计算机网络技术与应用课件 第1章 计算机网络概述

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1、Li_zhihui 第 1 章计 算 机 网 络 概 述 第 1章 计 算 机 网 络 概 述n 教 学 目 标 通 过 了 解 计 算 机 网 络 及 其 起 源 和 演 变 过 程 ， 了 解 局 域 网 、广 域 网 、 城 域 网 及 互 联 网 之 间 的 不 同 ， 了 解 用 于 网 络 通信 的 基 本 介 质 等 ， 使 学 生 对 今 天 的 Internet由 来 有 一 个基 本 的 认 识 。 n 教 学 内 容 1.1 计 算 机 网 络 定 义 、 功 能 1.2 计 算 机 网 络 发 展 过 程 1.3 计 算 机 网 络 分 类 1.4 计 算 机 网 络

2、通 信 介 质 1.1 计 算 机 网 络 定 义 、 功 能n 计 算 机 网 络 定 义 ： 是 指 利 用 通 信 设 备 和 通 信 介 质 把地 理 位 置 不 同 、 具 有 独 立 功 能 的 多 个 计 算 机 系 统 互连 起 来 ， 按 照 一 定 通 信 协 议 进 行 数 据 通 信 ， 以 实 现资 源 共 享 和 信 息 交 换 为 目 的 的 系 统 。 通信线路其他外设打印机 客户机资源服务器网络协议 计 算 机 网 络 功 能主 要 可 归 纳 以 下 四 点 ：n 1、 资 源 共 享n 2、 数 据 通 信n 3、 信 息 管 理n 4、 分 布 式 处

3、理n 5、 提 高 计 算 机 系 统 的 可 靠 性 1.2.1 计 算 机 网 络 发 展 过 程n 追 溯 计 算 机 网 络 的 发 展 历 史 ， 它 的 演 变 可 概 括 地 分成 四 个 阶 段 ： (1)面 向 终 端 的 网 络以 单 个 计 算 机 主 机 为 中 心 的 远 程 联 机 系 统 。 (2)面 向 内 部 通 信 的 网 络多 个 计 算 机 主 机 ， 通 过 线 路 互 联 的 计 算 机 网 络 。 (3)异 种 机 互 连 的 网 络推 出 国 际 标 准 化 的 计 算 机 网 络 体 系 结 构 OSI。 (4)网 络 互 联 与 信 息 高

4、速 公 路 第 一 阶 段 面 向 终 端 的 网 络n 20世 纪 50年 代 ， 计 算 机 技 术 和 通 信 技 术 相 结 合 ， 为 计 算 机 网络 的 产 生 奠 定 了 基 础n 50年 代 ， 特 征 共 享 主 机 资 源 单 台 主 机 与 本 地 多 终 端 的 接 入 提 供 高 性 能 的 计 算 、 通信 服 务n 存 在 问 题 1、 主 机 负 荷 较 重既 要 承 担 通 信 又 要 处 理 数 据 2、 通 信 线 路 利 用 率 低 3、 可 靠 性 差 中 心 计 算 机 远 程 高 速 线 路 近 程 低 速 线 路第 一 阶 段 主 要 演 变

5、过 程n 引 入 了 前 置 处 理 机 FEP或 通信 控 制 器 CCU；n 出 现 终 端 控 制 器 TC或 集 中器 （ 复 用 器 ） 等 设 备 。n 提 供 远 程 多 终 端 的 接 入 服 务 modem 第 二 阶 段 面 向 内 部 通 信 的 网 络n 60年 代 ， 多 个 主 机 出 现 ， 要 求 主 机 之 间 通 讯n 这 个 阶 段 网 络 特 征n 单 主 机 终 端 网 络 的 互联 ， 形 成 多 主 机 为 中心 的 网 络n 网 络 结 构 从 “ 主 机 终 端 ” 转 变 为 “ 主 机 主 机 ” n 网 络 产 品 是 相 对 独 立的

6、， 未 有 统 一 标 准 。 ？ ？ 第 二 阶 段 演 变 过 程 CCP主 机 CCP主 机T TT T CCP主 机T T通 信 线 路 通 信 子 网 扩 大 ： 出 现 IMP-接 口 信 息 处 理 机 出 现 CCP-通 信 控 制 处 理 机 两 层 网 络 概 念 的 建 立 通 信 子 网 和 资 源 子 网主 机主 机 IMP IMPIMPIMP 资 源子 网通 信子 网主 机 主 机 ARPANET网 出 现 通 信 子 网 和 资 源 子 网n 通 信 子 网 ： 由 通 信 控 制 处 理 机 、 通 信 线 路 和 其 他 通信 设 备 连 接 构 成 。 负

