火龙果软件-第1讲_计算机网络技术基础

1、实用网络技术实用网络技术第第1讲讲 计算机网络技术基础计算机网络技术基础第第1 1讲讲 计算机网络基础计算机网络基础现在网络已经不仅仅是一个时髦的名词。现在网络已经不仅仅是一个时髦的名词。事实上它已经成为人们生活不可缺少的一事实上它已经成为人们生活不可缺少的一部分，就象空气和水一样。部分，就象空气和水一样。主要内容主要内容计算机网络的功能与应用计算机网络的功能与应用1计算机网络的分类计算机网络的分类2网络的拓扑结构网络的拓扑结构3计算机网络发展历史与趋势计算机网络发展历史与趋势4成为网络专业人士的建议成为网络专业人士的建议51.1计算机网络的功能与应用计算机网络的功能与应用 所谓共享资源就是共

2、享网络上的硬件资源、软件资源所谓共享资源就是共享网络上的硬件资源、软件资源和信息资源。和信息资源。 （1）共享打印机等各种硬件设备（2） 共享数据资源1. 1.资源共享1.1.1 计算机网络的功能联网前老王，我要的材料拷好了吗？快了，只剩下十八张盘了。2.软件共享联网了，既省了软盘也省时间。联网后2.软件共享2 2通信功能通信功能为网络用户提供强有力的通信手段。为网络用户提供强有力的通信手段。让分布在不同地理位置的计算机用户之间能够相互通信、让分布在不同地理位置的计算机用户之间能够相互通信、交流信息和共享资源。交流信息和共享资源。 3 3其他功能其他功能 高可靠性高可靠性 均衡负荷均衡负荷 协

3、调运算协调运算 分布式处理分布式处理 1.1.1计算机网络的功能计算机网络的功能给你发给你发E-mail打印文件打印文件mail共享资源共享资源实现数实现数据传输据传输分布式数据处理分布式数据处理我的东西我的东西丢失了！丢失了！提高可靠性提高可靠性 没关系没关系！1.1.1计算机网络的功能计算机网络的功能办公自动化1.1.2计算机网络的应用计算机网络的应用丰富的娱乐和消遣TextTextText企业的信息化电子商务与电子政务远程教育现代化的通信方式方便的信息检索网络时代的三大基本定律网络时代的三大基本定律摩尔定律摩尔定律:CPU性能性能18个月个月翻番翻番,10年年100倍。倍。所有电子系统所

4、有电子系统（包括电子通信（包括电子通信系统，计算机）系统，计算机）都适用都适用光纤定律光纤定律：超摩尔定律超摩尔定律，骨骨干网带宽干网带宽9个月个月翻番，翻番，10年年10000倍倍。带宽带宽需求呈超高速增需求呈超高速增长的趋势长的趋势迈特卡尔夫定迈特卡尔夫定律律:联网定律联网定律，网络价值随用户网络价值随用户数平方成正比。数平方成正比。未联网设备增加未联网设备增加N倍，效率增加倍，效率增加N倍。倍。联网设备联网设备增加增加N倍，效率倍，效率增加增加N2倍倍网络带宽与网络带宽与CPU性能性能1.1.3认识计算机网络认识计算机网络v最简单的计算机网络最简单的计算机网络典型的办公网络典型的办公网络

5、集线器服务器客户机局域网交换机1.2计算机网络的分类计算机网络的分类1局域网（Local Area Network，LAN）覆盖范围一般不超过几十公里2城域网（Metropolitan Area Network,MAN）覆盖范围几十公里岛几百公里3广域网（Wide Area Network，WAN）覆盖范围几十公里到几千公里按网络作用范围分类按网络作用范围分类1.2计算机网络的分类计算机网络的分类按通信介质不同分类按通信介质不同分类（1）有线网：采用如同轴电缆、双绞线、光纤等无论介质来传输数据（2）无线网：采用卫星、微波等无线形式来传输数据按使用范围不同分类按使用范围不同分类（1）公用网：也称

