计算机网络-chapter1

数据通信与计算机网络第一章概论2syllabus本学期教学安排计算机网络的定义、功能与组成计算机网络的演变过程计算机网络的组成计算机网络的分类3《计算机网络》课程介绍学分：4总学时：教材：《数据通信与计算机网络》（第2版）高传善毛迪林曹袖编著高等教育出版社参考书：AndrewS.Tanenbaum编，潘爱民译，《计算机网络》(第四版)，清华大学出版社，2004WillianStallings著,王海等译,《数据与计算机通信》(第7版),电子工业出版社，2004《计算机网络》（第二版），谢希仁编著，电子工业出版社TCP/IP进行网际互连(第三版第1卷)原著DOUGLASE.COMER清华大学影印版中译版:林瑶蒋慧等译电子工业出版社4教学目标通过计算机网络课程的学习，应能达到以下教学目的：使学生对计算机网络从整体上有一个较清晰的了解；对当前计算机网络的主要种类和常用的网络协议有较清晰的概念，学会计算机网络操作、日常管理和维护的基本方法，初步掌握以TCP/IP协议族为主的网络协议结构，初步培养在TCP/IP协议工程和LAN上的实际工作能力了解网络技术的新发展。5教学特点与要求教学特点注意理论与实践相结合，重视实践安排。注意知识更新，补充网络技术的新发展和新产品。教学目标基本知识（概念、方法、技术、标准）基础理论（数学、算法、模型）实际技能（网络编程、软件工具、网络工程）认知层次识记理解简单应用综合应用6数学•微积分•概率与随机过程•数论电子学•数字信号处理计算机科学•计算机组织结构•计算机操作系统•计算机程序设计•数据结构与算法分析•数据通信•计算机网络•TCP/IP协议Internet实用技术网络工程技术多媒体技术网络信息安全分布式系统知识基础与后继课程7教学实践要求：实验前要预习，并在实验时提交实验预习单，否则禁止实验操作实验时间一般为2－3小时，实验结束后立即提交实验报告实验抓图要求诚实代码的要求8考核与实验报告的要求1、实验名称2、实验目的：故障检测、升级、规划3、实验器材4、实验内容（步骤）5、实验结果（总结、分析）成绩＝70%笔试+20%实验+10%平时与作业9计算机网络研究内容网络课的主要内容:通信计算机计算机网络10计算机与通信Computer&Communication计算机的发展促进了通信事业的发展通信的发展扩大了计算机的应用范围二者互相促进，密不可分，共同发展计算机与通信结合的产物数据通信（网）计算机通信（网）计算机网络分布式系统C&C=ComputerCommunicationsC＆C11通信与计算机的关系电信主要包括话音通信、图像通信、数据通信、视频通信。数据及计算机通信是为计算机之间的远程信息交换、分布处理、资源共享提供服务的。数据及计算机通信是通信技术与计算机技术相结合的产物，通信系统的性能提高及其技术的迅猛发展得益于计算机硬件与软件技术的不断进步。按照定义，计算机网络由通信子网与资源子网构成。今天面对的通信子网以电信业运营的网络为主干。从电信网或计算机网络角度，发展趋势都是全球多媒体网络。通过电信、数据、有线电视的业务数字化和网络综合化实现多网合一或网络融合，计算机通信将覆盖所有的传统电信业务。12为什么要学习计算机网络？IT技术是以微电子学为基础，融合了通信技术、计算机技术、自动化技术、网络技术和智能技术的综合性技术领域。计算机学科的知识结构与IT领域其它学科是相互交叉、渗透的。“Thenetworkisthecomputer”。信息网络时代的计算机工作者面对的是基于网络丰富资源的一个庞大虚拟机器，计算机网络是必修的课程。数据通信则是计算机网络的技术基础。随着Internet的普及与发展，我们面对的计算机网络是以数据通信技术及数据通信网作为支撑的全球性网络。通信网络在IT业有着十分重要的地位。计算机网络应用示例网络优势网络学校网络医院13通信网络在IT领域的地位IT业三大定律摩尔定律（GordonMoore’sLaw）：每过18个月,微处理器处理能力翻倍而价格不变。吉尔德定律（GeorgeGilder’sLaw），超摩尔定律：未来25年内，通信系统总带宽每年翻三番。迈特卡夫定律（BobMetcalfe’sLaw）网络的利用价值等于用户数的平方。14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15通信网络在IT领域的地位包括微处理器在内的集成电路、通信网络、软件是IT业的三大支柱。三大定律中一条涉及微处理器，两条与通信网络有关。表明了网络在IT中的重要地位。迈特卡夫定律定量描述了单机与联网之间的巨大差别和网络的重要价值,反映了数据/计算机通信网相对于其它通信网络的效率差别。根据吉尔德定律与摩尔定律得知，通信网络的发展大大快于微处理器的发展。