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管理信息系統(tǒng)ManagementInformationSystemhttp://BB.管理信息系統(tǒng)的技術(shù)基礎(chǔ)2023/6/71本章教學(xué)目的通過本章的學(xué)習(xí),主要使學(xué)生了解信息系統(tǒng)的技術(shù)基礎(chǔ)(即計算機(jī)硬件、計算機(jī)軟件、計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)、數(shù)據(jù)管理等)。2023/6/72本章內(nèi)容簡介3.1計算機(jī)系統(tǒng)組成3.2計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)基礎(chǔ)3.3數(shù)據(jù)管理3.4數(shù)據(jù)倉庫和數(shù)據(jù)挖掘2023/6/73信息技術(shù)平臺管理信息系統(tǒng)信息技術(shù)平臺信息技術(shù)平臺計算機(jī)硬件主機(jī)外設(shè)計算機(jī)軟件系統(tǒng)軟件應(yīng)用軟件計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器路由器交換機(jī)其他對MIS的支持技術(shù)2023/6/743.1計算機(jī)系統(tǒng)本節(jié)目標(biāo):了解信息系統(tǒng)的軟硬件構(gòu)成。3.1.1計算機(jī)硬件系統(tǒng)3.1.2計算機(jī)軟件系統(tǒng)3.1.3計算機(jī)系統(tǒng)的發(fā)展本節(jié)主要內(nèi)容:2023/6/753.1.1計算機(jī)的硬件系統(tǒng)計算機(jī)的硬件是指組成一臺計算機(jī)的各種物理裝置,是計算機(jī)進(jìn)行工作的物質(zhì)基礎(chǔ)。計算機(jī)系統(tǒng)的硬件由五大基礎(chǔ)部分組成,它們是運算器、控制器、存儲器、輸入設(shè)備和輸出設(shè)備,稱為馮·諾依曼體系結(jié)構(gòu),如圖所示。輸入設(shè)備主機(jī)中央處理器控制器運算器主存儲器輸出設(shè)備鍵盤、鼠標(biāo)、掃描儀等顯示器、打印機(jī)等2023/6/76微型機(jī)的基本配置運算器:完成對數(shù)據(jù)的算術(shù)、邏輯運算和邏輯判斷;控制器:控制各部件工作,使計算機(jī)能自動地執(zhí)行程序。它通過以下過程來實現(xiàn)功能;運算器和控制器一起構(gòu)成了CPU(中央處理器)。CPU的兩個性能指標(biāo):字長、主頻。取出指令分析指令執(zhí)行指令2023/6/77微型機(jī)的基本配置(續(xù))主頻:每個微操作占一個時鐘周期T,1/T則為主頻,主頻越高,速度越快;
字長:在計算機(jī)中作為一個整體進(jìn)行算術(shù)運算或數(shù)據(jù)處理的一組二進(jìn)制數(shù),稱為計算機(jī)的字長。從以前的8位到64位,字長的位數(shù)越多,計算機(jī)的執(zhí)行速度越快。存儲器:用來存儲程序和數(shù)據(jù)的部件。存儲器分為主存儲器(內(nèi)存)和輔助存儲器(外存);內(nèi)存分為RAM和ROM。2023/6/78輔助存儲器又稱外存。目前常用的外存有軟盤存儲器、硬盤存儲器、優(yōu)盤和光盤等,以前還有磁帶??梢詮姆奖阈浴⑺俣取⑷萘?、重復(fù)使用能力、可靠性和兼容能力、穩(wěn)定性等幾方面來考察外存的性能。光盤存儲器:
CD-ROM只讀
WORM多次讀一次寫
ROCD多次讀多次寫
DVD可存放大量數(shù)據(jù),比如電影。微型機(jī)的基本配置(續(xù))2023/6/79微型機(jī)的基本配置(續(xù))運算器控制器中央處理器(CPU)內(nèi)存輸入設(shè)備輸出設(shè)備外存儲器其他設(shè)備外設(shè)主機(jī)PC2023/6/7103.1.2計算機(jī)軟件系統(tǒng)匯編系統(tǒng)解釋系統(tǒng)編譯系統(tǒng)操作系統(tǒng)語言處理系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)實用軟件公用軟件專用軟件應(yīng)用軟件系統(tǒng)軟件計算機(jī)軟件2023/6/711計算機(jī)的軟件系統(tǒng)按其功能分為系統(tǒng)軟件和應(yīng)用軟件。應(yīng)用軟件指在計算機(jī)硬件和系統(tǒng)軟件的支持下,面向具體問題和具體用戶的軟件。系統(tǒng)軟件:指由計算機(jī)廠家及配套的軟件公司提供的用于使用和管理計算機(jī)的程序及說明文檔。系統(tǒng)軟件通常包括以下幾種:操作系統(tǒng):負(fù)責(zé)計算機(jī)的硬件和軟件資源的分配和調(diào)試,實現(xiàn)信息的存儲與管理、控制計算機(jī)的工作流程,為用戶提供良好的接口的大型程序系統(tǒng)。計算機(jī)軟件系統(tǒng)(續(xù))2023/6/712分類方法操作系統(tǒng)類型按系統(tǒng)功能劃分批處理操作系統(tǒng)單道批處理多道批處理分時操作系統(tǒng)實時操作系統(tǒng)按計算機(jī)配置劃分單機(jī)配置大型機(jī)操作系統(tǒng)小型機(jī)操作系統(tǒng)微型機(jī)操作系統(tǒng)多媒體操作系統(tǒng)多機(jī)配置、網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)、分布式操作系統(tǒng)按用戶劃分單用戶操作系統(tǒng)多用戶操作系統(tǒng)按任務(wù)數(shù)量劃分單任務(wù)操作系統(tǒng)多任務(wù)操作系統(tǒng)操作系統(tǒng)類型2023/6/713計算機(jī)語言的發(fā)展過程:計算機(jī)語言機(jī)器語言:以二進(jìn)制代碼0
和1
形式來表示的,能夠被計算機(jī)直接識別和執(zhí)行的語言。低級語言、執(zhí)行數(shù)度快,但編寫和維護(hù)較難;匯編語言:面向機(jī)器的語言,也是低級語言,比機(jī)器語言編寫程序稍微簡單,但十分繁瑣;高級語言:自然語言,基本上與機(jī)器無關(guān)。編寫和維護(hù)較容易,但執(zhí)行速度較慢;第四代語言:SQL,PowerBuilder面向?qū)ο蟮某绦蛟O(shè)計語言:C++,Java標(biāo)記語言:HTML機(jī)器語言匯編語言高級語言2023/6/714常用DBMS:SQLServer,Oracle,Sybase,DB2,Informix數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)DBMS2023/6/715常用服務(wù)程序如診斷程序:QAPLUS、WINBENCH、WINTEST等。實用程序2023/6/716辦公軟件:如Office系列軟件輔助設(shè)計軟件:如AutoCAD等用戶編制軟件:如ACDSee等工具軟件:如殺毒軟件、壓縮軟件等應(yīng)用軟件2023/6/717計算機(jī)軟件系統(tǒng)的構(gòu)成計算機(jī)軟件系統(tǒng)軟件應(yīng)用軟件語言處理系統(tǒng)操作系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫管理系系統(tǒng)實用程序匯編程序解釋程序編譯程序界面工具程序編輯程序連接裝配程序診斷排錯程序其它程序庫軟件包套裝軟件用戶開發(fā)的軟件系統(tǒng)2023/6/7183.2計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)基礎(chǔ)本節(jié)目標(biāo):了解計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的相關(guān)概念和技術(shù)。3.2.1計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)概念、組成和分類3.2.2數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)3.2.3計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)3.2.4網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)3.2.5網(wǎng)絡(luò)連接設(shè)備3.2.6Internet和Intranet3.2.7網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下信息系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)本節(jié)主要內(nèi)容:2023/6/7193.2.1計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的概念計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)生與發(fā)展趨勢Internet概述計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的分類計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的性能計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)2023/6/720網(wǎng)絡(luò)技術(shù)研究與發(fā)展趨勢計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)研究的主線計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的形成與研究熱點2023/6/721ARPANETInternet主線1WAN|LAN|MANProtocolPRNETAdhocWSN主線2NetworkSecurity主線3計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)發(fā)展的主線無線分組網(wǎng)PRNET(PacketRadioNetwork)
