計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)Net_01

1、計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)概述計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的形成與發(fā)展計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的形成與發(fā)展1計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成的基本要素計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成的基本要素2計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的分類計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的分類3v計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)是計算機(jī)技術(shù)和通信技術(shù)發(fā)展的產(chǎn)物 20世紀(jì)50年代初，由于美國軍方的需要，美國半自動地面防空系統(tǒng)（SAGE）進(jìn)行了計算機(jī)技術(shù)與通信技術(shù)相結(jié)合的嘗試。這種“終端-計算機(jī)”的網(wǎng)絡(luò)逐漸發(fā)展成為“計算機(jī)-計算機(jī)”的網(wǎng)絡(luò)，其應(yīng)用范圍也越來越廣。 計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的形成與發(fā)展v分組交換的產(chǎn)生和發(fā)展 電路交換的“面向連接”的特性使得數(shù)據(jù)傳輸必須占用端到端的固定傳輸帶寬，而計算機(jī)數(shù)據(jù)又是突發(fā)式的發(fā)送的，使得線路的利用率很低。美國軍方組織了一批專家設(shè)計出了使用分組

2、交換（Packet switching）的新型計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)，取名為ARPAnet，后來發(fā)展為Internet。 計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的形成與發(fā)展v電路交換與分組交換的區(qū)別 計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的形成與發(fā)展P1P2P3P4P1P2P3P4P3P4報文報文報文A B C D A B C DA B C D報文交換電路交換分組交換t連接建立數(shù)據(jù)傳送報文P2P1連接釋放v為分組交換網(wǎng)絡(luò)和ARPAnet作出重要貢獻(xiàn)的人物計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的形成與發(fā)展1961年，麻省理工學(xué)院（MIT）的倫納德克蘭羅克（Leonard Kleinrock）博士第一個公開發(fā)表了分組交換技術(shù)的論文，他所進(jìn)行的研究奠定了ARPA設(shè)計分組交換網(wǎng)絡(luò)的基礎(chǔ)。 克蘭羅

3、克和一臺克蘭羅克和一臺早期的接口報文早期的接口報文處理機(jī)（處理機(jī)（IMPIMP） v為分組交換網(wǎng)絡(luò)和ARPAnet作出重要貢獻(xiàn)的人物計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的形成與發(fā)展1967年，克蘭羅克博士在MIT的同事利克里特（J.C.R.Licklider）博士和勞倫斯.G.羅伯特(Lawrence.G.Roberts)博士在ARPA研究成功了第一個分組交換計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)，稱為ARPAnet。利克里特利克里特勞倫斯勞倫斯.G.G.羅伯特羅伯特v為分組交換網(wǎng)絡(luò)和ARPAnet作出重要貢獻(xiàn)的人物計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的形成與發(fā)展1969年底ARPAnet有了4個節(jié)點(diǎn)，到了1972年，ARPAnet已經(jīng)有了15個節(jié)點(diǎn)，羅伯特卡恩（Robe

4、rt Kahn）于1972年的計算機(jī)通信國際會議上首次對它進(jìn)行了公眾演示。vARPAnet是計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)發(fā)展的一個重要里程碑 完成了對計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)定義、分類與子課題研究內(nèi)容的描述； 提出了資源子網(wǎng)、通信子網(wǎng)的兩級網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的概念； 研究了報文分組交換的數(shù)據(jù)交換方法； 采用了層次結(jié)構(gòu)的網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)模型與協(xié)議體系； 促進(jìn)了TCP/IP協(xié)議的發(fā)展，為Internet的形成與發(fā)展奠定了基礎(chǔ)。計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的形成與發(fā)展v網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)與因特網(wǎng)的發(fā)展 20世紀(jì)70年代末，分組交換網(wǎng)絡(luò)的數(shù)目開始增加，研制將網(wǎng)絡(luò)連接到一起的時機(jī)已經(jīng)成熟。由DARPA支持的互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)的先驅(qū)性工作，本質(zhì)上就是創(chuàng)建一個“網(wǎng)絡(luò)的網(wǎng)絡(luò)”。 1983

