计算机通信及计算机网络知识结构.ppt

计算机技算机技术计算机通信及计算机网络知 识 结 构通信技通信技术计算机网算机网络技技术参 考 书 目（计算机通信方面）（计算机通信方面）1、吴玲达，李国辉，计算机通信，国防科技大学出版社，19942、汤吉群，数据通信技术，人民邮电出版社，19993、William Stallings,Data and Computer Communications，清华大学出版社，1997 4、李鹏，计算机通信技术及程序设计，西安电子科技大学出版社，1998参 考 书 目（网络基础理论方面）（网络基础理论方面）5、Andrew S.Tanenbaum，计算机网络（第三版），清华大学出版社，20006、谢希仁，计算机网络技术及应用，电子工业出版社，19987、吴礼发，网络原理与技术教程，北京希望电子出版社，20028、段晓，千兆以太网教程，清华大学出版社，19999、陈鸣，网络工程设计教程，北京希望电子出版社，2002参 考 书 目（网络基础协议方面）（网络基础协议方面）10、Douglas E.Comer,Internetworking with TCP/IP,电子工业出版社,199811、W.Richard Steven,TCP/IP详解，机械工业出版社，200012、谢希仁，TCP/IP协议族，清华大学出版社，2001参 考 书 目（网络安全方面）（网络安全方面）13、陈庄，计算机网络安全技术，重庆大学出版社，200114、王锐，网络最高安全指南，机械工业出版社，199815、吴世忠，应用密码学，-曾经限制发行的文献机械工业出版社，200016、程永敬，编写安全的代码，-微软核心技术书库机械工业出版社，2002参 考 书 目（网络其它方面）（网络其它方面）17、吴礼发，网络程序设计教程，北京希望电子出版社，200218、胡谷雨，网络管理技术教程，北京希望电子出版社，200219、钟嘉强，计算机局域网性能分析，人民邮电出版社，199320、朱海滨，分布式系统原理与设计，国防科技大学出版社，1997计算机通信与网络计算机通信与网络计算机通信与网络计算机通信与网络计算机专业教研室第一章 通信及网络概述提要：主要介绍计算机通信及网络的发展过程、计算机网络通信模型及应用，以及计算机通信网络的分类和网络标准化等主要问题。计算机通信与网络计算机通信与网络计算机通信与网络计算机通信与网络计算机专业教研室通信线路通信线路主机主机协议计算机通信与网络计算机通信与网络计算机通信与网络计算机通信与网络计算机专业教研室主机主机协议通信子网通信子网计算机通信与网络计算机通信与网络计算机通信与网络计算机通信与网络计算机专业教研室主机主机协议互连子网1子网n计算机通信网络=计算机主机，通信子网，协议，按协议的子网互连计算机通信与网络计算机通信与网络计算机通信与网络计算机通信与网络计算机专业教研室计算机网络的定义计算机网络的定义：自主自主计计算机算机（Autonomous ComputerAutonomous Computer）互互连连的集合的集合从三个方面来理解：从三个方面来理解：从三个方面来理解：从三个方面来理解：vv 必必必必须须须须有有有有两两两两台台台台或或或或两两两两台台台台以以以以上上上上具具具具有有有有独独独独立立立立处处处处理理理理能能能能力力力力的的的的计计计计算算算算机机机机互互互互连才能构成网络；连才能构成网络；连才能构成网络；连才能构成网络；vv 需要一条通道（或通信子系统）才能把两台或两台以需要一条通道（或通信子系统）才能把两台或两台以需要一条通道（或通信子系统）才能把两台或两台以需要一条通道（或通信子系统）才能把两台或两台以 上的计算机连接起来；上的计算机连接起来；上的计算机连接起来；上的计算机连接起来；vv计算机之间要交换信息，彼此之间就需要有某些规定计算机之间要交换信息，彼此之间就需要有某些规定计算机之间要交换信息，彼此之间就需要有某些规定计算机之间要交换信息，彼此之间就需要有某些规定 和约定，这就是通信协议。和约定，这就是通信协议。和约定，这就是通信协议。和约定，这就是通信协议。