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计算机网络
第1讲
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方法。
掌握：计算机网络的组成与结构的基本概念。
掌握：计算机网络拓扑结构的定义、分类与特 点。
了解：典型的计算机网络。
了解：网络计算研究与应用的发展。
1.1 计算机网络的形成与发展
第一阶段：20世纪50年代
数据通信技术的研究与发展
第二阶段：20世纪60年代
ARPAnet与分组交换技术的研究与发展
第三阶段：20世纪70年代
网络体系结构与协议标准化的研究
广域网、局域网与分组交换技术的研究与应用
第四阶段：20世纪90年代
Internet技术的广泛应用
网络计算技术的研究与发展
宽带城域网与接入网技术的研究与发展
网络与信息安全技术的研究与发展
50年代
计算机-终端
多机系统
终端
中央主机
终端
前置处理机
终端
中央主机
集中器
终端
计算机网络的发展
1946年世界上第一台电子数字计算机ENIAC诞生
计算机技术与通信技术没有直接的联系
第一阶段：20世纪50年代
第二阶段： 计算机-计算机互连阶段
20世纪60年代中期，出现了多台计算机互连的系统，开创了“计算机－计算机”通信时代，实现资源共享。
1969年8月，计算机网络技术发展中的里程碑——ARPAnet诞生。
缺点：网络产品相对独立，没有统一标准
60年代末
计算机-计算机
典型代表ARPAnet网络
前置处理机
中央主机
中央主机
中央主机
前置处理机
前置处理机
计算机网络的发展
第三阶段： 20世纪70年代 计算机网络标准化阶段
1972年，美国Xerox公司开发了以太网Ethernet。 1972年，世界上第一份电子邮件在ARPAnet内传输成功。
1974年塞尔夫和卡恩设计开发了 TCP/IP协议。
TCP/IP协议的成功促进了Internet的发展，Internet的发展又进一步扩大了TCP/IP协议的影响。
网络通信市场各自为政的状况使得用户在投资方向上无所适从,也不利于多厂商之间的公平竞争→制定统一技术标准。
1977年国际标准化组织（ISO）开始制定开放系统互连参考模型OSI/RM(Open System Interconnection/ Reference Model)。
1984年颁布OSI开放系统互连标准
一个大学要进入ARPAnet必须与美国国防部有合作研究项目，为了使更多的大学能够共享ARPAnet的资源，1985年，美国国家科学基金会（National Science Foundation）利用ARPAnet建立了用于科学研究和教育的NSFnet网络。
1989年，日内瓦欧洲粒子物理实验室开发成功了万维网WWW。
70年代中期
局域网
80年代局域网迅速发展
90年代网络互连，Internet崛起
计算机网络的发展
计算机网络基本概念
1993年，美国伊利诺大学国家超级计算中心开发成功了网上浏览工具Netscape。
1994年4月中国正式加入Internet。
1996年，跨平台的网络语言JAVA问世。
第四阶段：20世纪90年代
计算机网络的演变
计算机网络的功能
资源共享(硬件资源和软件资源)
信息交换
分布式处理
给你发E-mail
打印文件mail
共享资源
数据传输
分布式数据处理
我的东西
丢失了！！
提高可靠性
没关系！
计算机网络的功能
1.2 计算机网络的定义与分类
1.2.1 计算机网络的定义
计算机网络的定义：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。
网络建立的主要目的是实现计算机资源的共享。
特点1：物理上（设备间连通、地理位置分散）
特点2：功能上（资源共享、相互通信）
相关术语解释：
互连：计算机之间可以通过同轴电缆、双绞线、光纤、微波、通信卫星等连接 ，相互之间能交互信息。互连的计算机是分布在不同地理位置的多台独立的“自治计算机系统”；
自主：指网络中的所有计算机都是平等的，即计算机之间没有主从关系，构成网络的计算机可以自主工作。
连网计算机在通信过程中必须遵循相同的网络协议。
