《計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)》全套PPT電子課件教案-第1章 引論.pptVIP

計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò) 西安交通大學(xué) 計(jì)算機(jī)教學(xué)實(shí)驗(yàn)中心 2012.8 1 教學(xué)內(nèi)容 第1章 引論 第2章 數(shù)據(jù)通信基礎(chǔ)知識(shí) 第3章 計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu) 第4章 計(jì)算機(jī)局域網(wǎng)絡(luò) 第5章 計(jì)算機(jī)廣域網(wǎng)技術(shù) 第6章 網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng) 第7章 常用網(wǎng)絡(luò)設(shè)備 第8章 網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)與因特網(wǎng)基礎(chǔ) 第9章 因特網(wǎng)的應(yīng)用 第10章 網(wǎng)絡(luò)管理與網(wǎng)絡(luò)安全 2 教材 馮博琴主編，計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)（第二版），高等教育出版社，2004.7 授課環(huán)節(jié) 教學(xué)：32學(xué)時(shí) 實(shí)驗(yàn)：16學(xué)時(shí) 考核：平時(shí)25%，實(shí)驗(yàn)15%，期末考試60% 答疑 從 / 進(jìn)入計(jì)教中心主頁(yè)，進(jìn)入后選擇“網(wǎng)絡(luò)課堂”，“討 論答疑室”，再選擇“計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)原理”即可進(jìn)入本課程的網(wǎng)上答疑bbs站。 課件下載 70/teacher/network/計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)ppt_2004 用戶名：student 密碼：ctec 3 作業(yè)提交 每次批改二分之一。按學(xué)號(hào)交：第1次單號(hào) 交，第2次雙號(hào)交，依此類推。 提交方法（以下二種方法均可）： 1）作業(yè)本 2）電子郵件: 要求word文件，附在郵件上，請(qǐng)注明 班 級(jí)、姓名、學(xué)號(hào)。 4 第1章 引論 本章內(nèi)容 計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的產(chǎn)生和發(fā)展 計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的概念 計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的功能 計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的分類 5 1.1 計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的產(chǎn)生和發(fā)展 早期的計(jì)算機(jī)應(yīng)用模式單機(jī) 大、中、小型機(jī)龐大，昂貴，資源無(wú)法共享 分散的計(jì)算機(jī)構(gòu)成了一個(gè)個(gè)的信息“孤島” 計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)生始于1950s，產(chǎn)生的原因： 資源共享的需求（計(jì)算能力、外設(shè)、軟件、數(shù) 據(jù)） 大型項(xiàng)目的合作（進(jìn)行工程項(xiàng)目協(xié)作） 人與人之間的信息溝通（數(shù)據(jù)通信） 6 從體系結(jié)構(gòu)來(lái)觀察，計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的發(fā) 展可分為三個(gè)階段（三代網(wǎng)絡(luò)）： 1. 以主機(jī)為中心的聯(lián)機(jī)終端系統(tǒng) “計(jì)算機(jī)終端”系統(tǒng) 2. 以通信子網(wǎng)為中心的主機(jī)互連 “計(jì)算機(jī)計(jì)算機(jī)”網(wǎng)絡(luò) 3. 體系結(jié)構(gòu)標(biāo)準(zhǔn)化網(wǎng)絡(luò) 層次化結(jié)構(gòu)，并對(duì)每層進(jìn)行了精確定義 7 1.