第1章計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)概述VIP

1、主 編：張 彬 段國云 副主編：杜丹蕾 廖文芳 李婭菲 出版社：中 國 鐵 道 出 版 社 第一章 計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)概述1.1計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的基礎(chǔ)知識(shí)1.2計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的產(chǎn)生和發(fā)展歷程1.3計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)分類1.4計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的性能 1.5計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展趨勢1.1.1 計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的基本概念 對(duì)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的理解主要有三種觀點(diǎn)： 廣義觀點(diǎn)。持此觀點(diǎn)的人認(rèn)為，只要是能實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程信息處理的系統(tǒng)或進(jìn)一步能達(dá)到資 源共享的系統(tǒng)都可以稱為計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)。 資源共享觀點(diǎn)。持此觀點(diǎn)的人認(rèn)為，計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)必須是由具有獨(dú)立功能的計(jì)算機(jī)組成 的、能夠?qū)崿F(xiàn)資源共享的系統(tǒng)。 用戶透明觀點(diǎn)。持此觀點(diǎn)的人認(rèn)為，計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)就是一臺(tái)超級(jí)計(jì)算機(jī)，資源豐富

2、、功能強(qiáng)大，其使用方式對(duì)用戶透明，用戶使用網(wǎng)絡(luò)就像使用單一計(jì)算機(jī)一樣，無須了解網(wǎng)絡(luò)的存在、資源的位置等信息。1.1.2 計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的基本功能 1數(shù)據(jù)交換和通信2資源共享3提高系統(tǒng)的可靠性和可用性4均衡負(fù)荷，相互協(xié)作5分布式網(wǎng)絡(luò)處理6提高系統(tǒng)性能價(jià)格比，易于擴(kuò)充，便于維護(hù)1.1.3 計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的組成1硬件系統(tǒng)組成 （1）網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器 （2）網(wǎng)絡(luò)工作站 （3）網(wǎng)絡(luò)適配器 （4）調(diào)制解調(diào)器 （5）網(wǎng)絡(luò)設(shè)備 （6）傳輸介質(zhì)2軟件系統(tǒng)組成 組成計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的軟件包括網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)軟件和網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用軟件兩大類。 （1）網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)軟件（2）網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用軟件 1.2 計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的產(chǎn)生和發(fā)展歷程計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展主要經(jīng)歷了：面向

3、終端的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)以資源共享為目標(biāo)的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)標(biāo)準(zhǔn)化網(wǎng)絡(luò)三個(gè)階段。 1.2.1 面向終端的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)發(fā)展的第一階段是在 20 世紀(jì) 50 年代。第一代計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)是以單計(jì)算機(jī)為中心的聯(lián)機(jī)系統(tǒng)，又稱為面向終端的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)。它是由一臺(tái)主機(jī)和若干個(gè)終端組成的，主機(jī)是網(wǎng)絡(luò)的中心和控制者，分布在各處的本地或遠(yuǎn)程終端通過公共電話網(wǎng)及相應(yīng)的通信設(shè)備與主機(jī)相連，登錄到主機(jī)上，使用主機(jī)上的資源。1.2.2 以資源共享為目標(biāo)的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)第二階段是 20 世紀(jì) 60 年代中期到 70 年代早期，出現(xiàn)了多臺(tái)計(jì)算機(jī)互連的系統(tǒng)，開創(chuàng)了“計(jì)算機(jī)計(jì)算機(jī)”通信時(shí)代。這是真正意義上的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)，通過通信線路將若干個(gè)獨(dú)立的計(jì)

