第1章：计算机网络概论

分组交换技术
• 通信子网结构与分组交换原理示意图
IMP（路由器） 分组 通信子网 源主机 发送 进程 B A D C E 目的主机 接收 进程
13 《计算机网络》第1章 计算机网络概论
• ARPANET最早四个节点的结构
SDS 940
#2 SRI
#4 UTAH
IBM360/75
#3 UCSB DEC PDP-10 #1 UCLA
30 《计算机网络》第1章 计算机网络概论
• 宽带城域网应用领域
电子商务 社区网络服务 远程教育 网络银行 Internet
电子政务 宽带城域网
远程医疗
城市公共服务
办公室
云计算平台
家庭网络
31 《计算机网络》第1章 计算机网络概论
宽带城域网技术的主要特征
• 完善的光纤传输网是宽带城域网的基础。 • 传统电信、有线电视与IP业务的融合成 为了宽带城域网的核心业务。 • 高端路由器和多层交换机是宽带城域网 的核心设备。 • 扩大宽带接入的规模与服务质量是发展 宽带城域网应用的关键。
24 《计算机网络》第1章 计算机网络概论
1.3 计算机网络定义与分类 1.3.1 计算机网络定义
计算机网络是“以相互共 享资源的方式互联起来的 自治计算机系统的集合”。
25 《计算机网络》第1章 计算机网络概论
计算机网络主要特征：
• 组建计算机网络的主要目的是实现计算 机资源的共享。
• 互联的计算机系统是自治的系统。
NSFNET退役
1996年 Internet2
军事目的
研究目的
商业目的
16 《计算机网络》第1章 计算机网络概论
1.1.3 Internet的高速发展与信息高速公路 的建设
• 1993年9月，美国公布了国家信息基础设施 （NII）建设计划，NII被形象地称为信息高速 公路。 • 1995年2月全球信息基础设施委员会（GIIC） 成立，目的是推动与协调各国信息技术与信息 服务的发展与应用。 • 电信运营商纷纷将竞争重点和大量资金转移到 高效、经济、支持大量用户接入和支持多种业 务的城域网建设中。
32 《计算机网络》第1章 计算机网络概论
宽带城域网的功能结构
宽带城域网
业务管理系统
网络管理系统
管理平台 VPN 业务平台
Voice 城市宽带 出口
Video
IP data
IDC
国家主干网
核心层 汇聚层 接入层
网络平台
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宽带城域网网络层次结构
路由器/交换机 城市宽带 出口 核心交换环网 OC-48/192 OC-48/192 OC-48/192 汇 聚 层 OC-48/192 核 心 层
• 联网计算机之间的通信必须遵循共同的 网络协议
26 《计算机网络》第1章 计算机网络概论
1.3.2 计算机网络的分类方法 • 计算机网络按照其覆盖的地理范围进行 分类，可以很好地反映不同类型网络的 技术特征。 • 按覆盖的地理范围划分，计算机网络可 以分为：广域网、城ห้องสมุดไป่ตู้网、局域网与个 人区域网。
17 《计算机网络》第1章 计算机网络概论
1.1.4 宽带城域网与三网融合技术的发展
云计算平台
PSTN 有线电话网
3G/4G 无线移动通信网 网关
Internet
CATV传输网 网关
IPTV 移动/固定电话用户+电视用户+互联网用户 互联网用户+电话用户+电视用户 电视用户+互联网用户+电话用户
18 《计算机网络》第1章 计算机网络概论
23 《计算机网络》第1章 计算机网络概论
第三条主线：网络安全技术 • 现实社会对网络技术依赖的程度越高，网 络安全技术就越显得重要。 • 目前网络攻击呈现出“趋利性”的特点。
• 网络安全是一个系统的社会工程，涉及技 术、管理、道德与法制环境等多个方面。 • 物联网将要面临着更为严峻的网络安全问 题。
• 通过射频标签RFID、各种类型的传感器 与传感网，以及光学视频感知与摄录设 备，能够方便、自动地采集各种物品、 环境信息，拓宽了人与人、人与物、物 与物之间更为广泛的信息交互，促进了 物联网（IoT）技术的形成与发展。 • 随着网络应用的快速增长，社会对网络 安全问题的重视程度也越来越高。强烈 的社会需求推动了网络安全技术的快速 发展。
