《计算机网络》课件

计算机网络》

计算机科学与技术教研室

网络体系研究室

2008-09-01

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沈阳化工学院计算机科学与技术分院网络体系研究室第一章:计算机网络概述

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因第一章计算机网络概述

■第二章数据通信基础

■第三章物理层

■第四章数据链路层

■第五章计算机局域网

■第六章网络层

■第七章传输层

■第八章网络应用技术

沈阳化工学院计算机科学与技术分院网络体系研究室第一章:计算机网络概述

■课程学时

■总学时48学时，其中授课48学时。

口后续《计算机网络》实践64学时。（下学期）

■课程作业

■以课后部分习题，查阅资料为主

■课程考试

■以上课内容为主，部分课后习题

■闭卷考试

■课程参考书

■《计算机网络》熊贵喜清华大学出版社

■《计算机网络教程》谢希仁人民邮电出版社

沈阳化工学院计算机科学与技术分院网络体系研究室第一章:计算机网络概述

§1」计算机网络概念

§1.2计算机网络产生与发展

§1.3计算机网络功能

§1.4计算机网络的组成

§1.5计算机网络分类

§L6计算机网络拓扑结构

§17计算机网络体系结构

§1.8计算机网络应用

沈阳化工学院计算机科学与技术分院网络体系研究室第一章:计算机网络概述

§1.1计算机网络概念

■定义

■修地理位置不同的、具有独立自治的计算机系统

■通过通信设备和通信线路连接起来

■在网络软件的支持下

■实现相互的数据传输和资源共享的系统

■计算机网络系统(ComputerNetworkSystem)

简称计算机网络

沈阳化工学院计算机科学与技术分院网络体系研究室第一章:计算机网络概述

§1.1计算机网络概念

概念解释

■是否计算机网络系统的重要条件

■连接的计算机是否为自治的

■需要有网络软件的支持，并不仅仅指的是硬件

■两个主要功能：数据传输和资源共享

沈阳化工学院计算机科学与技术分院网络体系研究室第一章:计算机网络概述

}§L2计算机网络产生与发展

■产生的原因

■信息量大，信息分布广，信息的时效性

■计算机技术和通信技术的结合

■产生的过程（两个阶段）

■第一阶段：面向终端的计算机网络

■第二阶段：面向通信的计算机网络

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炉一阶段:面向终端的计算机网络

■20世纪60年代

■计算机普及程度加深

■计算机（尤其是主机）系统昂贵

■通信技术较为成熟、可靠，应用广泛

■日益增长的共享信息资源（主机资源）需求

沈阳化工学院计算机科学与技术分院网络体系研究室第一章:计算机网络概述

产一阶段:面向终端的计算机网络

■缺点

■主机的负载较重

■通信线路利用率低

■应用情况

■美国SAGE半自动化防空系统1963年

■美国SABRET飞机订票系统1963年

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产二阶段:面向通信的计算机网络

■在1964年8月,欧洲RAND公司的成员PaulBaran和

助手发表了一篇研究报告中提出了将数据分片传输，

为了解决安全和网络抗破坏性以及抗故障性。

在1966年英国国家物理实验室的Davies首次提出“分

组”交换的概念

沈阳化工学院计算机科学与技术分院网络体系研究室第一章:计算机网络概述

产二阶段:面向通信的计算机网络

■在1969年1月2日，美国高级研究计划局出资研究能够具

有抗破坏性和抗故障性的网络

■美国一个商业研究和开发机构BBN(Bolt,Beranek

andNewman,Inc)设计该网络的核心部件IMP(接

口信息处理机)

■IMP之间采用分组交换的技术，提出一种网络的层次结构

(TCP/IP)

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炉二面向通信的计算机网络

■1969年9月研制完成四台IMP,连接了四台大型计算机

系统。

■部署在斯坦福研究院、加州大学圣大巴巴拉分校、力口州

大学洛杉矶分校和犹他大学的大型计算机中心，

■在1969年9月2日，正式启动该网络，实现了四个地

点的数据传输和资源共享功能。

■这个网络最后被命名为ARPANet(DARPANet)

