第1讲 计算机网络技术基础

实用网络技术张凯旺电子邮件：[e-mail]第1讲计算机网络技术基础张凯旺电子邮件：[e-mail]讲计算机网络基础现在网络已经不仅仅是一个时髦的名词。事实上它已经成为人们生活不可缺少的一部分，就象空气和水一样。计算机网络的功能与应用所谓共享资源就是共享网络上的硬件资源、软件资源和信息资源。（1）共享打印机等各种硬件设备（2）共享数据资源1.资源共享1.1.1计算机网络的功能联网前老王，我要的材料拷好了吗？快了，只剩下十八张盘了。2.软件共享联网了，既省了软盘也省时间。联网后2.软件共享．通信功能为网络用户提供强有力的通信手段。让分布在不同地理位置的计算机用户之间能够相互通信、交流信息和共享资源。3．其他功能⑴高可靠性⑵均衡负荷⑶协调运算⑷分布式处理1.1.1计算机网络的功能共享资源实现数据传输分布式数据处理我的东西丢失了！！提高可靠性没关系！1.1.1计算机网络的功能网络时代的三大基本定律摩尔定律:CPU性能18个月翻番,10年100倍。所有电子系统（包括电子通信系统，计算机）都适用光纤定律：超摩尔定律，骨干网带宽9个月翻番，10年10000倍。带宽需求呈超高速增长的趋势迈特卡尔夫定律:联网定律，网络价值随用户数平方成正比。未联网设备增加N倍，效率增加N倍。联网设备增加N倍，效率增加N2倍认识计算机网络最简单的计算机网络局域网（LocalAreaNetwork，LAN）覆盖范围一般不超过几十公里2城域网（MetropolitanAreaNetwork,MAN）覆盖范围几十公里岛几百公里3广域网（WideAreaNetwork，WAN）覆盖范围几十公里到几千公里按网络作用范围分类计算机网络的分类按通信介质不同分类（1）有线网：采用如同轴电缆、双绞线、光纤等无论介质来传输数据（2）无线网：采用卫星、微波等无线形式来传输数据按使用范围不同分类（1）公用网：也称公众网，为全社会所有的人提供服务（2）专用网：为拥有者提供服务按通信传播方式不同分类（1）广播式网络：仅有一条通信信道，有网络上所有计算机共享（2）点到点网络：有一对对计算机之间的多条连接构成，以点对点连接其他分类方式按网络的拓扑结构分类、按网的通信速率分类、按网络的交换功能分类等网络的拓扑结构拓扑结构的概念计算机网络拓扑结构是把工作站、服务器等网络单元抽象为“点”，把网络中的电缆等通信介质抽象为“线”，形成点和线的几何图形，从而抽象出网络系统的具体结构，称这种结构为计算机网络的”拓扑结构”。计算机网络发展历史与趋势1.4.1.面向终端的计算机通信网络：T:Terminal终端M:Modem调制解调器20世纪50年代中期到60年代中期，是“萌芽”阶段；特征——共享主机软硬件资源；单台主机：执行计算和通信任务；多台终端：执行用户交互；连接方式——本地或远程连接；主机TTTTTMMTMM计算机－计算机网络阶段面向终端的计算机网络系统发展到一定阶段，计算机用户希望使用其他主机的资源。HHHTTTTTTTTTT通信线路资源共享T:Terminal终端H:Host主机计算机－计算机网络阶段改进通信任务从主机中分离，由通信控制处理机（CCP）完成CCP：处理主机之间通信任务的专用计算机CCPCCPHHTTTTTTCCPHTTT:Terminal终端H:Host主机CCP:通信控制处理机两层网络概念的出现由CCP组成的传输网络——，为主机提供信息传输服务建立在通信子网基础上的主机集合——提供计算资源CCPCCPHOSTHOSTTTTTTTCCPHOSTTTT通信子网1.4.2计算机－计算机网络阶段通信子网资源子网,Internet因特网的前身——ARPANET(阿帕网络)•美苏冷战时期由美国军方建立的实验性网络•最初4个节点→70’s的60多个节点•地域跨越美洲、欧洲•具有现代网络的许多特征，例如–分组交换–分层次的网络体系–较为完善的通信协议1.4.2计算机－计算机网络阶段的成功使计算机网络的概念发生根本变化早期的面向终端的计算机网络是以单个主机为中心的星形网各终端通过通信线路共享昂贵的中心主机的硬件和软件资源。分组交换网则是以网络为中心，主机都处在网络的外围。用户通过分组交换网可共享连接在网络上的许多硬件和各种丰富的软件资源。在分布式通信方面的贡献时间:1960-1964目标:建造一套健壮的通信系统可以承受核攻击结果:分组交换网络DSTDistceNxt-HDestinationaddressdata鲜为人知的故事...当时很多电信界的人认为Baran的设计是完全荒谬的。