第01章-网络概论(第4版)

1计算机网络教程（第四版）2教材及参考书目吴功宜.计算机网络教程（第四版），北京：电子工业出版社，2007.1参考书目[1]胡金初.计算机网络.北京:清华大学出版社，2004.[2]教材：谢希仁编著，计算机网络（第五版），电子工业出版社，2008年2月3学习目的计算机网络课程的教学目标：能够在已有的计算机基础知识、使学生能够“懂、建、管、用”网络。“懂”是理解网络原理、相关协议和标准；“建”是掌握组建网络的工程技术；“管”是学会管理、配置和维护网络；“用”是在学会基本应用的基础上，学会使用将网络作为信息发布和管理的平台。对当前计算机网络的新技术新发展有所了解。了解基本的网络安全知识4学习方法和要求方法：讲授实践：课内外结合，课内2次。考核方式：平时+考试要求：“三多”——多思、多练、多悟。5第1章计算机网络概论6计算机网络是如何形成与发展的？什么是计算机网络？如何理解计算机网络的拓扑结构，及其网络拓扑的意思？计算机网络可以分为哪几种类型？本章主要讨论以下几个问题：7问题：计算机网络是如何形成与发展的？81.1计算机网络的形成与发展第一阶段：准备阶段20世纪50年代：数据通信技术的研究与发展第二阶段：形成阶段（1.1.2）20世纪60年代：ARPANET与分组交换技术的研究与发展第三阶段：标准化阶段（1.1.3）20世纪70年代：网络体系结构与协议标准化的研究广域网、局域网与公用分组交换网的研究与应用第四阶段：应用阶段与下一代网络技术研究（1.1.4-5）20世纪90年代：Internet技术的广泛应用无线技术的研究与发展宽带城域网与接入网技术的研究与发展网络与信息安全技术的研究与发展9第一代计算机网络背景：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。结构：以主机为中心计算机网络的出现1.1.2计算机网络的形成10以主机为中心的计算机网络特征集中式控制形式；面向主机，即以主机为中心；结构上呈星型结构；结构形式简单；数据通信主要依赖于电话网络；不足主机负载重；可靠性低。11第二代计算机网络背景：计算机技术和通信技术的发展为了克服第一代计算机网络的缺点，提高网络的可靠性和可用性。随着计算机应用的发展，出现多台计算机互连的需求，网络用户希望通过网络实现计算机资源共享的目的。结构：分组交换网的出现典型的研究成果是ARPANET网。12第二代计算机网络不足之处标准不统一网络体系结构的研究不成熟网络普及程度低主机分组交换网13OSI国际标准化组织（ISO）正式制订开放系统互连参考模型（OSI），并制订了一系列的协议标准.TCP/IP在1969年ARPANET的实验性阶段，研究人员就开始了TCP/IP协议雏形的研究；TCP/IP协议的成功促进了Internet的发展，Internet的发展又进一步扩大了TCP/IP协议的影响。1.1.3网络体系结构与协议标准化的研究14Internet的广泛应用;高速局网络技术发展迅速，FastEthernet、GigabitEthernet已开始进入实用阶段，速率为10Gbps的Ethernet网正在研究之中；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；网络计算技术已经成为重要的网络应用与研究领域。1.1.4Internet的应用与高速网络技术发展15宽带网络建设的两个关键是宽带骨干网技术和宽带接入网技术的发展；全光网会给未来通信网的宽带、容量带来更大地发展空间。1.1.5宽带网络与全光网络技术发展16宽带网络宽带城域网Internet远程教育远程医疗电子政务网络银行社区网络服务电子商务城市公共服务家庭网络数据中心办公室17光网络研究第一代传输网电结点铜缆光纤第二代传输网第三代传输网光结点第一代：铜缆与无线射频；第二代：光纤；第三代：在传输网络中引入光交换机、光路由器，直接在光层配置光通道的传输网络。AON,AllOpticalNetwork.18问题：什么是计算机网络？191.2计算机网络的定义1.2.1计算机网络定义的基本内容资源共享观点的定义：以能够相互共享资源的方式互连起来的自治计算机系统的集合。网络建立的主要目的是实现计算机资源的共享；互连的计算机是分布在不同地理位置的多台独立的“自治计算机系统”；连网计算机在通信过程中必须遵循相同的网络协议。20分布式计算机系统中“存在着一个能为用户自动管理资源的网络操作系统，由它调用完成用户任务所需要的资源，而整个网络像一个大的计算机系统一样对用户是透明的。”计算机网络为分布式系统的研究提供了技术基础，而分布式系统是计算机网络技术发展的高级阶段。1.2.2计算机网络与分布式计算机系统的区别211.2.3现代网络结构的特点早期计算机网络结构：从逻辑功能上可以分为资源子网和通信子网等两个部分。通信子网资源子网CCPCCPCCPCCPCCPCCP主机主机主机主机22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是通过路由器实现的；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，这样就形成一种由路由器互联的大型、层次结构的互联网络。现代网络结构的变化23Internet结构示意图1通信子网路由器路由器路由器路由器路由器路由器主机局域网主机局域网主机局域网主机局域网路由器路由器路由器路由器服务器服务器服务器服务器24Internet结构示意图2校园网校园网校园网校园网校园网校园网国家主干网本地ISP地区网地区网路由器高速主干网国家主干网……………25问题：如何理解计算机网络的拓扑结构，及其网络拓扑的意思？