第1章 计算机网络基础1

1、1数据通信与计算机网络2第 1 章 计算机网络基础教学目的q 了解计算机网络的发展过程，领会其定义、分类、功能和应用，掌握计算机网络的性能指标q 掌握计算机网络的体系结构、OSI/RM和TCP/IP模型，以及若干重要概念q 了解标准及其制定机构q 了解网络的发展趋势学习内容q 计算机网络的基础知识q 计算机网络体系结构和模型q 标准及其制定机构q 网络应用q 发展趋势3第 1 章：内容提纲1.1 计算机网络概述1.2 计算机网络的组成和分类1.3 计算机网络的功能和应用1.4 计算机网络的拓扑1.5 计算机网络的性能指标（扩展）1.6 国际化标准组织（扩展）1.7 发展趋势（扩展）41.1.1

2、 计算机网络的定义计算机网络的定义q计算机网络最简单的定义：以实现远程通信为目的，一些互连的、独立自治的计算机的集合。 “互连”是指各计算机之间通过有线或无线通信信道彼此交换信息。“独立自治”则强调它们之间没有明显的主从关系。 51.1.1 计算机网络的定义q随着网络体系结构的标准化，计算机网络的定义：计算机网络具有三个主要的组成部分(三大组成要素)，即 能向用户提供服务的若干主机；由一些专用的通信处理机（即通信子网中的结点交换机）和连接这些结点的通信链路所组成的一个或数个通信子网；为主机与主机、主机与通信子网，或者通信子网中各个结点之间通信而建立的一系列协议。q计算机网络与分布式系统的最主要

3、区别在于整个系统中的各计算机对用户的透明性。61.1 计算机网络概述1.1.2 计算机网络的产生和发展过程q计算机网络是通信技术与计算机技术密切结合的产物。q这两种技术既相互渗透又密切结合主要体现在两个方面： (1)通信技术为多台计算机之间进行信息传输和交换提供了必要的手段； (2)计算机技术应用于各个通信领域，极大地提高了通信系统的各项性能。q计算机网络已经历了由单一网络向互联网发展的过程。71.1.2 计算机网络的发展过程(续1)1、互联网的发展过程（三个阶段）q计算机问世之初，因数量少、价格贵、设置集中、使用不便。用户在终端上输入数据通过线路送往远地计算机，是计算机与通信相结合的开始。q

4、互联网的发展过程分3个阶段q第1阶段 自计算机问世以来，为了提高资源利用率，曾采用批处理的工作方式。为适应终端与计算机的连接，出现了多重线路控制器。以单个计算机为中心的远程联机系统，称为面向终端的计算机通信网络。81.1.2 计算机网络的发展过程(续2)q随着终端个数的增多，终端与计算机的通信对批处理造成了额外开销，因而出现了前置处理机FEP来取代多重线路控制器，同时在终端密集处设置集中器或复用器。计算机终端调制解调器多重线路控制器通信网采用多重线路控制器的计算机网络91.1.2 计算机网络的发展过程(续3)q第2阶段 20世纪60年代后期，又出现多台主计算机通过通信线路互连构成的计算机网络。

5、主计算机承担着数据处理和通信双重任务。为了提高主计算机的数据效率，出现了通信控制处理机CCP。CCP负责通信控制任务，而主计算机仅负责数据处理。从而引成了处于内层的各CCP构成的通信子网，而处于外层的主计算机和终端构成的资源子网。qARPA网是以通信子网为中心的典型代表。在ARPA网中，负责通信控制处理的CCP称为接口报文处理机IMP(或称结点机)，以存储转发方式传送分组的通信子网称为分组交换网。101.1.2 计算机网络的发展过程(续4)具有通信子网的计算机网络通信控制处理机主计算机通信子网资源子网111.1.2 计算机网络的发展过程(续5)q第3阶段 计算机网络产生了很好的经济效益和社会效

6、益，它的主要不足是没有统一的网络体系结构。从而造成不同制造商生产的计算机及网络产品互连困难。 1977年国际标准化组织为适应计算机网络向标准化发展的趋势，成立了专门研究机构。并提出了“开放系统互连参考模型OSI/RM”。OSI是一个设计计算机网络的国际标准化的框架结构。因多种原因，后来又出现非标准化的而事实上的国际标准TCP/IP。121.1.2 计算机网络的发展过程(续6)q在20世纪70年代中期，人们意识到多个计算机网络间的资源共享问题。q把多个计算机网络通过路由器互连起来，构成了一个覆盖范围更大的网络，俗称互联网或互连网。q互联网是“网络的网络”(network of networks)

