计算机网络基础

1、计算机网络第一章 概述1.1 计算机的发展1.2 计算机网络的发展历史 远程联机系统 、计算机互连网络 、 标准化网络 、高速综合化网络1.3 计算机网络的定义与分类1.4 计算机网络的应用1.5 Internet 的发展与应用1.6网络标准化组织1.1计算机的发展人类所使用的计算工具是随着生产的发展和社会的进步，- 简单到复杂、- 低级到高级的发展过程，- 计算工具相继出现了如算盘、计算尺、手摇机械计算机、电动机械计算机等。 人类追求的计算工具1642 Blaise Pascal加法器1822 差分机1833 分析机MARK IENIAC电子计算机时代计算机的发展1946年，世界上第一台电子

2、数字计算机（ENIAC）在美国诞生。这台计算机共用了18000多个电子管组成，占地170m2，总重量为30t，耗电140kw，运算速度达到每秒能进行5000次加法、 300次乘法。第一台电子计算机（ENIAC）5000次加法/秒体重28吨占地170M218800只电子管1500个继电器耗电150KW计算机的发展电子计算机在短短的50多年里经过了四个阶段的发展 电子管、 晶体管、 集成电路（IC） 超大规模集成电路（VLSI），使计算机的体积越来越小，功能越来越强，价格越来越低，应用越来越广泛，目前正朝智能化（第五代）计算机方向发展。计算机发展历史（1)第一代电子计算机第一代电于计算机是从194

3、6年至1958年。它们体积较大，运算速度较低，存储容量不大，而且价格昂贵。使用也不方便，为了解决一个问题，所编制的程序的复杂程度难以表述。这一代计算机主要用于科学计算，只在重要部门或科学研究部门使用。第一代（19461958）电子管5千4万（次/秒）计算机发展历史(2)第二代电子计算机第二代计算机是从1958年到1965年，它们全部采用晶体管作为电子器件，其运算速度比第一代计算机的速度提高了近百倍，体积为原来的几十分之一。在软件方面开始使用计算机算法语言。这一代计算机不仅用于科学计算，还用于数据处理和事务处理及工业控制。 第二代（19581965）晶体管几十万百万（次/秒）计算机发展历史(3)

4、第三代电子计算机第三代计算机是从1965年到1970年。这一时期的主要特征是以中、小规模集成电路为电子器件，并且出现操作系统，使计算机的功能越来越强，应用范围越来越广。它们不仅用于科学计算，还用于文字处理、企业管理、自动控制等领域，出现了计算机技术与通信技术相结合的信息管理系统，可用于生产管理、交通管理、情报检索等领域。 第三代（19651970）集成电路百万几百万（次/秒）计算机发展历史(4)第四代电子计算机 第四代计算机是指从1970年以后采用大规模集成电路（LSI）和超大规模集成电路（VLSI）为主要电子器件制成的计算机。例如80386微处理器，在面积约为10mm X l0mm的单个芯片

5、上，可以集成大约32万个晶体管。 第四代（197190年代）集成电路几百万几亿（次/秒）计算机发展历史(5)第五代计算机第五代计算机将把信息采集、存储、处理、通信和人工智能结合一起具有形式推理、联想、学习和解释能力。它的系统结构将突破传统的冯诺依曼机器的概念，实现高度的并行处理。 关于“计算机”荒唐预言1943年IBM总裁Thomas Wason说“我认为全世界市场的计算机需求量约为五台”。1957年美国PrenticeHall的编辑撰文“我走遍了这个国家并和许多最优秀的人们交谈过，我可以确信数据处理热不会热过今年”。1968年IBM的高级计算机系统工程师的微晶片上注解“但是它究竟有什么用呢？

