第1章：計算機網(wǎng)絡概論課件

計算機網(wǎng)絡概論第1章2024/1/61本章學習要求了解：計算機網(wǎng)絡的形成與發(fā)展過程。掌握：計算機網(wǎng)絡的定義與分類方法。掌握：計算機網(wǎng)絡的組成與結(jié)構(gòu)的基本概念。掌握：計算機網(wǎng)絡拓撲結(jié)構(gòu)的定義、分類與特點。了解：典型的計算機網(wǎng)絡。了解：網(wǎng)絡計算研究與應用的發(fā)展。

2024/1/621.1計算機網(wǎng)絡的形成與發(fā)展第一階段：20世紀50年代

數(shù)據(jù)通信技術(shù)的研究與發(fā)展第二階段：20世紀60年代

ARPAnet與分組交換技術(shù)的研究與發(fā)展第三階段：20世紀70年代

網(wǎng)絡體系結(jié)構(gòu)與協(xié)議標準化的研究

廣域網(wǎng)、局域網(wǎng)與分組交換技術(shù)的研究與應用第四階段：20世紀90年代

Internet技術(shù)的廣泛應用

網(wǎng)絡計算技術(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)絡與信息安全技術(shù)的研究與發(fā)展

2024/1/631.1.2計算機網(wǎng)絡的形成

1946年世界上第一臺電子數(shù)字計算機ENIAC誕生時，計算機技術(shù)與通信技術(shù)并沒有直接的聯(lián)系；(單機)20世紀50年代初，由于美國軍方的需要，美國半自動地面防空系統(tǒng)（SAGE）的研究開始了計算機技術(shù)與通信技術(shù)相結(jié)合的嘗試；(聯(lián)機系統(tǒng))隨著計算機應用的發(fā)展，出現(xiàn)了多臺計算機互連的需求，網(wǎng)絡用戶希望通過網(wǎng)絡實現(xiàn)計算機資源共享的目的；(需求)典型的研究成果是ARPAnet。(網(wǎng)絡互聯(lián)時代)

2024/1/64計算機通信控制處理機集中器集中器終端終端終端終端終端聯(lián)機系統(tǒng)2024/1/65終端終端終端終端終端終端終端主計算機主計算機主計算機計算機網(wǎng)絡系統(tǒng)2024/1/661.1.5寬帶網(wǎng)絡與全光網(wǎng)絡技術(shù)的研究與發(fā)展

很多國家的政府與企業(yè)投入巨額資金，把寬帶網(wǎng)絡作為戰(zhàn)略產(chǎn)業(yè)來發(fā)展；寬帶網(wǎng)絡在基礎設施、網(wǎng)絡產(chǎn)品、信息服務等多個層面上提供了巨大的市場機會，為新的網(wǎng)絡服務運營商提供了發(fā)展的空間，從而也帶動了網(wǎng)絡產(chǎn)業(yè)的結(jié)構(gòu)調(diào)整；寬帶網(wǎng)絡建設的兩個關鍵是寬帶骨干網(wǎng)技術(shù)和寬帶接入網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展；全光網(wǎng)會給未來通信網(wǎng)的寬帶、容量帶來更大地發(fā)展空間。

2024/1/691.2計算機網(wǎng)絡的定義與分類

資源共享觀點的定義：以能夠相互共享資源的方式互連起來的自治計算機系統(tǒng)的集合。網(wǎng)絡建立的主要目的是實現(xiàn)計算機資源的共享；互連的計算機是分布在不同地理位置的多臺獨立的“自治計算機系統(tǒng)”；連網(wǎng)計算機在通信過程中必須遵循相同的網(wǎng)絡協(xié)議。1.2.1計算機網(wǎng)絡定義的基本內(nèi)容2024/1/6101.2.2計算機網(wǎng)絡的分類計算機網(wǎng)絡的分類方法主要有以下兩種：根據(jù)網(wǎng)絡所使用的傳輸技術(shù)分類；根據(jù)網(wǎng)絡的覆蓋范圍與規(guī)模分類。

2024/1/6111.按網(wǎng)絡傳輸技術(shù)進行分類通信信道的類型有兩類：廣播通信信道；點-點通信信道。相應的計算機網(wǎng)絡也可以分為兩類：廣播式網(wǎng)絡（broadcastnetworks）；點-點式網(wǎng)絡（point-to-pointnetworks）。

