計網(wǎng)(城軌供電)第1講 引論

1、1 計算機網(wǎng)絡(luò)與通信計算機網(wǎng)絡(luò)與通信 2 主要內(nèi)容主要內(nèi)容 第第1講講 引論引論 第第2講講 數(shù)據(jù)通信基礎(chǔ)知識數(shù)據(jù)通信基礎(chǔ)知識 第第3講講 計算機網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)計算機網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu) 第第4講講 廣域網(wǎng)廣域網(wǎng) 第第5講講 局域網(wǎng)局域網(wǎng) 第第6講講 現(xiàn)場總線技術(shù)現(xiàn)場總線技術(shù) 第第7講講 TCN 三次試驗三次試驗 3 第第1講講 引論引論 n本章內(nèi)容 計算機網(wǎng)絡(luò)的產(chǎn)生和發(fā)展 計算機網(wǎng)絡(luò)的概念 計算機網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的組成 計算機網(wǎng)絡(luò)的分類 4 1.1 計算機網(wǎng)絡(luò)的產(chǎn)生和發(fā)展計算機網(wǎng)絡(luò)的產(chǎn)生和發(fā)展 n早期的計算機應(yīng)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(gòu)成了一個個的信息“孤島” n計算機

2、網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)生始于20世紀(jì)50年代，產(chǎn)生的原因： 資源共享的需求（計算能力、外設(shè)、軟件、數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)） 大型項目的合作（進行工程項目協(xié)作） 人與人之間的信息溝通（數(shù)據(jù)通信） 5 n從體系結(jié)構(gòu)來觀察，計算機網(wǎng)絡(luò)的發(fā) 展可分為三個階段（三代網(wǎng)絡(luò)）： 1. 以主機為中心的聯(lián)機終端系統(tǒng) “計算機終端”系統(tǒng) 2. 以通信子網(wǎng)為中心的主機互聯(lián) 分組交換網(wǎng)絡(luò) 3. 體系結(jié)構(gòu)標(biāo)準(zhǔn)化網(wǎng)絡(luò) 層次化結(jié)構(gòu)，并對每層進行了精確定義 6 1.以主機為中心的聯(lián)機終端系統(tǒng) n特征：終端(Terminal)共享主機(Host)的軟硬件資源 單臺主機：執(zhí)行計算和通信任務(wù) 多臺終端：執(zhí)行用戶交互 (終端集中器/終端服務(wù)器) n連接方式：本地

3、或遠(yuǎn)程 TS T T T T T T HOST 通信線路通信線路 T 7 n例子：飛機訂票系統(tǒng) n60年代 美國全國性航空公司（SABRE）飛機訂票 系統(tǒng)，支持2000多個終端，是一個實時的聯(lián)機系統(tǒng)。 n在銀行，軍事，教育等多個領(lǐng)域有廣泛的應(yīng)用。 n主要缺點 主機負(fù)荷重數(shù)據(jù)處理 通信 集中控制方式，可靠性低 n改進 終端集中器(近/遠(yuǎn)距) 前端處理機（Front-End Processor, FEP）， 將通信任務(wù)從主機中分離出來 8 2.以通信子網(wǎng)為中心的主機互聯(lián) （資源共享） n特征 多個終端主機系統(tǒng)互聯(lián)，形成了多主機互聯(lián)網(wǎng)絡(luò) 網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)從“主機終端” 轉(zhuǎn)變?yōu)椤爸鳈C主 機” HOST HOS

4、THOST T T T T T T T T T T 通信線路 9 主機主機網(wǎng)絡(luò)的演變 n演變階段1 通信任務(wù)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(wù)的 專用計算機 CCP CCP HOST HOST T T TT T T CCP HOST TT 10 n兩層網(wǎng)絡(luò)概念的出現(xiàn) 由CCP組成的傳輸網(wǎng)絡(luò)通信子網(wǎng)通信子網(wǎng)，提供信息 傳輸服務(wù) 建立在通信子網(wǎng)基礎(chǔ)上的主機集合資源子網(wǎng)資源子網(wǎng)， 提供計算資源 CCP CCP HOST HOST T T TT T T CCP HOST TT T 通信子網(wǎng)通信子網(wǎng) 11 兩層網(wǎng)絡(luò)的概念結(jié)構(gòu) C CC H H H 資源

