計算機通信網(wǎng)絡(luò)之概述

2013-09-121計算機通信網(wǎng)絡(luò)概述2013-09-122通信發(fā)展簡史(1)1

8

3

7年，Samuel

Morse

發(fā)明了電報。由此，通信領(lǐng)域發(fā)生了巨大的變革。這一發(fā)明使通過一根銅線上的電脈沖來傳遞信息成為可能。1

8

7

6年，Alexander

Graham

Bell

進(jìn)一步發(fā)展了電報技術(shù)。他發(fā)現(xiàn)：不僅消息能被轉(zhuǎn)換為電信號，聲音也能直接被轉(zhuǎn)換為電信號,

然后由一條電壓連續(xù)變化的導(dǎo)線傳輸出去。1

9

4

6年，世界上第一臺電子計算機E

N

I

A

C（電子數(shù)字計算機）問世了。它是被設(shè)計用來在第二次世界大戰(zhàn)中計算彈道軌跡的。1

9

4

7年，電子晶體管問世。這使得生產(chǎn)更小更便宜的計算機成為可能，計算機與通信技術(shù)也逐漸緊密地聯(lián)系起來。2013-09-123ENIAC

，

1944

年電子數(shù)值積分計算器（

Electronic

Numerical

Integrator

andComputer

，簡稱

ENIAC

），中國大陸簡稱埃尼阿克，世界第一臺計算機，誕生于

1946

年

2

月

15

日美國賓夕法尼亞大學(xué)，由美軍在二戰(zhàn)中投資研制。

其實，

ENIAC

早在

1943

年

6

月就完成了，到了第二年才揭開面紗的。

ENIAC

的電線ENIAC

就是由大量電子管組成2013-09-124通信發(fā)展簡史(2)1948年：6月10日，香農(nóng)在《貝爾系統(tǒng)技術(shù)雜志》（Bell

System

Technical

Journal）上連載發(fā)表了他影像深遠(yuǎn)的論文《通訊的數(shù)學(xué)原理》，并于次年在同一雜志上發(fā)表了自己的另一著名論文《噪聲下的通信》。在這兩篇論文中，香農(nóng)闡明了通信的基本問題，給出了通信系統(tǒng)的模型，提出了信息量的數(shù)學(xué)表達(dá)式，并解決了信道容量、信源統(tǒng)計特性、信源編碼、信道編碼等一系列基本技術(shù)問題。兩篇論文成為了信息論的奠基性著作，此時尚不足三十歲的香農(nóng)也成為了信息論的奠基人。2013-09-125通信發(fā)展簡史(3)最早的計算機間的通信系統(tǒng)簡單而可靠。它基本上是這樣實現(xiàn)的：首先，把信息寫到一盤磁帶上，然后把它扔進(jìn)汽車后箱，送到另一臺計算機那兒。二十世紀(jì)五十年代的軍事應(yīng)用。（如美國在五十年代初設(shè)計的SAGE）六十年代末開始研究與建立的ARPANET，第一次把主機與主機之間的通信作為研究的主要目標(biāo)若要求交換信息的計算機有三臺或三臺以上，則它們之間必須通過通信網(wǎng)絡(luò)來相互協(xié)調(diào)以傳遞信息。2013-09-126SAGE

，

1954

年IBM

的

SAGE

（

Semi-Automatic

GroundEnvironment

，地面環(huán)境半自動防御系統(tǒng)）是冷戰(zhàn)時期開發(fā)出來的。這個怪物重達(dá)

