计算机网络体系结构.ppt

1、计算机网络技术,网络工程系：蒋小洛 电 话办公室：8-B213 电子邮件：jsj_,答疑时间：周一下午3:10-4:30 于办公室,网络的重要性,信息的传递要依靠网络，因此实现信息化离不开完善的网络。 网络已成为信息社会的命脉和重要基础。,计算机网络的地位,现在有三种最主要的网络： 电信网络（电话网） 有线电视网络 计算机网络 在这三种网络中，计算机网络的发展最快，它是计算机技术与通信技术相互渗透、密切结合而形成的一门交叉科学；其技术已成为信息时代的核心技术。,网络技术经过近50年的发展，已经形成了自身比较完善的体系； 计算机网络已经成为计算机应用和软件编程的基本环境

2、； 计算机网络教学已经成为大学本专科学生学习的一门基础性的课程。 掌握网络技术的基本知识与基本技能 一定要将课堂教学与实验相结合。,课程性质与学时,性质：专业必修课 学时数：64学时（其中16学时为实验）,课程要求,教学方式： 以课堂教学为主，并结合一定的实践环节。 考核： 本课程考核由期末理论考试、实验考试、平时三部分成绩组成。其中，期末理论考试采用教考分离方式，占总成绩的55%，实验考试采用达标考试，占总成绩的25%，平时成绩包括期中考试、作业、实验报告、考勤，占总成绩的20%。,首先把所有的主要概念提出来，从整体上建立关于知识的体系结构，然后沿这个框架，采用一种螺旋渐进的方法，对重要概念

3、分多次由浅入深进行阐述，直到最后形成完整的概念为止。,本课程特点,学习方法,从整体上去把握知识的结构，先建立基本框架，然后自上而下逐渐细化，逐步充实 对于那些尚未深入涉及的概念，要点是掌握它在当前框架中的位置，着重掌握它和其它概念的相互关系 善于把概念分类、归纳、对比，善于做类比 善于把概念前后贯穿,参考教材,施晓秋 计算机网络技术第2版 科学出版社 Andrew S.Tanenbaum 计算机网络第4版 清华大学出版社,本章教学目标,计算机网络的定义 计算机网络的形成与发展 计算机网络的分类 计算机网络的功能和应用 计算机网络的组成和拓朴结构,第一章 计算机网络基本概念,因特网(Intern

4、et)改变了世界,因特网是世界上最大的计算机网络，是自印刷术以来人类通信方面最大的变革。 因特网缩短了人际交往的时间和空间，改变了人们的生活、工作、学习和交往方式，使世界发生了极大的变化。 有哪些变化？同学举例？ 那么什么是计算机网络呢？,1.1 计算机网络的定义,计算机网络是指将地理位置不同且功能相对独立的多个计算机系统通过通信线路相互连在一起、由专门的网络操作系统进行管理，以实现资源共享的系统。,最简单的定义：计算机网络是一些互相连接的、自治的计算机的集合。 因特网(Internet)是“网络的网络”。,计算机网络最大特点：实现资源共享,最简单的计算机网络 两种方法: 1)用通信线路将两台

5、微机通过后面板上的通信端口COM1和COM2或打印端口LPT1连接起来 2)用双绞线（交叉线）将两台微机通过网卡进行连接，如右图所示。,双绞线（交叉线）直接连接计算机,1.2.1 计算机网络的初级阶段,1.2 计算机网络的形成与发展,(1)计算机网络的萌芽,将多台终端通过通信线路连接到一台中心计算机上，共享中心计算机的资源。,(2) 以主机为中心的终端联机系统,特征： -终端(Terminal)：多个终端共享主机的软硬件资源，与用户交互； -主机(Host) ：单个主机执行通信和处理任务； -连接：本地或远程；,缺点： -主机负荷重数据处理通信； -线路利用率低；终端与中心计算机距离远时尤为明

6、显 -集中控制方式的可靠性低。 例子：早期的飞机订票系统、银行储蓄系统等。,改进 增加一个前端处理机（FEP)，专门处理通信任务。 终端通过集中器访问主机.,采用前端机和集线器的计算机网络,特征 多个终端联机系统的互联，形成了多主机为中心的网络 网络结构从“主机终端” 转变为“主机主机”,1.2.2 计算机网络阶段 -以通信子网为中心,主机/主机网络演变 通信任务从主机中分离，由通信控制处理机（CCP）完成 CCP：处理主机之间通信任务的专用计算机,两层网络概念的出现 由CCP组成的传输网络通信子网，为主机提供信息传输服务 建立在通信子网基础上的主机集合资源子网， 提供计算资源。,为什么需要标

