第1章 计算机网络基础――概论

芜湖信息技术职业学院计算机网络基础1第1章计算机网络基础——概论芜湖信息技术职业学院计算机工程系芜湖信息技术职业学院计算机网络基础3本章主要内容计算机网络的形成与发展；计算机网络的定义与功能；计算机网络的组成；计算机网络的分类；计算机网络的拓扑结构；标准化组织；芜湖信息技术职业学院计算机网络基础4以单计算机为中心的联机终端系统由单用户独占一个系统发展到分时多用户系统，即多个终端用户分时占用主机上的资源，这种结构被称为第一代网络。每一个分散的终端都要单独占用一条通信线路，线路利用率低。主机既要承担通信工作，又要承担数据处理，因此主机的负荷较重，且效率低。为了提高通信线路的利用率并减轻主机的负担，使用了多点通信线路、通信控制处理机以及集中器。主机终端主机终端芜湖信息技术职业学院计算机网络基础5多处理机的联机终端系统通信控制处理机完成全部的通信任务，让主机专门进行数据的处理，提高数据处理的效率；集中器负责从终端到主机的数据集中以及从主机到终端的数据分发。主机终端通信控制器集中器高速线路低速线路高速线路芜湖信息技术职业学院计算机网络基础6计算机—计算机网络随着计算机技术和通信技术的进步，将多个单处理机联机终端网络互相连接起来，形成了以多处理机为中心的网络。利用通信线路将多台主机连接起来，为用户提供服务。有两种连接形式：主机终端主机主机终端终端A主机终端CCP主机主机终端终端BCCPCCP主机终端主机主机终端终端A主机终端CCP主机主机终端终端BCCPCCP芜湖信息技术职业学院计算机网络基础7分组交换技术产生的背景早期的通信系统中，应用最广泛的是电话交换系统（线路交换），但利用电话线路传送计算机或终端的数据也会出现的问题。由于计算机与各种终端的传送速率不同，在采用线路交换时，不同类型、不同规格、不同速率的终端很难相互进行通信，必须采用一些措施来解决这个问题。计算机通信应采取有效的差错控制技术，可靠并准确无误地传送每一个比特，因此需要研究开发出适用于计算机通信的交换技术。芜湖信息技术职业学院计算机网络基础8分组交换技术的诞生美国国防部高级研究计划局ARPA早期研究的项目:分组交换的基本概念与理论。分组交换的概念最初是在1964年提出来的，1969年12月美国第一个使用分组交换技术的ARPANET投入运行，当时仅有4个节点，但它对分组交换技术的研究起了重要作用。到20世纪70年代后期，ARPA网络节点超过60个，主机100多台，地域范围跨越了美洲大陆，连通了美国东部和西部的许多大学和研究机构，而且通过通信卫星与夏威夷和欧洲等地区的计算机网络相互连通。芜湖信息技术职业学院计算机网络基础9分组交换技术出现的意义采用分组交换技术的网络试验成功，使计算机网络的概念发生了巨大的变化。早期的联机终端系统是以单个主机为中心，各终端通过通信线路共享主机的硬件和软件资源。而分组交换网以通信子网为中心，主机和终端构成了用户资源子网。用户不仅共享通信子网的资源，而且还可共享用户资源子网的许多硬件和软件资源。这种以通信子网为中心的计算机网络被称为第二代计算机网络，它比面向终端的第一代计算机网络的功能扩大了很多。芜湖信息技术职业学院计算机网络基础10计算机网络体系结构的形成经过20世纪60年代和70年代前期的发展，人们对网络技术、方法和理论的研究日趋成熟。为了促进网络产品的开发，各大计算机公司纷纷制定自己的网络技术标准，最终促成国际标准的制定，遵循网络体系结构标准建成的网络称为第三代网络；标准化建设经历了两个阶段：各计算机制造厂商网络结构标准化；国际网络体系结构标准化；芜湖信息技术职业学院计算机网络基础11各计算机制造厂商网络结构标准化各厂商的标准化体系IBM公司：SNA（系统网络体系结构）DEC公司：DNA（数字网络系统结构）UNIVAC公司：DCA（数据通信体系结构）Burroughs公司：BNA（宝来网络体系结构）只在一个公司范围内有效，也就是说，遵从某种标准的、能够互联的网络通信产品，也只限于同一公司生产的同构型设备。