(精品)计算机网络技术(王协瑞)第一章.ppt

计算机网络技术计算机网络技术计算机网络概述计算机网络概述Chapter One计算机网络的认知与应用体验计算机网络的认知与应用体验 网网络络与与网网络络应应用用无无处处不不在在，以以至至于于我我们们已已经经将将其其视视为为我我们们社社会会生生活活的的一一个不可缺少的部分：个不可缺少的部分：问题：什么是计算机网络？问题：什么是计算机网络？计算机网络的定义计算机网络的定义 计计计计算算算算机机机机网网网网络络络络是是是是指指指指将将将将地地地地理理理理位位位位置置置置不不不不同同同同且且且且功功功功能能能能相相相相对对对对独独独独立立立立的的的的多多多多个个个个计计计计算算算算机机机机系系系系统统统统通通通通过过过过通通通通信信信信线线线线路路路路相相相相互互互互连连连连在在在在一一一一起起起起、由由由由专专专专门门门门的的的的网网网网络络络络操操操操作作作作系系系系统统统统进进进进行行行行管管管管理理理理，以以以以实实实实现现现现资资资资源源源源共享共享共享共享的系统的系统的系统的系统。计算机网络中的计算计算机网络中的计算机通常都处于不同的机通常都处于不同的地理位置地理位置相互连接的计算机之相互连接的计算机之间不存在互为依赖的间不存在互为依赖的关系。关系。通信线路包括通信线路包括通信媒体、通通信媒体、通信设备关系。信设备关系。网络操作系统（单网络操作系统（单机机OSOS功能功能+网络通网络通信协议信协议+网络资源网络资源管理管理+网络服务）网络服务）网络的根本目的是为了网络的根本目的是为了实现资源共享，资源包实现资源共享，资源包括硬件与软件，如程序、括硬件与软件，如程序、数据库、存储设备、打数据库、存储设备、打印机等。印机等。计算机网络的形成与发展计算机网络的形成与发展计算机网络问世至今已经有半个世计算机网络问世至今已经有半个世纪的时间，其间经历了四个发展阶纪的时间，其间经历了四个发展阶段：段：初级阶段初级阶段 计算机网络阶段计算机网络阶段 标准或开放的计算机网络标准或开放的计算机网络信息高速公路时代信息高速公路时代初级阶段：初级阶段：远程联机系统远程联机系统 20CEN，50-60年代年代“终端终端终端终端-通信线路通信线路通信线路通信线路-计算机计算机计算机计算机”的模式的模式的模式的模式严格意义上讲，不属于计算机网络范畴。严格意义上讲，不属于计算机网络范畴。远程联机系统的发展远程联机系统的发展典型案例：美国半自动地面防空系统典型案例：美国半自动地面防空系统SAGESAGEComputerTTTPSTN计算机网络阶段：计算机网络阶段：多计算机互多计算机互连连2020世纪世纪6060年代，以年代，以ARPAnetARPAnet为典型为典型；以实现以实现“资源共享资源共享”为目的多计算机互连形态。为目的多计算机互连形态。重重要要贡贡献献：将将应应用用与与通通信信功功能能从从逻逻辑辑上上分分离离，应应产产生生了了通通信子网与资源子网的概念信子网与资源子网的概念标准、开放的计算机网络标准、开放的计算机网络 呼唤网络体系结构的标准化与兼容性：呼唤网络体系结构的标准化与兼容性：ISOISO的的OSI OSI RMRM（开开放放系系统统互互连连参参考考模模型型）-1977/1983-1977/1983TCP/IPTCP/IP协议的推广协议的推广推动了计算机网络的高速发展：推动了计算机网络的高速发展：以以太太网网(ETHERNET)与与因因特特网网(Internet)。高速智能的第四代计算机网络高速智能的第四代计算机网络 高速：高速：主主干干带带宽宽的的增增加加达达到到10Gbps或或更更高高，接接入入带带宽可以高达宽可以高达1000Mbps。互连：互连：Intranet、Extranet、Internet Internet 智能：智能：服务质量服务质量(QoS)、网络管理网络管理计算机网络的功能实现计算机系统的资源共享实现计算机系统的资源共享 计算机网络的最基本功能之一。用户一旦接入网络就可以使用网络中的其他资源来处理自己提交的大型复杂问题。