7、。q互联网是一个通用名词，泛指由多个计算机网络互连而成的网络，在这些网络之间采用的通信协议(即通信规则)可以是任意的。131.1.2 计算机网络的发展过程(续7)互联网的概念示意图H3单一的计算机网络主机路由器H1H2H4H5H6互联网计算机网络141.1.2 计算机网络的发展过程(续8)internet 和 Internet 的区别q以小写字母 i 开始的 internet(互联网或互连网)是一个通用名词，它泛指由多个计算机网络互连而成的网络。 q以大写字母I开始的的 Internet(因特网)则是一个专用名词，它指当前全球最大的、开放的、由众多网络相互连接而成的特定计算机网络，它采用 TC

8、P/IP 协议族作为通信的规则，且其前身是美国的 ARPANET。151.1.2 计算机网络的发展过程(续9)2、因特网的发展过程第一阶段 从单一的APRANET发展为互联网。q1969年，创建的第一个分组交换网 ARPANET 只是一个单个的分组交换网(不是互联网)。 q20世纪70年代中期，ARPA开始 研究多种网络互连的技术，这导致互联网的出现。q1983年， ARPANET分解成两个：一个实验研究用的科研网ARPANET(人们常把1983年作为因特网的诞生之日)，另一个是军用的MILNET。q1990年， ARPANET正式宣布关闭，实验完成。161.1.2 计算机网络的发展过程(续1

9、0)互联网的概念示意图单一的计算机网络主机路由器H6互联网H1H2H3H4H5171.1.2 计算机网络的发展过程(续11)第二阶段 建成三级结构的因特网。q1986 年，NSF 建立了国家科学基金网NSFNET。它是一个三级计算机网络，分为主干网、地区网和校园网。q1991 年，美国政府决定将因特网的主干网转交给私人公司来经营，并开始对接入因特网的单位收费。q1993 年因特网主干网的速率提高到 45Mb/s (T3速率)。181.1.2 计算机网络的发展过程(续12)三级结构的因特网校园网校园网校园网校园网校园网校园网国家主干网地区网地区网地区网路由器191.1.2 计算机网络的发展过程(

10、续13)第三阶段 建立多层次ISP结构的因特网q1993年开始，由美国政府资助的 NSFNET逐渐被若干个商用的因特网主干网(即服务提供者网络)所替代。用户通过因特网提供者ISP上网。q根据提供服务的覆盖面积大小以及所拥有的IP地址数目的不同，ISP也分成为不同的层次。qISP是一个进行商业活动的公司，拥有从因特网管理机构申请到的多个IP地址、通信线路、路由器等连网设备。任何机构和个人只要向ISP缴纳规定的费用，就可从ISP分配到所需的IP地址，并通过该ISP接入到因特网。qIP地址的管理机构不再为单个用户分配单一的IP地址，只把IP地址有偿批量地分配给有资格的ISP。 1.1.2 计算机网络

11、的发展过程(续14)q20世纪90年代初期，NSF在美国建立了4个NAP，用来连接主要的国家ISP。NAP 就是用来交换因特网上流量的结点。在NAP 中安装有性能很好的交换设施(如ATM交换机) 。目前在美国大约有数10个NAP。q1994 年起，因特网逐渐演变成多层次ISP结构的网络。q1996年，主干网速率为155 Mb/s(OC-3)。q1998年，主干网速率为2.5 Gb/s(OC-48)。q1999年初，NAP和城域交换局(MAE)被统称为因特网交换点(IXP)。q万维网WWW的出现更促进了因特网的发展。20211.1.2 计算机网络的发展过程(续15) 基于ISP多层结构的因特网概

12、念示意图 大公司主机A 本地 ISP 地区 ISP 主干 ISP 地区 ISP 本地 ISP 主机B公司本地 ISPAB本地 ISP主干 ISP本地 ISP本地 ISP地区 ISP主干 ISP主干 ISP地区 ISP地区 ISP地区 ISP本地 ISP本地 ISPIXP本地 ISP校园网校园网具有三层ISP结构的因特网的概念示意图 1.1.2 计算机网络的发展过程(续16)22231.1.2 计算机网络的发展过程(续17)qIXP是一种物理基础架构，它允许不同的ISP在它们之间通过对等协议通过因特网进行通信。q到2012年3月，全球已经有91个国家拥有 IXP，其中拥有10个以上 IXP 的国

13、家仅有9个，而仅拥有一个IXP的有48个国家。 因特网的发展情况概况(至2005年) 网络数 主机数 用户数 管理机构数1980 10 102 102 1001990 103 105 106 101 2000 105 107 108 102 2005 106 108 109 103241.1.2 计算机网络的发展过程(续18)251.1.2 计算机网络的发展过程(续19)3、计算机网络在我国的发展过程q 我国计算机网络起步于20世纪80年代。1980年进行联网试验。并组建各单位的局域网。q 1989年11月，第一个公用分组交换网建成运行。q 1993年建成新公用分组交换网CHINANET。q