無線自組網(wǎng)Adhoc
無線傳感器網(wǎng)絡(luò)WSN(WirelessSensorNetwork)2023/6/722計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展與研究熱點計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的形成與發(fā)展當(dāng)前計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)研究的熱點2023/6/723產(chǎn)生新技術(shù)的必備條件強烈的社會需求充足的技術(shù)儲備2023/6/724計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)發(fā)展階段的劃分第一階段:20世紀(jì)50年代,聯(lián)機(jī)系統(tǒng)、計算機(jī)與數(shù)據(jù)通信技術(shù)結(jié)合的研究與發(fā)展;第二階段:20世紀(jì)60年代,分組交換網(wǎng)、ARPAnet與分組交換技術(shù)的研究與發(fā)展;第三階段:20世紀(jì)70年代,局域網(wǎng)及網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)與協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)化、網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)與協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)化的研究、廣域網(wǎng)、局域網(wǎng)與分組交換技術(shù)的研究與應(yīng)用;第四階段:20世紀(jì)90年代,Internet和信息高速公路、
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2023/6/725直連結(jié)構(gòu)的單機(jī)終端聯(lián)機(jī)系統(tǒng)將通信裝置與遠(yuǎn)程終端相連,通信裝置先以脫機(jī)方式接收遠(yuǎn)程終端的數(shù)據(jù)和程序,在操作員的干預(yù)下送入計算機(jī)進(jìn)行處理,然后將處理結(jié)果送回遠(yuǎn)程終端。由于脫機(jī)系統(tǒng)的輸入輸出需要人工干預(yù),所以效率很低。在計算機(jī)上增加通信功能,構(gòu)成了具有聯(lián)機(jī)通信功能的批處理系統(tǒng)。聯(lián)機(jī)系統(tǒng)的發(fā)展與應(yīng)用聯(lián)機(jī)系統(tǒng)的發(fā)展
解決數(shù)字/模擬、模擬/數(shù)字及串行/并行轉(zhuǎn)換問題2023/6/726多終端共享通信線路的單機(jī)多點線路結(jié)構(gòu)
各終端和主機(jī)的通信可以分時地使用同一高速通信線路。相對于每臺終端與主機(jī)間都設(shè)立專用通信線路配置模式的直連結(jié)構(gòu)而言,多點線路結(jié)構(gòu)無疑極大地提高了信道的利用率。
解決信道復(fù)用問題2023/6/727具有通信功能的多計算機(jī)系統(tǒng)為減輕主機(jī)的負(fù)擔(dān),提高系統(tǒng)可靠性,在主計算機(jī)和通信線路之間設(shè)置通信控制處理機(jī)CCP(CommunicationControlProcessor)或前端處理機(jī)FEP(FrontEndProcessor)。在終端聚集處設(shè)置集中器C(Concentrator)或終端控制器TC(TerminalController),用低速線路將各終端匯集到集中器或終端控制器,然后通過高速線路與通信控制處理機(jī)或前端處理機(jī)相連,通常前端處理機(jī)或通信控制處理機(jī)和集中器終端控制器分別由一臺小型機(jī)擔(dān)任,形成具有通信功能的多計算機(jī)系統(tǒng)。
資源共享與數(shù)據(jù)通信功能分離2023/6/728聯(lián)機(jī)系統(tǒng)的應(yīng)用1951年,美國MIT林肯實驗室開始為美國軍方設(shè)計并建立半自動地面環(huán)境SAGE(Semi-AutomaticGroundEnvironment);20世紀(jì)50年代初期,美國航空公司(AmericanAirlines
)與IBM聯(lián)合研制使用飛機(jī)訂票系統(tǒng)SABRE
(Semi-AutomaticBusinessResearchEnvironment);世界上最大的商用數(shù)據(jù)處理網(wǎng)絡(luò)是美國通用電氣公司
(GE)的信息服務(wù)系統(tǒng)(InformationService)。2023/6/729聯(lián)機(jī)系統(tǒng)(續(xù))2023/6/730分組交換網(wǎng)的產(chǎn)生背景計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)是20世紀(jì)60年代美蘇冷戰(zhàn)時期的產(chǎn)物;60年代初,美國國防部領(lǐng)導(dǎo)的遠(yuǎn)景研究規(guī)劃局ARPA(AdvancedResearchProjectAgency)提出要研制一種生存性(survivability)很強的網(wǎng)絡(luò);傳統(tǒng)的線路交換(circuitswitching)的電信網(wǎng)有一個缺點:正在通信的電路中有一個交換機(jī)或有一條鏈路被炸毀,則整個通信電路就要中斷;如要改用其他迂回電路,必須重新?lián)芴柦⑦B接。這將要延誤一些時間。
2023/6/731IP網(wǎng)絡(luò)當(dāng)部分結(jié)點或鏈路被摧毀時分組交換仍可保持網(wǎng)絡(luò)暢通路由器2023/6/732分組交換網(wǎng)絡(luò)的基本特點網(wǎng)絡(luò)用于計算機(jī)之間的數(shù)據(jù)傳送,而不是為了打電話;網(wǎng)絡(luò)能夠連接不同類型的計算機(jī),不局限于單一類型的計算機(jī);所有的網(wǎng)絡(luò)結(jié)點都同等重要,因而大大提高網(wǎng)絡(luò)的生存性;計算機(jī)在進(jìn)行通信時,必須有冗余的路由;網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)應(yīng)當(dāng)盡可能地簡單,同時還能夠非??煽康貍魉蛿?shù)據(jù)。2023/6/733分組交換網(wǎng)ARPANET誕生1964年Baran在美國Rand公司所作的《論分布式通信》率先提出了存儲轉(zhuǎn)發(fā)(StoreandForward)的概念;1966年英國國家物理實驗室NPL的Davies首次提出了分組(Packet)的概念;1968年美國防部高級研究計劃局ARPA
(AdvancedResearchProjectAgency)提出研制一種嶄新的、能適應(yīng)現(xiàn)代戰(zhàn)爭的、抗打擊能力極強的計算機(jī)網(wǎng)絡(luò),以對付前蘇聯(lián)核導(dǎo)彈的威脅;2023/6/734分組交換網(wǎng)ARPANET誕生(續(xù))1969年由UCLA
(UniversityofCaliforniaLosAngeles)、UCSB(UniversityofCaliforniaSantaBarbara)、SRI(StanfordResearchInstitute)和Utah
(UniversityofUtah)四個不同類型的接口報文處理機(jī)IMP(InterfaceMessageProcessor)組成的分組交換式網(wǎng)絡(luò)ARPANET
投入了試驗運行。ARPANET的誕生是計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)發(fā)展史上的一個重要里程碑。2023/6/735ARPANET的成功使
計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的概念發(fā)生根本變化早期的面向終端的計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)是以單個主機(jī)為中心的星形網(wǎng);各終端通過通信線路共享昂貴的中心主機(jī)的硬件和軟件資源。
分組交換網(wǎng)則是以網(wǎng)絡(luò)為中心,主機(jī)都處在網(wǎng)絡(luò)的外圍。用戶通過分組交換網(wǎng)可共享連接在網(wǎng)絡(luò)上的許多硬件和各種豐富的軟件資源。
2023/6/736從主機(jī)為中心到以網(wǎng)絡(luò)為中心主機(jī)終端以主機(jī)為中心以分組交換網(wǎng)為中心主機(jī)分組交換網(wǎng)2023/6/737計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)最重要的功能數(shù)據(jù)通信(連通性):計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)使上網(wǎng)用戶之間都可以交換信息,好像這些用戶的計算機(jī)都可以彼此直接連通一樣;資源共享(共享性):可以是信息共享、軟件共享,也可以是硬件共享。