1.2.2 计算机网络的分类
计算机网络的分类方法主要有两种：
根据网络所使用的传输技术分类；
根据网络的覆盖范围与规模分类。
1. 按网络传输技术进行分类
通信信道类型：
广播通信信道:一个公共的通信信道被多个网络结点共享；
点-点通信信道:每条物理线路连接一对结点。
相应的计算机网络可以分为两类：
广播式网络 （broadcast networks） 局域网
点-点式网络（point-to-point networks） 广域网
2. 按网络的覆盖范围进行分类
局域网（ local area network ， LAN）；
城域网（ metropolitan area network ， MAN）；
广域网（wide area network ， WAN ）。
城域网是介于广域网与局域网之间的一种高速网络，技术上与局域网相似
1.3 计算机网络的组成与结构
计算机网络要完成数据处理与数据通信两大基本功能。
早期计算机网络主要是广域网，它从逻辑功能上分为资源子网和通信子网两个部分：
资源子网—负责数据处理的主计算机与终端；
通信子网—负责数据通信处理的通信控制处理 机(CCP)与通信线路。
资源子网和通信子网两个部分的结构示意图
1.3.1 资源子网的概念
资源子网的组成
主机 终端 终端控制器
外设 软件资源 信息资源
主机（host）：大型机、中型机、小型机、工作 站或微机
终端（terminal）：用户访问网络的界面;
终端可以是简单的输入、输出终端，也可以是带有微处理机的智能终端;
终端可以通过主机连入网内，也可以通过终端控制器、报文分组组装与拆卸装置或通信控制处理机连入网内。
1.3.2 通信子网的概念
通信子网由通信硬件（通信设备和通信线路等）和通信软件组成，完成网络数据传输、转发等通信处理任务。
通信控制处理机将主机和终端连入网内；
通信控制处理机完成分组的接收、校验、存储、转发等功能；
1.3.3 现代网络结构的变化
随着微型计算机的广泛应用，大量的微型计算机通过局域网连入广域网，局域网与广域网、广域网与广域网的互连通过路由器实现；
在Internet中，用户计算机一般通过校园网、企业网或ISP联入地区主干网，地区主干网通过国家主干网联入国家间的高速主干网，形成了一种由路由器互联的大型、层次结构的互联网络。
由路由器互联的大型、层次结构的互联网络示意图
传输介质
终端
调制解调器
前置处理机
集中器
网络接口卡
工作站
服务器
服务器
工作站
工作站
工作站
计算机网络组成
网络硬件
网络结构示意图
内置式
外置式
数字信号
模拟信号
数字信号与模拟信号转换
电话网
调制解调器
计算机网络组成
网络硬件 — MODEM
传输速率(每秒传送的位数)
单位是bit/s，简写为bps。
常用33.6Kbps、56Kbps等.
同轴电缆
光纤
卫星通信
微波
计算机网络组成
网络硬件 — 传输介质
双绞线
网络协议软件
网络通信软件
网络操作系统
TCP/IP
Windows NT等
邮件传输软件
计算机网络组成
网络软件
1.4 计算机网络的拓扑构型
1.4.1 计算机网络拓扑的定义
拓扑是研究点和线组成的几何图形的特性的方法。
计算机网络拓扑是通过网中结点与通信线路之间的几何关系表示网络结构，反映出网络中各实体间的结构关系;
计算机网络拓扑主要是指通信子网的拓扑构型;
网络的拓扑结构主要有：星型、总线型、环型、树型、网状型及混合型拓扑等。
拓扑设计对网络性能、系统可靠性与通信费用都有重大影响，所以选择网络拓扑结构时，应考虑下列几个因素：
（1）可靠性 （2）费用
（3）灵活性 （4） 响应时间和吞吐量
中心 处理机
网络拓扑结构
树型
星型
总线型
环型
终端
终端
终端
终端
终端
终端
终端
终端
终端
节点
节点
节点
节点
网状结构
计算机网络基本概念
优点：1)结构简单；2)故障诊断和隔离容易；3)控制简单，便于管理 缺点：1)电缆长度和安装工作量较大；2)中心节点负担较重，形成瓶颈；中心结点的故障可能造成全网瘫痪。 3)各站点的分布处理能力较低。
优点：1) 所需电缆数量少；2)结构简单，有较高的可靠性；3)易于扩充，增减用户方便。 缺点：1)传输距离有限；2)故障诊断和隔离困难；3)分布式协议不保证信息及时传送，不具实时功能。
