計(jì)網(wǎng)(城軌供電)第1講引論

1計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)與通信2主要內(nèi)容第1講引論第2講數(shù)據(jù)通信基礎(chǔ)知識(shí)第3講計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)第4講廣域網(wǎng)第5講局域網(wǎng)第6講現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)第7講TCN三次試驗(yàn)3第1講引論本章內(nèi)容計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的產(chǎn)生和發(fā)展計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的概念計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的組成計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的分類41.1計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的產(chǎn)生和發(fā)展早期的計(jì)算機(jī)應(yīng)用模式——單機(jī)大、中、小型機(jī)——龐大，昂貴，資源無(wú)法共享分散的計(jì)算機(jī)構(gòu)成了一個(gè)個(gè)的信息“孤島”計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)生始于20世紀(jì)50年代，產(chǎn)生的原因：資源共享的需求（計(jì)算能力、外設(shè)、軟件、數(shù)據(jù)）大型項(xiàng)目的合作（進(jìn)行工程項(xiàng)目協(xié)作）人與人之間的信息溝通（數(shù)據(jù)通信）5從體系結(jié)構(gòu)來(lái)觀察，計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展可分為三個(gè)階段（三代網(wǎng)絡(luò)）：1.以主機(jī)為中心的聯(lián)機(jī)終端系統(tǒng)

“計(jì)算機(jī)－終端”系統(tǒng)2.以通信子網(wǎng)為中心的主機(jī)互聯(lián)分組交換網(wǎng)絡(luò)3.體系結(jié)構(gòu)標(biāo)準(zhǔn)化網(wǎng)絡(luò)

層次化結(jié)構(gòu)，并對(duì)每層進(jìn)行了精確定義61.以主機(jī)為中心的聯(lián)機(jī)終端系統(tǒng)特征：終端(Terminal)共享主機(jī)(Host)的軟硬件資源單臺(tái)主機(jī)：執(zhí)行計(jì)算和通信任務(wù)多臺(tái)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(yuǎn)程TSTTTTTTHOST通信線路T7例子：飛機(jī)訂票系統(tǒng)60年代美國(guó)全國(guó)性航空公司（SABRE）飛機(jī)訂票系統(tǒng)，支持2000多個(gè)終端，是一個(gè)實(shí)時(shí)的聯(lián)機(jī)系統(tǒng)。在銀行，軍事，教育等多個(gè)領(lǐng)域有廣泛的應(yīng)用。主要缺點(diǎn)主機(jī)負(fù)荷重——數(shù)據(jù)處理＋通信集中控制方式，可靠性低改進(jìn)終端集中器(近/遠(yuǎn)距)前端處理機(jī)（Front-EndProcessor,FEP），將通信任務(wù)從主機(jī)中分離出來(lái)82.以通信子網(wǎng)為中心的主機(jī)互聯(lián)

（資源共享）特征多個(gè)終端主機(jī)系統(tǒng)互聯(lián)，形成了多主機(jī)互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)從“主機(jī)－終端”轉(zhuǎn)變?yōu)椤爸鳈C(jī)－主機(jī)”HOSTHOSTHOSTTTTTTTTTTT通信線路9主機(jī)－主機(jī)網(wǎng)絡(luò)的演變演變階段1通信任務(wù)從主機(jī)中分離，由通信控制處理機(jī)（CCP）完成CCP：處理主機(jī)之間完成通信任務(wù)的專用計(jì)算機(jī)CCPCCPHOSTHOSTTTTTTTCCPHOSTTT10兩層網(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(jī)集合——資源子網(wǎng)，提供計(jì)算資源CCPCCPHOSTHOSTTTTTTTCCPHOSTTTT通信子網(wǎng)11兩層網(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(gè)資源子網(wǎng)，共享通信子網(wǎng)的服務(wù)HH12演變階段2通信子網(wǎng)規(guī)模逐漸擴(kuò)大私有→社會(huì)公用公用數(shù)據(jù)通信網(wǎng)PSTN（公共交換電話網(wǎng)絡(luò)）X.25（第一個(gè)面向連接的網(wǎng)絡(luò)）優(yōu)點(diǎn)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)HOSTHOSTTTTTTTHOSTTTTT13例子因特網(wǎng)的前身——ARPANETAdvancedResearchProjectsAgencyNetwork美蘇冷戰(zhàn)時(shí)期由美國(guó)軍方建立的實(shí)驗(yàn)性網(wǎng)絡(luò)最初4個(gè)節(jié)點(diǎn)→20世紀(jì)70年代的60多個(gè)節(jié)點(diǎn)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143.