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第二阶段：面向通信的计算机网络

IMP

大型的主机

接口信息处理机

1PA1W

沈阳化工学院计算机科学与第一章:计算机网络概述

§L2计算机网络产生与发展

计算机网络的发展（网络实例）

■到了70年代，美国的TELENET、TYMNET、加拿大的

DATAPAC,法国的CYCLADES和英国的BPSS等。

■我国在1988年建成第一个公共网络实验网CNPAC,1990年建

成了完善的公共数据网CHINAPAC。

■在70年代中期，研制以微型计算机为主要连接对象的计算机网络

■1974英国剑桥大学研制成功剑桥环网

■1975年美国XEROX公司研制成功实验性以太网

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}§L2计算机网络产生与发展

■计算机网络的发展（网络标准化）

■在80年代，网络标准化工作开始

■IBM公司制定的“系统网络体系结构”（SNA）

♦美国DEC公司提出的“分布网络体系结构”（DNA）

■ARPANET的TCP/IP体系结构。

■19774,ISO组织和国际电信联盟ITU-T（即CCITT）开始制

定网络体系结构标准化，并于80年代开始颁布这些标准和建议

文本（OSI/RM）

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}§L2计算机网络产生与发展

■计算机网络的发展（产品）

■在80年代到90年代，出现了各种网络产品

■3coM公司的3+OPEN

■IBM公司的IBM令牌环网

■NOVELL公司的NETWARE

■MICROSOFT公司的WINDOWSNT。

■UNIX、LINUX、Solaris

■肯尼斯•汤普森和丹尼斯•里奇

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}§L2计算机网络产生与发展

■计算机网络的发展（Internet）

■1983年，ARPA网络接入300多台主机

■1984年，ARPA网络分成两个部分——MILNET和ARPANET

■1986年，美国国家科学基金会（NSF）建立NSFNET

■1989年，ARPANET与NSFNET合二为一，称为Internet

■1992年，建立Internet协会（ISOC）

■Internet协会采用TCP/IP技术建立Internet网络

■目前正在建设的是：InternetII

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§L2计算机网络产生与发展

［计算机网络的发展（中^

■1993年，中国中科院高能所建立一条64Kbps速率的线路，与

Internet连接

■1994年，中国建成CSTNET,并成为Internet的一部分

■1995年，中国建成CHINANET和CERNET

■1996年，中国建成CHINAGBN,完成国内四大网络的建设

■部门网络的建立，部门和部门之间的网络连接，网络应用越来越

多，多媒体在网络中的应用等等

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1§L2计算机网络产生与发展

■计算机网络发展趋势

■向开放式的网络体系结构发展

■向高性能发展

■向智能化发展

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]§L3计算机网络功能

■资源共享

■硬件资源：主机、硬盘、光盘库、打印机、UPS、通信设备等

■软件资源：操作系统、数据库管理系统、网络管理系统等

■数据资源：数据文件、数据库、多媒体数据等

■通信

■实现数据的传输。视频会议、VOD、IP电话和EDI等

■分布处理与负载均衡

■将用户的请求根据目前系统的性能情况，给予最佳的解决方案。

■信息服务

■为用户提供大量的信息。例如：信息数据库、地理数据库、数字

化图书馆、电子商务、电子政务、远程教育等。

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§1.4计算机网络组成

■计算机网络系统一般由两个子网组成

■资源子网

■通信子网

沈阳化工学院计算机科学与技术分院网络体系研究宓第一章:计算机网络概述

士§L4计算机网络组成

■资源子网

■主机或服务器

■主板与普通计算机的区别，CPU与普通计算机的区别

■用户计算比或工作站

■网络存储系统

■比如磁盘阵列，光盘塔等

■网络打印机

■独立运行的网络数据设备

■网络终端

■机顶盒

■网络软件和网络数据

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士§L4计算机网络组成

■通信子网

■网络接口卡(网卡，NIC)