4、算機(jī)連接起來，為用戶提供服務(wù)，實(shí)現(xiàn)資源共享。美國的 ARPA 網(wǎng)、IBM 的 SNA 網(wǎng)、DEC的 DNA 網(wǎng)都是成功的典例。一個(gè)計(jì)算機(jī)通信網(wǎng)絡(luò)是由資源子網(wǎng)和通信子網(wǎng)構(gòu)成(如下圖) 資源子網(wǎng) 資源子網(wǎng)由各類主機(jī)、終端、其他外圍設(shè)備及各種軟件資源等組成，負(fù)責(zé)全網(wǎng)的數(shù)據(jù)處理 和向網(wǎng)絡(luò)用戶提供網(wǎng)絡(luò)資源以及網(wǎng)絡(luò)服務(wù)。它是計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的外層。 （）主機(jī)（）終端 終端（Terminal）是用戶訪問網(wǎng)絡(luò)的界面裝置。2通信子網(wǎng) 通信子網(wǎng)是由網(wǎng)絡(luò)結(jié)點(diǎn)和通信線路組成的獨(dú)立的數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)，承擔(dān)全網(wǎng)的數(shù)據(jù)傳輸、轉(zhuǎn) 接、加工和變換等通信處理工作，實(shí)現(xiàn)主機(jī)之間的數(shù)據(jù)傳送。它是計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的內(nèi)層。 通常通信子網(wǎng)按功能來分有數(shù)據(jù)

5、交換和數(shù)據(jù)傳輸兩個(gè)部分，硬件部分由通信控制處理機(jī)、 通信線路與其他通信設(shè)備組成。（1）通信控制處理器（Communication Control Processor，CCP）（2）通信線路 （3）其他通信設(shè)備1.2.3 標(biāo)準(zhǔn)化網(wǎng)絡(luò)第三階段是20世紀(jì)70年代中后期以來，出現(xiàn)了第三代計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)，即網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)標(biāo)準(zhǔn)化網(wǎng)絡(luò)。1974年IBM推出了“系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)SNA”，1975年DEC提出了“分布式網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)DNA”。1.國際標(biāo)準(zhǔn)化組織ISO(Internation Standards Organization)于1984年頒布了一個(gè)稱為“開放系統(tǒng)互連參考模型”的國際標(biāo)準(zhǔn)ISO 7498，簡稱O

6、SI/CM。即著名的OSI七層模型。2.Internet是從ARPANET逐步發(fā)展而來的，是世界上最大的互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)，稱為“國際互聯(lián)網(wǎng)”或“因特網(wǎng)”，它使用的是TCP/IP協(xié)議。1.2.4 計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展歷程 我國互聯(lián)網(wǎng)發(fā)展的歷程，我們可以將其劃分為以下幾個(gè)重要節(jié)點(diǎn)：1鐵道部在1980年即開始進(jìn)行計(jì)算機(jī)聯(lián)網(wǎng)實(shí)驗(yàn)。然后，從1987年9月20日錢天白教授發(fā)出第一封E-mail開始，到1994年4月20日NCFG正式連入Internet這段時(shí)間里，中國的互聯(lián)網(wǎng)在艱苦地孕育著。2從1994-1997年11月中國互聯(lián)網(wǎng)信息中心發(fā)布第一次中國Internet發(fā)展?fàn)顩r統(tǒng)計(jì)報(bào)告3中國互聯(lián)網(wǎng)元年-1997年。雖然

7、1994年中國就開通了互聯(lián)網(wǎng)，但互聯(lián)網(wǎng)真正進(jìn)入尋常百姓家，并開始飛躍式的發(fā)展，是在1997年，那一年，稱得上是中國互聯(lián)網(wǎng)元年。4電子郵件、即時(shí)通訊、聊天室時(shí)代。5中國網(wǎng)游元年-2002年。6中國博客元年-2005年。7中國SNS（全稱Social Network Site，即“社交網(wǎng)站”或“社交網(wǎng)”）元年-2008年。8中國微博元年-2010年。9現(xiàn)在，屬于移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)的天下。1.3計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)分類計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)可以按不同的方法進(jìn)行分類，常用的分類方法有：按網(wǎng)絡(luò)覆蓋的地理范圍分類、按網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)分類、按網(wǎng)絡(luò)協(xié)議分類、按傳輸介質(zhì)分類、按所使用的網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)分類和按傳輸技術(shù)分類。1.3.1按網(wǎng)絡(luò)覆蓋的地