2023/6/738ARPANET的主要貢獻(xiàn)完成了對計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的定義、分類與子課題研究內(nèi)容的描述;提出了資源子網(wǎng)和通信子網(wǎng)的兩級結(jié)構(gòu)的概念;采用了報文分組交換的數(shù)據(jù)交換方法;采用了層次結(jié)構(gòu)的網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)模型和協(xié)議體系;促進(jìn)了TCP/IP協(xié)議的發(fā)展;為Internet的形成與發(fā)展奠定了基礎(chǔ)。2023/6/739資源子網(wǎng)和通信子網(wǎng)2023/6/740局域網(wǎng)1972年美國加利福尼亞大學(xué)研制了Newhall環(huán)網(wǎng);1974年英國劍橋大學(xué)研制了CambridgeRing環(huán)網(wǎng);1976年美國Xerox公司PaloAlto研究中心(PARC)的RobertMetcalfe研究了以太(Ethernet)總線拓?fù)涞膶嶒灳W(wǎng)。2023/6/741體系結(jié)構(gòu)標(biāo)準(zhǔn)化:第二代計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)基本是由研究機(jī)構(gòu)、大學(xué)、應(yīng)用部門或計算機(jī)廠商各自研制的,沒有統(tǒng)一的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。1974年IBM公司推出了系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)SNA(SystemNetworkArchitecture);DEC公司公布了數(shù)字網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)DNA(DigitalNetworkArchitecture);UNIVAC公司提供了分布式計算機(jī)體系結(jié)構(gòu)DCA(DistributeComputerArchitecture)。網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)標(biāo)準(zhǔn)化2023/6/742Internet與信息高速公路1983年TCP/IP協(xié)議成為ARPANET上的標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議,標(biāo)志著Internet正式誕生;后來ARPANET一分為二,其中用于民用科研的網(wǎng)絡(luò)依然稱作ARPANET,而用于軍用目的的網(wǎng)絡(luò)則稱為MILNET;1986年美國國家科學(xué)基金會NSF建立了覆蓋了全美主要的大學(xué)和科研機(jī)構(gòu)的國家科學(xué)基金網(wǎng)NSFNET,包括主干網(wǎng)、地區(qū)網(wǎng)和校園網(wǎng)三級網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu),NSFNET很快接管了ARPANET;1990年ARPANET正式關(guān)閉,使用TCP/IP協(xié)議連接各網(wǎng)絡(luò)總和的Internet被正式采用了。Internet的誕生2023/6/743萬維網(wǎng)WWW的問世Internet的迅猛發(fā)展始于20世紀(jì)90年代。由歐洲原子核研究組織CERN開發(fā)的萬維網(wǎng)WWW(WorldWideWeb)被廣泛使用在Internet上,大大方便了廣大非網(wǎng)絡(luò)專業(yè)人員對網(wǎng)絡(luò)的使用,成為Internet的這種指數(shù)級增長的主要驅(qū)動力;1992年美國政府不再管轄Internet,因此專門成立了Internet協(xié)會ISOC(InternetSociety)對Internet進(jìn)行全面管理并在全世界范圍內(nèi)促進(jìn)其發(fā)展和應(yīng)用;2023/6/744萬維網(wǎng)WWW的問世(續(xù))1993年,美國伊利諾伊(Illinois)大學(xué)國家超級計算中心成功開發(fā)了網(wǎng)絡(luò)瀏覽工具M(jìn)osaic,進(jìn)而發(fā)展成Netscape。從此人們可自由地在Internet上瀏覽和下載WWW服務(wù)器上存儲和發(fā)布的各種信息。許多商業(yè)機(jī)構(gòu)、機(jī)關(guān)團(tuán)體、政府部門甚至個人開始大量進(jìn)入Internet,網(wǎng)絡(luò)的虛擬空間(cyberspace)很快形成了。說明:WWW是Internet發(fā)展中重要的里程碑。2023/6/745信息高速公路1993年9月,美國政府公布了國家信息基礎(chǔ)設(shè)施NII(NationalinformationInfrastructure)建設(shè)計劃,NII被形象地形容為信息高速公路。隨后世界主要和新興工業(yè)國針對各國具體實際紛紛效仿,制訂自己的國家信息基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)計劃;1995年全球信息基礎(chǔ)設(shè)施委員會GIIC(GlobalInformationInfrastructureCommittee)成立,標(biāo)志著全球信息化時代的到來。2023/6/746摩爾定律:CPU性能18個月翻番,10年100倍。所有電子系統(tǒng)(包括電子通信系統(tǒng),計算機(jī))都適用光纖定律:超摩爾定律,骨干網(wǎng)帶寬9個月翻番,10年10000倍。帶寬需求呈超高速增長的趨勢邁特卡爾夫定律:聯(lián)網(wǎng)定律,網(wǎng)絡(luò)價值隨用戶數(shù)平方成正比。未聯(lián)網(wǎng)設(shè)備增加N倍,效率增加N倍。聯(lián)網(wǎng)設(shè)備增加N倍,效率增加N2倍網(wǎng)絡(luò)時代的三大基本定律2023/6/747當(dāng)前計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)研究的熱點P2P技術(shù)及其發(fā)展前景P2P(peer-to-peer):對等網(wǎng)絡(luò)技術(shù),在P2P結(jié)構(gòu)中,每一個節(jié)點(peer)大都同時具有信息消費者、信息提供者和信息通訊等三方面的功能。在P2P網(wǎng)絡(luò)中每一個節(jié)點所擁有的權(quán)利和義務(wù)都是對等的;發(fā)展前景:《財富》雜志評價,P2P技術(shù)將是改變Internet未來的四大技術(shù)之一,也是無線寬帶網(wǎng)的未來技術(shù)。2023/6/748無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)研究與發(fā)展2023/6/749無線傳感器網(wǎng)絡(luò)WSN研究的學(xué)術(shù)價值美國《MIT技術(shù)評論》(2001年)在預(yù)測未來技術(shù)發(fā)展的報告中,將無線傳感器網(wǎng)絡(luò)列為21世紀(jì)改變世界的10大技術(shù)之首;《商業(yè)周刊》預(yù)測無線傳感器網(wǎng)絡(luò)將與其他三項技術(shù)一起,在不遠(yuǎn)的將來要掀起新的產(chǎn)業(yè)高潮;我國的一份關(guān)于未來20年可預(yù)見的技術(shù)報告中,關(guān)于信息技術(shù)的157項技術(shù)中有7項與無線傳感器網(wǎng)絡(luò)相關(guān);2006年我國公布的《國家中長期科學(xué)與技術(shù)發(fā)展規(guī)劃綱要》中確定的信息技術(shù)的三個前沿方向中,其中有兩項與無線傳感器網(wǎng)絡(luò)直接相關(guān)。2023/6/750移動IP的產(chǎn)生與發(fā)展自1991年以來,展開了在因特網(wǎng)上支持主機(jī)漫游的研究工作,提出了一些支持主機(jī)漫游的協(xié)議。IETF也成立了移動IP工作組,專門從事移動IP協(xié)議的標(biāo)準(zhǔn)化研究;1996年10月公布RFC
2002文檔,提出了移動IP協(xié)議標(biāo)準(zhǔn);2004年6月發(fā)布了RFC
3775文檔“Mobility
SupportinIPv6”。2023/6/751Internet
的概念起源于美國的Internet現(xiàn)已發(fā)展成為世界上最大的國際性計算機(jī)互聯(lián)網(wǎng);網(wǎng)絡(luò)(network)由若干結(jié)點(node)和連接這些結(jié)點的鏈路(link)組成;互聯(lián)網(wǎng)是“網(wǎng)絡(luò)的網(wǎng)絡(luò)”(networkofnetworks);連接在Internet上的計算機(jī)都稱為主機(jī)(host)。2023/6/752網(wǎng)絡(luò)與互聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)把許多計算機(jī)連接在一起;互聯(lián)網(wǎng)(internet)則把許多網(wǎng)絡(luò)連接在一起。