■通信线路(双绞线、同轴电缆、光纤、卫星等)

■集线器(HUB)

■交换式集线器(SWITCHERHUB)

■网络交换机(SWITCHER)

■路由器(ROUTER)

■网桥(NETBRIDGE)

■网关(NETGATEWAY)

■调制解调器(MODEM)

沈阳化工学院计算机科学与技术分院网络体系研究室第一章:计算机网络概述

士§L5计算机网络分类

■按照传输技术划分

■广播式网络

■所有联网计算机系统共用

一个公共通信信道

点对点式网络

二每条物理线路连接一对计

算机系统

如果没有直接的连接，则通过

中间结点接收、存储，并进行

转发，最终到达目的地

沈阳化工学院计算机科学与技术分院网络体系研究室第一章:计算机网络概述

士§L5计算机网络分类

■按照网络覆盖范围与规模划分

■局域网(LocalAreaNetwork,LAN)

■城域网(MetropolitanAreaNetwork,MAN)

■广域网(WideAreaNetwork,WAN)

■互联网(internet)

互联网(internet)

因特网(Internet)

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&§L6计算机网络拓扑结构

■拓扑结构定义

■利用网络中结点与通信线路之间的几何关系表示网

络结构，反映出网络中各个实体之间的结构关系

■用（点）表示结点，用“一”（线段）表示线

路

■主要指通信子网的拓扑结构

沈阳化工学院计算机科学与技术分院网络体系研究室第一章:计算机网络概述

&§L6计算机网络拓扑结构

■拓扑结构的分类

■广播式网络拓扑结构

■总线结构、星型结构、环型结构

■点对点式网络拓扑结构

■星型结构、环型结构、树型结构、网状结构

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&§L6计算机网络拓扑结构

■总线结构

■特点

■所有的节点在一个线路上

■通过共用一根总线传输各自的数据

■结构简单，易于扩展

■一般用于广播式网络

§1.6计算机网络拓扑结构

■总线结构（续）

■缺点

■网络的抗破坏性和可靠性较差

■任意点出现故障，网络将不能运行

■网络的覆盖面积受到线路的限制

§L6计算机网络拓扑结构

■星型结构

■特点

■两两相连，有一个中心点

■除中心点外，任意节点出现故障并不影响网络正常运行

■结构简单，易于扩展

■可应用于广播式和点对点式网络中

沈阳化工学院计算机科学与技术分院网络体系研究室第一章:计算机网络概述

&§L6计算机网络拓扑结构

7星型结构（续）

■缺点

■通信成本高

■通信资源利用率低

■中心节点出现故障，网络圈不能运行

沈阳化工学院计算机科学与技术分院网络体系研究室第一章:计算机网络概述

§1.6计算机网络拓扑结构

■树型结构

■特点

■有一个根节点，两两相连

■任意两点的通信必须经过根节点

■结构简单，易于扩展

■可应用于点对点式网络中

沈阳化工学院计算机科学与技术分院网络体系研究室第一章:计算机网络概述

计算机网络拓扑结构

七星§1型.与6树型之间的区别

沈阳化工学院计算机科学与技术分院网络体系研究室第一章:计算机网络概述

§1.6计算机网络拓扑结构

■环型结构

■特点

■所有节点挂接在一个封闭的环内

■通信线路组成封闭的环

■数据传输沿单个方向传输

■可应用于广播式和点对点式网络中

沈阳化工学院计算机科学与技术分院网络体系研究室第一章:计算机网络概述

&§L6计算机网络拓扑结构

■环型结构（续）

■缺点

■对线路的要求很高

■网络易出现故障

■网络传输速率较低

沈阳化工学院计算机科学与技术分院网络体系研究室第一章:计算机网络概述

&§L6计算机网络拓扑结构

■网状结构

■特点

■没有中心，连接任意

■任意两点通信路径较多，需要寻找最佳路径

■结构复杂，但易于扩展

■可应用于点对点式网络中

沈阳化工学院计算机科学与技术分院网络体系研究室第一章:计算机网络概述

§1.6计算机网络拓扑结构

■网状结构（续）

■缺点

■通信成本很高

，通信资源利用率很低

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&§L6计算机网络拓扑结构

■网络拓扑结构设计

■是复杂、优化、规划、计算过程