5、子網(wǎng)資源子網(wǎng) 通信子網(wǎng)通信子網(wǎng) 在通信子網(wǎng)上可有 多個資源子網(wǎng)，共 享通信子網(wǎng)的服務(wù) H H 12 n演變階段2 通信子網(wǎng)規(guī)模逐漸擴大 n私有社會公用 公用數(shù)據(jù)通信網(wǎng) nPSTN（公共交換電話網(wǎng)絡(luò) ） nX.25 （第一個面向連接的網(wǎng) 絡(luò) ） 優(yōu)點 n降低用戶系統(tǒng)建設(shè)成本 n提高通信線路利用率 n兼容性好 公用數(shù)據(jù)公用數(shù)據(jù) 通信網(wǎng)通信網(wǎng) HOST HOST T T TT T HOST TT T T 13 n例子 因特網(wǎng)的前身ARPANET Advanced Research Projects Agency Network n美蘇冷戰(zhàn)時期由美國軍方建立的實驗性網(wǎng)絡(luò) n最初4個節(jié)點20世紀(jì)70年代

6、的60多個節(jié)點 n地域跨越美洲、歐洲 n具有現(xiàn)代網(wǎng)絡(luò)的許多特征，例如： 分組交換 分層次的網(wǎng)絡(luò)體系 較為完善的通信協(xié)議 14 3. 體系結(jié)構(gòu)標(biāo)準(zhǔn)化網(wǎng)絡(luò) n為什么需要標(biāo)準(zhǔn)化？ 不同網(wǎng)絡(luò)設(shè)備之間的兼容性和互操作性是推動網(wǎng) 絡(luò)體系結(jié)構(gòu)的標(biāo)準(zhǔn)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 n標(biāo)準(zhǔn)化的時機？ 先制定標(biāo)準(zhǔn)再開發(fā)，還是先開發(fā)再制定標(biāo)準(zhǔn)？ 各廠商、研究機構(gòu)、大學(xué)在網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、方法、理 論等方面的研究日趨成熟是基礎(chǔ) 15 n網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)標(biāo)準(zhǔn)化過程的演變 廠商標(biāo)準(zhǔn)：IBM-SNA，DEC-DNA等 n缺點：適用范圍：兼容性？ 技術(shù)壟斷：競爭？ 標(biāo)準(zhǔn)不統(tǒng)一：用戶利益？ 國際標(biāo)準(zhǔn)（ISO OSI/

7、RM）1977 nOpen System Interconnection/Recommended Model(開放系統(tǒng)互聯(lián)參考模型，簡稱OSI參考模型參考模型) nOSI參考模型是一種概念上的網(wǎng)絡(luò)模型，規(guī) 定了網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)的框架：7個層次 n只說明了做什么（What to do），而未規(guī)定 怎樣做（How to do） n太復(fù)雜，幾乎沒有與之完全符合的網(wǎng)絡(luò) 16 n網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)標(biāo)準(zhǔn)化過程的演變 事實上的標(biāo)準(zhǔn)：TCP/IP(因特網(wǎng)的骨干協(xié)議) n 從體系結(jié)構(gòu)上看，它是OSI參考模型的簡化（4層） 應(yīng)用層應(yīng)用層 表示層表示層 會話層會話層 傳輸層傳輸層 物理層物理層 數(shù)據(jù)鏈路層數(shù)據(jù)鏈路層 網(wǎng)絡(luò)層網(wǎng)

8、絡(luò)層 7 6 5 4 3 2 1 OSI/RM 應(yīng)用層應(yīng)用層 傳輸層傳輸層 網(wǎng)絡(luò)接口層網(wǎng)絡(luò)接口層 網(wǎng)際層網(wǎng)際層 TCP/IP 17 4.局域網(wǎng) n始于20世紀(jì)70年代 n以太網(wǎng)是LAN的主流網(wǎng)絡(luò) 18 5.因特網(wǎng)時代 nInternet nNGI nIntranet 19 Internet n因特網(wǎng)的出現(xiàn)標(biāo)志著網(wǎng)絡(luò)時代的到來 n因特網(wǎng)是全球性的網(wǎng)絡(luò) n豐富的信息和便利的使用是其規(guī)模迅速增 長的主要驅(qū)動力 n截止到2000年, Internet的規(guī)模為 n網(wǎng)絡(luò)數(shù)達到105數(shù)量級, 主機數(shù)達到107數(shù)量級, 用戶 數(shù)達到108數(shù)量級，主干速率大于2.5Gb/s 20 NGI n各國NGI的情況 美

