高性能计算机网络第1章

1996年 Internet2
军事目的
研究目的
商业目的
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1.2 计算机网络技术发展的3条主线
• 第一条主线是从ARPANET到 Internet； • 第二条主线是从无线分组网到无 线自组网、无线传感器网络的无 线网络技术； • 第三条主线是网络安全技术。
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1.1.2 计算机网络的形成与发展 • 网络拓扑结构设计思路
—集中式和非集中式的拓扑构型
(a) 集中式
(b) 非集中式
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• 分布式网络的拓扑构型
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分组交换技术的基本设计思路
分组交换技术的3个重要的概念：
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第一条主线：从ARPANET到Internet（3） • 随着互联网的广泛应用，计算机网络、 电信网络与有线电视网络从结构、技术 到服务领域正在快速地融合，成为21世 纪信息产业发展最具活力的领域。
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第二条主线：从无线分组网到无线自组网、 无线传感器网络（1） • 从是否需要基础设施的角度来看，无线 网络可以分为基于基础设施与无基础设 施的两类。802.11无线局域网（WLAN ）与802.16无线城域网（WMAN）属于 需要基础设施的一类无线网络。 • 无线自组网、无线传感器网络属于不需 要基础设施的另一类无线网络。
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第二条主线：从无线分组网到无线自组网、 无线传感器网络（2） • 在无线分组网的基础上发展起来的无线 自组网（Ad hoc）是一种特殊的自组织 、对等式、多跳、无线移动网络，它是 军事、特殊应用领域有着重要的应用前 景。 • 无线网状网（WMN）是无线自组网在接 入领域的一种应用。
分组
B
分组
C
分组
D
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ARPANET设计思想
• 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 发送主机 发送 进程 A D B C E 接收主机 接收 进程
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ARPANET最早4个结点的结构
SDS 940
#2 SRI
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城域网（MAN）的基本特征
• 城域网的设计目标是要满足几十公里范 围内的大量企业、机关、公司的多个局 域网互联的需求，以实现大量用户之间 的数据、语音、图形与视频等多种信息 的传输。 • 宽带城域网的概念逐渐取代传统意义上 的城域网。 • 宽带城域网已经成为目前研究、应用与 产业发展的一个重要领域。
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计算机网络技术教程
—自顶向下的分析与设计方法
吴功宜 吴英
编著
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第 1章 计算机网络概论
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主要内容
本章主要讨论以下几个问题： 〃什么是计算机网络？ 〃计算机网络是如何形成与发展的？ 〃计算机网络可以分为哪几种类型？ 〃如何理解网络拓扑的基本概念？ 〃如何认识互联网的网络结构？ 〃处理复杂网络问题的基本方法是什么？
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 与MILNET分离 ARPANET与 NSFNET互联 1986年 启动NSFNET 1990年 形成以NSFNET为 主干网络 1991年 NSFNET退役 1993年 Internet进入 快速发展阶段
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—无线局域网与无线城域网技术日益成熟，已经进入 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； —对等（P2P）网络的研究使新的网络应用不断涌现， 成为现代信息服务业新的产业增长点； —随着网络应用的快速增长，新的网络安全问题不断 出现，促使网络安全技术的研究与应用进入高速发 展阶段。
• 局域网 • 城域网 • 广域网
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局域网（LAN）的基本特征
• 局域网用于将有限范围内（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； • 局域网可以分为共享局域网与交换局域 网； • 局域网技术发展迅速，应用日益广泛， 是计算机网络中最活跃的领域之一。
计算机网络发展的3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
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
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第一条主线：从ARPANET到Internet（1） • ARPANET的研究奠定互联网发展的基 础，而联系二者的是TCP/IP协议。 • 在从ARPANET演变到互联网的过程中 ，强烈的社会需求促进广域网、城域网 与局域网技术的研究与应用的发展，而 广域网、城域网与局域网技术的成熟与 标准化，又加速了互联网的发展进程。
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计算机网络发展的4个阶段（2）
• 第二阶段：计算机网络的形成 —从20世纪60年代ARPANET与分组交换技术开始； • 这个阶段的特点与标志性成果主要表现在： — ARPANET的成功运行证明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坚 实的基础。 —DNS、E-mail、FTP、TELNET、BBS等应用展现了网 络技术应用的广阔前景。
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TCP/IP协议研究与发展
• ARPANET协议主要包括：主机-主机协议、源 IMP-目的IMP协议、IMP-IMP协议；
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
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1.3.2 计算机网络的分类
计算机网络分类的方法：
• 按网络采用的传输技术分类