实现数据信息的快速传递实现数据信息的快速传递 分布在不同地域的计算机系统可以及时、快速地传递各种信息。如股票交易、电子邮件、网上购物等提高可靠性提高可靠性提供负载均衡与分布式处理能力提供负载均衡与分布式处理能力 大型ICP（网络内容提供商)在全世界多个地方放置了内容相同的WWW服务器，通过一定的技术使不同地域的用户看到放置在离他最近的服务器上的相同页面。分布式处理是把任务分散到网络中不同的计算机上并行处理。集中管理集中管理 对地理位置上分散的组织可通过计算机网络来实现集中管理。综合信息服务综合信息服务计算机网络的应用办公自动化办公自动化管理信息系统管理信息系统过程控制过程控制Internet应用应用 电子邮件、信息发布、电子商务、远程音频视频应用电子邮件、信息发布、电子商务、远程音频视频应用计算机网络的系统组成计算机网络是由网络硬件系统和网络软件系统构成的。从拓扑结构上看：由网络节点和通信链路构成从逻辑功能上看：由通信子网和资源子网构成。网络节点访问节点访问节点 端节点。主要起信源和信宿的作用。如用户主机和终端节点。主要起信源和信宿的作用。如用户主机和终端等。端等。信源：信息的来源。信源：信息的来源。信宿：是相对信源而言。信宿：是相对信源而言。通信过程中接收和处理信息通信过程中接收和处理信息的设备或计算机。的设备或计算机。转接节点转接节点 中间节点。数据交换和转接。具有通信功能。中间节点。数据交换和转接。具有通信功能。混合节点混合节点 全能节点全能节点通信链路指两个网络节点之间传输信息和数据的线路。链路可用各种传输介质实现，如双绞线、同轴电缆、光缆、卫星、微波等。通信链路 用于传输信息的物理信道以及为达到有效、可靠的传输质量所必需的信道设备的总称。物理链路：物理链路：点到点的物理线路。没有任何交换节点。逻辑链路：逻辑链路：在逻辑上起作用的物理链路。具有传输控制能力。计算机网络的组成为为了了有有利利于于计计算算机机网网络络的的设设计计与与实实现现，我我们们更更多多的的是是从从功功能能角角度度去去看看待待计计算算机机网网络络的的组组成成，并并从从功功能能上上将将计计算算机机网网络络逻逻辑辑划划分分为为资资源源子子网网和和通通信信子网子网。网络逻辑划分：网络逻辑划分：资源子网与通信资源子网与通信子网子网资源子网资源子网负负负负责责责责全全全全网网网网的的的的数数数数据据据据处处处处理理理理业业业业务务务务，并并并并向向向向网网网网络络络络用用用用户户户户提提提提供供供供各种网络资源和网络服务。各种网络资源和网络服务。各种网络资源和网络服务。各种网络资源和网络服务。主主主主要要要要由由由由主主主主机机机机、终终终终端端端端以以以以及及及及相相相相应应应应的的的的I/OI/OI/OI/O设设设设备备备备、各各各各种种种种软软软软件资源和数据资源构成。件资源和数据资源构成。件资源和数据资源构成。件资源和数据资源构成。通信子网通信子网为资源子网提供传输、交换数据信息的能力。为资源子网提供传输、交换数据信息的能力。为资源子网提供传输、交换数据信息的能力。为资源子网提供传输、交换数据信息的能力。主主主主要要要要由由由由通通通通信信信信控控控控制制制制处处处处理理理理机机机机、通通通通信信信信链链链链路路路路及及及及其其其其他他他他设设设设备备备备如调制解调器等组成。如调制解调器等组成。如调制解调器等组成。如调制解调器等组成。资源子网与通信子网结构资源子网与通信子网结构CCPCCP：通信控制处理机：通信控制处理机资源子网资源子网通信子网通信子网CCP主机主机主机主机主机主机主机主机CCPCCPCCPCCPCCP通信子网有两种类型公用型 一般是国家的邮电部门建造的网络。“公用”的意思就是从所有愿意按邮电部门规定交纳费用的人都可以使用.因此,公用网也可以称为公众网。专用型 是某个部门为本单位的特殊工作的需要而建立的网络这种网络不向本单位以外的人提供服务。例如,军队,铁路,电力等系统均有本系统的专用网 计算机网络的组成网络硬件系统网络硬件系统 是指构成计算机网络的硬设备，包括各种计算机系统、终端及通信设备。