以主機(jī)為中心的聯(lián)機(jī)終端系統(tǒng) 特征：終端(terminal)共享主機(jī)(host)的軟硬件資源 單臺(tái)主機(jī)：執(zhí)行計(jì)算和通信任務(wù) 多臺(tái)終端：執(zhí)行用戶交互 (終端集中器/終端服務(wù)器) 連接方式：本地或遠(yuǎn)程 ts t t t t t t host 通信線路 t 8 例子：飛機(jī)訂票系統(tǒng) host(航空公司總部) terminals(訂票點(diǎn)) 通信線路(電話線路) 缺點(diǎn) 主機(jī)負(fù)荷重?cái)?shù)據(jù)處理通信 線路利用率低 集中控制方式，可靠性低 改進(jìn) 終端集中器(近/遠(yuǎn)距) 前端處理機(jī)（front-end processor, fep）， 將通信任務(wù)從主機(jī)中分離出來(lái) 9 2.以通信子網(wǎng)為中心的主機(jī)互連 特征 多個(gè)終端聯(lián)機(jī)系統(tǒng)互聯(lián)，形成了多主機(jī)互聯(lián)網(wǎng) 絡(luò) 網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)從“主機(jī)終端” 轉(zhuǎn)變?yōu)椤爸鳈C(jī)主機(jī)” host hosthost t t t t t t t t t t 通信線路 10 主機(jī)主機(jī)網(wǎng)絡(luò)的演變 演變階段1 通信任務(wù)從主機(jī)中 分離，由通信控制 處理機(jī)（ccp）完 成 ccp：處理主機(jī)之 間通信任務(wù)的專用 計(jì)算機(jī) ccp ccp host host t t tt t t ccp host tt 11 兩層網(wǎng)絡(luò)概念的出現(xiàn) 由ccp組成的傳輸網(wǎng)絡(luò)通信子網(wǎng)，提供 信息傳輸服務(wù) 建立在通信子網(wǎng)基礎(chǔ)上的主機(jī)集合資源子 網(wǎng)，提供計(jì)算資源 ccp ccp host host t t tt t t ccp host tt t 通信子網(wǎng) 12 兩層網(wǎng)絡(luò)的概念結(jié)構(gòu) c cc h h h 資源子網(wǎng) 通信子網(wǎng) 在通信子網(wǎng)上可有 多個(gè)資源子網(wǎng)，共 享通信子網(wǎng)的服務(wù) h h 13 演變階段2 通信子網(wǎng)規(guī)模逐漸擴(kuò) 大 私有社會(huì)公用 公用數(shù)據(jù)通信網(wǎng) pstn x.25 優(yōu)點(diǎn) 降低用戶系統(tǒng)建設(shè)成本 提高通信線路利用率 兼容性好 公用數(shù)據(jù) 通信網(wǎng) host host t t tt t t host tt t t 14 例子 因特網(wǎng)的前身arpanet 美蘇冷戰(zhàn)時(shí)期由美國(guó)軍方建立的實(shí)驗(yàn)性網(wǎng) 絡(luò) 最初4個(gè)節(jié)點(diǎn)70s的60多個(gè)節(jié)點(diǎn) 地域跨越美洲、歐洲 具有現(xiàn)代網(wǎng)絡(luò)的許多特征，例如： 分組交換 分層次的網(wǎng)絡(luò)體系 較為完善的通信協(xié)議 15 3. 體系結(jié)構(gòu)標(biāo)準(zhǔn)化網(wǎng)絡(luò) 為什么需要標(biāo)準(zhǔn)化？ 不同網(wǎng)絡(luò)設(shè)備之間的兼容性和互操作性是推動(dòng) 網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)的標(biāo)準(zhǔn)化的原動(dòng)力 而兼容性和互操作性的最終目的仍是資源共享 標(biāo)準(zhǔn)化的時(shí)機(jī)？ 先制定標(biāo)準(zhǔn)再開發(fā)還是先開發(fā)再制定標(biāo)準(zhǔn)？ 各廠商、研究機(jī)構(gòu)、大學(xué)在網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、方法、 理論等方面的研究日趨成熟是基礎(chǔ) 16 網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)標(biāo)準(zhǔn)化過(guò)程的演變 廠商標(biāo)準(zhǔn)：ibm-sna，dec-dna等 缺點(diǎn)：適用范圍：兼容性？ 技術(shù)壟斷：競(jìng)爭(zhēng)？ 標(biāo)準(zhǔn)不統(tǒng)一：用戶利益？ 