计算机网络概论

网络的应用正在改变着人们生活方式、工作方式、思 维方式与意识形态； 网络社会正在与现实社会融为一体； 网络已不仅仅是一门技术，网络的应用正在改变着我 们的现实世界，而且也正在创造着我们的未来世界； 网络应用水平已经成为影响一个国家与地区经济、文 化、军事和科学发展的重要因素之一； 网络技术是人类在21世纪生存与发展必须具备的技能。 21世纪是信息化的世纪，她也必然是网络的世纪；
1976年：CCITT通过X.25建议书； 提出公开密钥密码体制； 1977年：ISO组织成立SC16分委员会，着手研究开放 系统互连参考（OSI）模型; 1979年：ISO提出高级数据链路控制（HDLC）协议； 1980年：Novell公司开发成功NetWare局域网操作系统； 1981年：第一台智能Modem(SmartModem1200)应用； 宽带、CSMA/CD、75欧姆CATV电缆的王安网开 发成功；
网络协议主要由以下三个要素组成： 语法，即用户数据与控制信息的结构与格式； 语义，即需要发出何种控制信息，以及完成的动作与做出的响应； 时序，即对事件实现顺序的详细说明； 网络需要制定一整套复杂的协议集 （protocol stack）；
层次的基本概念
层次（Layer）是人们对复杂问题处理的基本方法； 将总体要实现的很多功能分配在不同的层次中； 每个层次要完成的服务及服务实现的过程有明确规定； 不同的系统具有相同的层次； 不同系统的同等层具有相同的功能； 高层使用低层提供的服务时，并不需要知道低层服务 的具体实现方法； 接口（Interface）是同一结点内相邻层之间交换信息 的连接点 ；
层次结构： OSI参考模型定义了开放系统的层次结构、层次之间的相互关系 及各层所包括的可能的服务； 它是作为一个框架来协调和组织各层协议的制定，也是对网络内 部结构最精炼地概括与描述； 服务定义： 详细地说明了各层所提供的服务； 某一层的服务就是该层及其以下各层的一种能力，它通过接口提 供给更高一层； 各层所提供的服务与这些服务是怎样实现的无关； 各种服务定义还定义了层与层之间的接口与各层使用的原语； 协议说明： 对各种协议精确地定义了：应当发送什么样的控制信息，以及应 当用什么样的过程来解释这个控制信息；协议的规程说明具有最 严格的约束。
二、计算机网络的定义和功能
计算机网络是以能够相互共享资源的方式互连起来的自 治计算机系统的集合。它通过通信设施（通信网络）， 将地理上分布的具有自治功能的多个计算机系统互连起 来，实现信息交换、资源共享、互操作和协同处理。 计算机网络的基本特征： 1.计算机网络建立的主要目的是实现计算机资源的共享； 2.互连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” (autonomous computer)； 3.连网计算机必须遵循共同的网络协议；
对于结构复杂的网络协议来说，最好的组织方式是层 次结构模型; 计算机网络协议就是按照层次结构模型来组织的; 网络层次结构模型与各层协议的集合就是计算机网络 体系结构（Network Architecture）； 网络体系结构对计算机网络应该实现的功能进行了精 确的定义，而这些功能是用什么样的硬件与软件去完 成的是具体的实现问题； 体系结构是抽象的，而实现是具体的；
实际Internet的组成结构
国
际
国 家 级
地 区 级
部 门 级
基 础 级
计算机网络的拓扑结构
网络拓扑结构是从网络拓扑的观点来讨 论和设计网络的特性。也就是讨论网络 中的通信节点和通信线路或信道的连接 所构成的各种网络几何构形，用以反映 出网络各组成成分之间的结构关系，从 而反映整个网络的整体结构外貌。 通常考虑的是通信子网的拓扑结构问题， 包括：点对点通信和广播通信。
网络的形成与发展可以划分为四个阶段
第一阶段:50年代 ,初期的面向终端的计算机通信 网的兴起，数据通信技术的研究; 第二阶段:60年代 ,ARPANET与分组交换技术的研究； 第三阶段:70年代中期，网络体系结构与网络协议 的国际标准化问题； 第四阶段:90年代 ,Internet广泛应用，异步传输 模式ATM、高速通信网与接入网技术的发展；
