计算机网络概论电子版教案

1计算机网络原理与技术主讲：李敏[e-mail][e-mail]2课程安排：计算机网络原理与技术(1-15周)课堂教授54学时实验10学时A.STanenbaum,ComputerNetworks,FourthEdition.Prentice-Hall,2004A.STanenbaum著,潘爱民等译.计算机网络第四版.清华大学出版社,北京,2004其他计算机网络及实用教程等CCNA考试教程等参考书目：3://www.enet.com.cn://www.iitclub.com://www.huawei.com.cn/://www.cnnic.net.cn/://www.net130.com/cisco://www.20cn.net/20cn://www.netsp.com.cn/netsp参考网址：4课程的任务、目的和基本要求了解计算机网络的基本概念掌握计算机网络各层协议的基本工作原理及其所采用的技术学会计算机网络的一些基本设计方法对典型计算机网络（Internet）的特点和具体实现有基本印象为以后计算机网络及其应用的专题学习和研究打下基础实验课：掌握计算机网络协议的基本实现技术5课程的成绩平时成绩(30%)作业课堂表现实验考试成绩(70%)期末，闭卷考试。6学了这门课可以做些什么？技术人员网络管理员网络安全师系统分析师IT企业的售前工程师和售后工程师网络产品生产商的研发、测试、售前和售后工程师销售人员管理人员其他以网络为基础的行业人员第一讲计算机网络概述8本讲内容1.1计算机网络的发展历史1.2计算机网络的定义与分类1.3计算机网络的组成与结构1.4计算机网络的应用1.5Internet的发展与应用1.6网络标准化1.7网络实例91.1计算机网络的发展历史60年代初期：以单个计算机为中心的远程联机系统，构成面向终端互连的计算机网络；60年代后期：多个主计算机通过通信线路互连的计算机网络；70年代中期：具有统一网络体系结构、遵循国际标准化协议的计算机网络；90年代后：高速、综合化计算机网络。10远程联机系统一台中央主计算机连接大量在地理上处于分散位置的终端。以单个主机为中心的远程联机系统11计算机互连网络存储转发与分组交换DARPA的计算机分组交换网ARPANET(1969-12)分组交换网以通信子网为中心，主机和终端都处在网络的边缘。以通信子网为中心的计算机网络12•SNA(SystemNetworkArchitecture)1974,IBM公司•DNA(DigitalNetworkArchitecture)70年代末,DEC公司•OSI/RM(OpenSystemInterconnection/ReferenceModel)1977年,ISO•TCP/IP参考模型标准化网络13高速、综合化网络高速化是指网络具有宽频带和低时延。综合化是指将语音、视频、图像、数据等多种业务综合到一个网络中去。进一步的发展，计算机网络将具有以下几个特点：（1）开放式的网络体系结构。（2）向高性能发展。（3）向智能化发展。141.2计算机网络的定义与分类计算机网络的定义凡地理位置不同，并具有独立功能的多个计算机系统通过通信设备和线路连接起来，且以功能完善的网络软件实现网络资源共享的系统，可称为计算机网络系统。计算机网络的功能数据通信、资源共享、分布处理15计算机网络的组成硬件:包括计算机系统、终端、通信处理机、通信设备和通信线路软件：主要指计算系统和通信处理机上的网络运行控制软件，如网络操作系统和协议软件。图：计算机网络的硬件组成1.2计算机网络的定义与分类16计算机网络的分类按照交换技术（1）电路交换网络采用面向连接的方式，在双方进行通信之前，需要为通信双方分配一条具有固定带宽的通信电路，通信双方在通信过程中将一直占用所分配的资源，直到通信结束，并且在电路的建立和释放过程中都需要利用相关的信令协议。例如：公众电话网（PSTN网）和移动网（包括GSM网和CDMA网）优点：在通信过程中可以保证为用户提供足够的带宽，并且实时性强，时延小，交换设备成本较低。缺点：网络的带宽利用率不高，一旦电路被建立不管通信双方是否处于通话状态，分配的电路都一直被占用。17计算机网络的分类按照交换技术（续）（2）报文交换网络采用存储转发机制，以报文作为传送单元，由于报文长度差异很大，长报文可能导致很大的时延，并且对每个节点来说缓冲区的分配也比较困难，为了满足各种长度报文的需要并且达到高效的目的，节点需要分配不同大小的缓冲区，否则就有可能造成数据传送的失败。在实际应用中报文交换主要用于传输报文较短、实时性要求较低的通信业务，如公用电报网。18按照交换技术(续)（3）分组交换网络面向无连接，采用存储转发的方式，将需要传送的数据按照一定的长度分割成许多小段数据，并在数据之前增加相应的用于对数据进行选路和校验等功能的头部字段，作为数据传送的基本单元即分组。采用分组交换技术，在通信之前不需要建立连接，每个节点首先将前一节点送来的分组收下并保存在缓冲区中，然后根据分组头部中的地址信息选择适当的链路将其发送至下一个节点，这样在通信过程中可以根据用户的要求和网络的能力来动态分配带宽。分组交换提供的业务：交换虚电路——指在两个用户之间建立的临时逻辑连接。永久虚电路——指在两个用户之间建立的永久性的逻辑连接。用户一开机，一条永久虚电路就自动建立起来了。分组交换网络：数据报网络是一个面向无连接的网络虚电路网络是一个面向连接的网络，为每条连接中的连接维护状态信息．19按照交换技术(续)（4）混合交换网络（ATM网）ATM交换方式又可以看作是电路交换方式和分组交换方式的结合。