6、”。1977年数字设备公司的创始人和总裁Ken Olson说“任何人都没有理由在家里放一台计算机”。 电子计算机发展趋势 未来的计算机技术将向超高速、超小型、并行处理、智能化的方向发展。尽管受到物理极限的约束，采用硅芯片的计算机的核心部件CPU的性能还会持续增长。 Intel预计在2010年推出集成10亿个晶体管的微处理器，其性能为10万MIPS（1000亿条指令秒）。而每秒100万亿次的超级计算机出现在本世纪初出现。 超高速计算机将采用并行处理技术，使计算机系统同时执行进行处理，多条指令或同时对多个数据。这是改进计算机结构、提高计算机运行速度的关键技术。晶体管数单位时间执行的指令数百万条/每

7、秒每18个月芯片能力增长一倍。摩尔定律Altair 8800计算机发展微型化计算机不再是单一的计算机器，而是一种信息机器，一种个人的信息机器。CRAY-计算机发展巨型化运算速度可达每秒几百亿次运算的超级计算机 1975年世界上第一台超级计算机“Cray-I”超级计算机应用：天气预报、地震机理研究、石油和地质勘探，卫星图像处理等大量科学计计算的高科技领域。中国超级计算机： 国防科技大学研制的“银河1号”、 “银河2号”和“银河3号” 国家职能计算机中心推出的“曙光1000”和“曙光2000I”银河计算机发展网络化计算机网络：计算机技术与通信技术结合的产物。计算机网络的发展动力：使用远程资源，共享

8、程序、数据和信息资源，网络用户的通讯和合作。计算机发展智能化“总有一天，人类会造出一些举止跟人一样的没有灵魂的机械来”。 笛卡尔（1637）人类第一个“工业机器人”：一头在纺织机上挑纱的“驴”（1742年）第一代机器人机械手（1962年出现）第二代机器人具有“感觉”的机器人第三代机器人装有启发式计算机的“智能机器人”DeepblueGarry Kasparov 第一章 概述1.1 计算机的发展1.2 计算机网络的发展历史 远程联机系统 、计算机互连网络 、 标准化网络 、高速综合化网络1.3 计算机网络的定义与分类1.4 计算机网络的应用1.5 Internet 的发展与应用1.6网络标准化组

9、织1.2计算机网络的发展历史60年代初期以单个计算机为中心的远程联机系统，构成面向终端互连的计算机网络；60年代后期多个主计算机通过通信线路互连的计算机网络；70年代中期的具有统一网络体系结构、遵循国际标准化协议的计算机网络；90年代后的高速、综合化计算机网络。1、早期的远程联机系统或主机系统 远程联机系统，一台中央主计算机连接大量在地理上处于分散位置的终端。2.计算机互连网络存储转发与分组交换DARPA的计算机分组交换网ARPANET (1969-12)。分组交换网以通信子网为中心，主机和终端都处在网络的边缘。SNA(System Network Architecture)1974,IBM公

10、司DNA(Digital Network Architecture)70年代末,DEC公司OSI/RM (Open System Interconnection/ Refer ence Model) 1977年,ISOTCP/IP参考模型3.标准化网络4.高速、综合化网络 高速化是指网络具有宽频带和低时延。 综合化是指将语音、视频、图像、数据等多种业务综合到一个网络中去。 进一步的发展，计算机网络将具有以下几个特点： （1）开放式的网络体系结构。 （2）向高性能发展。 （3）计算机网络的智能化。Internet的体系结构第一章 概述1.1 计算机的发展1.2 计算机网络的发展历史 远程联机系统

11、 、计算机互连网络 、 标准化网络 、高速综合化网络1.3 计算机网络的定义与分类1.4 计算机网络的应用1.5 Internet 的发展与应用1.6网络标准化组织1.3计算机网络的定义与分类 计算机网络的定义 凡地理位置不同，并具有独立功能的多个计算机系统通过通信设备和线路连接起来，且以功能完善的网络软件实现网络资源共享的系统，可称为计算机网络系统。计算机网络的组成 计算机网络由一系列终端（包括计算机）、具有信息处理与交换功能的节点及节点间的传输线路所组成。计算机网络的功能 数据通信 、资源共享、分布处理 计算机网络的分类按照交换技术（1）电路交换网络 （2）报文交换网络 （3）分组交换网络

