計算機網(wǎng)絡(luò)ch1-引言課件

計算機網(wǎng)絡(luò)與通信趙太飛西安理工大學(xué)自動化學(xué)院電子系辦公室5-62310/18/2022計算機網(wǎng)絡(luò)與通信學(xué)時數(shù)：

40小時授課:

32小時

上機實驗：8小時

教材：<計算機網(wǎng)絡(luò)>(第2版)

作者：馮博琴主編高等教育出版社，2004.7考核：平時10%，實驗10%，期末考試80%10/18/2022學(xué)習(xí)本課的要求按時上課，不遲到早退,有事請假;上課認真聽講，做好筆記；下課復(fù)習(xí)，認真完成作業(yè)；認真做實驗，按照要求寫出實驗報告；有時間多看參考書；參考書:1.數(shù)據(jù)通信與計算機網(wǎng)絡(luò)高傳善著高等教育出版社2.計算機網(wǎng)絡(luò)劉衍珩著科學(xué)出版社3.計算機網(wǎng)絡(luò)謝希仁人民郵電出版社10/18/2022計算機網(wǎng)絡(luò)與通信第1章計算機網(wǎng)絡(luò)概論2學(xué)時第2章數(shù)據(jù)通信基礎(chǔ)知識6學(xué)時第3章計算機網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)4學(xué)時第4章計算機局域網(wǎng)6學(xué)時第5章廣域網(wǎng)4學(xué)時第6章網(wǎng)絡(luò)互連4學(xué)時第7章網(wǎng)絡(luò)設(shè)備2學(xué)時第8章Internet4學(xué)時10/18/2022第1章計算機網(wǎng)絡(luò)概論1.1計算機網(wǎng)絡(luò)的產(chǎn)生與發(fā)展1.2計算機網(wǎng)絡(luò)的概念1.3計算機網(wǎng)絡(luò)的功能1.4

計算機網(wǎng)絡(luò)的組成1.5計算機網(wǎng)絡(luò)分類10/18/20221計算機網(wǎng)絡(luò)的產(chǎn)生與發(fā)展計算機網(wǎng)絡(luò)的產(chǎn)生：早期的計算機應(yīng)用模式——單機大、中、小型機—龐大，昂貴，資源無法共享計算機構(gòu)成了一個個的信息“孤島”計算機網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)生始于1950’s，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)）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）10/18/20221969年美國國防部研究計劃局（ARPA）主持研制的ARPAnet計算機網(wǎng)絡(luò)投入運行。在這之后，世界各地計算機網(wǎng)絡(luò)的建設(shè)如雨后春筍般迅速發(fā)展起來。計算機網(wǎng)絡(luò)的產(chǎn)生和演變過程經(jīng)歷了從簡單到復(fù)雜、從低級到高級、從單機系統(tǒng)到多機系統(tǒng)的發(fā)展過程，其演變過程可概括為四個階段：10/18/2022第四階段：20世紀90年代Internet技術(shù)的廣泛應(yīng)用網(wǎng)絡(luò)計算技術(shù)的研究與發(fā)展寬帶城域網(wǎng)與接入網(wǎng)技術(shù)的研究與發(fā)展網(wǎng)絡(luò)與信息安全技術(shù)的研究與發(fā)展10/18/2022圖1-1具有遠程通信功能的單機系統(tǒng)1．以主機為中心的聯(lián)機終端系統(tǒng)TSTTTTHOST通信線路T10/18/2022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)連接方式：本地或遠程10/18/2022改進多點線路通信終端集中器(近/遠距)前端處理機（FrontEndProcessor,FEP），通信任務(wù)分離HOSTTTTTTTTHOSTHOSTTTTTT終端集中器T高速線路低速線路低速線路單計算機聯(lián)機系統(tǒng)使用終端集中器的通信電路多點線路通信方式10/18/2022問題：“主機”和“計算機”一樣？

“主機”(host)就是“計算機”(computer)，因此“主機”和“計算機”應(yīng)當(dāng)是一樣意思。不過在因特網(wǎng)中，“主機”是指任何連接在因特網(wǎng)上的（也就是連接在因特網(wǎng)中某一個物理網(wǎng)絡(luò)上的）、可以運行應(yīng)用程序的計算機系統(tǒng)。主機可以小到PC機，也可以大到巨型機。主機的CPU可以很慢也可以很快，其存儲器可以很小也可以很大。TCP/IP協(xié)議族可以使因特網(wǎng)上的任何一對主機都能進行通信，而不管它們的硬件有多大區(qū)別。10/18/20222．計算機--計算機通信網(wǎng)絡(luò)