6、公众网，为全社会所有的人提供服务（2）专用网：为拥有者提供服务按通信传播方式不同分类按通信传播方式不同分类（1）广播式网络：仅有一条通信信道，有网络上所有计算机共享（2）点到点网络：有一对对计算机之间的多条连接构成，以点对点连接其他分类方式其他分类方式按网络的拓扑结构分类、按网的通信速率分类、按网络的交换功能分类等1.3网络的拓扑结构网络的拓扑结构v拓扑结构的概念拓扑结构的概念 计算机网络拓扑结构是把工作站、服务器等网计算机网络拓扑结构是把工作站、服务器等网络单元抽象为络单元抽象为“点点”， 把网络中的电缆等通信介质抽象为把网络中的电缆等通信介质抽象为“线线”， 形成点和线的几何图形，从而抽象

7、出网络系统形成点和线的几何图形，从而抽象出网络系统的具体结构，的具体结构， 称这种结构为计算机网络的称这种结构为计算机网络的”拓扑结构拓扑结构”。1.3网络的拓扑结构网络的拓扑结构1.4 计算机网络发展历史与趋势计算机网络发展历史与趋势网络互联与高速网络阶段标准化网络阶段计算机互联网络阶段面向终端的计算机通信网络第四阶段第三阶段第二阶段第一阶段1.4 计算机网络发展历史与趋势计算机网络发展历史与趋势v1.4.1.面向终端的计算机通信网络：面向终端的计算机通信网络：T:Terminal 终端终端M:Modem 调制解调器调制解调器20世纪世纪50年代中期到年代中期到60年代中期，是年代中期，是“

8、萌芽萌芽” 阶段；阶段；特征特征共享主机软硬件资源；共享主机软硬件资源；单台主机：执行计算和通信任务；单台主机：执行计算和通信任务；多台终端：执行用户交互；多台终端：执行用户交互；连接方式连接方式本地或远程连接；本地或远程连接；主机主机TTTTTMMTMM1.4.2 计算机计算机网络阶段计算机计算机网络阶段v面向终端的计算机网络系统发展到一定阶段，计面向终端的计算机网络系统发展到一定阶段，计算机用户希望使用其他主机的资源。算机用户希望使用其他主机的资源。HHHTTTTTTTTTT通信线路通信线路资源共享T:Terminal 终端终端H:Host 主机主机1.4.2 计算机计算机网络阶段计算机计

9、算机网络阶段改进 通信任务从主机中通信任务从主机中分离，由通信控制分离，由通信控制处理机（处理机（CCP）完）完成成 CCP：处理主机之：处理主机之间通信任务的专用间通信任务的专用计算机计算机CCPCCPHHTTTTTTCCPHTTT:Terminal 终端终端H:Host 主机主机CCP:通信控制处理机通信控制处理机v两层网络概念的出现两层网络概念的出现 由由CCP组成的传输网络组成的传输网络 ，为主机，为主机提供信息传输服务提供信息传输服务 建立在通信子网基础上的主机集合建立在通信子网基础上的主机集合 提供计算资源提供计算资源CCPCCPHOSTHOSTTTTTTTCCPHOSTTTT通信

10、子网通信子网1.4.2 计算机计算机网络阶段计算机计算机网络阶段通信子网通信子网资源子网资源子网,vInternet 因特网的前身因特网的前身ARPANET(阿帕网络阿帕网络) 美苏冷战时期由美国军方建立的实验性网络美苏冷战时期由美国军方建立的实验性网络 最初最初4个节点个节点70s的的60多个节点多个节点 地域跨越美洲、欧洲地域跨越美洲、欧洲 具有现代网络的许多特征，例如具有现代网络的许多特征，例如分组交换分组交换分层次的网络体系分层次的网络体系较为完善的通信协议较为完善的通信协议1.4.2 计算机计算机网络阶段计算机计算机网络阶段ARPANET的成功使计算机网络的概念发生根本变化的成功使计