國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)（iso osi/rm） open system interconnection/recommended model(開放系統(tǒng)互聯(lián)參考模型，簡(jiǎn)稱osi參考模型 ) osi參考模型是一種概念上的網(wǎng)絡(luò)模型，規(guī)定了網(wǎng) 絡(luò)體系結(jié)構(gòu)的框架：7個(gè)層次 只說(shuō)明了做什么（what to do）而未規(guī)定怎樣 做（how to do） 太復(fù)雜，幾乎沒(méi)有與之完全符合的網(wǎng)絡(luò) 事實(shí)上的標(biāo)準(zhǔn)：tcp/ip(因特網(wǎng)的骨干協(xié)議) 從體系結(jié)構(gòu)上看，它是osi參考模型的簡(jiǎn)化（4層 ） 17 4.因特網(wǎng)時(shí)代的到來(lái) 因特網(wǎng)的出現(xiàn)標(biāo)志著網(wǎng)絡(luò)時(shí)代的到來(lái) 因特網(wǎng)是全球性的網(wǎng)絡(luò) 豐富的信息和便利的使用是其規(guī)模迅速增 長(zhǎng)的主要驅(qū)動(dòng)力 截止到2000年, internet的規(guī)模為 網(wǎng)絡(luò)數(shù)達(dá)到105數(shù)量級(jí), 主機(jī)數(shù)達(dá)到107數(shù)量級(jí), 用 戶數(shù)108數(shù)量級(jí)，主干速率大于2.5gbit/s 美國(guó)政府資助的“下一代因特網(wǎng)計(jì)劃”目標(biāo) 是 主干網(wǎng)的速率比現(xiàn)在的因特網(wǎng)高1000倍 端到端的速率要達(dá)到100mbit/s10gbit/s 18 1.2 計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的概念 計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)定義的主要觀點(diǎn)： 從應(yīng)用的觀點(diǎn)：以相互共享資源方式連接起 來(lái)，且各自具有獨(dú)立功能的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的集 合。 從物理的觀點(diǎn)：在網(wǎng)絡(luò)協(xié)議的控制下，由若 干臺(tái)計(jì)算機(jī)和數(shù)據(jù)傳輸設(shè)備組成的系統(tǒng)。 觀點(diǎn)3：利用各種通信手段，把地理分散的計(jì) 算機(jī)互聯(lián)起來(lái)，能夠互相通信且共享資源的 系統(tǒng)。 19 歸納與綜合 計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)：相互連接的自治計(jì)算機(jī)的集合 自治：能獨(dú)立運(yùn)行，不依賴于其他計(jì)算機(jī) “主控-從屬”類型的系統(tǒng)是計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)嗎 ？ “主機(jī)-終端”系統(tǒng)（第一代網(wǎng)絡(luò)）呢？ 互連：以任何可能的通信連接方式 有線方式：銅線、光纖 無(wú)線方式：紅外、無(wú)線電（微波）、衛(wèi) 星 通信網(wǎng)絡(luò) 計(jì)算機(jī) 系統(tǒng) 計(jì)算機(jī) 系統(tǒng) 20 計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)與其它類似系統(tǒng)的比較 終端分時(shí)系統(tǒng) 各終端分時(shí)占用主機(jī)資源 終端無(wú)計(jì)算能力，對(duì)主機(jī)的依賴性極強(qiáng) 通信主要采用異步串行連接（本地或遠(yuǎn)程） 多機(jī)系統(tǒng) 緊耦合，主機(jī)間通信多采用共享存儲(chǔ)器、共享 總線等（有的系統(tǒng)也采用高速局域網(wǎng)） 分布式系統(tǒng) 見下頁(yè) 21 計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)與分布式系統(tǒng) 分布式系統(tǒng)的特點(diǎn) 在分布式os統(tǒng)一調(diào)度下，各計(jì)算機(jī) 協(xié)調(diào)工作，共同完成一項(xiàng)任務(wù)，如并 行計(jì)算。 用戶面對(duì)的是一臺(tái)邏輯上的計(jì)算機(jī)， 組成分布式系統(tǒng)的各計(jì)算機(jī)怎樣協(xié)同 工作，對(duì)用戶透明。 用途主要是科學(xué)計(jì)算和事務(wù)處理。 22 計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)與分布式系統(tǒng)（續(xù)） 計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò) 非協(xié)調(diào)性的； 松散耦合的； 各計(jì)算機(jī)對(duì)用戶非透明，用戶必須指定資 源的位置； 用途主要是資源共享。 