第1章-計算機網(wǎng)絡概論

計算機網(wǎng)絡教程

計算機網(wǎng)絡教程周建華第1章計算機網(wǎng)絡概論作業(yè):24-25頁一二、3,5,7三、1,2,6四、3,8計算機網(wǎng)絡教程周建華本章學習要求：了解：計算機網(wǎng)絡的形成與發(fā)展掌握：計算機網(wǎng)絡的定義掌握：計算機網(wǎng)絡的拓撲構型掌握：計算機網(wǎng)絡的分類方法了解：典型的計算機網(wǎng)絡了解：公共數(shù)據(jù)網(wǎng)的發(fā)展了解：計算機網(wǎng)絡應用的主要領域了解：計算機網(wǎng)絡應用帶來的社會問題計算機網(wǎng)絡教程周建華1.1計算機網(wǎng)絡的形成與發(fā)展

1.1.1計算機網(wǎng)絡發(fā)展階段的劃分

第一階段：20世紀50年代數(shù)據(jù)通信技術的研究與發(fā)展第二階段：20世紀60年代ARPANET與分組交換技術的研究與發(fā)展第三階段：20世紀70年代網(wǎng)絡體系結構與協(xié)議標準化的研究廣域網(wǎng)、局域網(wǎng)與公用分組交換網(wǎng)的研究與應用第四階段：20世紀90年代Internet技術的廣泛應用網(wǎng)絡計算技術的研究與發(fā)展寬帶城域網(wǎng)與接入網(wǎng)技術的研究與發(fā)展網(wǎng)絡與信息安全技術的研究與發(fā)展

1.1.2計算機網(wǎng)絡的形成

1946年世界上第一臺電子數(shù)字計算機ENIAC誕生時，計算機技術與通信技術并沒有直接的聯(lián)系；20世紀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與通信技術相結合的嘗試；隨著計算機應用的發(fā)展，出現(xiàn)多臺計算機互連的需求，網(wǎng)絡用戶希望通過網(wǎng)絡實現(xiàn)計算機資源共享的目的；典型的研究成果是ARPANET網(wǎng)。

計算機網(wǎng)絡教程周建華1.1.3網(wǎng)絡體系結構與協(xié)議標準化的研究一些大的計算機公司紛紛提出了各種網(wǎng)絡體系結構與網(wǎng)絡協(xié)議；國際標準化組織（ISO）成立專門委員會研究網(wǎng)絡體系結構與網(wǎng)絡協(xié)議國際標準化問題；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)議標準；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的發(fā)展，Internet的發(fā)展又進一步擴大了TCP/IP協(xié)議的影響。計算機網(wǎng)絡教程周建華1.1.4Internet的應用與網(wǎng)絡計算技術發(fā)展Internet的廣泛應用促進了電子商務、電子政務、遠程教育、遠程醫(yī)療、分布式計算與視頻點播的發(fā)展；高速局網(wǎng)絡技術發(fā)展迅速，F(xiàn)astEthernet、GigabitEthernet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技術的寬帶城域網(wǎng)與寬帶接入網(wǎng)技術已經(jīng)成為研究、應用與產(chǎn)業(yè)發(fā)展的熱點問題之一；網(wǎng)絡計算技術已經(jīng)成為重要的網(wǎng)絡應用與研究領域。計算機網(wǎng)絡教程周建華1.1.5寬帶網(wǎng)絡與全光網(wǎng)絡技術的研究與發(fā)展

很多國家的政府與企業(yè)投入巨額資金，把寬帶網(wǎng)絡作為戰(zhàn)略產(chǎn)業(yè)來發(fā)展；寬帶網(wǎng)絡在基礎設施、網(wǎng)絡產(chǎn)品、信息服務等多個層面上提供了巨大的市場機會，為新的網(wǎng)絡服務運營商提供了發(fā)展的空間，從而也帶動了網(wǎng)絡產(chǎn)業(yè)的結構調整；寬帶網(wǎng)絡建設的兩個關鍵是寬帶骨干網(wǎng)技術和寬帶接入網(wǎng)技術的發(fā)展；全光網(wǎng)會給未來通信網(wǎng)的寬帶、容量帶來更大地發(fā)展空間。計算機網(wǎng)絡教程周建華1.2計算機網(wǎng)絡的定義1.2.1計算機網(wǎng)絡定義的基本內(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)”；連網(wǎng)計算機在通信過程中必須遵循相同的網(wǎng)絡協(xié)議。計算機網(wǎng)絡教程周建華1.2.2計算機網(wǎng)絡與分布式計算機系統(tǒng)的區(qū)別分布式計算機系統(tǒng)中“存在著一個能為用戶自動管理資源的網(wǎng)絡操作系統(tǒng)，由它調用完成用戶任務所需要的資源，而整個網(wǎng)絡像一個大的計算機系統(tǒng)一樣對用戶是透明的?！?/p>