7、责 网 络 通 信 ， 完 成 网 络 数 据 传输 、 转 发 等 信 息 处 理 任 务 ；n 资 源 子 网 ： 由 众 多 主 机 系 统 、 终 端 ， 以 及 各 种 外 围设 备 等 组 成 。 负 责 网 络 数 据 的 产 生 和 处 理 ， 并 向 网络 用 户 提 供 网 络 资 源 和 网 络 服 务 等 功 能 。 ARPANET网 的 出 现n 60年 代 末 ， 美 国 国 防 部 高 级 研 究 计 划 署 研 发ARPANET， 其 主 要 特 点 ： 资 源 共 享 、 分 散 控 制 ， 分 组 交 换 ； 采 用 专 门 的 通 信 控 制 处 理 机n

8、 作 为 Internet的 早 期 骨 干 网 ， ARPAnet的 试 验 奠 定了 Internet存 在 和 发 展 的 基 础 。n ARPAnet在 技 术 上 的 另 一 个 重 大 贡 献 就 是 TCP/IP协 议 簇 的 开 发 和 利 用 。 第 三 阶 段 异 种 机 互 连 的 网 络n 70年 代 末 、 80年 代 初 ， 各 部 门 间 网 络 希 望 相 互 能通 信 ， 但 传 输 标 准 不 统 一 。n 推 进 了 网 络 体 系 结 构 的 标 准 化 ：1. 各 计 算 机 制 造 厂 商 网 络 结 构 标 准 化 ；2. 国 际 网 络 体 系

9、结 构 标 准 化 。n 77年 ， 提 出 由 国 际 标 准 化 组 织 ISO来 约 定 或 定 义一 个 “ 统 一 的 传 输 协 议 ” 。n 83年 ， ISO推 出 “ 开 放 系 统 互 联 参 考 模 型 ” OSI-RM。 国 际 标 准 ： OSI/RMInternational Organization for Standardization) 国 际 标 准 化 组 织 Open System Interconnection/ Recommended Model 开 放 系 统 互 联 参 考 模 型 ， 简 称 OSI参 考 模 型n OSI参 考 模 型 是 一

10、 种 概 念 上 的 网 络 模 型n 其 标 准 保 证 了 不 同 网 络 设 备 间 的 兼 容 性 和 互 操 作 性n 规 定 了 网 络 体 系 结 构 的 框 架 ： 共 七 层n 1986年 美 国 国 家 科 学 基 金 会 （ NSF） 的 NSFNET建成 ， 基 于 OSI模 型 ， 采 用 标 准 的 TCP/IP协 议 ， 成 为Internet的 主 干 网 。 第 四 阶 段 信 息 高 速 公 路 n 所 谓 “ 信 息 高 速 公 路 ” ， 就 是 一 个 高 速 度 、 大 容 量 、多 媒 体 的 信 息 传 输 网 络 。 n 从 20世 纪 90年

11、 开 始 ， 计 算 机 网 络 开 始 进 入 其 发 展的 第 四 代 时 期 。n 其 主 要 标 志 ： 多 媒 体 计 算 机 及 宽 带 综 合 业 务 数 字 网 的 应 用 ； 出 现 高 速 以 太 网 、 快 速 分 组 交 换 技 术 、 帧 中 继 、 ATM等 网 络 传 输 介 质 光 纤 化 及 光 纤 分 布 式 数 据 接 口 FDDI 1.2.2 Internet起 源 1962年 ， 美 国 国 防 部 在 军 事 上 为 了 对 抗 前 苏 联 ， 提 出 设计 一 种 分 散 的 指 挥 系 统 构 想 。 1969年 ， 为 了 对 上 述 构 想

12、进 行 验 证 ， 美 国 国 防 部 高 级 研究 计 划 署 资 助 建 立 了 一 个 名 为 ARPANET的 实 验 网 络 。 1972年 ， ARPANET接 入 的 主 机 数 多 达 40个 。 1983年 ， ARPAnet分 裂 为 两 部 分 ， ARPAnet和 纯 军 事用 的 MILNET。n ARPANET给 予 Internet的 重 大 贡 献 之 一 就 是 TCP/IP协 议的 可 行 性 应 用 ， 为 Internet第 一 次 快 速 发 展 打 下 了 坚 实 的 基础 。 Internet起 源 80年 代 初 ， 美 国 国 家 科 学 基

