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Li_zhihui第1章计算机网络概述第1章计算机网络概述教学目标通过了解计算机网络及其起源和演变过程，了解局域网、广域网、城域网及互联网之间的不同，了解用于网络通信的基本介质等，使学生对今天的Internet由来有一个基本的认识。教学内容1.1计算机网络定义、功能1.2计算机网络发展过程1.3计算机网络分类1.4计算机网络通信介质1.1计算机网络定义、功能计算机网络定义：是指利用通信设备和通信介质把地理位置不同、具有独立功能的多个计算机系统互连起来，按照一定通信协议进行数据通信，以实现资源共享和信息交换为目的的系统。通信线路其他外设打印机客户机资源服务器网络协议计算机网络功能主要可归纳以下四点：1、资源共享2、数据通信3、信息管理4、分布式处理5、提高计算机系统的可靠性1.2.1计算机网络发展过程追溯计算机网络的发展历史，它的演变可概括地分成四个阶段：(1)面向终端的网络•以单个计算机主机为中心的远程联机系统。(2)面向内部通信的网络•多个计算机主机，通过线路互联的计算机网络。(3)异种机互连的网络•推出国际标准化的计算机网络体系结构OSI。(4)网络互联与信息高速公路第一阶段面向终端的网络20世纪50年代，计算机技术和通信技术相结合，为计算机网络的产生奠定了基础50年代，特征—共享主机资源单台主机与本地多终端的接入—提供高性能的计算、通信服务存在问题1、主机负荷较重•既要承担通信又要处理数据2、通信线路利用率低3、可靠性差中心计算机远程高速线路近程低速线路第一阶段主要演变过程引入了前置处理机FEP或通信控制器CCU；出现终端控制器TC或集中器（复用器）等设备。提供远程多终端的接入服务modem第二阶段面向内部通信的网络60年代，多个主机出现，要求主机之间通讯这个阶段网络特征单主机终端网络的互联，形成多主机为中心的网络网络结构从“主机－终端”转变为“主机－主机”网络产品是相对独立的，未有统一标准。？？？第二阶段演变过程CCP主机CCP主机TTTTCCP主机TT通信线路通信子网扩大：出现IMP-接口信息处理机出现CCP-通信控制处理机两层网络概念的建立——通信子网和资源子网主机主机IMPIMPIMPIMP资源子网通信子网主机主机ARPANET网出现通信子网和资源子网通信子网：由通信控制处理机、通信线路和其他通信设备连接构成。负责网络通信，完成网络数据传输、转发等信息处理任务；资源子网：由众多主机系统、终端，以及各种外围设备等组成。负责网络数据的产生和处理，并向网络用户提供网络资源和网络服务等功能。ARPANET网的出现60年代末，美国国防部高级研究计划署研发ARPANET，其主要特点：资源共享、分散控制，分组交换；采用专门的通信控制处理机作为Internet的早期骨干网，ARPAnet的试验奠定了Internet存在和发展的基础。ARPAnet在技术上的另一个重大贡献就是TCP/IP协议簇的开发和利用。第三阶段异种机互连的网络70年代末、80年代初，各部门间网络希望相互能通信，但传输标准不统一。推进了网络体系结构的标准化：1.各计算机制造厂商网络结构标准化；2.国际网络体系结构标准化。77年，提出由国际标准化组织ISO来约定或定义一个“统一的传输协议”。83年，ISO推出“开放系统互联参考模型”OSI-RM。国际标准：OSI/RMInternationalOrganizationforStandardization)国际标准化组织OpenSystemInterconnection/RecommendedModel开放系统互联参考模型，简称OSI参考模型OSI参考模型是一种概念上的网络模型其标准保证了不同网络设备间的兼容性和互操作性规定了网络体系结构的框架：共七层1986年—美国国家科学基金会（NSF）的NSFNET建成，基于OSI模型，采用标准的TCP/IP协议，成为Internet的主干网。