8、理范圍分類1局域網(wǎng) (LAN)2城域網(wǎng)(MAN)3廣域網(wǎng)(WAN)1.3.2 按網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)分類按網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，可以將網(wǎng)絡(luò)分為：總線型網(wǎng)絡(luò)、環(huán)型網(wǎng)絡(luò)、星型網(wǎng)絡(luò)、樹型網(wǎng)絡(luò)、網(wǎng)狀型網(wǎng)絡(luò)和混合型網(wǎng)絡(luò)。混合型結(jié)構(gòu)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)如圖1-3-2所示。1.3.3按網(wǎng)絡(luò)協(xié)議分類 根據(jù)使用的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議，可以將網(wǎng)絡(luò)分為：使用IEEE803.2標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議的以太網(wǎng)（Ethernet）；使用IEEE802.5標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議的令牌環(huán)網(wǎng)（Token Ring）；另外還有FDDI網(wǎng)、ATM網(wǎng)、X.25網(wǎng)、TCP/IP網(wǎng)等。1.3.4按傳輸介質(zhì)分類根據(jù)網(wǎng)絡(luò)使用的傳輸介質(zhì)，可以將網(wǎng)絡(luò)分為以下兩種：1有線網(wǎng)采用雙絞線、同軸電纜、光纖等物理介質(zhì)

9、來進(jìn)行傳輸數(shù)據(jù)的網(wǎng)絡(luò)。2無線網(wǎng)絡(luò)1.3.5按傳播技術(shù)分類 根據(jù)所使用的傳輸技術(shù)，可以將網(wǎng)絡(luò)分為：廣播式網(wǎng)絡(luò)和點(diǎn)到點(diǎn)網(wǎng)絡(luò)。1.3.6按網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)分類根據(jù)使用的網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)，可以將網(wǎng)絡(luò)分為：Novell Netware 網(wǎng)、UNIX網(wǎng)、Linux網(wǎng)、Windows NT網(wǎng)等。1.4計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的性能 性能指標(biāo)從不同的方面來度量計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的性能。1速率比特（bit）是計(jì)算機(jī)中數(shù)據(jù)量的單位，也是信息論中使用的信息量的單位2帶寬“帶寬”（bandwidth）有以下兩種不同的意義：（1）帶寬本來是指某個(gè)信號(hào)具有的頻帶寬度。信號(hào)的帶寬是指該信號(hào)所包含的各種不同頻率成份所占據(jù)的頻率范圍（2）在計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)中，帶

10、寬用來表示網(wǎng)絡(luò)的通信線路所能傳送數(shù)據(jù)的能力，因此網(wǎng)絡(luò)帶寬表示在單位時(shí)間內(nèi)從網(wǎng)絡(luò)中的某一點(diǎn)到另一點(diǎn)所能通過的“最高數(shù)據(jù)率”。3吞吐量吞吐量（throughput）表示在單位時(shí)間內(nèi)通過某個(gè)網(wǎng)絡(luò)（或信道、接口）的數(shù)據(jù)量。1.4.1計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的性能指標(biāo)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的性能指標(biāo) 1.4.1計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的性能指標(biāo) 4時(shí)延時(shí)延（delay 或latency）是指數(shù)據(jù)（一個(gè)報(bào)文或分組，甚至比特）從網(wǎng)絡(luò)（或鏈路）的一端傳送到另一端所需的時(shí)間。網(wǎng)絡(luò)中的時(shí)延是由以下幾個(gè)不同的部分組成的：（1）發(fā)送時(shí)延：發(fā)送時(shí)延（transmission delay）是主機(jī)或路由器發(fā)送數(shù)據(jù)幀所需要的時(shí)間，也就是從發(fā)送數(shù)據(jù)幀的第一比特算起，