12、 （4）混合交换网络 按照网络拓扑结构（1）星型网络 （2）环型网络 （3）总线网 （4）树型网 （5）网状型网 按通信传输的方式（1）广播型网络（2）点到点传播型网(point-to-point)按网络作用范围（1）局域网（Local Area Network，简称LAN）（2）城域网（Metropolis Area Network，简称MAN）（3）广域网（Wide Area Network，简称WAN） 公共电话网 即PSTN（Public Switched Telephone Network），速度9600bps28.8kbps，经压缩后最高可达115.2kbps，传输介质是普通电话线

13、。 综合业务数字网 即ISDN（Integrated Service Digital Network）。 专线 即Leased Line，在中国称为DDN。 X.25网。 帧中继 即Frame Relay。 异步传输模式 即ATM（Asynchronous Transfer Mode）。（4）网际网局域网的两种广播式网络速率 10M 100M 10G一个基于有线电视的城域网广域网结构 按传输介质（1）有线网络 （2）无线网络系统互连(Bluetooth)无线LAN 50Mbps左右 几十m IEEE802.11无线WAN （蜂窝电话 低带宽无线系统 1Mbps 基站与计算机话机间 km）高带宽

14、广域无线网 局部多点分发服务 IEEE802.16 地球地面站之间的直视线路 微波传送塔互联网（internet）通过网关互联家庭网络计算机(PC 笔记本 PDA 共享的辅助设备)娱乐(电视 DVD VCR 摄像机 照相机 立体音响 MP3)无线通信(电话 移动电话 对讲电话 传真)家用电器(微波炉 电冰箱 钟 烤炉 空调 灯)遥测设备(电表 烟雾警报器 防盗自动警铃 自动调温器婴儿监视器)属性: 易于安装 易于操作 低价格 足够的网络传输能力(多媒体应用) 安全性可靠性1.4计算机网络的应用（1）用于企业的网络资源共享（resource sharing） 作为通信介质 E-mail 视频会议

15、电子商务（2）用于公众的网络访问远程信息 个人间通信 P2P系统(Napster)交互式娱乐网络电话 视频电话 因特网广播电子商务移动网络 WAP(Wireless Application Protocol)C/S 模式Peer-to-Peer 系统电子商务的形式与应用1.5 Internet的发展与应用(1)Internet的起源与现状试验研究网络 学术性网络商业化网络 中国Internet的发展历史 Internet的发展特点与趋势(2) Internet的应用(3) Internet技术目前启动的主要项目有三个：下一代Internet(NGI ) 超高速骨干网服务Internet2(I2

16、)1969年，美国国防部的国防高级研究计划署（Advanced Research Project Agency，简称ARPA）建立了一个采用存储转发方式的分组交换广域网ARPANET，该网络仅有4个节点，分别建在加州大学洛杉矶分校（UCLA）、斯坦福研究所（SRI）、加州大学圣大巴比分校（UCSB），以及犹他大学（UTAH），该网络是为了验证远程分组交换网的可行性而进行的一项试验工程，以防止核战争爆发引起大量电话业务中断导致军事通信瘫痪的局面出现。ARPANET就是今天Internet的前身。 试验研究网络1969-12 1970-7 1971-3 1972-4 1972-91974年 TCP

17、/IP socket编程接口 许多网络工具 LAN可以连入ARPANET80年代DNS学术性网络1986年，美国国家科学基金会（U.S. National Science Foundation，NSF）建立了以ARPANET为基础的学术性网络，即NSFNET，它是Internet的先驱。为了达到信息资源共享的目的，NSFNET把全美的主要研究中心和5个科研、教育用的计算中心的近8万台计算机联成一体，并与ARPANET相连。随后又把以各大学校园网络为基础构成的地区性网络再互联成为全国性网络。同时，NSF又大力倡导网络用户发扬奉献精神，反对以盈利为目的而使用网络。在此期间，NSF投入大量经费支持N