■考虑的因素主要有

■通信环境、通信的质量、设备的位置、可靠性、延时、吞

吐量、费用、安全性

■设计过程

■问题定义

■建立模型

■理论分析或计算机建模

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工§L7计算机网络体系结构

■拓扑结构反映物理上网络设备之间的位置和关联

关系

■体系结构反映逻辑上网络各个结点之间是如何完

成数据传输

■为什么研究网络体系结构？

■网络是一个复杂的系统

如何研究？

,分解、局部研究、结合

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§1.7计算机网络体系结构

,网络分层

结点A文件A结点B

文件传输实体文件传输实体B

A直接传输需要考虑

通过文件传输

文件格式、线路是否畅

层和网络服务通、传输选择的路

层之间的接口线、传输同步等

网络服务实体A网络服务实体B

通过网络服务

层和通信服务文件

层之间的接口

通信服务实体A通信服务实体B

沈阳化工学院计算机科学与技术分院网络体系研究室第一章:计算机网络概述

工§L7计算机网络体系结构

■基本概念

■实体(enterprise)

■在计算机系统中，能够完成某一特定功能的进程或

程序

■能完成发送和接收数据的实体，称为“通信实体”。

■协议(Protocol)

两个实体之间完成网络数据交换所遵循的规则、约

定与标准

沈阳化工学院计算机科学与技术分院网络体系研究室第一章:计算机网络概述

工§L7计算机网络体系结构

■基本概念(续)

■分层(Layer)

■层次划分，结构清晰，功能分解合理

■接口(Interface)

■是同一结点内相邻层之间交换信息的连接点

■体系结构(Architecture)

■网络的层次结构及各层上定义的协议集合

沈阳化工学院计算机科学与技术分院网络体系研究室第一章:计算机网络概述

工§L7计算机网络体系结构

■网络分层

■说明

■任一个同层实体之间的通信是逻辑通信（除最底层）

■每一个低层要为上层提供服务

■对等实体：两个结点中相同层上的实体称为对等实体

沈阳化工学院计算机科学与技术分院网络体系研究室第一章:计算机网络概述

工§L7计算机网络体系结构

■分层体系中的概念

■服务、服务访问点和服务原语

■月艮务(Service)

■是N层提供给N+工层的功能总和

■包括三个部分

■自身提供的、从层得到的、从另一个系统同层得到的

■服务访问点(ServiceAccessPoint,SAP)

■N层向N+工层提供服务的接口

■力艮务原语(ServicePrimitive)

■描述(N)-SAP上的接口操作和传递的信息，并完成特定

服务功能的原语

沈阳化工学院计算机科学与技术分院网络体系研究室第一章:计算机网络概述

工§L7计算机网络体系结构

■分层体系中的概念

■网络连接服务

■指两个对等实体之间为了通信而必须建立的一种联

系或结合

■(N)层对等实体之间的连接称为“(N)连接”。

■分类

■面向连接的服务COS(Connection-OrientedService)

■面向无连接的服务CLS(ConnectionlessService)

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工§L7计算机网络体系结构

■分层体系中的概念

■数据传送单元

■进行信息传输的数据单位

■分类

■协议数据单元PDU(ProtocolDataUnit)

■接口数据单元IDU(InterfaceDataUnit)

■服务数据单元SDU(ServiceDataUnit)

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工§L7计算机网络体系结构

■典型的计算机体系结构

■OSI/RM体系结构

■TCP/IP体系结构

■IEEE802体系结构

■ATM体系结构

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工§L7计算机网络体系结构

■OS"RM体系结构

■由ISO和CCITT组织制定

■1974年发布

■1979年正式公布

■OSI/RM

■英文“theReferenceModelOpenSystemInterconnection”