261.3计算机网络的拓扑构型计算机网络拓扑是通过网中结点与通信线路之间的几何关系表示网络结构，反映出网络中各实体间的结构关系;计算机网络拓扑主要是指通信子网的拓扑构型。27281.3.2计算机网络拓扑的分类网络拓扑方法：根据通信子网中通信信道类型分类，有广播信道与点-点线路；广播信道通信子网的特点：一个公共的通信信道被多个网络结点共享；广播信道通信子网的基本拓扑构型：总线型树型环型无线通信与卫星通信型29点-点线路的通信子网的特点：每条物理线路连接一对结点；点-点线路的通信子网基本拓扑结构有：星型环型树型网状型30基本的网络拓扑结构(a)星形拓扑(b)环形拓扑(d)树形拓扑(e)网状拓扑（c）总线形拓扑31广播信道的常见拓扑匹配电阻总线网树形网集线器星形网干线耦合器环形网32点到点信道的常见拓扑匹配电阻树型网交换机星型网干线耦合器环型网33网状型34问题：计算机网络可以分为哪几种类型？351.4计算机网络的分类计算机网络的分类方法主要是以下两种：根据网络所使用的传输技术分类根据网络的覆盖范围与规模分类361.4.1根据网络传输技术进行分类通信信道的类型有两类：广播通信信道点-点通信信道相应的计算机网络也可以分为两类：广播式网络（BroadcastNetworks）点-点式网络（Point-to-PointNetworks）371.4.2根据网络覆盖范围进行分类按覆盖的地理范围分类，计算机网络可以分为三类：局域网（LAN，LocalAreaNetwork）城域网（MAN，MetropolitanAreaNetwork）广域网（WAN，WideAreaNetwork）38局域网的技术特点覆盖有限的地理范围，它适用于公司、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；提供高数据传输速率（10Mbps～10Gbps）、低误码率的高质量数据传输环境；一般属于一个单位所有，易于建立、维护与扩展；从介质访问控制方法的角度，局域网可分为共享介质式局域网与交换式局域网两类。39城域网的技术特点城域网是介于广域网与局域网之间的一种高速网络；城域网设计的目标是要满足几十公里范围内的大量企业、机关、公司的多个局域网互连的需求；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；城域网在技术上与局域网相似。40广域网的技术特点广域网也称为远程网；覆盖的地理范围从几十公里到几千公里；覆盖一个国家、地区，或横跨几个洲，形成国际性的远程网络；通信子网主要使用分组交换技术；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。4142局域网、城域网、广域网比较结论：广域网的作用是扩大信息资源共享的范围，局域网的作用是增加资源共享的深度，城域网的作用是方便地将大量用户计算机接入到互联网。431.5典型计算机网络1.5.1ARPANET1969年11月，实验性的ARPANET开通；1975年，ARPANET已经连入了100多台主机，并且结束了网络实验阶段，移交美国国防部国防通信局正式运行；1983年1月，ARPANET向TCP/IP的转换结束；80年代中期，ARPANET成为Internet的主干网；1990年，ARPANET退役。ARPANET对网络的产生与发展起了重要的影响。441.5.2NSFNET1984年，NSF决定组建NSFNET；NSFNET采取的是一种层次型结构，分为主干网、地区网与校园网；1990年，NSFNET主干网的传输速率为44.746Mbps；1995年4月1日，NSF和MCI合作创建了NvBS（veryhigh-speedbackboneservice）；vBNS主干网运行的速率范围是从622Mbps（OC12）到4.8Gbps（OC48）。451.5.3Internet80年代中期人们开始认识到Internet的重要作用；90年代是Internet历史上发展的最快的时期；Internet应用主要有E-mail、、Telnet、FTP与Usenet等，随着Internet规模和用户的不断增长，Internet上的应用领域也进一步得到开拓；从用户的角度来看，Internet是一个全球范围的信息资源网；从网络结构角度看，Internet是一个由路由器互联起来的大型网际网。461.5.4Internet2由于Internet的商业化与业务量增多，导致网络整体性能降低；1996年10月，一些大学申请建立Internet2，为其成员组织服务，初始运行速率可达10Gbps；Internet2可以用于多媒体虚拟图书馆、远程医疗、远程教学、视频会议、视频点播、天气预报等领域；Internet2在网络层运行的是IPv4，同时也支持IPv6业务，希望形成下一代Internet的技术与标准。47从ARPANET到Internet的发展过程设立DARPA启动ARPANET与MILNET分离ARPANET与NSFNET互联形成以NSFNET为主干网络NSFNET退役Internet进入快速发展阶段1969年TCP/IP标准化1983年1957年1980年启动NSFNET1986年1990年1991年ARPANET退役MILNET运行UNIX发布1969年军事目的研究目的商业目的Internet21996年1993年48计算机网络两个融合的发展趋势广域网城域网广播电视网电信网互联网的应用促进了计算机网络与电信网、广播电视网的三网融合光以太网技术的发展促进了计算机网络的三网融合局域网计算机网络491.6公共数据网的发展公共数据网PDN的建设为组建广域网打下了基础；研究公共数据网的数据交换技术需要了解：X.25网帧中继B-ISDNATM501.6.1X.25网X.25网是一种典型的公用分组交换网，它是CCITT为广域网制定的一个公用分组交换网；制定X.25