計算機網(wǎng)絡為分布式系統(tǒng)的研究提供了技術基礎，而分布式系統(tǒng)是計算機網(wǎng)絡技術發(fā)展的高級階段。

計算機網(wǎng)絡教程周建華1.2.3現(xiàn)代網(wǎng)絡結構的特點

早期計算機網(wǎng)絡結構：從邏輯功能上可以分為資源子網(wǎng)和通信子網(wǎng)等兩個部分。

計算機網(wǎng)絡教程周建華現(xiàn)代網(wǎng)絡結構的變化隨著微型計算機的廣泛應用，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Internet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、層次結構的互聯(lián)網(wǎng)絡。

計算機網(wǎng)絡教程周建華Internet結構示意圖

計算機網(wǎng)絡教程周建華1.3計算機網(wǎng)絡的拓撲構型1.3.1計算機網(wǎng)絡拓撲的定義拓撲學是幾何學的一個分支，是從圖論演變而來。拓撲學首先把實體抽象成與其大小、形狀無關的點，將連接實體的線路抽象成線，進而研究了點、線、面之間的關系;計算機網(wǎng)絡拓撲是通過網(wǎng)中結點與通信線路之間的幾何關系表示網(wǎng)絡結構，反映出網(wǎng)絡中各實體間的結構關系;計算機網(wǎng)絡拓撲主要是指通信子網(wǎng)的拓撲構型;拓撲設計對網(wǎng)絡性能、系統(tǒng)可靠性與通信費用都有重大影響。計算機網(wǎng)絡教程周建華1.3.2計算機網(wǎng)絡拓撲的分類網(wǎng)絡拓撲方法：根據(jù)通信子網(wǎng)中通信信道類型分類；通信信道類型：廣播信道與點-點線路；在采用廣播信道通信子網(wǎng)中，一個公共的通信信道被多個網(wǎng)絡結點共享；廣播信道通信子網(wǎng)的基本拓撲構型：總線型樹型環(huán)型無線通信與衛(wèi)星通信型計算機網(wǎng)絡教程周建華在采用點-點線路的通信子網(wǎng)中，每條物理線路連接一對結點；點-點線路的通信子網(wǎng)基本拓撲構型有：星型環(huán)型樹型網(wǎng)狀型計算機網(wǎng)絡教程周建華計算機網(wǎng)絡拓撲結構計算機網(wǎng)絡教程周建華1.4計算機網(wǎng)絡的分類計算機網(wǎng)絡的分類方法主要的是以下兩種：根據(jù)網(wǎng)絡所使用的傳輸技術分類根據(jù)網(wǎng)絡的覆蓋范圍與規(guī)模分類

計算機網(wǎng)絡教程周建華1.4.1根據(jù)網(wǎng)絡傳輸技術進行分類通信信道的類型有兩類：廣播通信信道點-點通信信道相應的計算機網(wǎng)絡也可以分為兩類：廣播式網(wǎng)絡（BroadcastNetworks）點-點式網(wǎng)絡（Point-to-PointNetworks）

計算機網(wǎng)絡教程周建華1.4.2根據(jù)網(wǎng)絡覆蓋范圍進行分類

按覆蓋的地理范圍分類，計算機網(wǎng)絡可以分為三類：局域網(wǎng)（LAN，LocalAreaNetwork）城域網(wǎng)（MAN，MetropolitanAreaNetwork）廣域網(wǎng)（WAN，WideAreaNetwork）計算機網(wǎng)絡教程周建華局域網(wǎng)的技術特點覆蓋有限的地理范圍，它適用于公司、機關、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備連網(wǎng)的需求；提供高數(shù)據(jù)傳輸速率（10Mbps～10Gbps）、低誤碼率的高質量數(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；從介質訪問控制方法的角度，局域網(wǎng)可分為共享介質式局域網(wǎng)與交換式局域網(wǎng)兩類。計算機網(wǎng)絡教程周建華城域網(wǎng)的技術特點城域網(wǎng)是介于廣域網(wǎng)與局域網(wǎng)之間的一種高速網(wǎng)絡；城域網(wǎng)設計的目標是要滿足幾十公里范圍內(nèi)的大量企業(yè)、機關、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)在技術上與局域網(wǎng)相似。計算機網(wǎng)絡教程周建華廣域網(wǎng)的技術特點廣域網(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；通信子網(wǎng)主要使用分組交換技術；它將分布在不同地區(qū)的計算機系統(tǒng)互連起來，達到資源共享的目的。計算機網(wǎng)絡教程周建華1.5典型計算機網(wǎng)絡1.5.1ARPANET1969年11月，實驗性的ARPANET開通；1975年，ARPANET已經(jīng)連入了100多臺主機，并且結束了網(wǎng)絡實驗階段，移交美國國防部國防通信局正式運行；1983年1月，ARPANET向TCP/IP的轉換結束；80年代中期，ARPANET成為Internet的主干網(wǎng)；1990年，ARPANET退役。ARPANET對網(wǎng)絡的產(chǎn)生與發(fā)展起了重要的影響。