體系結(jié)構(gòu)標(biāo)準(zhǔn)化網(wǎng)絡(luò)為什么需要標(biāo)準(zhǔn)化？不同網(wǎng)絡(luò)設(shè)備之間的兼容性和互操作性是推動(dòng)網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)的標(biāo)準(zhǔn)化的原動(dòng)力而兼容性和互操作性的最終目的仍是資源共享標(biāo)準(zhǔn)化的時(shí)機(jī)？先制定標(biāo)準(zhǔn)再開發(fā)，還是先開發(fā)再制定標(biāo)準(zhǔn)？各廠商、研究機(jī)構(gòu)、大學(xué)在網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、方法、理論等方面的研究日趨成熟是基礎(chǔ)15網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)標(biāo)準(zhǔn)化過(guò)程的演變廠商標(biāo)準(zhǔn)：IBM-SNA，DEC-DNA等缺點(diǎn)：適用范圍：兼容性？技術(shù)壟斷：競(jìng)爭(zhēng)？標(biāo)準(zhǔn)不統(tǒng)一：用戶利益？國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)（ISOOSI/RM）1977OpenSystemInterconnection/RecommendedModel(開放系統(tǒng)互聯(lián)參考模型，簡(jiǎn)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(gè)層次只說(shuō)明了做什么（Whattodo），而未規(guī)定怎樣做（Howtodo）太復(fù)雜，幾乎沒(méi)有與之完全符合的網(wǎng)絡(luò)16網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)標(biāo)準(zhǔn)化過(guò)程的演變事實(shí)上的標(biāo)準(zhǔn)：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(jiǎn)化（4層）應(yīng)用層表示層會(huì)話層傳輸層物理層數(shù)據(jù)鏈路層網(wǎng)絡(luò)層7654321OSI/RM應(yīng)用層傳輸層網(wǎng)絡(luò)接口層網(wǎng)際層TCP/IP174.局域網(wǎng)始于20世紀(jì)70年代以太網(wǎng)是LAN的主流網(wǎng)絡(luò)185.因特網(wǎng)時(shí)代InternetNGIIntranet19Internet因特網(wǎng)的出現(xiàn)標(biāo)志著網(wǎng)絡(luò)時(shí)代的到來(lái)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(zhǎng)的主要驅(qū)動(dòng)力截止到2000年,Internet的規(guī)模為網(wǎng)絡(luò)數(shù)達(dá)到105數(shù)量級(jí),主機(jī)數(shù)達(dá)到107數(shù)量級(jí),

用戶數(shù)達(dá)到108數(shù)量級(jí)，主干速率大于2.5Gb/s20NGI各國(guó)NGI的情況美國(guó)政府資助的“下一代因特網(wǎng)計(jì)劃”目標(biāo)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(dá)到100Mb/s~10Gb/s我國(guó)的第一個(gè)“CNGI”是中國(guó)高速互連研究試驗(yàn)網(wǎng)NSFCNET我國(guó)的“下一代教育科研網(wǎng)”——CERNET2NGI的核心技術(shù)WDM（

WavelengthDivisionMultiplexing）全光網(wǎng)絡(luò)21IntranetIntranet

將因特網(wǎng)的構(gòu)造技術(shù)應(yīng)用于企業(yè)的內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)。

特點(diǎn)為滿足某個(gè)企業(yè)／事業(yè)單位自身的需要而建立基于因特網(wǎng)的技術(shù)和工具，采用TCP／IP協(xié)議廣泛采用WWW的技術(shù)和因特網(wǎng)連接Extranet

將內(nèi)聯(lián)網(wǎng)的范圍延伸擴(kuò)大，擴(kuò)大到企業(yè)的外部，形成企業(yè)外部網(wǎng)絡(luò)。

VPN（VirtualPrivateNetwork） 指的是在公用網(wǎng)絡(luò)上建立專用網(wǎng)絡(luò)的技術(shù)226.“三網(wǎng)”融合 “三網(wǎng)”融合就是指原先獨(dú)立設(shè)計(jì)和運(yùn)營(yíng)的傳統(tǒng)電信網(wǎng)、計(jì)算機(jī)互聯(lián)網(wǎng)和有線電視網(wǎng)將趨于相互滲透和相互融合。

特征網(wǎng)絡(luò)在物理層上是互通的用戶只需一個(gè)物理網(wǎng)絡(luò)連接在應(yīng)用層上，各網(wǎng)絡(luò)之間的業(yè)務(wù)是相互滲透和交叉的網(wǎng)絡(luò)之間的協(xié)議要么兼容，要么可以進(jìn)行無(wú)縫轉(zhuǎn)換237.NGN

