计算机网络与通信课件第一章

1、计算机网络与通信,计算机网络在信息时代中的作用,网络为核心的信息时代 三网 电信网络 有线电视网络 计算机网络,我们离不开计算机网络,计算机网络与日常生活 计算机网络与现代社会 计算机网络与学习 计算机网络与当前科技, 推荐书目,TCP/IP详解 卷1,美Gary R.Wright、W.Richard Stevens 著,陆雪莹、蒋慧 等译,机械工业出版社,1.1 什么是计算机网络,1、 计算机网络的演变与发展的四个阶段： 第一个阶段是面向终端的计算机网络； 第二个阶段是面向通信的计算机网络； 第三个阶段是开放式标准化的、易于普及和应用的网络； 第四个阶段是计算机网络的高速化发展阶段。,第一代

2、，面向终端的计算机网络。,有效使用计算机昂贵的资源,第一代计算机网络系统的特点：,主要是终端和中心计算机间的通信， 不存在资源共享或信息交流。 远程终端个数增多，中心计算机通信的任务加重，使得中心计算机实际工作效率下降。,第一代计算机网络的改进方法,增设前端处理机使数据处理和通信分工。 设置终端控制器TC。先首先通过低速线路连接终端，再通过高速通信线进行远程通信以提高远程线路的利用率,第二代 ：面向通信的计算机网络,资源共享、 并行处理,各计算机有自主处理能力，不存在主从关系 通信子网+资源子网,第二代的典型代表：ARPA网,60年代后期 美国国防部高级研究计划局四节点ARPA网。后来扩展到连

3、接数百万台计算机，地理范围跨越了半个地球 ARPA网提出的一些概念和术语至今仍被引用 存储转发、协议、分组、网络体系结构,第二代计算机网络最主要的缺点：,没有统一的网络体系结构。 若要实现更大范围内的信息交换与共享，要把不同的第二代计算机网络互连起来是十分困难甚至是不可行的。,第三代，开放式标准化,具有统一的网络体系结构、遵循国际标准化的协议。 标准化将使得不同的计算机能方便地互连在一起。 标准化还将带来大规模生产、产品VLSI化和成本降低。,开放式标准化,国际标准化组织ISO在1984年正式颁布了一个称为开放系统互连(OSI)参考模型 。 信道及设备不尽相同，但它们向外部用户提供的界面是相同

4、的，互连的界面也是相同的，因而也易于互连与互通。,第四代，高速化发展,1计算机网络向高速化、宽带化发展。 2计算机网络向多媒体方向发展。 3未来通信和网络的目标是实现5W的个人通信 即任何人（whoever）在任何时间（whenever）、任何地方（wherever）都可以和任何一个其他人（whomever）通过网络进行通信，以传送任何信息（whatever）。,2、什么是计算机网络？,定义一：以实现远程通讯为目的、 互联的、独立自治的计算机的集合 定义二：以共享资源为目的、 计算机系统在地域上分散且独立自治、 且有全网性操作系统 定义三：包含能向用户提供服务的若干主机； 专用的通讯处理机及连

5、接节点的通信链 路组成的通信子网； 通信协议 定义四：P4,1.2 网络通信研究的内容,1、数据通信的基本原理： 数据通信系统的模型,调制解调器,PC 机,公用电话网,调制解调器,数字比特流,数字比特流,模拟信号,模拟信号,正文,正文,PC 机,2、数据传输设施,传输介质 网络设备：网络中互联的实体终端、打印机、计算机、通信服务器、中继器、网桥、交换机、路由器 网络设备的性能,3、以计算机为基础的通信网络,LAN WAN,4、网络通信软件,网络操作系统 windows linux unix netware 协议软件,1.3 计算机网络的组成,资源子网,(1) 资源子网,对数据进行采集、加工、处

6、理 主机 终端控制器(HUB) 端系统：键盘、显示器、智能终端(PDA TV 移动电话） 外设: 大容量硬盘、高速打印机,(2) 通信子网,网络内部信息流的传输、交换、控制、信息的变换 网络结点：通信子网和资源子网的接口；收发、交换和转发数据的接口。分为： 交换结点 (如：router、switch) 和访问结点(如：主机或终端的数据收发器、网卡) 通信链路：连接两个结点的通信信道 信号变换设备：适应不同通信介质的需求如： MODEM、无线收发器、光纤通信收发器,(3) 拓扑结构,计算机网络各组成部分的互联关系。 星型、环型、总线型、树型、网型,1.4 分组交换,1、为什么需要交换技术? 两部

7、电话 一对电线互连 5 部电话 10 对电线互连 N 部电话 N(N 1)/2 对电线。 电话数量增多,使用交换机 完成全网的交换任务。,交换机,2、“交换”的含义,在这里，“交换”(switching)的含义就是转接把一条电话线转接到另一条电话线，使它们连通起来。 从通信资源的分配角度来看，“交换”就是按照某种方式动态地分配传输线路的资源。,(1)电路交换,电路交换必定是面向连接的。 电路交换的三个阶段： 建立连接 通信 释放连接,举例,(,(,(,交换机,交换机,交换机,交换机,用户线,用户线,中继线,中继线,B,A,电路交换的特点1：,呼叫建立时间长且存在呼损。 呼叫建立时间：在电路建立