2024/1/6122.按網(wǎng)絡的覆蓋范圍進行分類

按覆蓋的地理范圍進行分類，計算機網(wǎng)絡可以分為以下三類：局域網(wǎng)（localareanetwork

，

LAN）；城域網(wǎng)（metropolitanareanetwork

，

MAN）；廣域網(wǎng)（wideareanetwork，WAN）。2024/1/613局域網(wǎng)的技術(shù)特點覆蓋有限的地理范圍，它適用于公司、機關、校園、工廠等有限范圍內(nèi)的計算機、終端與各類信息處理設備連網(wǎng)的需求；提供高數(shù)據(jù)傳輸速率（10Mb/s～10Gb/s）、低誤碼率的高質(zhì)量數(shù)據(jù)傳輸環(huán)境；一般屬于一個單位所有，易于建立、維護與擴展；從介質(zhì)訪問控制方法的角度，局域網(wǎng)可分為共享介質(zhì)式局域網(wǎng)與交換式局域網(wǎng)兩類。2024/1/614局域網(wǎng)的應用領域個人計算機局域網(wǎng)大型計算設備群的后端網(wǎng)絡存儲區(qū)域網(wǎng)絡辦公室與實驗室的網(wǎng)絡企業(yè)與學校的主干網(wǎng)2024/1/615城域網(wǎng)的技術(shù)特點城域網(wǎng)是介于廣域網(wǎng)與局域網(wǎng)之間的一種高速網(wǎng)絡；城域網(wǎng)設計的目標是要滿足幾十公里范圍內(nèi)的大量企業(yè)、機關、公司的多個局域網(wǎng)互連的需求；實現(xiàn)大量用戶之間的數(shù)據(jù)、語音、圖形與視頻等多種信息的傳輸功能；城域網(wǎng)在技術(shù)上與局域網(wǎng)相似。2024/1/616廣域網(wǎng)的技術(shù)特點廣域網(wǎng)也稱為遠程網(wǎng)；覆蓋的地理范圍從幾十公里到幾千公里；覆蓋一個國家、地區(qū)，或橫跨幾個洲，形成國際性的遠程網(wǎng)絡；通信子網(wǎng)主要使用分組交換技術(shù)；它將分布在不同地區(qū)的計算機系統(tǒng)互連起來，達到資源共享的目的。2024/1/6171.3計算機網(wǎng)絡的組成與結(jié)構(gòu)計算機網(wǎng)絡要完成數(shù)據(jù)處理與數(shù)據(jù)通信兩大基本功能。早期計算機網(wǎng)絡主要是廣域網(wǎng)，它從邏輯功能上分為資源子網(wǎng)和通信子網(wǎng)兩個部分：資源子網(wǎng)—負責數(shù)據(jù)處理的主計算機與終端；通信子網(wǎng)—負責數(shù)據(jù)通信處理的通信控制處理機與通信線路。

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資源子網(wǎng)和通信子網(wǎng)結(jié)構(gòu)示意圖

2024/1/6191.3.1資源子網(wǎng)的概念資源子網(wǎng)的組成主機、終端、終端控制器外設、軟件資源、信息資源主機（host）大型機、中型機、小型機、工作站或微機終端（terminal）用戶訪問網(wǎng)絡的界面;終端可以是簡單的輸入、輸出終端，也可以是帶有微處理機的智能終端;終端可以通過主機連入網(wǎng)內(nèi)，也可以通過終端控制器、報文分組組裝與拆卸裝置或通信控制處理機連入網(wǎng)內(nèi)。2024/1/6201.3.2通信子網(wǎng)的概念

通信子網(wǎng)由通信控制處理機、通信線路與其他通信設備組成；

通信控制處理機在網(wǎng)絡拓撲結(jié)構(gòu)中被稱為網(wǎng)絡結(jié)點；通信控制處理機作為與資源子網(wǎng)的主機、終端的連接的接口，將主機和終端連入網(wǎng)內(nèi)；通信控制處理機作為通信子網(wǎng)中的分組存儲轉(zhuǎn)發(fā)結(jié)點，完成分組的接收、校驗、存儲、轉(zhuǎn)發(fā)等功能；2024/1/6211.3.3現(xiàn)代網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)的變化隨著微型計算機的廣泛應用，大量的微型計算機是通過局域網(wǎng)連入廣域網(wǎng)，而局域網(wǎng)與廣域網(wǎng)、廣域網(wǎng)與廣域網(wǎng)的互連是通過路由器實現(xiàn)的；在Internet中，用戶計算機需要通過校園網(wǎng)、企業(yè)網(wǎng)或ISP聯(lián)入地區(qū)主干網(wǎng)，地區(qū)主干網(wǎng)通過國家主干網(wǎng)聯(lián)入國家間的高速主干網(wǎng)，這樣就形成一種由路由器互聯(lián)的大型、層次結(jié)構(gòu)的互聯(lián)網(wǎng)絡。