NGN(NextGenerationNetwork)是以軟交換為核心的，能夠提供包括語(yǔ)音、數(shù)據(jù)、視頻和多媒體業(yè)務(wù)的基于分組技術(shù)的綜合開放的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)。

優(yōu)勢(shì)開放的、分層的網(wǎng)絡(luò)構(gòu)架體系支持各種業(yè)務(wù)和用戶無(wú)拘束的接入可與現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)互通支持移動(dòng)性2425IT技術(shù)變遷預(yù)言摩爾定律（Moore’sLaw）：集成電路芯片的能力每18個(gè)月提高一倍，而其價(jià)格則降低一倍。貝爾定律（Bell’sLaw）：如果保持計(jì)算機(jī)能力不變，微處理器的價(jià)格和體積每18個(gè)月減小一倍。網(wǎng)絡(luò)的價(jià)值同網(wǎng)絡(luò)用戶數(shù)量的平方成正比。網(wǎng)絡(luò)上的n個(gè)用戶，每個(gè)用戶都可以共享使用其他用戶的信息，即任何一個(gè)用戶都可以使用n個(gè)用戶的信息，所以網(wǎng)絡(luò)的價(jià)值與n2成正比。在未來(lái)25年，主干網(wǎng)的帶寬每6個(gè)月增加一倍，其增長(zhǎng)速率遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)摩爾定律，是芯片增長(zhǎng)速率的三倍。261.2計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的概念計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)定義的主要觀點(diǎn)：從應(yīng)用的觀點(diǎn)：以相互共享資源方式連接起來(lái)，且各自具有獨(dú)立功能的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的集合。從物理的觀點(diǎn)：在網(wǎng)絡(luò)協(xié)議的控制下，由若干臺(tái)計(jì)算機(jī)和數(shù)據(jù)傳輸設(shè)備組成的系統(tǒng)。觀點(diǎn)3：利用各種通信手段，把分散的計(jì)算機(jī)（設(shè)備）互聯(lián)起來(lái)，能夠互相通信（共享資源）的系統(tǒng)。27歸納與綜合計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)：相互連接的自治計(jì)算機(jī)的集合。自治：能獨(dú)立運(yùn)行，不依賴于其他計(jì)算機(jī)互連：以任何可能的通信連接方式通信網(wǎng)絡(luò)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)28計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)與其他類似系統(tǒng)的比較計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)與終端分時(shí)系統(tǒng)各終端分時(shí)占用主機(jī)資源終端無(wú)計(jì)算能力，對(duì)主機(jī)的依賴性極強(qiáng)通信主要采用異步串行連接（本地或遠(yuǎn)程）29計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)與分布式系統(tǒng)分布式系統(tǒng)的特點(diǎn)在分布式OS統(tǒng)一調(diào)度下，各計(jì)算機(jī)協(xié)調(diào)工作，共同完成一項(xiàng)任務(wù)，如并行計(jì)算。用戶面對(duì)的是一臺(tái)邏輯上的計(jì)算機(jī)，組成分布式系統(tǒng)的各計(jì)算機(jī)怎樣協(xié)同工作，對(duì)用戶透明。用途主要是科學(xué)計(jì)算和事務(wù)處理。30計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)與分布式系統(tǒng)（續(xù)）計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)非協(xié)調(diào)性的；松散耦合的；各計(jì)算機(jī)對(duì)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(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)來(lái)實(shí)現(xiàn)的：在因特網(wǎng)中，域名服務(wù)系統(tǒng)（DNS)是分布式系統(tǒng)的一項(xiàng)典型的應(yīng)用。分布式數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)也需要網(wǎng)絡(luò)的支持。311.3計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的組成硬件網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)端節(jié)點(diǎn)：計(jì)算機(jī)中間節(jié)點(diǎn)：交換機(jī)、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321.4計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的分類按地域范圍分類局域網(wǎng)(LocalAreaNetwork，LAN)范圍：小，＜20km傳輸技術(shù)：基帶，10Mb/s~1000Mb/s，延遲低，出錯(cuò)率低（10-11）拓?fù)浣Y(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