计算机通信与网络计算机通信与网络计算机通信与网络计算机通信与网络计算机专业教研室 1.1 计算机通信技术的产生和发展1.1.1 计算机通信技术的产生 1.1.2 计算机通信技术的发展 可划分可划分可划分可划分为为为为四个四个四个四个阶阶阶阶段：段：段：段：vv具有通信功能的具有通信功能的具有通信功能的具有通信功能的单单单单机系机系机系机系统统统统vv具有通信功能的多机系具有通信功能的多机系具有通信功能的多机系具有通信功能的多机系统统统统vv计计计计算机通信网算机通信网算机通信网算机通信网络络络络vv计计计计算机网算机网算机网算机网络络络络计算机通信与网络计算机通信与网络计算机通信与网络计算机通信与网络计算机专业教研室1、具有通信功能的单机系统Terminal(T)计算机通信与网络计算机通信与网络计算机通信与网络计算机通信与网络计算机专业教研室1、具有通信功能的单机系统计算机通信与网络计算机通信与网络计算机通信与网络计算机通信与网络计算机专业教研室2、具有通信功能的多机系统计算机通信与网络计算机通信与网络计算机通信与网络计算机通信与网络计算机专业教研室3、计算机通信网络 以通信为主要目的计算机通信与网络计算机通信与网络计算机通信与网络计算机通信与网络计算机专业教研室4、计算机网络：自主计算机互连的集合自主计算机互连的集合计算机网络就是把地理上分散的、具有独立功能的多台计算机网络就是把地理上分散的、具有独立功能的多台计算机，用通信线路和通信设备连接起来，按照网络协计算机，用通信线路和通信设备连接起来，按照网络协议进行数据通信，由功能完善的网络软件实现议进行数据通信，由功能完善的网络软件实现资源共享资源共享的系统。它是计算机技术与通信技术结合的产物。的系统。它是计算机技术与通信技术结合的产物。硬件资源(HW)软件资源(SW)数据资源(DB)两级子网结构计算机通信与网络计算机通信与网络计算机通信与网络计算机通信与网络计算机专业教研室资源子网：提供网络访问、数据存储和处理，以资源子网：提供网络访问、数据存储和处理，以 及管理和分配共享资源的功能。及管理和分配共享资源的功能。通信子网：提供网络的通信功能，实现计算机通信子网：提供网络的通信功能，实现计算机 之间的通信控制和处理，为资源子之间的通信控制和处理，为资源子 网提供信息传输服务。网提供信息传输服务。计算机通信与网络计算机通信与网络计算机通信与网络计算机通信与网络计算机专业教研室 1.2 计算机网络的发展1、计算机网络的发展vv第一代网络第一代网络第一代网络第一代网络：以单个主机为中心，以数据处理为目的：以单个主机为中心，以数据处理为目的：以单个主机为中心，以数据处理为目的：以单个主机为中心，以数据处理为目的 ；vv第二代网络第二代网络第二代网络第二代网络：以通信子网为中心，以数据通信为目的：以通信子网为中心，以数据通信为目的：以通信子网为中心，以数据通信为目的：以通信子网为中心，以数据通信为目的 ；vv第三代网络第三代网络第三代网络第三代网络：以：以：以：以OSI/RMOSI/RMOSI/RMOSI/RM为核心，以资源共享为目的为核心，以资源共享为目的为核心，以资源共享为目的为核心，以资源共享为目的 ；IBM：SNA（系统网络结构（系统网络结构）DEC：DNA（数据网络结构（数据网络结构）HoneyWall：DSA（数据系统结构（数据系统结构）OSI/RM 计算机通信与网络计算机通信与网络计算机通信与网络计算机通信与网络计算机专业教研室vv第四代网络第四代网络第四代网络第四代网络：以分布式系统为核心，以最大限度地：以分布式系统为核心，以最大限度地：以分布式系统为核心，以最大限度地：以分布式系统为核心，以最大限度地 资源共享为目的资源共享为目的资源共享为目的资源共享为目的 ；HHHHHHH各机完全平等；各机完全平等；分布式分布式OS；透明性；透明性；故障自恢复；故障自恢复；安全性；安全性；任务计算机通信与网络计算机通信与网络计算机通信与网络计算机通信与网络计算机专业教研室2、因特网（Internet）的发展 3、我国计算机网络的建设与发展 19801980年，铁道部进行了首次年，铁道部进行了首次年，铁道部进行了首次年，铁道部进行了首次WANWAN试验；试验；试验；试验；19861986年，年，年，年，CRNCRN（CHINA Research NetworkCHINA Research