300

噸，而且它的處理器還是雙核的（

Dual

Processor

）。2013-09-127Apple

I

，

1976

年Apple

I

（也就是

Apple

1

）

是最早的個人電腦（

personal

computer

，也就是

PC

，就是我們現(xiàn)在所說的電腦），它是斯蒂夫·沃茲尼亞克（

Steve

Wozniak

）設(shè)計的。它長得像個工具箱，而且不包括電源、鍵盤和顯示器。2013-09-128Osborne

1

，1981

年

4

月第一臺便攜電腦：Osborne

電腦公司（

Osborne

Computer

Corporation

）的

Osborne

1

是第一臺成功商業(yè)化的便攜微型計算機，它不需要外置的電源。它重

23.5

磅相當(dāng)于（

10.7

公斤），當(dāng)時賣出的價格是

1795

美元，運行著當(dāng)時最流行的操作系統(tǒng)：

CP/M

2.2計算機通信網(wǎng)—相互融合計算機（通信與帶寬）通信（數(shù)字計算化）計算機通信網(wǎng)從1946年第一臺計算機問世，計算機和通信之間并沒有什么關(guān)系。計算機數(shù)量很少，價格昂貴。用戶必須去機房使用。很不方便。在1954年一種叫收發(fā)器的終端出現(xiàn)，人們使用它首次把數(shù)據(jù)從電話線上發(fā)送到遠(yuǎn)方的計算機。計算機和通信的結(jié)合就開始了。2013-09-1210計算機網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展過程原始階段脫機系統(tǒng)聯(lián)機系統(tǒng)第一代計算機網(wǎng)絡(luò)面向終端的計算機網(wǎng)絡(luò)第二代計算機網(wǎng)絡(luò)以網(wǎng)絡(luò)為中心的計算機網(wǎng)絡(luò)第三代計算機網(wǎng)絡(luò)統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)的互聯(lián)計算機網(wǎng)絡(luò)網(wǎng)絡(luò)計算的新時代2013-09-12

聯(lián)機系統(tǒng)主機

線路控制器電話網(wǎng)MM終端

112013-09-1212第一代計算機網(wǎng)絡(luò)——面向終端主機前置處理器電話網(wǎng)MMMMMM終端終端終端2013-09-1213

面向終端的計算機網(wǎng)絡(luò)

五十年代中至六十年代

實際上是以單個計算機為中心的遠(yuǎn)程聯(lián)機系統(tǒng)，雖然

歷史上也曾稱它為計算機網(wǎng)絡(luò)，但現(xiàn)在為了更明確地

與后來出現(xiàn)的多臺計算機互連的計算機網(wǎng)絡(luò)相區(qū)分，

也稱為面向終端的計算機網(wǎng)絡(luò)。

例子：

50年代，美國半自動地面環(huán)境SAGE（Semi-

Automatic

Ground

Environment）防空系統(tǒng)

60年代初期美國航空公司投入使用的由一臺中心

計算機和全美范圍內(nèi)2000多個終端組成的飛機票

預(yù)訂系統(tǒng)SABRE

（Semi-Automatic

Business

Research

Environment）14第二代計算機網(wǎng)絡(luò)——以網(wǎng)絡(luò)為中心主機1

主機2013-09-12主機2主機AB

C

通信子網(wǎng)資源子網(wǎng)2013-09-1215

計算機-計算機網(wǎng)絡(luò)計算機-計算機網(wǎng)絡(luò)

六十年代末至七十年代末

多臺計算機通過通信線路互連起來而為用戶提

供服務(wù)，即是計算機-計算機網(wǎng)絡(luò)

和以單臺計算機為中心的遠(yuǎn)程聯(lián)機系統(tǒng)的顯著

區(qū)別：

都是具有自主處理能力的(autonomous)，不存

在主從關(guān)系

這才是我們目前常稱的計算機網(wǎng)絡(luò)2013-09-1216

計算機-計算機網(wǎng)絡(luò)

典型代表是DARPA資助

下的ARPANETHost運行網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用程序

IMP(Interface

Message

Processor):接口報文處理機

即交換機(switch)或路由器

(router)

存儲轉(zhuǎn)發(fā)(store

and

forward)

，通信線路不獨占

分組（Packet）：存儲轉(zhuǎn)發(fā)的

信息基本單位。以存儲轉(zhuǎn)發(fā)方

式傳輸分組的通信子網(wǎng)又稱為

分組交換網(wǎng)。2013-09-1217ARPANETARPANET是互聯(lián)網(wǎng)的始祖。由美國國防部高級研究計劃署設(shè)計開發(fā)，ARPANET在洛杉磯的加利福尼亞州大學(xué)洛杉磯分校、加州大學(xué)圣巴巴拉分校、斯坦福大學(xué)、猶他州大學(xué)四所大學(xué)的4臺大型計算機采用分組交換技術(shù)，通過專門的接口信號處理機(IMP)和專門的通信線路相互連接。起初是為了便于這些學(xué)校之間互相共享資源而開發(fā)的。ARPANET采用了包交換機制。70年代，協(xié)議成功的擴大了數(shù)據(jù)包的體積，進(jìn)而組成了互聯(lián)網(wǎng)。1986年，美國國家科學(xué)基金會(NationalScienceFoundation，NSF)利用ARPAnet發(fā)展出來的TCP/IP的通訊協(xié)議，在5個科研教育服務(wù)超級電腦中心的基礎(chǔ)上建立了NSFnet廣域網(wǎng)。由于美國國家科學(xué)基金會的鼓勵和資助，很多大學(xué)、政府資助的研究機構(gòu)甚至私營的研究機構(gòu)紛紛把自己的局域網(wǎng)并入NSFnet中。那時，ARPAnet的軍用部分已脫離母網(wǎng)，建立自己的網(wǎng)絡(luò)--Milnet。ARPAnet--網(wǎng)絡(luò)之父，逐步被NSFnet所替代。到1990年，ARPAnet已退出了歷史舞臺。如今，NSFnet已成為Internet的重要骨干網(wǎng)之一。ARPA1971年更名為DARPA，因此有時用DARPANET來表示ARPANET，這兩個詞表示同一個意思。2013-09-1218

