1計算機網絡與通訊電氣學院2第1章

概論1.1計算機通信與網絡的發展過程1.2計算機網絡基本概念1.3網絡的類型及其特征1.4計算機通信協議與網絡體系結構3當今社會的三大資源：信息、物質、能源信息具有非消耗性——可以被無數次傳遞和復制信息具有增值性——如廣告、新聞計算機網絡作為傳遞信息的強有力載體工具在飛速發展，是通信技術與計算機技術的融合第1章概論41.1計算機網絡的產生和發展1.1.1計算機網絡的產生：1.1.2計算機網絡的發展：1.1.3小結：計算機網絡的定義和組成1.1.4計算機網絡在我國的發展51.1計算機網絡的產生和發展1.1.1計算機網絡的產生：早期的計算機應用模式——單機61.1計算機網絡的產生和發展1.1.1計算機網絡的產生：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，通信技術與計算機技術相結合，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）71.1計算機網絡的產生和發展1.1.2計算機網絡的發展：第一代：面向終端的計算機網絡第二代：計算機與計算機互連的網絡第三代：開放式標準化網絡第四代：計算機網絡新時代1.2計算機網絡的定義和組成1.1.3計算機網絡在我國的發展8第一代：面向終端的計算機網絡——SAGE集中式防空系統特點：只有一臺中心主機，有數據處理和存儲功能，其他都是輸入輸出終端。集中式網絡應用廣泛：訂票系統SABRE、結算系統、銀行上世紀50年代中期，首次將通信技術與計算機技術相結合9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：執行用戶交互連接方式：本地或遠程TTTTHOST通信線路T10以單個計算機為中心的遠程聯機系統，稱為面向終端的計算機通信網絡其他例子：飛機訂票系統HOST(航空公司總部)Terminals(訂票點)通信線路(電話線路)

缺點：主機負荷重——數據處理＋通信線路利用率低集中控制方式，可靠性低改進：前端處理機，將通信任務從主機中分離出來終端控制器，提高線路利用率11改進：加入前端處理機FEP（Front-EndProcessor,FEP）分擔中心計算機的通信任務。加入終端控制器TC，提高線路利用率。TCMMFEP高速線路低速線路<<BACK12第二代：計算機與計算機互連的網絡——ARPANet(60年代后期)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13ARPANET(60年代后期)因特網的前身——ARPANET蘇美冷戰產物：美蘇冷戰時期由美國軍方建立的實驗性網絡“蜘蛛網”式結構最初1969年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14ARPANET(60年代后期)蘇美冷戰產物“蜘蛛網”式結構50K專用線路內達華州洛杉磯每臺主機均有數據的自主處理能力分組交換(PacketSwitching）15ARPA網中加入接口報文處理機IMP

（其他網絡或文獻中也稱：分組交換節點）IMP功能：實現存儲轉發信息基本單位：分組

分組交換網雙子網結構：資源子網：用戶共享通信子網：中心協議、體系結構ARPA網分層的網絡體系結構資源子網IMP1IMP2IMP3IMP4IMP5H1H5H4H2H6H3通信子網H1與H5通信：IMP1—>IMP2—>IMP516第二代計算機網絡的發展先驅：ARPA網，NPL網研究實驗性網絡：TSS網，DCS網個別用戶為特定目的而自行研制和使用的網絡：DCTOPUS網，CYCLADES網由用戶聯營為一定范圍內應用而建立的網絡：WWWN網，EIN網公用分組交換網：TELNET網，DATAPAC網，EURONET網商用的提供增值通信服務的網絡：TYMNET網，GE信息服務網<<BACK17第三代：開放式標準化網絡(70年代后期)第二代計算機網絡奠定了網絡技術的基礎。但第二代計算機網絡存在嚴重缺陷：沒有統一的網絡體系結構沒有統一的網絡通信協議18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）：1984年頒布OpenSystemInterconnection/RecommendedModel(OSI/RM，開放系統互聯基本參考模型，簡稱OSI參考模型，OSI七層模型)OSI參考模型規定了網絡體系結構的框架，分為7個層次將多臺位于不同地點的計算機設備通過各種通信信道和設備互連起來，使其能協同工作，以便于計算機的用戶應用進程交換信息和共享資源是一個復雜的工程設計問題。將一個比較復雜的問題分解成若干個容易處理的子問題，爾后“分而治之”逐個加以解決，這種結構化設計方法是工程設計中常用的一種手段。分層就是系統分解的最好方法之一。19網絡體系結構標準化過程的演變廠商標準：IBM-SNA，DEC-DNA等國際標準（ISOOSI/RM）：1984年頒布OpenSystemInterconnection/RecommendedModel(OSI/RM，開放系統互聯基本參考模型，簡稱OSI參考模型，OSI七層模型)OSI參考模型規定了網絡體系結構的框架，分為7個層次為國際社會普遍公認為計算機網絡的體現結構的基礎太復雜，幾乎沒有與之完全符合的網絡事實上的標準：TCP/IP(因特網的骨干協議)1980研制成功，1982年ARPANET采用，1986年基于TCP/IP協議的NSFNET建立從體系結構上看，它是OSI參考模型的簡化(4層)20與計算機網絡相關的國際標準化組織國際標準化組織國際標準化組織（ISO）