Network）成立）成立）成立）成立19881988年，制定了年，制定了年，制定了年，制定了GB9387-88GB9387-88国家标准，与国家标准，与国家标准，与国家标准，与OSI/RMOSI/RM基本一致；基本一致；基本一致；基本一致；19891989年，我国第一个分组交换网络年，我国第一个分组交换网络年，我国第一个分组交换网络年，我国第一个分组交换网络CHINAPACCHINAPAC出现；出现；出现；出现；19901990年，建立中关村地区教育科研示范网；年，建立中关村地区教育科研示范网；年，建立中关村地区教育科研示范网；年，建立中关村地区教育科研示范网；1969年，ARPANET试验成功1986年，NSFNET建立1989年，1.544Mbps高速替代网络1990年，Internet计算机通信与网络计算机通信与网络计算机通信与网络计算机通信与网络计算机专业教研室19941994年，组建中国教育网（年，组建中国教育网（年，组建中国教育网（年，组建中国教育网（CERNETCERNET）；）；）；）；19941994年，组建中国科学技术网（年，组建中国科学技术网（年，组建中国科学技术网（年，组建中国科学技术网（CSTNETCSTNET）；）；）；）；19951995年，组建年，组建年，组建年，组建CHINANETCHINANET；19961996年，组建金桥信息网（年，组建金桥信息网（年，组建金桥信息网（年，组建金桥信息网（CHINAGBNCHINAGBN）；）；）；）；19981998年，提出国家信息基础结构计划，即信息高速公路计划。年，提出国家信息基础结构计划，即信息高速公路计划。年，提出国家信息基础结构计划，即信息高速公路计划。年，提出国家信息基础结构计划，即信息高速公路计划。电话网电话网计算机网计算机网有线电视网有线电视网 三网合一三网合一三网融合三网融合四大骨干网络计算机通信与网络计算机通信与网络计算机通信与网络计算机通信与网络计算机专业教研室 1.3 计算机通信网络模型1、Shannon（香农）模型 干扰 信源 编码 传输 译码 信宿 通信是在信源与信宿之间交换信息的过程。通信是在信源与信宿之间交换信息的过程。计算机通信与网络计算机通信与网络计算机通信与网络计算机通信与网络计算机专业教研室2、计算机通信网络模型 输入信息 输入数据 发送信号 接收信号输入数据 输出信息 源站 发送器 传输系统 接收器 目的站 PSTN计算机通信与网络计算机通信与网络计算机通信与网络计算机通信与网络计算机专业教研室3、计算机通信网络的关键技术 接口技术接口技术：提供通信设备与传输系统的连接；：提供通信设备与传输系统的连接；RS232 RS448 RJ11 RJ45 BNC ST ATM DDN等。等。功能特性、电气特性、机械特性功能特性、电气特性、机械特性等等编码技术编码技术:信源编码、信道编码信源编码、信道编码 提高信道的利用率和可靠性提高信道的利用率和可靠性 Manchester NRZ(non-return zero)4B/5B编码以及各种数据压缩编码编码以及各种数据压缩编码 同步技术：同步技术：在发送器和接收器间达成某种形式的同步在发送器和接收器间达成某种形式的同步 计算机通信与网络计算机通信与网络计算机通信与网络计算机通信与网络计算机专业教研室差错控制与处理技术：差错控制与处理技术：查错和纠错查错和纠错 流控技术：解决数据传输速率不匹配的问题流控技术：解决数据传输速率不匹配的问题586CPU386CPU流控流控SWITCH100M主干主干10M主干主干子网子网子网子网流控流控流控流控计算机通信与网络计算机通信与网络计算机通信与网络计算机通信与网络计算机专业教研室寻址技术寻址技术:MAC地址地址 IP地址地址路由技术：路由技术：路由算法、最佳路径问题路由算法、最佳路径问题安全技术安全技术：密码、认证：密码、认证 等等这些技术均是以等等这些技术均是以协议协议的方式体现在网络的方式体现在网络系统中的。系统中的。4、计算机通信模型的算机通信模型的应用用 1)1)简单通信系统简单通信系统简单通信系统简单通信系统PCPCPCPC传输系统传输系统网卡网卡网卡网卡COM计算机通信与网络计算机通信与网络计算机通信与网络计算机通信与网络计算机专业教研室计算机通信与网络计算机通信与网络计算机通信与网络计算机通信与网络计算机专业教研室2)2)网络通信系统网络通信系统网络通信系统网络通信系统 1.4 计算机通信网络的类型 计算机网络的类型多种多样，划分标准各有不同，计算机网络的类型多种多样，划分标准各有不同，本节按本节按覆盖地域覆盖地域、拓扑结构拓扑结构、交换方式交换方式和和使用范围使用范围4个个方面来进行阐述方面来进行阐述。