计算机网络技术(王协瑞)第一章

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《计算机网络技术》
Chapter One
计算机网络概述
教学目标:
• • • • • • • • 知识目标: 1.了解计算机网络的形成和发展 2.理解并掌握计算机网络的概念、功能 3.掌握计算机网络组成、分类 能力目标: 理解计算机网络的协议 情感目标: 培养学生对网络知识的兴趣
计算机网络的认知与应用体验
计算机网络阶段:多计算机互 连
20世纪60年代,以ARPAnet为典型; 以实现“资源共享”为目的多计算机互连形态。 重要贡献:将应用与通信功能从逻辑上分离,应产生了通 信子网与资源子网的概念
标准、开放的计算机网络
呼唤网络体系结构的标准化与兼容性: ISO 的OSI RM(开放系统互连参考模型) -1977/1983 TCP/IP协议的推广 推动了计算机网络的高速发展: 以太网(ETHERNET) 与因特网(Internet) 。
常见的网络拓朴结构
•总线型 •星型 •树型 •环型 •网状型
线性总线 (Ethernet)
• 所有节点直接连到一条物理链路上,除此之外节点间不 存在任何其他连接。 • 每一个节点可以收到来自其他任何节点所发送的信息 • 优点:简单、易于实现 • 缺点:可靠性和灵活性差 、传输延时不确定
环型结构 (Token-Ring)
• 网卡(网络适配器):是计算机和传输 介质之间的物理接口。 • 集线器:接收信号再生并传输,还可为 网络布线和集中管理带来方便 • 交换机(Switch):分为第二层交换机 和第三层交换机。二层交换机同时具有 集线器和网桥的功能。 • 路由器:具有格式转换功能,可以连接 不通类型的网络。路由器能够识别数据 的目的地址所在网络。
• 缺点:维护与管理复杂,投资大
星型 (Ethernet)
• 网络由各节点以中央节点为中心相连接,各节点与中央 节点以点对点方式连接。 • 节点之间的数据通信要通过中央节点 • 优点:结构简单,管理方便,可扩充性强,组网容易。
• 缺点:中心节点成为全网可靠性的关键
扩展星型 (campus-based)
高速智能的第四代计算机网络
高速: 主干带宽的增加达到10Gbps或更高,接入带 宽可以高达1000Mbps。 互连: Intranet、Extranet、 Internet Internet Ⅱ 智能: 服务质量(QoS)、网络管理
计算机网络的功能
• 实现计算机系统的资源共享
计算机网络的最基本功能之一。用户一旦接入网络就 可以使用网络中的其他资源来处理自己提交的大型复 杂问题。
完全网状结构
• 每一个节点均与其他每一个节点直接相连。 • 数据的传输有赖于所采用的网络设备 • 优点:多条链路提供了冗余连接 • 缺点:链路随着节点数目的增加呈指数增长。
主要技术术语
计算机网络 局域网、城域网、广域网 通信子网与资源子网 资源共享 网络拓朴结构 总线型 环型 星型 树型 网状型
• 实现数据信息的快速传递
分布在不同地域的计算机系统可以及时、快速地传递 各种信息。 如股票交易、电子邮件、网上购物等
• 提高可靠性
• 提供负载均衡与分布式处理能力
大型ICP(网络内容提供商)在全世界多个地方放置了内 容相同的WWW服务器,通过一定的技术使不同地域 的用户看到放置在离他最近的服务器上的相同页面。 分布式处理是把任务分散到网络中不同的计算机上并 行处理。
是某个部门为本单位的特殊工作的需要而建立的网络 这种网络不向本单位以外的人提供服务。例如,军队,铁 路,电力等系统均有本系统的专用网
计算机网络的组成
• 网络硬件系统
是指构成计算机网络的硬设备,包括各种计算机系统 、终端及通信设备。
常见的网络硬件有:
主机系统: 终端:用户进行网络操作,实现人机对话的工具 传输介质:传输数据信号的物理通道,将网络中 各种设备连接起来
资源子网与通信子网结构
主机 主机 CCP CCP CCP 资源子网 通信子网
CCP 主机 CCP
CCP 主机
CCP:通信控制处理机
通信子网有两种类型
