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1、第一章第一章 概述概述计计算算机机网网络络与与应应用用应用概念一、计算机网络的概念及应用一、计算机网络的概念及应用1.要素：自主的计算机要素：自主的计算机+互联互联 即网络系统中没即网络系统中没有主从关系有主从关系 2.区分：分布式系统区分：分布式系统 基于网络的系统基于网络的系统 1.企业方面：资源共享、高可靠性、节约开支、通讯企业方面：资源共享、高可靠性、节约开支、通讯 2.公众方面：远程信息访问、远程通信、娱乐公众方面：远程信息访问、远程通信、娱乐 3.问问 题：黑客、犯罪、隐私等题：黑客、犯罪、隐私等 1第一章第一章 概述概述计计算算机机网网络络与与应应用用二、网络分类二、网络分类主要
2、的传输技术：广播主要的传输技术：广播(Broadcast)、组播、组播(Multicast)、点对点、点对点(Point to Point)网络分类按地域范围划分网络分类按地域范围划分a.局域网局域网(Local Area Networks)主要用广播通道主要用广播通道b.城域网城域网(Metropolitan Area Networks)c.广域网广域网(Wide Area Networks)主要用点到点通道主要用点到点通道d.互联网互联网(Internet,因特网因特网)2第一章第一章 概述概述计计算算机机网网络络与与应应用用1.1.局域网常见结构局域网常见结构总线型总线型环型环型星型星型
3、三、网络拓扑结构三、网络拓扑结构3第一章第一章 概述概述计计算算机机网网络络与与应应用用2.局域网使用广播通道局域网使用广播通道基本特点：多终端共享一条通信线路；任一终端基本特点：多终端共享一条通信线路；任一终端发出的信息可以直接被其它终端接收发出的信息可以直接被其它终端接收典型拓扑结构：总线型，环型，星型典型拓扑结构：总线型，环型，星型关键技术信道分配关键技术信道分配 静态分配：分时间片；控制简单，信道利用率低静态分配：分时间片；控制简单，信道利用率低 动态分配：各点动态使用信道；控制复杂动态分配：各点动态使用信道；控制复杂/通道通道利用率高利用率高通道分配方法：通道分配方法：集中式：只有一
4、个仲裁机构集中式：只有一个仲裁机构 分布式：各站点均有仲裁机构分布式：各站点均有仲裁机构4第一章第一章 概述概述计计算算机机网网络络与与应应用用3 广域网广域网使用点到点通道使用点到点通道基本特点：基本特点：一条线路连接二台网络设备一条线路连接二台网络设备 一般两个主机的连接要经过多个网络设备一般两个主机的连接要经过多个网络设备 一般采用存储转发方式进行信息传输一般采用存储转发方式进行信息传输典型拓扑结构：典型拓扑结构：5第一章第一章 概述概述计计算算机机网网络络与与应应用用四、网络体系结构四、网络体系结构 1.计算机网络体系结构计算机网络体系结构 从功能的角度描述计算机网络的结构从功能的角度
5、描述计算机网络的结构 对计算机网络及其部件所完成功能的较精确的定义对计算机网络及其部件所完成功能的较精确的定义 是层次和协议的集合是层次和协议的集合u 仅定义网络及其部件通过协议应完成的功能仅定义网络及其部件通过协议应完成的功能u 不定义协议的实现细节和各层协议之间的接口关系不定义协议的实现细节和各层协议之间的接口关系协议分层易于协议的设计、分析、实现和测试。协议分层易于协议的设计、分析、实现和测试。分层过程：分层过程：网络功能的分层网络功能的分层 协议的分层协议的分层 体系结构的分层体系结构的分层6第一章第一章 概述概述计计算算机机网网络络与与应应用用 2.网络功能的分层网络功能的分层基本功
6、能：为地理位置不同的用户之间提供访问基本功能：为地理位置不同的用户之间提供访问通路。通路。必须提供的功能：必须提供的功能：a.a.连接源和目的节点的物理线路，可以经过中间节点连接源和目的节点的物理线路，可以经过中间节点b.b.每条线路两端的节点进行二进制通信每条线路两端的节点进行二进制通信c.c.无差错的信息传送无差错的信息传送d.d.多个用户共享一条物理线路多个用户共享一条物理线路e.e.按照地址信息，进行路由选择按照地址信息，进行路由选择f.f.信息缓冲和流量控制信息缓冲和流量控制g.g.会话控制会话控制h.h.满足各种用户的访问要求满足各种用户的访问要求7第一章第一章 概述概述计计算算机