5、年TCP/IP協(xié)議成為ARPAnet上的標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議，而TCP/IP（Transmission Control Protocol/Internet Protocol）技術(shù)的核心就是實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)的互聯(lián)，其關(guān)鍵思想是屏蔽物理網(wǎng)絡(luò)的差異性，向用戶提供通用一致的網(wǎng)絡(luò)服務(wù)。計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的形成與發(fā)展v網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)與因特網(wǎng)的發(fā)展 20世紀(jì)90年代，因特網(wǎng)的發(fā)展十分迅速，其規(guī)模越來越大，應(yīng)用越來越廣，已經(jīng)商業(yè)化。萬維網(wǎng)（World Wide Web，WWW）的出現(xiàn)，它將因特網(wǎng)帶入了數(shù)以萬計的家庭和企業(yè)中。 20世紀(jì)90年代后5年是因特網(wǎng)飛速增長和變革的時期，大量的IT公司成立并創(chuàng)造著因特網(wǎng)產(chǎn)品和服務(wù)。 到2000年末，因特

6、網(wǎng)已經(jīng)支持很多的應(yīng)用軟件，包括以下4種應(yīng)用軟件： 電子郵件（E-Mail）系統(tǒng)，Web系統(tǒng)，即時訊息（Instant Messaging)軟件，對等（Peer to Peer，P2P）文件共享軟件。計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的形成與發(fā)展v為網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)與因特網(wǎng)作出重要貢獻(xiàn)的人物計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的形成與發(fā)展由DARPA支持的互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)的先驅(qū)性工作，由溫頓瑟夫（Vinton Cerf）和羅伯特卡恩（Robert Kahn）完成；“網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)”的術(shù)語就是用來描述該項工作的，而這項工作導(dǎo)致了后來互聯(lián)網(wǎng)的出現(xiàn)。 溫頓溫頓瑟夫瑟夫 & & 羅伯特羅伯特卡恩卡恩v為網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)與因特網(wǎng)作出重要貢獻(xiàn)的人物計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的形成與發(fā)展

7、WWW是由蒂姆伯納斯-李（Tim Berners-Lee）于1989年1991年間在歐洲粒子物理實(shí)驗(yàn)室發(fā)明的。伯納斯-李和他的同事研制了HTML（Hyper Text Markup Language，超文本標(biāo)記語言）、HTTP（Hyper Text Transfer Protocol，超文本傳輸協(xié)議）、WWW服務(wù)器和瀏覽器的初始版本，它們是WWW系統(tǒng)的最關(guān)鍵的4個部分。v計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的定義 計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)就是具有獨(dú)立功能的計算機(jī)和通信設(shè)備（結(jié)點(diǎn)）通過通信線路連接起來而形成的計算機(jī)集合，節(jié)點(diǎn)之間能夠按照一定的規(guī)則（網(wǎng)絡(luò)協(xié)議）進(jìn)行系統(tǒng)資源的共享和信息傳遞。 “結(jié)點(diǎn)”的英文名詞是 node。 雖然 nod

8、e 有時也可譯為“節(jié)點(diǎn)”，但網(wǎng)絡(luò)中的node標(biāo)準(zhǔn)譯名是“結(jié)點(diǎn)”而不是“節(jié)點(diǎn)”。計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成的基本要素v計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的定義 簡單定義：一些互相連接的、自治的計算機(jī)的集合。其含義包括： 計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)建立在通信網(wǎng)絡(luò)的基礎(chǔ)之上，以資源共享和在線通信為目的。 兩臺計算機(jī)通過通信線路連接起來就組成了一個簡單的計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)。 網(wǎng)絡(luò)中的計算機(jī)可以是在一間辦公室內(nèi)，也可以分布在地球的不同區(qū)域，這些計算機(jī)相互獨(dú)立，即所謂的自治的計算機(jī)系統(tǒng)。 在網(wǎng)絡(luò)中，需要有相應(yīng)的軟件或者網(wǎng)絡(luò)協(xié)議對自治的計算機(jī)系統(tǒng)進(jìn)行管理。計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成的基本要素v計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的構(gòu)成：資源子網(wǎng)和通信子網(wǎng)計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成的基本要素v資源子網(wǎng) 資源子網(wǎng)是由各

