计算机网络基础及应用

计算机网络基础及应用第1章概述1.1计算机网络的概念1.2计算机网络的功能和应用1.3计算机网络的形成与发展1.4计算机网络的分类1.5计算机网络的拓扑结构1.6计算机网络的标准化工作1.1计算机网络的概念1.2计算机网络的功能1.4计算机网络的分类1.5计算机网络的拓扑结构1.1计算机网络的概念1.1计算机网络的概念计算机网络:将分布在不同地理位置上的具有独立工作能力的计算机、终端及其附属设备用通信设备和通信线路连接起来，并配置网络软件，以实现计算机资源共享的系统。1.1计算机网络的概念通信卫星地面站1地面站2地球1.2计算机网络的功能和应用（1）计算机网络的功能资源共享（2）计算机网络的应用1.3计算机网络的形成与发展第一阶段：20世纪50年代,计算机技术与通信技术相结合第二阶段：20世纪60年代，ARPAnet与分组交换技术的研究与发展第三阶段：20世纪70年代，网络体系结构与协议标准化的研究第四阶段：20世纪90年代，Internet技术的广泛应用网络计算技术的研究与发展宽带城域网与接入网技术的研究与发展网络与信息安全技术的研究与发展1946年世界上第一台电子数字计算机ENIAC诞生时，计算机技术与通信技术并没有直接的联系；20世纪50年代初，由于美国军方的需要，美国半自动地面防空系统（SAGE）的研究开始了计算机技术与通信技术相结合的尝试；•第一阶段：20世纪50年代20世纪50年代出现了多终端的主机系统主机终端终端终端终端主机终端终端终端终端随着计算机应用的发展，出现了多台计算机互连的需求，网络用户希望通过网络实现计算机资源共享的目的；典型的研究成果是ARPAnet。第二阶段：20世纪60年代世界上第一个计算机网络ARPANET，它是Internet的祖先。主机IMPIMPIMPIMPIMP主机主机子网ARPANET当时仅有4个结点。一些大的计算机公司纷纷提出了各种网络体系结构与网络协议；国际标准化组织（ISO）成立专门委员会研究网络体系结构与网络协议国际标准化问题；ISO正式制订了开放系统互连参考模型，制订了一系列的协议标准；在1969年ARPAnet的实验性阶段，研究人员就开始了TCP/IP协议雏形的研究；TCP/IP协议的成功促进了Internet的发展，Internet的发展又进一步扩大了TCP/IP协议的影响。第三阶段：20世纪70年代1980年10月的ARPANET万维网（WorldWideWeb，）的发明极大地推动了因特网应用的发展。Internet的发展速度-是历史上发展最快的一种技术，以商业化后达到5000万用户为例：•电视用了13年，收音机用了38年，电话更长Internet从商业化后达到5000万用户用了4年时间第四阶段：20世纪90年代，因特网大发展的时期典型计算机网络ARPANETNSFNETInternetInternet2ARPAnet1969年11月，实验性的ARPAnet开通；80年代中期，ARPAnet成为Internet的主干网；1990年，ARPAnet退役。—ARPAnet对网络的产生与发展产生了重要的影响。NSFnet1986年NSF组建NSFnet；主干网速率为56kb/s1991年NSFnet主干网的传输速率为44.746Mb/s；Internet80年代中期人们开始认识到Internet的重要作用；90年代是Internet历史上发展的最快的时期；Internet应用主要有E-mail、、Telnet、FTP与Usenet等，随着Internet规模和用户的不断增长，Internet上的应用领域也进一步得到开拓；从用户的角度来看，Internet是一个全球范围的信息资源网；从网络结构角度看，Internet是一个由路由器互联起来的大型网际网。Internet网络结构示意图PSTNCATV电话交换网接入有线电视网接入无线接入局域网接入国际或国家主干网地区主干网企业或校园网Internet2由于Internet的商业化，业务量增多，导致网络性能降低；是由美国120多所大学、协会、公司和政府机构共同努力建设的网络，它的目的是满足高等教育与科研的需要，开发下一代互联网高级网络应用项目。1996年10月，初始运行速率可达10Gb/s；Internet2可以用于多媒体虚拟图书馆、远程医疗、远程教学、视频会议、视频点播VOD、天气预报等领域；在2007年秋季的会议上,Internet2协会宣布已经完成了下一代互联网Internet2的基础架构,并且已经开始运行,它可以面向科研机构和教育人员提供100Gb/秒的传输速度.