分布式系統(tǒng)往往是基于計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)來(lái)實(shí)現(xiàn)的 ： 在因特網(wǎng)中，域名服務(wù)系統(tǒng)（dns)是分布式系統(tǒng) 的一項(xiàng)典型的應(yīng)用。 分布式數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)也需要網(wǎng)絡(luò)的支持。 23 1.3 計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)能做什么（功能） 數(shù)據(jù)通信(communication medium) 文件傳輸、ip電話、email、視頻會(huì)議、信息發(fā)布、交 互式娛樂(lè)、音樂(lè) 資源共享(resource sharing) 軟件、硬件、數(shù)據(jù)（數(shù)據(jù)庫(kù)） 提供高可靠性服務(wù)(high reliability) 利用可替代的資源，提供連續(xù)的高可靠服務(wù) 節(jié)省投資(saving money) 替代昂貴的大中型機(jī)系統(tǒng) 分布式處理(distributed processing) 24 1.4 計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的組成 硬件 網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn) 端節(jié)點(diǎn)：計(jì)算機(jī) 中間節(jié)點(diǎn)：交換機(jī)、集中器、復(fù)用器、路由器、中繼 器 通信鏈路：信息傳輸?shù)耐ǖ?物理：傳輸介質(zhì) 邏輯：信道 類比catv的電纜和頻道之間的關(guān)系 軟件 通信軟件（網(wǎng)絡(luò)協(xié)議軟件） 網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng) 網(wǎng)絡(luò)管理/安全控制軟件、網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用軟件 25 1.5 計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的分類 n按地域范圍分類 局域網(wǎng)(local area network ， lan) 范圍：小，20km 傳輸技術(shù)：基帶，10-1000mbps，延遲低，出錯(cuò)率低（10-11 ） 拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)：總線，環(huán) 城域網(wǎng)(metropolitan area network ， man) 范圍：中等，100km 傳輸技術(shù)：寬帶/基帶 拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)：總線 廣域網(wǎng)(wide area network ， wan) 范圍：大，100km 傳輸技術(shù)：寬帶，延遲大，出錯(cuò)率高 拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)：不規(guī)則，點(diǎn)到點(diǎn) 26 n按拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)分類 星形 有一個(gè)中心節(jié)點(diǎn)， 其它節(jié)點(diǎn)與其構(gòu)成 點(diǎn)到點(diǎn)連接 樹形 一個(gè)根結(jié)點(diǎn)、多個(gè) 中間分支節(jié)點(diǎn)和葉 子節(jié)點(diǎn)構(gòu)成 星形拓?fù)?樹形拓?fù)?27 n按拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)（續(xù)） 總線 所有節(jié)點(diǎn)掛接到一 條總線上，廣播式 信道 需要有介質(zhì)訪問(wèn)控 制規(guī)程以防止沖突 環(huán)形 所有節(jié)點(diǎn)連接成一 個(gè)閉合的環(huán)，結(jié)點(diǎn) 之間為點(diǎn)到點(diǎn)連接 總線形拓?fù)?環(huán)形拓?fù)?28 n按拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)分類（續(xù)） 全連接 點(diǎn)到點(diǎn)全連接，連接數(shù) 隨節(jié)點(diǎn)數(shù)的增長(zhǎng)迅速增 長(zhǎng)（n(n-1)/2），使建 造成本大大提高，只適 用于節(jié)點(diǎn)數(shù)很少的廣域 網(wǎng)中 不規(guī)則（網(wǎng)狀） 點(diǎn)到點(diǎn)部分連接，多用 于廣域網(wǎng)，由于連接的 不完全性，需要有交換 節(jié)點(diǎn) 不規(guī)則拓?fù)?