9、國政府資助的“下一代因特網(wǎng)計劃”目標(biāo)是 n主干網(wǎng)的速率比現(xiàn)在的因特網(wǎng)高1000倍 n端到端的速率要達到100Mb/s10Gb/s 我國的第一個“CNGI”是中國高速互連研究試驗網(wǎng) NSFCNET 我國的“下一代教育科研網(wǎng)” CERNET2 nNGI的核心技術(shù) WDM （ Wavelength Division Multiplexing ） 全光網(wǎng)絡(luò) 21 Intranet nIntranet 將因特網(wǎng)的構(gòu)造技術(shù)應(yīng)用于企業(yè)的內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)。 n特點 為滿足某個企業(yè)事業(yè)單位自身的需要而建立 基于因特網(wǎng)的技術(shù)和工具，采用TCPIP協(xié)議 廣泛采用WWW的技術(shù) 和因特網(wǎng)連接 nExtranet 將內(nèi)聯(lián)網(wǎng)的范圍

10、延伸擴大，擴大到企業(yè)的外部，形成企業(yè)外 部網(wǎng)絡(luò)。 nVPN （Virtual Private Network ） 指的是在公用網(wǎng)絡(luò)上建立專用網(wǎng)絡(luò)的技術(shù) 22 6.“三網(wǎng)”融合 “三網(wǎng)”融合就是指原先獨立設(shè)計和運營的傳統(tǒng)電 信網(wǎng)、計算機互聯(lián)網(wǎng)和有線電視網(wǎng)將趨于相互滲透 和相互融合。 n特征 網(wǎng)絡(luò)在物理層上是互通的 用戶只需一個物理網(wǎng)絡(luò)連接 在應(yīng)用層上，各網(wǎng)絡(luò)之間的業(yè)務(wù)是相互滲透和交 叉的 網(wǎng)絡(luò)之間的協(xié)議要么兼容，要么可以進行無縫轉(zhuǎn) 換 23 7.NGN NGN(Next Generation Network)是以軟交換 為核心的，能夠提供包括語音、數(shù)據(jù)、視頻 和多媒體業(yè)務(wù)的基于分組技術(shù)的綜合開放

11、的 網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)。 n優(yōu)勢 開放的、分層的網(wǎng)絡(luò)構(gòu)架體系 支持各種業(yè)務(wù)和用戶無拘束的接入 可與現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)互通 支持移動性 24 25 IT技術(shù)變遷預(yù)言 n摩爾定律（Moores Law） ：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。 n貝爾定律（Bells Law）：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。 n網(wǎng)絡(luò)的價值同網(wǎng)絡(luò)用戶數(shù)量的平方成正比網(wǎng)絡(luò)的價值同網(wǎng)絡(luò)用戶數(shù)量的平方成正比。網(wǎng)絡(luò) 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(wǎng)絡(luò)的價值與n2成正比。 n在未來25年，主干網(wǎng)的帶寬每6個月增加一倍，

12、其 增長速率遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過摩爾定律，是芯片增長速率的三 倍。 26 1.2 計算機網(wǎng)絡(luò)的概念計算機網(wǎng)絡(luò)的概念 n計算機網(wǎng)絡(luò)定義的主要觀點： 從應(yīng)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(tǒng)的集合。 從物理的觀點：在網(wǎng)絡(luò)協(xié)議的控制下，由若干臺 計算機和數(shù)據(jù)傳輸設(shè)備組成的系統(tǒng)。 觀點3：利用各種通信手段，把分散的計算 機（設(shè)備）互聯(lián)起來，能夠互相通信（共 享資源）的系統(tǒng)。 27 n歸納與綜合 計算機網(wǎng)絡(luò)：相互連接的自治計算機的集合。計算機網(wǎng)絡(luò)：相互連接的自治計算機的集合。 n自治自治：能獨立運行，不依賴于其他計算機 n互連互連：以任何可能的通信連接方式 通信網(wǎng)絡(luò)通信網(wǎng)絡(luò) 計算機

