第一章 計算機網(wǎng)絡(luò)概論教學(xué)課件

1、內(nèi) 容 大 綱計算機網(wǎng)絡(luò)概論數(shù)據(jù)通信與廣域網(wǎng)技術(shù)網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)與網(wǎng)絡(luò)協(xié)議局域網(wǎng)根本工作原理局域網(wǎng)組網(wǎng)技術(shù)網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)互連技術(shù)Internet根底與應(yīng)用網(wǎng)絡(luò)平安與網(wǎng)絡(luò)管理第1章 計算機網(wǎng)絡(luò)概論本章學(xué)習(xí)要求：了解：計算機網(wǎng)絡(luò)的形成與開展掌握：計算機網(wǎng)絡(luò)的定義掌握：計算機網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)錁?gòu)型 掌握：計算機網(wǎng)絡(luò)的分類方法了解：典型的計算機網(wǎng)絡(luò)了解：公共數(shù)據(jù)網(wǎng)的開展 了解：計算機網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用的主要領(lǐng)域了解：計算機網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用帶來的社會問題1.1 計算機網(wǎng)絡(luò)的形成與開展1.1.1 計算機網(wǎng)絡(luò)開展階段的劃分 第一階段：20世紀(jì)50年代 數(shù)據(jù)通信技術(shù)的研究與開展第二階段：20世紀(jì)60年代 ARPANET與分組交換技術(shù)的研

2、究與開展第三階段：20世紀(jì)70年代 網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)與協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)化的研究 廣域網(wǎng)、局域網(wǎng)與公用分組交換網(wǎng)的研究與應(yīng)用第四階段：20世紀(jì)90年代 Internet技術(shù)的廣泛應(yīng)用 網(wǎng)絡(luò)計算技術(shù)的研究與開展 寬帶城域網(wǎng)與接入網(wǎng)技術(shù)的研究與開展 網(wǎng)絡(luò)與信息平安技術(shù)的研究與開展 1.1.2 計算機網(wǎng)絡(luò)的形成 社會需求與成熟技術(shù)1946年世界上第一臺電子數(shù)字計算機ENIAC誕生時，計算機技術(shù)與通信技術(shù)并沒有直接的聯(lián)系；20世紀(jì)50年代初，由于美國軍方的需要，美國半自動地面防空系統(tǒng)SAGE的研究開始了計算機技術(shù)與通信技術(shù)相結(jié)合的嘗試；隨著計算機應(yīng)用的開展，出現(xiàn)多臺計算機互連的需求，用戶希望通過網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)計算機資源共

3、享的目的；典型的研究成果是ARPANET網(wǎng)。 1.1.3 網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)與協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)化的研究一些大的計算機公司紛紛提出了各種網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)與網(wǎng)絡(luò)協(xié)議；國際標(biāo)準(zhǔn)化組織ISO成立專門委員會研究網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)與網(wǎng)絡(luò)協(xié)議國際標(biāo)準(zhǔn)化問題；ISO正式制訂了開放系統(tǒng)互連參考模型，制訂了一系列的協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)； 在1969年ARPANET的實驗性階段，研究人員就開始了TCP/IP協(xié)議雛形的研究；TCP/IP協(xié)議的成功促進了Internet的開展，Internet的開展又進一步擴大了TCP/IP協(xié)議的影響。1.1.4 Internet的應(yīng)用與網(wǎng)絡(luò)計算技術(shù)開展Internet的廣泛應(yīng)用促進了電子商務(wù)、電子政務(wù)、遠程教育、遠程醫(yī)

4、療、分布式計算與視頻點播的開展；高速局網(wǎng)絡(luò)技術(shù)開展迅速，F(xiàn)ast Ethernet、Gigabit Ethernet已開始進入實用階段，速率為10Gbps的Ethernet網(wǎng)正在研究之中；基于光纖與IP技術(shù)的寬帶城域網(wǎng)與寬帶接入網(wǎng)技術(shù)已經(jīng)成為研究、應(yīng)用與產(chǎn)業(yè)開展的熱點問題之一； 網(wǎng)絡(luò)計算技術(shù)已經(jīng)成為重要的網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用與研究領(lǐng)域。1.2 計算機網(wǎng)絡(luò)的定義 1.2.1 計算機網(wǎng)絡(luò)定義的根本內(nèi)容 資源共享觀點的定義：以能夠相互共享資源的方式互連起來的自治計算機系統(tǒng)的集合。網(wǎng)絡(luò)建立的主要目的是實現(xiàn)計算機資源的共享；互連的計算機是分布在不同地理位置的多臺獨立的“自治計算機系統(tǒng)； 聯(lián)網(wǎng)計算機在通信過程中必須遵