9、計算機(jī)系統(tǒng)、終端設(shè)備、各種軟件和可供共享的數(shù)據(jù)庫等信息資源組成。資源子網(wǎng)負(fù)責(zé)整個網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)處理業(yè)務(wù)，向用戶提供各種網(wǎng)絡(luò)資源與網(wǎng)絡(luò)服務(wù)。 與網(wǎng)絡(luò)相連的計算機(jī)系統(tǒng)稱為端系統(tǒng)（End Systems），也稱為主機(jī)（Host）。因?yàn)樗鼈兾挥谟嬎銠C(jī)網(wǎng)絡(luò)的邊緣，故而稱為端系統(tǒng)。 具體的說，目前端系統(tǒng)包括了桌面計算機(jī)（如普通PC、蘋果機(jī)Mac和基于Unix的工作站）、服務(wù)器（如WWW和電子郵件服務(wù)器）和移動計算機(jī)（如筆記本電腦、PDA和智能手機(jī)）。此外，越來越多的其它設(shè)備也與網(wǎng)絡(luò)相連而成為端系統(tǒng)，如家用設(shè)備、數(shù)碼相機(jī)和環(huán)境傳感器等。計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成的基本要素v通信子網(wǎng) 通信子網(wǎng)是由通信控制處理機(jī)、通信線路與其

10、他通信設(shè)備組成，其功能是為網(wǎng)中用戶互相訪問和共享各種網(wǎng)絡(luò)資源提供必要的通信手段和通信服務(wù)。 通信控制處理機(jī)在網(wǎng)絡(luò)拓?fù)渲斜环Q為網(wǎng)絡(luò)結(jié)點(diǎn)。它一方面作為資源子網(wǎng)的端系統(tǒng)連接的接口，將端系統(tǒng)連入網(wǎng)內(nèi)；另一方面又作為通信子網(wǎng)中的分組存儲轉(zhuǎn)發(fā)節(jié)點(diǎn)，完成分組的接收、校驗(yàn)、存儲、轉(zhuǎn)發(fā)等功能，實(shí)現(xiàn)將源主機(jī)數(shù)據(jù)準(zhǔn)確發(fā)送到目的主機(jī)的作用。目前，通信子網(wǎng)中的網(wǎng)絡(luò)結(jié)點(diǎn)由交換設(shè)備組成，主要是指路由器和交換機(jī)。 通信線路為網(wǎng)絡(luò)結(jié)點(diǎn)與網(wǎng)絡(luò)結(jié)點(diǎn)、網(wǎng)絡(luò)結(jié)點(diǎn)與主機(jī)之間提供通信的傳出介質(zhì)，包括有線的傳輸介質(zhì)（如雙絞線、光纖、同軸電纜等）和無線的傳輸介質(zhì)（如無線電波、衛(wèi)星微波等）。計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成的基本要素v計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的功能 數(shù)據(jù)通信

11、比如撥打IP電話、網(wǎng)上召開視頻會議、電子郵件通信等等 資源共享 共享硬件，包括巨型計算機(jī)、專用的高性能計算機(jī)、大容量磁盤、高性能打印機(jī)、高精度圖形設(shè)備、通信線路、通信設(shè)備等。 共享軟件，如數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)、各種Internet信息服務(wù)軟件等。計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成的基本要素v計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的功能 負(fù)荷均衡與分布式處理 多臺計算機(jī)聯(lián)合使用并構(gòu)成高性能的計算機(jī)體系并行處理復(fù)雜問題，比單獨(dú)購置高性能的大型計算機(jī)便宜得多。 但值得注意的是，計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)與分布式計算機(jī)系統(tǒng)有相同之處，但二者并不等同。 協(xié)同工作 有信報系統(tǒng)（即電子郵件系統(tǒng)和公告板系統(tǒng)）、會議系統(tǒng)、協(xié)同協(xié)作和討論（編著）系統(tǒng)、工作流系統(tǒng)和群件等。計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成