計算機網(wǎng)絡教程周建華1969年12月的ARPAnet計算機網(wǎng)絡教程周建華ARPAnet前三年的發(fā)展1969.111972.91972.41970.71971.3計算機網(wǎng)絡教程周建華1.5.2NSFNET

1984年，美國科學基金會(NSF)決定組建NSFNET；NSFNET采取的是一種層次型結構，分為主干網(wǎng)、地區(qū)網(wǎng)與校園網(wǎng)(使用TCP/IP,主要提供郵件服務)；1990年，NSFNET主干網(wǎng)的傳輸速率為44.746Mbps；1995年4月1日，NSF和MCI合作創(chuàng)建了美國高級網(wǎng)絡與服務公司；計算機網(wǎng)絡教程周建華1.5.3Internet

80年代中期人們開始認識到Internet的重要作用；90年代是Internet歷史上發(fā)展的最快的時期(開始進入商業(yè)應用)；Internet應用主要有E-mail、WWW、Telnet、FTP與Usenet等，隨著Internet規(guī)模和用戶的不斷增長，Internet上的應用領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)絡結構角度看，Internet是一個由路由器互聯(lián)起來的大型網(wǎng)際網(wǎng)。Internet的應用領域已遠遠超出當初設計人員的想像計算機網(wǎng)絡教程周建華中國Internet的發(fā)展(初期)1987年9月20日，錢天白教授通過X.25網(wǎng)絡，速率為300bps，從中國向Internet發(fā)出了第一封電子郵件：“AcrosstheGreatWall,ReachtheWorld”。中國科學院高能物理研究所于1988年和1991年通過X.25連通歐洲和美國。1989年5月，CRN（中國研究網(wǎng)）通過X.25網(wǎng)與德國聯(lián)網(wǎng)。1989年9月，開始建設中關村地區(qū)教育與科研示范網(wǎng)絡（NCFC），1992年建成院校網(wǎng)，1993年12月完成主干互聯(lián)。1990年10月，錢天白教授代表中國注冊登記了我國的頂級域名CN。1994年4月20日，NCFC工程通過美國Sprint公司連入Internet的64K國際專線開通，實現(xiàn)了與Internet的全功能連接，中國成為直接接入Internet的國家。計算機網(wǎng)絡教程周建華中國各互聯(lián)網(wǎng)絡的建立時間1995年4月，CSTNet（中國科技網(wǎng)），國際出口64Kbps。1995年5月，ChinaNet（中國公用計算機互聯(lián)網(wǎng)），國際出口2×64Kbps。1995年11月，CERNet（中國教育科研網(wǎng)），國際出口128Kbps。1996年9月，ChinaGBN（中國金橋網(wǎng)），國際出口256Kbps。1997年，ChinaNet實現(xiàn)與CSTNet、CERNet和ChinaGBN的互連。

1999年4月，UniNet（中國聯(lián)通互聯(lián)網(wǎng)）1999年7月，CNCNet（中國網(wǎng)通）2000年1月，CGWNet（中國長城網(wǎng)）2000年1月，CIETNet（中國對外經(jīng)濟貿(mào)易網(wǎng)）2000年1月，CMNet（中國移動互聯(lián)網(wǎng)）計算機網(wǎng)絡教程周建華國際出入口國際互聯(lián)網(wǎng)絡用戶用戶用戶用戶用戶用戶用戶用戶交換中心接入網(wǎng)接入網(wǎng)接入網(wǎng)接入網(wǎng)接入網(wǎng)接入網(wǎng)接入網(wǎng)接入網(wǎng)291Mbps1999年12月ChinaNetChinaGBNCERNetCSTNet22Mbps8Mbps10Mbps計算機網(wǎng)絡教程周建華ChinaNet主干發(fā)展狀況1996年之前，64Kbps至2Mbps傳輸通道。1997年至1999年，2Mbps至115Mbps通道。2000年到2001年從115Mbps跳到了2.5Gbps。2002年1月11日，中國電信上?！贾?0GIPoverDWDM建成開通，標志著我國因特網(wǎng)骨干傳輸網(wǎng)從2.5G逐步步入10G時代。計算機網(wǎng)絡教程周建華CERNet發(fā)展狀況1995年6月，連接北京、上海、廣州、南京、沈陽、西安、武漢、成都八個城市的主干網(wǎng)DDN信道開通，當時的速率為64Kbps。7月開通到美國的128K國際線路。1996年11月，到美國的國際線路升級到2M。1997年2月，主干DDN線路升級到512K。1997年10月，與ChinaNet建立了256K互聯(lián)線路。1998年11月，開通到加拿大的4M國際線路。1999年1月，主干網(wǎng)升級到2M以上速率。1999年6月，北京地區(qū)網(wǎng)開通155M高速通信線路。1999年9月，北京到廣州、北京到武漢的155M高速通信試驗線路開通。2000年3月，北京至南京、北京至西安155M線路正式開通。CERNet與ChinaNet之間的互聯(lián)速率升至155M。2000年9月，國際信道升至45M。2001年1月，開通了北京－武漢－廣州，武漢－南京－上海沿線4條2.5G和10多條155M高速傳輸信道，有近100所高校通過100兆的高速信道接入CERNet。2001年4月，與ChinaNet互聯(lián)速率提升至2×155M。2001年6月，22個省級節(jié)點與主干網(wǎng)實現(xiàn)155M連接，分別為：天津、太原、石家莊、呼和浩特、杭州、福州、廈門、烏魯木齊、銀川、西寧、蘭州、昆明、貴陽、重慶、深圳、鄭州、長沙、合肥、濟南、大連、長春、哈爾濱。計算機網(wǎng)絡教程周建華1.5.4Internet2