圖1-3計算機-計算機網(wǎng)絡(luò)

HOSTHOSTHOSTTTTTTTTTTT通信線路特征:多個終端聯(lián)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”10/18/2022主機－主機網(wǎng)絡(luò)的演變過程第一個演變階段通信任務(wù)從主機中分離，由通信控制處理機（CCP）完成CCP：處理主機之間通信任務(wù)的專用計算機CCPCCPHOSTHOSTTTTTTTCCPHOSTTT10/18/2022兩層網(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)，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)，提供計算資源CCPCCPHOSTHOSTTTTTTTCCPHOSTTTT通信子網(wǎng)10/18/2022兩層網(wǎng)絡(luò)的概念結(jié)構(gòu)CCCHHH資源子網(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)HH10/18/2022第二個演變階段通信子網(wǎng)規(guī)模逐漸擴大私有→社會公用公用數(shù)據(jù)通信網(wǎng)PSTNX.25優(yōu)點降低用戶系統(tǒng)建設(shè)成本提高通信線路利用率兼容性好公用數(shù)據(jù)通信網(wǎng)HOSTHOSTTTTTTTHOSTTTTT10/18/2022例子:因特網(wǎng)的前身——ARPANET美蘇冷戰(zhàn)時期由美國軍方建立的實驗性網(wǎng)絡(luò)最初4個節(jié)點→70’s的60多個節(jié)點地域跨越美洲、歐洲具有現(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10/18/2022網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)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(shù)壟斷：競爭？標準不統(tǒng)一：用戶利益？國際標準（ISOOSI/RM）OpenSystemInterconnection/RecommendedModel(開放系統(tǒng)互聯(lián)參考模型，簡稱OSI參考模型)OSI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個層次只說明了做什么（WHATTODO）而未規(guī)定怎樣做（HOWTODO）太復(fù)雜，幾乎沒有與之完全符合的網(wǎng)絡(luò)事實上的標準：TCP/IP(因特網(wǎng)的骨干協(xié)議)從體系結(jié)構(gòu)上看，它是OSI參考模型的簡化（4層）10/18/2022因特網(wǎng)的出現(xiàn)標志著網(wǎng)絡(luò)時代的到來因特網(wǎng)是全球性的網(wǎng)絡(luò)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2000年,Internet的規(guī)模為網(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)108數(shù)量級，主干速率大于2.5Gbit/s.美國政府資助的“下一代因特網(wǎng)計劃”目標是:主干網(wǎng)的速率比現(xiàn)在的因特網(wǎng)高1000倍端到端的速率要達到100Mbit/s-10Gbit/s4．因特網(wǎng)時代的到來10/18/2022麥克斯威與赫茲電磁場理論香農(nóng)信息論摩爾定律:是指IC上可容納的晶體管數(shù)目，約每隔18個月便會增加一倍，性能也將提升一倍。--英特爾(Intel)名譽董事長戈登·摩爾

網(wǎng)絡(luò)價值定律(邁卡夫):網(wǎng)絡(luò)的價值同網(wǎng)絡(luò)用戶數(shù)量的平方成正比。--以太網(wǎng)的發(fā)明人鮑勃·麥特卡爾夫

5.支配數(shù)字通信網(wǎng)發(fā)展的四個定律(A.J.維特比)10/18/20221.2計算機網(wǎng)絡(luò)的概念計算機網(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，把地理分散的計算機互聯(lián)起來，能夠互相通信且共享資源的系統(tǒng)。10/18/2022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自治：能獨立運行，不依賴于其他計算機“主控-從屬”類型的系統(tǒng)是計算機網(wǎng)絡(luò)嗎？“主機-終端”系統(tǒng)（第一代網(wǎng)絡(luò)）呢？互連：以任何可能的通信連接方式有線方式：銅線、光纖無線方式：紅外、無線電（微波）、衛(wèi)星通信網(wǎng)絡(luò)計算機系統(tǒng)計算機系統(tǒng)10/18/2022計算機網(wǎng)絡(luò)與其它類似系統(tǒng)的比較終端分時系統(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（本地或遠程）多機系統(tǒng)緊耦合，主機間通信多采用共享存儲器、共享總線等（有的系統(tǒng)也采用高速局域網(wǎng)）分布式系統(tǒng)見下頁10/18/2022分布式系統(tǒng)的特點在分布式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。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。用途主要是科學(xué)計算和事務(wù)處理。計算機網(wǎng)絡(luò)與分布式系統(tǒng)10/18/2022