電氣電子工程師協會（IEEE）

Internet標準化組織因特網協會（InternetSociety，ISOC）因特網體系結構研究委員會（InternetArchitectureBoard，IAB）因特網工程任務部（InternetEngineeringTaskForce，IETF）因特網工程指導組（InternetEngineeringSteeringGroup，IESG）因特網研究指導組（InternetResearchSteeringGroup，IRSG）因特網編號管理機構（InternetAssignedNumbersAuthority，IANA）電信標準化組織國際電信聯盟ITU（InternationalTelecommunicationUnion）國際電報電話咨詢委員會CCITT（ConsultativeCommitteeInternationalTelegraphandTelephone）（現在為ITU中3個主要部門sector中的一個ITU-TSS，電信標準化部，簡稱ITU-T，負責在電話和數據通信領域提出稱為建議的標準）21第三代：開放式標準化網絡(70年代后期)第三代——體系結構的標準化開放系統互連基本參考模型——OSI參考模型TCP/IP協議CCITT制定的一系列公用數據網的建議RecommendationX.200等價ISO7498X.25數據終端設備DTE與公用數據網DCE的接口X.3分組組裝/拆卸器PAD的功能和參數；X.28普通終端和PAD之間的協議；X.29PAD和用分組工作方式的DTE見的規程ProcedureX.75兩個公用數據網互連時STE間的接口IEEE和ISO標準化的以太網Ethernet22回顧前三代網絡計算機網絡的發展：第一代：面向終端的計算機網絡以主機為中心的聯機終端系統：“計算機－終端”系統第二代：計算機與計算機互連的網絡以通信子網為中心的主機互聯：分組交換網絡第三代：開放式標準化網絡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第四代：計算機網絡新時代<<BACK23第四代：計算機網絡的新時代前面三個階段已經奠定了網絡的技術基礎當前網絡的發展：網絡計算向高速寬帶化發展網絡多媒體技術的迅速發展網絡應用更為廣泛多網融合24第四代：計算機網絡的新時代5w的發展目標：WhoeverWheneverWhereverWhomeverWhatever6A的發展目標：AnytimeAnywhereAnyconnectionleadingtoAnyinformationAnyserviceforAnybody<<BACK251.2計算機網絡的定義和組成計算機網絡是由各自具有自主功能而又通過各種通信手段相互連接起來，以便進行信息交換、資源共享或協同工作的計算機組成的復合系統。自主/自治：具有獨立的數據處理和存儲能力，即使脫離網絡，仍可獨立運行，不依賴于其他計算機“主控-從屬”類型的系統是計算機網絡嗎？“主機-終端”系統（第一代網絡）呢？互相連接/互連：以任何可能的通信連接方式有線方式：雙絞線、同軸電纜、光纖無線方式：紅外、無線電（微波）、衛星互連的目的：通信網絡計算機系統計算機系統261.2計算機網絡的定義和組成通信子網中除了包括傳輸信息的物理媒體外，還包括如中繼器（repeater）、交換機(switch)等各種通信設備。

通過通信子網互連在一起的計算機則負責運行對信息進行處理的應用程序，它們是網絡中信息流動的源與宿，向網絡用戶提供可共享的硬件、軟件和信息資源，構成資源子網。資源子網IMP1IMP2IMP3IMP4IMP5H1H5H4H2H6H3通信子網由通信子網和資源子網兩部分構成。27計算機網絡的組成網絡節點+通信鏈路+通信協議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<<BACK281.1.3計算機網絡在我國的發展第一階段從1987—1993年，也是研究試驗階段。在此期間我國一些科研部門和高等院校開始研究因特網技術，并開展了相關的科研課題和科技合作，但這個階段的網絡應用僅限于小范圍內的電子郵件等簡單應用。第二階段從1994年至1996年，為起步階段。1994年4月，中關村地區教育與科研示范網絡（NCFC）聯入因特網，標志著我國正式接入世界互聯網，之后，CHINANET、CERNET、CSTNET、CHINAGBNET等多個因特網項目在全國范圍相繼啟動，因特網開始進入公眾生活，并在我國得到了迅速的發展。至1996年底，我國因特網用戶數已達20萬，利用因特網開展的業務與應用逐步增多。第三階段從1997年至今，是因特網在我國發展最為快速的階段。我國因特網用戶數在1997年以后基本保持每半年翻一番的增長速度，因特網使用迅速普及、網絡應用也日漸豐富。1997年6月3日，根據國務院信息化工作領導小組的決定，中國科學院網絡信息中心組建了中國互聯網信息中心（CNNIC），負責我國因特網的規劃和發展的管理工作。