计算机网络的功能

数据通信。 资源共享。 提供分布处理和均衡计算机负荷的功能。 对地理上分布的系统进行集中控制；对网络 资源进行集中分配和管理。 提高系统的可靠性。 向网络用户提供最佳的性能价格比。 开辟大量新的应用服务项目。 ……
三、计算机网络的组成和结构
计算机网络的物理构成 计算机网络的拓扑结构 计算机网络的协议体系结构
层次结构的优点
各层之间相互独立； 高层并不需要知道低层是如何实现的，而仅需要知道该层通过层 间的接口所提供的服务； 灵活性好； 当任何一层发生变化时，例如由于技术的进步促进实现技术的变 化，只要接口保持不变，则在这层以上或以下各层均不受影响； 当某层提供的服务不再需要时，甚至可将这层取消； 各层都可以采用最合适的技术来实现，各层实现技术的改变不影 响其它层； 易于实现和维护； 因为整个的系统已被分解为若干个易于处理的部分，这种结构使 得一个庞大而又复杂系统的实现和维护变得容易控制； 有利于促进标准化；
计算机网络的物理构成 * 终端与主机连接
I/O设备 终端
主机
主机
I/O设备
终端
终端 电话交换网
Modem Modem
主机
前置机 线路集中器
终端பைடு நூலகம்
终端
* 主机与主机的互接
通信子网：有时也称作传输系统，负责信息数 据的传输和交换。它由通信处理设备和通信线 路构成，包括通信处理机或交换机、通信控制 器、通信接口板，调制解调器，有线方式和无 线方式等构成的通信线路、通信设备等。 资源子网：有时也称作用户子网。它由用户主 机、用户终端、终端集中器或终端控制器等用 户设备和用户应用软件系统等构成。
计算机网络概论
本章内容
一、计算机网络的历史作用与发展阶段 二、计算机网络的定义和功能 三、计算机网络的组成和结构 四、计算机网络的分类 五、计算机网络技术的应用领域与研究热点 六．计算机网络课程学习的特点与要求
一.计算机网络的历史作用与发展过程
有人讲了一个故事：硅谷的IT界大腕们在讨论“网络发展 对社会的影响可以与人类社会哪一项发明相比”的问题。 有人说：可以与蒸汽机的发明相比，所有的人都说： “No,No”。 有人说：可以与电的发明相比，所有的人都说：“No,No”。 有人说：可以与火的发现相比。整个会场鸦雀无声。因为 这确实是一个值得人们很难评价和值得认真思考的问题。 网络对人类社会的影响是历史性的。
1954年：远程终端的出现； 1958年：美国半自动地面防空系统SAGE投入使用； 1967年：报文分组交换方法的提出； 1968年：夏威夷大学无线分组交换网络ALOHA的使用； 1969年：第一个Unix版本的出现； 包括有4个结点的试验性的ARPANET运行； Bell实验室开始研究Newhall令牌环网； 1972年：CCITT提出ISDN的概念； 1974年：IBM公司提出SNA网络体系结构的概念； TCP/IP协议问世； 1975年：Ethernet局域网技术的研究；
点对点通信(Point to Point)
星形(a) 环形(b) 树形(c) 网状形(d)
(a)
(b)
(c)
(d)
广播通信(Broadcast)
总线形(a) 环形(b) 卫星或无线广播通信方式(c)
计算机网络的协议体系结构
复杂问题的处理方法 — 分而治之； 计算机网络：协议（Protocol） 层次（Layer） 接口（Interface） 体系结构（Architecture） 协议（Protocol）是一种通信规约；
ISO/OSI参考模型
主机 应 表 会 传 网 用 示 话 输 络 层 层 层 层 层 网 C CP 络 层 网 C CP 络 层 应 表 会 传 网 主机 用 示 话 输 络 层 层 层 层 层
数据链路层 物 理 层
数据链路层 物 理 层
数据链路层 物 理 层
数据链路层 物 理 层
传输介质
传输介质
实际生活的参照例子
