1計算機網絡與通信2主要內容第1講引論第2講數據通信基礎知識第3講計算機網絡體系結構第4講廣域網第5講局域網第6講現場總線技術第7講TCN三次試驗3第1講引論本章內容計算機網絡的產生和發展計算機網絡的概念計算機網絡系統的組成計算機網絡的分類41.1計算機網絡的產生和發展早期的計算機應用模式——單機大、中、小型機——龐大，昂貴，資源無法共享分散的計算機構成了一個個的信息“孤島”計算機網絡產生始于20世紀50年代，產生的原因：資源共享的需求（計算能力、外設、軟件、數據）大型項目的合作（進行工程項目協作）人與人之間的信息溝通（數據通信）5從體系結構來觀察，計算機網絡的發展可分為三個階段（三代網絡）：1.以主機為中心的聯機終端系統

“計算機－終端”系統2.以通信子網為中心的主機互聯分組交換網絡3.體系結構標準化網絡

層次化結構，并對每層進行了精確定義61.以主機為中心的聯機終端系統特征：終端(Terminal)共享主機(Host)的軟硬件資源單臺主機：執行計算和通信任務多臺終端：執行用戶交互(終端集中器/終端服務器)連接方式：本地或遠程TSTTTTTTHOST通信線路T7例子：飛機訂票系統60年代美國全國性航空公司（SABRE）飛機訂票系統，支持2000多個終端，是一個實時的聯機系統。在銀行，軍事，教育等多個領域有廣泛的應用。主要缺點主機負荷重——數據處理＋通信集中控制方式，可靠性低改進終端集中器(近/遠距)前端處理機（Front-EndProcessor,FEP），將通信任務從主機中分離出來82.以通信子網為中心的主機互聯

（資源共享）特征多個終端主機系統互聯，形成了多主機互聯網絡網絡結構從“主機－終端”轉變為“主機－主機”HOSTHOSTHOSTTTTTTTTTTT通信線路9主機－主機網絡的演變演變階段1通信任務從主機中分離，由通信控制處理機（CCP）完成CCP：處理主機之間完成通信任務的專用計算機CCPCCPHOSTHOSTTTTTTTCCPHOSTTT10兩層網絡概念的出現由CCP組成的傳輸網絡——通信子網，提供信息傳輸服務建立在通信子網基礎上的主機集合——資源子網，提供計算資源CCPCCPHOSTHOSTTTTTTTCCPHOSTTTT通信子網11兩層網絡的概念結構CCCHHH資源子網通信子網在通信子網上可有多個資源子網，共享通信子網的服務HH12演變階段2通信子網規模逐漸擴大私有→社會公用公用數據通信網PSTN（公共交換電話網絡）X.25（第一個面向連接的網絡）優點降低用戶系統建設成本提高通信線路利用率兼容性好公用數據通信網HOSTHOSTTTTTTTHOSTTTTT13例子因特網的前身——ARPANETAdvancedResearchProjectsAgencyNetwork美蘇冷戰時期由美國軍方建立的實驗性網絡最初4個節點→20世紀70年代的60多個節點地域跨越美洲、歐洲具有現代網絡的許多特征，例如：分組交換分層次的網絡體系較為完善的通信協議143.

體系結構標準化網絡為什么需要標準化？不同網絡設備之間的兼容性和互操作性是推動網絡體系結構的標準化的原動力而兼容性和互操作性的最終目的仍是資源共享標準化的時機？先制定標準再開發，還是先開發再制定標準？各廠商、研究機構、大學在網絡技術、方法、理論等方面的研究日趨成熟是基礎15網絡體系結構標準化過程的演變廠商標準：IBM-SNA，DEC-DNA等缺點：適用范圍：兼容性？技術壟斷：競爭？標準不統一：用戶利益？國際標準（ISOOSI/RM）1977OpenSystemInterconnection/RecommendedModel(開放系統互聯參考模型，簡稱OSI參考模型)OSI參考模型是一種概念上的網絡模型，規定了網絡體系結構的框架：7個層次只說明了做什么（Whattodo），而未規定怎樣做（Howtodo）太復雜，幾乎沒有與之完全符合的網絡16網絡體系結構標準化過程的演變事實上的標準：TCP/IP(因特網的骨干協議)

