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1本章内容1.数据通讯技术的定义与分类2.数据通讯技术基础3.网络体系结构与协议的基本概念4.广域网、局域网与城域网的分类、特点与典型系统5.网络互连技术与互连设备分析：这部分主要讨论计算机网络的基本概念。第2章网络基本概念2计算机网络的影响力1.改变了人们的生活和工作方式2.引起了世界范围内产业结构的变化3.促进了全球信息产业的发展4.在各个领域发挥着越来越重要的作用信息技术的发展主要表现在以下三方面:1.计算机技术的高度发展与计算机的广泛应用2.通信技术的高度发展，全球范围内的电话通信系统、光纤与无线通信系统、卫星移动通信系统的广泛建立与应用3.计算机技术与通信技术互相渗透、密切结合的产物——计算机网络的发展，Internet的广泛应用与全球信息高速公路建设热潮的兴起序32.1计算机网络的形成与发展41.20世纪50年代，计算机技术与通信技术结合，完成了数据通信技术和计算机通信网络的研究，为计算机网络的出现做好了技术准备，奠定了理论基础。计算机网络发展四个阶段人们通过Modem（调制解调器）和PSTN（公用电话网）把计算机资源向地理上分布的许多远程终端用户提供共享资源服务。这虽然还不能算是真正的计算机网络系统，但它是计算机与通信系统结合的最初尝试。远程终端用户已经可以感觉到使用“计算机网络”的味道了。52.20世纪60年代，以ARPANET和分组交换技术为标志。ARPANET的研究成果为Internet的形成奠定了基础，成为计算机网络技术发展的一个里程碑计算机网络发展四个阶段60年代初，美国国防部领导的远景研究规划局ARPA(AdvancedResearchProjectAgency)提出要研制一种生存性很强的网络。1969年12月，ARPA网投入运行，它标志着计算机网络的兴起。这个计算机互联的网络系统是一种分组交换网。分组交换技术使计算机网络的概念、结构和网络设计方面都发生了根本性的变化，它为后来的计算机网络打下了基础。从通信资源的分配角度来看，“交换”就是按照某种方式动态地分配传输线路的资源。63.20世纪70年代，各种广域网、局域网、分组交换网迅速发展，ISO的OSI（开放系统互连考模型）受到TCP/IP协议的严峻挑战。计算机网络发展四个阶段TCP/IP协议包括TCP协议和IP协议、UDP协议、ICMP协议和其他一些协议的协议组。TCP/IP协议并不完全符合ISO制定的OSI七层参考模型，采用4层的层级结构，每一层都呼叫它下一层所提供的网络服务来完成自己的需求。74.20世纪90年代以来，Internet得到广泛的应用，高速网络技术、网格计算与网络安全技术蓬勃发展，高速Ethernet技术发展迅速，Internet已经成为人类最重要的、最大的知识宝库。计算机网络发展四个阶段Internet是通过路由器实现多个广域网和局域网互联的网际网。Internet的信息涉及到商业、金融、政府、医疗卫生、信息服务、科研教育、休闲娱乐等方面。用户可以使用Internet的服务、电子邮件服务、IP电话服务。宽带网络是相对于传统网络而言的，它是具备高数据传输速率和数据吞吐量的新一代网络。宽带网络可以分为宽带骨干网和宽带接入网两个部分。基于光纤通信技术的宽带城域网与接入网技术，以及移动计算网络、网络多媒体计算、网络并行计算、网格计算与存储区域网络正在成为网络应用研究的热点。1993年美国宣布建立国家信息基础设施NII(NationalInformationInfrastructure)后，全世界许多国家纷纷制定和建立本国的NII，从而极大地推动了计算机网络技术的发展，使计算机网络进入了一个崭新的阶段。目前，全球以美国为核心的高速计算机互联网络即Internet已经形成82.2计算机网络的定义9从目前计算机网络的特点来看，资源共享观点的定义比较准确地定义了计算机网络的特点。