CH1计算机网络概述

T-H

侬

作业提交

请汪丽级、姓名、学号。

提交方式：

1、网上作业可以交电子稿或纸稿两

种

2、普通作业只能交作业本

2

本课程的重要性

■计算机发展的方向一网络

■为以后工作打下基础

3

第1章计算机网络概述

■本章内容

■计算机网络的形成与发展

・计算机网络的定义与分类

・计算机网络体系结构

■计算机网络设备

・计算机网络标准化

4

1.1计算机网络的形成与发展

■早期的计算机应用模式——单机

■大、中、小型机一庞大，昂贵，资源无法共

-分散的计算机构成了一个个的信息“孤岛”

■计算机网络产生始于19503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）

5

■1.1.1计算机网络的发展的四个阶段:

1.第一阶段：“诞生阶段”

以主机为中心的联机终端系统，“计算机一终端”系统

2.第二阶段:“形成阶段”

以通信子网为中心的主机互连，“计算机-计算机”网

络

3.第三阶段：互联互通阶段

体系结构标准化网络层次结构，对每层进行了精确定义

4.第四阶段：高速网络技术阶段

Internet网时代的到来6

L第一阶段：“诞生阶段

以主机为中心的联机终端系统

■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：执行用户交互工

-(终端集中器/终端服务器)

■连接方式：本地或远程

7

-例子：飞机订票系统

■HOST（航空公司总部）

■Terminals（订票点）

-通信线路（电话线路）

■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

■改进

■终端集中器（近/远距）

■前端处理机（Front-EndProcessor,FEP）,将

通信任务从主机中分离出来8

2.第二阶段：“形成阶段”

以通信子网为中心的主机互连

-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“主机一终端”转变为“主机

主机一主机网络的演变

■演变阶段1

.通信任务从主机中

10

■两层网络概念的出现

■由CCP组成的传输网络一通信子网,提供信

息传输服务

.建立在通信子网基础上的主机集合一一资源子

两层网络的概念结构

在通信子网上可有

多个资源子网，共

享通信子网的服务

资源子网

12

-通信子网规模逐渐扩大

.私有一社会公用

■公用数据通信网

.PSTNHOST

.X.25(

・优点1

Z公用数据

■降低用户系统建设成本

■提高通信线路利用率.

-兼容性好®1HOSTHOST—f

1)®®®

13

例子

■因特网的前身——ARPANET

-美苏冷战时期由美国军方建立的实验性网络

-最初4个节点一70's的60多个节点

■地域跨越美洲、欧洲

■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

14

3.第三阶段：互联互通阶段

体系结构标准化网络

■为什么需要标准化？

■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

■而兼容性和互操作性的最终目的仍是资源共

■标准化的时机？

■先制定标准再开发还是先开发再制定标准？

■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

15

■网络体系结构标准化过程的演变

■厂商标准：IBM-SNA,DEC-DNA等

|■缺点：适用范围:兼容性？

1技术基断：竞争？

标准不统一：用户利益？

■国际标准（ISOOSI/RM）

■OpenSystemInterconnection/Recommended

Model（开放系统互联参考模型，简称OSI参考模型）

■OSI参考模型是一种概念上的网络模型，规定了网络

体系结构的框架：7个层次

■只说明了做什么（WHATTODO）而未规定怎样做

（HOWTODO）

-太复杂，几乎没有与之完全符合的网络

■事实上的标准：TCP/IP（因特网的骨干协议）

-从体系结构上看，它是OSI参考模型的简化（4层）

16

4.第四阶段：高速网络技术阶段

因特网时代的到来

源特网的出现标志着网络时代的到来

■因特网是全球性的网络

■丰富的信息和便利的使用是其规模迅速增

长的主要驱动力

■截止到2000年，Internet的规模为

-网络数达到数量级，主机数达至u107数量级，用户

数1。8数量级，主干速率大于2.5Gbit/s

■美国政府资助的“下一代因特网计划”目

标是

-主干网的速率比现在的因特网高1000倍17

・L2计算机网络在我国的发展

(1)中国公用计算机互联网CHINANET

⑵中国教育和科研计算机网CERNET

(3)中国科学技术网CSTNET

(4)中国联通互联网UNINET

(5)中国网通公用互联网CNCNET

(6)中国国际经济贸易互联网CIETNET

(7)中国移动互联网CMNET

(8)中国长城互联网CGWNET

(9)中国卫星集团互联网CSNET

(10)中国高速互连研究试验网NSFnet

(http://www,)