全連接拓?fù)?29 30 按通信傳播方式分類： 點(diǎn)對(duì)點(diǎn)傳輸方式的網(wǎng)絡(luò)：由一對(duì)對(duì)機(jī)器 間的多條傳輸鏈路構(gòu)成。 信源與信宿之間的通信需經(jīng)過(guò)一臺(tái)和多臺(tái) 中間設(shè)備進(jìn)行傳輸。 網(wǎng)狀、環(huán)形、樹形、星形 廣播方式網(wǎng)絡(luò)：一臺(tái)計(jì)算機(jī)發(fā)送的信息 可被網(wǎng)絡(luò)上所有的計(jì)算機(jī)接收。 總線形、無(wú)線（微波、衛(wèi)星） 局域網(wǎng)絡(luò)通常使用廣播方式，廣域網(wǎng) 絡(luò)通常使用點(diǎn)對(duì)點(diǎn)方式(也有例外)。 31 數(shù)據(jù)及計(jì)算機(jī)通信術(shù)語(yǔ) 數(shù)據(jù)（data）：傳遞（攜帶）信息的實(shí)體。 信息（information）：數(shù)據(jù)的內(nèi)容或解釋。 信號(hào)（signal）：數(shù)據(jù)的物理量編碼（通常為電 編碼），數(shù)據(jù)以信號(hào)的形式在介質(zhì)中傳播。 模擬信號(hào)、數(shù)字信號(hào) 基帶（base band）、寬帶（broad band） 信道（channel）：傳送信息的線路（或通路） 。 比特（bit）：即一個(gè)二進(jìn)制位。比特率為每秒傳 輸?shù)谋忍財(cái)?shù)（即數(shù)據(jù)傳送速率）。 碼元（code cell）：時(shí)間軸上的一個(gè)信號(hào)編碼單 元。 32 同步脈沖：用于碼元的同步定時(shí)，識(shí)別碼元從何時(shí)開始 同步脈沖也可位于碼元的中部 一個(gè)碼元也可有多個(gè)同步脈沖相對(duì)應(yīng) t 碼元1 碼元2碼元3碼元4碼元5 信號(hào) 同步脈沖 t 33 波特（baud）：碼元傳輸?shù)乃俾蕟挝?。?特率為每秒傳送的碼元數(shù)（即信號(hào)傳送速率 ）。 比特率、波特率和信號(hào)編碼級(jí)數(shù)的關(guān)系如下： rbit = rbaud log2m 上式中： m-信號(hào)的編碼級(jí)數(shù)，rbit-比特率，rbaud-波特率 一個(gè)信號(hào)往往可以攜帶多個(gè)二進(jìn)制位，所以在 固定的信息傳輸速率下，比特率往往大于波特 率。換句話說(shuō)，一個(gè)碼元中可以傳送多個(gè)比特 。 例如：當(dāng)波特率為9600時(shí) 若m=2，數(shù)據(jù)傳輸率為9600b/s 若m=16，數(shù)據(jù)傳輸率為38.4kb/s 34 誤碼率：信道傳輸可靠性指標(biāo)，是一個(gè)概率 值。 信息編碼：將信息用二進(jìn)制數(shù)表示的方法。 例如：ascii編碼、bcd編碼等 數(shù)據(jù)編碼：將數(shù)據(jù)用物理量表示的方法。 例如：字符a的ascii編碼為01000001，其數(shù) 據(jù)編碼可能為 01000001 t 35 帶寬（band width，bw）：信道傳輸能力的度量。 在傳統(tǒng)的通信工程中： bw fmax fmin 單位：赫茲（hz） 在計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)中，用每秒允許傳輸?shù)亩M(jìn)制位數(shù)作為帶 寬的計(jì)量單位。主要單位： b/s ，kb/s，mb/s，gb/s。 例如：傳統(tǒng)以太網(wǎng)理論上每秒可以傳輸一千萬(wàn)比特，它的帶寬 為10mb/s。 時(shí)延（delay）：信息從網(wǎng)絡(luò)的一端傳送到另一端所需的 時(shí)間。 時(shí)延=處理時(shí)延+排隊(duì)時(shí)延 +發(fā)送時(shí)延+傳播時(shí)延 處理時(shí)延=對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理和錯(cuò)誤校驗(yàn)所需的時(shí)間 排隊(duì)時(shí)延=數(shù)據(jù)在中間結(jié)點(diǎn)等待轉(zhuǎn)發(fā)的延遲時(shí)間 發(fā)送時(shí)延=數(shù)據(jù)位數(shù)/信道帶寬 傳播時(shí)延=d/s d:距離，s:介質(zhì)中信號(hào)傳播速度(0.7c) 36 時(shí)延帶寬乘積：某一信道所能容納的比特?cái)?shù) 。 時(shí)延帶寬乘積=帶寬傳播時(shí)延 例如，某信道的時(shí)延帶寬乘積為100萬(wàn)比特，這 意味著第一個(gè)比特到達(dá)目的端時(shí)，源端已發(fā)送 了100萬(wàn)比特。 信道 帶寬 傳播時(shí)延 管道體積=時(shí)延帶寬乘積 37