• 公用型
一般是国家的邮电部门建造的网络。“公用”的意思就 是从所有愿意按邮电部门规定交纳费用的人都可以使 用.因此,公用网也可以称为公众网 。
• 专用型
• 节点与链路构成了一个闭合环,每个节点只与相邻的两个 节点相连。 • 每个节点必须将信息转发给下一个相邻的节点。 • 优点:简单、易于实现,传输延时确定 。
• 缺点:维护与管理复杂
双环 (FDDI)
• 两个非相连的独立同心环
• 主环+备用环(同一时刻只有一个环在使用)
• 优点:在单环之上增加了高度的可靠性。
计算机网络的功能
可归纳为资源共享、数据传送、均衡负荷和分布 式处理、信息的集中和综合处理等四项功能。
资源共享:包括硬件和软件资源。硬件资源包括处理机 、大容量存储器、打印设备等,软件资源包括各种应用软 件、系统软件和数据等。 数据传送:包括网络用户之间、各处理器之间以及用户 与处理器间的数据通信。如E-MAIL、网上QQ等。 均衡负荷:指当网络的某个节点系统的负荷过重时,新 的作业可以通过网络传送到网中其他较为空闲的计算机系 统去处理。 信息的集中和综合处理:各种管理信息系统、智能决策 系统等。
网络与网络应用无处不在,以至于 我们已经将其视为我们社会生活的一 个不可缺少的部分:
问题:什么是计算机网络?
计算机网络的定义
计算机网络中的计算 机通常都处于不同的 地理位置 相互连接的计算机之 间不存在互为依赖的 关系。
通信线路包括 通信媒体、通 信设备关系。
计算机网络是指将地理位置不同 且功能相对独立的多个计算机系统 通过通信线路相互连在一起、由专 门的网络操作系统进行管理,以实 现资源共享的系统。
·通信链路
用于传输信息的物理信道以及为达到 有效、可靠的传输质量所必需的信道设 备的总称。
•物理链路:点到点的物理线路。没有任何 交换节点。
•逻辑链路:在逻辑上起作用的物理链。 具有传输控制能力。计算机网络的组成
为了有利于计算机网络的设计与实 现,我们更多的是从功能角度去看待 计算机网络的组成,并从功能上将计 算机网络逻辑划分为资源子网和通信 子网。
计算机网络拓朴结构
将通信子网中的通信处理机、计算机等设备抽 象成点,把连接这些设备的通信线路抽象成线 ,并将由这些点和线所构成的拓扑称为网络拓 扑结构。 为什么研究网络的拓扑结构而不是几何结构?
网络拓朴结构反映出网络的结构关系,对于网络的性 能、可靠性以及建设管理成本等都有着重要的影响, 在整个网络设计中占有十分重要的地位,是网络构建 时首先要考虑的因素之一。
初级阶段:远程联机系统
公用电话网 M 多重线路 控制器 M T
计算机
M
M
T T
M M:MODEM T:Terminal
M
20CEN,50-60年代 “终端-通信线路-计算机”的模式 严格意义上讲,不属于计算机网络范畴 。
远程联机系统的发展
T
Computer
PSTN
T
T
典型案例:美国半自动地面防空系统SAGE
网络逻辑划分:资源子网与通信 子网
资源子网
负责全网的数据处理业务,并向网络用户提供 各种网络资源和网络服务。 主要由主机、终端以及相应的 I/O 设备、各种 软件资源和数据资源构成。
通信子网
为资源子网提供传输、交换数据信息的能力。 主要由通信控制处理机、通信链路及其他设备 如调制解调器等组成。
按地理覆盖范围(最为典型与常用的划分方式),分 为广域网、城域网和局域网
局域网(Local area networks ,LANs)
覆盖范围一 般在几公里 以内,如一 幢大楼内或 一个校园内 组网方便, 灵活,传输 速率高
广域网(Wide area networks ,WANs)
覆盖范围一般是几 十公里到几千公里 以上。 覆盖一个国家或 地区,甚至可以横 跨几个洲,形成国 际性的远程网络。
• 网络应用软件
计算机网络的分类
计算机网络有多种分类标准,如按传输技 术、通信介质、数据交换方式、通信速率 、使用对象和地理范围等:
按通信所使用的介质,分为有线网络和无线网络; 按使用网络的对象,分为公众网络和专用网络; 按网络传输技术,分为广播式网络和点到点式网络; 按照网络传输速度的高低,分为低速网络和高速网络;