18

1.L3计算机网络的研究热点

-六个主题：

1.OFDM

2.网络信息利用分析

3.无线通信

4.神经网络

5.网格计算

6.无线通信

19

OFDM技术在无线通信中的应用

OFDM：OrthogonalFrequencyDivision

Multiplexing,单文为正交频分复用技术。

■采用了一种不连续的多音调技术，将被称

为载波的不同频率中的大量信号合并成单

一的信号，从而完成信号传送。

■OFDM作为一种可以有效对抗信号波形间干

扰的高速传输技术，其在移动通信领域的

应用正成为研究的一个重要的前沿热点，

预计将成为3G以后的移动通信的主流技术。

20

2.网络信息的利用分析

-一方面，通过网上信息的计量研究，为

网络信息资源的优化配置和有效利用、

为网络管理的规范化和科学化提供必要

的定量依据。

■第二方面，开发对从不同信息源中获取

的信息进行集成的智能工具，比如通过

语义的自动匹配技术，从而充分有效挖

掘和利用全球网络环境中的网上信息。

3-神经网络分析

■第一个主题方向主要研究时延细胞神经网络的

稳定性问题、平衡分析、球形渐进稳定度分析、

球形指数稳定性和球形稳定性条件、稳定性标

准；时延非线性连续神经网络的稳定性；时延

Hopfield神经网络模型中的球形稳定性分析、

球形指数稳定性分析等。

■第二个主题方向主要研究神经网络研究中统计

学习方法的一些关键技术，比如以结构风险最

小化原则为理论基础的Vapnik方法，以及在利

用机器学习方法进行模式分类时取样时应注意

的关键问题等等问题。

22

4.网格计算

■“无缝的集成和协同计算环境”O网格把

整个因特网整合成一台巨大的超级计算

机，实现计算资源、存储资源、数据资

源、信息资源、知识资源、专家资源的

全面共享。

■网格技术研究的趋势有以下几个方面：

标准化趋势、技术融合趋势、大型化趋

势。

23

5.无线通信技术

■六大执占:

(1)移动昼亩祥网相结合的技术

(2)移动与固定相结合的技术

(3)逐渐走向成熟的LMDS

(4)无线定位技术

(5)WLAN(无线局域网)

(6)无线传感器网络

(7)物联网

(8)自由空间光系统

24

L2计算机网络的定义与分类

1.2.1计算机网络的定义

1.2.2计算机网络的不同分类

25

L2」计算机网络的定义

+算机网络定义的主要观点：

-从应用的观点：以相互共享资源方式连接起来，且各

自具有独立功能的计算机系统的集合。

-从物理的观点：在网络协议的控制下，由若干台计算

机和数据传输设备组成的系统。

-典型的观点：

计算机网络(ComputerNetwork)是利用通信

设备和线路将分布在不同地理位置的、功能独

立的多个计算机系统互连起来，以功能完善的

网络软件实现网络中资源共享和通信的系统。

26

归纳与综合

I■计算机网络：相互连接的自治计算机的集合

■自治:能独立运行，不依赖于其他计算机

“主控-从属”类型的系统是计算机网络

吗？

■“主机-终端”系统（第一代网络）呢？

■互连：以任何可能的通信连接方式

有线方式:-铜线、-光纤――

线山（微卫星

一下」e线方式:一

计算机_「通信网络—蟹乃：

、系统j

一-

27

计算机网络与其它类似系统的比

］较

F终端分时系统

・各终端分时占用主机资源

■终端无计算能力，对主机的依赖性极强

■通信主要采用异步串行连接（本地或远程）

■多机系统

.紧耦合，主机间通信多采用共享存储器、共享总

线等（有的系统也采用高速局域网）

■分布式系统

■见下页

28

■计算机网络与分布式系统

[■分布式系统的特点

■在分布式os统一调度下，各计算机协

调工作，共同完成一项任务，如并行

计算。

■用户面对的是一台逻辑上的计算机，

组成分布式系统的各计算机怎样协同

工作，对用户透明。

■用途主要是科学计算和事务处理。

29

■计算机网络与分布式系统（续）

I■计算机网络

1~~■非协调性的;

■松散耦合的；

■各计算机对用户非透明，用户必须指定资源

的位置；

■用途主要是资源共享。

■分布式系统往往是基于计算机网络来实现的：

■在因特网中，域名服务系统（DNS）是分布式系统的

一项典型的应用。

-分布式数据库系统也需要网络的支持。

30

.计算机网络能做什么(功能)

■数据通信(CommunicationMedium)

-文件传输、IP电话、email、视频会议、信息发布、交互

式娱乐、音乐

■资源共学(ResourceSharing)