11、到該幀的最后一個(gè)比特發(fā)送完畢所需的時(shí)間。因此發(fā)送時(shí)延也叫做傳輸時(shí)延。發(fā)送時(shí)延的計(jì)算公式是：對(duì)于一定的網(wǎng)絡(luò)，發(fā)送時(shí)延并非固定不變，而是與發(fā)送的幀長（單位是比特）成正比，與發(fā)送速率成反比。（2）傳播時(shí)延：傳播時(shí)延（propagation delay）是電磁波在信道中傳播一定的距離需要花費(fèi)的時(shí)間。傳播時(shí)延的計(jì)算公式是：(b/s)(b)發(fā)送速率數(shù)據(jù)幀長度發(fā)送時(shí)延 (m/s)(m)速率電磁波在信道上的傳播信道長度傳播時(shí)延 1.4.1計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的性能指標(biāo)（3）處理時(shí)延：主機(jī)或路由器在收到分組時(shí)要花費(fèi)一定的時(shí)間進(jìn)行處理而產(chǎn)生了處理時(shí)延。（4）排隊(duì)時(shí)延：分組在經(jīng)過網(wǎng)絡(luò)傳輸時(shí)，要經(jīng)過很多的路由器。在輸入隊(duì)列中排

12、隊(duì)等待處理產(chǎn)生的時(shí)延數(shù)據(jù)在網(wǎng)絡(luò)中經(jīng)歷的總時(shí)延就是以上四種時(shí)延之和：總時(shí)延=發(fā)送時(shí)延+傳播時(shí)延+處理時(shí)延+排隊(duì)時(shí)延4時(shí)延1.4.1計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的性能指標(biāo)5時(shí)延帶寬積把以上討論的網(wǎng)絡(luò)性能的兩個(gè)度量傳播時(shí)延和帶寬相乘，就得到另一個(gè)很有用的度量：傳播時(shí)延帶寬積，即時(shí)延帶寬積=傳播時(shí)延帶寬6往返時(shí)間RTT在計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)中，往返時(shí)間RTT（Round-Trip Time）也是一個(gè)重要的性能指標(biāo)，它表示從發(fā)送方發(fā)送數(shù)據(jù)開始，到發(fā)送方收到來自接收方的確認(rèn)（接收方收到數(shù)據(jù)后便立即發(fā)送確認(rèn)），總共經(jīng)歷的時(shí)間。7利用率利用率有信道利用率和網(wǎng)絡(luò)利用率兩種。信道利用率指出某信道有百分之幾的時(shí)間是被利用的（有數(shù)據(jù)通過）。完全

13、空閑的信道的利用率是零。網(wǎng)絡(luò)利用率則是全網(wǎng)絡(luò)的信道利用率的加權(quán)平均值。8誤碼率數(shù)據(jù)在信道中傳輸時(shí)，受到各種因素的影響，傳遞的信息不可能完全正確，總會(huì)有一定的差錯(cuò)出現(xiàn)，通常把信號(hào)傳輸中的錯(cuò)誤率稱為誤碼率，它是衡量差錯(cuò)的標(biāo)準(zhǔn)。誤碼率=接收的錯(cuò)誤比特?cái)?shù)/傳輸?shù)目偙忍財(cái)?shù)1.4.2計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的非性能特征計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)還有一些非性能特征也很重要。這些非性能特征與前面介紹的性能指標(biāo)有很大的關(guān)系。1費(fèi)用2質(zhì)量3標(biāo)準(zhǔn)化4可靠性5可擴(kuò)展性和升級(jí)性6易于管理和維修1.5計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展趨勢1.5.1計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)發(fā)展現(xiàn)狀1.光通信技術(shù)的普及2.全球范圍內(nèi)移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)的開發(fā)和應(yīng)用3.多媒體技術(shù)的快速發(fā)展1.5.2計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展方向1寬帶化2移動(dòng)互聯(lián)3具有共通性的系統(tǒng)融合趨勢明顯4無線網(wǎng)絡(luò)進(jìn)一步變革和應(yīng)用推廣5移動(dòng)互聯(lián)的進(jìn)一步發(fā)展小結(jié)本章通過對(duì)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)發(fā)展歷程的回顧，介紹了計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的基礎(chǔ)知識(shí)。通過計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)可以實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)交換和通信、資源共享、提高系統(tǒng)的可靠性和可用性等功能。計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)是由硬件系統(tǒng)和軟件系統(tǒng)組成的。計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)分類方法繁多，幾種典型的網(wǎng)絡(luò)是局域網(wǎng)、城域網(wǎng)、廣域網(wǎng)等。通常我們通過速率、