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《计算机网络》第1章 计算机网络概论
本章知识点结构
计算机网络的形成与发展
计算机网络发展的三条主线
计算机网络定义
广域网 城域网
计算机网络分类 局域网 计算机网络组成与结构 个人区域域网
计算机网络拓扑
分组交换的基本概念
4 《计算机网络》第1章 计算机网络概论
1.1 计算机网络的形成与发展 1.1.1 计算机网络发展阶段的划分 第一阶段：计算机网络技术与理论准备阶段 （可以追溯到20世纪50年代） • 数据通信技术日趋成熟，为计算机网络的 形成奠定了技术基础。 • 分组交换概念的提出为计算机网络的研究 奠定了理论基础。
• 物联网是Internet的接入方式的延伸与功 能的扩展。 • 物联网实现物理世界与信息世界的无缝 连接。 • 物联网预示着网络技术将会在更大范围、 更深层次应用的发展趋势。 • 物联网提出了很多新的研究课题。
20 《计算机网络》第1章 计算机网络概论
1.2 计算机网络技术发展的三条主线
主线1 ARPANET - TCP/IP - Internet 广域网/城域网/局域网 网络体系结构与网络协议
汇聚环网 OC-3/12
汇聚环网
OC-3 接 入 层
交换机
路由器
交换机
路由器
电话交换机
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1.3.5 局域网 局域网的定义 • 局域网（LAN）用于将有限范围内（例 如一个实验室、一幢大楼、一个校园） 的各种计算机、终端与外部设备互联成 网。 • 按照采用的技术、应用范围和协议标准 的不同，局域网可以分为共享局域网与 交换局域网。
SDS SIGMA7
14 《计算机网络》第1章 计算机网络概论
2．TCP/IP协议研究与发展
• ARPANET的协议结构
主机-主机协议 主机 主机
通信子网 源IMP-目的IMP协议 IMP IMP IMP
IMP IMP-IMP协议
IMP
15 《计算机网络》第1章 计算机网络概论
3．NSFNET对Internet发展的影响
35 《计算机网络》第1章 计算机网络概论
局域网主要技术特征
• 局域网覆盖有限的地理范围，它适用于机关、校园、工 厂等有限范围内的计算机、终端与各类信息处理设备连 网的需求。 • 局域网能够提供高数据传输速率（10Mbps～100Gbps）、 低误码率的高质量数据传输环境。 • 局域网一般属于一个单位所有，易于建立、维护与扩展。 • 决定局域网性能的三个因素是：拓扑、传输介质与介质 访问控制方法。 • 局域网可以用于办公室、家庭个人计算机的接入，园区、 企业与学校的主干网络，以及大型服务器集群、存储区 域网络、云计算服务器集群的后端网络。
6 《计算机网络》第1章 计算机网络概论
第三阶段：网络体系结构的研究 （20世纪70年代中期开始） • OSI参考模型的研究对网络理论体系的形 成与发展，以及在网络协议标准化研究 方面起到了重要的推动作用。 • TCP/IP协议经受了市场和用户的检验， 吸引了大量的投资，推动了Internet应用 的发展，成为业界标准。
7 《计算机网络》第1章 计算机网络概论
第四阶段：Internet应用、无线网络与网络 安全技术研究的发展 （从20世纪90年代开始）
• Internet作为全球性的网际网与大型信息 系统，在当今政治、经济、文化、科研、 教育与社会生活等方面发挥了越来越重 要的作用。 • Internet大规模接入推动了接入技术的发 展，促进了计算机网络、电信通信网与 有线电视网的“三网融合”。
28 《计算机网络》第1章 计算机网络概论
1.3.3 广域网
广域网具有两个主要的特征：
•广域网是一种公共数据 网络。 •广域网研究的重点是宽 带核心交换技术。
29 《计算机网络》第1章 计算机网络概论
1.3.4 城域网 • 宽带城域网的定义
宽带城域网是以IP协议为基础，通过计算 机网络、广播电视网、电信网的三网融合， 形成覆盖城市区域的网络通信平台，为语 音、数据、图像、视频传输与大规模的用 户接入提供高速与保证质量的服务。
1.1.5 物联网技术的形成与发展