1、按网络覆盖的地理范围划分 局域网（局域网（Local Area Network，LAN）特点：特点：覆盖地理范围小，一般在几十米到几十千米；覆盖地理范围小，一般在几十米到几十千米；传输速率高，误码率低，目前已达到传输速率高，误码率低，目前已达到10Gbps；拓扑结构较简单，常属于一个单拓扑结构较简单，常属于一个单 一组织管理。一组织管理。计算机通信与网络计算机通信与网络计算机通信与网络计算机通信与网络计算机专业教研室q 共享式共享式LAN：10m1Km；Switchq 交换式交换式LAN：10m10Km；计算机通信与网络计算机通信与网络计算机通信与网络计算机通信与网络计算机专业教研室城域网（城域网（Metropolitan Area Network，MAN）5Km50Km广域网（广域网（Wide Area Network，WAN）100Km100Km 特点：特点：覆盖范围大，网络拓扑复杂（网状）；覆盖范围大，网络拓扑复杂（网状）；广域网连接常采用公用通信网，如广域网连接常采用公用通信网，如PSTNPSTN、DDNDDN、ISDN ISDN 注意注意:对网络类型的区分，主要看它在构建时采用了对网络类型的区分，主要看它在构建时采用了 什么样的什么样的技术技术，而不是从它覆盖的地理范围来，而不是从它覆盖的地理范围来 划分，因为地理范围的观念是划分，因为地理范围的观念是相对相对的。的。计算机通信与网络计算机通信与网络计算机通信与网络计算机通信与网络计算机专业教研室2、按网、按网络络拓扑拓扑结结构（构（TopologyTopology）划分）划分计算机网络的拓扑结构是指计算机网络节点和通信计算机网络的拓扑结构是指计算机网络节点和通信计算机网络的拓扑结构是指计算机网络节点和通信计算机网络的拓扑结构是指计算机网络节点和通信链路所组成的几何形状（链路所组成的几何形状（链路所组成的几何形状（链路所组成的几何形状（物理布局以及其逻辑特征物理布局以及其逻辑特征物理布局以及其逻辑特征物理布局以及其逻辑特征 ）。）。）。）。物理拓扑：节点与节点之间实际物理上的连接形式；物理拓扑：节点与节点之间实际物理上的连接形式；逻辑拓扑：节点与节点之的信息在协议机制下的传输方式；逻辑拓扑：节点与节点之的信息在协议机制下的传输方式；注意：注意：同一网络的物理拓扑和逻辑拓扑可能不一致！同一网络的物理拓扑和逻辑拓扑可能不一致！计算机通信与网络计算机通信与网络计算机通信与网络计算机通信与网络计算机专业教研室 星型（星型（Star Topology）中心节点中心节点HHH特点：特点：结构简单，便于管理和维护；结构简单，便于管理和维护；易于实现结构化布线，系统易扩展、升级；易于实现结构化布线，系统易扩展、升级；通信线路专用，成本较高；通信线路专用，成本较高；中心节点必须具有极高的可靠性；中心节点必须具有极高的可靠性；中心节点负担重，容易成为信息传输的瓶颈；中心节点负担重，容易成为信息传输的瓶颈；计算机通信与网络计算机通信与网络计算机通信与网络计算机通信与网络计算机专业教研室共享式共享式HUB交换式交换式HUBPBX计算机通信与网络计算机通信与网络计算机通信与网络计算机通信与网络计算机专业教研室总线型（总线型（Bus Topology）HHHHH终端匹配终端匹配器器特点：特点：结构简单，易于扩展，易于安装且费用较低；结构简单，易于扩展，易于安装且费用较低；各节点平等共享总线，不受某节点仲裁；各节点平等共享总线，不受某节点仲裁；网络效率和带宽利用率低；网络效率和带宽利用率低；管理成本高；管理成本高；负荷重时，网络性能迅速下降；负荷重时，网络性能迅速下降；计算机通信与网络计算机通信与网络计算机通信与网络计算机通信与网络计算机专业教研室 环型（环型（Ring Topology）HHHH单环结构：单环结构：Token Ring（令牌环网）（令牌环网）双环结构：双环结构：FDDI（光纤分布式数据接口）（光纤分布式数据接口）特点：特点：各节点无主从关系；各节点无主从关系；延迟固定，实时性好；延迟固定，实时性好；可靠性、可扩充性差；可靠性、可扩充性差；计算机通信与网络计算机通信与网络计算机通信与网络计算机通信与网络计算机专业教研室 层次型（层次型（Hierarchical Topology）树型树型中心交换机中心交换机部门交换机部门交换机HSwitchSwitchSwitchHUBHHHHH交换到桌面交换到桌面计算机通信与网络计算机通信与网络计算机通信与网络计算机通信与网络计算机专业教研室 网状型（网状型（Mesh Topology）在广域网中，大多都采用网状拓扑结构在广域网中，大多都采用网状拓扑结构，因此通常，因此通常被称为被称为WEB网络。