13、金 会 投 入 大 量 资 金 介 入 国 家骨 干 网 络 的 建 设 ， 建 立 了 NSFNET网 。 80年 代 中 期 ， 美 国 国 家 科 学 基 金 会 （ NSF） 鼓 励 并 希 望各 大 学 、 研 究 所 的 计 算 机 与 其 四 台 巨 型 计 算 机 联 接 。 1986年 NSFNET建 成 后 正 式 营 运 ， 实 现 了 与 其 他 已 有 的和 新 建 的 网 络 的 互 联 和 通 信 ， 成 为 今 天 Internet的 基 础 。 1990年 6月 ， NSFNET全 面 取 代 ARPANET成 为Internet的 主 干 网 。n 可 以

14、这 样 说 ， NSFNET的 出 现 ， 给 予 Internet的 最 大 贡 献 就是 向 全 社 会 开 放 ， 它 准 许 各 大 学 或 私 人 科 研 机 构 网 络 的 接 入 ，促 使 Internet迅 速 地 商 业 化 并 有 了 第 二 次 的 飞 跃 发 展 。 Internet初 期 示 意 图 国 家 宇 航 科 学 网美 国 著 名 的 通 讯 公 司 网能 源 科 学 网国 家 科 学 基 金 会 网国 家 宇 航 科 学 网两 联 邦 Internet交 换 机 FIX-E,FIX-W 两 商 用 交 换 机GIX,CIX 1.2.3 我 国 Intern

15、et的 发 展 过 程n 大 致 分 五 个 阶 段 ： 第 一 阶 段 ： 中 国 Internet研 究 试 验 阶 段 第 二 阶 段 ： 中 国 Internet教 育 科 研 应 用 阶 段 第 三 阶 段 ： 中 国 Internet商 业 应 用 阶 段 第 四 阶 段 ： 我 国 Internet快 速 发 展 阶 段 第 五 阶 段 ： 我 国 Internet的 信 息 高 速 公 路 中 国 互 联 网 的 10大 主 干 网 http:/http:/中 国 公 用 计 算 机 互 连网 CHINANET 中 国 科 学 技术 计 算 机 网CSTNET国 家 公 用 经

16、 济 信 息 通 信网 GBNET中 国 教 育 和 科 研 计 算 机网 络 CERNET 中 国 联 合 通 信 网 (UNINET) 中 国 网 通 公 用 互 联 网 (CNCNET) 中 国 长 城 互 联 网 (GWNET) 中 国 移 动 通 讯 网 (CMNET) 中 国 对 外 经 济 贸 易 网 （ CIENET）中 国 铁 通 互 联 网 （ CRNET） 中 国 卫 星 集 团 互 联 网 (CSNET)http:/ http:/ 1.3 计 算 机 网 络 分 类n 按 覆 盖 的 地 理 范 围 分 ： 局 域 网 （ LAN） 、 广 域 网 （ WAN） 、城

17、域 网 （ MAN） 和 互 联 网 （ Internet） 等 ；n 按 网 络 的 拓 扑 结 构 分 ： 总 线 网 、 环 型 网 、 星 型 网 、 树 型 网 和网 状 型 网 等 ；n 按 媒 体 访 问 技 术 分 ： 以 太 网 （ Ethernet） 和 令 牌 网（ TokenRing） 等 ；n 按 通 讯 方 式 分 ： 广 播 式 网 和 点 对 点 网 ；n 按 传 输 介 质 分 ： 有 线 网 和 无 线 网 ；n 按 不 同 操 作 系 统 分 ： Unix网 、 Novell网 、 IBM LAN网 、DECnet网 、 AppleTalk网 、 Micr

18、osoft LAN网 等 ； n 按 用 途 分 ： 公 用 网 、 专 用 网 和 内 部 网 1.3.1 局 域 网n 局 域 网 （ Local Area Network， LAN） ， 就 是 在 局 部 地 区范 围 内 的 网 络 ， 它 所 覆 盖 的 地 区 范 围 较 小 。 n 局 域 网 就 是 将 单 独 的 计 算 机 （ 或 终 端 ） 以 及 接 入 设 备 ， 利 用通 信 介 质 相 互 连 接 起 来 ， 遵 循 一 定 的 通 信 协 议 ， 进 行 信 息 交换 ， 实 现 资 源 共 享 。n 局 域 网 特 点 ： 1） 具 有 较 高 的 传 输