計算機網(wǎng)絡(luò)與終端分時系統(tǒng)從設(shè)備在系統(tǒng)中的地位進行比較分時系統(tǒng)主機以分時方式為終端服務(wù)終端完全依賴于主機主機與終端是支配與被支配的關(guān)系，數(shù)據(jù)處理－用戶交互資源高度集中，由許多用戶共享終端之間無聯(lián)系計算機網(wǎng)絡(luò)每臺計算機地位平等，互相共享每臺計算機都能獨立工作資源分散分布10/18/2022

計算機網(wǎng)絡(luò)與多機系統(tǒng)從耦合度和用途方面進行比較多機系統(tǒng)設(shè)備之間耦合度緊主機間通信多采用共享存儲器、共享總線等（有的系統(tǒng)也采用高速局域網(wǎng)）設(shè)備分布近傳輸速度極快主要用途為科學(xué)計算計算機網(wǎng)絡(luò)網(wǎng)絡(luò)設(shè)備之間耦合度松設(shè)備分布相對較遠傳輸速度快主要用途為資源共享10/18/2022計算機網(wǎng)絡(luò)與分布式系統(tǒng)從協(xié)調(diào)性和用途兩方面進行比較分布式系統(tǒng)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，對用戶透明用途主要是科學(xué)計算和數(shù)據(jù)處理計算機網(wǎng)絡(luò)

非協(xié)調(diào)性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(tǒng)往往是基于計算機網(wǎng)絡(luò)來實現(xiàn)的。二者有很多相通之處10/18/20221.3計算機網(wǎng)絡(luò)功能數(shù)據(jù)通信(CommunicationMedium)文件傳輸、IP電話、email、視頻會議、信息發(fā)布、交互式娛樂、音樂資源共享(ResourceSharing)軟件、硬件、數(shù)據(jù)（數(shù)據(jù)庫）提供高可靠性服務(wù)(HighReliability)利用可替代的資源，提供連續(xù)的高可靠服務(wù)節(jié)省投資(SavingMoney)替代昂貴的大中型機系統(tǒng)分布式處理(DistributedProcessing)10/18/20221.4計算機網(wǎng)絡(luò)的組成1．按系統(tǒng)劃分

（1）計算機網(wǎng)絡(luò)硬件系統(tǒng)（2）計算機網(wǎng)絡(luò)軟件系統(tǒng)1.計算機網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的組成10/18/2022硬件網(wǎng)絡(luò)節(jié)點端節(jié)點：計算機中間節(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牢锢恚簜鬏斀橘|(zhì)邏輯：信道類比——CATV的電纜和頻道之間的關(guān)系軟件通信軟件（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10/18/20222．按邏輯劃分計算機網(wǎng)絡(luò)從邏輯結(jié)構(gòu)上可以分成兩部分：負責(zé)數(shù)據(jù)處理、向網(wǎng)絡(luò)用戶提供各種網(wǎng)絡(luò)資源及網(wǎng)絡(luò)服務(wù)的外層用戶資源子網(wǎng)和負責(zé)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)的內(nèi)層通信子網(wǎng)。10/18/2022（1）用戶資源子網(wǎng)用戶子網(wǎng)由主計算機、終端、通信控制設(shè)備、連網(wǎng)外設(shè)、各種軟件資源等組成。

負責(zé)全網(wǎng)的面向用戶的數(shù)據(jù)處理和數(shù)據(jù)管理，以實現(xiàn)最大限度的全網(wǎng)資源共享。①主計算機。②終端。③通信控制設(shè)備。10/18/2022（2）通信子網(wǎng)：是計算機網(wǎng)絡(luò)中負責(zé)數(shù)據(jù)通信的部分由傳輸線和轉(zhuǎn)接部件組成。其中傳輸線承擔(dān)著傳送二進制比特流的任務(wù)。①通信子網(wǎng)的類型。（A）點對點通信子網(wǎng)（B）廣播式通信子網(wǎng)②通信子網(wǎng)的三種組織形式。（A）結(jié)合型（B）專用型（C）公用型：③結(jié)點處理機。（A）網(wǎng)絡(luò)接口功能（B）存儲/轉(zhuǎn)發(fā)功能（C）網(wǎng)絡(luò)控制功能：④通信線路。返回本章首頁10/18/20222計算機網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的構(gòu)型1.網(wǎng)絡(luò)采用全連通的方法

在多個結(jié)點需要互相連接以構(gòu)成網(wǎng)絡(luò)時，希望每一個結(jié)點與其他的結(jié)點都有直接的點到點的通信線路，這種情況稱為全連通的網(wǎng)絡(luò)拓撲。如果有N個結(jié)點，要求網(wǎng)絡(luò)有N（N-1）/2條全雙工的鏈路，且每一結(jié)點上的裝置設(shè)備要有（N-1）個輸入/輸出端口。10/18/2022交換機