• 物联网是在Internet技术的基础上，利用 射频标签、无线传感与光学传感等感知 技术，自动获取物理世界的各种信息， 通过三网融合形成的下一代网络系统， 构建一个覆盖世界上人与人、人与物、 物与物的智能信息系统。
19 《计算机网络》第1章 计算机网络概论
理解物联网的基本概念，需要注意的几个问题：
22 《计算机网络》第1章 计算机网络概论
第二条主线：从无线分组网到无线自组网、无线 传感器网络
• 在无线分组网的基础上发展起来的无线自组网Ad hoc 是一种特殊的无线、自组织、对等、多跳、移动的网 络，具有重要的应用价值。 • 无线传感器网络WSN的研究受到高度关注，被评价为 “21世纪最有影响的21项技术之一”和“改变世界的十大 技术之首”。 • 无线传感器网络已经成为物联网重要的支撑技术之一。 • 无线个人区域网络在家庭网络中的应用具有很好的应 用前景。无线个人区域网的802.15.4标准、蓝牙协议、 ZigBee协议已经成为当前研究与应用的热点。
5 《计算机网络》第1章 计算机网络概论
第二阶段：计算机网络的形成 （从20世纪60年代） • ARPANET的成功运行证明了分组交换 理论的正确性。 • TCP/IP协议的广泛应用为更大规模的网 络互联奠定了坚实的基础。 • E-mail、FTP、TELNET、BBS等应用展 现出网络技术广阔的应用前景。
个人区域网 PAN 0 10m 局域网 LAN 10km 城域网 MAN 100km 广域网 WAN 1000km
27 《计算机网络》第1章 计算机网络概论
理解网络分类需要注意几个问题：
• 距离数据只是一些参考值，这之间没有严格的 界限。 • 随着技术的进步，局域网、城域网、广域网之 间的界限越来越模糊了。 • 连接用户10m之内的数字移动终端设备的网络 多是用无线通信技术，因此个人区域网更准确 的含义是无线个人区域网。 • 无线个人区域网（WPAN）是目前发展最为迅 速的领域之一。
8 《计算机网络》第1章 计算机网络概论
• 对等（P2P）网络技术的研究，使得“即 时通信”等新的网络应用不断涌现，进 一步丰富了人与人之间信息交互与共享 的方式。 • 无线局域网与无线城域网技术日益成熟， 并已进入应用阶段。无线自组网、无线 传感器网络的研究与应用受到了高度重 视。
9 《计算机网络》第1章 计算机网络概论
1957年 设立DARPA 1969年 启动ARPANET 1969年 UNIX发布 MILNET运行 ARPANET退役 1980年 TCP/IP标准化 1983年 ARPANET与 MILNET分离 ARPANET与 NSFNET互联 1986年 启动NSFNET 1990年 NSFNET 成为主干网 1991年 1993年 Internet进入 快速发展阶段
主线2
无线分组网- 无线自组网 - 无线传感器网络
主线3
网络安全
21 《计算机网络》第1章 计算机网络概论
第一条主线：从ARPANET到Internet
• ARPANET的研究奠定了Internet发展的基础， 而联系两者的是TCP/IP协议。 • 在Internet形成过程中，广域网、城域网、局 域网与个人区域网技术逐步成熟。 • 今后除了计算机之外，各种PDA、智能手机、 传感器、射频标签系统等移动数字终端设备都 会连接到Internet之中。 • P2P技术受到学术界与产业界的高度重视。新 的基于P2P网络应用不断出现，成为21世纪网 络应用重要的研究方向之一。
10 《计算机网络》第1章 计算机网络概论
1.1.2 计算机网络的形成与发展
1．ARPANET研究 通信网络方案的设计两个基本问题： • 网络拓扑结构
• 数据传输方式
11 《计算机网络》第1章 计算机网络概论
• 集中式和非集中式 拓扑构型
(a) 集中式
(b) 非集中式
• 分布式网络 拓扑构型
12 《计算机网络》第1章 计算机网络概论
〃普通高等教育精品教材 〃普通高等教育“十一五”国家级规划教材
计算机网络
(第3版)
吴功宜 编著
第1章 计算机网络概论
本章学习要求： • • • • 了解：计算机网络的形成与发展过程。 掌握：计算机网络的定义与分类。 掌握：计算机网络的组成与结构的基本概念。 掌握：计算机网络拓扑构型的定义、分类与 特点。 • 掌握：分组交换的基本概念。