2023/6/753(a)(b)簡單網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)網(wǎng)(網(wǎng)絡(luò)的網(wǎng)絡(luò))結(jié)點鏈路網(wǎng)絡(luò)與互聯(lián)網(wǎng)(續(xù))2023/6/754主機(jī)internet網(wǎng)絡(luò)與互聯(lián)網(wǎng)(續(xù))2023/6/755internet和Internet的區(qū)別以小寫字母i開始的internet(互聯(lián)網(wǎng)或互連網(wǎng))是一個通用名詞,它泛指由多個計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)互連而成的網(wǎng)絡(luò);以大寫字母I開始的Internet則是一個專用名詞,它指當(dāng)前全球最大的、開放的、由眾多網(wǎng)絡(luò)相互連接而成的特定計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)(因特網(wǎng)),它采用TCP/IP協(xié)議族作為通信的規(guī)則,且其前身是美國的ARPANET。2023/6/756BackboneISPISPResidentialAccessModemDSLCablemodemSatelliteLANEnterprise|ISPaccess,BackbonetransmissionT1/T3DS-1DS-3OC-3,OC-12ATMvs.SONETvs.WDMCampusnetworkEthernetATMInternet物理結(jié)構(gòu)2023/6/757用戶InternetISP1ISP2Internet服務(wù)提供者用戶通過ISP接入Internet根據(jù)提供服務(wù)的覆蓋面積大小以及所擁有的IP
地址數(shù)目的不同,ISP也分成為不同的層次。
2023/6/758一級ISP一級ISP第一層ISP大公司本地ISP大公司大公司公司本地ISP本地ISP校園網(wǎng)校園網(wǎng)校園網(wǎng)校園網(wǎng)第二層ISP第二層ISPNAPNAPAB主機(jī)A→本地ISP→第二層ISP→NAP→第一層ISP→NAP→第二層ISP→本地ISP→主機(jī)B第一層ISP第二層ISP本地ISP本地ISP本地ISP本地ISP第一層ISP第一層第二層第三層本地ISP第二層ISP本地ISP本地ISP本地ISP本地ISP第二層ISP本地ISP本地ISP第二層ISP基于ISP多層結(jié)構(gòu)的Internet的概念示意圖2023/6/759Internet的發(fā)展情況概況年份指標(biāo)網(wǎng)絡(luò)數(shù)主機(jī)數(shù)用戶數(shù)管理機(jī)構(gòu)數(shù)1980101021021001990103105106101200010510710810220051061081091032023/6/760Internet規(guī)模的發(fā)展2023/6/761Internet應(yīng)用的發(fā)展2023/6/762有遠(yuǎn)見的政府不斷支持:1969-有風(fēng)險的企業(yè)參與和投入:NFS:MCI、IBMvBNS:MCIAbilene:Qwest,CISCO聯(lián)合協(xié)作的開放式研究:IETF/RFC教育和科研的示范網(wǎng)絡(luò)為起點具有實驗物理學(xué)的研究特點ARPAnet、NSF、ANS、vBNS簡單實用的技術(shù)路線:TCP/IPInternet的成功經(jīng)驗2023/6/763Internet的意義Internet是自印刷術(shù)以來人類通信方面最大的變革;現(xiàn)在人們的生活、工作、學(xué)習(xí)和交往都已離不開Internet。2023/6/764NGI
(NextGenration
IntenetInitiative)
:1996年美國一些研究機(jī)構(gòu)與34所大學(xué)提出今后5年利用5億美元聯(lián)邦資金實施NGI;NGI的技術(shù)體系結(jié)構(gòu)下一代Internet計劃NGI2023/6/765美國總統(tǒng)和副總統(tǒng)宣布啟動NGI(1996.10.10)保證美國的重要利益保持技術(shù)領(lǐng)先,創(chuàng)造更多的就業(yè)和市場機(jī)會NGI的三個主要目標(biāo):先進(jìn)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的實驗研究下一代網(wǎng)絡(luò)測試床革命性的應(yīng)用政府協(xié)調(diào):計算機(jī)、信息和通信協(xié)調(diào)辦公室
CCIC可訪問的Web站點:;NGI
的進(jìn)展與目標(biāo):NGI
概念文章(1997年7月)NGI
實現(xiàn)計劃(1998年2月)NGI:美國下一代Internet研究計劃2023/6/766UCAID(120多個大學(xué)會員)的一項研究計劃
UniversityCorporationforAdvancedInternetDevelopment形成大學(xué)試驗網(wǎng),開發(fā)下一代Internet技術(shù)和應(yīng)用IPv6,Multicasting,QOS以競爭方式得到NGI計劃的經(jīng)費支持NGI是政府計劃,Internet2是大學(xué)合作計劃相互補充,相互依靠Internet2和NGI的合作范圍NSF支持的vBNSInternet2將建立用于地區(qū)連接的gigaPoPInternet2的許多網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用開發(fā)由NGI支持Internet22023/6/767Internet的標(biāo)準(zhǔn)化工作Internet協(xié)會ISOCInternet研究指導(dǎo)小組IRSG
Internet研究部IRTFInternet工程部IETFInternet工程指導(dǎo)小組IESG…RGWG……RG…領(lǐng)域領(lǐng)域Internet體系結(jié)構(gòu)研究委員會IAB
WGWGWG2023/6/768所有Internet標(biāo)準(zhǔn)都以RFC文檔在Internet上發(fā)表RFC文檔:請求評價(requestforcomments)文檔是用于Internet開發(fā)團(tuán)體最初的技術(shù)文檔系列;1969年ARPANET出現(xiàn)時請求評價RFC文檔就開始存在;任何人都可以提交RFC文檔,但它并不是一定會成為標(biāo)準(zhǔn),事實上很多RFC
文檔并未實現(xiàn);RFC文檔草案對于從事Internet技術(shù)研究與開發(fā)的技術(shù)人員是獲得技術(shù)發(fā)展?fàn)顩r與動態(tài)的重要信息來源;讀者可以很方便地從相關(guān)主機(jī)使用FTP、Web和其它的檢索方式獲取這些文檔。2023/6/769制訂Internet的
正式標(biāo)準(zhǔn)的四個階段Internet草案(InternetDraft)——在這個階段還不是
RFC文檔;建議標(biāo)準(zhǔn)(ProposedStandard)——從這個階段開始就成為RFC文檔;草案標(biāo)準(zhǔn)(DraftStandard);Internet標(biāo)準(zhǔn)(InternetStandard)。2023/6/770各種RFC之間的關(guān)系Internet草案建議標(biāo)準(zhǔn)草案標(biāo)準(zhǔn)Internet標(biāo)準(zhǔn)歷史的RFC實驗的RFC提供信息的RFC6種RFC2023/6/771讀RFC文檔時需要注意一是需要確定它是最新的文檔,二是需要注意RFC文檔的類別;所有的RFC文檔都要經(jīng)歷評論和反饋過程,并且在這一段時間內(nèi)它們會被劃分為不同的類別;RFC文檔一旦被提交,IETF和IAB組織將審查RFC文檔,通過后可以成為一項標(biāo)準(zhǔn);RFC文檔按照它發(fā)展與成熟的過程可以分為標(biāo)準(zhǔn)、草案標(biāo)準(zhǔn)、提案標(biāo)準(zhǔn)、實驗性的、信息性或歷史性的;RFC文檔又可以分為被要求、被推薦、被選擇、受限制使用或不被推薦。2023/6/772Internet的組成從Internet的工作方式上看,可以劃分為以下的兩大塊:邊緣部分
由所有連接在Internet上的主機(jī)組成。這部分是用戶直接使用的,用來進(jìn)行通信(傳送數(shù)據(jù)、音頻或視頻)和資源共享;核心部分
由大量網(wǎng)絡(luò)和連接這些網(wǎng)絡(luò)的路由器組成。這部分是為邊緣部分提供服務(wù)的(提供連通性和交換)。2023/6/773Internet的邊緣部分處在Internet邊緣的部分就是連接在Internet上的所有的主機(jī)。這些主機(jī)又稱為端系統(tǒng)(endsystem);“計算機(jī)之間通信”,即“主機(jī)A的某個進(jìn)程和主機(jī)B上的另一個進(jìn)程進(jìn)行通信”。2023/6/774兩種通信方式在網(wǎng)絡(luò)邊緣的端系統(tǒng)中運行的程序之間的通信方式通??蓜澐譃閮纱箢悾嚎蛻舴?wù)器方式(C/S方式)即Client/Server方式;對等方式(P2P方式)即Peer-to-Peer方式。2023/6/775
客戶服務(wù)器方式客戶(client)和服務(wù)器(server)都是指通信中所涉及的兩個應(yīng)用進(jìn)程;客戶服務(wù)器方式所描述的是進(jìn)程之間服務(wù)和被服務(wù)的關(guān)系;客戶是服務(wù)的請求方,服務(wù)器是服務(wù)的提供方。2023/6/776運行客戶程序網(wǎng)絡(luò)邊緣網(wǎng)絡(luò)核心運行服務(wù)器程序AB①請求服務(wù)②得到服務(wù)客戶服務(wù)器客戶A向服務(wù)器B發(fā)出請求服務(wù),而服務(wù)器B向客戶A提供服務(wù)。2023/6/777客戶軟件的特點被用戶調(diào)用后運行,在打算通信時主動向遠(yuǎn)地服務(wù)器發(fā)起通信(請求服務(wù))。因此,客戶程序必須知道服務(wù)器程序的地址;不需要特殊的硬件和很復(fù)雜的操作系統(tǒng)。