19、带 宽 ， 数 据 传 输 率 高 ， 目 前 一 般 在100Mbps或 以 上 ； 2） 数 据 传 输 可 靠 ， 误 码 率 低 ； 3） LAN网 络 结 构 简 单 ， 可 有 总 线 型 、 环 型 、 星 型 或 树 型（ 即 多 个 星 型 的 组 合 ） 等 结 构 类 型 ， 见 图 1-5所 示 ， 易 于实 现 ， 一 般 使 用 广 播 链 路 ； 4） 通 常 由 单 一 机 构 所 拥 有 和 使 用 ， 不 受 公 共 网 络 所 属 机构 的 约 束 ， 容 易 进 行 设 备 更 新 和 使 用 最 新 技 术 。 1.3.2 广 域 网n 广 域 网 （

20、 Wide Area Network， WAN） ， 其 覆 盖 的 地 域 范围 比 局 域 网 要 大 很 多 ， 可 达 100公 里 以 上 ， 是 一 个 地 区 、 一个 国 家 、 甚 至 全 世 界 。n 广 域 网 特 点 ： 1） WAN由 节 点 交 换 机 以 及 连 接 这 些 交 换 机 的 链 路 组 成 ； 2） 节 点 交 换 机 具 有 分 组 存 储 转 发 的 功 能 ， 节 点 之 间 都 是点 到 点 的 通 信 链 路 ； 3） 为 了 提 高 网 络 通 信 的 可 靠 性 ， 通 常 一 个 节 点 与 多 个 节点 相 连 。 相 邻 节 点

21、 之 间 可 直 接 通 信 ， 而 不 相 邻 节 点 间 通信 需 要 通 过 中 间 若 干 节 点 转 发 ， 见 图 1-6； 4） WAN常 常 采 用 信 道 复 用 技 术 （ 有 关 信 道 复 用 技 术 请参 见 第 2章 2.2.4的 介 绍 ） ， 以 提 高 传 输 线 路 的 利 用 率 。 1.3.3 城 域 网n 城 域 网 （ Metropolitan Area Network， MAN） ， 这 种 网络 的 连 接 距 离 在 10100公 里 ， 其 规 模 介 于 LAN和 WAN之间 。 在 地 理 范 围 上 可 以 说 ， MAN是 LAN网

22、络 的 延 伸 ； 在 技术 上 ， MAN通 常 使 用 与 LAN相 似 的 技 术 ， 但 又 属 于 公 共 性质 的 网 络 。n 城 域 网 与 局 域 网 、 广 域 网 的 区 别 ： 1） 局 域 网 或 广 域 网 通 常 是 为 了 一 个 单 位 或 系 统 服 务 ， 而城 域 网 则 是 为 整 个 城 市 而 不 是 为 某 个 特 定 的 部 门 服 务 。 2） 建 设 局 域 网 或 广 域 网 包 括 资 源 子 网 和 通 信 子 网 两 个 方面 。 而 城 域 网 的 建 设 主 要 集 中 在 通 信 子 网 上 ， 其 中 有 两个 方 面 构

23、成 ： 一 是 城 市 骨 干 网 ， 它 与 全 国 的 骨 干 网 相 连 ；二 是 城 市 接 入 网 ， 它 把 本 市 所 有 的 联 网 用 户 与 城 市 骨 干网 相 连 。 1.3.4 互 联 网n 将 局 域 网 以 及 单 台 主 机 通 过 广 域 网 互 联 并 按 照 一 定的 通 讯 协 议 通 信 ， 所 组 成 的 国 际 计 算 机 网 络 就 是 一互 联 网 。n 互 联 网 特 点 ： 1） 在 互 联 网 中 ， 不 同 网 络 之 间 的 互 联 是 通 过 路由 器 实 现 的 ； 2） 互 联 网 是 由 多 个 网 络 构 成 ， 与 广 域

24、 网 有 所 不同 ； 广 域 网 是 指 单 个 的 网 络 ， 是 使 用 节 点 交 换 机连 接 各 主 机 而 不 是 用 路 由 器 连 接 各 网 络 。 1.4 计 算 机 网 络 通 信 介 质n 通 信 介 质 是 网 络 通 信 双 方 传 送 数 据 的 物 理 通 道 ， 是通 信 中 实 际 传 输 信 息 的 载 体 。n 常 用 的 通 信 介 质 可 分 有 线 和 无 线 两 大 类 ： 有 线 通 信 介 质 有 ： 同 轴 电 缆 、 双 绞 线 、 光 缆 等 ； 无 线 通 信 介 质 有 ： 微 波 、 卫 星 等 。 1.4.1 同 轴 电 缆n