計算機-計算機網(wǎng)絡(luò)第二代計算機網(wǎng)絡(luò)：沒有統(tǒng)一的網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)

IBM的SNA

DEC的DNA

ARPANET等等什么是協(xié)議和體系結(jié)構(gòu)？

Protocol：計算機通信時對信息內(nèi)容、信息表示以

及交換過程遵循一個共同的約定。

Architecture：協(xié)議一般被分成多個層次，如何分

層以及各層采用的協(xié)議總和稱為體系結(jié)構(gòu)交換技術(shù)線路交換（打電話）通話連續(xù)通話前先建立通路，分

配傳輸帶寬

通話期間，一直占用傳

輸帶寬

呼叫時間：10-20秒2013-09-12分組交換（計算機通信）突發(fā)式、間歇性呼叫建立時間過長

1000bits在2400b/s線

路上傳輸<0.5秒分組交換網(wǎng)之父——ARPANET

192013-09-1220

第三代計算機網(wǎng)絡(luò)-開放式標(biāo)準(zhǔn)化網(wǎng)絡(luò)開放式標(biāo)準(zhǔn)化網(wǎng)絡(luò)：第三代計算機網(wǎng)絡(luò)

它具有統(tǒng)一的網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)、遵循國際標(biāo)準(zhǔn)

化的協(xié)議

ISO

制定了開放系統(tǒng)互連基本參考模型

(Open

System

Interconnection

Basic

Reference

Model,

OSI/RM)的國際標(biāo)準(zhǔn)

ISO

7498，也被稱為OSI七層模型

Internet：TCP/IP體系結(jié)構(gòu)，事實上的國

際標(biāo)準(zhǔn)2013-09-1221網(wǎng)絡(luò)計算的新時代網(wǎng)絡(luò)計算技術(shù)已經(jīng)成為重要的網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用與研究領(lǐng)域。

網(wǎng)絡(luò)計算

移動計算網(wǎng)絡(luò)

網(wǎng)絡(luò)多媒體計算

網(wǎng)絡(luò)并行計算

網(wǎng)格計算

存儲區(qū)域網(wǎng)絡(luò)

網(wǎng)絡(luò)分布式對象計算

云計算2013-09-1222

本課程我們要學(xué)習(xí)什么？

討論如何才能將要求相互通信的計算機互連起來，并實現(xiàn)有序的信息交換，并表現(xiàn)出良好的性能，滿足應(yīng)用需求

本課程的內(nèi)容是從通信的角度來研究計算機網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)、功能和服務(wù)。2013-09-1223（1）必須有兩臺（或兩臺以上）自治的計算機互相連接起來才能構(gòu)成網(wǎng)絡(luò)；（2）需要一條通道（或通信子系統(tǒng)）才能把兩臺或兩臺以上的計算機連接起來；（3）計算機之間要交換信息，彼此之間就需要有某些規(guī)定和約定，這就是通信協(xié)議（protocol）。從廣義的信息傳輸、資源共享、數(shù)據(jù)通信三觀點詮釋計算機通信網(wǎng)兩臺不同系統(tǒng)中的計算機之間進(jìn)行文件傳送的實例分析

1.1

計算機通信和

計算機通信網(wǎng)的概念1.1.1

計算機通信和通信網(wǎng)

計算機主機，通信子網(wǎng)

，

計算機通信網(wǎng)

≡

協(xié)議

|自治的主機按協(xié)議經(jīng)通

信子網(wǎng)互連

三個要素：2013-09-12241.1.2

計算機網(wǎng)絡(luò)與分布系統(tǒng)相同點：都是多臺互連的自治計算機系統(tǒng)的集合區(qū)別：多臺自治的計算機的存在對用戶是透明的（即看不見的），人們可以輸入一條命令來運行一個程序，分布系統(tǒng)就運行它，選擇最佳處理器、尋找和傳輸所有輸入文件給某個處理器、以及把結(jié)果送至適當(dāng)?shù)牡胤?。（區(qū)別在于軟件而非硬件）按照計算機網(wǎng)絡(luò)通信協(xié)議的方式處理多機系統(tǒng)中的高速并行計算是不合適的251.1.3