從體系結構上看，它是OSI參考模型的簡化（4層）應用層表示層會話層傳輸層物理層數據鏈路層網絡層7654321OSI/RM應用層傳輸層網絡接口層網際層TCP/IP174.局域網始于20世紀70年代以太網是LAN的主流網絡185.因特網時代InternetNGIIntranet19Internet因特網的出現標志著網絡時代的到來因特網是全球性的網絡豐富的信息和便利的使用是其規模迅速增長的主要驅動力截止到2000年,Internet的規模為網絡數達到105數量級,主機數達到107數量級,

用戶數達到108數量級，主干速率大于2.5Gb/s20NGI各國NGI的情況美國政府資助的“下一代因特網計劃”目標是主干網的速率比現在的因特網高1000倍端到端的速率要達到100Mb/s~10Gb/s我國的第一個“CNGI”是中國高速互連研究試驗網NSFCNET我國的“下一代教育科研網”——CERNET2NGI的核心技術WDM（

WavelengthDivisionMultiplexing）全光網絡21IntranetIntranet

將因特網的構造技術應用于企業的內部網絡。

特點為滿足某個企業／事業單位自身的需要而建立基于因特網的技術和工具，采用TCP／IP協議廣泛采用WWW的技術和因特網連接Extranet

將內聯網的范圍延伸擴大，擴大到企業的外部，形成企業外部網絡。

VPN（VirtualPrivateNetwork） 指的是在公用網絡上建立專用網絡的技術226.“三網”融合 “三網”融合就是指原先獨立設計和運營的傳統電信網、計算機互聯網和有線電視網將趨于相互滲透和相互融合。