ATM信元中承载的是宽带综合业务，既有电话业务，又有数据业务，还有其他业务。20计算机网络的分类按照网络拓扑结构（1）星型网络（2）树型网络（3）总线网络（4）环型网络（5）网状网络按通信传输的方式（1）广播型网络（2）点到点传播型网(point-to-point)21按网络作用范围（1）局域网（LocalAreaNetwork，简称LAN）（2）城域网（MetropolisAreaNetwork，简称MAN）（3）广域网（WideAreaNetwork，简称WAN）公共电话网即PSTN（PublicSwitchedTelephoneNetwork），速度9600bps～28.8kbps，经压缩后最高可达115.2kbps，传输介质是普通电话线。综合业务数字网即ISDN（IntegratedServiceDigitalNetwork）。专线即LeasedLine，在中国称为DDN。X.25网。帧中继即FrameRelay。异步传输模式即ATM（AsynchronousTransferMode）。（4）网际网22局域网的技术特点范围：覆盖有限的地理范围，一般属于一个单位所有，易于建立、维护与扩展；它适用于公司、机关、校园、工厂等有限范围内的计算机、终端与各类信息处理设备连网的需求；传输技术：所有的机器连接到同一根电缆上，就好像电话公司过去在农村地区使用的线路一样。提供高数据传输速率（10Mb/s～10Gb/s）、低误码率的高质量数据传输环境；拓扑结构：23广域网的技术特点广域网也称为远程网；覆盖的地理范围从几十公里到几千公里；覆盖一个国家、地区，或横跨几个洲，形成国际性的远程网络；通信子网主要使用分组交换技术；它将分布在不同地区的计算机系统互连起来，达到资源共享的目的。24广域网结构25城域网的技术特点城域网是介于广域网与局域网之间的一种高速网络；城域网设计的目标是要满足几十公里范围内的大量企业、机关、公司的多个局域网互连的需求；实现大量用户之间的数据、语音、图形与视频等多种信息的传输功能；城域网在技术上与局域网相似。2627按传输介质（1）有线网络28（2）无线网络利用无线电波作为信息传输的媒介，与有线网络的用途十分类似，最大的不同在于传输媒介的不同，利用无线电技术取代网线，可以和有线网络互为备份29地球地面站之间的直视线路微波传送塔301.3计算机网络的组成与结构计算机网络要完成数据处理与数据通信两大基本功能。早期计算机网络主要是广域网，它从逻辑功能上分为资源子网和通信子网两个部分：资源子网—负责数据处理的主计算机与终端；通信子网—负责数据通信处理的通信控制处理机与通信线路。31资源子网和通信子网两个部分的结构示意图通信子网资源子网CCPCCPCCPCCPCCPCCP主机主机主机主机终端终端终端终端32资源子网资源子网的组成主机终端终端控制器外设软件资源信息资源主机（host）大型机、中型机、小型机、工作站或微机终端（terminal）用户访问网络的界面;终端可以是简单的输入、输出终端，也可以是带有微处理机的智能终端;终端可以通过主机连入网内，也可以通过终端控制器、报文分组组装与拆卸装置或通信控制处理机连入网内。33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，完成网络数据传输、转发等通信处理任务；通信控制处理机在网络拓扑结构中被称为网络结点；通信控制处理机作为与资源子网的主机、终端的连接的接口，将主机和终端连入网内；通信控制处理机作为通信子网中的分组存储转发结点，完成分组的接收、校验、存储、转发等功能；早期的ARPAnet中，承担通信控制处理机功能的设备是接口报文处理机（interfacemessageprocessor，IMP）。34现代网络结构的变化随着微型计算机的广泛应用，大量的微型计算机是通过局域网连入广域网，而局域网与广域网、广域网与广域网的互连是通过路由器实现的；在Internet中，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，这样就形成一种由路由器互联的大型、层次结构的互联网络。35由路由器互联的大型、层次结构的互联网络示意图361.4计算机网络的应用用于企业的网络资源共享（resourcesharing）作为通信介质:E-mail、视频会议电子商务用于公众的网络访问远程信息个人间通信P2P系统(Napster)交互式娱乐网络电话视频电话因特网广播电子商务移动网络WAP(WirelessApplicationProtocol)37C/S模式Peer-to-Peer系统Napster38电子商务的形式与应用电子商务(ElectronicCommerce)是指买卖双方之间利用计算机网络，按照一定的标准所进行的各类商贸活动。电子商务正成为网络经济的主要运作模式,它以网络方式将顾客、销售商、供应商和雇员联系起来,使供需双方跨越空间障碍的直接交易成为可能,从而造就直接经济模式。391.5Internet的发展与应用从用户的角度来看，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的起源与现状:试验研究网络;学术性网络;商业化网络;401969年，美国国防部的国防高级研究计划署（AdvancedResearchProjectAgency，简称ARPA）建立了一个采用存储转发方式的分组交换广域网——ARPANET，该网络仅有4个节点，分别建在加州大学洛杉矶分校（UCLA）、斯坦福研究所（SRI）、加州大学圣大巴比分校（UCSB），以及犹他大学