計算機通信網(wǎng)的組成計算機的通信子系統(tǒng)是核心的要素數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)為計算機之間的信息交互提供了傳輸媒介，并提供可靠的數(shù)據(jù)傳送能力

計算機A應(yīng)用進(jìn)程

AP

通信子系統(tǒng)2013-09-12

計算機B應(yīng)用進(jìn)程

AP通信子系統(tǒng)

用戶到用戶的通信計算機到計算機的通信

計算機到網(wǎng)絡(luò)的通信

數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)圖1-2

計算機通信的要素通信網(wǎng)

環(huán)境26通信子網(wǎng)和資源子網(wǎng)通信子網(wǎng)負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)的無差錯和有序傳遞，其處理功能包括差錯控制、流量控制、路由選擇、網(wǎng)絡(luò)互連等。資源子網(wǎng)是計算機通信的本地系統(tǒng)環(huán)境，包括主機、終端和應(yīng)用程序等，主要功能是：用戶資源配置、數(shù)據(jù)的處理和管理、軟件和硬件共享以及負(fù)載均衡等。

2013-09-12圖1-3

通信子網(wǎng)與資源子網(wǎng)交換節(jié)點通信子網(wǎng)的邊界主機或終端計算機通信網(wǎng)就是一個由通信子網(wǎng)承載的、傳輸和共享資源子網(wǎng)的各類信息的系統(tǒng)。2013-09-12271.1.4

網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)：通信子網(wǎng)中交換節(jié)點的互連模式。拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)劃分：集中式和分布式兩種基本類型。圖1-4

通信網(wǎng)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)(a)(d)

(c)交換節(jié)點主機或終端集中器或復(fù)用器(a)

集中式(b)

總線型(c)

具有集中器或復(fù)用器的集中式(d)

分布式(b)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)：幾種常見的2013-09-1228分布式子網(wǎng)的幾種拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)在廣域網(wǎng)絡(luò)中常見的互連拓?fù)涫菢湫秃筒灰?guī)則型，而在局域網(wǎng)絡(luò)中常用規(guī)則型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，如星型、環(huán)型或總線型。圖1-5

分布式子網(wǎng)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)(a)(c)(d)(b)(a)

環(huán)型(b)

樹型(c)

全連接(d)

不規(guī)則型2013-09-121.2

網(wǎng)絡(luò)硬件1.2.1

傳輸技術(shù)

（1）點到點網(wǎng)絡(luò)

（2）廣播網(wǎng)絡(luò)1.2.2

網(wǎng)絡(luò)規(guī)模網(wǎng)絡(luò)規(guī)模

微型網(wǎng)

小型網(wǎng)

中型網(wǎng)

例子數(shù)據(jù)流機

器多計算機

系統(tǒng)

局域網(wǎng)處理器之間

的距離

0.1m

1m

10m

100m多個處理器

的位置同一電路板

同一系統(tǒng)

同一房間同一建筑物1km同一園區(qū)大型網(wǎng)10km同一城市城域網(wǎng)廣域網(wǎng)

100km1000km同一國家同一洲內(nèi)10000km同一地球上互聯(lián)網(wǎng)

292013-09-12301.2.3

LAN、MAN、WAN和互聯(lián)網(wǎng)1.局域網(wǎng)（LAN）2.城域網(wǎng)（MAN）3.廣域網(wǎng)（WAN）4.互聯(lián)網(wǎng)（internet）2013-09-1231局域網(wǎng)（LAN）Local

Area

Network單位內(nèi)部使用的高速寬帶網(wǎng)絡(luò)主要用于資源的共享數(shù)據(jù)速率為10Mbits/s到1Gbits/s從傳輸載體的特性來看，可分為：共享型局域網(wǎng)（Shared

LANs）交換型局域網(wǎng)（Switched

LANs）2013-09-1232局域網(wǎng)的選擇問題LAN介質(zhì)訪問控制（MAC）應(yīng)用場合拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)標(biāo)準(zhǔn)化

組織大學(xué)/醫(yī)院辦公自動化工廠自動化CSMA/CD

令牌環(huán)

令牌總線D