16通信主要任务传输系统的利用充分合理利用传输设施复用：在多个用户之间分配传输系统的总传输能力拥塞控制：保证传输系统不因传输请求过量而超载接口设备与传输系统之间的连接信号的产生按某种格式产生具有一定强度的电磁波信号能够在传输系统上传播能够被接收器转换为数据17通信主要任务同步在发送器与接收器之间达成某种同步接收器能够判断信号的起始、结束和信号单元的持续时间交换的管理通信双方为交换数据而建立连接通信双方数据处理设备的其它协商工作差错控制：检测或纠正因信号失真或信道噪声等原因而产生的传输差错流量控制：保证信宿设备不会因信源设备发送太快以至无法及时接收和处理这些数据而导致超载18寻址当传输设施被两个以上设备共享时，信源必须给出信宿的标识路由选择当传输系统是不只一条路径的网络时需要确定路由恢复信息交换过程中因通信系统某处出现故障而致使传输中断，需要从中断处恢复工作，或者把系统被涉及部分恢复到数据交换开始之前的状态报文格式化数据交换双方必须就传输的数据格式达成一致协议交换代码转换、压缩、加密通信主要任务19安全措施发送方希望确保只有它期望的接收者接收到数据接收方希望保证收到的数据来自正确的发送方，且数据在传输过程中未被改变网络管理数据通信设施是一个复杂系统，需要合理地规划和配置，需要对系统运行状态进行监控，并处理拥塞、死锁、故障等引发的问题通信主要任务20数据通信网络构成数据通信网的基本要素数据终端设备（DTE-DataTerminalEquipment）数据通信设备（DCE-DataCommunicationEquipment）交换设备传输链路数据通信网是这样一种系统：在一定范围内以数据通信设备与交换设备为点，以传输链路为线，点线按一定顺序相连，将地理分散的数据终端设备连接起来，可以完成用户间多对多的数据通信。21计算机网络计算机通信网以独立自治的计算机为数据终端设备的数据通信网络计算机通信网是目前数据通信最主要的表现形式计算机网络由两级子网构成：以计算机通信网为通信子网；以网络连接的计算机提供的硬软件资源为资源子网以数据通信为手段，以资源共享为目的数据交换、资源共享、分布处理、信息服务是计算机网络主要功能网络操作系统是计算机网络有别于计算机通信网的主要标志多媒体网络多媒体计算机网络数据通信网、电话网、有线电视网的融合22routerworkstationservermobile数据和计算机通信网的类型(1)根据所采用的传输技术的不同，数据和计算机通信网可分为交换式网络电路交换存储-转发（报文交换、分组交换）帧中继信元中继广播式网络有线信道（总线型、环型）无线信道（微波、卫星）23计算机网络定义定义1：在网络协议控制下，由多台主机、若干终端、数据传输设备以及计算机与计算机之间、终端与计算机间进行通信的设备所组成的计算机复合系统，以达到资源共享的目的。24定义2：计算机网络是自主计算机的互联集合。互联可以通过电缆（电话线、网线或光纤等）来实现，也可以采用无线连接，使用无线电信号、激光或红外技术、或者卫星传输。总之，两台计算机如果能互相交换信息即称为互联。自主计算机其实就是指具有独立功能的计算机。如果一台计算机脱离了网络或其它计算机就不能工作，则不是自主的。1.2.计算机网络的一般性定义25计算机网络的定义、组成和功能计算机网络定义—互连起来的、按照通信协议相互通信以实现共享资源(软件、硬件和数据)的独立运行的计算机系统的集合各计算机是独立自主的autonomous，其运行不依赖于其他计算机计算机之间的连接是物理实现的计算机之间能够利用各种通信手段进行相互通信，并共享软件、硬件和数据等资源计算机网络的组成主机（Host）通信子网（CommunicationSubnet）转发结点—(如路由器、交换机)通信链路通信协议HHHH主机通信子网转发结点26计算机网络的定义、组成和功能计算机网络的基本功能数据通信：数据的传送和发布资源与信息的共享—包括计算机硬件、数据库、应用软件等资源的共享分布式处理—将本地计算机不能或不能完全处理的计算转移到网络中的其它计算机上处理网络备份backup,network-attachedstorage计算机通信网以传输信息为目的研究内容：高效的可靠传输；传输协议；通信设备的管理和控制27计算机网络的演变与发展（1）面向终端的计算机网络：以单个计算机为中心的远程联机系统，如20世纪60年代初的SABRE飞机预订系统中心计算机前端处理机FrontEndProcessor远程通信线路终端控制器TC近程通信线路28计算机网络的演变与发展（2）计算机-计算机网络计算机有自主处理能力：autonomous典型代表是DARPA资助下的ARPANETHost运行网络应用程序IMP：节点处理机/分组交换节点主机之间不是直接连接，而是通过IMP互连IMP采用存储转发/分组交换技术，通信线路不独占，而是统计时分复用ARPRNET把网络分成两个部分：通信子网：IMP和IMP之间连接的通信线路资源子网：向网络用户提供共享的软硬件资源的主机29计算机网络的演变与发展（3）计算机-计算机网络（续）什么是协议和体系结构？Protocol：计算机通信时对信息内容、信息表示以及交换过程遵循一个共同的约定。Architecture：协议一般被分成多个层次，如何分层以及各层采用的协议总和称为体系结构第二代计算机网络：没有统一的网络体系结构IBM的SNA(SystemNetworkArchitecture)DEC的DNA(DigitalNetworkArchitecture)ARPANET等等30计算机网络的演变与发展（4）开放式标准化网络：第三代计算机网络InternationalStandardsOrganization(ISO)提出了OpenSystemInterconnectionBasicReferenceModel(OSI/RM)：OSI七层模型ISO和国际电话电报咨询委员会CCITT在参考模型的指导下开发了一系列的协议标准：CCITT建议ITU-T：InternationalTelecommunicationUnion下的电信标准化部，其前身为CCITT公用分组交换数据网：CHINAPACInternet：TCP/IP体系结构，事实上的国际标准31计算机网络的演变与发展（5）网络计算的新时代：以网络为中心发展趋势：高速网络：以太网从10Mbps-100M1Gbps10GbpsWAN：64Kbps-2Mbps-155M/622MGbps