5、循相同的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議。計算機網(wǎng)絡(luò)：計算機網(wǎng)絡(luò)是利用通信設(shè)備和線路將分布在不同地點、功能獨立的多個計算機互連起來，通過功能完善的網(wǎng)絡(luò)軟件，實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)中資源共享和信息傳遞的系統(tǒng)。1.2.3 現(xiàn)代網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的特點 早期計算機網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)：從邏輯功能上可以分為資源子網(wǎng)和通信子網(wǎng)等兩個局部。 通信子網(wǎng)資源子網(wǎng)CCPCCPCCPCCPCCPCCP主機主機主機終端終端終端負(fù)責(zé)全網(wǎng)的數(shù)據(jù)處理業(yè)務(wù)，向網(wǎng)絡(luò)用戶提供各種網(wǎng)絡(luò)資源與網(wǎng)絡(luò)效勞負(fù)責(zé)完成網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)傳輸、轉(zhuǎn)發(fā)等通信處理任務(wù)現(xiàn)代網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的變化隨著微型計算機的廣泛應(yīng)用，大量的微型計算機是通過局域網(wǎng)連入廣域網(wǎng)，而局域網(wǎng)與廣域網(wǎng)、廣域網(wǎng)與廣域網(wǎng)的互連是通過路由器實現(xiàn)的；在Inte

6、rnet中，用戶計算機需要通過校園網(wǎng)、企業(yè)網(wǎng)或ISP聯(lián)入地區(qū)主干網(wǎng)，地區(qū)主干網(wǎng)通過國家主干網(wǎng)聯(lián)入國家間的高速主干網(wǎng)，這樣就形成一種由路由器互聯(lián)的大型、層次結(jié)構(gòu)的互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)。 Internet結(jié)構(gòu)示意圖 1.3 計算機網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)錁?gòu)型1.3.1 計算機網(wǎng)絡(luò)拓?fù)涞亩x拓?fù)鋵W(xué)是幾何學(xué)的一個分支，是從圖論演變而來。拓?fù)鋵W(xué)首先把實體抽象成與其大小、形狀無關(guān)的點，將連接實體的線路抽象成線，進而研究了點、線、面之間的關(guān)系;計算機網(wǎng)絡(luò)拓?fù)涫峭ㄟ^網(wǎng)中結(jié)點與通信線路之間的幾何關(guān)系表示網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，反映出網(wǎng)絡(luò)中各實體間的結(jié)構(gòu)關(guān)系;計算機網(wǎng)絡(luò)拓?fù)渲饕侵竿ㄐ抛泳W(wǎng)的拓?fù)錁?gòu)型; 拓?fù)湓O(shè)計對網(wǎng)絡(luò)性能、系統(tǒng)可靠性與通信費用都有重大影

7、響?？偩€型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)1.3.2 計算機網(wǎng)絡(luò)拓?fù)涞姆诸惥W(wǎng)絡(luò)拓?fù)浞椒ǎ焊鶕?jù)通信子網(wǎng)中通信信道類型分類； 通信信道類型：播送信道與點-點線路；在采用播送信道通信子網(wǎng)中，一個公共的通信信道被 多個網(wǎng)絡(luò)結(jié)點共享；播送信道通信子網(wǎng)的根本拓?fù)錁?gòu)型： 總線型 樹型 環(huán)型 無線通信與衛(wèi)星通信型在采用點-點線路的通信子網(wǎng)中，每條物理線路連接一對結(jié)點；點-點線路的通信子網(wǎng)根本拓?fù)錁?gòu)型有： 星型 環(huán)型 樹型 網(wǎng)狀型總線型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)中央結(jié)點控制全網(wǎng)的通信，其他計算機通過通信線路點對點地與中央結(jié)點相連接。結(jié)構(gòu)簡單，易于實現(xiàn)，便于管理。對中央結(jié)點要求較高，對其他聯(lián)網(wǎng)計算機要求不高。某個結(jié)點故障不會影響全網(wǎng)，網(wǎng)絡(luò)故障檢測容易，但