-软件、硬件、数据(数据库)

■提供高可靠性服务(HighReliability)

-利用可替代的资源，提供连续的高可靠服务

■节省投资(SavingMoney)

-替代昂贵的大中型机系统

■分布式处理(DistributedProcessing)

31

1.2.2计算机网络的不同分类

L按地域范围分类

■局域网(LocalAreaNetwork,LAN)

.范围：小，<20KM

.传输技术：基带，10-1000Mbps,延迟低，出错率低(IOn)

-拓扑结构：总线，环

■城域网(MetropolitanAreaNetwork,MAN)

.范围：中等，V100KM

-传输技术：宽带/基带

-拓扑结构：总线

■广域网(WideAreaNetwork,WAN)

.范围：大,>100KM

■传输技术：宽带，延迟大，出错率高

・拓扑结构：不规则，点到点

■互联网(Internet)

-指两个或多个网络互联所形成的网络。Internet是目前世界上最大的、

应用十分广泛的互联网络。32

接入网:是个人计算机、局域网和城域网之间的接口

■广域网、城域网、接入网以及局域网的关系

广域网

城域网一城域网

/\、

接入网接入网接入网接入网接入网接入网

-I」

_____-------、----->___________、___________,'♦

局域网校园网企业网局域网

33

2.按资源共享方式划分

■对等网

■客户/服务器网络(Client/server)

34

「■3.按拓扑结构分类

・■星形

■有一个中心节点，其它节点与其

构成点到点连接

。三

星形拓扑

35

■3.按拓扑结构（续）

[■总线

■所有节点挂接到一

条总线上，广播式

彳言道总线形拓扑

■需要有介质访问控

制规程以防止冲突

■环形

■所有节点连接成一

个闭合的环，结点

之间为点到点连接环形拓扑

36

3.按拓扑结构分类（续）

■树形

■一个根结点、多个中间分支

节点和叶子节点构成

树形拓扑

37

3.按拓扑结构分类（续）

■网状型网络

■点到点部分（或全连接）连接，多用于广域

网，由于连接的不完全性，需要有交换节点

全连接拓扑

不规则拓扑

38

------------------------------------

-4.从网络的使用者进行分类

■公用网(publicnetwork):由国家的电信公司

(国有或私有)出资建造的大型网络。

■专用网(privatenetwork):某个部门为本单

位的特殊业务工作的需要而建造的网络。

39

、」5.（补充）按通信传播方式分类:

・■点对点传输方式的网络:由一对对机器

间的多条传输链路构成。

-信源与信宿之间的通信需经过一台和多台中

间设备进行传输。

-网状、环形、树形、星形

■广播方式网络：一台计算机发送的信息

可被网络上所有的计算机接收。

■总线形、无线（微波、卫星）

■局域网络通常使用广播方式，广域网

络通常使用点对点方式（也有例外）。

40

1.3计算机网络的体系结构

计算机网络体系结构的形成（补充）

-相互通信的两个计算机系统必须高度协

调工作才行，而这种“协调”是相当复

杂的。

■“分层”可将庞大而复杂的问题，转化

为若干较小的局部问题，而这些较小的

局部问题就比较易于研究和处理。

41

关于开放系统互连参考模型

OSI/RM

■只要遵循OSI标准，一个系统就可以和位于世

界上任何地方的、也遵循这同一标准的其他任

何系统进行通信。

■在市场化方面OSI却失败了。

-OSI的专家们在完成OSI标准时没有商业驱动力；

-OSI的协议实现起来过分复杂，且运行效率很低；

■OSI标准的制定周期太长，因而使得按OSI标准生

产的设备无法及时进入市场；

-OSI的层次划分并也不太合理，有些功能在多个层

次中重复出现。

42

两种国际标准

-法律上的（肉力/小）国际标准OSI并没有

得到市场的认可。

■是非国际标准TCP/IP现在获得了最广泛

的应用。

■TCP/IP常被称为事实上的（如后c初国际标

准。

43

划分层次的必要性

■计算机网络中的数据交换必须遵守事先

约定好的规则。

■这些规则明确规定了所交换的数据的格

式以及有关的同步问题(同步含有时序

的意思)。

■为进行网络中的数据交换而建立的规则、

标准或约定即网络协议(network

protocol),简称为协议。

44

网络协议的组成要素

■语法(Syntax)：数据与控制信息的结构

或格式。

■语义(Semantics)：需要发出何种控制信

息，完成何种动作以及做出何种响应。

■时序(Time)：事件实现顺序的详细说明。

45

划分层次的概念举例

■计算机1向计算机2通过网络发送文件。

-可以将要做的工作进行如下的划分。

-第一类工作与传送文件直接有关。

■确信对方已做好接收和存储文件的准备。

■双方协调好一致的文件格式。

■两个计算机将文件传送模块作为最高的

一层。剩下的工作由下面的模块负责。

46

两个计算机交换文件

只看这两个文件传送模块

计算机1好像文件及文件传送命令计算机2

是按照水平方向的虚线传送的

文件传送模块----------------------------文件传送模块

____

把文件交给下层模块把收到的文件交给

进行发送上层模块

47

《再设计一个通信服务模块

计算机1计算机2

文件传送模块只看这两个通信服务模块文件传送模块

好像可直接把文件

可靠地传送到对方

通信服务模块通信服务模块

把文件交给下层模块把收到的文件交给

进行发送上层模块

48

S再设计一个网络接入模块

计算机1计算机2

例如，规定传输的帧格式，帧的最大长度等。

49

分层的好处

-各层之间是独立的。

-灵活性好。

-结构上可分割开。

-易于实现和维护。

-能促进标准化工作。

50

层数多少要适当

■若层数太少，就会使每一层的协议太

复杂。

■层数太多又会在描述和综合各层功能

的系统工程任务时遇到较多的困难。

51

计算机网络的体系结构

■计算机网络的体系结构(architecture)是计

算机网络的各层及其协议的集合。

■体系结构就是这个计算机网络及其部件所

应完成的功能的精确定义。

■实现(implementation)是遵循这种体系结

构的前提下用何种硬件或软件完成这些功

能的问题。

■体系结构是抽象的，而实现则是具体的,

是真正在运行的计算机硬件和软件。

52

1.3.1OSI参考模型体系

(1)物理层(PhysicalLayer)

物理层是OSI模型的第一层。物理层的任

务就是为它的上一层提供一个物理连接，

定义了为建立、维护和拆除物理链路所

需的机械的、电气的、功能的和规程的

特性。如规定使用电缆和接口的类型，

传送信号的电压等。物理层使用原始的

数据位流，传输数据单位是比特。

53

(2)数据链路层(DataLinkLayer)

■数据链路层是osi模型的第二层，它用于

控制网络层与物理层之间的通信。它把

相临两个节点间不可靠的物理链路变成

可靠的、无差错的逻辑链路，数据链路

层传输信息的单位是帧(Frame),每帧

包括一定数量的数据和一些必要的控制

信息。数据链路层负责建立、维护和释

放数据链路。数据链路层还要协调收发

双方的数据传输率，进行流量控制。

54

(3)网络层(NetworkLayer)

■网络层是osi模型的第三层，它将数据链

路层提供的帧组成数据分组(Packet)

进行传输。主要功能是要选择合适的路

由和交换节点，完成任意两个节点之间

的连接。主要解决如何使数据分组跨越

通信子网从源节点传送到目的节点的问

题。

55

(4)传输层(TransportLayer)

■传输层是osi模型的第四层，是资源子网

和通信子网的桥梁。完成资源子网中两

个节点的通信。真正地实现了端到端的

连接，即主机之间的连接，把数据可靠

地从一方的用户进程送到另一方的用户

进程。传输层向上一层提供一个可靠的

端到端的服务，使上一层看不见下面几

层的通信细节。因此，传输层是网络体

系结构中最为关键一层。

56

(5)会话层(SessionLayer)

■会话层是osi模型的第五层，它负责组织

和同步不同主机上各种进程间的通信。

会话层的功能包括：建立通信链接、保

持会话过程通信链接的畅通、同步两个

节点之间的对话、决定通信是否被中断

以及通信中断时决定从何处重新发送。

57

(6)表示层(PresentationLayer)

■表示层是OSI模型的第六层，主要解决用

户信息的语法表示问题。它是应用程序

和网络之间的翻译，将数据从适合于某

一系统的语法转变为适合于OSI系统内部

使用的语法。表示层还管理数据的解密

与加密，如系统口令的处理。除此之外，

表示层协议还对图片和文件格式信息进

行解码和编码。

58

(7)应用层(ApplicationLayer)