2023/6/778服務(wù)器軟件的特點一種專門用來提供某種服務(wù)的程序,可同時處理多個遠(yuǎn)地或本地客戶的請求;系統(tǒng)啟動后即自動調(diào)用并一直不斷地運行著,被動地等待并接受來自各地的客戶的通信請求。因此,服務(wù)器程序不需要知道客戶程序的地址;一般需要強大的硬件和高級的操作系統(tǒng)支持。2023/6/779對等連接方式對等連接(peer-to-peer,簡寫為P2P)是指兩個主機(jī)在通信時并不區(qū)分哪一個是服務(wù)請求方還是服務(wù)提供方;只要兩個主機(jī)都運行了對等連接軟件(P2P軟件),它們就可以進(jìn)行平等的、對等連接通信;雙方都可以下載對方已經(jīng)存儲在硬盤中的共享文檔。2023/6/780對等連接方式的特點對等連接方式從本質(zhì)上看仍然是使用客戶服務(wù)器方式,只是對等連接中的每一個主機(jī)既是客戶又同時是服務(wù)器;例如主機(jī)
C請求D的服務(wù)時,C是客戶,D是服務(wù)器。但如果C又同時向F提供服務(wù),那么C又同時起著服務(wù)器的作用。2023/6/781網(wǎng)絡(luò)邊緣網(wǎng)絡(luò)核心運行P2P程序運行P2P程序DCEF運行P2P程序運行P2P程序2023/6/782Internet的核心部分網(wǎng)絡(luò)核心部分是Internet中最復(fù)雜的部分;網(wǎng)絡(luò)中的核心部分要向網(wǎng)絡(luò)邊緣中的大量主機(jī)提供連通性,使邊緣部分中的任何一個主機(jī)都能夠向其他主機(jī)通信(即傳送或接收各種形式的數(shù)據(jù));在網(wǎng)絡(luò)核心部分起特殊作用的是路由器(router);路由器是實現(xiàn)分組交換(packetswitching)的關(guān)鍵構(gòu)件,其任務(wù)是轉(zhuǎn)發(fā)收到的分組,這是網(wǎng)絡(luò)核心部分最重要的功能;2023/6/783Internet的核心部分(續(xù))Internet的核心部分是由許多網(wǎng)絡(luò)和把它們互連起來的路由器組成,而主機(jī)處在Internet的邊緣部分;在Internet核心部分的路由器之間一般都用高速鏈路相連接,而在網(wǎng)絡(luò)邊緣的主機(jī)接入到核心部分則通常以相對較低速率的鏈路相連接;主機(jī)的用途是為用戶進(jìn)行信息處理的,并且可以和其他主機(jī)通過網(wǎng)絡(luò)交換信息。路由器的用途則是用來轉(zhuǎn)發(fā)分組的,即進(jìn)行分組交換的。
2023/6/784H1H5H2H4H3H6路由器網(wǎng)絡(luò)網(wǎng)絡(luò)核心部分主機(jī)2023/6/785H1H5H2H4H3H6發(fā)送的分組路由器AEDBC網(wǎng)絡(luò)核心部分主機(jī)2023/6/7863.2.5
數(shù)據(jù)交換的基本概念數(shù)據(jù)交換分類線路交換存儲轉(zhuǎn)發(fā)交換高速交換2023/6/787數(shù)據(jù)交換的分類分組交換報文交換幀長不變:信元中繼如異步傳輸模式ATM幀長可變:幀中繼FrameRelay線路交換存儲轉(zhuǎn)發(fā)交換虛電路數(shù)據(jù)報高速交換技術(shù)數(shù)據(jù)交換2023/6/788線路交換(circuitexchanging)線路交換特點回顧兩部電話機(jī)只需要用一對電線就能夠互相連接起來;
2023/6/789更多的電話機(jī)互相連通5部電話機(jī)兩兩相連,需10對電線;
n(n-1)N部電話機(jī)兩兩相連,需Cn2=對電線;2
當(dāng)電話機(jī)的數(shù)量很大時,這種連接方法需要的電線對的數(shù)量與電話機(jī)數(shù)的平方成正比。2023/6/790使用交換機(jī)當(dāng)電話機(jī)的數(shù)量增多時,就要使用交換機(jī)來完成全網(wǎng)的交換任務(wù)?!?/p>
交換機(jī)2023/6/791“交換”的含義“交換”(switching)的含義就是轉(zhuǎn)接——把一條電話線轉(zhuǎn)接到另一條電話線,使它們連通起來;從通信資源的分配角度來看,“交換”就是按照某種方式動態(tài)地分配傳輸線路的資源。
2023/6/792線路交換的特點線路交換必定是面向連接的;線路交換的三個階段:建立連接通信釋放連接2023/6/793線路交換舉例A和B通話經(jīng)過四個交換機(jī);通話在A到B的連接上進(jìn)行。((((交換機(jī)交換機(jī)交換機(jī)交換機(jī)用戶線用戶線中繼線中繼線BDCA2023/6/794線路交換舉例(續(xù))C和D通話只經(jīng)過一個本地交換機(jī);通話在C到D的連接上進(jìn)行。((((交換機(jī)交換機(jī)交換機(jī)交換機(jī)用戶線用戶線中繼線中繼線BDCA2023/6/795線路交換傳送計算機(jī)數(shù)據(jù)效率低計算機(jī)數(shù)據(jù)具有突發(fā)性;線路交換導(dǎo)致通信線路的利用率很低。2023/6/796存儲轉(zhuǎn)發(fā)交換基本概念(store-and-forwardexchanging)
存儲轉(zhuǎn)發(fā)交換方式與線路交換方式的主要區(qū)別:發(fā)送的數(shù)據(jù)與目的地址、源地址、控制信息按照一定格式組成一個數(shù)據(jù)單元(報文或報文分組)進(jìn)入通信子網(wǎng);通信子網(wǎng)中的結(jié)點是通信控制處理機(jī)(CCP)或報文處理機(jī)(IMP),它負(fù)責(zé)完成數(shù)據(jù)單元的接收、差錯校驗、存儲、路選和轉(zhuǎn)發(fā)功能。2023/6/797存儲轉(zhuǎn)發(fā)方式的優(yōu)點線路利用率高:由于通信子網(wǎng)中的通信控制處理機(jī)可以存儲分組,多個分組可以共享通信信道;路由選擇:通信子網(wǎng)中通信控制處理機(jī)具有路選功能,可以動態(tài)選擇報文分組通過通信子網(wǎng)的最佳路徑;系統(tǒng)效率高:可以平滑通信量;系統(tǒng)可靠性高:分組在通過通信子網(wǎng)中的每個通信控制處理機(jī)時,均要進(jìn)行差錯檢查與糾錯處理,因此可以減少傳輸錯誤;速率與數(shù)據(jù)代碼格式變換:通過通信控制處理機(jī)可以對不同通信速率與數(shù)據(jù)代碼格式的線路進(jìn)行轉(zhuǎn)換。
2023/6/798存儲轉(zhuǎn)發(fā)原理并非完全新的概念在20世紀(jì)40年代,電報通信也采用了基于存儲轉(zhuǎn)發(fā)原理的報文交換(messageswitching);報文交換的時延較長,從幾分鐘到幾小時不等。現(xiàn)在報文交換已經(jīng)很少有人使用了。
2023/6/799存儲轉(zhuǎn)發(fā)交換分類數(shù)據(jù)通過通信子網(wǎng)傳輸時可以有報文(message)與分組(packet)兩種方式;報文傳輸:不管發(fā)送數(shù)據(jù)的長度是多少,都把它當(dāng)作一個邏輯單元發(fā)送;分組傳輸:限制一次傳輸數(shù)據(jù)的最大長度,如果傳輸數(shù)據(jù)超過規(guī)定的最大長度,發(fā)送結(jié)點就將它分成多個報文分組發(fā)送。數(shù)據(jù)報虛電路2023/6/7100報文和分組結(jié)構(gòu)由于分組長度較短,在傳輸出錯時,檢錯容易并且重發(fā)花費的時間較少;限定分組最大數(shù)據(jù)長度,有利于提高存儲轉(zhuǎn)發(fā)結(jié)點的存儲空間利用率與傳輸效率;公用數(shù)據(jù)網(wǎng)采用的是分組交換技術(shù)。2023/6/7101原理無連接:報文交換不像線路交換那樣需要建立專用通道;如果一個站想要發(fā)送信息,首先要將信息組成一個稱為報文(Message)的數(shù)據(jù)包,把目的站(信宿)的地址和本站(信源)的地址附加在報文上,然后把報文發(fā)送到網(wǎng)絡(luò)上;網(wǎng)絡(luò)上的每個中間節(jié)點,接收整個報文,然后按目的站地址,尋找合適的通道轉(zhuǎn)發(fā)到下一個節(jié)點;每個節(jié)點在尋找下一個通路時,如果線路忙,則暫存這個報文,等到線路空閑時再發(fā)送到;報文經(jīng)過這樣多次存儲轉(zhuǎn)發(fā),直至信宿。報文交換(MessageSwitching)2023/6/7102報文交換過程中不需要專用通道,來自多個用戶的報文可以多路復(fù)用一條線路,大大提高了線路的利用率;報文是以存儲轉(zhuǎn)發(fā)方式通過交換機(jī)的,可以很容易地實現(xiàn)各種類型終端之間的數(shù)據(jù)通信;因報文長短不一,通過節(jié)點交換時產(chǎn)生的時延值變化大,不利于實時通信;有些報文可能很長,則要求交換機(jī)有高速處理能力和大存儲容量,交換設(shè)備成本提高。報文交換的特點2023/6/7103報文分組交換原理在發(fā)送端,先把較長的報文劃分成較短的、固定長度的數(shù)據(jù)段;