8、中央結(jié)點發(fā)生故障，全網(wǎng)癱瘓。星型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)中央結(jié)點控制全網(wǎng)的通信，其他計算機通過通信線路點對點地與中央結(jié)點相連接。結(jié)構(gòu)簡單，易于實現(xiàn)，便于管理。對中央結(jié)點要求較高，對其他聯(lián)網(wǎng)計算機要求不高。某個結(jié)點故障不會影響全網(wǎng)，網(wǎng)絡(luò)故障檢測容易，但中央結(jié)點發(fā)生故障，全網(wǎng)癱瘓。環(huán)型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)結(jié)點通過點對點通信線路連接成閉合環(huán)路，環(huán)中數(shù)據(jù)沿一個方向逐站傳送。結(jié)構(gòu)簡單，傳輸延時確定。沒有中心控制點，每臺計算機都需要具有網(wǎng)絡(luò)控制能力。任何一個結(jié)點故障都會引起全網(wǎng)的癱瘓，故障檢測困難。環(huán)維護工作比較復(fù)雜，結(jié)點的參加和撤出過程比較復(fù)雜。樹型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)結(jié)點按層次進行連接，信息交換在上、下層結(jié)點之間進行，相鄰及同層結(jié)點之間一般

9、不進行信息交換或信息交換量小。屬性拓?fù)淇梢钥闯墒切切屯負(fù)涞囊环N擴展。適用于聚集信息的應(yīng)用要求。主要用于局域網(wǎng)開展早期。網(wǎng)狀拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)又稱為無規(guī)那么型。結(jié)點之間的連接是任意的，沒有規(guī)律。系統(tǒng)可靠性高。結(jié)構(gòu)復(fù)雜，必須采用路由選擇算法與流量控制方法。實際應(yīng)用的廣域網(wǎng)，根本上都采用網(wǎng)狀拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。1.4 計算機網(wǎng)絡(luò)的分類計算機網(wǎng)絡(luò)的分類方法主要的是以下兩種：根據(jù)網(wǎng)絡(luò)所使用的傳輸技術(shù)分類根據(jù)網(wǎng)絡(luò)的覆蓋范圍與規(guī)模分類 1.4.1 根據(jù)網(wǎng)絡(luò)傳輸技術(shù)進行分類通信信道的類型有兩類： 播送通信信道 點-點通信信道相應(yīng)的計算機網(wǎng)絡(luò)也可以分為兩類： 播送式網(wǎng)絡(luò)Broadcast Networks 點-點式網(wǎng)絡(luò)Point-

10、to-Point Networks 1.4.2 根據(jù)網(wǎng)絡(luò)覆蓋范圍進行分類 按覆蓋的地理范圍分類，計算機網(wǎng)絡(luò)可以分為三類： 局域網(wǎng)LAN，Local Area Network城域網(wǎng)MAN，Metropolitan Area Network廣域網(wǎng)WAN，Wide Area Network局域網(wǎng)的技術(shù)特點覆蓋有限的地理范圍，它適用于公司、機關(guān)、校園、工廠等有限范圍內(nèi)的計算機、終端與各類信息處理設(shè)備連網(wǎng)的需求；提供高數(shù)據(jù)傳輸速率10Mbps10Gbps、低誤碼率的高質(zhì)量數(shù)據(jù)傳輸環(huán)境；一般屬于一個單位所有，易于建立、維護與擴展；應(yīng)用日益廣泛，是計算機網(wǎng)絡(luò)中最活潑的領(lǐng)域之一。從介質(zhì)訪問控制方法的角度，局域