■中文“开放系统互联参考模型”

■OSI/RM只是一个框架

沈阳化工学院计算机科学与技术分院网络体系研究室第一章:计算机网络概述

工§L7计算机网络体系结构

loSI/RM^系结构

■结构模型

A系统B系统

应用层应用层

资源表示层表示层

子网

部分会话层会话层

传输层中间结点中间结点传输层

网络层

通信网络层网络层网络层

子网数据链路层数据链路层数据链路层数据链路层

部分物理层物理层物理层物理层

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1.7计算机网络体系结构

OSI/RM体系结构概念

■对等协议

■用于实现在同一层内两个功能之间通信的协议

■协议数据单元PDU

■对等协议中传输的数据单元

■协议控制信息PCI

■与PDU一起向下一层传输的控制信息

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§1.7计算机网络体系结构

9SI/RM体系结构一概念

■接口控制信息1CI

■向下一层发送的指令

・接口数据单元IDU

■PDU+PCI+ICI

■服务数据单元SDU

，去掉ICI的IDU

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工§L7计算机网络体系结构

TTOSI/RM体系结构一各层功能

■物理层（PhysicalLayer）（第一层）

■为上层提供建立、维持和拆除物理线路所需要的特性,

保证可靠的比特信号传输。

■协议数据单元称为“比特”

■数据链路层（DataLinkLayer）（第二层）

■实现在一条物理线路上建立具有自己的数据格式（帧）

和传输控制功能的节点间“逻辑链接”一数据链路。

■协议数据单元称为“帧”

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J§L7计算机网络体系结构

■OSI/RIW系结构一各层功能

■网络层(NetworkLayer)(第三层)

■网络层实现数据在通信网络中实际通路的选择，并

控制子网有效的运行。

■协议数据单元称为“数据包”或“分组”

■传输层(TransportLayer)(第四层)

传输层为两个会晤实体提供透明的“端对端”数据

信输连接。

■协议数据单元称为“数据包”

沈阳化工学院计算机科学与技术分院网络体系研究室第一章:计算机网络概述

§L7计算机网络体系结构

!OSI/RM体系结构一■各层功能一

■会话层(SessionLayer)(第五层)

■为两个通信实体之间建立一次“逻辑连接”关系。即会话控

制与同步，处理故障和对话恢复等。

■协议数据单元称为“数据包”

■表示层(PresentationLayer)(第六层)

■表示层为应用层提供对数据的表示、格式、处理等方面的

“语法变换”服务。

■协议数据单元称为“数据包”

沈阳化工学院计算机科学与技术分院网络体系研究室第一章:计算机网络概述

《§L7计算机网络体系结构

■OSI/RIW系结构一各层功能

■应用层(ApplicationLayer)(第七层)

■应用层为应用系统提供访问OSI环境的接口和服务

■协议数据单元称为“数据包”

