02_计算机网络的发展与组成

数学与计算机系主讲教师：吴长虹《计算机网络教程》课程讲义1计算机网络教程主讲教师：吴长虹E-Mail:[e-mail]:1372771352366000(短号)数学与计算机系主讲教师：吴长虹《计算机网络教程》课程讲义2教学目的：1、了解因特网的组成。2、掌握线路交换、分组交换技术原理。3、了解因特网在我国的发展历程。教学重点：线路交换、分组交换技术原理。教学难点：分组交换技术原理。课时：2课时。数学与计算机系主讲教师：吴长虹《计算机网络教程》课程讲义3第1章概述1.3因特网的组成1.4计算机网络在我国的发展数学与计算机系主讲教师：吴长虹《计算机网络教程》课程讲义4一个典型的网络应包含以下4个部分：（1）服务器：为多个网络用户提供共享资源的设备。（2）客户机（工作站）：使用服务器上共享资源的计算机。（3）网络通信系统：连接客户机和服务器的设备。（4）网络操作系统：管理网络操作的系统软件。数学与计算机系主讲教师：吴长虹《计算机网络教程》课程讲义51.3因特网的组成1、边缘部分：客户服务器方式、对等连接方式P7客户服务器方式：包括客户程序和服务器程序。对等连接方式：不区分谁为谁服务。数学与计算机系主讲教师：吴长虹《计算机网络教程》课程讲义61.3因特网的组成2、核心部分：电路交换、分组交换P9数学与计算机系主讲教师：吴长虹《计算机网络教程》课程讲义71、线路交换使用线路（电路）交换（CircuitSwitching）方式，就是通过网络中的节点在两个站之间建立一条专用的通信线路。最普通的线路交换例子是电话系统。线路交换方式的通信包括三种状态：（1）建立连接（2）数据传送（通话）（3）释放连接数学与计算机系主讲教师：吴长虹《计算机网络教程》课程讲义8一百多年来，电话交换机虽然经过多次更新换代，但交换的方式一直都是电路交换。数学与计算机系主讲教师：吴长虹《计算机网络教程》课程讲义9当电话机的数量增多时，就要使用很多彼此连接起来的交换机来完成全网的交换任务。用这样的方法，就构成了覆盖全世界的电信网。数学与计算机系主讲教师：吴长虹《计算机网络教程》课程讲义10这种必须经过“建立连接→通信→释放连接”三个步骤的连网方式称为面向连接的(connection-oriented)。这里我们要指出，电路交换必定是面向连接的。但面向连接的却不一定是电路交换，因为分组交换也可以使用面向连接的方式(如广域网的X.25网络和ATM网络)。数学与计算机系主讲教师：吴长虹《计算机网络教程》课程讲义11下图为电路交换的示意图。在通话的全部时间内，通话的两个用户始终占用端到端的固定传输带宽。当使用电路交换来传送计算机数据时，其线路的传输效率往往很低。数学与计算机系主讲教师：吴长虹《计算机网络教程》课程讲义122、存储转发交换（分组交换）1）存储转发的基本概念存储转发交换(store-and-forwardexchanging)方式与线路交换方式的主要区别表现在以下两个方面：发送的数据与目的地址、源地址、控制信息按照一定格式组成一个数据单元(报文或报文分组)进入通信子网；通信子网中的结点是通信控制处理机，它负责完成数据单元的接收、差错校验、存储、路选和转发功能。数学与计算机系主讲教师：吴长虹《计算机网络教程》课程讲义13存储转发交换方式可以分为两类：报文交换(messageexchanging)与报文分组交换(packetexchanging)。因此，在利用存储转发交换原理传送数据时，被传送的数据单元相应可以分为两类：报文(message)与报文分组(packet)。数学与计算机系主讲教师：吴长虹《计算机网络教程》课程讲义142）报文交换报文交换不需要在两个站点之间建立一条专用通路，其数据传输的单位是报文（站点一次发送的数据块），长度可变。传送过程采用存储转发方式，即发送站在发送一个报文时，把目的地址附加在报文上，途经的网络节点根据报文上的目的地址信息，把报文发送到下一个节点，通过逐个节点转送直到目的站点。电子邮件的传递、电报通信就是使用拆报文交换。数学与计算机系主讲教师：吴长虹《计算机网络教程》课程讲义153)分组交换则采用存储转发技术。分组的概念如图1-3所示。通常我们将欲发送的整块数据称为一个报文(message)。在每一个数据段前面，加上一些必要的控制信息组成的首部(header)后，就构成了一个分组(packet)。分组是因特网中传送的数据单元。分组又称为“包”，而分组的首部也可称为“包头”。分组交换的特征是基于标记(label-based)。