11、算机网络的概念发生根本变化 v早期的面向终端的计算机网络是以早期的面向终端的计算机网络是以单个主机为单个主机为中心中心的星形网的星形网 各终端通过通信线路共享昂贵的中心主机的硬件和软件资源。 v分组交换网则是以分组交换网则是以网络为中心网络为中心，主机都处在网，主机都处在网络的外围。络的外围。 用户通过分组交换网可共享连接在网络上的许多硬件和各种丰富的软件资源。 Paul Baran在分布式通信方面的贡献在分布式通信方面的贡献v时间时间: 1960 - 1964v目标目标:建造一套健壮的通信系统可以承受核攻击建造一套健壮的通信系统可以承受核攻击v结果结果: 分组交换网络分组交换网络DST Di

12、stce Nxt-HDestination addressdata鲜为人知的故事鲜为人知的故事.当时当时v很多电信界的人认为很多电信界的人认为Baran的设计是完全荒谬的。的设计是完全荒谬的。v“they kicked, screamed, grumbled, and worse. Their response tended to be emotional, often with anger, rarely with humor”“outsiders could not possibly understand the complexity of large systems like the t

13、elephone network”两种实现可靠系统的思路两种实现可靠系统的思路v电话系统电话系统 笨终端，聪明的网络笨终端，聪明的网络 确保每个网络部件都是可靠的确保每个网络部件都是可靠的 系统可靠性部件可靠性系统可靠性部件可靠性 通过局部冗余实现部件的高可靠性通过局部冗余实现部件的高可靠性 期望每个部件都能正常工作，部件失败的可能性很低期望每个部件都能正常工作，部件失败的可能性很低 需要人工配置的，高度控制的网络需要人工配置的，高度控制的网络 vBaran的系统的系统 建立在简单的、不可靠部件上的可靠系统建立在简单的、不可靠部件上的可靠系统 自适应的系统自适应的系统 聪明的终端，可以修正传输

14、错误聪明的终端，可以修正传输错误 Baran设计思想的一种实现设计思想的一种实现: the Internet 连接异构的子网，连接异构的子网， 提供两种基本功能提供两种基本功能 - 全球唯一的地址全球唯一的地址 - 报文通过动态路由从源节点发送到目的节点报文通过动态路由从源节点发送到目的节点 特性特性: simple, flexible, scalable, and robustIPs view of the worldIPAll kinds of subnet technologiesall kinds of applicationsall kinds of transport protoc

15、ols连接建立连接建立数据传输数据传输连接释放连接释放u 电路交换电路交换 假定假定H1和和H5通信。通信。 通信过程分三个通信过程分三个 阶段阶段: (1)建立物理连接建立物理连接- 主叫主叫T1发发出请求出请求,交换结点沿途接通一交换结点沿途接通一条物理线路条物理线路(假令为假令为A-C-BE),接收接收T5发出应答信号发出应答信号,通信通信线路建立线路建立; (2) 数据通信数据通信-双方沿双方沿A-C-B-E线路传输数据，经过各结点线路传输数据，经过各结点时不存储停留时不存储停留; (3) 连接释放连接释放- 通信结束通信结束, 发发方请求拆线方请求拆线,收方应答释放收方应答释放. A

16、 C B EtT1 T5ABCDET1 主干线主干线(共享链路共享链路)T5广域网广域网u 电路交换电路交换电路交换技术的电路交换技术的优缺点：优缺点： 线路接通后线路接通后, , 数据传输数据传输延时小延时小因而传输迅速因而传输迅速; ; 但线路接通时间长但线路接通时间长, ,且独占信道且独占信道, ,对突发式传送数据对突发式传送数据的计算机通信的计算机通信, , 线路的传输效率往往非常低；各站线路的传输效率往往非常低；各站直接传送不做差错检测后转发，传输不可靠。直接传送不做差错检测后转发，传输不可靠。 宜用于长时间连续可靠传送大量数据（如公共宜用于长时间连续可靠传送大量数据（如公共交换电话