从ARPAnet到Internet2的发展过程军事目的研究目的商业目的1986年1980年1957年设立ARPA启动ARPAnet与MILnet分离ARPAnet与NSFnet互连以NSFnet为主干网络NSFnet退役Internet进入快速发展阶段TCP/IP标准化启动NSFnetARPAnet退役MILnet运行UNIX发布1969年1983年1969年1990年1991年Internet21996年中国互联网发展1987年9月，在德国卡尔斯鲁厄大学某科研小组的帮助下，在北京计算机应用技术研究所内正式建成中国第一个国际互联网电子邮件节点，并于9月20日发出了中国第一封电子邮件。1990年11月，中国的顶级域名CN完成注册1992年6月，第一次正式讨论中国连入Internet的问题1994年4月，实现了与Internet的全功能连接“蘑菇云”是一个传输的网络，称为通信子网。资源子网和通信子网通信子网资源子网路由器主机路由器路由器路由器路由器路由器终端主机终端主机终端主机终端•资源子网的组成主机终端外设软件资源信息资源•通信子网的组成网卡、线缆、集线器、路由器和交换机等1.4计算机网络的分类（1）按网络的作用范围分：局域网（LAN)城域网（MAN）广域网（WAN）29局域网LAN（LocalAreaNetwork）LAN是在一个有限的地理范围（十几公里以内）内将计算机、外部设备和网络互连设备连接在一起的网络系统，常用于一座大楼、一个学校或一个企业内。局域网技术成熟、发展快，是计算机网络中最活跃的领域之一。LAN特点：距离短、延迟小、数据速率高、传输可靠30局域网设备线缆、网卡、HUB、Switch、RouterHUB交换机路由器ATM交换机31城域网MAN（metropolitanareanetwork）适应于一个地区、一个城市或一个行业系统使用，分布范围一般在十几公里到上百公里。（如连锁超市）32广域网WAN（wideareanetwrok）分布范围可达几千公里乃至上万公里横跨洲际。WAN类型：PSTN、ISDN、X.25网、帧中继网、ATM网1.4计算机网络的分类（2）按传输介质分：有线网无线网1.5计算机网络的拓扑结构拓扑结构指网络中通信线路和站点（计算机或设备）的几何排列形式。常见的网络拓扑结构有星型总线型树型环型网状型351.总线型拓扑TerminatorSegmentTerminator361.总线型拓扑总线拓扑结构采用一条单根线缆做为传输介质，所有的站点都通过相应的硬件接口直接连接到传输介质上。372.星型拓扑（StarTopology）Hub38星型拓扑的优点是结构简单，管理方便，可扩充性强，组网容易。星型拓扑的缺点是属于集中控制，主节点负载过重，如果中央结点产生故障，则全网不能工作，所以对中央结点的可靠性和冗余度要求很高。2.星型拓扑39环型拓扑是将各台联网的计算机用通信线路连接成一个闭合的环。是一个点到点的环路，每台设备都直接连接到环上，或通过一个分支电缆连到环上。3.环型拓扑404.树型拓扑41树型拓扑是从总线拓扑演变而来，它把星型和总线型结合起来，形状像一棵倒置的树，顶端有一个带分支的根，每个分支还可以延伸出子分支。4.树型拓扑42网状结构分为全连接网状和不完全连接网状两种形式。在全连接网状结构中，每一个结点和网中其他结点均有链路连接。在不完全连接网状网中，两节点之间不一定有直接链路连接，它们之间的通信，依靠其他节点转接。广域网中一般用不完全连接网状结构。5.网状拓扑435.网状拓扑441.6计算机网络的标准化工作标准化组织国际电信联盟(ITU)国际标准化组织(ISO)电气和电子工程师协会（IEEE）与因特网相关的标准化组织国际互联网协会（ISOC）因特网体系结构委员会（IAB）因特网工程任务组（IETF）：RFC文档国际互联网名称和地址分配公司（ICANN）网络标准化标准化组织国际电信联盟(ITU)国际标准化组织(ISO)电气和电子工程师协会（IEEE）与因特网相关的标准化组织国际互联网协会（ISOC）因特网体系结构委员会（IAB）因特网工程任务组（IETF）：RFC文档国际互联网名称和地址分配公司（ICANN）RFC文档请求评价RequestForComments(RFC)文档从1969年ARPANET出现时就开始存在；是一系列以编号排定的文件。文件收集了有关因特网相关资讯，以及UNIX和因特网社群的软件文件。RFC文档RFC的官方站点，可以检查RFC最及时的更新情况最重要的Internet组织之一