…

2.采用電話連接方式10/18/20221根據(jù)網(wǎng)絡(luò)的傳輸技術(shù)進行分類2根據(jù)網(wǎng)絡(luò)的覆蓋范圍進行分類3網(wǎng)絡(luò)使用范圍分類4網(wǎng)絡(luò)拓撲結(jié)構(gòu)分類返回本章首頁1.5計算機網(wǎng)絡(luò)的分類10/18/20221.根據(jù)網(wǎng)絡(luò)的傳輸技術(shù)進行分類1．廣播式網(wǎng)絡(luò)在廣播式網(wǎng)絡(luò)中，所有聯(lián)網(wǎng)計算機都共享一個公共通信信道。2．點到點式網(wǎng)絡(luò)與廣播式網(wǎng)絡(luò)相反，在點到點式網(wǎng)絡(luò)中，每條物理線路連接一對計算機。

返回本節(jié)10/18/20222.根據(jù)網(wǎng)絡(luò)的覆蓋范圍進行分類

局域網(wǎng)(LocalAreaNetwork，LAN)范圍：小，＜20KM傳輸技術(shù)：基帶，10-1000Mbps，延遲低，出錯率低（10-11）拓撲結(jié)構(gòu)：總線，環(huán)城域網(wǎng)(MetropolitanAreaNetwork，MAN)范圍：中等，＜100KM傳輸技術(shù)：寬帶/基帶拓撲結(jié)構(gòu)：總線廣域網(wǎng)(WideAreaNetwork，WAN)范圍：大，＞100KM傳輸技術(shù)：寬帶，延遲大，出錯率高拓撲結(jié)構(gòu)：不規(guī)則，點到點10/18/2022按拓撲結(jié)構(gòu)分類星形有一個中心節(jié)點，其它節(jié)點與其構(gòu)成點到點連接樹形一個根結(jié)點、多個中間分支節(jié)點和葉子節(jié)點構(gòu)成星形拓撲樹形拓撲10/18/2022按拓撲結(jié)構(gòu)（續(xù)）總線所有節(jié)點掛接到一條總線上，廣播式信道需要有介質(zhì)訪問控制規(guī)程以防止沖突環(huán)形所有節(jié)點連接成一個閉合的環(huán)，結(jié)點之間為點到點連接總線形拓撲環(huán)形拓撲10/18/2022按拓撲結(jié)構(gòu)分類（續(xù)）全連接點到點全連接，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）點到點部分連接，多用于廣域網(wǎng)，由于連接的不完全性，需要有交換節(jié)點不規(guī)則拓撲全連接拓撲10/18/2022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?？偩€形、無線（微波、衛(wèi)星）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)。10/18/2022圖1-4計算機網(wǎng)絡(luò)拓撲結(jié)構(gòu)（點到點）10/18/2022計算機網(wǎng)絡(luò)問題：局域網(wǎng)、廣域網(wǎng)和公用網(wǎng)、專用網(wǎng)有什么關(guān)系？局域網(wǎng)一般都是專用網(wǎng)。當(dāng)然，也有例外。例如，某大學(xué)的國家重點實驗室中的局域網(wǎng)就可以供所有到該重點實驗室進行研究工作的外單位人員使用，因為國家重點實驗室必須是開放的（但前來使用這種局域網(wǎng)的外單位人員需要辦理一定的手續(xù)，而且人數(shù)也不會很多）。顯然，這樣的局域網(wǎng)和一般的公用網(wǎng)不完全一樣。專用網(wǎng)不一定都是局域網(wǎng)。例如，軍隊、鐵路、交通、電力等部門的專用網(wǎng)都是廣域網(wǎng)。公用網(wǎng)一般都是廣域網(wǎng)。電信公司建設(shè)的各種公用網(wǎng)都是為所有按章交費的用戶提供服務(wù)的。

從網(wǎng)絡(luò)的數(shù)量上看，在全世界的網(wǎng)絡(luò)中，絕大多數(shù)都是局域網(wǎng)，并且大多是專用的局域網(wǎng)。

10/18/2022附：計算機網(wǎng)絡(luò)重要術(shù)語帶寬：帶寬是通信信道的寬度，是信道頻率上界與下界之間之差，是介質(zhì)傳輸能力的度量，在傳統(tǒng)的通信工程中通常以赫茲（Hz）為單位計量。在計算機網(wǎng)絡(luò)中，