优点：1)电缆长度短；2)增减工作站时只需简单连接；3)可用光纤。 缺点：1)环中任何一个结点出现线路故障，都可能造成网络瘫痪。2)故障难检测；3)媒体访问协议都用令牌传递方式，在负载很轻时，信道利用率较低。
优点：1)易于扩展；2)故障隔离较容易。 缺点：1)节点对根依赖性太大，若根发生故障，则全网不能正常工作。
网状型拓扑
① 网状型拓扑结构又称为不规则型。结点之间的连接任意，没有规律。
② 网状拓扑结构的主要优点是系统可靠性高，但结构复杂，必须采用路由选择算法与流量控制方法。
③在实际的计算机网络中，广域网主要采用网状型拓扑结构。
局域网主要采用：星型、环型、总线型网络拓扑。
1.5 典型计算机网络 了解
ARPANET
NSFNET
Internet
Internet2
1.5.1 ARPAnet
1969年11月，实验性的ARPAnet开通；
1975年，ARPAnet 已经连入了100多台主机，并且结束了网络实验阶段，移交美国国防部国防通信局正式运行；
1983年1月，ARPAnet向TCP/IP的转换结束；
20 世纪80年代中期，ARPAnet成为Internet的主干网；
1990年，ARPAnet退役。
ARPAnet对网络的产生与发展起到重要的影响。
1.5.2 NSFnet
1984年NSF决定组建NSFnet；
NSFnet采取的是一种层次型结构，分为主干网、地区网与校园网；
1990年NSFnet主干网的传输速率为44.746Mb/s；
1995年4月1日，NSF和MCI合作创建了NvBS（very high-speed backbone service） ；
vBNS主干网运行的速率范围是从622Mb/s（OC12）到4.8G b/s（OC48）。
1.5.3 Internet
20世纪80年代中期人们开始认识到Internet的重要作用；
20世纪90年代是Internet历史上发展的最快的时期；
Internet应用主要有E-mail、WWW、Telnet、FTP与Usenet等，随着Internet规模和用户的不断增长，Internet上的应用领域也进一步得到开拓；
从用户的角度来看，Internet是一个全球范围的信息资源网；
从网络结构角度看，Internet是一个由路由器互联起来的大型网际网。
1.5.4 Internet2
由于Internet的商业化，业务量增多，导致网络性能降低；
1996年10月，一些大学申请建立Internet2，为其成员组织服务，初始运行速率可达10Gb/s；
Internet2可以用于多媒体虚拟图书馆、远程医疗、远程教学、视频会议、视频点播VOD、天气预报等领域；
Internet2在网络层运行的是IPv4，同时也支持IPv6业务，希望形成下一代Internet的技术与标准；
人们希望利用更加先进的网络服务技术，开展全球通信、数字地球、环境检测预报、能源与地球资源的利用研究，以及紧急事务的快速反应系统的研究与应用。
小结
计算机网络是计算机技术与通信技术高度发展、紧密结合的产物，网络技术对当前社会发展产生着重要的影响；
从资源共享观点来看，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”；
随着微型计算机和局域网的广泛应用，在现代的广域网一般是通过路由器将局域网与广域网互联起来，构成各种信息系统的运行平台；
计算机网络的分类方法主要有两类：按网络所使用的传输技术分类与根据网络的覆盖范围与规模分类。根据网络的覆盖范围与规模分类，计算机网络分为局域网、城域网与广域网等三类；
Internet经历了ARPAnet、NSFnet的发展过程，TCP/IP协议为Internet的推广奠定了基础，WWW对Internet的广泛应用提供了重要的工具；
计算机网络的广泛应用已经对经济、文化、教育、科学的发展与人类生活质量的提高产生了重要影响，同时也不可避免地带来一些新的社会、道德、政治与法律问题；
当前网络研究与应用的重点和热点是移动计算网络、网络多媒体计算、网络并行计算与存储区域网络的研究与应用 。

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