8、阶段，在网站间建立一条专用通路需要花费一段时间，这段时间叫呼叫建立时间。 呼损：在电路建立过程中由于交换网繁忙等原因而使建立失败，对于交换网则要拆除已建立的部分电路，用户则需要挂断重拨，这就称为呼损。,电路交换的特点2：,电路连通后提供给用户的是“透明通路”，即交换网对用户（站）信息的编码方法、信息格式以及传输控制程序等不加限制，但是对用户终端（站）而言，互相通信的站必须是同类型的，否则不能直接通信。即站与站双方的收发速度、编码方法、信息格式、传输控制等一致才能完成通信。,电路交换的特点3、4：,（3）信号和数据的传输时延短且时延固定不变，适用于实时大批量连续的数据和信号传输。 （4）线路（信

9、道）利用率低。由于电路建立以后，信道是专用的（被两站独占），即使是两站传输的间歇也不例外，再加上通信建立、拆除时间和呼损，其利用效率较低。,(2)报文交换,采用储存转发的方式 不需要建立连接 随时发送，但要加上双方地址信息 所经路径可不同 发送与接收顺序可不同 似日常生活中的邮寄,报文,假定这个报文较长不便于传输,(3)分组交换,由于报文大小可以不一致，影响通信效率。分组交换在发送端，先把较长的报文划分成较短的、固定长度的数据段。每一个数据段前面添加上首部构成分组。,数 据,数 据,数 据,首部,首部,首部,分组交换网以“分组”作为数据传输单元。 依次把各分组发送到接收端（假定接收端在左边）。

10、,接收端收到分组后剥去首部还原成报文,数 据,首部,数 据,首部,数 据,首部,收到的数据,分组首部的重要性,每一个分组的首部都含有地址等控制信息。 分组交换网中的结点交换机根据收到的分组的首部中的地址信息，把分组转发到下一个结点交换机。 用这样的存储转发方式，最后分组就能到达最终目的地。,分组交换带来的问题,分组在各结点存储转发时需要排队，这就会造成一定的时延。 分组必须携带的首部（里面有必不可少的控制信息）也造成了一定的开销。,分组交换网的示意图,H1,A,互联网,B,D,E,C,H5,H6,H4,H2,H3,H1 向 H5 发送分组,H2 向 H6 发送分组,注意分组路径的变化！,路由器

11、,注意分组的存储转发过程,H1,A,互联网,B,D,E,C,H5,H6,H4,H2,H3,H1 向 H5 发送分组,路由器,在路由器 E 暂存 查找转发表 找到转发的端口,最后到达目的主机 H5,在路由器 C 暂存 查找转发表 找到转发的端口,在路由器 A 暂存 查找转发表 找到转发的端口,分组交换的优点,高效 动态分配传输带宽，对通信链路是逐段占用。 灵活 以分组为传送单位和查找路由。 迅速 不必先建立连接就能向其他主机发送分组 可靠 保证可靠性的网络协议；分布式的路由选择协议使网络有很好的生存性。,A B C D,A B C D,A B C D,报文交换,电路交换,分组交换,t,数据传送

12、的特点,比特流直达终点,报文,报文,报文,分组,分组,分组,存储 转发,存储 转发,存储 转发,存储 转发,1.5 补充：宽带接入技术,(1) xDSL技术 xDSL 技术就是用数字技术对现有的模拟电话用户线进行改造，使它能够承载宽带业务。 虽然标准模拟电话信号的频带被限制在 3003400 kHz 的范围内，但用户线本身实际可通过的信号频率仍然超过 1 MHz。 xDSL 技术就把 04 kHz 低端频谱留给传统电话使用，而把原来没有被利用的高端频谱留给用户上网使用。 DSL 就是数字用户线(Digital Subscriber Line)的缩写。而 DSL 的前缀 x 则表示在数字用户线上

13、实现的不同宽带方案。,ADSL 的特点,上行和下行带宽做成不对称的。 上行指从用户到 ISP，而下行指从 ISP 到用户。 ADSL 在用户线（铜线）的两端各安装一个 ADSL 调制解调器。 通常下行数据率在 32 kb/s 到 6.4 Mb/s 之间，而上行数据率在 32 kb/s 到 640 kb/s 之间。,(2)光纤同轴混合网 HFC (Hybrid Fiber Coax),HFC 网是在目前覆盖面很广的有线电视网 CATV 的基础上开发的一种居民宽带接入网。 HFC 网除可传送 CATV 外，还提供电话、数据和其他宽带交互型业务。 现有的 CATV 网是树形拓扑结构的同轴电缆网络，它

14、采用模拟技术的频分复用对电视节目进行单向传输。而 HFC 网则需要对 CATV 网进行改造，,HFC 的主要特点,HFC网的主干线路采用光纤 模拟光纤技术: 采用光的振幅调制 AM，这比使用数字光纤更为经济。 模拟光纤从头端连接到光纤结点(fiber node)，即光分配结点 ODN (Optical Distribution Node)。在光纤结点光信号被转换为电信号。在光纤结点以下就是同轴电缆。,HFC 网采用结点体系结构,同轴电缆,头端,模拟光纤,放大器,引入线,分路器,光纤结点,服务区,服务区,服务区,HFC 网频谱比 CATV 网更宽，且双向传输,下行信道,上行 信道,5 40 50 550 750 1000,原有模拟电视,数字信号,频率(MHz),保留,每个家庭要安装一个用户接口盒,用户接口盒 UIB (User Interface Box)要提供三种连接，即： 使用同轴电缆连接到机顶盒(set-top box)，然后再连接到用户的电视机。 使用双绞线连接到用户的电话机。 使用电缆调制解调器连接到用户的计算机,只安装在用户端,(3)F