第四阶段信息高速公路所谓“信息高速公路”，就是一个高速度、大容量、多媒体的信息传输网络。从20世纪90年开始，计算机网络开始进入其发展的第四代时期。其主要标志：多媒体计算机及宽带综合业务数字网的应用；出现高速以太网、快速分组交换技术、帧中继、ATM等网络传输介质光纤化及光纤分布式数据接口FDDI1.2.2Internet起源1962年，美国国防部在军事上为了对抗前苏联，提出设计一种分散的指挥系统构想。1969年，为了对上述构想进行验证，美国国防部高级研究计划署资助建立了一个名为ARPANET的实验网络。1972年，ARPANET接入的主机数多达40个。1983年，ARPAnet分裂为两部分，ARPAnet和纯军事用的MILNET。ARPANET给予Internet的重大贡献之一就是TCP/IP协议的可行性应用，为Internet第一次快速发展打下了坚实的基础。Internet起源80年代初，美国国家科学基金会投入大量资金介入国家骨干网络的建设，建立了NSFNET网。80年代中期，美国国家科学基金会（NSF）鼓励并希望各大学、研究所的计算机与其四台巨型计算机联接。1986年NSFNET建成后正式营运，实现了与其他已有的和新建的网络的互联和通信，成为今天Internet的基础。1990年6月，NSFNET全面取代ARPANET成为Internet的主干网。可以这样说，NSFNET的出现，给予Internet的最大贡献就是向全社会开放，它准许各大学或私人科研机构网络的接入，促使Internet迅速地商业化并有了第二次的飞跃发展。Internet初期示意图国家宇航科学网美国著名的通讯公司网能源科学网国家科学基金会网国家宇航科学网两联邦Internet交换机FIX-E,FIX-W两商用交换机GIX,CIX1.2.3我国Internet的发展过程大致分五个阶段：第一阶段：中国Internet研究试验阶段第二阶段：中国Internet教育科研应用阶段第三阶段：中国Internet商业应用阶段第四阶段：我国Internet快速发展阶段第五阶段：我国Internet的信息高速公路中国互联网的10大主干网中国公用计算机互连网CHINANET中国科学技术计算机网CSTNET国家公用经济信息通信网GBNET中国教育和科研计算机网络CERNET中国联合通信网(UNINET)中国网通公用互联网(CNCNET)中国长城互联网(GWNET)中国移动通讯网(CMNET)中国对外经济贸易网（CIENET）中国铁通互联网（CRNET）中国卫星集团互联网(CSNET)计算机网络分类按覆盖的地理范围分：局域网（LAN）、广域网（WAN）、城域网（MAN）和互联网（Internet）等；按网络的拓扑结构分：总线网、环型网、星型网、树型网和网状型网等；按媒体访问技术分：以太网（Ethernet）和令牌网（TokenRing）等；按通讯方式分：广播式网和点对点网；按传输介质分：有线网和无线网；按不同操作系统分：Unix网、Novell网、IBMLAN网、DECnet网、AppleTalk网、MicrosoftLAN网等；按用途分：公用网、专用网和内部网……1.3.1局域网局域网（LocalAreaNetwork，LAN），就是在局部地区范围内的网络，它所覆盖的地区范围较小。局域网就是将单独的计算机（或终端）以及接入设备，利用通信介质相互连接起来，遵循一定的通信协议，进行信息交换，实现资源共享。局域网特点：1）具有较高的传输带宽，数据传输率高，目前一般在100Mbps或以上；2）数据传输可靠，误码率低；3）LAN网络结构简单，可有总线型、环型、星型或树型（即多个星型的组合）等结构类型，见图1-5所示，易于实现，一般使用广播链路；4）通常由单一机构所拥有和使用，不受公共网络所属机构的约束，容易进行设备更新和使用最新技术。