12、的基本要素v“透明”和“虛擬”是描述計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的兩個重要概念，即是計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的兩個重要特性。 如果一個事務(wù)或過程是實(shí)際存在的，但它并沒有表現(xiàn)出來，看似不存在一樣，這種屬性就是透明。 計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的透明性主要體現(xiàn)在數(shù)據(jù)的封裝和解封、數(shù)據(jù)的投遞和傳輸?shù)冗^程中。 如果一個事務(wù)或過程實(shí)際上并不存在，但它卻表現(xiàn)出來了，就像實(shí)際存在一樣，這種屬性就是虛擬。 虛擬的特性在計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)中普遍體現(xiàn)，比如虛擬互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)；虛擬服務(wù)器；另外還有虛擬終端、虛擬網(wǎng)關(guān)、虛擬現(xiàn)實(shí)、虛擬貨幣、虛擬社區(qū)等等。計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成的基本要素v“計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)最主要的5個性能指標(biāo)。 速率（data rate/bit rate） 帶寬（bandw

13、idth） 吞吐量（throughput） 時延（delay/latency） 利用率計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成的基本要素v速率 速率即數(shù)據(jù)率(data rate)或比特率(bit rate)是計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)中最重要的一個性能指標(biāo)。 速率的單位是 b/s(也寫成bps)，或kb/s, Mb/s, Gb/s 等。 計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成的基本要素v帶寬（Bindwidth） 指數(shù)字信道所能傳送的“最高數(shù)據(jù)率”。 數(shù)字信道傳送數(shù)字信號的速率稱為數(shù)據(jù)率或比特率。所以，帶寬的單位是“比特每秒（bit/s或b/s或bps）”。計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成的基本要素v吞吐量(throughput) 表示在單位時間內(nèi)通過某個網(wǎng)絡(luò)（或信道、接口）

14、的數(shù)據(jù)量。 吞吐量更經(jīng)常地用于對現(xiàn)實(shí)世界中的網(wǎng)絡(luò)的一種測量，以便知道實(shí)際上到底有多少數(shù)據(jù)量能夠通過網(wǎng)絡(luò)。 吞吐量受網(wǎng)絡(luò)的帶寬或網(wǎng)絡(luò)的額定速率的限制。計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成的基本要素v時延（Delay或Latency） “時延”是指一個報文或分組從一個網(wǎng)絡(luò)（或一條鏈路）的一端傳送到另一端所需的時間。時延由發(fā)送時延、傳播時延和處理時延三部分組成。計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成的基本要素信道帶寬數(shù)據(jù)塊長度發(fā)送時延速率電磁波在信道上的傳播信道長度傳播時延處理時延處理時延是指數(shù)據(jù)在交換節(jié)點(diǎn)為存儲轉(zhuǎn)發(fā)而進(jìn)行一些必要的處理所花費(fèi)的時間。在節(jié)點(diǎn)緩存隊列中分組排隊所經(jīng)歷的時延是處理時延中的重要組成部分。因此，處理時延的長短往往取決于網(wǎng)