芜湖信息技术职业学院计算机网络基础12国际网络体系结构标准化国际标准化组织（ISO）为适应网络向标准化发展的需要，成立了TC97（计算机与信息处理标准化委员会）下属的SC16（开放系统互联分技术委员会），在研究、吸收各计算机制造厂家的网络体系结构标准化经验的基础上，开始着手制定开放系统互联的一系列标准，旨在方便异种计算机互联，该委员会制定了“开放系统互联参考模型”（OSI/RM），简称为OSI；OSI规定了可以互联的计算机系统之间的通信协议，遵从OSI协议的网络通信产品都是所谓的开放系统，而符合OSI标准的网络也被称为第三代计算机网络。目前，几乎所有网络产品厂商都在生产符合国际标准的产品，而这种统一的、标准化的产品互相竞争市场，也给网络技术的发展带来了更大的繁荣。芜湖信息技术职业学院计算机网络基础13Internet的产生1.60年代开始，美国国防部的高级研究计划局ARPA（AdvanceResearchProjectsAgency）建立阿帕网ARPANet，向美国国内大学和一些公司提供经费，以促进计算机网络和分组交换技术的研究。2.1969年12月，ARPANet投入运行，建成了一个实验性的由4个节点连接的网络。到1983年，ARPANET已连接了三百多台计算机，供美国各研究机构和政府部门使用。3.1983年，ARPANet分为ARPANet和军用MILNET（MilitaryNetwork），两个网络之间可以进行通信和资源共享。由于这两个网络都是由许多网络互连而成的，因此它们都被称为Internet，ARPANet就是Internet的前身。芜湖信息技术职业学院计算机网络基础14Internet的产生4.1986年，NSF（美国国家科学基金会，NationalScienceFoundation）建立了自己的计算机通信网络。NSFnet将美国各地的科研人员连接到分布在美国不同地区的超级计算机中心，并将按地区划分的计算机广域网与超级计算机中心相连（实际上它是一个三级计算机网络，分为主干网、地区网和校园网，覆盖了全美国主要的大学和研究所）。5.最初，NSFNet的主干网的速率不高，仅为56kbps。在1989～1990年，NSFNet主干网的速率提高到1.544Mbps，并且成为Internet中的主要部分。6.NSFnet逐渐取代了ARPANet在Internet的地位，到了1990年，鉴于ARPANet的实验任务已经完成，在历史上起过重要作用的ARPANet就正式宣布关闭。芜湖信息技术职业学院计算机网络基础15Internet的发展随着NSFnet的建设和开放，网络节点数和用户数迅速增长。以美国为中心的Internet网络互联也迅速向全球发展，世界上的许多国家纷纷接入到Internet，使网络上的通信量急剧增大。1992年，Internet上的主机超过1百万台。1993年，Internet主干网的速率提高到45Mbps。到1996年速率为155Mbps的主干网建成。1999年MCI和WorldCom公司将美国的Internet主干网速率提高到2.5Gbps。到1999年底，Internet上注册的主机已超过1千万台。芜湖信息技术职业学院计算机网络基础16Internet的发展Internet的迅猛发展始于20世纪90年代。由欧洲原子核研究组织CERN开发的万维网上，大大方便了广大非网络专业人员对网络的使用，成为Internet发展的指数级增长的主要驱动力。的站点数目也急剧增长，1993年底只有627个，1994年底就超过1万个，1996年底超过60万个，1997年底超过160万个，而1999年底则超过了950万个，上网用户数则超过2亿。Internet上的数据通信量每月约增加10%，Internet的发展非常迅速，据预测，到2002年，全球Internet的用户将达到4.5亿。