计算机网络概述1.pps

1、,第1章 网络基本概念,1.1 计算机网络的发展历史,3,计算机网络的形成与发展,20世纪50年代 通信技术和计算机技术相结合，奠定了计算机网络发展的理论基础。 20世纪60年代 以ARPANET为代表的分组交换技术的发展，为Internet的发展奠定基础。 20世纪70年代中期开始 以OSI模型为代表的网络体系结构的研究工作为网络发展的标准化产生了重要作用。 20世纪90年代至今 标志为Internet的发展，网络发展速度突飞猛进。 同时，网络发展的趋势向宽带化，多媒体化方向进行。,4,计算机网络的形成与发展(续),Internet的发展 Internet是通过路由器实现多个广域网和局域网互

2、连的大型网际网 更高性能的Internet2正在发展之中。 局域网技术的发展 高速Ethernet：10Mbps、100Mbps、1Gbps、10Gbps 宽带网络的发展 宽带骨干网 宽带接入网,5,计算机网络定义的基本内容,不同时期对计算机网络有不同的定义，符合网络特征的是资源共享的观点。 “以能够相互共享资源的方式互连起来的多台自治计算机系统的集合。” 三层含义： 联网的目的：资源共享和信息传输。资源指计算机硬件、软件与数据。 “自治计算机”：联网必须使用多台独立的计算机，没有主从关系，可连网工作，也可独立工作。可以为远程用户服务，也可为本地用户服务。 网络协议：必须遵循相同的网络协议。,

3、1.2 计算机网络功能、应用及发展,计算机网络的功能,实现计算机系统的资源共享 共享类别：硬件(计算、存储、打印)、软件、数据 数据信息的快速传递 提高可靠性 提供负载均衡与分布式处理能力 集中管理 综合信息服务,网络计算的基本概念,“计算”内涵的发展 网络将被视为最强有力的超级计算环境，包含了丰富的计算、数据、存储、传输等各类资源 主要包括： 移动计算网络、网络多媒体计算、网络并行计算、网格计算、存储区域网络与网络分布式对象计算,移动计算网络的研究与应用,移动计算的基本概念 为用户提供移动的计算环境和新的计算模式 在任何时间都能够及时、准确地将有用信息提供给在任何地理位置的用户 包括移动计算

4、网络和移动Internet 无线局域网 用微波、激光、红外线等无线电波来部分或全部代替有线局域网中的同轴电缆、双绞线、光纤 Ad hoc网络 Ad hoc network 中文译名: 自组织网络,特定网络,对等网络，是一种特殊的无线移动网络 一种由一组用户群构成、不需要基站的移动通信模式 没有固定的路由器，每个系统都具备动态搜索、定位和恢复连接的能力 WAP协议 让用户使用内置浏览器在移动电话的小屏幕上访问Internet 移动IP技术 支持移动结点在Internet中的操作 包括移动IPv4和Pv6,多媒体网络的研究与应用,1多媒体网络的基本概念 能够传输多媒体数据的通信网络 需要支持多媒体

5、传输所需要的交互性与实时性要求 2网络视频会议系统 一种典型的网络多媒体系统 多媒体会议系统标准 H.320、H.323。 工具： 微软公司的NetMeeting 多播主干网（Mbone） 应用系统分为： 一对一系统、一对多系统、多对一系统、多对多系统,多媒体网络的研究与应用(续),3多媒体网络应用对数据通信的要求 高传输带宽要求； 不同类型的数据对传输的要求不同； 网络中的多媒体流传输的连续性与实时性要求； 网络中多媒体数据传输的低时延要求； 网络中的多媒体传输同步要求； 网络中的多媒体的多方参与通信的特点。,多媒体网络的研究与应用(续),4传统网络对多媒体应用的不适应及解决的思路 传统的I

6、P网络不适合多媒体网络应用 改进传统网络的方法主要两种： 增大带宽：传输介质和路由器性能两个方面着手 改进协议：支持IP多播、资源预留协议、区分服务与多协议标识交换 路由器的硬件体系结构的发展经历 5个发展阶段：从单总线单CPU单总线主从CPU单总线对称CPU多总线多CPU交换结构 从基于软件实现路由功能的单总线单CPU结构路由器，转到使用专门的ASIC芯片的交换式路由器发展,网络并行计算的研究与应用,1网络并行计算的基本概念 使用多个CPU或者计算机来协同工作的计算模式 并行计算的结构： 并行计算机：上千个CPU组成 虚拟超级计算机：由网络互联的多台计算机组成 从互联结构上，可分为： 紧耦合

7、 松耦合,2011年8月 “京”（K computer）日本，每秒8162万亿次 2010年11月中国 “天河一号” 运算速度为2600万亿次/秒。,网络并行计算的研究与应用(续),2机群计算 主要思想： 将一些主机连接起来，通过网络互连，使得计算机硬件、操作系统、中间件软件、各种系统管理软件有机结合起来，从而获得较高的性能价格比。 组件： 高性能的计算结点机(PC或工作站)、具有较强网络功能的微内核操作系统、高性能的局域网系统、高速传输协议和服务、中间件与并行程序设计环境、编译器和语言等 分类： 按应用目标分：高性能机群与高可用性机群； 按处理机类型分：PC机群、工作站机群、对称多处理器机群

8、； 按处理机的配置分：同构性机群与非同构性机群。,网络并行计算的研究与应用(续),3网格计算 目标： 将广域网上一些计算资源、数据源和其他设备等互联，形成一个大的可相互利用、合作的高性能计算网，用户可以像登录一台超级巨型机一样使用它 定义： 一个广域范围的“无缝的集成和协同计算环境” 应用： 桌面超级计算、智能设备、协同环境与分布式并行计算,存储区域网络的研究与应用,存储区域网络SAN Storage Area Network 连接到服务器的外部存储设备(磁盘陈列、磁带柜、光盘柜)，将被操作系统视为直接连接的存储设备 网络存储设备NAS Network Attached Storage 基于文

