计算机网络在信息时代的作用

1.3 计算机网络的分类
1.3.1 计算机网络的不同定义
在计算机网络的发展过程中，人们从不同侧面 对其提出了不同的定义，主要分以下三类： ① 从强调信息传输的广义观点出发 ② 从强调资源共享的观点出发 ③ 从用户透明性的角度出发
计算机网络包括有三个方面的含义： ① 必须有两台或两台以上的具有独立功能的计算机系统相互 连接起来，以达到共享资源为目的。 ② 两台或两台以上的计算机连接，互相通信交换信息，必须 有一条通道。这条通道的连接是物理的，由物理介质来实现。 ③ 计算机系统之间的信息交换，必须有某种约定和规则， 这就是协议。这些协议可以由硬件或软件来完成。 从以上三个方面，我们可以把计算机网络归纳为： 把分布在不同地点且具有独立功能的多个计算机系统通 过通信设备和线路连接起来，在功能完善的网络软件和协议 的管理下，以实现网络中资源共享为目标的系统。 即“一些互相连接的、自治的计算机的集合”
1.2.3 关于因特网的标准化工作（自学） ISOC （INTERNET SOCIETY） IAB（INTERNET ARCHITECTURE BOARD） IETF（INTERNET ENGINEERING TASK FORCE） IRTF（INTERNET RESEARCH TASK FORCE）
第1章 概述
1.1 计算机网络在信息时代的作用 1.2 计算机网络的发展过程 1.3 计算机网络的分类 1.4 计算机网络的主要性能指标 练习题
1.1 计算机网络在信息时代的作用
21世纪的重要特征：数字化、网络化、信息化 网络为核心的信息时代：三网合一 电信网络 有线电视网络 计算机网络 因特网时代
2) 存储转发技术
本地邮政 支局 海淀邮政 支局 市总局按地 址往省市邮 政局投寄邮 件、发往天 津的邮件投 到天津市 北京市邮政总局 支局把发 往外地邮 件投到市 总局 用户 投寄 邮件 长沙市邮政局
本地邮政 支局
沈阳市邮政局
天津市邮政局
省市邮政 局收到各 地局来的 邮件按地 址发往各 支局
支局收到 市邮政局 来的邮件 按地址交 给用户
环 笔记本 桌面计算机
苹果计算机
IBM兼容机
图1-14 环形结构网络
5) 全部互连 网络中任意两节点间都有直接的通道相连，故通信速度快、 可靠性高，但建网投资大、灵活性差，主要应用在节点少、 可靠性要求高的军事或工业控制的场合。
3. 网络的作用范围分类
计算机网络分为局域网、城域网、广域网和因特网
1)局域网
局域网是局部地区网的简称，计算机网络的通信距离通常限 于中等规模的地理区域内，一般不超过10 km，可以 一个单 位或地区组建。 2) 广域网 广域网又称远程网，其覆盖范围可以是几个城市、地区，甚 至国家、洲和全球。 3) 城域网 城域网是介于局域网与广域网之间的高速网络，其规模限于 一个城市范围 。
中心主机 线 路 控 制 器 IBM AS/400 电话网PSTN 电话网PSTN
Modem
Modem
终端
图1-2 具有通信功能的单机系统
电话网 PSTN 中心主机 多重 线路 控制 器 IBM AS/400 Modem Modem ● ● ● ● ● ● Modem Modem 终端
Modem
Modem
1.3.2 计算机网络的几种不同分类方法
1. 按交换方式分类：电路交换、报文交换、分组交换、混合 交换 2. 网络的拓扑结构分类：集中式网络、分散式网络、分布式 网络。 具体有总线型、星形、环形、树形、不规则形。 1）总线形结构
打印机
服务器
终端电阻
笔记本 苹果计算机
IBM兼容机
图1-11 总线形结构网络
4. 网络的使用范围分类 公用网、专用网
5. 网络通信方式分类 1) 点—点通信
笔记本
H3
H4
小型机
H5
H1
节点主机B
节点主机D
Mac 计算机 节点主机E