以我国Internet的发展为例，截止到2001年7月，上网计算机数已达到约1002万台，上网用户人数约2650万人，仅CN下注册的域名数已达到近13万个，而万个。芜湖信息技术职业学院计算机网络基础17Internet的应用与高速网络技术的发展Internet是一个大型广域计算机网络，对推动世界科学、文化、经济和社会的发展有着不可估量的作用。在Internet飞速发展与广泛应用的同时，高速网络的发展也引起了人们越来越多的注意。高速网络技术发展主要表现在高速局域网、交换局域网与虚拟网络、宽带综合业务数据网B-ISDN和异步传输模式ATM。进入90年代以来，世界经济已经进入了一个全新的发展阶段。世界经济的发展推动着信息产业的发展，信息技术与网络的应用已成为衡量21世纪综合国力与企业竞争力的重要标准。人们开始认识到信息技术的应用与信息产业的发展将会对各国经济发展产生重要的作用，很多国家纷纷开始制定各自的信息高速公路的建设计划。芜湖信息技术职业学院计算机网络基础18Internet的应用与高速网络技术的发展建设信息高速公路就是为了满足人们在未来随时随地对信息交换的需要，在此基础上人们相应地提出了个人通信与个人通信网的概念，它将最终实现全球有线网、无线网的互连，邮电通信网与电视通信网的互连，固定通信与移动通信的结合。在现有电话交换网PSTN、公共数据网PDN、广播电视网、B-ISDN的基础上，利用无线通信、蜂窝移动电话、卫星移动通信、有线电视网等通信手段，最终实现“任何人在任何地方，在任何的时间里，使用任一种通信方式，实现任何业务的通信”。以ATM为代表的高速网络技术发展迅速。目前，世界上很多发达国家都组建了各自的ATM网络。在我国电信部门的骨干网和一些商业网上也广泛采用了ATM技术。ATM已经成为21世纪电信网的关键技术。芜湖信息技术职业学院计算机网络基础19计算机网络的定义定义:简单定义：“互联起来的独立自主的计算机集合”；完整的定义：“利用通信设备和线路，将分布在不同地理位置的、功能独立的多个计算机系统连接起来，以功能完善的网络软件（网络通信协议及网络操作系统等）实现网络中资源共享和信息传递的系统”；芜湖信息技术职业学院计算机网络基础20计算机网络的功能数据交换和通信计算机网络中的计算机之间或计算机与终端之间，可以快速可靠地相互传递数据、程序或文件。资源共享充分利用计算机网络中提供的资源（包括硬件、软件和数据）是计算机网络组网的主要目标之一。提高系统的可靠性在一些用于计算机实时控制和要求高可靠性的场合，通过计算机网络实现备份技术可以提高计算机系统的可靠性。分布式网络处理和负载均衡对于大型的任务或当网络中某台计算机的任务负荷太重时，可将任务分散到网络中的各台计算机上进行，或由网络中比较空闲的计算机分担负荷。芜湖信息技术职业学院计算机网络基础21计算机网络的组成计算机网络的系统组成计算机网络完成数据处理与数据通信两大基本功能：负责数据处理的计算机与终端；负责数据通信的通信控制处理机CCP与通信线路。资源子网；通信子网；计算机网络的软件网络协议软件、网络通信软件、网络操作系统、网络管理软件和网络应用软件；芜湖信息技术职业学院计算机网络基础22资源子网和通信子网资源子网资源子网由主机、终端、终端控制器、连网外设、各种软件资源与信息资源组成。资源子网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。通信子网通信子网由通信控制处理机、通信线路与其它通信设备组成，完成网络数据传输、转发等通信处理任务。主机终端主机终端主机主机主机通信子网资源子网终端终端网络节点通信线路芜湖信息技术职业学院计算机网络基础23资源子网的组成主机大型机、中型机、小型机、工作站或微机。主机是资源子网的主要组成单元，它通过高速通信线路与通信子网的通信控制处理机相连接。普通用户终端通过主机连入网