9、件的通信协议。NFS SMB/CIFS,“云”计算,服务的交付和使用模式，指通过网络以按需、易扩展的方式获得所需服务 服务可以是IT和软件、互联网相关，也可是其他服务 云计算可以认为包括以下几个层次的服务：基础设施级服务（IaaS），平台级服务（PaaS）和软件级服务（SaaS）。 云计算（Cloud Computing）是网格计算（Grid Computing ）、分布式计算（DistributedComputing）、并行计算（Parallel Computing）、效用计算（Utility Computing）、网络存储（Network Storage Technologies）、虚拟化

10、（Virtualization）、负载均衡（Load Balance）等传统计算机和网络技术发展融合的产物。,1.3 计算机网络的系统组成,19,计算机网络的基本结构及其特点,1早期计算机网络结构 结构上：包括主机、终端、CCP与通信线路 逻辑功能上：包括资源子网、通信子网,20,计算机网络的基本结构及其特点(续),2现代网络结构的特点 微型计算机通过局域网连入广域网，而局域网与广域网、广域网与广域网的互联是通过路由器实现的 Internet：由路由器互联的大型、层次结构的互联网络,1.4 计算机网络的分类,22,网络分类方法,网络分类方法有很多，如： 按网络的传输技术：广播网和点对点网； 按

11、网络的规模：局域网、城域网和广域网； 按拓扑结构：星型网、总线网、环形网、树形网和网状网； 按交换技术：线路交换网、分组交换网和信元交换网； 按带宽分为窄带网和宽带网； 最主要的分类方法有两种： 传输技术 网络规模,23,网络分类方法,1根据网络所使用的传输技术分类 广播式 所有计算机共享一个通信信道，一台计算机发送的数据，所有计算机都可以接收到 每个消息中都有目的地址和源地址 局域网大多是广播式网络 点到点 需要使用分组的存储转发和路由选择技术，数据通过专门的存储转发设备(如路由器)选择路径 广域网大多是点到点网络,24,网络分类方法,2根据其覆盖的地理范围进行分类 是最能反映网络技术本质特

12、征和最常见网络分类方法 按网络的分布距离来分类，可分为： 广域网（WAN） 局域网（LAN，Local Area Network） 城域网（MAN，Metropolitan Area Network）,25,广域网WAN,Wide Area Network 作用范围:几十到几千公里，可覆盖一个国家、地区、或横跨几个洲 通信子网：可以利用公用分组交换网、卫星通信网和无线分组交换网 广域网的主要特点有： 适应大容量与突发性通信的要求； 适应综合业务服务的要求； 开放的设备接口与规范化的协议； 完善的通信服务与网络管理。 拥塞控制 计算机的数据传输具有“突发性”，广域网需要进行拥塞控制,26,几种常

13、见广域网技术,分组交换网X.25 建立在原有的速率较低、误码率较高的电缆传输介质之上 为保证数据的可靠性，X.25协议包括了差错控制、流量控制、拥塞控制等功能 帧中继 X.25的简化版本 传输介质光纤化、通信设备的数字化智能化，使数据传输的差错率降低到可以忽略不计 将流量控制、差错控制等功能全部交由智能终端设备处理,27,几种常见广域网技术(续),宽带综合业务数据网B-ISDN和异步传输模式ATM 宽带综合业务数字网（B-ISDN）： Broadband Integrated Service Digital Network 提供64Kbit/s150Mbit/s、甚至到600Mbit/s的各种

14、信息速率业务 技术基础： ATM ATM技术 Asynchronous Transfer Mode 以信元为单位 综合了以往电路交换方式和分组交换方式的优点 对各种媒体信息，进行一元化的处理、加工、传递和交换，大大提高网络效率 服务质量QoS（Quality of Service） 多媒体网络应用及实时通信要求网络传输的高速率与低延迟,28,几种常见广域网技术,ATM技术图解,29,局域网LAN,作用范围：一般在10公里以内，以一个单位或一个部门的范围为限，由这些单位或部门单独组建 主要技术 以太网、令牌总线、令牌环 交换式局域网 10Mbps到桌面 100 Mbps以太网 、1Gbps以太网

15、作主干,30,城域网MAN,Metropolitan Area Network 介于局域网和广域网之间的一种技术 目标：满足几十公里范围内的多个局域网的互联 主要技术 早期： 使用传统的FDDI技术 现在： 传输介质：光纤 交换结点：基于IP的高速路由交换机和ATM交换机 体系结构：采用核心交换层、业务汇聚层、接入层3层模式,31,2.4 计算机网络拓扑构型,33,计算机网络拓扑的定义,抽象 “点”：工作站、服务器、通信设备等 “线”：通信介质 网络拓扑结构 通过网络中结点与通信线路之间的几何关系表示网络结构，反映出网络中个实体间的结构关系。 拓扑的重要性 对网络的性能、系统可靠性与通信费用都有重大影响 主要指通信子网的拓扑构型,34,网络拓扑分类方法,采用点-点线路的通信子网 星型、环型、树型与网状型 不可能存在总线型 采用广播信道的通信子网 总线型、树型、环型、无线通信与卫星通信型,35,网络拓扑分类方法,1星型拓扑 结点通过点-点通信线路与中心结点连接，中心结点控制全网的通信 优点：容易在网络中增加新的