第一章計算機網(wǎng)絡(luò)綜述

1、第一章計算機網(wǎng)絡(luò)綜述本講主要內(nèi)容計算機網(wǎng)絡(luò)的形成與發(fā)展計算機網(wǎng)絡(luò)的定義計算機網(wǎng)絡(luò)的組成計算機網(wǎng)絡(luò)的分類計算機網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)計算機網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)類型計算機網(wǎng)絡(luò)的性能指標(biāo)1.1 計算機網(wǎng)絡(luò)的形成與發(fā)展計算機網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展大致分四個階段 ：以單臺計算機為中心的遠(yuǎn)程連機系統(tǒng)，構(gòu)成面向終端的計算機網(wǎng)絡(luò)；多個主機互連，各主機相互獨立，無主從關(guān)系的計算機網(wǎng)絡(luò)；具有統(tǒng)一的網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)，遵循國際標(biāo)準(zhǔn)化協(xié)議的計算機網(wǎng)絡(luò)；網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)與高速網(wǎng)絡(luò)。1.1.1 面向終端的計算機網(wǎng)絡(luò)主機終端以主機為中心n第一代計算機網(wǎng)絡(luò)實際上是以單臺計算機為中心的遠(yuǎn)程聯(lián)機系統(tǒng)。n這樣的系統(tǒng)除了一臺中心計算機外，其余的終端都不具備自主處理功能，在系統(tǒng)中

2、主要是終端和中心計算機間的通信。1.1.2 計算機計算機網(wǎng)絡(luò)以分組交換網(wǎng)為中心主機分組交換網(wǎng)n20世紀(jì)60年代后期開始興起n多臺計算機都具有自主處理能力，之間不存在主從關(guān)系n典型代表是ARPA網(wǎng)（ARPAnet） 1.1.3 開放式標(biāo)準(zhǔn)化網(wǎng)絡(luò)開放式相對于第二代計算機網(wǎng)絡(luò)中只能和同種計算機互連的每個廠商各自封閉的系統(tǒng)而言的，它可以和任何其他系統(tǒng) （當(dāng)然要遵循同樣的國際標(biāo)準(zhǔn)）通信而相互開放。 標(biāo)準(zhǔn)化開放系統(tǒng)互連基本參考模型OSI/RMTCP/IP參考模型 1.1.4 網(wǎng)絡(luò)計算的新時代計算機的發(fā)展已進入了網(wǎng)絡(luò)計算機的新時代，換句話說就是以網(wǎng)絡(luò)為中心的時代。 計算機網(wǎng)絡(luò)向高速化發(fā)展。 三網(wǎng)融合甚至多網(wǎng)

3、融合是一個重要的發(fā)展方向統(tǒng)一的IP網(wǎng)，即”IP over everying” 和“Everying on IP” 。有人描述未來通信和網(wǎng)絡(luò)的目標(biāo)是實現(xiàn)5W的個人通信 。1.2 計算機網(wǎng)絡(luò)的概念1.2.1 計算機網(wǎng)絡(luò)的定義對計算機網(wǎng)絡(luò)可做如下定義：將處于不同地理位置，并具有獨立計算能力的計算機系統(tǒng)經(jīng)過傳輸介質(zhì)和通信設(shè)備相互連接，在網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)和網(wǎng)絡(luò)通信軟件的控制下，實現(xiàn)資源共享的計算機的集合。 從概念上說，計算機網(wǎng)絡(luò)由通信子網(wǎng)和資源子網(wǎng)兩部分構(gòu)成計算機網(wǎng)絡(luò)的構(gòu)成節(jié)點 通信子網(wǎng)1.2.1 計算機網(wǎng)絡(luò)的定義1.2.1 計算機網(wǎng)絡(luò)的定義對計算機網(wǎng)絡(luò)的概念，不同的書上有不同的定義，但不管怎樣都離不開以下