由于Internet的商業(yè)化與業(yè)務量增多，導致網(wǎng)絡整體性能降低；1996年10月，一些大學申請建立Internet2，為其成員組織服務，初始運行速率可達10Gbps；Internet2可以用于多媒體虛擬圖書館、遠程醫(yī)療、遠程教學、視頻會議、視頻點播、天氣預報等領域；Internet2在網(wǎng)絡層運行的是IPv4，同時也支持IPv6業(yè)務，希望形成下一代Internet的技術與標準。

計算機網(wǎng)絡教程周建華1.6公共數(shù)據(jù)網(wǎng)的發(fā)展

公共數(shù)據(jù)網(wǎng)PDN的建設為組建廣域網(wǎng)打下了基礎；研究公共數(shù)據(jù)網(wǎng)的數(shù)據(jù)交換技術需要了解：X.25網(wǎng)幀中繼B-ISDNATM計算機網(wǎng)絡教程周建華1.6.1X.25網(wǎng)

X.25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)(通過分組交換機互連)；制定X.25標準的基礎是傳輸速率低、誤碼率高的通信線路，為了克服通信線路數(shù)據(jù)傳輸質量較差的缺點，X.25標準采用了復雜的差錯控制、流量控制與擁塞控制機制，協(xié)議復雜，工作效率不高；X.25網(wǎng)的傳輸速率一般為64Kbps；X.25標準主要是針對大型機與終端連網(wǎng)。計算機網(wǎng)絡教程周建華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差錯控制機制(由于采用光纖后,誤碼率低)，通信子網(wǎng)中的差錯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X.25網(wǎng)降低一個數(shù)量級，而吞吐量要比X.25網(wǎng)絡提高一個數(shù)量級以上；目前幀中繼網(wǎng)的數(shù)據(jù)傳輸速率一般為1.5Mbps；幀中繼網(wǎng)主要用于局域網(wǎng)之間的互連。

計算機網(wǎng)絡教程周建華1.6.3綜合業(yè)務數(shù)據(jù)網(wǎng)(ISDN)

CCITT提出將語音、數(shù)據(jù)、圖像等業(yè)務綜合在ISDN一個網(wǎng)絡之中；N-ISDN(以電話網(wǎng)為基礎)→BISDN(以光纖為干線+用戶環(huán)路)B-ISDN的目標是將語音、數(shù)據(jù)、靜態(tài)與動態(tài)圖像傳輸，以及N-ISDN提供的所有服務綜合在一個通信網(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。計算機網(wǎng)絡教程周建華從傳統(tǒng)的電信網(wǎng)

向ISDN的發(fā)展

計算機網(wǎng)絡教程周建華1.6.4異步傳輸模式

ATM是一種面向連接的技術；采用小的、固定長度的信元作為數(shù)據(jù)傳輸單元；能夠支持數(shù)字、語音、圖像、視頻等多媒體通信；ATM以統(tǒng)計時分多路復用方式動態(tài)分配網(wǎng)絡帶寬，網(wǎng)絡傳輸延時小，適應實時通信的要求；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)傳輸速率可以在155Mbps～2.4Gbps。計算機網(wǎng)絡教程周建華1.7計算機網(wǎng)絡的應用

1.7.1計算機網(wǎng)絡在單位信息管理中的應用

計算機網(wǎng)絡可以實現(xiàn)資源的共享；計算機網(wǎng)絡可以提高信息系統(tǒng)的可靠性；