网络。计算机通信与网络计算机通信与网络计算机通信与网络计算机通信与网络计算机专业教研室 HHHHHHH3、按交换方式划分从通信资源的分配角度来看，从通信资源的分配角度来看，“交换交换”就是按照某就是按照某种种方式动态地分配传输线路的资源。方式动态地分配传输线路的资源。交换中心交换中心（交换节点）（交换节点）计算机通信与网络计算机通信与网络计算机通信与网络计算机通信与网络计算机专业教研室电路交换（电路交换（电路交换（电路交换（Circuit Switching Circuit Switching）v 电路建立；电路建立；v 数据传送；数据传送；v电路释放；电路释放；计算机通信与网络计算机通信与网络计算机通信与网络计算机通信与网络计算机专业教研室特点：特点：在数据传输开始之前一定要建立物理上的数据通路；在数据传输开始之前一定要建立物理上的数据通路；在建立通路后到通路被断开前，用户独占通路的带宽；在建立通路后到通路被断开前，用户独占通路的带宽；不适合于计算机通信；不适合于计算机通信；计算机通信与网络计算机通信与网络计算机通信与网络计算机通信与网络计算机专业教研室 报文交换报文交换报文交换是指以报文为单位进行报文交换是指以报文为单位进行存储与转发（存储与转发（StoreForward）的交换方式；的交换方式；报报文文交交换换是是在在两两个个节节点点间间的的一一段段链链路路上上逐逐段段传传输输，不不要要求求交交换换网网为为通通信信双双方方预预先先建建立立一一条条专专用用的的数数据据通通路路，因因此此就就不不存存在在建建立立电电路和拆除电路的过程。路和拆除电路的过程。计算机通信与网络计算机通信与网络计算机通信与网络计算机通信与网络计算机专业教研室特点：特点：与电路交换相比，源站和目标站在通信时不需建立一条专与电路交换相比，源站和目标站在通信时不需建立一条专用通路，故没有建立线路和拆除线路所需的等待和延时；用通路，故没有建立线路和拆除线路所需的等待和延时；线路利用率高，与电路交换相比，线路的利用率大大提线路利用率高，与电路交换相比，线路的利用率大大提高了。由于节点间可根据链路情况选择不同的速度传输，因高了。由于节点间可根据链路情况选择不同的速度传输，因此能高效传输数据。此能高效传输数据。数据传输的可靠性高，每个节点在存储转发中，都可以数据传输的可靠性高，每个节点在存储转发中，都可以进行差错控制，即检锗、纠错。进行差错控制，即检锗、纠错。报文交换报文交换需要对完整报文进行存储转发，因此节点存储需要对完整报文进行存储转发，因此节点存储转发的时延较大并且报文交换对报文长度没有限制，故报转发的时延较大并且报文交换对报文长度没有限制，故报文可以很长，这样就有可能使报文长时间占用某两节点之间文可以很长，这样就有可能使报文长时间占用某两节点之间的链路，不利于实时交互通信，且需要节点的链路，不利于实时交互通信，且需要节点具备足够的报文具备足够的报文数据存储能力数据存储能力。计算机通信与网络计算机通信与网络计算机通信与网络计算机通信与网络计算机专业教研室 分组交换分组交换 分组交换属于分组交换属于“存储转发存储转发”交换方式，但它不像报交换方式，但它不像报文交换那样以不定长的报文为单位进行交换、传输，而文交换那样以不定长的报文为单位进行交换、传输，而是以更短的、标准的是以更短的、标准的“分组分组”为单位进行交换传输。为单位进行交换传输。计算机通信与网络计算机通信与网络计算机通信与网络计算机通信与网络计算机专业教研室特点：特点：传输质量高，误码率低，传输信息有一定时延。传输质量高，误码率低，传输信息有一定时延。能自动选择最佳路径，节点电路利用率高。能自动选择最佳路径，节点电路利用率高。可在不同速率的通信终端之间传输数据。可在不同速率的通信终端之间传输数据。计算机通信与网络计算机通信与网络计算机通信与网络计算机通信与网络计算机专业教研室 三种交换方式的比较三种交换方式的比较 t 数 据 传 送 呼叫阶段 数据流 电路交换 报文 报文交换 报文 报文 分组交换 A B C DA B C DA B C D计算机通信与网络计算机通信与网络计算机通信与网络计算机通信与网络计算机专业教研室4、按使用范围划分 公用网（公用网（public network）专用网（专用网（private network）计算机通信与网络计算机通信与网络计算机通信与网络计算机通信与网络计算机专业教研室