常见的网络硬件有常见的网络硬件有：主机系统：终端：用户进行网络操作，实现人机对话的工具传输介质：传输数据信号的物理通道，将网络中各种设备连接起来网卡（网络适配器）：网卡（网络适配器）：是计算机和传输介质之间的物理接口。集线器：集线器：接收信号再生并传输，还可为网络布线和集中管理带来方便交换机（交换机（Switch）：）：分为第二层交换机和第三层交换机。二层交换机同时具有集线器和网桥的功能。路由器：路由器：具有格式转换功能，可以连接不通类型的网络。路由器能够识别数据的目的地址所在网络。网络软件系统主要包括通信协议、网络操作系统和各类网络应用系统。服务器操作系统 多用户，多任务的操作系统 网络用户管理、网络资源管理、网络运行状况统计、网络通信等。服务器服务器是网络环境中的高性能计算机，它侦听网络上的其他计算机（客户机）提交的服务请求，并提供相应的服务。相对于普通PC来说，服务器在稳定性、安全性、性能等方面都要求更高，因此CPU、芯片组、内存、磁盘系统、网络等硬件和普通PC有所不同。Novell公司的NetWare、Windows系列，UNIX系列 工作站操作系统 多为一般的操作系统，但具有更强的网络功能。如支持网络协议等工作站通信协议 通信双方只有遵循相同的通信协议才能实现连接，完成信息的交换。设备驱动程序 操作系统与外部设备的借口。网络管理软件 对网络管理软件进行信息统计，报告，警告，监控的软件系统。网络安全软件 保密性、完整性、可用性 抵御威胁与攻击网络应用软件计算机网络的分类计算机网络的分类 计算机网络有多种分类标准，如按传输技计算机网络有多种分类标准，如按传输技术、通信介质、数据交换方式、通信速率、术、通信介质、数据交换方式、通信速率、使用对象和地理范围等：使用对象和地理范围等：按通信所使用的介质，按通信所使用的介质，按通信所使用的介质，按通信所使用的介质，分为有线网络和无线网络；分为有线网络和无线网络；分为有线网络和无线网络；分为有线网络和无线网络；按使用网络的对象，分为公众网络和专用网络；按使用网络的对象，分为公众网络和专用网络；按使用网络的对象，分为公众网络和专用网络；按使用网络的对象，分为公众网络和专用网络；按网络传输技术，分为广播式网络和点到点式网络；按网络传输技术，分为广播式网络和点到点式网络；按网络传输技术，分为广播式网络和点到点式网络；按网络传输技术，分为广播式网络和点到点式网络；按照网络传输速度的高低，分为低速网络和高速网络；按照网络传输速度的高低，分为低速网络和高速网络；按照网络传输速度的高低，分为低速网络和高速网络；按照网络传输速度的高低，分为低速网络和高速网络；按地理覆盖范围按地理覆盖范围按地理覆盖范围按地理覆盖范围(最为典型与常用的划分方式最为典型与常用的划分方式最为典型与常用的划分方式最为典型与常用的划分方式)，分分分分为广域网、城域网和局域网为广域网、城域网和局域网为广域网、城域网和局域网为广域网、城域网和局域网局域网（局域网（Local area networks，LANs)覆盖范围一覆盖范围一般在几公里般在几公里以内，如一以内，如一幢大楼内或幢大楼内或一个校园内一个校园内组网方便，组网方便，灵活，传输灵活，传输速率高速率高广域网（广域网（Wide area networks，WANs)覆盖范围一般是几覆盖范围一般是几十公里到几千公里十公里到几千公里以上。以上。覆盖一个国家或覆盖一个国家或地区，甚至可以横地区，甚至可以横跨几个洲，形成国跨几个洲，形成国际性的远程网络。际性的远程网络。城域网（城域网（Metropolitan area networks，MANs)覆盖范围大约是几公里到几十公里，它主覆盖范围大约是几公里到几十公里，它主要是满足城市、郊区的联网需求。要是满足城市、郊区的联网需求。如连接温州大学各大校区的温州大学校园如连接温州大学各大校区的温州大学校园网；连接温州各中小学的温州教育城域网网；连接温州各中小学的温州教育城域网等。等。城域网技术与局域网技术、城域网技术与城域网技术与局域网技术、城域网技术与广域网技术之间的边界正在日益模糊。广域网技术之间的边界正在日益模糊。