IBM兼容机 节点主机A 通信子网 节点主机C 工作站
图1-15 点―点通信方式
2) 广播式通信 在广播式通信子网中只有一个公共通信信道，为所有 节点共享使用，任一时刻只允许一个节点使用公用信道。
练 习 题
1 假设两个用户之间的传输线路由3段组成（有两个转节 点），每段的传播延时为10-3s，呼叫建立的时间（线 路交换或虚电路）为0.2 s，在这样的线路上传送3200 bit的报文，分组的大小为1024 bit，报头的开销为16 bit， 线路的数据速率是9600 b/s。试分别计算在下列各种交 换 方式下端到端的延迟时间： (1) 电路交换； (2) 报文交换； (3) 数据报； (4) 虚电路。 2. 教材p19习题2、3、6、7、9、10
1.4.2 时延
时延概念：一个报文或分组从一个网络的一端传 送到另一端所需时间。 时延组成： （1）传播时延：电磁播在信道中传播所需的时间， 计算公式： 传播时延=信道长度/电磁波在信道上的传播速率 （2）发送时延：发送数据所需的时间。计算公式： 发送时延=数据块长度/信道宽度 注意：区分信号传输速率（信道带宽）、电磁波 在信道上的传播速率不同概念。 （3）排队时延：数据在交换结点等候发送时在缓存 队列中所经历的时延。
2）资源子网 资源子网一般由主机系统、终端、相关的外部设备和 各种软硬件资源、数据资源组成。 介绍常用的几个网络单元及其在网络中的作用 (1) 主计算机 主计算机是在计算机网络中承担数据处理的计算机系 统，可以是单机系统，也可以是多机系统。 (2) 通信处理机 通信处理机也称节点计算机或前端处理机。它是主计 算机与通信线路之间设置的计算机，负责通信控制和 通信处理工作 。 (3) 集中器 集中器设置在终端较集中的地方，它把若干终端用低
1.2 计算机网络的发展过程
计算机网络的发展主要经过： 计算机网络互联初期的面向终端的计算机通信网 以通信子网为中心的分组交换网 符合开放系统互连基本参考模型的计算机网络 新一代宽带综合业务数字网等几个阶段。其中 Internet/Intranet 发展最为迅速。
1.2.1计算机网络的产生 面向终端的计算机网络
数据传送的总时延：
总时延=传播时延+发送时延+排队时延 各类时延在总时延中所占地位分析：举例： p17 三种时延所产生的地方：p17 图1-11
1.4.3 时延带宽积和往返时延
时延带宽积概念p18 图1-12 往返时延（RTT）：从发送端发送数据开始， 到发送端收到来自接收端的确认，所经历的时 延
传播 延迟
图1-10 各种交换过程的事件时序比较 (a) 电路交换； (b) 报文交换； (c) 报文分组交换
1.2.2 因特网时代(自学） 互联网名词说明（p8） 互联网起源：ARPANET（ARPANET、 MILNET） NSFNET 与INTERNET WWW 与INTERNET的发展 下一代因特网计划（NGI）
Leabharlann Baidu
H3
H4
笔记本 节点主机F
小型机 H5
节点主机B Mac 计算机 H1 节点主机A IBM兼容机 通信子网 节点主机C 工作站 节点主机D 节点主机E H2
图1-7 以通信子网为中心的分组交换网
报文交换 报文交换类似于发送信件。 报文分组交换 （1）数据报 数据报方式是通信子网将进入子网的分组当作“小报 文”处 H4 理. H3
终端
终端
图1-3 采用多重线路控制器的“具有通信功能的单机系统”
3． 具有通信功能的多机系统 把带有前端处理机及集中器的这样一种系统称为具 有通信功能的多机系统，如图1-4所示。
低速线路 电话网PSTN 电话网PSTN 高速线路 Modem 中心主机 前端处理机 Modem 集中器 ● ● ● ● ● ●
河西区邮政 支局
东城邮政 支局
本地邮政 支局 本地邮政 支局
图1- 6 采用存储转发的邮政通信工作模式