18、SFNET的发展，支付了大约10%的线路租用费。到了1990年，ARPANET的大部分已被NSFNET所取代。 1988年NSF骨干网商业化网络目前的Internet是由多个商业公司运行的多个主干网，通过若干个网络访问点（Network Access Points）将网络互联而成。例如，你想从中南大学的计算机查阅美国麻省理工学院（MIT）的WWW主机上的信息，这一请求通过中南大学校园网进入中国教育和科研网（CERNET），从那里经由Sprint公司提供的国际信道传输到美国旧金山的网络访问点，然后转送到由MCI公司经营的主干网，最后才经过地区网进入MIT校园网中的WWW主机。中国Internet

19、的发展历史（1）研究试验阶段 (1986.61993.3 )（2）起步阶段 (1994.41996 )（3）快速增长阶段(1997年至今 )相关资料统计:中国Internet的发展历史（1）研究试验阶段 (1986.61993.3 ) 少数高校和研究机构提供电子邮件服务（2）起步阶段 (1994.41996 ) 中国科技网CSTNet 中国教育科研网CERNET 中国公用计算机互联网 ChinaNet 中国金桥信息网CHINAGBN （3）快速增长阶段(1997年至今 )（4）中国Internet现状中国Internet的现状（1）网民总数中国Internet的现状（2）不同上网方式网民数中国

20、Internet的现状（3）网民增长率中国Internet的现状（4）上网计算机总数中国Internet的现状（5）中国域名分类分布中国Internet的现状（6）中国域名总数地域分布中国Internet的现状（7）中国网民性别中国Internet的现状（8）中国网民性别普及率中国Internet的现状（9）网民婚姻状况分布中国Internet的现状（10）网民年龄分布中国Internet的现状（11）不同年龄网民普及率中国Internet的现状（12）网民文化程度分布中国Internet的现状（13）家庭网民个人月收入分布中国Internet的现状（14）网民上网地点中国Internet的现

21、状（15）网民通常使用互联网的时间中国Internet的现状（16）网民平均每周上网小时数中国Internet的现状（17）网民经常 使用的网 络服务中国Internet的现状（18）网民经常 使用的网 络服务中国Internet的现状（19）非网民不上网的原因中国Internet的现状（20）互联网渗透率状况比较Internet的体系结构Point of presence(汇入点)NAP将骨干网连接起来骨干网运营商（AT&T Sprint等）提供的骨干网上千台路由器服务器群大型公司提供服务Internet的应用（1）远程登录服务(Telnet rlogin ssh ) （2）文件传输服务(F

22、TP) （3）电子邮件服务(E-Mail) （4）网络新闻服务(USEnet) （5）名址服务(Finger、Whois、X.500、Netfind)（6）文档查询索引服务(Archie、WAIS) （7）信息浏览服务(Gopher、WWW) （8）其它信息服务(Talk、IRC、MUD) 常见的Internet名址服务： （a）Finger 用来查询在某台Internet主机上已注册的 用户的详细信息。（b）Whois Whois名址服务器保存着有关人员的名址录 （E-mail地址、通信地址、电话号码），通过它还 可以查找网点、联网单位、域名及站点信息，许多 网点、大学、科研机构大多都用Wh

23、ois服务器提供 有关人员的名录查询信息服务。（c）X.500 是国标化标准组织ISO制定的目录服务标 准，旨意为网络用户提供分布式的名录服务，目前 尚未得到广泛应用。（d）NetFind NetFind是一基于动态查询的Internet白 页目录服务。 1.6网络标准化组织标准化及标准化组织 所谓标准即是文档化的协议中包含的推动某一特定产品或服务应如何被设计或实施的技术规范或其他严谨标准。 几个著名的综合国际标准化组织 1.美国国家标准协会ANSI（American National Standards Institute）是私有的、非政府的、非营业性的组织 ANSI标准常被ISO采纳 2.国际标准化组织ISO（International Organization for Standardization） 3.国家标准和技术协会NIST（ National Institute of Standard and Technology）美国商业部的一个部门，颁发美国政府采购的强制性标准几个著名的电子通信类国际标准化组织1.电器与电子工程师协会IEEE（Institute of Electrical and Electronics Engineers） 2.国际电信联盟ITU（International