沈阳化工学院计算机科学与技术分院网络体系研究室第一章:计算机网络概述

工§L7计算机网络体系结构

■TCP/IP体系结构

■是在1969年ARPA网络结构基础上发展而来

□由TCP/IP协议发展而来

■1974年Kahn定义该模型

■共有6个版本

■目前使用的是版本4

■今后使用的是版本6

■不是ISO的标准

■是工业标准，实际网络标准

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§1.7计算机网络体系结构

■TCP/IP体系结构

结构模型

A系统B系统

资

源应用层应用层

子

网

部

分传输层传输层

中间结点中间结点

一-

通信互联网络层互联网络层互联网络层互联网络层

网

子

分

部主机■网络层主机■网络主机■网络主机.网络层

层层

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工§L7计算机网络体系结构

■TCP/IP体系结构一各层功能

■主机一网络层（第一层）

■负责在通信网络中传输IP数据报

■没有定义具体的物理线路和物理通信网络

■互联网络层（IP层）（第二层）

■负责将源主机的报文分组发送到目的主机

■处理来自传输层的分组发送请求

■处理接收的数据报

■处理互联路径、流控和拥塞问题

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工§L7计算机网络体系结构

TCP/IP^结构一各层功能

■传输层（TCP/UDP层）（第三层）

■负责应用进程之间端到端的通信

■建立应用进程之间的端到端的连接

■应用层（第四层）

应用层为应用系统提供访问的接口和服务

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§1.7计算机网络体系结构

OSI/RM与TCP/IP体系结构比较

沈阳化工学院计算机科学与技术分院网络体系研究室第一章:计算机网络概述

工§L7计算机网络体系结构

■IEEE802^系结构

■是局域网采用的体系结构

■结构模型

高层高层

A系统互联网络层互联网络层B系统

逻辑链路控制子层逻辑链路控制子层

介质访问控制子层介质访问控制子层

物理层物理层

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工§L7计算机网络体系结构

■■课程的网络模型

应用层

(DNS、SMTP、HTTP、FTP等)

传输层

(TCP/UDP)

互联网络层

(IP、ICMP、ARP、RARP等)

数据链路层

(HDLC+MAC+LLC)

(RS-232C)

沈阳化工学院计算机科学与技术分院网络体系研究室第一章:计算机网络概述

工§L8计算机网络应用

■移动计算网络

■网络多媒体计算

■网络并行计算

■存储区域网络

■网络分布式对象计算

沈阳化工学院计算机科学与技术分院网络体系研究室第一章:计算机网络概述

工§L8计算机网络应用

■移动计算网络

■基本概念

■将计算机网络与移动通信技术结合

■提供任何时间、任何地点的计算

■包括移动计算与移动Internet

■研究重点

■蜂窝式数字分组数据通信

■无线网络

■Adhoc网络

■无线应用协议WAP,支持Internet

沈阳化工学院计算机科学与技术分院网络体系研究室第一章:计算机网络概述

工§L8计算机网络应用

■网络多媒体计算

■基本概念

■将计算机网络与多媒体技术结合

■提供多媒体数据的传输与设计

■网络视频会议系统

■研究问题

■高传输带宽

■不同媒体数据对传输要求不同

■传输的实时性与连续性

■传输同步

■多媒体数据压缩技术

沈阳化工学院计算机科学与技术分院网络体系研究室第一章:计算机网络概述

工§L8计算机网络应用

■网络并行计算

■基本概念

■将计算机网络与并行技术结合

■提供虚拟的超级计算机系统

■研究重点

■机群计算

■将一些主机连接起来，通过网络互联，使计算机系统硬

件、操作系统、中间件软件、各种管理软件有机的结合

■网格计算

■将广域网上一些计算资源、数据源和其他设备等互联，

形成一个更大的可相互利用、合作的高性能计算网

沈阳化工学院计算机科学与技术分院网络体系研究室第一章:计算机网络概述

工§L8计算机网络应用

■存储区域网络

■基本概念

■将计算机网络与存储技术结合

■提供超大规模的数据存储系统

■研究重点

■基于Internet的网络存储

■数据中心与数据仓库

■数据挖掘与人工智能

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SuccesswithMoneyandJoy

附熠人生心语

•成功是一种观念

•致富是一种义务

•快乐是一种权利

•每个人都有能力、有义

务、有权利办到成功

致富快乐

附赠人生心语

成成功不是打败别人

功成功不是超越别人

成功不是名、利、权的获得

致拥有健康的身体

丰足的物质生活

富平衡的心理状态

又才能拥有成功

快SuccesswithMoneyandJoy

战胜自己

乐贡献自己

扮演好自己的历史角色

才能超越自己

融入成功里

附赠人生心语

知人者智，自知者明，胜人者力，自

胜者强。

——老子

附赠人生心语

•成功必须靠百分之九十八的辛勤血

汗，加上百分之二的天才灵感。

•世界上注定只有百分之二十的人会成

功。

附赠人生心语

成犹太谚语中有一句名言，

功会