7、机网网络络与与应应用用3.协议的分层协议的分层 1)协议的定义协议的定义层次结构的计算机网络中层次结构的计算机网络中,最重要是通信功能；通信功最重要是通信功能；通信功能主要涉及同一层次中通信双方的相互作用；位于不同能主要涉及同一层次中通信双方的相互作用；位于不同计算机上进行对话的第计算机上进行对话的第N N层通信各方可分别看成是一种层通信各方可分别看成是一种进程，也称为对等（同等）进程进程，也称为对等（同等）进程协议协议(Protocol)：指计算机网络同等层次中，通信双方指计算机网络同等层次中，通信双方进行信息交换时必须遵守的规则进行信息交换时必须遵守的规则 2)协议的组成协议的组成语法语法
8、(syntax)(syntax)：以二进制形式表示的命令和相应的结构：以二进制形式表示的命令和相应的结构语义语义(semantics)(semantics)：由发出的命令请求，完成的动作和回：由发出的命令请求，完成的动作和回送的响应组成的集合送的响应组成的集合定时关系（定时关系（timing)timing)：有关事件顺序的说明：有关事件顺序的说明8第一章第一章 概述概述计计算算机机网网络络与与应应用用3)协议的分层协议的分层协议的分层原则：协议的分层原则：a.a.目的地第目的地第N N层的软件必须准确的收到发送方第层的软件必须准确的收到发送方第N N层层的数据的数据 b.b.协议分层要保证整个
9、通信系统功能完备、高效。协议分层要保证整个通信系统功能完备、高效。c.c.每一相邻层之间有一个接口（每一相邻层之间有一个接口（InterfaceInterface），它），它定义了下层向上层提供的原语操作和服务。定义了下层向上层提供的原语操作和服务。对于第对于第N层协议来说，它有如下特性：层协议来说，它有如下特性：p不知道上、下层的内部结构；不知道上、下层的内部结构；p独立完成某种功能；独立完成某种功能；p为上层提供服务；为上层提供服务；p使用下层提供的服务。使用下层提供的服务。9第一章第一章 概述概述计计算算机机网网络络与与应应用用4)分层的优点：减少复杂性、为上层服务、对分层的优点：减少复
10、杂性、为上层服务、对上层屏蔽本层细节上层屏蔽本层细节 5)基本术语基本术语接口：定义下层向上层提供的原语操作和服务。接口：定义下层向上层提供的原语操作和服务。协议：计算机网络同等层次中，通信双方进行信协议：计算机网络同等层次中，通信双方进行信息交换时必须遵守的规则。息交换时必须遵守的规则。服务：层间交换信息时必须遵守的规则。服务：层间交换信息时必须遵守的规则。10第一章第一章 概述概述计计算算机机网网络络与与应应用用6)服务分类服务分类 基于连接的服务基于连接的服务:当使用服务传送数据时，首先当使用服务传送数据时，首先建立连接，然后使用该连接传送数据。完成后关建立连接，然后使用该连接传送数据。
11、完成后关闭连接。顺序性好。闭连接。顺序性好。无连接服务：直接使用服务传送数据，每个包独无连接服务：直接使用服务传送数据，每个包独立进行路由选择。顺序性差。立进行路由选择。顺序性差。注意：连接并不意味可靠，可靠要通过确认、重传等机制来保证。11第一章第一章 概述概述计计算算机机网网络络与与应应用用五、网络参考模型五、网络参考模型1.ISO的的OSI模型模型1983年ISO的OSI 模型正式成为国际标准。物理层（The Physical Layer）在物理线路上传输原始的二进制数据位（基本网络硬件）数据链路层（The Data Link Layer）在有差错的物理线路上提供无差错的数据传输（数据形
12、式称为Frame）网络层（The Network Layer）控制通信子网提供源点到目的点的数据传送（数据形式称为Packet）运输层（The Transport Layer）为用户提供端到端的数据传送服务（数据形式称为TPDU）12第一章第一章 概述概述计计算算机机网网络络与与应应用用会话层（The Session Layer）为用户提供会话控制服务（安全认证，数据形式称为SPDU）表示层（The Presentation Layer）为用户提供数据转换和表示服务（数据形式称为PPDU）应用层（The Application Layer）提供多种应用协议以满足用户的不同需求（数据形式称为AP