291.1.3計算機網絡在我國的發展我國已建成的四大網絡：中國公用計算機互聯網（CHINANET）是原郵電部組織建設和管理的。目前，在北京、上海分別有兩條專線，作為國際出口。CHINANET由骨干網和接入網組成。骨干網是CHINANET的主要信息通路，連接各直轄市和省會網絡節點。骨干網已覆蓋全國各省市、自治區，包括8個大區網絡中心和31個省市網絡分中心。接入網是由各省內建設的網絡節點形成的網絡。中國教育科研網（CERNET）是全國最大的公益性互聯網絡。CERNET已建成由全國骨干網、地區網和校園網在內的三級層次結構網絡。CERNET分四級管理，分別是全國網絡中心、地區網絡中心和地區主節點、省教育科研網和校園網。骨干網傳輸速率已達到2.5Gb/s，地區網的傳輸速率達到155Mb/s，聯網的大學、中小學等教育和科研機構已近千所。中國科學技術網（CSTNET）是利用公共數據通信網建立的信息增值服務網，在地理上覆蓋全國各省市，邏輯上連接各部、委和各省、市科技信息機構，是國家科技信息系統骨干網。國家公用經濟信息通信網絡（CHINAGBNET）是為金橋工程建設的業務網絡，支持金關、金稅、金卡等“金”字工程的應用。它是覆蓋全國，實施國際互聯，為用戶提供專用信道、網絡服務和信息服務的骨干網絡。

301.1.3計算機網絡在我國的發展網絡名稱運行管理單位國際聯網完成時間業務性質CSTNet中國科學院1994.4科技CHINANET郵電部1995.5商業CERNET國家教委1995.11教育CHINAGBN

電子部1996.9金融2010年，我國網民總數達到4.57億，占全球網民總數23.2%，亞洲網民總數55.4%規模。網民規模、寬帶網民數、國家頂級域名注冊量居世界第一，互聯網普及率穩步提升。截止2010年12月，手機網民已達3.03億，在總體網民中的比例進一步提高，占66.2%。311.3網絡的類型及特征分類標準網絡名稱拓撲不規則網型、總線型網絡、星型網絡、環型網絡等

地理范圍

局域網、校園網、城域網、廣域網、全球網傳輸媒體光纖網、同軸電纜網、雙絞線網，無線介質有衛星、無線電通信、紅外通信、激光通信、微波通信等使用范圍公用網、專用網

業務范圍軍事指揮網、政務信息網、氣象監測網、情報檢索網、航空訂票網、教育科研網、金融清算網、鐵路調度網、醫療衛生網等從不同的角度，網絡有多種分類方法。32按地理范圍分類局域網(LocalAreaNetwork，LAN)范圍：約0.1KM傳輸技術：基帶，10-1000Mbps，延遲低，出錯率低拓撲結構：總線，環城域網(MetropolitanAreaNetwork，MAN)范圍：中等，約10KM傳輸技術：寬帶/基帶拓撲結構：總線廣域網(WideAreaNetwork，WAN)范圍：大，約>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按地理范圍分類網絡分類縮寫分布距離（大約）網絡中的物理設備傳輸速率范圍局域網LAN10m房間10Mb/s—xGb/s100m建筑物幾千米校園CAN城域網MAN數百km城市64kb/s—xGb/s廣域網WAN10~數千km城市、國家、洲或全球GAN10Mb/s—100Mb/s34網絡的拓撲結構——即為網絡中傳輸介質和通信節點相互連接而組成的幾何形狀常見的網絡拓撲類型：（1）星型網絡（2）環型網絡（3）總線型網絡（4）樹型網絡（5）不規則網狀型網絡按拓撲結構分類35按拓撲結構分類（續）星形有一個中心節點，其它節點與其構成點到點連接環形所有節點連接成一個閉合的環，結點之間為點到點連接星形拓撲環形拓撲36按拓撲結構分類（續）總線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樹形一個根結點、多個中間分支節點和葉子節點構成總線形拓撲樹形拓撲37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38按通信介質分類：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。39按使用用戶范圍分類：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。按業務工作的范圍分類…