4、四個基本要素：（1）兩臺以上的計算機（2）連接計算機的線路和設(shè)備（3）實現(xiàn)計算機之間通信的協(xié)議（4）按協(xié)議制作的軟件、硬件1.2.2 計算機網(wǎng)絡(luò)的組成計算機網(wǎng)絡(luò)包括通信子網(wǎng)和資源子網(wǎng)。計算機網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)由網(wǎng)絡(luò)硬件和網(wǎng)絡(luò)軟件組成。1.網(wǎng)絡(luò)硬件傳輸介質(zhì)同軸電纜、雙絞線、光纜無線電、微波等。網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器工作站網(wǎng)絡(luò)設(shè)備網(wǎng)卡（網(wǎng)絡(luò)適配器）中繼器集線器網(wǎng)橋交換機路由器2.網(wǎng)絡(luò)軟件網(wǎng)絡(luò)軟件可大致分為網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)軟件和網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用軟件。網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)軟件是控制和管理網(wǎng)絡(luò)運行、提供網(wǎng)絡(luò)通信和網(wǎng)絡(luò)資源分配與共享功能的網(wǎng)絡(luò)軟件，它為用戶提供了訪問網(wǎng)絡(luò)和操作網(wǎng)絡(luò)的友好界面。網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用軟件是指為某一個應(yīng)用目的而開發(fā)的網(wǎng)絡(luò)軟件，它為用戶提供一

5、些實際的應(yīng)用。1.3 計算機網(wǎng)絡(luò)的分類計算機網(wǎng)絡(luò)的分類方法可以是多樣的，其中最主要的兩種方法是：按照網(wǎng)絡(luò)所使用的傳輸技術(shù)（transmission technology）分類；按照網(wǎng)絡(luò)的覆蓋范圍與規(guī)模（scale）分類。1.3.1 按傳輸技術(shù)劃分在通信技術(shù)中，通信信道的類型有兩類：廣播通信信道與點一點通信信道。因此網(wǎng)絡(luò)所采用的傳輸技術(shù)也只能有兩類，即廣播（Broadcast）方式與點一點（Point-to-Point）方式。（1）廣播式網(wǎng)絡(luò)（Broadcast Networks）：如總線形網(wǎng)、環(huán)形網(wǎng)、微波衛(wèi)星網(wǎng)等。（2）點一點式網(wǎng)絡(luò)（Point-to-Point Networks）：如星形、樹

6、形、網(wǎng)形等。1.3.2 按分布距離劃分局域網(wǎng) (LAN，Local Area Network)：廣域網(wǎng) (WAN，Wide Area Network)：城域網(wǎng) (MAN，Metropolitan Area Network)：計算機網(wǎng)絡(luò)的主要特征參數(shù)網(wǎng)絡(luò)分類縮寫分布距離（大約）網(wǎng)絡(luò)中的物理設(shè)備傳輸速率范圍局域網(wǎng)LAN10m房間4Mb/s2Gb/s100m建筑物幾千米校園城域網(wǎng)MAN10km城市50kb/s100Mb/s廣域網(wǎng)WAN10-1000 km城市、國家和洲9.6kb/s45Mb/s1.4 計算機網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)計算機網(wǎng)絡(luò)拓?fù)涞亩x為了應(yīng)付復(fù)雜的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)設(shè)計問題，人們引入了網(wǎng)絡(luò)拓?fù)涞母拍睢Ｓ嬎?/p>

7、機網(wǎng)絡(luò)拓?fù)渲饕侵竿ㄐ抛泳W(wǎng)的拓?fù)錁?gòu)型。網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)是拋開網(wǎng)絡(luò)物理連接來討論網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的連接形式，網(wǎng)絡(luò)中各站點相互連接的方法和形式稱為網(wǎng)絡(luò)拓?fù)?。拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)圖給出網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器、工作站的網(wǎng)絡(luò)配置和相互間的連接，它的結(jié)構(gòu)主要有星型結(jié)構(gòu)、總線結(jié)構(gòu)、樹型結(jié)構(gòu)、網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)、環(huán)形結(jié)構(gòu)等。1.4.2 兩類網(wǎng)絡(luò)拓?fù)渚W(wǎng)絡(luò)拓?fù)淇梢愿鶕?jù)通信子網(wǎng)中通信信道類型分為兩類：1)點一點線路子網(wǎng)的拓?fù)?點對點式)。2)廣播信道子網(wǎng)的拓?fù)?多點式)。常見的幾種網(wǎng)絡(luò)拓?fù)淇偩€網(wǎng)星形網(wǎng)樹形網(wǎng) 環(huán)形網(wǎng)網(wǎng)狀網(wǎng)1.5 幾種典型的計算機網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)類型依信息處理的方式不同,計算機局域網(wǎng)的類型常見的主要有以下四種：集中處理的主機-終端機結(jié)構(gòu)對等網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

