宽的单位是“比特每秒（bit/s或b/s或bps）”。计算机网络构成的基本要素v吞吐量(throughput) 表示在单位时间内通过某个网络（或信道、接口）

14、的数据量。 吞吐量更经常地用于对现实世界中的网络的一种测量，以便知道实际上到底有多少数据量能够通过网络。 吞吐量受网络的带宽或网络的额定速率的限制。计算机网络构成的基本要素v时延（Delay或Latency） “时延”是指一个报文或分组从一个网络（或一条链路）的一端传送到另一端所需的时间。时延由发送时延、传播时延和处理时延三部分组成。计算机网络构成的基本要素信道带宽数据块长度发送时延速率电磁波在信道上的传播信道长度传播时延处理时延处理时延是指数据在交换节点为存储转发而进行一些必要的处理所花费的时间。在节点缓存队列中分组排队所经历的时延是处理时延中的重要组成部分。因此，处理时延的长短往往取决于网

15、络中当时的通信量。 v时延产生的地方 计算机网络构成的基本要素1 0 1 1 0 0 1发送器队列在链路上产生传播时延结点 B结点 A在发送器产生发送时延(即传输时延)在队列中产生处理时延数据从结点 A 向结点 B 发送数据链路v有关时延的例题 要传送的数据仅有1个字节（即8bit），在1Mb/s的信道上的发送时延是8s。当传播时延为5ms时，总时延为5.008ms。 显然，在这种情况下，传播时延决定了总时延。这时，即使将信道的带宽提高到1000倍（即将数据的发送速率提高到1Gb/s），总时延也不能减少多少。由此可以看出，数据的传送速率越高传送的并不一定越快。计算机网络构成的基本要素v利用率

16、信道利用率指出某信道有百分之几的时间是被利用的（有数据通过）。完全空闲的信道的利用率是零。 网络利用率则是全网络的信道利用率的加权平均值。计算机网络构成的基本要素v信道利用率并非越高越好。 根据排队论的理论，当某信道的利用率增大时，该信道引起的时延也就迅速增加。 计算机网络构成的基本要素UDD10其中，D0 表示网络空闲时的时延，D 表示网络当前的时延；U 是网络的利用率，数值在 0 到 1 之间。 v从网络的使用者分类 公用网(public network) 指电信公司（国有或私有）出资建造的大型网络。也称为公众网，简称为公网。 专用网(private network) 是某单位或部门根据业

17、务或工作需要而建造的网络，这种网络不向本单位以外的人提供服务。计算机网络的分类v按覆盖范围进行分类 局域网（Local Area Network，LAN） 局域网是局部地区范围内的小规模的计算机网络，一般地理范围在10km以内。局域网用的非常广泛，世界上绝大部分的计算机都连接在局域网上。 城域网（Metropolitan Area Network，MAN） 城域网的设计目标是满足几十公里范围内的大量企业、机关、公司共享资源的需要，这种网络的连接距离可以在10100km。 广域网（Wide Area Network，WAN） 广域网也称为远程网（Long Haul Network），所覆盖的地理范围可从几百公里到几千公里，可以覆盖一个国家、一个地区或横跨几个洲，形成国际性的计算机网络。计算机网络的分类v局域网 为一个单位所拥有且地理范围和站点数据具有限； 所有的结点共享较高的总带宽（即较高的数据传输速率）； 较低的时延和较低的误码率； 各结点为平等关系而不是主从关系； 能进行广播（一结点向其他所有结点发送）或多播（Multicast）（一结点向多个结点发送，又称为组播）。计算机网络的分类v城域网计算机网络的分类v广域网 广域网是因特网的核心部分，其任务是通过长距离运送主机所发送的数据，连接广域网各节点交换机的链路一般都是