第一章 计算机网络概述.ppt

1、第一章 计算机网络概述,第一章 计算机网络概述,1.1 计算机网络概述,1.2计算机网络的功能,1.3计算机网络的分类,10/4/2020 9:45 PM,第一章 计算机网络概述,返回目录,1.1 计算机网络概述,1.1.1 计算机网络的产生与发展 计算机网络从20世纪60年代发展至今，己经形成从小型的办公局域网络到全球性的大型广域网的规模。对现代人类的生产、经济、生活等各个方面都产生了巨大的影响。计算机互连系统这个阶段的典型代表是：1969年12月，由美国国防部（DOD）资助、国防部高级研究计划局（ARPA）主持研究建立的数据包交换计算机网络ARPANET。ARPANET网络利用租用的通信线

2、路连接美国加州大学洛杉机分校、加州大学圣巴巴拉分校、斯坦福大学和犹太大学四个结点的计算机连接起来，构成了专门完成主机之间通信任务的通信子网。,10/4/2020 9:45 PM,第一章 计算机网络概述,返回目录,在计算机网各出现之前，信息的交换是通过磁盘进行相互传递资源的。,10/4/2020 9:45 PM,第一章 计算机网络概述,返回目录,第一阶段：面向终端的计算机通信网,在1946年，世界上第一台数字计算机问世，但当时计算机的数量非常少，且非常昂贵。而通信线路和通信设备的价格相对便宜，当时很多人都很想去使用主机中的资源，共享主机资源和进行信息的采集及综合处理就显得特别重要了。1954年，

3、联机终端是一种主要的系统结构形式，这种以单主机互联系统为中心的互联系统，即主机面向终端系统诞生了。,10/4/2020 9:45 PM,第一章 计算机网络概述,返回目录,第二阶段：多个自主功能的主机通过通信线路互连的计算机网络,为了克服第一代计算机网络的缺点，提高网络的可靠性和可用性，人们开始研究将多台计算机相互连接的方法。第二代网络是从20世纪60年代中期到70年代中期，随着计算机技术和通信技术的进步，己经形成了将多个单主机互联系统相互连接起来，以多处理机为中心的网络， 并利用通信线路将多台主机连接起来，为终端用户提供服务。,多主机互联系统,10/4/2020 9:45 PM,第一章 计算机

4、网络概述,返回目录,第二阶段：多个自主功能的主机通过通信线路互连的计算机网络,第二代网络是在计算机网络通信网的基础上通过完成计算机网络体系统结构和协议的研究，形成的计算机初期网络。如，20世纪60至70年代初期由美国国防部高级研究计划局研制的ARPANET（Advanced Research Project Agency Network）。它将计算机网络分为资源子网和通信子网。,通信子网和资源子网,10/4/2020 9:45 PM,第一章 计算机网络概述,返回目录,第三阶段：遵循国际标准化协议的计算机网络,标准化的目的使得不同计算机及计算机网络能方便地互联起来。20世纪70年代后期人们认识到

5、第二代计算机网络存在明显不足，主要表现有：各个厂商各自开发自己的产品、产品之间不能通用、各个厂商各自制定自己的标准以及不同的标准之间转换非常困难等。这显然阻碍了计算机网络的普及和发展。 1980年国际标准组织ISO公布了开放系统互联参考模型OSI/RM (Open System Interconnection/Reference Model) ，成为世界上网络体系的公共标准。遵循此标准可以很容易地实现网络互联。,10/4/2020 9:45 PM,第一章 计算机网络概述,返回目录,10/4/2020 9:45 PM,第一章 计算机网络概述,返回目录,第四阶段：互联网络与高速网络,所谓互联网，就