8、基于服務(wù)器的客戶機服務(wù)器系統(tǒng)結(jié)構(gòu)無盤工作站網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)1.5.1 集中處理的主機-終端機結(jié)構(gòu)在20世紀(jì)60年代后期曾形成了以一臺主機為中心的多用戶系統(tǒng)，這是一種集中式網(wǎng)絡(luò)（centralized network）的主機-終端機系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。這種系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的特點是終端計算機只是簡單的輸入/輸出設(shè)備，其本身不做任何處理，所有事務(wù)都由主機集中處理。1.5.2 對等網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)對等網(wǎng)絡(luò)是非結(jié)構(gòu)化的訪問網(wǎng)絡(luò)資源。網(wǎng)絡(luò)中的所有設(shè)備可直接訪問數(shù)據(jù)、軟件和其他網(wǎng)絡(luò)資源。換言之，每一臺網(wǎng)絡(luò)計算機與其他連網(wǎng)的計算機是對等（peer）的，它們沒有層次的劃分。1.5.3 客戶機服務(wù)器網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)客戶-服務(wù)器結(jié)構(gòu)（簡稱C/S結(jié)構(gòu)）是在專

9、用服務(wù)器結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的。這里的C/S結(jié)構(gòu)是指將局域網(wǎng)中需要處理的工作任務(wù)分配給客戶機和服務(wù)器端共同完成的。其實，客戶機和服務(wù)器并沒有一定的界限，完全按照其所扮演的角色來確定。一般的定義是：提出服務(wù)請求的一方稱為客戶機，而提供服務(wù)的一方就是服務(wù)器。無盤工作站網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)無盤工作站顧名思義就是沒有硬盤，軟驅(qū)基于服務(wù)器網(wǎng)絡(luò)的一種結(jié)構(gòu)，無盤工作站利用網(wǎng)卡上的啟動芯片與服務(wù)器連接，使用服務(wù)器的硬盤空間進行資源共享?！盁o盤工作站網(wǎng)絡(luò)”可以實現(xiàn)“客戶機服務(wù)器網(wǎng)絡(luò)”的所有功能，在它的工作站上，沒有磁盤驅(qū)動器，每臺工作站都需要從“遠(yuǎn)程服務(wù)器”啟動。1.6 計算機網(wǎng)絡(luò)的性能指標(biāo)1. 速率比特（bit）是計算機

10、中數(shù)據(jù)量的單位，也是信息論中使用的信息量的單位。Bit 來源于 binary digit，意思是一個“二進制數(shù)字”，因此一個比特就是二進制數(shù)字中的一個 1 或 0。速率即數(shù)據(jù)率(data rate)或比特率(bit rate)是計算機網(wǎng)絡(luò)中最重要的一個性能指標(biāo)。速率的單位是 b/s，或kb/s, Mb/s, Gb/s 等。2.帶寬 “帶寬”(bandwidth)本來是指信號具有的頻帶寬度，單位是赫（或千赫、兆赫、吉赫等）。現(xiàn)在“帶寬”是數(shù)字信道所能傳送的“最高數(shù)據(jù)率”的同義語，單位是“比特每秒”，或 b/s (bit/s)。 請注意：在計算機界，K = 210 = 1024， M = 220,

11、 G = 230, T = 240。圖1-10 時間軸上信號的寬度隨帶寬的增大而變窄3. 吞吐量吞吐量(throughput)表示在單位時間內(nèi)通過某個網(wǎng)絡(luò)（或信道、接口）的數(shù)據(jù)量。吞吐量更經(jīng)常地用于對現(xiàn)實世界中的網(wǎng)絡(luò)的一種測量，以便知道實際上到底有多少數(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。4.時延(delay 或 latency)發(fā)送時延（傳輸時延 ） 發(fā)送數(shù)據(jù)時，數(shù)據(jù)塊從結(jié)點進入到傳輸媒體所需要的時間。信道帶寬 數(shù)據(jù)在信道上的發(fā)送速率。常稱為數(shù)據(jù)在信道上的傳輸速率。 發(fā)送時延 = 數(shù)據(jù)塊長度（比特）信道帶寬（比特/秒）傳播時延 電磁波在信道中需要傳播一定的距離而花費的時間。 信號傳輸速率（即發(fā)送速率）和信號在信道上的傳播速率是完全不同的概念。 傳播時延 = 信道長度（米）信號在信道上的傳播速率（米/秒）4.時延(delay 或 latency)處理時延 交換結(jié)點為存儲轉(zhuǎn)發(fā)而進行一些必要的處理所花費的時間。 結(jié)點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。處理時延的長短往往取決于網(wǎng)絡(luò)中當(dāng)時的通信量。有時可用排隊時延作為處理時延。 4.時延(delay 或 latency)數(shù)據(jù)經(jīng)歷的總時延就是發(fā)送時延、傳播時延和處理時延之和： 總時延 = 發(fā)送時延 +