• 按网络覆盖的地理范围分类
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按传输技术分类
• 广播通信信道—广播网络 • 点-点通信信道—点-点网络
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按照覆盖的地理范围进行分类
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第一条主线：从ARPANET到Internet（2）
• 与传统的客户/服务器（C/S）工作模式不同， 对等（P2P）wenku.baidu.com作模式淡化了服务提供者与服 务使用者的界限，从而达到进一步扩大网络资 源共享范围和深度，提高网络资源利用率，达 到信息共享最大化的目的。 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。
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第三条主线：网络安全（1） • 人类创造了网络虚拟社会的繁荣，也是 人类制造了网络虚拟社会的麻烦。 • 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。网络安全 是网络技术研究中一个永恒的主题。 • 在“攻击—防御—新攻击—新防御”的循环 中，网络攻击技术与网络反攻击技术相 互影响、相互制约，共同发展，这个过 程将一直延续下去。
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第二条主线：从无线分组网到无线自组网、 无线传感器网络（3） • 如果说广域网作用是扩大信息社会中资 源共享的范围，局域网是进一步增强信 息社会中资源共享的深度，无线网络增 强人类共享信息资源的灵活性，那么无 线传感器网络将会改变人类与自然界的 交互方式，它将极大地扩展现有网络的 功能和人类认识世界的能力。
• 分组 • 路由选择 • 存储转发
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报文与报文分组
报文的数据 100101001011101010100101010100111011······0101010101011111010100000101001010
分组头
10010101···110101111 分组1
• 1977年10月，ARPANET研究人员决定 将初期的TCP分为传输控制协议（TCP ）与互联网络协议（IP）； • TCP协议主要用于实现源主机与目的主 机之间的分布式进程通信的功能； • IP协议主要用于实现分组通过通信子网 的路由选择功能。
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从ARPANET到Internet的发展过程
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1.3 计算机网络的定义与分类
计算机网络的定义：
以能够相互共享资源的方式 互联起来的自治计算机系统 的集合。
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计算机网络的基本特征：
• 计算机网络建立的目的是实现计算 机资源的共享。 • 互联的计算机是分布在不同地理位 置的多台独立的“自治计算机系统”。 • 联网计算机之间的通信必须遵循共 同的网络协议。
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第三条主线：网络安全（2） • 从当前的发展趋势看，网络安全问题已 超出技术和传统意义上计算机犯罪的范 畴，已发展成为国家之间一种政治与军 事的手段。
• 各国只能立足于自身，研究网络安全技 术，培养专门人才，发展网络安全产业 ，构筑网络与信息安全保障体系。
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#4 UTAH
IBM360/75
#3 UCSB DEC PDP-10 #1 UCLA
SDS SIGMA7
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ARPANET的主要贡献
• 开展了对计算机网络定义与分类方法的 研究。 • 提出了资源子网与通信子网的二级网络 结构概念。 • 研究了分组交换的协议与实现技术。 • 研究了层次型网络体系结构的模型与协 议体系。 • 开展了TCP/IP协议与网络互联技术的研 究。
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第二条主线：从无线分组网到无线自组网、 无线传感器网络（3） • 当无线自组网技术日趋成熟的时候，无 线通信、微电子、传感器技术得到快速 发展。在军事领域中，人们提出将无线 自组网与传感器技术相结合的无线传感 器网络技术研究。 • 无线传感器网络（WSN）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”。
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1.1 计算机网络发展的4个阶段（1）
• 第一阶段：计算机网络技术与理论准备阶段 — 时间追溯到20世纪50年代；
• 这个阶段的特点与标志性成果主要表现在： — 数据通信的研究与技术的日趋成熟，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。
分组头
01001010···101010101 分组2
···
分组头
111110101···10101010 分组n
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报文存储转发与分组存储转发过程的比较
分组
P1
报文
P2 P3 P4 P1 P2 P3 P4 P1 P2 P3 P4
报文
报文
t
t
A
报文
B
报文
C
报文
D
A
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计算机网络发展的4个阶段（3）
• 第三阶段：网络体系结构的研究 —大致是从20世纪70年代中期开始； • 这个阶段的特点与标志性成果主要表现在： — OSI参考模型的研究对网络理论体系的形成与发展， 以及在推进网络协议标准化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，推动了互联网应用的发展，成为业界事实上的 标准。
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计算机网络发展的4个阶段（4）
• 第四阶段：互联网应用、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； • 这个阶段的特点与标志性成果主要表现在： —互联网作为全球性的网际网与信息系统，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； —计算机网络与电信网络、有线电视网络“三网融合” 促进了宽带城域网概念、技术的演变。
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广域网（WAN）的基本特征