11、網(wǎng)可分為共享介質(zhì) 式局域網(wǎng)與交換式局域網(wǎng)兩類。城域網(wǎng)的技術(shù)特點城域網(wǎng)是介于廣域網(wǎng)與局域網(wǎng)之間的一種高速網(wǎng)絡(luò)；城域網(wǎng)設(shè)計的目標(biāo)是要滿足幾十公里范圍內(nèi)的大量企業(yè)、機關(guān)、公司的多個局域網(wǎng)互連的需求；實現(xiàn)大量用戶之間的數(shù)據(jù)、語音、圖形與視頻等多種信息的傳輸功能；城域網(wǎng)在技術(shù)上與局域網(wǎng)相似。廣域網(wǎng)的技術(shù)特點廣域網(wǎng)也稱為遠程網(wǎng)；覆蓋的地理范圍從幾十公里到幾千公里；覆蓋一個國家、地區(qū)，或橫跨幾個洲，形成國際性的遠程網(wǎng)絡(luò)；通信子網(wǎng)主要使用分組交換技術(shù)；它將分布在不同地區(qū)的計算機系統(tǒng)互連起來，到達資源共享的目的。1.5 典型計算機網(wǎng)絡(luò)1.5.1 ARPANET1969年11月，實驗性的ARPANET開通；197

12、5年，ARPANET 已經(jīng)連入了100多臺主機，并且結(jié)束了網(wǎng)絡(luò)實驗階段，移交美國國防部國防通信局正式運行；1983年1月，ARPANET向TCP/IP的轉(zhuǎn)換結(jié)束；80年代中期，ARPANET成為Internet的主干網(wǎng)；1990年，ARPANET退役。 ARPANET對網(wǎng)絡(luò)的產(chǎn)生與開展起了重要的影響。 1.5.2 NSFNET 1984年，NSF決定組建NSFNET；NSFNET采取的是一種層次型結(jié)構(gòu)，分為主干網(wǎng)、地區(qū)網(wǎng)與校園網(wǎng)；1990年，NSFNET主干網(wǎng)的傳輸速率為； 1995年4月1日，NSF和MCI合作創(chuàng)立了NvBSvery high-speed backbone service ；

13、vBNS主干網(wǎng)運行的速率范圍是從622MbpsOC12到4.8G bpsOC48。 1.5.3 Internet 80年代中期人們開始認(rèn)識到Internet的重要作用；90年代是Internet歷史上開展的最快的時期；Internet應(yīng)用主要有E-mail、WWW、Telnet、FTP與Usenet等，隨著Internet規(guī)模和用戶的不斷增長，Internet上的應(yīng)用領(lǐng)域也進一步得到開拓； 從用戶的角度來看，Internet是一個全球范圍的信息資源網(wǎng)；從網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)角度看，Internet是一個由路由器互聯(lián)起來的大型網(wǎng)際網(wǎng)。1.5.4 Internet2 由于Internet的商業(yè)化與業(yè)務(wù)量增多，

14、導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)整體性能降低；1996年10月，一些大學(xué)申請建立Internet2，為其成員組織效勞，初始運行速率可達10Gbps；Internet 2可以用于多媒體虛擬圖書館、遠程醫(yī)療、遠程教學(xué)、視頻會議、視頻點播、天氣預(yù)報等領(lǐng)域；Internet 2在網(wǎng)絡(luò)層運行的是IPv4，同時也支持IPv6業(yè)務(wù)，希望形成下一代Internet的技術(shù)與標(biāo)準(zhǔn)。 1.6 公共數(shù)據(jù)網(wǎng)的開展 公共數(shù)據(jù)網(wǎng)PDN的建設(shè)為組建廣域網(wǎng)打下了根底；研究公共數(shù)據(jù)網(wǎng)的數(shù)據(jù)交換技術(shù)需要了解： 網(wǎng) 幀中繼 B-ISDN ATM網(wǎng) 網(wǎng)是一種典型的公用分組交換網(wǎng)，它是CCITT為廣域網(wǎng)制定的一個公用分組交換網(wǎng)；制定標(biāo)準(zhǔn)的根底是傳輸速率低、誤碼