17、网交换电话网PSTNPSTN）. .ABCDET1 主干线主干线(共享链路共享链路)T5广域网广域网报文报文报文报文报文报文 t A 报文报文:是网络中一次传输的信是网络中一次传输的信息块，可以是一个程序、息块，可以是一个程序、一个文件等；目的地址附一个文件等；目的地址附加在报文首部；加在报文首部；报文交换报文交换:报文在交换机中缓报文在交换机中缓存排队、校验和代码转换存排队、校验和代码转换 , 等候中继线空闲传至下一等候中继线空闲传至下一结点；一段一段占用信道，结点；一段一段占用信道，直至目的地直至目的地, 无需建立专无需建立专用通道和拆除连接，所以用通道和拆除连接，所以每条路由不是固定分配

18、给每条路由不是固定分配给某一个用户，而是多个用某一个用户，而是多个用户统计复用。户统计复用。 H1XXEH5ABCDEH1H5广域网广域网 本地回路本地回路(用户链路用户链路)报文报文报文报文报文报文 t A 优缺点优缺点: 报文交换线路利用率高，报文交换线路利用率高，发送时不要求接收器同发送时不要求接收器同时工作，且可以将一个时工作，且可以将一个报文发送到多个目的地，报文发送到多个目的地，网络通信量较大时可以网络通信量较大时可以选择不同路由传送，普选择不同路由传送，普遍用于电子信箱遍用于电子信箱 ; 报文交换延迟大，不能报文交换延迟大，不能用于实时与交互式通信用于实时与交互式通信及声音连接。

19、及声音连接。 H1XXEH5ABCDEH1H5广域网广域网 本地回路本地回路(用户链路用户链路)u 分组和分组交换分组和分组交换 ABCDE 分组分组是指将报文划分成一个个等是指将报文划分成一个个等长数据段长数据段,将收发地址加在段首将收发地址加在段首, 构成构成一个个分组；一个个分组； 交换机内创建有转发表用来交换机内创建有转发表用来 存储存储转发转发 ； 有两种传输方式：有两种传输方式： 数据报方式：数据报方式：每一分组（数据报）每一分组（数据报）在网络中可在网络中可独立选择路由；独立选择路由；右图所右图所示为无连接示为无连接的数据报分组交换。的数据报分组交换。 虚电路方式：虚电路方式：

20、是一种类似于电路是一种类似于电路交换、面向连接的存储转发方式，交换、面向连接的存储转发方式，每一个分组使每一个分组使用同一条路径传输。用同一条路径传输。H1H5u 分组和分组交换分组和分组交换 ABCDE 优点优点: 是高效、灵活、迅速、延是高效、灵活、迅速、延时小、可靠。宜用于多段链路时小、可靠。宜用于多段链路之间点到点数据传输之间点到点数据传输 ; 分组处理开销大分组处理开销大，在宽带在宽带高速交换网中很难满足实时性高速交换网中很难满足实时性要求很强的业务需求要求很强的业务需求. 分组交换是在网络中使用分组交换是在网络中使用最广泛的一种数据交换技术。最广泛的一种数据交换技术。 H1H5报文

21、分组交换的原理分组交换的原理v在发送端，先把较长的报文在发送端，先把较长的报文划分成较短的、固划分成较短的、固定长度的数据段定长度的数据段。 1101000110101010110101011100010011010010假定这个报文较长不便于传输数 据数 据数 据报文分组交换的原理分组交换的原理v每一个数据段前面添加上每一个数据段前面添加上首部首部构成分组。构成分组。首部首部首部分组 1分组 2分组 3请注意：现在左边是“前面”分组交换的原理分组交换的原理v分组交换网以分组交换网以“分组分组”作为数据传输单元。作为数据传输单元。v依次依次把各分组发送到接收端（假定接收端在左把各分组发送到接收

22、端（假定接收端在左边）。边）。数 据首部分组 1数 据首部分组 2数 据首部分组 3从主机为中心到以网络为中心从主机为中心到以网络为中心主机终端以主机为中心以分组交换网为中心主机分组交换网v第一个分组交换网第一个分组交换网 ARPANET 最初只是一个单最初只是一个单个的分组交换网。个的分组交换网。 vARPA 研究多种网络互连的技术。研究多种网络互连的技术。v1983 年年 TCP/IP 协议成为协议成为标准协议标准协议。v同年，同年，ARPANET分解成两个网络：分解成两个网络： ARPANET进行实验研究用的科研网 MILNET军用计算机网络v19831984 年，形成了年，形成了因特网