3) 分组交换的几个概念
报文：发送的整块数据。 分组（包）：报文划分成更小的等长数 据段，加上控制信息组成的首部报头 （源地址、目的地址）。 无连接的数据传输 结点交换机和链路（p5 图1-4） 分组交换的优缺点（p6 表1-1）
1．早期的“单机工作模式”
中央主机按一定 优先级算法处理任务
用
队提 户排
任务 交
输出 结
果
IBM AS/400
图1-1 多个用户使用计算机的“单机工作模式”
2 具有通信功能的单机系统 20世纪50年代，一种叫做收发器的终端制作出来 了。该设备是一种具有通信功能的输入／输出设备， 它可以通过电话线路与远程的计算机连接起来，把数 据传给远程的计算机，同时可以接受远程的计算机传 来处理完的数据结果。
终端
终端
终端
图1- 4 具有通信功能的多机系统
4. 分组交换网
1) 电路交换技术 在拨号的过程中，电话网中的程控交换机建立物理通路的 过程，我们称之为电路交换 。 面向连接：建立连接、通信、释放连接 交换：按照某种方式动态地分配传输线路的资源。
呼叫时 建立的 物理连 接
电话
电话
交换局
图 1-5 电路交换的工作模式
2）星形结构
服务器 打印机
集线器 笔记本 桌面计算机
苹果计算机
IBM兼容机
图1-12 星形结构网络
3) 树形结构
交换机设备 服务器 打印机
交换机设备 笔记本
交换机设备
桌面计算机 苹果计算机 IBM兼容机
图1-13 树形结构网络
4) 环形结构 环形结构网络即网络中节点计算机连成一个环路
服务器
打印机
笔记本 小型机 2 H5 节点主机B 节点主机F
2
Mac计算机 节点主机D
1
2
H 1 节点主机A
节点主机E
1
H2
工作站 IBM兼容机 节点主机C 通信子网
图1-8 数据报传输分组交换
（2）虚电路：在发送任何分组前，先建立一条端到端的 逻辑连接，各结点不需为每个分组作路径判定，但分 组在每个结点上仍需缓冲、排队。
服务器
打印机
笔记本
以太网
苹果计算机
IBM 兼容机
图1-16 广播式通信方式
1.3.4 计算机网络的结构
计算机网络主要由计算机系统（包括计算机和终端）、 网络节点（通信处理机）和通信链路（通信线路和网 络设备）等网络单元组成。从功能上可以将计算机网 络分为资源子网和通信子网。 1）通信子网 不同类型的网络，其通信子网的物理组成各不相同。局 域网最简单，它的通信子网由物理传媒介质和主机网络 接板（网卡）组成。而广域网，除物理传媒介质和主机 网络接板（网卡）外，必须靠通信子网的转接节点传递 信息。
H3 H4
笔记本
小型机
H5
节点主机B 节点主机F
Mac 计算机
H1
节点主机A
节点主机D
H2
节点主机E
工作站 IBM兼容机 节点主机C 通信子网
图1-.9 虚电路传输分组交换
3．三种交换方式比较 电路交换、报文交换、报文分组交换
呼叫请求信号 时 间 寻找线 路所花 时间 呼叫 接收 数据 传输 时间 AB 干线 A B (a) BC 干线 C CD 干线 D A B (b) C D A B (c) C D 报文 排队 延迟 传播 延迟 报文 P1 P2 P3 P1 P2 P3 P1 P2 P3 报文
速线路先集中起来再与高速线路连接，以提 高通信效率，降低通信费用。 (4) 调制解调器 调制解调器提供计算机等数字信号与话音频 带线路等模拟信号之间的转换。 (5) 通信线路 通信线路主要用来连接网络各节点。
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1.4 计算机网络的主要性能指标
1.4.1 带宽
带宽：本意指某个信号具有的频带宽度。 数字信道带宽：信道上能够传送的数字信号的 速率，即数据率或比特率。 带宽单位：bit/s、kbit/s、Mbit/s、Gbit/s 信号在时间轴上的宽度变化