2.2.1计算机网络定义的基本内容资源共享观点定义的计算机网络的特征表现在三个方面1.建立计算机网络的目的是实现资源共享2.各个节点计算机相对独立3.各个节点的计算机之间通信必须遵循共同的网络协议计算机网络是利用通信手段，把地理上分散的、以能够相互共享（硬件、软件和数据等）资源的方式、遵循共同的网络协议互联起来、而又各自具备独立功能的自主计算机系统的集合。102.2.2计算机网络的基本结构及其特点1.早期计算机网络结构最早出现的是计算机网络广域网，因此早期人们研究的计算机网络结构主要是广域网的结构。广域网要完成数据处理和数据通信两大基本功能，所以在结构上可以分成两大部分：1、负责数据处理的主机和终端；2、负责通信处理的通信控制处理机（CCP）计算机网络组成的角度看，早期计算机网络从逻辑结构上可分为资源子网和通信子网。①资源子网资源子网由主计算机系统、终端、终端控制器、联网外设、各种软件资源与信息资源组成。负责全网的数据处理业务，向网络用户提供各种网络资源与网络服务。主机系统简称为主机（Host）,可以是大型机、中型机、小型机，通过高速线路与通信控制处理机连接，普通用户终端通过主机联入网内。微型机也可以作为主机的一种类型直接与通信控制机连入网内。②通信子网通信子网由通信控制处理机、通信线路、与其他通信设备组成，完成网络中数据的传输、转发等通信处理任务。通信控制处理机作用：1、充当主机和终端与网络连接的接口；2、充当通信子网中的分组存储转发节点。在ARPAnet中，承担通信控制处理机的设备是接口报文处理机IMP(InterfaceMessageProcessor)11早期计算机网络的结构CCPCCPCCPCCPCCPCCP主机主机主机主机终端终端终端终端122.现代网络结构的特点2.2.2计算机网络的基本结构及其特点大量的微型计算机通过局域网连入广域网，而局域网与局域网，广域网与广域网之间的互联是通过路由器实现的。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132.3计算机网络的分类14相应地，计算机网络也可以分为两类，即广播式网络(BroadcastNetworks)与点—点网络（Point-to-PointNetworks）②点-点式网络在点对点网络中，每条物理线路只连接一对计算机。如果两台计算机之间没有直接相连的线路，那么他们之间的分组传输就要通过中间结点接受、存储和转发。采用分组存储转发与路由算法是点－点网络和广播式网络的重要区别之一。网络必须通过通信信道传输数据，所以网络所采用的传输技术也只可能有两种，即广播方式（BROadcast）与点—点方式（Point-to-Point）；①广播网络在广播式网络中，所有连网计算机都共享一个公共通信信道当一台计算机利用共享通信信道发送报文分组时，所有其他的计算机都会收听到这个分组，然后根据目的地址决定接受或者丢弃收到的分组在通信技术中，通信信道的类型有两类，即广播通信信道与点—点通信信道；对网络有两种主要的分类方法1.按网络使用的传输技术分类：2.3.1网络分类方法2.按网络覆盖的范围与规模分类1.局域网2.城域网3.广域网15广域网（WAN，WideAreaNetwork）也称远程网，覆盖几十到几千公里的地理范围1.适应大容量与突发性的要求广域网应该具备的四个特点：2.3.2广域网WAN广域网的通信子网主要使用分组交换技术，可以利用公用分组交换网、卫星通信网和无线分组交换网2.适合综合业务服务的要求3.开放的设备接口与规范化的协议4.完善的通信服务与网络管理16广域网中数据通信环境出现了三个方面的变化1.传输介质由电缆逐步走向光纤2.局域网的传输速率最高已可达10Gbps,局域网之间的高速互联要求日趋强烈3.用户设备（如微型计算机）性能大大提高，可以承担部分原来由数据通信网承担的通信处理功能2.3.2广域网WAN（续）17广域网技术变迁1.X.25分组交换网是一种典型的公用分组交换网，建立在速率较低、误码率较高的电缆传输介质基础上。