1101000110101010110101011100010011010010假定這個報文較長不便于傳輸2023/6/7104數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)報文添加首部構(gòu)成分組每一個數(shù)據(jù)段前面添加上首部構(gòu)成分組;首部首部首部分組1分組2分組3請注意:現(xiàn)在左邊是“前面”2023/6/7105分組交換的傳輸單元分組交換網(wǎng)以“分組”作為數(shù)據(jù)傳輸單元;依次把各分組發(fā)送到接收端(假定接收端在左邊);數(shù)據(jù)首部分組1數(shù)據(jù)首部分組2數(shù)據(jù)首部分組32023/6/7106分組首部的重要性每一個分組的首部都含有地址等控制信息;分組交換網(wǎng)中的結(jié)點交換機(jī)根據(jù)收到的分組的首部中的地址信息,把分組轉(zhuǎn)發(fā)到下一個結(jié)點交換機(jī);用這樣的存儲轉(zhuǎn)發(fā)方式,最后分組就能到達(dá)最終目的地。2023/6/7107收到分組后剝?nèi)ナ撞拷邮斩耸盏椒纸M后剝?nèi)ナ撞窟€原成報文;數(shù)據(jù)首部分組1數(shù)據(jù)首部分組2數(shù)據(jù)首部分組3收到的數(shù)據(jù)2023/6/7108數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)最后還原成原來的報文最后,在接收端把收到的數(shù)據(jù)恢復(fù)成為原來的報文;報文1101000110101010110101011100010011010010這里我們假定分組在傳輸過程中沒有出現(xiàn)差錯,在轉(zhuǎn)發(fā)時也沒有被丟棄。2023/6/7109分組交換網(wǎng)的示意圖H1A互聯(lián)網(wǎng)BDECH5H6H4H2H3H1向H5
發(fā)送分組H2向H6
發(fā)送分組注意分組路徑的變化!路由器主機(jī)2023/6/7110注意分組的存儲轉(zhuǎn)發(fā)過程H1A互聯(lián)網(wǎng)BDECH5H6H4H2H3H1向H5
發(fā)送分組路由器主機(jī)在路由器E暫存查找轉(zhuǎn)發(fā)表找到轉(zhuǎn)發(fā)的端口最后到達(dá)目的主機(jī)H5在路由器C暫存查找轉(zhuǎn)發(fā)表找到轉(zhuǎn)發(fā)的端口在路由器A暫存查找轉(zhuǎn)發(fā)表找到轉(zhuǎn)發(fā)的端口2023/6/7111路由器概述在路由器中的輸入和輸出接口之間沒有直接連線;路由器處理分組的過程是:把收到的分組先放入緩存(暫時存儲);查找轉(zhuǎn)發(fā)表,找出到某個目的地址應(yīng)從哪個接口轉(zhuǎn)發(fā);把分組送到適當(dāng)?shù)慕涌谵D(zhuǎn)發(fā)出去。
2023/6/7112主機(jī)和路由器的作用不同主機(jī)是為用戶進(jìn)行信息處理的,并向網(wǎng)絡(luò)發(fā)送分組,從網(wǎng)絡(luò)接收分組;路由器對分組進(jìn)行存儲轉(zhuǎn)發(fā),最后把分組交付目的主機(jī)。2023/6/7113分組交換的優(yōu)點高效:動態(tài)分配傳輸帶寬,對通信鏈路是逐段占用;靈活:以分組為傳送單位和查找路由;迅速:不必先建立連接就能向其他主機(jī)發(fā)送分組;可靠:保證可靠性的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議;分布式的路由選擇協(xié)議使網(wǎng)絡(luò)有很好的生存性。
2023/6/7114分組交換帶來的問題分組在各結(jié)點存儲轉(zhuǎn)發(fā)時需要排隊,這就會造成一定的時延;分組必須攜帶的首部(里面有必不可少的控制信息)也造成了一定的開銷。
2023/6/7115數(shù)據(jù)報(Datagram)方式原理數(shù)據(jù)報是分組存儲轉(zhuǎn)發(fā)中分組交換的一種形式;在數(shù)據(jù)報方式中,分組傳送之間不需要預(yù)先在源主機(jī)與目的主機(jī)之間建立“線路連接”;源主機(jī)所發(fā)送的每一個分組都可以獨立地選擇一條傳輸路徑;每個分組在通信子網(wǎng)中可能是通過不同的傳輸路徑到達(dá)目的主機(jī)。2023/6/7116數(shù)據(jù)報方式的工作原理示意圖2023/6/7117數(shù)據(jù)報方式的特點同一報文的不同分組可通過不同的傳輸路徑通過通信子網(wǎng);同一報文的不同分組到達(dá)結(jié)點時可能出現(xiàn)亂序、重復(fù)或丟失現(xiàn)象;每個分組在傳輸過程中都必須帶有目的地址和源地址;數(shù)據(jù)報傳輸延遲較大,適用于突發(fā)性通信,不適于長報文和會話式通信。2023/6/7118虛電路(VirtualCircuit)方式原理虛電路方式試圖將數(shù)據(jù)報方式與線路交換方式結(jié)合起來,處分發(fā)揮兩種方法的優(yōu)點,以達(dá)到最佳的數(shù)據(jù)交換效果;面向連接:數(shù)據(jù)報方式在分組發(fā)送之前,發(fā)送方與接收方之間不需要預(yù)先建立連接。虛電路方式在分組發(fā)送之前,需要在發(fā)送方和接收方建立一條邏輯連接的虛電路;虛電路方式與線路交換方式相同,整個通信過程分為以下三個階段:虛電路建立、數(shù)據(jù)傳輸與虛電路釋放階段。2023/6/7119虛電路方式原理示意圖2023/6/7120虛電路的特點在每次分組發(fā)送之前,必須在發(fā)送方與接收方之間建立一條邏輯連接。這是因為不需要真正去建立一條物理鏈路,連接發(fā)送方與接收方的物理鏈路已經(jīng)存在;一次通信的所有分組都通過這條虛電路順序傳送,因此報文分組不必帶目的地址、源地址等輔助信息。分組到達(dá)目的結(jié)點時不會出現(xiàn)丟失、重復(fù)與亂序的現(xiàn)象;分組通過虛電路上的每個結(jié)點時,結(jié)點只需要做差錯檢測,而不需要做路徑選擇;通信子網(wǎng)中每個結(jié)點可以和任何結(jié)點建立多條虛電路連接。2023/6/7121虛電路方式與線路交換方式的比較虛電路是在傳輸分組時建立起的邏輯連接,稱為“虛電路”是因為這種電路不是專用的。每個結(jié)點到其它結(jié)點間可能有無數(shù)條虛電路存在;一個結(jié)點可以同時與多個結(jié)點之間具有虛電路;每條虛電路支持特定的兩個結(jié)點之間的數(shù)據(jù)傳輸由于虛電路方式具有分組交換與線路交換兩種方式的優(yōu)點,因此曾經(jīng)在計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)中得到了廣泛的應(yīng)用。2023/6/7122三種交換的比較P1P2P3P4P1P2P3P4P3P4報文報文報文ABCD
ABCDABCD報文交換線路交換分組交換t連接建立數(shù)據(jù)傳送報文P2P1連接釋放數(shù)據(jù)傳送的特點比特流直達(dá)終點報文報文報文分組分組分組存儲轉(zhuǎn)發(fā)存儲轉(zhuǎn)發(fā)存儲轉(zhuǎn)發(fā)存儲轉(zhuǎn)發(fā)2023/6/7123思考請比較計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)、分布式系統(tǒng);請比較分布式計算、網(wǎng)格計算、云計算;請比較C/S模式和P2P模式;請從傳統(tǒng)電話與IP電話的工作原理比較二者在使用成本和通話質(zhì)量方面的區(qū)別?如何理解虛電路的“虛”?Internet為何沒有選擇虛電路技術(shù)而采用了數(shù)據(jù)報技術(shù)?2023/6/7124高速交換*幀長不變的高速交換:ATM交換方式異步傳輸模式ATM(asynchronoustransfermodel)幀長可變的高速交換:幀中繼FrameRelay2023/6/7125計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)在我國的發(fā)展中國公用計算機(jī)互聯(lián)網(wǎng)CHINANET中國教育和科研計算機(jī)網(wǎng)CERNET中國科學(xué)技術(shù)網(wǎng)CSTNET中國聯(lián)通互聯(lián)網(wǎng)UNINET中國網(wǎng)通公用互聯(lián)網(wǎng)CNCNET中國國際經(jīng)濟(jì)貿(mào)易互聯(lián)網(wǎng)CIETNET中國移動互聯(lián)網(wǎng)CMNET中國長城互聯(lián)網(wǎng)CGWNET(建設(shè)中)中國衛(wèi)星集團(tuán)互聯(lián)網(wǎng)CSNET(建設(shè)中)
2023/6/7126我國網(wǎng)民數(shù)量的增長情況
2011年9月已經(jīng)超過4億,穩(wěn)居世界第一2023/6/7127我國互聯(lián)網(wǎng)普及率的增長情況
2008年6月已經(jīng)達(dá)到19.1%,低于世界平均數(shù)21.1%2023/6/7128我國Internet應(yīng)用的3個第一我國網(wǎng)民數(shù)量超過4
億,居世界第一;我國寬帶網(wǎng)民數(shù)量達(dá)到2.14億,居世界第一;CN域注冊的域名數(shù)量達(dá)到1218.8萬個,超過最多的德國.de,成為世界國家級域名數(shù)量的第一。2023/6/7129國家“九五”、“十五”、“十一五”、“十二五”科技攻關(guān)項目國家863高技術(shù)研究發(fā)展計劃863計算機(jī)主題,863通信主題中國高速信息示范網(wǎng)絡(luò)