7、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,1.2.3 标准、开放的计算机网络阶段,缺点：适用范围（同样存在兼容性的问题） 技术垄断 （很容易形成垄断） 标准不统一（影响了用户的利益）,标准化过程的演变 IBM公司 SNA（System Network Architecture)1974年 DEC公司 DNA (Digital Network Architecture) 1975年 UNAIVAC公司 DCA (Distributed Computer Architecture) 1976年）,国际标准 1984年ISO颁布了Open System Inter

8、connection/ Reference Model(开放系统互联参考模型，简称OSI参考模型) 标准化 OSI参考模型是一种概念上的网络模型 详细规划了网络体系结构的框架 事实上的标准：TCP/IP(因特网的骨干协议),标准化的时机 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其基础,1.2.4 高速、智能的计算机网络阶段,互连： Intranet Extranet Internet/Internet 高速：实现了从Kbps、Mbps到Gbps的跨越； 千兆和万兆传输速率的光以太网已经被广泛地用于局域网和城域网中 智能网络管理 ：包括网络资源调度、配置管理、故障管理、

9、计费管理、性能管理和安全管理等 网络应用的多样化 ：基于移动计算、多媒体计算、并行计算、网格计算、对等网络计算等各种新兴网络计算技术的网络应用,1.3 计算机网络的分类,1、按通信介质分： 有线网络 无线网络,2、按使用网络对象分： 公众网络 专用网络,3、按通信速率分： 低速网络 高速网络,4、按网络输技术分： 点到点传播方式网络 广播式传播方式网络,点点通信方式,总线型以太网就是典型的广播式网络。,5、按覆盖的地理范围分： 局域网LAN（Local Area Network)： 特点： 覆盖范围一般在几十米到几公里之间； 采用的技术具有数据传输率高（10Mbps10Gbps）、传输延迟低（

10、几十个ms）和误码率低等特点。 通常为使用单位所有，建立、维护与扩展都较为方便。 如学校的实验室、校园或中小型机关、公司、工厂的网络 。,城域网MAN (Metropolitan Area Network) 特点： 设计的目标是要满足几十公里范围内的大量企业、机关、公司的多个局域网互连的需求， 是介于广域网与局域网之间的一种高速网络； 如：将一个城市中所有中小学的校园网互连起来的网络 广域网WAN (Wide Area Network) 特点： 广域网也称为远程网； 覆盖的地理范围从几十公里到几千公里； 覆盖一个国家、地区，或横跨几个洲，形成国际性的远程网络；能够在很大的范围内实现资源共享和信

11、息传递，如：Internet 接入网 AN (Access Network),广域网、城域网、接入网以及局域网的关系,计算机网络定义、特点、形成和发展过程,上节课复习,采用前端机和集线器的计算机网络,计算机网络的初级阶段,计算机网络阶段-以通信子网为中心,标准、开放的计算机网络阶段,高速、智能的计算机网络阶段,1、按通信介质分： 有线网络 无线网络,2、按使用网络对象分： 公众网络 专用网络,3、按通信速率分： 低速网络 高速网络,4、按网络输技术分： 点到点传播方式网络 广播式传播方式网络,5、按覆盖的地理范围分： LAN/WAN/MAN,网络分类,点到点传播方式网络,广播式传播方式网络,广

12、域网、城域网、接入网以及局域网的关系,广域网、城域网、接入网以及局域网的关系,1.4.1 计算机网络的功能,1资源共享 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。 （1） 共享打印机、磁盘空间、通信设备等各种硬件设备,1.4 计算机网络的功能和应用,（2）共享数据资源,（3）共享应用程序、使用多用户软件,2数据通信 数据通信即数据传送，是计算机网络的最基本功能之一。从通信角度看，计算机网络其实是一种计算机通信系统。作为计算机通信系统，能实现下列重要功能：文件传输、IP电话、email、视频会议、信息发布、交互式娱乐 （1）传输文件：网络能快速地、不需要交换软盘就可在计算机与计算

13、机之间进行文件拷贝。 （2）使用电子邮件（E-mail）：用户可以将计算机网络作为邮局，向网络上的其他计算机用户发送备忘录、报告和报表等。虽然在办公室使用电话是非常方便的，但网络的E-mail可以向不在办公室的人传送消息，而且还提供了一种无纸办公的环境。,3、均衡负荷与分布式处理功能,当计算机网络中某一台计算机负载过重时，计算机网络能够进行智能的判断，并将新的任务转交给计算机网络中较空闲的计算机去完成，这样就能均衡每一台计算机的负载，提高了每一台计算机的可用性。 在计算机网络中，每个用户可根据情况合理选择计算机网内的资源，以就近的原则快速地处理。对于较大型的综合问题，通过一定的算法将任务分交给