23、因特网 Internet。v1990 年年 ARPANET 正式宣布关闭。正式宣布关闭。 v1986 年，年，NSF 建立了国家科学基金网。建立了国家科学基金网。 NSFNET。它是一个三级计算机网络：。它是一个三级计算机网络： 主干网 地区网 校园网v1991 年，美国政府决定将因特网的主干网转交年，美国政府决定将因特网的主干网转交给私人公司来经营，并开始对接入因特网的单给私人公司来经营，并开始对接入因特网的单位收费。位收费。v1993 年因特网主干网的速率提高到年因特网主干网的速率提高到 45 Mb/s（T3 速率）。速率）。 三级结构的因特网三级结构的因特网v 各网络之间需要使用各网络之

24、间需要使用路由器路由器来连接。来连接。v 有时在结构图中可不画出路由器。有时在结构图中可不画出路由器。校园网校园网校园网校园网校园网校园网国家主干网地区网地区网地区网路由器三级结构的因特网三级结构的因特网v 主机到主机的通信可能要经过多种网络。主机到主机的通信可能要经过多种网络。校园网校园网校园网校园网校园网校园网国家主干网地区网地区网地区网v从从1993年开始，由美国政府资助的年开始，由美国政府资助的 NSFNET逐逐渐被若干个商用的渐被若干个商用的 ISP 网络所代替。网络所代替。 v1994 年开始创建了年开始创建了 4 个网络接入点个网络接入点 NAP (Network Access

25、Point)，分别由，分别由 4 个电信公司个电信公司经营。经营。vNAP 就是用来交换因特网上流量的结点。在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。到本世纪中安装有性能很好的交换设施。到本世纪初，美国的初，美国的 NAP 的数量已达到十几个。的数量已达到十几个。v从从 1994 年到现在，因特网逐渐演变成多级结年到现在，因特网逐渐演变成多级结构网络。构网络。 多级结构的因特网多级结构的因特网大公司地区 ISP网络接入点NAP（对等点）公司校园网主干服务提供者校园网校园网校园网校园网本地 ISP地区 ISP地区 ISP地区 ISP本地 ISP本地 ISP大公司大公

26、司网络接入点NAP（对等点）v主机到主机的通信可能经过多种主机到主机的通信可能经过多种 ISP。l没有规矩，不成方圆。没有规矩，不成方圆。不同网络设备之间的兼不同网络设备之间的兼容性和互操作性容性和互操作性是推动网络体系结构的标准化是推动网络体系结构的标准化的原动力；的原动力；1.4.3 开放式标准化网络阶段开放式标准化网络阶段1.4.3 开放式标准化网络阶段开放式标准化网络阶段v标准化过程的演变：标准化过程的演变： 1974年年IBM公司率先提出了系统网络体系结构公司率先提出了系统网络体系结构（SNA）；）； 1975年年DEC公司提出了面向分布式网络的数字网公司提出了面向分布式网络的数字网

27、络体系结构（络体系结构（DNA）；）； 1977年国际标准化组织（年国际标准化组织（ISO）提出了网络体系结）提出了网络体系结构标准构标准 ，它是，它是一种概念上的网络模型，规定了网络体系结构的一种概念上的网络模型，规定了网络体系结构的框架，只说明了做什么（框架，只说明了做什么（what to do）而未规定怎）而未规定怎样做（样做（how to do） 事实上的标准：事实上的标准： (因特网的骨干协议因特网的骨干协议)；开放系统互联参考模型（OSI/RM）TCP/IP物理层数据链路网络层传输层会话层表示层应用层文本文本文本文本文本文本文本用户的接口用户的接口: http ftp web telnet snmp smtp pop X.400数据的定义数据的定义：JPEG ASCII TIFF GIF MPEG MIDI 加密 会话的控制会话的控制：RPC SQL NetBios AppleTalk ASP JSP 数据的投递：数据的投递：TCP UDP SPX数据包传递：数据包传递：IP IPX1234567在链路上传输数据使用在链路上传输数据使