■应用层是osi模型的最高层，它的主要任

务是确定进程之间通信的性质以满足用

户需要以及提供网络与用户应用软件之

间的接口服务。例如，虚拟终端协议、

文件传送协议、电子邮件等。

59

层交换单元名字层

图1-120SI参考模型

60

41.3.2TCP/IP参考模型

主机B

/

路由器应用层

/71传输层

网络层/网络层

网络网络

接口层

网络2

TCP/IP四层协议的表示方法举例

61

1.3.3OSI与TCP/IP

小体系结构的比较

OSI的体系结构TCP/IP的体系结构TCP/IP的三个服务层次

7应用层应用层

6表ZF层（各种应用层协议如

TELNET,FTP,

5会话层SMTP等）/

4传输层传输层（TCP或UDP）/

3

网络层网际层IP/

2数据链路层

网络接口层

1物理层

62

图1-15TCP/IP协议栈

63

五层协议的体系结构

■TCP/IP是四层的体系结构：应用层、运

输层、网际层和网络接口层。

-最下面的网络接口层并没有具体内容。

■因此往往采取折中的办法，即综合OSI

和TCP/IP的优点，采用一种只有五层协

议的体系结构。

64

《五层协议的体系结构

7

5应用层

/■应用层(applicationlayer)

4传输层

/■传输层(transportlayer)

3网络层

/■网络层(networklayer)

2数据链路层

/■数据链路层(datalinklayer)

1物理层■物理层(physicallayer)

65

《计算机1向计算机2发送数据

66

《计算机1向计算机2发送数据

计算机1计算机2

67

《计算机1向计算机2发送数据

计算机1计算机2

68

《计算机1向计算机2发送数据

计算机1计算机2

69

《计算机1向计算机2发送数据

计算机1计算机2

70

计算机1向计算机2发送数据

计算机1计算机2

APiAP2

55

44

33

2电信号（或光信号）在物理媒体中传播2

从发送端物理层传送到接收端物理层1

Q一物理传输媒体

71

《计算机1向计算机2发送数据

计算机1计算机2

72

《计算机1向计算机2发送数据

计算机1计算机2

73

《计算机1向计算机2发送数据

计算机1计算机2

74

《计算机1向计算机2发送数据

计算机1计算机2

75

《计算机1向计算机2发送数据

计算机1计算机2

76

计算机1向计算机2发送数据

计算机1我收到了AP1发来的计算机2

APi、应用程序数据！AP2

55

44

33

22

11

77

】计算机1向计算机2发送数据

离几1—注意观察加入或剥去首部（尾部）的层次计算机2

APi应用层首部应用数据AP2

运输层首部

应用数据5

H5

网络层首部

4，链塞层\程序数据4

链路层

首部

3^3程序数据尾部3

2

H2H3H4H应用程序数据

10100110100101比特流1101011101011

78

《计算机1向计算机2发送数据

计算机1计算机2

79

计算机1向计算机2发送数据

计算机1计算机2

80

《计算机1向计算机2发送数据

计算机1计算机2

81

《计算机1向计算机2发送数据

82

《计算机1向计算机2发送数据

计算机1计算机2

83

计算机1向计算机2发送数据

计算机1我收到了AP1发来的计算机2

APi、应用程序数据！AP2

55

44

33

22

11

84

实体、协议、服务和服务访问点

■实体(entity)表示任何可发送或接收

信息的硬件或软件进程。

■协议是控制两个对等实体进行通信的

规则的集合。

-在协议的控制下，两个对等实体间的

通信使得本层能够向上一层提供服务O

■要实现本层协议，还需要使用下层所

提供的服务。

85

实体、协议、服务和服务访问点(续)

-本层的服务用户只能看见服务而无法看见下面

的协议。

■下面的协议对上面的服务用户是透明的。

■协议是“水平的”，即协议是控制对等实体之

间通信的规则。

■服务是“垂直的”，即服务是由下层向上层通

过层间接口提供的。

■同一系统相邻两层的实体进行交互的地方，称

为服务访问点SAP(ServiceAccessPoint)o

86

实体、协议、服务

和服务访问点（续）

第n+1层

第n层

服务提供者

87

协议很复杂

■协议必须将各种不利的条件事先都估计

至U,而不能假定一切情况都是很理想和

很顺利的。

■必须非常仔细地检查所设计协议能否应

付所有的不利情况。

■应当注意：事实上难免有极个别的不利情

况在设计协议时并没有预计到。在出现这

种情况时，协议就会失败。因此实际上协

议往往只能应付绝大多数的不利情况。

88

著名的协议举例

■占据两个山顶的蓝军与驻扎在这山谷的白军作

战。力量对比是：一个山顶上的蓝军打不过白

军，但两个山顶的蓝军协同作战就可战胜白军。

一个山顶上的蓝军拟于次日正午向白军发起攻

击。于是发送电文给另一山顶上的友军。但通

信线路很不好，电文出错的