401.4計算機通信協議與網絡體系結構1.4.1層次模型1.4.2開放系統互連基本參考模型1.4.3因特網的體系結構1.4.4OSI與因特網參考模型的比較411.4計算機網絡體系結構1.4.1層次模型N層向N+1層提供服務接口，將服務實現的細節向N+1層屏蔽層次模型的好處：各層的功能可獨立設計系統易于實現和維護，靈活性大，易于交流、理解、標準化計算機網絡采用了層次化體系結構哲學家通話的例子42語言不同的哲學家進行遠程通信哲學家1用英語表達對兔子的感情翻譯使用荷蘭語為中間語言秘書使用傳真將消息發出43層次體系結構的通信除物理介質上為實通信外，其他層次的通信都是虛通信對等層的虛通信必須遵循相同的協議哲學家之間的協議是共同的話題翻譯之間的協議是相同的第三方語言秘書之間的協議是相同傳輸工具下層實體通過SAP(服務訪問點)向上層實體提供服務，并對服務細節向上層屏蔽。信息由上至下，每經過一層需要增加頭部內容。441.4.2OSI模型七層體系結構

OSI模型中定義了各層的功能，而沒有定義各層的協議。應用層表示層會話層運輸層網絡層數據鏈路層物理層45各層功能1.物理層：主要功能是在物理傳輸介質上傳輸數據比特串。物理傳輸介質的特性、接口、信號線的作用，涉及到二進制的編碼方式、同步信號等。2.數據鏈路層：差錯控制、流量控制、成幀。3.網絡層：主要功能是路徑選擇和網際互連，為數據分組尋找一條合適的路徑，從源端沿此路徑傳送到目的端。若傳輸路徑跨越多個不同的網絡，需要進行協議轉換。起始源地址目標地址控制信息用戶數據差錯檢驗信息結束一個簡化的數據幀46各層功能4.運輸層：確保數據可靠、順序、無錯地從源端到目的端，為上層提供優化的端對端服務，主要功能包括差錯控制、流量控制、網絡復用或分流等。5.會話層：控制進程與進程之間的連接、連接管理和釋放連接。比如文件下載的斷點重傳功能。6.表示層：負責數據的表示方式，如加密、壓縮、轉換編碼方式等。比如，winzip和WinRar7.應用層：OSI模型的最高層，是其他層次的最終服務目標，主要任務是為應用程序提供網絡服務的接口，直接面向用戶。47各層功能OSI參考模型網絡應用接口數據格式管理進程之間的通信根據用戶要求，優化網絡層功能路徑選擇及協議轉換成幀、流量差錯控制信號和介質關鍵詞應用層表示層會話層傳輸層數據鏈路層物理層網絡層較高層，端對端較低層，與數據傳輸有關48通信主機中包括7層功能，通信子網中的網絡互連設備一般只有1～3層功能，甚至1～2層。APSTNDLPHNDLPHNDLPHAPSTNDLPHA層協議DLPHP層協議S層協議T層協議主機主機通信子網IMPIMPIMP49OSI參考模型中的數據傳輸封裝拆裝501.4.3因特網使用的TCP/IP參考模型四個層次：(4)應用層

該層向用務提供一組常用的應用程序，為不同主機上的進程或應用之間提供通信。(3)傳輸層

該層提供端對端系統的數據傳送服務。(2)互聯網層

該層使用網際協議IP協議實現穿越多個網絡的路由選擇功能。(1)網絡接入層

該層是端系統和通信子網之間的接口，實現端系統與其相連的網絡進行數據交換。應用層傳輸層

互聯網層網絡接口層1234511.4.4OSI與因特網參考模型的比較FTP、SMTP、TELNET…TCP、

UDPIPEthernet、

SATNET、

分組無線網…Internet

使用的協議教材P14圖1.12521.4.4OSI與因特網參考模型的比較(續1)根據上圖的層次比對，總結相同點：都是層次結構的模型；最低層都是面向通信子網的；都有運輸層，且都是第一個提供端到端數據傳輸服務的層次，都能提供面向連接和無連接的兩種服務；最高層都是向各種用戶應用進程提供服務的應用層。531.4.4OSI與因特網參考模型的比較(續2)根據上圖的層次比對，總結不同點：所劃分的層次數不同；Internet中沒有表示層和會話層；Internet沒有明確規定通信子網的協議，也不再區分通信子網中的物理層、數據鏈路層和網絡層；Internet中特別強調了互聯網層，其中運行的IP是其核心協議，且互聯網層向上只提供無連接的服務，而OSI的網絡層同時支持面向連接和無連接服務。OSI是模型在先、協議在后，模型