15、絡(luò)中當(dāng)時的通信量。 v時延產(chǎn)生的地方 計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成的基本要素1 0 1 1 0 0 1發(fā)送器隊列在鏈路上產(chǎn)生傳播時延結(jié)點(diǎn) B結(jié)點(diǎn) A在發(fā)送器產(chǎn)生發(fā)送時延(即傳輸時延)在隊列中產(chǎn)生處理時延數(shù)據(jù)從結(jié)點(diǎn) A 向結(jié)點(diǎn) B 發(fā)送數(shù)據(jù)鏈路v有關(guān)時延的例題 要傳送的數(shù)據(jù)僅有1個字節(jié)（即8bit），在1Mb/s的信道上的發(fā)送時延是8s。當(dāng)傳播時延為5ms時，總時延為5.008ms。 顯然，在這種情況下，傳播時延決定了總時延。這時，即使將信道的帶寬提高到1000倍（即將數(shù)據(jù)的發(fā)送速率提高到1Gb/s），總時延也不能減少多少。由此可以看出，數(shù)據(jù)的傳送速率越高傳送的并不一定越快。計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成的基本要素v利用率

16、信道利用率指出某信道有百分之幾的時間是被利用的（有數(shù)據(jù)通過）。完全空閑的信道的利用率是零。 網(wǎng)絡(luò)利用率則是全網(wǎng)絡(luò)的信道利用率的加權(quán)平均值。計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成的基本要素v信道利用率并非越高越好。 根據(jù)排隊論的理論，當(dāng)某信道的利用率增大時，該信道引起的時延也就迅速增加。 計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成的基本要素UDD10其中，D0 表示網(wǎng)絡(luò)空閑時的時延，D 表示網(wǎng)絡(luò)當(dāng)前的時延；U 是網(wǎng)絡(luò)的利用率，數(shù)值在 0 到 1 之間。 v從網(wǎng)絡(luò)的使用者分類 公用網(wǎng)(public network) 指電信公司（國有或私有）出資建造的大型網(wǎng)絡(luò)。也稱為公眾網(wǎng)，簡稱為公網(wǎng)。 專用網(wǎng)(private network) 是某單位或部門根據(jù)業(yè)

17、務(wù)或工作需要而建造的網(wǎng)絡(luò)，這種網(wǎng)絡(luò)不向本單位以外的人提供服務(wù)。計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的分類v按覆蓋范圍進(jìn)行分類 局域網(wǎng)（Local Area Network，LAN） 局域網(wǎng)是局部地區(qū)范圍內(nèi)的小規(guī)模的計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)，一般地理范圍在10km以內(nèi)。局域網(wǎng)用的非常廣泛，世界上絕大部分的計算機(jī)都連接在局域網(wǎng)上。 城域網(wǎng)（Metropolitan Area Network，MAN） 城域網(wǎng)的設(shè)計目標(biāo)是滿足幾十公里范圍內(nèi)的大量企業(yè)、機(jī)關(guān)、公司共享資源的需要，這種網(wǎng)絡(luò)的連接距離可以在10100km。 廣域網(wǎng)（Wide Area Network，WAN） 廣域網(wǎng)也稱為遠(yuǎn)程網(wǎng)（Long Haul Network），所覆蓋的地理范圍可從幾百公里到幾千公里，可以覆蓋一個國家、一個地區(qū)或橫跨幾個洲，形成國際性的計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)。計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的分類v局域網(wǎng) 為一個單位所擁有且地理范圍和站點(diǎn)數(shù)據(jù)具有限； 所有的結(jié)點(diǎn)共享較高的總帶寬（即較高的數(shù)據(jù)傳輸速率）； 較低的時延和較低的誤碼率； 各結(jié)點(diǎn)為平等關(guān)系而不是主從關(guān)系； 能進(jìn)行廣播（一結(jié)點(diǎn)向其他所有結(jié)點(diǎn)發(fā)送）或多播（Multicast）（一結(jié)點(diǎn)向多個結(jié)點(diǎn)發(fā)送，又稱為組播）。計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的分類v城域網(wǎng)計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的分類v廣域網(wǎng) 廣域網(wǎng)是因特網(wǎng)的核心部分，其任務(wù)是通過長距離運(yùn)送主機(jī)所發(fā)送的數(shù)據(jù)，連接廣域網(wǎng)各節(jié)點(diǎn)交換機(jī)的鏈路一般都是