第1章 計算機網絡概論

江西藍天學院計算機網絡技術教程

計算機網絡技術教程

羅少彬編著

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第1計算機網絡概論

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解

了計算機網絡的形成與發(fā)展

握

掌J

V計算機網絡的定義

握

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<二計算機網絡的拓撲構型

握

掌

J

V計算機網絡的分類方法

了典型的計算機網絡

了A

M公共數據網的發(fā)展

了

計算機網絡應用的主要領域

了A

M計算機網絡應用帶來的社會問題

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1.1計算機網絡的形成與發(fā)展

1?1.1計算機網絡發(fā)展階段的劃分

K第一階段：20世紀50年代

數據通信技術的研究與發(fā)展

K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

K第三階段：20世紀70年代

網絡體系結構與協(xié)議標準化的研究

廣域網、局域網與公用分組交換網的研究與應用

K第四階段：20世紀90年代

Internet技術的廣泛應用

網絡計算技術的研究與發(fā)展

寬帶城域網與接入網技術的研究與發(fā)展

網絡與信息安全技術的研究與發(fā)展

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1.1.2計算機網絡的形成

K1946年世界上第一臺電子數字計算機ENIAC誕生時，

計算機技術與通信技術并沒有直接的聯系；

620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；

匕隨著計算機應用的發(fā)展，出現多臺計算機互連的需求，

網絡用戶希望通過網絡實現計算機資源共享的目的；

K典型的研究成果是ARPA網。

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1.1.3網絡體系結構與協(xié)議標準化的研究

K一些大的計算機公司紛紛提出了各種網絡體系結構與

網絡協(xié)議；

K國際標準化組織（ISO）成立專門委員會研究網絡體

系結構與網絡協(xié)議國際標準化問題；

巴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；

K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；

KTCP/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。

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1?1.4Internet的應用與網絡計算技術發(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；

K高速局網絡技術發(fā)展迅速，FastEthernetGigabit

Ethernet已開始進入實用階段，速率為lOGbps的

Ethernet網正在研究之中；

K基于光纖與IP技術的寬帶城域網與寬帶接入網技術已

經成為研究、應用與產業(yè)發(fā)展的熱點問題之一；

K網絡計算技術已經成為重要的網絡應用與研究領域。

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1.1.5寬帶網絡與全光網絡技術的研究與發(fā)展

匕很多國家的政府與企業(yè)投入巨額資金，把寬帶網絡作

為戰(zhàn)略產業(yè)來發(fā)展；

n寬帶網絡在基礎設施、網絡產品、信息服務等多個層

面上提供了巨大的市場機會，為新的網絡服務運營商

提供了發(fā)展的空間，從而也帶動了網絡產業(yè)的結構調

整；

K寬帶網絡建設的兩個關鍵是寬帶骨干網技術和寬帶接

入網技術的發(fā)展；

￡全光網會給未來通信網的寬帶、容量帶來更大地發(fā)展

空間。

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1.2計算機網絡的定義

121計算機網絡定義的基本內容

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。

n網絡建立的主要目的是實現計算機資源的共享；

K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)”；

K連網計算機在通信過程中必須遵循相同的網絡協(xié)議。

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122計算機網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，而整個網絡像一個大的計算機系統(tǒng)一樣對用

戶是透明的?！?/p>

K計算機網絡為分布式系統(tǒng)的研究提供了技術基礎，而

分布式系統(tǒng)是計算機網絡技術發(fā)展的高級階段。

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123現代網絡結構的特點

K早期計算機網絡結構：從邏輯功能上可以分為資源子網和通信子

網等兩個部分。

0?

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現代網絡結構的變化

巴隨著微型計算機的廣泛應用，大量的微型計算機是通

過局域網連入廣域網，而局域網與廣域網、廣域網與

廣域網的互連是通過路由器實現的；

巴在Internet中，用戶計算機需要通過校園網、企業(yè)網或

ISP聯入地區(qū)主干網，地區(qū)主干網通過國家主干網聯入

國家間的高速主干網，這樣就形成一種由路由器互聯

的大型、層次結構的互聯網絡。

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Internet結構示意圖

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1.3計算機網絡的拓撲構型

1.3.1計算機網絡拓撲的定義

K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；

K計算機網絡拓撲是通過網中結點與通信線路之間的幾

何關系表示網絡結構，反映出網絡中各實體間的結構

吳系；

K計算機網絡拓撲主要是指通信子網的拓撲構型；

K拓撲設計對網絡性能、系統(tǒng)可靠性與通信費用都有重

大影響。

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1.3.2計算機網絡拓撲的分類

6網絡拓撲方法:根據通信子網中通信信道類型分類；

￡通信信道類型:廣播信道與點■點線路；

巴在采用廣播信道通信子網中，一個公共的通信信道被

多個網絡結點共享；

n廣播信道通信子網的基本拓撲構型:

總線型

樹型

環(huán)型

無線通信與衛(wèi)星通信型

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匕在采用點.點線路的通信子網中，每條物理線路連接一

對結點；

n點-點線路的通信子網基本拓撲構型有:

星型

環(huán)型

樹型

網狀型

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1.4計算機網絡的分類

計算機網絡的分類方法主要的是以下兩種:

n根據網絡所使用的傳輸技術分類

K根據網絡的覆蓋范圍與規(guī)模分類

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141根據網絡傳輸技術進行分類

K通信信道的類型有兩類:

廣播通信信道

點■點通信信道

K相應的計算機網絡也可以分為兩類:

廣播式網絡(BroadcastNetworks)

點-點式網絡(Point-to-PointNetworks)

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142根據網絡覆蓋范圍進行分類

按覆蓋的地理范圍分類，計算機網絡可以分為三類:

匕局域網(LAN,LocalAreaNetwork)

F!城域網(MAN,MetropolitanAreaNetwork)

匕廣域網(WAN,WideAreaNetwork)

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局域網的技術特點

匕覆蓋有限的地理范圍，它適用于公司、機關、校園、

工廠等有限范圍內的計算機、終端與各類信息處理設

備連網的需求；

K提供高數據傳輸速率(10Mbps~lOGbps)、低誤碼

率的高質量數據傳輸環(huán)境；

巴一般屬于一個單位所有，易于建立、維護與擴展；

巴從介質訪問控制方法的角度，局域網可分為共享介質

式局域網與交換式局域網兩類。

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城域網的技術特點

K城域網是介于廣域網與局域網之間的一種高速網絡；

K城域網設計的目標是要滿足幾十公里范圍內的大量企

業(yè)、機關、公司的多個局域網互連的需求；

K實現大量用戶之間的數據、語音、圖形與視頻等多種

信息的傳輸功能；

K城域網在技術上與局域網相似。

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廣域網的技術特點

K廣域網也稱為遠程網；

K覆蓋的地理范圍從幾十公里到幾千公里；

匕覆蓋一個國家、地區(qū)，或橫跨幾個洲，形成國際性的

遠程網絡；

K通信子網主要使用分組交換技術；

K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。

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1.5典型計算機網絡

151ARPANET

K1969年11月,實驗性的ARPANET開通；

61975年，ARPANET已經連入了100多臺主機，并且結

束了網絡實驗階段，移交美國國防部國防通信局正式

運行；

K1983年1月，ARPANET向TCP/IP的轉換結束；

680年代中期，ARPANET成為Intemet的主干網；

K1990年，ARPANET退役。

ARPANET對網絡的產生與發(fā)展起了重要的影響。

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1.5.2NSFNET

K1984年，NSF決定組建NSFNET;

￡NSFNET采取的是一種層次型結構，分為主干網、地

區(qū)網與校園網；

K1990年，NSFNET主干網的傳輸速率為44.746Mbps;

K1995年4月1日,NSF和MCI合作創(chuàng)建了NvBS(very

high-speedbackboneservice);

KvBNS主干網運行的速率范圍是從622Mb(OC12)

至U4.8Gbps(OC48)o

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1.5.3Internet

K80年代中期人們開始認識到Internet的重要作用；

K90年代是Intemet歷史上發(fā)展的最快的時期；

￡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；

K從用戶的角度來看，Internet是一個全球范圍的信息資

源網；

￡從網絡結構角度看，Internet是一個由路由器互聯起來

的大型網際網。

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1.5.4Internet2

K由于Internet的商業(yè)化與業(yè)務量增多，導致網絡整體性

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lOGbps;

￡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；

KInternet2在網絡層運行的是IPv4,同時也支持IPv6業(yè)

務，希望形成下一代Internet的技術與標準。

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1.6公共數據網的發(fā)展

n公共數據網PDN的建設為組建廣域網打下了基礎;

n研究公共數據網的數據交換技術需要了解：

X.25網

幀中繼

B-ISDN

ATM

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161X.25網

￡X.25網是一種典型的公用分組交換網，它是CCITT為

廣域網制定的一個公用分組交換網；

K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據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；

KX.25網的傳輸速率一般為64Kbps;

KX.25標準主要是針對大型機與終端連網。

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L6.2幀中繼

K幀中繼主要考慮如何減少數據幀在通信子網中的開銷,

沒有采用流量控制與差錯控制機制，通信子網中的差

錯控制由主機的高層來保證；

K數據幀通過幀中繼網的處理時間可以比通過X.25網降

低一個數量級，而吞吐量要比X.25網絡提高一個數量

級以上；

K目前幀中繼網的數據傳輸速率一般為l.5Mbps;

K幀中繼網主要用于局域網之間的互連。

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1.6.3綜合業(yè)務數據網

ACCITT提出將語音、數據、圖像等業(yè)務綜合在ISDN一

個網絡之中；

KB-ISDN的目標是將語音、數據、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；

KB-ISDN采用異步傳輸模式ATM技術。

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從傳統(tǒng)的電信網

向ISDN的發(fā)展

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1.6.4異步傳輸模式

KATM是一種面向連接的技術；

匕采用小的、固定長度的信元作為數據傳輸單元；

￡能夠支持數字、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)分配網絡帶寬，網

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，數據交

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；

KATM的數據傳輸速率可以在155Mbps?2.4Gbpso

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1.7計算機網絡的應用

1.7.1計算機網絡在單位信息管理中的應用

K計算機網絡可以實現資源的共享；

n計算機網絡可以提高信息系統(tǒng)的可靠性；

n計算機網絡可以節(jié)約資金；

K計算機網絡可以增強信息系統(tǒng)的可擴展性。

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L7.2計算機網絡在個人信息服務中的應用

K遠程信息訪問

n新的通信工具

K家庭娛樂