计算机网络的功能计算机网络的功能 可可可可归归归归纳纳纳纳为为为为资资资资源源源源共共共共享享享享、数数数数据据据据传传传传送送送送、均均均均衡衡衡衡负负负负荷荷荷荷和和和和分分分分布布布布式处理、信息的集中和综合处理等四项功能。式处理、信息的集中和综合处理等四项功能。式处理、信息的集中和综合处理等四项功能。式处理、信息的集中和综合处理等四项功能。资资源源共共享享：包包包包括括括括硬硬硬硬件件件件和和和和软软软软件件件件资资资资源源源源。硬硬硬硬件件件件资资资资源源源源包包包包括括括括处处处处理理理理机机机机、大大大大容容容容量量量量存存存存储储储储器器器器、打打打打印印印印设设设设备备备备等等等等，软软软软件件件件资资资资源源源源包包包包括括括括各各各各种种种种应应应应用用用用软软软软件件件件、系统软件和数据等。系统软件和数据等。系统软件和数据等。系统软件和数据等。数数据据传传送送：包包包包括括括括网网网网络络络络用用用用户户户户之之之之间间间间、各各各各处处处处理理理理器器器器之之之之间间间间以以以以及及及及用用用用户户户户与与与与处理器间的数据通信。处理器间的数据通信。处理器间的数据通信。处理器间的数据通信。如如E-MAILE-MAIL、网上网上QQQQ等。等。均均衡衡负负荷荷：指指指指当当当当网网网网络络络络的的的的某某某某个个个个节节节节点点点点系系系系统统统统的的的的负负负负荷荷荷荷过过过过重重重重时时时时，新新新新的的的的作作作作业业业业可可可可以以以以通通通通过过过过网网网网络络络络传传传传送送送送到到到到网网网网中中中中其其其其他他他他较较较较为为为为空空空空闲闲闲闲的的的的计计计计算算算算机机机机系系系系统统统统去处理。去处理。去处理。去处理。信信息息的的集集中中和和综综合合处处理理：各各种种管管理理信信息息系系统统、智智能能决决策策系系统等。统等。拓朴结构拓朴结构“拓朴拓朴拓朴拓朴”的概念来自离散数学中的图论；的概念来自离散数学中的图论；的概念来自离散数学中的图论；的概念来自离散数学中的图论；拓扑学方法：把实体抽象成与其大小、形状无拓扑学方法：把实体抽象成与其大小、形状无拓扑学方法：把实体抽象成与其大小、形状无拓扑学方法：把实体抽象成与其大小、形状无关的关的关的关的“点点点点”，而把连接实体的线路抽象成，而把连接实体的线路抽象成，而把连接实体的线路抽象成，而把连接实体的线路抽象成“线线线线”，进而以图的形式来表示这些点与线之间关，进而以图的形式来表示这些点与线之间关，进而以图的形式来表示这些点与线之间关，进而以图的形式来表示这些点与线之间关系的方法，其目的在于研究这些点、线之间的系的方法，其目的在于研究这些点、线之间的系的方法，其目的在于研究这些点、线之间的系的方法，其目的在于研究这些点、线之间的相连关系。相连关系。相连关系。相连关系。拓扑结构与几何结构属于两不同的数学概念拓扑结构与几何结构属于两不同的数学概念拓扑结构与几何结构属于两不同的数学概念拓扑结构与几何结构属于两不同的数学概念 在在在在几几几几何何何何结结结结构构构构中中中中，我我我我们们们们要要要要考考考考察察察察的的的的是是是是点点点点、线线线线之之之之间间间间的的的的位位位位置置置置关关关关系系系系，或或或或者者者者说说说说几几几几何何何何结结结结构构构构强强强强调调调调的的的的是是是是点点点点与与与与线线线线所所所所构构构构成成成成的的的的形形形形状状状状及及及及大小；拓扑学关注的是点与线之间的关系。大小；拓扑学关注的是点与线之间的关系。大小；拓扑学关注的是点与线之间的关系。大小；拓扑学关注的是点与线之间的关系。不同的几何结构可以具有相同的拓扑结构。不同的几何结构可以具有相同的拓扑结构。不同的几何结构可以具有相同的拓扑结构。不同的几何结构可以具有相同的拓扑结构。计算机网络拓朴结构计算机网络拓朴结构将通信子网中的将通信子网中的通信处理机、计算机等设备抽通信处理机、计算机等设备抽象成点，把连接这些设备的通信线路抽象成线，象成点，把连接这些设备的通信线路抽象成线，并将由这些点和线所构成的拓扑称为网络拓扑并将由这些点和线所构成的拓扑称为网络拓扑结构。结构。为什么研究网络的拓扑结构而不是几何结构？