2024/1/622由路由器互聯(lián)的大型、層次結(jié)構(gòu)的互聯(lián)網(wǎng)絡示意圖2024/1/6231.4計算機網(wǎng)絡的拓撲構(gòu)型1.4.1計算機網(wǎng)絡拓撲的定義拓撲學是幾何學的一個分支，是從圖論演變而來。拓撲學首先把實體抽象成與其大小、形狀無關的點，將連接實體的線路抽象成線，進而研究了點、線、面之間的關系;計算機網(wǎng)絡拓撲是通過網(wǎng)中結(jié)點與通信線路之間的幾何關系表示網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)，反映出網(wǎng)絡中各實體間的結(jié)構(gòu)關系;計算機網(wǎng)絡拓撲主要是指通信子網(wǎng)的拓撲構(gòu)型;拓撲設計對網(wǎng)絡性能、系統(tǒng)可靠性與通信費用都有重大影響。2024/1/6241.星型拓撲以中央節(jié)點為中心，把若干外圍節(jié)點連接起來的輻射式互連結(jié)構(gòu)。2024/1/6252.總線型拓撲采用單根傳輸媒體，把所有的節(jié)點都連接到傳輸媒體上的互連結(jié)構(gòu)。2024/1/6263.環(huán)型拓撲把所有節(jié)點都連接到閉合的環(huán)路上的互連結(jié)構(gòu)。2024/1/6274.樹型拓撲從根節(jié)點開始向下分級，且任何兩個節(jié)點之間都不形成回路的互連結(jié)構(gòu)。2024/1/6285.混合型拓撲結(jié)構(gòu)由多種類型網(wǎng)絡拓撲組合而成的網(wǎng)絡。2024/1/6291.4.2計算機網(wǎng)絡拓撲的分類

網(wǎng)絡拓撲

—按通信子網(wǎng)中通信信道類型分類通信信道類型：廣播信道：一個公共的通信信道被多個網(wǎng)絡結(jié)點共享；點-點線路：每條物理線路連接一對結(jié)點。2024/1/630廣播信道通信子網(wǎng)4種基本拓撲構(gòu)型：廣播信道通信子網(wǎng)4種基本拓撲構(gòu)型：總線型環(huán)型樹型無線通信與衛(wèi)星通信型2024/1/6312.點-點線路的通信子網(wǎng)基本拓撲構(gòu)型點-點線路的通信子網(wǎng)4種基本拓撲構(gòu)型：星型；環(huán)型；樹型；網(wǎng)狀型。2024/1/6321.5典型計算機網(wǎng)絡ARPANETNSFNETInternetInternet22024/1/6331.5.1ARPAnet

1969年11月，實驗性的ARPAnet開通（4臺）；1975年，ARPAnet已經(jīng)連入了100多臺主機，并且結(jié)束了網(wǎng)絡實驗階段，移交美國國防部國防通信局正式運行；1983年1月，ARPAnet向TCP/IP的轉(zhuǎn)換結(jié)束；20世紀80年代中期，ARPAnet成為Internet的主干網(wǎng)；1990年，ARPAnet退役。ARPAnet對網(wǎng)絡的產(chǎn)生與發(fā)展起到重要的影響。

2024/1/6341.5.2NSFnet

1984年NSF（美國國家科學基金會）決定組建NSFnet；NSFnet采取的是一種層次型結(jié)構(gòu)，分為主干網(wǎng)、地區(qū)網(wǎng)與校園網(wǎng)；2024/1/6351.5.3Internet

20世紀80年代中期人們開始認識到Internet的重要作用；20世紀90年代是Internet歷史上發(fā)展的最快的時期；Internet應用主要有E-mail、WWW、Telnet、FTP等，隨著Internet規(guī)模和用戶的不斷增長，Internet上的應用領域也進一步得到開拓；從用戶的角度來看，Internet是一個全球范圍的信息資源網(wǎng)；從網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)角度看，Internet是一個由路由器互聯(lián)起來的大型網(wǎng)際網(wǎng)。2024/1/6361.5.4Internet2

由于Internet的商業(yè)化，業(yè)務量增多，導致網(wǎng)絡性能降低；（原因）1996年10月，一些大學申請建立Internet2，初始運行速率可達10Gb/s；Internet2可以用于多媒體應用領域；Internet2同時支持IPv4和IPv6業(yè)務；利用Internet2可以得到更廣泛的應用，如數(shù)字地球、環(huán)境檢測預報、緊急事務的快速反應系統(tǒng)的應用。（地理信息系統(tǒng)）

