计算机网络技术(第2版)-第1章资料

计算机网络基础参考教材：计算机网络技术（第2版）施晓秋主编本章关注的问题什么是计算机网络？作用与目的何在？计算机网络如何分类？计算机网络是如何产生并发展的？计算机网络有哪些组成部分？为什么从逻辑上对网络进行划分？为什么研究计算机网络的拓扑结构？本章学习要点掌握计算机网络的定义与分类了解计算机网络的形成与发展掌握计算机网络的组成与逻辑划分掌握计算机网络的拓扑结构重点：网络的定义与分类，网络的逻辑结构，网络的拓扑结构难点：通信子网与资源子网学时：2学时第一章计算机网络的基本概念1.计算机网络的定义（掌握）计算机网络的定义何为“网络”？为了达到某种目标而以某种方式联系或组合在一起的对象或物体的集合：供水网络、交通网络、供电网络、邮政系统、人际关系网络……关于计算机网络的三种典型认识广义观点：计算机通信用户透明性观点：内部实现对用户不可见资源共享观点(重点)计算机网络的定义—资源共享观点将地理位置不同且功能相对独立的多个计算机系统通过通信线路互联在一起，遵循共同的网络协议，由专门的网络操作系统进行管理，以实现资源共享的系统。目的：实现计算机资源的共享；资源包括硬件与软件，如程序、数据、存储、打印机等；形态：互连的计算机分布在不同地理位置，需要通过通信线路互连；关系：互连的计算机是独立或“自治”的，即相互之间不存在互为依赖的关系。关键：互连的计算机在通信过程中必须遵循相同的网络协议，由专门的网络操作系统进行管理。第一章计算机网络的基本概念2.计算机网络的形成与发展（了解）2.计算机网络的形成与发展新技术的出现须具备两个条件：强烈的社会需求技术的储备与成熟计算机网络问世至今已经有半个多世纪，其发展可大致划分四个阶段阶段一：计算机网络的形成1946年世界上第一台电子数字计算机ENIAC诞生时，计算机技术与通信技术并没有直接的联系；20世纪50年代初，由于美国军方的需要，美国半自动地面防空系统（SAGE）的研究开始了计算机技术与通信技术相结合的尝试；重要特征：数据通信技术的研究与发展远程联机系统SAGE示意表现为：“终端-通信线路-计算机”的模式严格意义上讲，不属于计算机网络范畴阶段二：多计算机互连以通信子网为中心，多主机多终端的多计算机互连；20世纪60年代，ARPAnet为典型；重要特征：分组交换技术的研究与发展；重要贡献：将应用与通信功能从逻辑上分离，产生了通信子网与资源子网的概念，为Internet的形成奠定了基础。阶段三：标准、开放的计算机网络20世纪70年代，网络体系结构的多样化与私有性。一些业界大公司提出了各种网络体系结构与网络协议：IBM的SNA（系统网络结构）-1974DEC的DNA（分布型网络的数字网络体系）-1975呼唤网络体系结构的标准化与兼容性：ISO的OSIRM（开放系统互连参考模型）-1977/1984TCP/IP协议-1973/1983IEEE的IEEE802标准-1980年重要特征：网络体系结构与协议标准化的研究，广域网、局域网与分组交换技术的研究与应用。阶段四：高速、移动、互连、融合、智能20世纪90年代以后高速网络技术发展迅速：在局域网领域，FastEthernet、GigabitEthernet、10Gb/s的Ethernet大规模部署，速率为100Gb/s的Ethernet网进入使用，400Gb/s的Ethernet在研发。