CAINONET(863-300)國家“十五”863高技術(shù)研究發(fā)展計劃中國高速互連網(wǎng)絡(luò)示范工程CAINET中科院、上海市、廣電部、鐵道部聯(lián)合建設(shè)中國高速計算機(jī)互連試驗網(wǎng)絡(luò)NSFCNET國家自然科學(xué)基金會CNGI中國的高速計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)研究計劃2023/6/7130北大清華GSR12012GSR12008POSOC-48GEDPTRing北航GSR12008北郵GSR12008基金委GSR12008中科院GSR12008CERNETCSTNETAPAN/STAR2023/6/7131…中國高速信息示范網(wǎng)IP/SDH/DWDM地區(qū)AOXC節(jié)點A1OADM節(jié)點A3OADM節(jié)點A2CRSDHUASPSTNADSL地區(qū)BOXC節(jié)點B1SDHOADM節(jié)點B3ADMUASERLANOADM節(jié)點B2地區(qū)COXC節(jié)點C1OADM節(jié)點C2OADM節(jié)點C3OADM節(jié)點C4TMERLANERLANLANERCRCR中國高速信息示范網(wǎng)
CAINONet示意圖PSTNATM設(shè)備ATM設(shè)備TMTMATM設(shè)備ATM設(shè)備ADM2023/6/7132CERNET主干網(wǎng)2023/6/7133按地域范圍分類:局域網(wǎng)LAN、城域網(wǎng)MAN、廣域網(wǎng)WAN
;按拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)分類:星型網(wǎng)、環(huán)形網(wǎng)、總線型網(wǎng)等;按信息傳輸交換方式分類:電路交換、報文交換、分組交換和混合交換;按網(wǎng)絡(luò)組建屬性分類:公用網(wǎng)和專用網(wǎng);網(wǎng)絡(luò)的分類標(biāo)準(zhǔn)不一,分類方式還有很多。計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的分類2023/6/7134不同覆蓋范圍的網(wǎng)絡(luò)廣域網(wǎng)WAN(WideAreaNetwork)局域網(wǎng)LAN(LocalAreaNetwork)
城域網(wǎng)MAN(MetropolitanAreaNetwork)個人區(qū)域網(wǎng)PAN(PersonalAreaNetwork)|無線個人區(qū)域網(wǎng)WPAN(Wireless
PersonalAreaNetwork)多處理機(jī)系統(tǒng)(CPU距離小于1m)2023/6/7135LocalAreaNetworksTwobroadcastnetworks(a)Bus(b)Ring2023/6/7136MetropolitanAreaNetworksAmetropolitanareanetworkbasedoncableTV.基于有線電視的MAN2023/6/7137WideAreaNetworksLAN上的主機(jī)與子網(wǎng)間的關(guān)系2023/6/7138WideAreaNetworks(2)Astreamofpacketsfromsendertoreceiver.從發(fā)送方到接收方之間的分組流2023/6/7139WirelessNetworksCategoriesofwirelessnetworks:SysteminterconnectionWirelessLANsWirelessWANs2023/6/7140WirelessNetworks(2)(a)Bluetoothconfiguration(b)WirelessLAN2023/6/7141WirelessNetworks(3)(a)Individualmobilecomputers(b)AflyingLAN2023/6/7142廣域網(wǎng)、城域網(wǎng)、局域網(wǎng)的關(guān)系城域網(wǎng)城域網(wǎng)廣域網(wǎng)園區(qū)網(wǎng)醫(yī)院網(wǎng)校園網(wǎng)企業(yè)網(wǎng)……2023/6/7143局域網(wǎng)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)局域網(wǎng)最基本的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)有三種:總線型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)、環(huán)型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)和星型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。集線器星形網(wǎng)干線耦合器環(huán)形網(wǎng)匹配電阻總線網(wǎng)2023/6/7144不同使用者的網(wǎng)絡(luò)從網(wǎng)絡(luò)的使用者進(jìn)行分類公用網(wǎng)(publicnetwork)專用網(wǎng)(privatenetwork)
2023/6/7145接入網(wǎng)接入網(wǎng)
AN(AccessNetwork),它又稱為本地接入網(wǎng)或居民接入網(wǎng),用來把用戶接入到Internet的網(wǎng)絡(luò);由ISP
提供的接入網(wǎng)只是起到讓用戶能夠與Internet連接的“橋梁”作用。建設(shè)寬帶網(wǎng)絡(luò)的關(guān)鍵技術(shù)是骨干網(wǎng)技術(shù)和接入網(wǎng)技術(shù)。2023/6/7146計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的性能計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的性能指標(biāo)計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的非性能指標(biāo)2023/6/7147計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的性能指標(biāo)速率信息量:若狀態(tài)數(shù)據(jù)為k,則信息量為I=log2k,單位為bit;比特(bit):計算機(jī)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binarydigit,意思是一個“二進(jìn)制數(shù)字”,因此一個比特就是二進(jìn)制數(shù)字中的一個1或0;2023/6/7148計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的性能指標(biāo)(續(xù))數(shù)據(jù)傳輸速率:每秒傳輸構(gòu)成數(shù)據(jù)代碼的二進(jìn)制比特數(shù)(信息量),S=I/T=(1/T)log2k其中T為脈沖(碼元)寬度,單位秒;速率即數(shù)據(jù)率(datarate)或比特率(bitrate)是計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)中最重要的一個性能指標(biāo)。速率的單位是b/s(bps),或kbps,Mbps,Gbps等;速率往往是指額定速率或標(biāo)稱速率。2023/6/7149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或bps)。
2023/6/7150常用的帶寬單位更常用的帶寬單位是千比每秒,即kb/s(103
bps)兆比每秒,即Mb/s(106
bps)吉比每秒,即Gb/s(109
bps)太比每秒,即Tb/s(1012
bps)請注意:在計算機(jī)界,K=210=1024M=220,G=230,T=240。2023/6/7151數(shù)字信號流隨時間的變化在時間軸上信號的寬度隨帶寬的增大而變窄。每秒106個比特時間1010111s帶寬為1Mb/s
時間每秒4106個比特0.25s帶寬為4Mb/s
2023/6/7152信號傳輸速率定義:碼元速率、調(diào)制速率或波特率,單位時間內(nèi)通過信道傳輸?shù)拇a元數(shù)(信號的個數(shù))B=1/T
其中T為信號碼元的寬度,單位為秒;單位:波特或baud說明:數(shù)據(jù)傳輸速率與信號傳輸速率的關(guān)系
S=Blog2k或B=S/log2k
2023/6/7153[例]采用四相調(diào)制方式,即k=4,且T=833x10-6秒,請分別計算數(shù)據(jù)傳輸速率s和信號傳輸速率B
S=1/T*log2k=1/(833x10-6)*log24=2400(bps)B=1/T=1/(833x10-6)=1200(Baud)信號傳輸速率(續(xù))2023/6/7154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。
2023/6/7155時延(delay或latency)傳輸時延(發(fā)送時延):發(fā)送數(shù)據(jù)時,數(shù)據(jù)塊從結(jié)點進(jìn)入到傳輸媒體所需要的時間;即從發(fā)送數(shù)據(jù)幀的第一個比特算起,到該幀的最后一個比特發(fā)送完畢所需的時間;接收時延與發(fā)送時延類似。
發(fā)送時延=數(shù)據(jù)塊長度(比特)信道帶寬(比特/秒)2023/6/7156時延(delay或latency)(續(xù))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)2023/6/7157時延(delay或latency)(續(xù))處理時延:交換結(jié)點為存儲轉(zhuǎn)發(fā)而進(jìn)行一些必要的處理所花費的時間;排隊時延:結(jié)點緩存隊列中分組排隊所經(jīng)歷的時延;排隊時延的長短往往取決于網(wǎng)絡(luò)中當(dāng)時的通信量。2023/6/7158時延(delay或latency)(續(xù))數(shù)據(jù)經(jīng)歷的總時延就是發(fā)送時延、傳播時延、處理時延和排隊時延之和:總時延=發(fā)送時延+傳播時延+處理時延+排隊時延2023/6/7159三種交換的時延