2024/1/6371.6網(wǎng)絡計算研究與應用的發(fā)展

移動計算網(wǎng)絡的研究與應用網(wǎng)絡多媒體計算的研究與應用網(wǎng)絡并行計算的研究與應用網(wǎng)絡存儲的研究與應用

2024/1/638不同時代“計算”有不同的含義：手工計算時代計算機計算時代：第一臺電子計算機ENIAC問世為標志（20世紀中期）；網(wǎng)絡時代：提供電子郵件、Web服務、電子商務與IP電話等多項服務（僅僅是開始）；網(wǎng)絡計算時代：網(wǎng)絡成為計算整體，人們的生活、學習和工作將離不開網(wǎng)絡，前提需有高速的帶寬（21世紀將進入）；

1.6.1網(wǎng)絡計算有關概念需求推動了發(fā)展2024/1/639網(wǎng)絡將被看作是最強有力的超級計算環(huán)境，它包含豐富的數(shù)據(jù)計算、存儲、傳輸?shù)雀黝愘Y源；人類生活、學習、工作離不開網(wǎng)絡；電話、電視機、收音機、空調(diào)和家庭安全裝置等各種信息家電都可以聯(lián)入網(wǎng)絡，可以在異地和移動過程中控制和管理。網(wǎng)絡“計算”時代2024/1/6401.6.2移動計算網(wǎng)絡的研究與應用

移動計算是將計算機網(wǎng)絡和移動通信技術(shù)結(jié)合起來，為用戶提供移動的計算環(huán)境。作用：可以在任何時間都能夠及時、準確地將有用信息提供給在任何地理位置的用戶。如用戶在汽車、飛機或火車里隨時隨地辦公，從事遠程事務處理、現(xiàn)場數(shù)據(jù)采集、股市行情分析、戰(zhàn)場指揮、異地實時控制等。2024/1/6411.6.3多媒體網(wǎng)絡的研究與應用多媒體網(wǎng)絡：是指能夠傳輸多媒體數(shù)據(jù)的通信工程網(wǎng)絡系統(tǒng)，網(wǎng)絡和多媒體技術(shù)的結(jié)合的產(chǎn)物；多媒體網(wǎng)絡要求：支持多媒體傳輸所需要的交互性與實時性要求（要求高帶寬）;典型的網(wǎng)絡多媒體系統(tǒng)：有網(wǎng)絡視頻會議系統(tǒng)、分布式多媒體交互仿真系統(tǒng)、遠程教學系統(tǒng)與遠程醫(yī)療系統(tǒng)。2024/1/6421.6.4網(wǎng)絡并行計算的研究與應用并行計算：是使用多個CPU或計算機來協(xié)同工作的計算模式。并行計算的結(jié)構(gòu)可以是上千個CPU組成的大型并行計算機，也可以是由網(wǎng)絡互聯(lián)的多臺計算機組成的虛擬超級計算機。網(wǎng)絡并行計算：是指基于網(wǎng)絡環(huán)境的并行計算。網(wǎng)絡并行計算分機群計算和網(wǎng)格計算。2024/1/643機群計算機群計算是采用高速網(wǎng)絡連接一組工作站或微機組成一個機群，或在通用網(wǎng)上尋找一組空閑處理機形成一個動態(tài)的虛擬機群，在中間件管理控制下提供具有很高性價比的高性能計算服務。2024/1/644網(wǎng)格計算（范圍更廣、設備類型更多）網(wǎng)格計算被定義為一個廣域范圍的無縫的集成和協(xié)同計算環(huán)境；網(wǎng)格計算把各種其他類遠程資源和設備組織成統(tǒng)一的整體，這些設備包括從傳感器到數(shù)據(jù)源、從超級計算機到個人數(shù)字設備等廣泛的領域，對用戶提供最普遍的服務；網(wǎng)格計算也可理解為一種把廣義的各類資源（包括機群系統(tǒng)）綜合起來的超級機群；2024/1/645傳統(tǒng)互聯(lián)網(wǎng)實現(xiàn)了計算機硬件的連通，為人們提供電子郵件、網(wǎng)頁瀏覽等通信功能。網(wǎng)格試圖實現(xiàn)互聯(lián)網(wǎng)上所有資源的全面連通。它要把整個互聯(lián)網(wǎng)整合成一臺巨大的超級計算機，實現(xiàn)計算資源、存儲資源、通信資源、軟件資源、信息資源、知識資源的全面共享。網(wǎng)絡發(fā)展的新趨勢，就是要將萬維網(wǎng)（WorldWideWeb）升華為網(wǎng)格（GreatGlobalGrid）。

網(wǎng)格計算與互聯(lián)網(wǎng)的關系2024/1/6461.6.5存儲區(qū)域網(wǎng)絡的研究與應用

Internet與存儲技術(shù)的結(jié)合，數(shù)據(jù)存儲數(shù)量的劇增