拓朴结构
“拓朴”的概念来自离散数学中的图论; 拓扑学方法:把实体抽象成与其大小、形状无 关的“点”,而把连接实体的线路抽象成“线 ”,进而以图的形式来表示这些点与线之间关 系的方法,其目的在于研究这些点、线之间的 相连关系。 拓扑结构与几何结构属于两不同的数学概念
在几何结构中,我们要考察的是点、线之间的位置 关系,或者说几何结构强调的是点与线所构成的形状及 大小;拓扑学关注的是点与线之间的关系。 不同的几何结构可以具有相同的拓扑结构。
• 工作站操作系统
多为一般的操作系统,但具有更强的网络功能。如支 持网络协议等
• 工作站通信协议
通信双方只有遵循相同的通信协议才能实现连接,完 成信息的交换。
• 设备驱动程序
操作系统与外部设备的借口。
• 网络管理软件
对网络管理软件进行信息统计,报告,警告,监控的 软件系统。
• 网络安全软件
保密性、完整性、可用性 抵御威胁与攻击
网络节点
• 访问节点
端节点。主要起信源和信宿的作用。如用户主机和终 端等。 信源:信息的来源。 信宿:是相对信源而言。通信过程中接收和处理信息 的设备或计算机。
• 转接节点
中间节点。数据交换和转接。具有通信功能。
• 混合节点
全能节点
通信链路
• 指两个网络节点之间传输信息和数据的 线路。链路可用各种传输介质实现,如 双绞线、同轴电缆、光缆、卫星、微波 等。
Homework
复习本章内容 完成教材第一章的习题与思考题 预习第2章(计算机网络的体系结构)
为什么要分层? 体系结构中的相关术语和概念 OSI的各层及功能 TCP/IP及其与OSI的比较
网络操作系统(单 机OS功能+网络通 信协议+网络资源 管理+网络服务) 网络的根本目的是为了 实现资源共享,资源包 括硬件与软件,如程序 、数据库、存储设备、 打印机等。
计算机网络的形成与发展
计算机网络问世至今已经有半个世 纪的时间,其间经历了四个发展阶 段:
初级阶段 计算机网络阶段 标准或开放的计算机网络 信息高速公路时代
• 星型结构的重复( 中央星型拓朴上的节点是另一 个星型拓朴的中心节点). • 减少了链路与设备的投资 • 优点:在星型的优点之外,更富于层次,从而可 隔离某些网络流量
层次结构 (LAN/WAN)
• 又称树型结构 • 数据流具有明显的层次性
网状结构 (广域网)
• 又称无规则型。结点 间的连接是任意的, 不存在规律。是目前 • 数据的传输有赖于所 采用的网络设备 • 优点:多条链路提供 了冗余连接 • 缺点:结构复杂
城域网(Metropolitan area networks , MANs)
覆盖范围大约是几公里到几十公里,它主 要是满足城市、郊区的联网需求。 如连接温州大学各大校区的温州大学校园 网;连接温州各中小学的温州教育城域网 等。 城域网技术与局域网技术、城域网技术与 广域网技术之间的边界正在日益模糊。
网络软件系统
• 主要包括通信协议、网络操作系统和各 类网络应用系统。 • 服务器操作系统 多用户,多任务的操作系统 网络用户管理、网络资源管理、网络运 行状况统计、网络通信等。
• 服务器
• 服务器是网络环境中的高性能计算机,它侦听 网络上的其他计算机(客户机)提交的服务请 求,并提供相应的服务。 • 相对于普通PC来说,服务器在稳定性、安全性 、性能等方面都要求更高,因此CPU、芯片组 、内存、磁盘系统、网络等硬件和普通PC有所 不同。 • Novell公司的NetWare、Windows系列,UNIX 系列
• 集中管理
对地理位置上分散的组织可通过计算机网络来实现集 中管理。
• 综合信息服务
计算机网络的应用
• • • • 办公自动化 管理信息系统 过程控制 Internet应用
电子邮件、信息发布、电子商务、远程音频视频应用
计算机网络的系统组成
• 计算机网络是由网络硬件系统和网络软 件系统构成的。 • 从拓扑结构上看:由网络节点和通信链 路构成 • 从逻辑功能上看:由通信子网和资源子 网构成。
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