14、不同的计算机，从而达到均衡网络资源，实现分布处理的目的。 此外，利用网络技术，能将多台计算机连成具有高性能的计算机系统，以并行的方式共同来处理一个复杂的问题，这就是当今称之为协同式计算机的一种网络计算模式。,4、数据信息的 集中和综合处理: 以网络为基础，我们可以将从不同计算机终端上得到各种的数据收集起来，并进行整理和分析等综合处理。 例如，一个企业可以通过网络将其进货、生产、销售和财务等各个方面的数据集中在一起，对它们进行综合处理得到的结果可以帮助企业调整生产和管理的各个环节或做出一些重要的决策。 通过网络来实现飞机票、火车票、汽车票或轮船票的预订，在出差到外地之前就能完成饭店、住宿的预订，

15、正是得益于网络所提供的信息集中和综合处理功能。,1.4.2 计算机网络的应用,方便的信息检索 现代化的通信方式 办公自动化 企业的信息化 电子商务与电子政务 远程教育与E-learning 丰富的娱乐和消遣,计算机网络应用带来的社会问题,计算机网络的广泛应用已经对经济、文化、教育、科学的发展与人类生活质量的提高产生了重要影响，同时也不可避免地带来一些新的社会、道德、政治与法律问题； “网络社会”中的“道德”与“法律”，这对于人类是一个新的课题。,一、从物理组成的角度 硬件-包括主计算机、终端、通信控制处理机、通信设备和通信线路等 网络节点 端节点：服务器、工作站（网卡） 中间节点：交换机、集线

16、器（HUB）、路由器等; 通信链路：信息传输的通道 物理：传输介质 逻辑：信道,1.5 计算机网络的组成,软件 网卡驱动程序：随厂家的网卡而变； 网络协议软件：随网络设备而变； 网络操作系统：随设备和操作系统而变； 网络管理/安全控制软件、网络应用软件（可选）。,二、按逻辑划分,1）资源子网：负责全网的数据处理业务 包括：主计算机（Host）、终端、 I/O设备、各种软件资源和数据资源等。 2）通信子网：为资源子网提供传输、交换数据信息的能力。 包括：通信控制处理机、通信线路、其他通信设备如调制解调器等,现代网络结构的变化 随着微型计算机的广泛应用，大量的微型计算机是通过局域网连入广域网，而局

17、域网与广域网、广域网与广域网的互连是通过路由器实现的； 在Internet中，用户计算机需要通过校园网、企业网或ISP联入地区主干网，地区主干网通过国家主干网联入国家间的高速主干网，这样就形成一种由路由器互联的大型、层次结构的互联网络。,现代计算机网络结构的简单示意,在资源子网中，大量的微型计算机通过局域网(包括校园网、企业网或ISP提供的接入网等)连入广域网； 在通信子网中，用于实现广域网与广域网之间互连的通信控制处理机普遍采用被称为核心路由器的路由设备； 在资源子网和通信子网的边界，局域网与广域网之间的互连也采用了路由设备，并将这些路由设备称为接入路由器或边界路由器。,1.6 计算机网络的

18、拓扑结构,来自离散数学中的图论 网络的拓朴结构： 把计算机、终端、通信处理机等设备抽象成点（结点），把连接这些设备的通信线路抽象成线（链路），并将由这些点和线所构成的拓扑称为网络拓扑结构。 为什么要研究网络的拓朴结构 网络拓朴结构是决定网络性能的主要因素 构造网络时，首先要选择采用何种网络拓朴结构来物理连接所有的节点与计算机。,常见的网络拓朴结构,总线型,所有节点直接连到一条物理链路上 任何一个站点发送的数据都能通过总线传播， 同时能被总线上的所有其他站点接收到 优点：拓扑形式简单，节点易于扩充 缺点：可靠性和灵活性差 、传输延时不确定,有一个中心节点，其他各节点通过各自的线路与中心节点 相连，形成辐射型结构。 各节点间的通信必须通过中心节点 优点：结构简单、组网容易、管理方便、可扩充性强 缺点：中心节点的故障会直接造成整个网络的瘫痪 需耗费大量的电缆，维护安装量大,星型,各节点和通信线路连接形成的一个闭合的环 数据只能按照一个方向传输 优点：简单、易于实现、传输延时确定 、路径选择简单 缺点：任何一个节点出现故障都可能会造成网络的瘫痪 维护与管理复杂，扩充困难,环型,数据流具有明显的层次性 优点：易于扩展，容易隔离故障 缺点：对根的依赖性大,树型,网状型,节点间的连接是任意的，没有规律。 数据的传输有赖于所采用的网络设备 优点：多条链路提供了冗余连接，可靠性高，广泛