6、是指通过一定的技术手段,把一台台孤立的计算机连接起来,从而实现全世界的信息共享.其目标是创造高度的物质文明和精神文明。,10/4/2020 9:45 PM,第一章 计算机网络概述,返回目录,第四阶段：互联网络与高速网络,高速计算机网络是第四代网络发展的重点所谓高速网络是指达到100mbps（每秒兆位）以上传输速率的网络。其特点是采用高速网络技术，综合业务数字网的实现，多媒体和智能型网络的兴起。,10/4/2020 9:45 PM,第一章 计算机网络概述,返回目录,第四阶段：互联网络与高速网络,10/4/2020 9:45 PM,第一章 计算机网络概述,返回目录,10/4/2020 9:45 P

7、M,第一章 计算机网络概述,返回目录,1.1.2 计算机网络的定义 计算机网络，是指将地理位置不同的具有独立功能的多台计算机及其外部设备，通过通信线路连接起来，在网络操作系统，网络管理软件及网络通信协议的管理和协调下，实现资源共享和信息传递的计算机系统。,关于计算机网络的最简单定义是：一些相互连接的、以共享资源为目的的、自治的计算机的集合。 最简单的计算机网络就是只有两台计算机和连接它们的一条链路，即两个节点和一条链路。因为没有第三台计算机，因此不存在交换的问题。 最庞大的计算机网络就是因特网。它由非常多的计算机网络通过许多路由器互联而成。因此因特网也称为“网络的网络”。 另外，从网络媒介的角

8、度来看，计算机网络可以看做是由多台计算机通过特定的设备与软件连接起来的一种新的传播媒介。,10/4/2020 9:45 PM,第一章 计算机网络概述,返回目录,H1,H5,H2,H4,H3,H6,路由器,网络,网络核心部分,主机,10/4/2020 9:45 PM,第一章 计算机网络概述,返回目录,计算机网络涉及到三个方面的问题： （1）两台或两台以上的计算机相互连接起来才能构成网络，达到资源共享的目的。 （2）两台或两台以上的计算机连接，互相通信交换信息，需要有一条通道。这条通道的连接是物理的，由硬件实现，这就是连接介质（有时称为信息传输介质）。它们可以是双绞线、同轴电缆或光纤等“有线”介质

9、；也可以是激光、微波或卫星等“无线”介质。 （3）计算机之间要通信交换信息，彼此就需要有某些约定和规则，这就是协议。 因此，我们可以把计算机网络定义为： 把分布在不同地点且具有独立功能的多个计算机，通过通信设备和线路连接起来，在功能完善的网络软件运行下，以实现网络中资源共享为目标的系统。 对比教材中的四个要点进行分析。,10/4/2020 9:45 PM,第一章 计算机网络概述,返回目录,1.2.1 数据通信 数据通信即实现远程计算机、终端间的相互通信，以达到硬件、软件资源及数据处理、信息资源的共享。它是计算机技术与通信技术结合的产物，是各种计算机网赖以生存的基础，是一种新的通信业务。,1.2

10、 计算机网络的功能,10/4/2020 9:45 PM,第一章 计算机网络概述,返回目录,10/4/2020 9:45 PM,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,输入 汉字,显示 汉字,PC 机,第一章 计算机网络概述,返回目录,10/4/2020 9:45 PM,几个术语,数据(data)运送信息的实体。 信号(signal)数据的电气的或电磁的表现。 “模拟的”(analogous)连续变化的。 “数字的”(digital)取值是离散数值。 调制把数字信号转换为模拟信号的过程。 解调把模拟信号转换为数字信号的过程。,第一章 计算机网络概

11、述,返回目录,10/4/2020 9:45 PM,模拟的电话用户线不能长距离传输数字信号,第一章 计算机网络概述,返回目录,10/4/2020 9:45 PM,模拟数据,模拟信号,放大器 调制器,数字数据,模拟信号,调制器,第一章 计算机网络概述,返回目录,数字数据在模拟信道上传输,将数字数据调制成模拟信号进行传输， 通常有三种基本的调制方式： 1) 调幅ASK(Amplitude Shift Keying) 2) 调频FSK(Frequency Shift Keying) 3) 调相PSK(Phase Shift Keying) 目前广泛应用的调制技术是正交调相： QPSK(Quadratu