25、 同 轴 电 缆 的 构 成 由 4部 分 组 成 。n 同 轴 电 缆 分 ： 细 缆 和 粗 缆 两 种 。 细 缆 有 10BASE-2细 缆 ， 即10Mbps的 基 带 传 输 ， 最 大 传输 距 离 200米 （ 实 际 应 用 要 求限 制 在 185米 ） ， 一 般 用 于 小型 以 太 网 络 总 线 型 结 构 的 布 线 。 直 径 约 为 1.27厘 米 ， 阻 抗 是75。 由 于 直 径 相 对 粗 点 ，因 而 弹 性 较 差 ， 不 适 合 在 室 内狭 窄 的 环 境 布 线 ； 。 绝 缘 层保 护 层外 导 体内 导 体 1.4.2 双 绞 线n 构

26、成 ： 由 8根 彼 此 绝 缘 的 铜 导 线 组 成 ， 每 一 对 按 一 定 规则 相 互 绞 合 ， 组 成 4对 。 双 绞 线 种 类 ： 分 屏 蔽 和 非 屏 蔽两 大 类 。n 非 屏 蔽 双 绞 线 有 1、 2、 3、 4、 5五 类 、 超 5类 以 及 最新 的 6类 若 干 种 。 两 根 1对共 有 4对 非 屏 蔽 双 绞 线屏 蔽 双 绞 线 n 五 类 双 绞 线 ： 只 使 用 其 中 4根 通 信 ， 基 带 传 输 可 达100Mbps， 最 大 传 输 距 离 为 100米 。n 超 五 类 双 绞 线 ： 具 有 衰 减 小 ， 串 扰 少 以

27、及 更 小 的 时延 误 差 等 特 ； 使 用 所 有 8根 线 通 信 ， 主 要 用 于1000Base-T局 域 网 中 ， 也 可 用 于 100Base-T的 局域 网 ， 最 大 传 输 距 离 能 达 130米 或 更 长 。n 六 类 双 绞 线 ： 能 提 供 2倍 于 超 五 类 的 带 宽 ， 其 传 输性 能 远 远 高 于 超 五 类 的 标 准 ， 最 适 于 传 输 速 率 高 于1Gbps网 络 的 应 用 ， 也 可 用 于 1000Base-T。 1.4.3 光 缆n 光 缆 由 多 根 石 英 玻 璃 或 塑 胶 纤 维 制 成 的 光 纤 构 成 ，

28、光 纤 外 围封 装 几 层 保 护 结 构 。 n 光 缆 具 有 很 多 独 特 的 优 点 ： 1） 传 输 频 带 宽 ， 通 信 容 量 大 ； 2） 误 码 率 极 低 ， 传 输 损 耗 小 ， 无 中 继 传 输 距 离 长 ； 3） 不 受 雷 电 和 电 磁 干 扰 ， 本 身 也 无 相 互 串 扰 和 辐 射 ； 4） 重 量 轻 ， 还 具 有 安 全 性 和 隐 秘 性 。 玻 璃 封 套 塑 料 外 套 玻 璃 内 芯 玻 璃 内 芯 塑 料 外 套玻 璃 封 套外 壳 光 纤 的 传 输 模 态n 多 模 光 纤 ： 容 许 有 多 条 不 同 入 射 角 的

29、光 信 号 以 不 同的 反 射 角 在 一 根 光 纤 中 传 播 。 纤 芯 直 径 大 ， 一 般 用于 近 距 离 的 传 输 。n 单 模 光 纤 ： 纤 芯 直 径 小 到 光 的 波 长 数 量 级 ， 以 至 光纤 几 乎 没 有 空 间 提 供 光 信 号 进 行 来 回 反 射 ， 光 信 号只 能 沿 中 心 轴 直 线 进 行 传 播 。 纤 芯 直 径 很 小 ， 一 般用 于 远 距 离 传 输 。 多 模 光 纤单 模 光 纤 1.4.4 无 线n 目 前 ， 最 常 用 的 无 线 网 络 传 输 有 ： 微 波 通 信 、 卫 星 通 信 等 。 n 1、 微 波 通 信 使 用 波 长 在 0.1毫 米 至 1米 之 间 的 电 磁 波 -即 微 波 进 行 的 通 信 。 微 波 通 信 只 能 直 线 传 播 。 一 般 都 采 用 抛 物 面 天 线 ， 其 聚 焦 作 用 可 大 大 提 高 传 送 距 离 。n 2、 卫 星 通 信 卫 星 通 信 ， 指 地 面 上 的 无 线 电 通 信 站 ， 其 站 之 间 利 用 卫 星 作 为 中 继而 进 行 的 通 信 ， 卫 星 通 信 系 统 由 卫 星 和 地 面 站 两 部 分 组 成 。 覆 盖 乡 村 覆 盖 海 域卫 星地 面 站应 急 情 况