发信者 书写信件、贴邮票、送邮箱 通信者活动 收信者 通信者活动 阅读信件
收集信件、盖邮戳、信件分拣
邮局服务业务
邮局服务业务
信件投递、信件分拣
信件打包送运输部门
邮局转送业务
邮局转送业务
分发邮件、邮件拆包
路由选择、运输
运输部门的邮件运输业务
转送邮局、接收邮包
计算机网络是由多个互连的结点组成的，结点之间需要不断地交 换数据与控制信息。要做到有条不紊地交换数据，每个结点都必 须遵守一些事先约定好的规则。这些规则明确地规定了所交换数 据的格式和时序。这些为网络数据交换而制定的规则、约定与标 准被称为网络协议（Protocol）；
传输介质
注意研究OSI参考模型的设计思想与方法；
对开放系统的理解
开放——是指只要遵循OSI标准一个系统就可以 与位于世界上任何地方、同样遵循同一标准的 其它任何系统进行通信； 在OSI标准中，采用的是三级抽象： 体系结构（Architecture） 服务定义（Service Definition） 协议规格说明（Protocol Specification）
1982年：令牌总线网ARCnet应用于微机工业控制中； 3COM公司第一块网卡NIC投放市场； 1983年：AT&T发明综合布线系统； 1984年：SUN公司提出网络文件共享的工业标准NFS； 1985年：由NSF 通过NSFNET将5大超级计算中心、100 所大学互连起来，构成Internet的雏形； 1986年：ASNI X3T.9颁布FDDI标准；AT&T提出帧中继 FR业务标准；Cisco第一台路由器问世； 1987年：简单网管协议SNMP的雏形提出； 1988年：数字传输标准—同步光纤网SONET、光纤传输 系统速率等级结构建立；在此基础上形成国 际标准—同步数字体系SDH;
1995年：Oracle总裁拉里.埃理森提出“网络计算机”的概念； 光纤波分复用WDM技术出现； IP电话出现； 100Base-T标准—IEEE802.3u公布； 1996年：国际电信联盟ITU通过基于PSTN的多媒体通信终端 的H.324框架建议，以及在局域网进行视频信息传 输的H.323建议； 1997年：IETF提出IPv6标准； 无线局域网标准 IEEE802.11公布； 1998年：千兆以太网标准IEEE802.3z公布； 对网络应用及信息流进行优先级分类的标准公布；
最早出现的计算机网络
资源 子网
终端 终端 终端 终端
主机 终端
通信 子网
主机 终端
CC P
CC P
终端 主机 终端
CC P CC P CC P
终端 主机 终端
CC P
CC P
终端 终端 主机 主机
终端
终端
终端
终端
传统计算机网络的二级结构模型
目前的网络结构模型
Internet结构
校园网、企业网与ISP的网络结构
1989年：CCITT制定高性能网络传输和交换的信息标准 (ATM); 1990年：局域网交换机研制成功；Motorola铱系统提出； 1991年：自由网络软件Linux问世； Web协议标准公布； 基于图形界面的Web浏览器Mosaic出现; Internet主干网速率提高到44.736Mbps; 1993年：美国宣布NII计划；Windows NT3.0面世； 1994年：Netscape Navigator问世； 国际电信联盟提出全球信息基础设施GII构想； 非对称用户数字环路ADSL研究加快； Internet 应用剧增；
OSI参考模型并没有提供一个可以实现的方法； OSI参考模型只是描述了一些概念，用来协调进程间通 信标准的制定； 在OSI的范围内，只有各种的协议是可以被实现的，而 各种产品只有和OSI的协议相一致时才能互连； OSI参考模型并不是一个标准，而是一个在制定标准时 所使用的概念性的框架。
ISO将整个通信功能划分为七个层次，划分层次的主要原 则是： 网中各结点都具有相同的层次； 不同结点的同等层具有相同的功能； 同一结点内相邻层之间通过接口通信； 每一层可以使用下层提供的服务，并向其上层提供服务； 不同结点的同等层通过协议来实现对等层之间的通信。