12、re Phase Shift Keying),10/4/2020 9:45 PM,第一章 计算机网络概述,返回目录,调幅ASK(Amplitude Shift Keying),用载波的两个不同的振幅来表示两个二进制值 如用无信号表示0有信号表示1,10/4/2020 9:45 PM,第一章 计算机网络概述,返回目录,调频FSK(Frequency Shift Keying),用载波附近的两个不同的频率来表示两个二进制值 如用信号频率为f表示0信号频率为2f表示1,10/4/2020 9:45 PM,第一章 计算机网络概述,返回目录,调相PSK(Phase Shift Keying),用载波的相

13、位移动来表示两个二进制值 如用信号相位角为0表示0相位角为表示1,10/4/2020 9:45 PM,第一章 计算机网络概述,返回目录,10/4/2020 9:45 PM,一种正交调制 QAM,QAM (Quadrature Amplitude Modulation),r,(r, ),可供选择的相位有 12 种， 而对于每一种相位有 1 或 2 种振幅可供选择。,由于4 bit 编码共有16 种不同的 组合，因此这 16 个点中的每个 点可对应于一种 4 bit 的编码。,若每一个码元可表示的比特数越多，则在接收端进行 解调时要正确识别每一种状态就越困难。,第一章 计算机网络概述,返回目录,数

14、字数据的调制举例,基带信号 调幅 调频 调相,010011100,10/4/2020 9:45 PM,第一章 计算机网络概述,返回目录,不归零编码 NRZ（nonreturn-to zero ）,正电平表示1，零电平表示0，并且在表示完一个码元后，电平毋需回到零 缺点是存在发送方和接收方的同步问题,其实，用不归零制编码时，一个时钟周期可表示两个bit 所以，不归零制编码是效率最高的编码 但它不能携带时钟信号，且无法表示没有数据传输,10/4/2020 9:45 PM,第一章 计算机网络概述,返回目录,10/4/2020 9:45 PM,数字信号通过实际的信道,失真不严重 失真严重,实际的信道

15、（带宽受限、有噪声、干扰和失真）,输入信号波形,输出信号波形 (失真不严重),第一章 计算机网络概述,返回目录,曼切斯特编码（Manchester encoding）,采用曼切斯特编码，一个时钟周期只可表示一个bit，并且必须通过两次采样才能得到一个bit 但它能携带时钟信号，且可表示没有数据传输,10/4/2020 9:45 PM,第一章 计算机网络概述,返回目录,差分曼彻斯特编码,（differential Manchester encoding）,bit中间有信号跳变， bit与bit之间也有信号跳变，表示下一个bit为0,bit中间有信号跳变， bit与bit之间无信号跳变，表示下一个

16、bit为1,1,1,0,0,特性与曼切斯特编码相同，但抗干扰性能强于曼切斯特编码,10/4/2020 9:45 PM,第一章 计算机网络概述,返回目录,三种编码方式的比较,不归零制编码的编码密度最高，接收端一次采样可得到一个bit ，即波特率等于比特率，但不能携带时钟 曼切斯特编码的编码密度最低，接收端二次采样才可得到一个bit ，即波特率是比特率的两倍，但每个bit中都有信号跳变，即携带了时钟 差方曼切斯特编码与曼切斯特编码基本相同,10/4/2020 9:45 PM,第一章 计算机网络概述,返回目录,编码举例,10/4/2020 9:45 PM,第一章 计算机网络概述,返回目录,1.2.2

17、 资源共享,计算机网络=通信子网+资源子网,10/4/2020 9:45 PM,第一章 计算机网络概述,返回目录,1.2.3 远程传输,网上的资源，无论在那里，都可随时取用。,1.2.4 集中管理,集中管理指防火墙的一种管理手段，通常利用一个界面来管理网络中的多个防火墙。其效果和用一个遥控器管理家中所有电器一样简单，可大大简化管理员的管理工作。,10/4/2020 9:45 PM,第一章 计算机网络概述,返回目录,分布式管理系统需提供如下功能： 管理用户及其工作站配置。 管理软件分布、更新与准许权限。 管理硬件监控、维护和编目功能。 另外，管理系统应提供收集网络数据的方法，并将这些数据报告给管