基于光纤与IP技术的宽带城域网与宽带接入网技术已经成为研究、应用与产业发展的热点问题之一，主干带宽的增加达到10Gbps或更高，有线接入带宽高达1000Mbps，无线高达1Gbps（IEEE802.11ad）无线与移动网络：随时(anytime)、随地(anywhere)网络互连程度不断提高，表现为：Internet、InternetII（NG）、Intranet、Extranet阶段四：高速、互连、智能、统一、多应用（续）网络应用的多样性基于WEB技术Internet应用、搜索引擎、P2P、即时通信、IPTV、IPPhone；博客blog、播客podcast网络计算（P2P、Grid、Cloud，分布与并行计算，普适计算）网络平台的统一性语音、视频、数据的“三网合一”（TriplePlay）IP网络成为统一通信的平台（UnifiedCommunication）网络管理的智能化，挑战来自：性能（可靠性、有效性）服务质量（QoS）：数据、语音和图像传输需求的不同网络互连、移动和融合程度提高从典型网络的变迁看网络发展移动互联网第一章计算机网络的基本概念3.计算机网络的类型（掌握）计算机网络的类型计算机网络有多种分类标准：按通信介质，分为有线网络和无线网络；按使用网络的对象，分为公众网络和专用网络；按网络传输技术，分为广播式网络和点到点式网络（link）；按照网络传输速度，分为低速网络和高速网络；(重点)按地理覆盖范围，分为广域网、城域网和局域网局域网(LocalAreaNetwork,LAN)覆盖范围一般在几公里以内，如一个房间、一个楼层、一幢大楼或一个园区范围内。适用于公司、机关、校园、工厂等有限范围内的计算机、终端与各类信息处理设备连网的需求。具有数据传输率高（10Mbps-100Gbps）、传输延迟低（几十个ms）和误码率低等特点。一般属于一个单位所有，易于建立、维护与扩展。典型技术：Ethernet、Token-Ring、FDDI广域网(WideAreaNetwork,WAN)覆盖范围一般在几十公里到几千公里以上。可以覆盖一个国家和地区，还可跨越各大洲，形成国际性的远程网络，故也称为远程网。它将分布在不同地区的计算机系统互连起来，达到资源共享的目的。主要使用的技术：PSTN(PublicSwitchTelephoneNetwork)ISDN(IntegratedServicesDigitalNetwork)Modem/DSL(DigitalSubscriberLoop)FramerelayATM(AsynchronousTransferMode)T-CarrierSeries(T1,T3,etc.)SDH(SynchronousDigitalHierarchy)城域网(MetropolitanAreaNetwork,MAN)介于广域网与局域网之间的一种高速网络，覆盖范围大约是几公里到几十公里。主要满足几十公里范围内的大量企业、机关、公司和其他组织机构的内部或相互之间的局域网互连的需求；比如连接天津市各区县公安局的天津市公安局网。实现大量用户之间的数据、语音、图形与视频等多种信息的传输功能。城域网技术与局域网技术及广域网技术之间的边界正在日益模糊，与局域网有很大的相似性。Link:广播式网络和点到点式网络示例第一章计算机网络的基本概念4.计算机网络的组成与结构（掌握）计算机网络的组成从资源构成的角度，计算机网络由硬件和软件组成：硬件：各种主机、终端等用户设备；交换机、路由器等通信控制处理设备；通信线路。软件：由各种系统程序和应用程序以及大量的数据与信息资源组成。这种划分，对于技术开发与实现的价值不大从有利于技术开发与实现的角度？基于计算机网络的两大基本功能：数据处理与数据通信(重点&难点)将计算机网络从逻辑功能上分为资源子网和通信子网资源子网与通信子网结构网络逻辑划分：资源子网与通信子网资源子网负责全网的数据处理业务，并向网络用户提供各种网络资源和网络服务；主要由主机（host）、终端（terminal）、终端控制器以及相应的I/O设备、各种软件和信息资源构成；主机是各种大型机、中型机、小型机、工作站或微机的统称；(link1)终端可以是简单的输入、输出终端，也可以是带有微处理机的智能终端。终端可通过主机连入网内，也可通过通信控制处理机连入网内。