由于X.25协议包括了差错控制、流量控制、拥塞控制功能，增大了数据传输的延迟时间，不能适应局域网高速互联的要求2.帧中继（FR,FrameRelay）技术是在数据传输率高，误码率低的光纤上，使用简单的协议，以减少网络的延迟，而必要的差错控制功能由用户设备来完成。这就是帧中继技术产生的背景。3.实现通信业务的可视化、智能化、个人化已成发展方向。目前国际通信网络研究的热点已转向宽带综合业务数据网B-ISDN4.异步传输模式ATM是新一代数据传输与分组交换技术。促进ATM发展的因素有：用户对网络带宽以及对带宽高效动态分配的需求在增长；用户对网络实时应用需求在提高；网络的设计与组建进一步走向标准化。但关键还是ATM能保证用户对数据传输的服务质量QoS(QualityofService)的要求，满足多媒体网络应用需求2.3.2广域网WAN（续）182.3.3局域网LAN局域网（LAN,LocalAreaNetwork)是继广域网之后网络研究的热点和目前技术发展最快的领域广域网扩大了资源共享的广度；局域网增强了资源共享的深度。在局域网领域，以下产品呈三足鼎立之势1.以太网（Ethernet）2.令牌总线（TokenBus）3.令牌环（TokenRing）采用光纤传输介质的光纤分布式接口FDDI产品在高速与主干环网应用方面起了重要作用。局域网的传输介质1.早期局域网中应用最多的是同轴电缆；2.双绞线目前已能用于100Mbps与1Gbps的高速局域网中3.为了克服共享介质局域网的缺点，提出了交换式局域网的概念。通过局域网交换机可以在它的多个端口之间建立多个并发的连接，大大提高了局域网的性能4.目前在覆盖范围比较小的的局域网中使用双绞线；在远距离传输中使用光纤，在有移动节点的局域网中使用无线技术的趋势已经明朗。高速局网的设计方案桌面系统采用10MbpsEthernet，高速主干网、数据仓库、桌面电视会议、3D图形与高清晰度图像应用中使用100MbpsFastEthernet或1GbpsGigabitEthernet已经成为高速局域网设计方案中的首选技术192.3.4城域网MAN城域网（MAN,MetropolitanAreaNetwork）介于广域网与局域网之间，设计目标是满足几十公里内大量企业、机关公司的局域网互联。早期的城域网产品主要是光纤分布式接口（FDDI，FiberDistributedDataInterface）目前城域网建设方案的共同特点传输介质采用光纤交换节点采用基于IP交换的高速路由交换机或ATM交换机系统结构采用核心交换层、业务汇聚层、接入层三层模式202.4计算机网络的拓扑结构计算机网络拓扑是通过网络中结点与通信线路之间的几何关系表示网络的结构，来反映网络中各实体之间的结构关系。拓扑设计是网络设计的第一步。计算机网络拓扑主要是通信子网的拓扑构型。2.4.1计算机网络拓扑的定义：2.4.2网络拓扑的分类方法可以根据通信子网中的通信信道类型分成两类：1、点-点线路通信子网的拓扑；2、广播信道通信子网的拓扑在采用点-点线路的通信子网中，基本拓扑构型有四种：星型、环形、树型、网状型在采用广播信道通信子网中，拓扑构型也有四种：总线型、树型、环形、无线通信与卫星通信211.4计算机网络的体系结构与设计总线型、星型、环形和网型拓扑结构的基本形状。总线型环型星型网状网状222.5数据传输速率与误码率1.数据传输速率传输速率在数值上等于每秒钟传输构成数据代码的二进制比特数。单位是bps。对于二进制数据，数据传输速率为：S=1/T其中：S通信信道的传输速率11个bit的二进制信号T传输1个bit的二进制信号所需的时间2.5.1数据传输速率的定义描述计算机网络中数据通信的技术参数有二：数据传输速率误码率23在时间轴上信号的宽度随带宽的增大而变窄。1s相