特征網絡在物理層上是互通的用戶只需一個物理網絡連接在應用層上，各網絡之間的業務是相互滲透和交叉的網絡之間的協議要么兼容，要么可以進行無縫轉換237.NGN

NGN(NextGenerationNetwork)是以軟交換為核心的，能夠提供包括語音、數據、視頻和多媒體業務的基于分組技術的綜合開放的網絡架構。

優勢開放的、分層的網絡構架體系支持各種業務和用戶無拘束的接入可與現有網絡互通支持移動性2425IT技術變遷預言摩爾定律（Moore’sLaw）：集成電路芯片的能力每18個月提高一倍，而其價格則降低一倍。貝爾定律（Bell’sLaw）：如果保持計算機能力不變，微處理器的價格和體積每18個月減小一倍。網絡的價值同網絡用戶數量的平方成正比。網絡上的n個用戶，每個用戶都可以共享使用其他用戶的信息，即任何一個用戶都可以使用n個用戶的信息，所以網絡的價值與n2成正比。在未來25年，主干網的帶寬每6個月增加一倍，其增長速率遠遠超過摩爾定律，是芯片增長速率的三倍。261.2計算機網絡的概念計算機網絡定義的主要觀點：從應用的觀點：以相互共享資源方式連接起來，且各自具有獨立功能的計算機系統的集合。從物理的觀點：在網絡協議的控制下，由若干臺計算機和數據傳輸設備組成的系統。觀點3：利用各種通信手段，把分散的計算機（設備）互聯起來，能夠互相通信（共享資源）的系統。27歸納與綜合計算機網絡：相互連接的自治計算機的集合。自治：能獨立運行，不依賴于其他計算機互連：以任何可能的通信連接方式通信網絡計算機系統計算機系統28計算機網絡與其他類似系統的比較計算機網絡與終端分時系統各終端分時占用主機資源終端無計算能力，對主機的依賴性極強通信主要采用異步串行連接（本地或遠程）29計算機網絡與分布式系統分布式系統的特點在分布式OS統一調度下，各計算機協調工作，共同完成一項任務，如并行計算。用戶面對的是一臺邏輯上的計算機，組成分布式系統的各計算機怎樣協同工作，對用戶透明。用途主要是科學計算和事務處理。30計算機網絡與分布式系統（續）計算機網絡非協調性的；松散耦合的；各計算機對用戶非透明，用戶必須指定資源的位置；用途主要是資源共享。分布式系統往往是基于計算機網絡來實現的：在因特網中，域名服務系統（DNS)是分布式系統的一項典型的應用。分布式數據庫系統也需要網絡的支持。311.3計算機網絡系統的組成硬件網絡節點端節點：計算機中間節點：交換機、集中器、復用器、路由器、中繼器通信鏈路：信息傳輸的通道物理：傳輸介質邏輯：信道類比——CATV的電纜和頻道之間的關系軟件通信軟件（網絡協議軟件）網絡操作系統網絡管理/安全控制軟件、網絡應用軟件321.4計算機網絡的分類按地域范圍分類局域網(LocalAreaNetwork，LAN)范圍：小，＜20km傳輸技術：基帶，10Mb/s~1000Mb/s，延遲低，出錯率低（10-11）拓撲結構：總線，環城域網(MetropolitanAreaNetwork，MAN)范圍：中等，＜100km傳輸技術：寬帶/基帶拓撲結構：總線廣域網(WideAreaNetwork，WAN)范圍：大，＞100km傳輸技術：寬帶，延遲大，出錯率高拓撲結構：不規則，點到點33按拓撲結構分類星形有一個中心節點，其他節點與其構成點到點連接樹形一個根節點、多個中間分支節點和葉子節點構成星形拓撲樹形拓撲34按拓撲結構分類（續）總線型所有節點掛接到一條總線上，廣播式信道需要有介質訪問控制規程以防止沖突環形所有節點連接成一個閉合的環，節點之間為點到點連接總線型拓撲環形拓撲35按拓撲結構分類（續）全連接點到點全連接，連接數隨節點數的增長迅速增長（N(N－1)/2），使建造成本大大提高，只適用于節點數很少的廣域網中不規則（網狀）點到點部分連接，多用于廣域網，由于連接的不完全性，需要有交換節點不規則拓撲全連接拓撲36按通信傳播方式分類：點對點傳輸方式的網絡：由一對對機器間的多條傳輸鏈路構成。信源與信宿之間的通信需經過一臺和多臺中間設備進行傳輸。網狀、環形、樹形、星形廣播方式網絡：一臺計算機發送的信息可被網絡上所有的計算機接收。總線型、無線（微波、衛星）局域網絡通常使用廣播方式，廣域網絡通常使用點對點方式(也有例外)。37按通信介質：有線網 采用如同軸電纜、雙絞線、光纖等物理介質來傳輸數據的網絡。無線網 采用衛星、微波等無線形式來傳輸數據的網絡。38按通信速率分類：低速網 網上數據傳輸速率在300b/s～1.4Mb/s之間的系統。這種系統通常是借助調制解調器利用電話網來實現的。中速網 網上數據傳輸速率在1.5Mb/s～45Mb/s之間的系統。這種系統主要是傳統的數字式公用數據網。高速網 網上數據傳輸速率在50Mb/s～1000Mb/s之間的系統。信息高速公路的數據傳輸速率會更高。39按使用用戶分類：公用網 公用網又稱公眾網。對所有的人來說，只要符合網絡擁有者的要求就能使用這個網，也就是說它是為全社會所有的人提供服務的網絡。專用網 專用網為一個或幾個部門所擁有，它只為擁有者提供服務，這種網絡不向擁有者以外的人提供服務。40按使用用戶分類：集中式計算機網絡

這種網絡的處理控制功能都高度集中在一個或少數幾個節點上，所有的信息流都必須經過這些節點之一。分布式計算機網絡

在這種網絡中，網絡中的任一節點都至少和另外兩個節點相連接，信息從一個節點到達另一節點時，可能有多條路徑。41按網絡環境分類：部門網絡（DepartmentalNetwork） 部門網絡是局限于一個部門的LAN，該網絡通常由幾十個工作站、若干個服務器，以及可共享的打印機等設備所組成。企業網絡（Enterprise-WideNetwork） 這是在一個企業中配置的、能覆蓋整個企業的計算機網絡。校園網絡（CampusNetwork） 指在學校中