1.3.2广域网广域网（WideAreaNetwork，WAN），其覆盖的地域范围比局域网要大很多，可达100公里以上，是一个地区、一个国家、甚至全世界。广域网特点：1）WAN由节点交换机以及连接这些交换机的链路组成；2）节点交换机具有分组存储转发的功能，节点之间都是点到点的通信链路；3）为了提高网络通信的可靠性，通常一个节点与多个节点相连。相邻节点之间可直接通信，而不相邻节点间通信需要通过中间若干节点转发，见图1-6；4）WAN常常采用信道复用技术（有关信道复用技术请参见第2章2.2.4的介绍），以提高传输线路的利用率。1.3.3城域网城域网（MetropolitanAreaNetwork，MAN），这种网络的连接距离在10~100公里，其规模介于LAN和WAN之间。在地理范围上可以说，MAN是LAN网络的延伸；在技术上，MAN通常使用与LAN相似的技术，但又属于公共性质的网络。城域网与局域网、广域网的区别：1）局域网或广域网通常是为了一个单位或系统服务，而城域网则是为整个城市而不是为某个特定的部门服务。2）建设局域网或广域网包括资源子网和通信子网两个方面。而城域网的建设主要集中在通信子网上，其中有两个方面构成：一是城市骨干网，它与全国的骨干网相连；二是城市接入网，它把本市所有的联网用户与城市骨干网相连。1.3.4互联网将局域网以及单台主机通过广域网互联并按照一定的通讯协议通信，所组成的国际计算机网络就是一互联网。互联网特点：1）在互联网中，不同网络之间的互联是通过路由器实现的；2）互联网是由多个网络构成，与广域网有所不同；广域网是指单个的网络，是使用节点交换机连接各主机而不是用路由器连接各网络。1.4计算机网络通信介质通信介质是网络通信双方传送数据的物理通道，是通信中实际传输信息的载体。常用的通信介质可分有线和无线两大类：有线通信介质有：同轴电缆、双绞线、光缆等；无线通信介质有：微波、卫星等。1.4.1同轴电缆同轴电缆的构成由4部分组成。同轴电缆分：细缆和粗缆两种。细缆有10BASE-2细缆，即10Mbps的基带传输，最大传输距离200米（实际应用要求限制在185米），一般用于小型以太网络总线型结构的布线。直径约为1.27厘米，阻抗是75Ω。由于直径相对粗点，因而弹性较差，不适合在室内狭窄的环境布线；。绝缘层保护层外导体内导体1.4.2双绞线构成：由8根彼此绝缘的铜导线组成，每一对按一定规则相互绞合，组成4对。双绞线种类：分屏蔽和非屏蔽两大类。非屏蔽双绞线有1、2、3、4、5五类、超5类以及最新的6类若干种。两根1对共有4对非屏蔽双绞线屏蔽双绞线五类双绞线：只使用其中4根通信，基带传输可达100Mbps，最大传输距离为100米。超五类双绞线：具有衰减小，串扰少以及更小的时延误差等特；使用所有8根线通信，主要用于1000Base-T局域网中，也可用于100Base-T的局域网，最大传输距离能达130米或更长。六类双绞线：能提供2倍于超五类的带宽，其传输性能远远高于超五类的标准，最适于传输速率高于1Gbps网络的应用，也可用于1000Base-T。1.4.3光缆光缆由多根石英玻璃或塑胶纤维制成的光纤构成，光纤外围封装几层保护结构。光缆具有很多独特的优点：1）传输频带宽，通信容量大；2）误码率极低，传输损耗小，无中继传输距离长；3）不受雷电和电磁干扰，本身也无相互串扰和辐射；4）重量轻，还具有安全性和隐秘性。单芯光缆玻璃封套塑料外套玻璃内芯多芯光缆玻璃内芯塑料外套玻璃封套外壳光纤的传输模态多模光纤：容许有多条不同入射角的光信号以不同的反射角在一根光纤中传播。纤芯直径大，一般用于近距离的传输。单模光纤：纤芯直径小到光的波长数量级，以至光