13、 系統(tǒng) 計算機 系統(tǒng) 28 計算機網(wǎng)絡(luò)與其他類似系統(tǒng)的比較 n計算機網(wǎng)絡(luò)與終端分時系統(tǒng)計算機網(wǎng)絡(luò)與終端分時系統(tǒng) 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(yuǎn)程） 29 n計算機網(wǎng)絡(luò)與分布式系統(tǒng)計算機網(wǎng)絡(luò)與分布式系統(tǒng) 分布式系統(tǒng)的特點 n在分布式OS統(tǒng)一調(diào)度下，各計算機協(xié) 調(diào)工作，共同完成一項任務(wù)，如并行 計算。 n用戶面對的是一臺邏輯上的計算機， 組成分布式系統(tǒng)的各計算機怎樣協(xié)同 工作，對用戶透明。 n用途主要是科學(xué)計算和事務(wù)處理。 30 n計算機網(wǎng)絡(luò)與分布式系統(tǒng)（續(xù)）計算機網(wǎng)絡(luò)與分布式系統(tǒng)（續(xù)） 計算機網(wǎng)絡(luò) n非協(xié)調(diào)性的； n松散耦合的； n

14、各計算機對用戶非透明，用戶必須指定資源 的位置； n用途主要是資源共享。 分布式系統(tǒng)往往是基于計算機網(wǎng)絡(luò)來實現(xiàn)的： n在因特網(wǎng)中，域名服務(wù)系統(tǒng)（DNS)是分布式系統(tǒng)的 一項典型的應(yīng)用。 n分布式數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)也需要網(wǎng)絡(luò)的支持。 31 1.3 計算機網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的組成計算機網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的組成 n硬件硬件 網(wǎng)絡(luò)節(jié)點 n端節(jié)點：計算機 n中間節(jié)點：交換機、集中器、復(fù)用器、路由 器、中繼器 通信鏈路：信息傳輸?shù)耐ǖ?n物理：傳輸介質(zhì) n邏輯：信道 n類比CATV的電纜和頻道之間的關(guān)系 n軟件軟件 通信軟件（網(wǎng)絡(luò)協(xié)議軟件） 網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng) 網(wǎng)絡(luò)管理/安全控制軟件、網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用軟件 32 1.4 計算機網(wǎng)絡(luò)的分類計算機網(wǎng)絡(luò)

15、的分類 n按地域范圍分類按地域范圍分類 局域網(wǎng)局域網(wǎng)(Local Area Network ， LAN) n范圍：小，20km n傳輸技術(shù)：基帶，10Mb/s1000Mb/s，延遲低，出錯 率低（10-11） n拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)：總線，環(huán) 城域網(wǎng)城域網(wǎng)(Metropolitan Area Network ， MAN) n范圍：中等，100km n傳輸技術(shù)：寬帶/基帶 n拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)：總線 廣域網(wǎng)廣域網(wǎng)(Wide Area Network ， WAN) n范圍：大，100km n傳輸技術(shù)：寬帶，延遲大，出錯率高 n拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)：不規(guī)則，點到點 33 n按拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)分類按拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)分類 星形星形 n有一個中心節(jié)點，

16、其他節(jié)點與其構(gòu)成 點到點連接 樹形樹形 n一個根節(jié)點、多個 中間分支節(jié)點和葉 子節(jié)點構(gòu)成 星形拓?fù)?樹形拓?fù)?34 n按拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)分類（續(xù)）按拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)分類（續(xù)） 總線型總線型 n所有節(jié)點掛接到一 條總線上，廣播式 信道 n需要有介質(zhì)訪問控 制規(guī)程以防止沖突 環(huán)形環(huán)形 n所有節(jié)點連接成一 個閉合的環(huán)，節(jié)點 之間為點到點連接 總線型拓?fù)?環(huán)形拓?fù)?35 n按拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)分類（續(xù)）按拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)分類（續(xù)） 全連接全連接 n點到點全連接，連接數(shù)隨節(jié) 點數(shù)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(jié)點數(shù)很少 的廣域網(wǎng)中 不規(guī)則（網(wǎng)狀）不規(guī)則（網(wǎng)狀） n點到點部分連接，多用于廣 域網(wǎng)，由于連