“theykicked,screamed,grumbled,andworse.Theirresponsetendedtobeemotional,oftenwithanger,rarelywithhumor…”“outsiderscouldnotpossiblyunderstandthecomplexityoflargesystemslikethetelephonenetwork”两种实现可靠系统的思路电话系统笨终端，聪明的网络确保每个网络部件都是可靠的•系统可靠性＝部件可靠性•通过局部冗余实现部件的高可靠性•期望每个部件都能正常工作，部件失败的可能性很低需要人工配置的，高度控制的网络Baran的系统建立在简单的、不可靠部件上的可靠系统自适应的系统聪明的终端，可以修正传输错误设计思想的一种实现:theInternet连接异构的子网，提供两种基本功能-全球唯一的地址-报文通过动态路由从源节点发送到目的节点特性:simple,flexible,scalable,androbustIP’sviewoftheworldIPAllkindsofsubnettechnologiesallkindsofapplicationsallkindsoftransportprotocols连接建立数据传输连接释放电路交换假定H1和H5通信。通信过程分三个阶段:(1)建立物理连接---主叫T1发出请求,交换结点沿途接通一条物理线路(假令为A--C--B—E),接收T5发出应答信号,通信线路建立;(2)数据通信---双方沿A-C-B-E线路传输数据，经过各结点时不存储停留;(3)连接释放---通信结束,发方请求拆线,收方应答释放.ACBEtT1T5CloudABCDET1主干线(共享链路)T5广域网电路交换电路交换技术的优缺点：线路接通后,数据传输延时小因而传输迅速;但线路接通时间长,且独占信道,对突发式传送数据的计算机通信,线路的传输效率往往非常低；各站直接传送不做差错检测后转发，传输不可靠。宜用于长时间连续可靠传送大量数据（如公共交换电话网PSTN）.CloudABCDET1主干线(共享链路)T5广域网报文:是网络中一次传输的信息块，可以是一个程序、一个文件等；目的地址附加在报文首部；报文交换:报文在交换机中缓存排队、校验和代码转换,等候中继线空闲传至下一结点；一段一段占用信道，直至目的地,无需建立专用通道和拆除连接，所以每条路由不是固定分配给某一个用户，而是多个用户统计复用。报文交换H1XXEH5ComputerCloudABCDEH1H5广域网Computer本地回路(用户链路)优缺点:报文交换线路利用率高，发送时不要求接收器同时工作，且可以将一个报文发送到多个目的地，网络通信量较大时可以选择不同路由传送，普遍用于电子信箱;报文交换延迟大，不能用于实时与交互式通信及声音连接。报文交换H1XXEH5ComputerCloudABCDEH1H5广域网Computer本地回路(用户链路)分组和分组交换CloudComputerComputerABCDE分组是指将报文划分成一个个等长数据段,将收发地址加在段首,构成一个个分组；交换机内创建有转发表用来存储转发；有两种传输方式：数据报方式：每一分组（数据报）在网络中可独立选择路由；右图所示为无连接的数据报分组交换。虚电路方式：是一种类似于电路交换、面向连接的存储转发方式，每一个分组使用同一条路径传输。H1H5报文分组结点存储转发分组独立路由按序重组分组和分组交换CloudComputerComputerABCDE优点:是高效、灵活、迅速、延时小、可靠。宜用于多段链路之间点到点数据传输;分组处理开销大，在宽带高速交换网中很难满足实时性要求很强的业务需求.分组交换是在网络中使用最广泛的一种数据交换技术。H1H5报文分组结点存储转发分组独立路由按序重组报文分组交换的原理在发送端，先把较长的报文划分成较短的、固定长度的数据段。1101000110101010110101011100010011010010假定这个报文较长不便于传输数据数据数据报文分组交换的原理每一个数据段前面添加上首部构成分组。首部首部首部分组1分组2分组3请注意：现在左边是“前面”分组交换的原理分组交换网以“分组”作为数据传输单元。依次把各分组发送到接收端（假定接收端在左边）。数据首部分组1数据首部分组2数据首部分组3第一个分组交换网ARPANET最初只是一个单个的分组交换网。ARPA研究多种网络互连的技术。1983年TCP/IP协议成为标准协议。同年，ARPANET分解成两个网络：ARPANET——进行实验研究用的科研网MILNET——军用计算机网络1983~1984年，形成了因特网Internet。1990年ARPANET正式宣布关闭。1986年，NSF建立了国家科学基金网。NSFNET。它是一个三级计算机网络：主干网地区网校园网1991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。1993年因特网主干网的速率提高到