?fù)浣Y(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(cuò)率高拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)：不規(guī)則，點(diǎn)到點(diǎn)33按拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)分類星形有一個(gè)中心節(jié)點(diǎn)，其他節(jié)點(diǎn)與其構(gòu)成點(diǎn)到點(diǎn)連接樹形一個(gè)根節(jié)點(diǎn)、多個(gè)中間分支節(jié)點(diǎn)和葉子節(jié)點(diǎn)構(gòu)成星形拓?fù)錁湫瓮負(fù)?4按拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)分類（續(xù)）總線型所有節(jié)點(diǎn)掛接到一條總線上，廣播式信道需要有介質(zhì)訪問(wèn)控制規(guī)程以防止沖突環(huán)形所有節(jié)點(diǎn)連接成一個(gè)閉合的環(huán)，節(jié)點(diǎn)之間為點(diǎn)到點(diǎn)連接總線型拓?fù)洵h(huán)形拓?fù)?5按拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)分類（續(xù)）全連接點(diǎn)到點(diǎn)全連接，連接數(shù)隨節(jié)點(diǎn)數(shù)的增長(zhǎng)迅速增長(zhǎng)（N(N－1)/2），使建造成本大大提高，只適用于節(jié)點(diǎn)數(shù)很少的廣域網(wǎng)中不規(guī)則（網(wǎng)狀）點(diǎn)到點(diǎn)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(diǎn)不規(guī)則拓?fù)淙B接拓?fù)?6按通信傳播方式分類：點(diǎn)對(duì)點(diǎn)傳輸方式的網(wǎng)絡(luò)：由一對(duì)對(duì)機(jī)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(guò)一臺(tái)和多臺(tái)中間設(shè)備進(jìn)行傳輸。網(wǎng)狀、環(huán)形、樹形、星形廣播方式網(wǎng)絡(luò)：一臺(tái)計(jì)算機(jī)發(fā)送的信息可被網(wǎng)絡(luò)上所有的計(jì)算機(jī)接收?？偩€型、無(wú)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(diǎn)對(duì)點(diǎn)方式(也有例外)。37按通信介質(zhì)：有線網(wǎng) 采用如同軸電纜、雙絞線、光纖等物理介質(zhì)來(lái)傳輸數(shù)據(jù)的網(wǎng)絡(luò)。無(wú)線網(wǎng) 采用衛(wèi)星、微波等無(wú)線形式來(lái)傳輸數(shù)據(jù)的網(wǎng)絡(luò)。38按通信速率分類：低速網(wǎng) 網(wǎng)上數(shù)據(jù)傳輸速率在300b/s～1.4Mb/s之間的系統(tǒng)。這種系統(tǒng)通常是借助調(diào)制解調(diào)器利用電話網(wǎng)來(lái)實(shí)現(xiàn)的。中速網(wǎng) 網(wǎng)上數(shù)據(jù)傳輸速率在1.5Mb/s～45Mb/s之間的系統(tǒng)。這種系統(tǒng)主要是傳統(tǒng)的數(shù)字式公用數(shù)據(jù)網(wǎng)。高速網(wǎng) 網(wǎng)上數(shù)據(jù)傳輸速率在50Mb/s～1000Mb/s之間的系統(tǒng)。信息高速公路的數(shù)據(jù)傳輸速率會(huì)更高。39按使用用戶分類：公用網(wǎng) 公用網(wǎng)又稱公眾網(wǎng)。對(duì)所有的人來(lái)說(shuō)，只要符合網(wǎng)絡(luò)擁有者的要求就能使用這個(gè)網(wǎng)，也就是說(shuō)它是為全社會(huì)所有的人提供服務(wù)的網(wǎng)絡(luò)。專用網(wǎng) 專用網(wǎng)為一個(gè)或幾個(gè)部門所擁有，它只為擁有者提供服務(wù)，這種網(wǎng)絡(luò)不向擁有者以外的人提供服務(wù)。40按使用用戶分類：集中式計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)

這種網(wǎng)絡(luò)的處理控制功能都高度集中在一個(gè)或少數(shù)幾個(gè)節(jié)點(diǎn)上，所有的信息流都必須經(jīng)過(guò)這些節(jié)點(diǎn)之一。分布式計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)

在這種網(wǎng)絡(luò)中，網(wǎng)絡(luò)中的任一節(jié)點(diǎn)都至少和另外兩個(gè)節(jié)點(diǎn)相連接，信息從一個(gè)節(jié)點(diǎn)到達(dá)另一節(jié)點(diǎn)時(shí)，可能有多條路徑。41按網(wǎng)絡(luò)環(huán)境分類：部門網(wǎng)絡(luò)（DepartmentalNetwork） 部門網(wǎng)絡(luò)是局限于一個(gè)部門的LAN，該網(wǎng)絡(luò)通常由幾十個(gè)工作站、若干個(gè)服務(wù)器，以及可共享的打印機(jī)等設(shè)備所組成。企業(yè)網(wǎng)絡(luò)（Enterprise-WideNetwork） 這是在一個(gè)企業(yè)中配置的、能覆蓋整個(gè)企業(yè)的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)。校園網(wǎng)絡(luò)（CampusNetwork） 指在學(xué)校中