为什么研究网络的拓扑结构而不是几何结构？网网络络拓拓朴朴结结构构反反映映出出网网络络的的结结构构关关系系，对对于于网网络络的的性性能能、可可靠靠性性以以及及建建设设管管理理成成本本等等都都有有着着重重要要的的影影响响，在在整整个个网网络络设设计计中中占占有有十十分分重重要要的的地地位位，是是网网络络构构建建时首先要考虑的因素之一。时首先要考虑的因素之一。常见的网络拓朴结构常见的网络拓朴结构 总线型总线型 星型星型 树型树型 环型环型 网状型网状型线性总线线性总线(Ethernet)所有节点直接连到一条物理链路上，除此之外节点间不所有节点直接连到一条物理链路上，除此之外节点间不存在任何其他连接。存在任何其他连接。每一个节点可以收到来自其他任何节点所发送的信息每一个节点可以收到来自其他任何节点所发送的信息优点：简单、易于实现优点：简单、易于实现缺点：可靠性和灵活性差缺点：可靠性和灵活性差 、传输延时不确定传输延时不确定 环型结构环型结构(Token-Ring)节点与链路构成了一个闭合环，每个节点只与相邻的两个节点与链路构成了一个闭合环，每个节点只与相邻的两个节点相连。节点相连。每个节点必须将信息转发给下一个相邻的节点。每个节点必须将信息转发给下一个相邻的节点。优点：简单、易于实现，传输延时确定优点：简单、易于实现，传输延时确定。缺点：维护与管理复杂缺点：维护与管理复杂双环双环(FDDI)两个非相连的独立同心环两个非相连的独立同心环主环主环+备用环（同一时刻只有一个环在使用）备用环（同一时刻只有一个环在使用）优点：在单环之上增加了高度的可靠性。优点：在单环之上增加了高度的可靠性。缺点：维护与管理复杂，投资大缺点：维护与管理复杂，投资大星型星型(Ethernet)网络由各节点以中央节点为中心相连接，各节点与中央网络由各节点以中央节点为中心相连接，各节点与中央节点以点对点方式连接。节点以点对点方式连接。节点之间的数据通信要通过中央节点节点之间的数据通信要通过中央节点优点：结构简单，管理方便，可扩充性强，组网容易。优点：结构简单，管理方便，可扩充性强，组网容易。缺点：中心节点成为全网可靠性的关键缺点：中心节点成为全网可靠性的关键扩展星型扩展星型(campus-based)星型结构的重复星型结构的重复(中央星型拓朴上的节点是另一中央星型拓朴上的节点是另一个星型拓朴的中心节点个星型拓朴的中心节点).减少了链路与设备的投资减少了链路与设备的投资优点：在星型的优点之外，更富于层次，从而可优点：在星型的优点之外，更富于层次，从而可隔离某些网络流量隔离某些网络流量层次结构层次结构（LAN/WAN）又称树型结构又称树型结构数据流具有明显的层次性数据流具有明显的层次性 网状结构网状结构（广域网）（广域网）又称无规则型。结点又称无规则型。结点间的连接是任意的，间的连接是任意的，不存在规律。是目前不存在规律。是目前数据的传输有赖于所数据的传输有赖于所采用的网络设备采用的网络设备优点：多条链路提供优点：多条链路提供了冗余连接了冗余连接缺点：结构复杂缺点：结构复杂完全网状结构完全网状结构每一个节点均与其他每一个节点直接相连。每一个节点均与其他每一个节点直接相连。数据的传输有赖于所采用的网络设备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优点：多条链路提供了冗余连接缺点：链路随着节点数目的增加呈指数增长。缺点：链路随着节点数目的增加呈指数增长。主要技术术语主要技术术语计算机网络计算机网络 局域网、城域网、广域网局域网、城域网、广域网通信子网与资源子网通信子网与资源子网资源共享资源共享网络拓朴结构网络拓朴结构 总线型总线型 环型环型 星型星型 树型树型 网状型网状型Homework复习本章内容复习本章内容完成教材第一章的习题与思考题完成教材第一章的习题与思考题预习第预习第2章（计算机网络的体系结构）章（计算机网络的体系结构）为什么要分层？为什么要分层？体系结构中的相关术语和概念体系结构中的相关术语和概念OSI的各层及功能的各层及功能TCP/IP及其与及其与OSI的比较的比较