18、理者。 分布式网络管理系统可以利用网络平台的优点将管理功能分散到网络上，而不是将它们集中于单一的数据中心。管理员仍可以从一个位置运行管理系统，而由分布于网络上的管理机构收集信息并应答给管理系统。过去由于时间和传输限制而无法获取的信息现在可被管理者使用了。容错管理和预防性维护也大大简化了。对即将产生的问题也可提出警告。,1.2.5 分布式管理 Distributed Management,10/4/2020 9:45 PM,第一章 计算机网络概述,返回目录,1.2.5 负载平(均)衡,负载均衡是很多系统管理员都会忽视的问题，但是它很可能会损害它们的网络。如果系统管理员发现网络性能不好，通常他们会

19、为客户端提供更多的带宽（无论是内部网、外部网还是互连网），还要提供更快的骨干网并在服务器上花更多的钱。但是这条路有时也需要优化，你可以通过网络负载均衡来实现这种优化。,10/4/2020 9:45 PM,第一章 计算机网络概述,返回目录,1.1 计算机网络的分类,按技术分 按规模分 按传输介质分,广播式网络 点到点网络,局域网 城域网 广域网 互联网,有线网 无线网,10/4/2020 9:45 PM,第一章 计算机网络概述,返回目录,按拓扑结构分 按使用范围分 按照网络的操作系统划分,总线 环形 网状 星形,专用网 公共网,Window类 NetWare类 Unix类 Linux类,10/4

20、/2020 9:45 PM,第一章 计算机网络概述,返回目录,10/4/2020 9:45 PM,局域网的拓扑,匹配电阻,集线器,干线耦合器,总线网,星形网,树形网,环形网,第一章 计算机网络概述,返回目录,局域网 LAN （Local Area Network ）,总线型 IEEE 802.3（以太网）CSMA/CD 10M 总线型 IEEE 802.4（令牌总线）10M 环 型 IEEE 802.5（IBM令牌环）4M 16M,地域：覆盖范围较小 传输技术：,10/4/2020 9:45 PM,第一章 计算机网络概述,返回目录,10/4/2020 9:45 PM,第一章 计算机网络概述,返

21、回目录,10/4/2020 9:45 PM,第一章 计算机网络概述,返回目录,城域网 MAN （Metropolitan Area Network）,私有网络 一个连锁超市，有十几个或几十个分布在市内 公用网络 上海科技网,大型的LAN,10/4/2020 9:45 PM,第一章 计算机网络概述,返回目录,10/4/2020 9:45 PM,第一章 计算机网络概述,返回目录,广域网 WAN （Wide Area Network）,跨越地域较大的网络,主机（host） 端点系统（end system） 通信子网（communication subnet） 简称子网 资源子网（ resource

22、subnet）,10/4/2020 9:45 PM,第一章 计算机网络概述,返回目录,10/4/2020 9:45 PM,第一章 计算机网络概述,返回目录,10/4/2020 9:45 PM,广域网、城域网、接入网以及局域网的关系,城域网,城域网,接入网,接入网,接入网,接入网,接入网,接入网,广域网,局域网,局域网,校园网,企业网,第一章 计算机网络概述,返回目录,无线传输,无线电传输 微波传输 红外线和毫米波 光波传输,根据波长分成不同的波段，依次为无线电、微波、红外、可见光、紫外等,10/4/2020 9:45 PM,第一章 计算机网络概述,返回目录,用于通信的电磁波频段,f(Hz) 100 102 104 106 108 1010 1012 1014 1016 1018 1020 1022 1024,f(Hz) 104 105 106 107 108 109 1010 1011 1012 1013 1014 1015 1016,双绞线,TV,FM,AM,同轴电缆,微波通信,卫星通信,光通信,波长 30km 3km 30m 3m 30