P1P2P3P4P1P2P3P4P3P4報文報文報文ABCD
ABCDABCD報文交換線路交換分組交換t連接建立數(shù)據(jù)傳送報文P2P1連接釋放數(shù)據(jù)傳送的特點比特流直達(dá)終點報文報文報文分組分組分組存儲轉(zhuǎn)發(fā)存儲轉(zhuǎn)發(fā)存儲轉(zhuǎn)發(fā)存儲轉(zhuǎn)發(fā)2023/6/7160四種時延所產(chǎn)生的地方1011001…發(fā)送器隊列在鏈路上產(chǎn)生傳播時延結(jié)點B結(jié)點A在發(fā)送器產(chǎn)生傳輸時延(即發(fā)送時延)在結(jié)點A中產(chǎn)生處理時延和排隊時延數(shù)據(jù)從結(jié)點A向結(jié)點B發(fā)送數(shù)據(jù)鏈路2023/6/7161思考現(xiàn)在要在光纖上發(fā)送一個計算機(jī)屏幕圖像系列。屏幕大小為480×640象數(shù)。每個象數(shù)24位,每秒60幅屏幕圖像,問:需要多大的帶寬?若每個計算機(jī)屏幕圖像大小為480×640象素。每個象素3字節(jié),在100Mbps的
Eethernet上發(fā)送一個未經(jīng)壓縮的計算機(jī)屏幕圖像,問需要多長時間?2023/6/7162容易產(chǎn)生的錯誤概念對于高速網(wǎng)絡(luò)鏈路,我們提高的僅僅是數(shù)據(jù)的發(fā)送速率而不是比特在鏈路上的傳播速率;提高鏈路帶寬減小了數(shù)據(jù)的發(fā)送時延。
2023/6/7163思考試在下列條件下比較電路交換和分組交換。若要傳送的報文共xbit,從源點到終點共經(jīng)過k段鏈路,每段鏈路傳播時延為ds,在分組交換時分組長度為pbit,且各結(jié)點的排隊等待時間忽略不計。問在什么條件下,分組交換的時延比電路交換的時延???在上題分組交換網(wǎng)中,設(shè)報文和分組長度分別是x和p+hbit,其中p為分組數(shù)據(jù)部分的長度,而h為每個分組所帶控制信息的固定長度,與p的大小無關(guān)。通信兩端共經(jīng)過k段鏈路,鏈路的數(shù)據(jù)率為bbps,忽略傳播時延和各結(jié)點的排隊等待時間。若希望總的時延最小,問分組的數(shù)據(jù)部分p應(yīng)取多大?2023/6/7164時延帶寬積(傳播)時延鏈路帶寬時延帶寬積=傳播時延帶寬鏈路的時延帶寬積又稱為以比特為單位的鏈路長度。時延帶寬積2023/6/7165往返時間RTT往返時間RTT(Round-TripTime):從發(fā)送方發(fā)送數(shù)據(jù)開始到發(fā)送方收到來自接方的確認(rèn)共經(jīng)歷的時間;RTT與所發(fā)送的分組長度有關(guān);說明:在衛(wèi)星通信中RTT較長,是個很重要的性能指標(biāo)。2023/6/7166RTT帶寬積的意義當(dāng)發(fā)送方連續(xù)發(fā)送數(shù)據(jù)時間,即使能收到對方的確認(rèn),但已經(jīng)將許多比特發(fā)到鏈路上了。B分組ttAACK2023/6/7167利用率信道利用率指出某信道有百分之幾的時間是被利用的(有數(shù)據(jù)通過)。完全空閑的信道的利用率是零;網(wǎng)絡(luò)利用率則是全網(wǎng)絡(luò)的信道利用率的加權(quán)平均值;信道或網(wǎng)絡(luò)利用率過高將產(chǎn)生非常大的時延,可見信道利用率并非越高越好。
2023/6/7168時延與網(wǎng)絡(luò)利用率的關(guān)系根據(jù)排隊論的理論,當(dāng)某信道的利用率增大時,該信道引起的時延也就迅速增加;若令D0表示網(wǎng)絡(luò)空閑時的時延,D表示網(wǎng)絡(luò)當(dāng)前的時延,則在適當(dāng)?shù)募俣l件下,可以用下面的簡單公式表示D和D0之間的關(guān)系:U是網(wǎng)絡(luò)的利用率,數(shù)值在0到1之間。D=D01-U2023/6/7169時延
D利用率U10D0時延急劇增大時延與網(wǎng)絡(luò)利用率的關(guān)系(續(xù))2023/6/7170計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的非性能特征費用質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)化可靠性可擴(kuò)展性和可升級性易于管理和維護(hù)
2023/6/7171思考若網(wǎng)絡(luò)的利用率達(dá)到了90%,試估算現(xiàn)在的網(wǎng)絡(luò)時延是其最小值的多少倍?收發(fā)兩端之間的傳輸距離為1000km,信號在介質(zhì)上傳播速率為2×108km,試計算以下兩種情況下發(fā)送時延和傳播時延:數(shù)據(jù)長度為107b,數(shù)據(jù)發(fā)送速率為100kbps;數(shù)據(jù)長度為103b,數(shù)據(jù)發(fā)送速率為1000kbps。從以上計算結(jié)果可得出什么結(jié)論?2023/6/7172思考(續(xù))若信號在介質(zhì)上傳播速率為2×108km,介質(zhì)長度l為10cm(NIC)100m(LAN)100km(MAN)5000km(WAN)試計算當(dāng)數(shù)據(jù)率為1Mbps和1Gbps在以上介質(zhì)中正在傳播的比特數(shù)。長度為100B的應(yīng)用層數(shù)據(jù)交給傳輸層傳送,需加上20BrTCP首部,再交網(wǎng)絡(luò)層傳送,需再加上20B的IP首部,最后交數(shù)據(jù)鏈路層上傳送,加上首部和尾部共18B計算數(shù)據(jù)傳輸效率。數(shù)據(jù)傳輸效率為發(fā)送的應(yīng)用層數(shù)據(jù)除以所發(fā)送的總數(shù)據(jù)(即應(yīng)用層數(shù)據(jù)加上名層額外開銷)。若應(yīng)用層數(shù)據(jù)為1000B,則數(shù)據(jù)傳輸效率是多少?2023/6/7173計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的體系結(jié)構(gòu)計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)的概念網(wǎng)絡(luò)與Internet協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)組織與管理機(jī)構(gòu)OSI參考模型TCP/IP參考模型OSI參考模型與TCP/IP參考模型的比較具有五層協(xié)議的體系結(jié)構(gòu)2023/6/7174網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)的研究方法兩臺計算機(jī)要通過計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)來進(jìn)行有效的通信,有許多復(fù)雜的問題需要解決;要想從整體上周密地設(shè)計出有效的計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)是非常困難的;人們在設(shè)計計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)時采用了一種“分層”的思想,“分層”可將龐大而復(fù)雜的問題,轉(zhuǎn)化為若干較小的局部問題,而這些較小的局部問題就比較易于研究和處理。2023/6/7175假設(shè)有兩位哲學(xué)家,其中一個會講烏爾都語(Urdu)和英語,另一個會講漢語和法語;由于他們倆人沒有共同語言,所以他們每個人都雇傭了一個翻譯;每個翻譯又進(jìn)一步聯(lián)系了一位秘書,兩位翻譯有一種雙方都能理解的中立語言:荷蘭語。網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)的研究方法(續(xù))2023/6/7176位置A位置B消息Ilikerabbits翻譯翻譯Ik
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leuk.J’aimeleslapins哲學(xué)家秘書秘書網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)的研究方法(續(xù))2023/6/7177實際郵政系統(tǒng)信件發(fā)送、接收過程發(fā)信者書寫信件貼郵票送郵箱收信者閱讀信件信件分揀蓋郵戳信件投遞通信者活動郵局服務(wù)業(yè)務(wù)郵局轉(zhuǎn)送業(yè)務(wù)通信者活動郵局服務(wù)業(yè)務(wù)郵局轉(zhuǎn)送業(yè)務(wù)運輸部門的郵件運輸業(yè)務(wù)收集信件蓋郵戳信件分揀信件打包送運輸部門路由選擇運輸分發(fā)郵件郵件拆包接收郵包轉(zhuǎn)送郵局每個層次要完成的服務(wù)及服務(wù)實現(xiàn)的過程都有明確規(guī)定;不同地區(qū)的系統(tǒng)分成相同的層次;不同系統(tǒng)的同等層次具有相同的功能;高層使用低層提供的服務(wù)時,并不需要知道低層服務(wù)的具體實現(xiàn)方法。2023/6/7178分層的好處各層之間是獨立的;靈活性好;結(jié)構(gòu)上可分割開;易于實現(xiàn)和維護(hù);能促進(jìn)標(biāo)準(zhǔn)化工作。2023/6/7179層數(shù)多少要適當(dāng)
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