15、率高的通信線路，為了克服通信線路數(shù)據(jù)傳輸質(zhì)量較差的缺點，標(biāo)準(zhǔn)采用了復(fù)雜的過失控制、流量控制與擁塞控制機制，協(xié)議復(fù)雜，工作效率不高；網(wǎng)的傳輸速率一般為64Kbps；標(biāo)準(zhǔn)主要是針對大型機與終端連網(wǎng) 。1.6.2 幀中繼 幀中繼主要考慮如何減少數(shù)據(jù)幀在通信子網(wǎng)中的開銷，沒有采用流量控制與過失控制機制，通信子網(wǎng)中的過失控制由主機的高層來保證；數(shù)據(jù)幀通過幀中繼網(wǎng)的處理時間可以比通過網(wǎng)降低一個數(shù)量級，而吞吐量要比網(wǎng)絡(luò)提高一個數(shù)量級以上；目前幀中繼網(wǎng)的數(shù)據(jù)傳輸速率一般為；幀中繼網(wǎng)主要用于局域網(wǎng)之間的互連。 1.6.3 綜合業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)網(wǎng) CCITT提出將語音、數(shù)據(jù)、圖像等業(yè)務(wù)綜合在ISDN一個網(wǎng)絡(luò)之中； B-I

16、SDN的目標(biāo)是將語音、數(shù)據(jù)、靜態(tài)與動態(tài)圖像傳輸，以及N-ISDN提供的所有效勞綜合在一個通信網(wǎng)中，覆蓋從低傳輸速率、非實時傳輸要求，到高傳輸速率、實時突發(fā)性等各類傳輸要求；B-ISDN采用異步傳輸模式ATM技術(shù) 。 從傳統(tǒng)的電信網(wǎng)向ISDN的開展 1.6.4 異步傳輸模式 ATM是一種面向連接的技術(shù)；采用小的、固定長度的信元作為數(shù)據(jù)傳輸單元；能夠支持?jǐn)?shù)字、語音、圖像、視頻等多媒體通信；ATM以統(tǒng)計時分多路復(fù)用方式動態(tài)分配網(wǎng)絡(luò)帶寬，網(wǎng)絡(luò)傳輸延時小，適應(yīng)實時通信的要求；ATM沒有鏈路級糾錯與流量控制，協(xié)議簡單，數(shù)據(jù)交換效率高；ATM采用兩級虛電路機制，增加了虛電路分配的靈活性；ATM的數(shù)據(jù)傳輸速率

17、可以在155Mbps。 1.7 計算機網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用 1.7.1 計算機網(wǎng)絡(luò)在單位信息管理中的應(yīng)用 計算機網(wǎng)絡(luò)可以實現(xiàn)資源的共享 ；計算機網(wǎng)絡(luò)可以提高信息系統(tǒng)的可靠性； 計算機網(wǎng)絡(luò)可以節(jié)約資金； 計算機網(wǎng)絡(luò)可以增強信息系統(tǒng)的可擴展性 。1.7.2 計算機網(wǎng)絡(luò)在個人信息效勞中的應(yīng)用 遠程信息訪問 新的通信工具 家庭娛樂 1.8 計算機網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用帶來的社會問題計算機網(wǎng)絡(luò)的廣泛應(yīng)用已經(jīng)對經(jīng)濟、文化、教育、科學(xué)的開展與人類生活質(zhì)量的提高產(chǎn)生了重要影響，同時也不可防止地帶來一些新的社會、道德、政治與法律問題；“網(wǎng)絡(luò)社會中的“道德與“法律，這對于人類是一個新的課題。1.9 小結(jié)計算機網(wǎng)絡(luò)是計算機技術(shù)與通信技術(shù)高度開展、緊密結(jié)合的產(chǎn)物，網(wǎng)絡(luò)技術(shù)對當(dāng)前社會開展產(chǎn)生著重要的影響；當(dāng)前計算機網(wǎng)絡(luò)開展的特點是Internet的廣泛應(yīng)用與高速網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的迅速開展； 從資源共享觀點來看，計算機網(wǎng)絡(luò)是“以能夠相互共享資源的方式互連起來的自治計算機系統(tǒng)的集合；隨著微型計算機和局域網(wǎng)的廣泛應(yīng)用，在現(xiàn)代的廣域網(wǎng)一般是通過路由器將局域