(link2)网络逻辑划分：资源子网与通信子网（续）通信子网为资源子网提供传输、交换数据信息的能力。主要由通信控制处理机（CCP）、通信链路等组成CCP的三大主要功能：接口功能—实现资源子网和通信子网的接口功能，将主机及终端连入通信子网内；存储/转发功能—为进入网络传输的分组提供接收、校验、存储和转发功能；网络控制功能—为数据传输提供路径选择、流量与拥塞控制、服务质量控制等功能。通信链路：用于传输信息的物理信道以及为达到有效、可靠的传输质量所必需的信道设备的总称。资源子网与通信子网的深入理解数据从资源子网中的一个端设备出发，经过通信子网，到达资源子网中的另一端设备通信子网中的设备控制数据的流动，但不会生成或更改数据内容现代计算机网络中的资源子网与通信子网随着微型计算机的广泛应用，大量的微型计算机是通过局域网连入广域网，而局域网与广域网、广域网与广域网的互连则通过路由器来实现。随着智能无线终端的普及，大量的手持移动终端通过无线与移动网络接入网络。Internet网络结构示意图在Internet中，用户计算机需要通过校园网、企业网或ISP联入地区主干网，地区主干网通过国家主干网联入国家间的高速主干网，从而形成一种由路由器互联的大型、层次结构的网际网。特点-从源主机到目标主机存在大量的中间节点Link1:主机HostLink2:终端Link3:常用的CCP路由器Router第一章计算机网络的基本概念5.计算机网络的拓扑结构（掌握）拓扑结构拓扑学：几何学的一个分支，从图论演变而来。拓扑学方法：把实体抽象成与其大小及形状无关的“点”，将连接实体的线路抽象成“线”，用图来表示点与线之间的关系，目的在于研究这些点、线之间的相连关系。拓扑结构与几何结构属于两个不同的数学概念：几何结构强调的是点与线所构成的形状及大小；拓扑学关注的是点与线之间的关系。不同的几何结构可能表现出相同的拓扑结构。什么是计算机网络的拓扑结构？(重点)将网络中的计算机、终端、通信处理机等设备抽象成为点，把连接这些设备的通信线路抽象为线，并将由这些点和线所构成的拓扑结构称为计算机网络拓扑结构。为什么要研究网络的拓扑结构？拓扑结构反映出网络中各实体间的结构关系，对于网络的性能、可靠性及建设管理成本等都有着重要的影响，在整个网络设计中占有十分重要的地位，是网络构建时首先要考虑的因素之一。(重点)常见的网络拓扑结构总线型、星型、树型、环型、网状型所有节点直接连到一条物理链路上，除此之外节点间不存在任何其他连接；每一个节点可以收到来自其他任何节点所发送的信息-广播网络；优点：简单、易于实现；缺点：可靠性和灵活性差、传输延时不确定。总线型（Bus）星型（Star）网络由各节点以中央节点为中心相连接，各节点与中央节点以点对点方式连接；节点之间的数据通信要通过中央节点；优点：结构简单，管理方便，可扩充性强，组网容易；缺点：中心节点成为全网可靠性的关键。树型（Tree）（又称扩展星型拓扑）分层结构；数据流具有明显的层次性；优点：减少了链路与设备的投资，适用于分级管理和控制的网络系统；缺点：比星型拓扑复杂。环型结构（Ring）节点与链路构成了一个闭合环，每个节点只与相邻的两个节点相连。每个节点必须将信息转发给下一个相邻的节点。优点：简单、易于实现，传输延时确定。缺点：维护与管理复杂。*双环（DualRing）两个非相连的独立同心环。主环+备用环（同一时刻只有一个环在使用）。优点：在单环之上增加了高度的可靠性。缺点：维护与管理复杂，投资大。网状（部分网状，PartiallyMesh）又称无规则型。节点间的连接是任意的，不存在规律；数据的传输有赖于所采用的网络设备。优点：多条链路提供了冗余连接。缺点：结构复杂。*完全网状（FullMesh）每一个节点均与其他每一个节点直接相连；数据的传输有赖于所采用的网络设备。优点：多条链路提供了冗余连接。缺点：链路随着节点数目的增加呈指数增长。此园区网中有哪些拓扑