17、接的不完全性， 需要有交換節(jié)點 不規(guī)則拓?fù)?全連接拓?fù)?36 按通信傳播方式分類：按通信傳播方式分類： 點對點傳輸方式的網(wǎng)絡(luò)：由一對對機器間 的多條傳輸鏈路構(gòu)成。 信源與信宿之間的通信需經(jīng)過一臺和多臺中 間設(shè)備進行傳輸。 網(wǎng)狀、環(huán)形、樹形、星形 廣播方式網(wǎng)絡(luò)：一臺計算機發(fā)送的信息可 被網(wǎng)絡(luò)上所有的計算機接收。 n總線型、無線（微波、衛(wèi)星） n局域網(wǎng)絡(luò)通常使用廣播方式，廣域網(wǎng)絡(luò) 通常使用點對點方式(也有例外)。 37 n按通信介質(zhì)：按通信介質(zhì)： 有線網(wǎng)有線網(wǎng) 采用如同軸電纜、雙絞線、光纖等物理介 質(zhì)來傳輸數(shù)據(jù)的網(wǎng)絡(luò)。 無線網(wǎng)無線網(wǎng) 采用衛(wèi)星、微波等無線形式來傳輸數(shù)據(jù)的 網(wǎng)絡(luò)。 38 n按通信速率

18、分類：按通信速率分類： 低速網(wǎng)低速網(wǎng) 網(wǎng)上數(shù)據(jù)傳輸速率在300b/s1.4Mb/s之間的系 統(tǒng)。這種系統(tǒng)通常是借助調(diào)制解調(diào)器利用電話網(wǎng) 來實現(xiàn)的。 中速網(wǎng)中速網(wǎng) 網(wǎng)上數(shù)據(jù)傳輸速率在1.5Mb/s45Mb/s之間的系 統(tǒng)。這種系統(tǒng)主要是傳統(tǒng)的數(shù)字式公用數(shù)據(jù)網(wǎng)。 高速網(wǎng)高速網(wǎng) 網(wǎng)上數(shù)據(jù)傳輸速率在50Mb/s 1000Mb/s之間的 系統(tǒng)。信息高速公路的數(shù)據(jù)傳輸速率會更高。 39 n按使用用戶分類：按使用用戶分類： 公用網(wǎng)公用網(wǎng) 公用網(wǎng)又稱公眾網(wǎng)。對所有的人來說，只要 符合網(wǎng)絡(luò)擁有者的要求就能使用這個網(wǎng)，也 就是說它是為全社會所有的人提供服務(wù)的網(wǎng) 絡(luò)。 專用網(wǎng)專用網(wǎng) 專用網(wǎng)為一個或幾個部門所擁有，它

19、只為擁 有者提供服務(wù)，這種網(wǎng)絡(luò)不向擁有者以外的 人提供服務(wù)。 40 n按使用用戶分類：按使用用戶分類： 集中式計算機網(wǎng)絡(luò)集中式計算機網(wǎng)絡(luò) 這種網(wǎng)絡(luò)的處理控制功能都高度集中在一個或少 數(shù)幾個節(jié)點上，所有的信息流都必須經(jīng)過這些節(jié)點 之一。 分布式計算機網(wǎng)絡(luò)分布式計算機網(wǎng)絡(luò) 在這種網(wǎng)絡(luò)中，網(wǎng)絡(luò)中的任一節(jié)點都至少和另外 兩個節(jié)點相連接，信息從一個節(jié)點到達另一節(jié)點時， 可能有多條路徑。 41 n按網(wǎng)絡(luò)環(huán)境分類：按網(wǎng)絡(luò)環(huán)境分類： 部門網(wǎng)絡(luò)（部門網(wǎng)絡(luò)（Departmental Network） 部門網(wǎng)絡(luò)是局限于一個部門的LAN，該網(wǎng)絡(luò)通 常由幾十個工作站、若干個服務(wù)器，以及可共 享的打印機等設(shè)備所組成。 企業(yè)網(wǎng)絡(luò)（企業(yè)網(wǎng)絡(luò)（Enterprise-Wide Network） 這是在一個企業(yè)中配置的、能覆蓋整個企業(yè)的 計算機網(wǎng)絡(luò)。 校園網(wǎng)絡(luò)（校