不先建立连接而随时可发送数据的连网方式，称为无连接的(connectionless)。数学与计算机系主讲教师：吴长虹《计算机网络教程》课程讲义16数学与计算机系主讲教师：吴长虹《计算机网络教程》课程讲义17分组交换网由若干个结点交换机(nodeswitch)和连接这些交换机的链路组成，如图1-4(a)所示。图1-4(b)和图1-4(a)的表示方法是一样的，但强调了结点交换机具有多个端口的概念。数学与计算机系主讲教师：吴长虹《计算机网络教程》课程讲义18图中H1~H6都是可进行通信的计算机，但在计算机网络中常称它们为主机(host)。在ARPANET建网初期，分组交换网中的结点交换机曾被称为接口报文处理机IMP(InterfaceMessageProcessor)。数学与计算机系主讲教师：吴长虹《计算机网络教程》课程讲义19数学与计算机系主讲教师：吴长虹《计算机网络教程》课程讲义20结点交换机处理分组的过程是：将收到的分组先放入缓存，再查找转发表(转发表中写有到何目的地址应从何端口转发的信息)，然后由交换机构从缓存中将该分组取出，传递给适当的端口转发出去。分组交换网的主要优点可归纳如表1-1所示。数学与计算机系主讲教师：吴长虹《计算机网络教程》课程讲义21表1-1分组交换的优点优点所采用的手段高效在分组传输的过程中动态分配传输带宽，对通信链路是逐段占用灵活每个结点均有智能，为每一个分组独立地选择转发路由迅速以分组作为传送单位，可以不先建立连接就能向其他主机发送分组；网络使用高速链路可靠完善的网络协议；分布式多路由的分组交换网，使网络有很好的生存性数学与计算机系主讲教师：吴长虹《计算机网络教程》课程讲义22分组交换也带来一些新的问题。例如，分组在各结点存储转发时需要排队，这就会造成一定的时延。当网络通信量过大时，这种时延可能会很大。此外，各分组必须携带的控制信息也造成了一定的开销(overhead)。图1-5表示电路交换、报文交换和分组交换的主要区别。数学与计算机系主讲教师：吴长虹《计算机网络教程》课程讲义23三种数据交换技术总结如下：（1）线路交换：在数据传送之前需建立一条物理通路，在线路被释放之前，该通路将一直被一对用户完全占有。（2）报文交换：报文从发送方传送到接收方采用存储转发的方式。（3）分组交换：此方式与报文交换类似，但报文被分成组传送，并规定了分组的最大长度，到达目的地后需重新将分组组装成报文。数学与计算机系主讲教师：吴长虹《计算机网络教程》课程讲义24数学与计算机系主讲教师：吴长虹《计算机网络教程》课程讲义25图1-6(a)所示的是早期的面向终端的计算机网络，它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。而分组交换网是以网络为中心，主机和终端都处在网络的外围，如图1-6(b)所示。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。数学与计算机系主讲教师：吴长虹《计算机网络教程》课程讲义26数学与计算机系主讲教师：吴长虹《计算机网络教程》课程讲义271.4计算机网络在我国的发展1989年11月，我国第一个公用分组交换网CNPAC建成运行，在此基础上，1993年9月建成新的中国公用分组交换网。在20世纪80年代后期，公安、银行、军队以及其他一些部门也相继建立了各自的专用计算机广域网。自20世纪90年代起，我国陆续建造了基于因特网技术的、可以和因特网互连的9个全国范围的公用计算机网络。1994年4月20日我国用64kbit/s专线正式连入因特网，从此我国被正式承认为接入因特网的国家。数学与计算机系主讲教师：吴长虹《计算机网络教程》课程讲义28表1-3是中国互联网络信息中心公布的我国最近几年来因特网的发展情况。表1-3我国因特网的发展情况统计时间上网计算机数(万)上网用户数(万)站点数国际线路总容量(Mbit/s)1997.10.3129.962150025.4081998.06.3054.2117.5370084.641998.12.3174.72105300143.2561999.06.3014640099062411999.12.31350890151533512000.12.31892225026540527992001.06.30100226502427393257数学与计算机系主讲教师：吴长虹《计算机网络教程》课程讲义29主讲教师：吴长虹E-Mail:[e-mail]:1372771352366000(短号)谢谢！