14、80年代后期，相继建成各行业的专用广域网。q 1994年4月，我国用专线接入因特网(64kb/s)。q 1994年5月，设立第一个WWW服务器。q 1994年9月，中国公用计算机互联网启动。q 目前已建成9个全国性公用性计算机网络(2个在建)。q 2004年2月，建成我国下一代互联网CNGI主干试验网CERNET2开通并提供服务(2.5-10Gb/s)。261.1.3 因特网的组成q根据因特网的工作方式，它由两大部分组成。 核心部分 由大量的各种网络和连接这些网络的路由器组成。它为周边部分提供连通和交换服务。 周边部分 由所有连接在因特网上的主机组成。它为用户提供通信(传送数据、音频或视频)和

15、资源共享服务。 271.1.3 因特网的组成(续1)因特网组成的示意图网络主机路由器因特网周边部分因特网核心部分281.1.3 因特网的组成(续2)核心部分q因特网的核心部分相当复杂，其中包含着类型、结构完全不同的网络，以及连接这些网络的路由器。q核心部分向周边部分提供连通性和交换服务，使得位于周边部分的任何一台主机都可以与其他主机进行通信。q在核心部分起特殊作用的是路由器(router)。路由器是一种专用计算机，它的主要功能是转发接收到的分组，是因特网上实现分组交换(packet switching)的关键部件。 291.1.3 因特网的组成(续3)周边部分 q因特网的周边部分由连接在因特网

16、上的所有主机组成。 q位于因特周边部分任何两台主机之间的通信，实际上是指：“主机A的某个进程和主机B上的另一个进程进行通信”。通常把这些主机称为端系统（end system）。q端系统之间的通信有两种模式： 客户/服务器模式(Client/Server model) 对等模式(Peer-to-Peer)301.1.3 因特网的组成(续4)客户/服务器模式q客户和服务器是指通信过程中所涉及的两个应用进程。 C/S模式描述了两者之间的服务和被服务的关系，是因特网最常用的通信模式。q客户/服务器模式的两个特点： 不对等服务；通信完全异步。q客户/服务器模式所描述的是进程之间服务和被服务的关系。q客户

17、是服务的请求方，服务器是服务的提供方。q客户/服务器模式在可扩展性、自治性、坚定性等方面存在诸多不足。311.1.3 因特网的组成(续5)客户/服务器模式(续)q主机A(客户)向主机B。 (服务器)发出请求服务。q主机B(服务器) B向主机A(客户)提供服务。321.1.3 因特网的组成(续6)对等模式q对等模式 (peer-to-peer，简写 P2P)是指两个主机通信时所处的地位是对等的，它们运行着对等软件就可以同时起着客户或服务器的作用向对方提供服务。q对等模式的特点：从本质上看仍然是使用客户/服务器方式，但是对等连接中的每一个主机既是客户又同时是服务器。331.1.3 因特网的组成(续

18、7)对等模式的工作情况q主机A、B、C都运行P2P软件，它们之间就可以进行对等通信。运行P2P程序因特网核心部分 请求服务 提供服务运行P2P程序主机B运行P2P程序主机A主机C 请求服务 提供服务34第 1 章：内容提纲1.1 计算机网络概述1.2 计算机网络的组成和分类1.3 计算机网络的功能和应用1.4 计算机网络的拓扑资源子网通信子网CCPHostHostHostHostCCPCCPCCPCCPCCP： 1.2.2计算机网络的软件组成计算机网络的软件组成q网络软件是实现网络功能不可缺少的软件环境q网络软件o 网络协议和协议软件o 网络通信软件o 网络操作系统o 网络管理和网络应用软件4

19、1q问题：o 列举网络操作系统软件o 网络管理软件421.2.2计算机网络的软件组成计算机网络的软件组成 1.2.3计算机网络的分类计算机网络的分类1.2.2计算机网络的分类计算机网络的分类线路交换（Circuit Switching ）q 又称电路交换q 与电话交换方式的工作过程很类似。在线路交换中，两台计算机通过通信子网进行数据交换之前，首先要在通信子网中建立一个实际的物理线路连接。q 三个阶段：o 线路建立：在数据传送之前，必须先建立一条利用中间节点构成的端到端的专用物理连接线路。o 数据传输：两端点沿着已建立好的线路传输数据。o 线路拆除：数据传送结束后，应拆除该物理连接，以释放该连接所占用的专用资源。45q 优点： 线路建立后，所有数据直接传输。因此数据传输可靠、迅速、有序（按原来的次序）。q 缺点o 线路接通后即为专用信道，因此线路利用率低。例如，线路空闲时，信道容量被浪费。o 线路建立时间较长，造成有效时间的浪费。例如，只有少量数据要传送时，也要花不少时间用于建立和拆除电路。o 资源浪费：计算机网络中数据通信的特点是突发性通信，线路上真正用于传送数据的时间一般不到10%甚至是1%，绝大部分时间线路实