13、DU）13第一章第一章 概述概述计计算算机机网网络络与与应应用用应用层表示层会话层传输层网络层数据链路层物理层比特流帧分组TPDUSPDUPPDUAPDUOSI模型和各层次的数据形式14第一章第一章 概述概述计计算算机机网网络络与与应应用用应用层表示层会话层传输层网络层数据链路层物理层数据数据AHPHSHSHTHNHDHDT数据数据数据数据数据BITs数据在不同层次间的变化情况15第一章第一章 概述概述计计算算机机网网络络与与应应用用2.TCP/IP 参考模型 Internet 网络体系结构以 TCP/IP 协议为核心TCP/IP 参考模型把OSI模型的第一层和第二层合起来称为：网络接口层（H
14、ost-to-Network）Internet层（互连网层）：控制通信子网提供源点到目的点的 IP 包传送。运输层：提供端到端的数据传送服务(TCP 和 UDP协议)应用层：提供各种 Internet 管理和应用服务功能16第一章第一章 概述概述计计算算机机网网络络与与应应用用TCP/IP 与 OSI 模型的比较应用层表示层会话层传输层网络层数据链路层物理层OSI模型TCP/IP模型应用层传输层互联网层网络接口层主要主要区别区别主要主要区别区别17第一章第一章 概述概述计计算算机机网网络络与与应应用用1.ARPANET和互连网和互连网七十年代的计算机网络七十年代的计算机网络-X.25 X.25
15、 分组交换网：各国的电信部门建设运行分组交换网：各国的电信部门建设运行-各种专用的网络体系结构：各种专用的网络体系结构：SNASNA，DNADNA-Internet Internet 的前身的前身ARPANETARPANET进行实验运行进行实验运行八十年代的计算机网络八十年代的计算机网络-标准化计算机网络体系结构：标准化计算机网络体系结构：OSIOSI-局域网络局域网络 LAN LAN 技术空前发展技术空前发展-建成建成NSFNETNSFNET，Internet Internet 初具规模初具规模九十年代的计算机网络九十年代的计算机网络-InternetInternet空前发展空前发展-Web
16、Web技术在技术在Internet/Intranet Internet/Intranet 得到广泛应用得到广泛应用6、网络实例、网络实例18第一章第一章 概述概述计计算算机机网网络络与与应应用用摩尔定律摩尔定律摩尔定律摩尔定律:CPUCPUCPUCPU性能性能性能性能18181818个月翻番个月翻番个月翻番个月翻番,10,10,10,10年年年年100100100100倍。倍。倍。倍。所有电子系统（包括所有电子系统（包括所有电子系统（包括所有电子系统（包括电子通信系统，计算电子通信系统，计算电子通信系统，计算电子通信系统，计算机）都适用机）都适用机）都适用机）都适用光纤定律光纤定律光纤定律光纤
17、定律：超摩尔定律超摩尔定律超摩尔定律超摩尔定律，骨干骨干骨干骨干网带宽网带宽网带宽网带宽9 9个月个月个月个月翻番，翻番，翻番，翻番，10101010年年年年10000100001000010000倍倍倍倍。带宽带宽带宽带宽需求呈超高速增长需求呈超高速增长需求呈超高速增长需求呈超高速增长的趋势的趋势的趋势的趋势迈特卡尔夫定律迈特卡尔夫定律迈特卡尔夫定律迈特卡尔夫定律:联网定律联网定律联网定律联网定律，网络价值随用户数网络价值随用户数网络价值随用户数网络价值随用户数平方成正比。平方成正比。平方成正比。平方成正比。未联未联未联未联网设备增加网设备增加网设备增加网设备增加N N N N倍，倍，倍，倍
18、，效率增加效率增加效率增加效率增加N N N N倍。倍。倍。倍。联联联联网设备增加网设备增加网设备增加网设备增加N N N N倍，倍，倍，倍，效率增加效率增加效率增加效率增加N N N N2 2 2 2倍倍倍倍19第一章第一章 概述概述计计算算机机网网络络与与应应用用有远见的政府不断支持：有远见的政府不断支持：19691969有风险的企业参与和投入：有风险的企业参与和投入：NFSNFS：MCIMCI、IBMIBMvBNSvBNS：MCIMCI；Abilene:QwestAbilene:Qwest，CISCOCISCO联合协作的开放式研究：联合协作的开放式研究：IETF/RFCIETF/RFC教
19、育和科研的示范网络为起点教育和科研的示范网络为起点具有实验物理学的研究特点具有实验物理学的研究特点ARPAnetARPAnet、NSFNSF、ANSANS、vBNSvBNS简单实用的技术路线：简单实用的技术路线：TCP/IPTCP/IP2.Internet 的成功经验的成功经验20第一章第一章 概述概述计计算算机机网网络络与与应应用用3.国际高速信息网络技术研究计划国际高速信息网络技术研究计划1992年美国政府的“国家信息基础设施 NII”1993年西方七国的“全球信息基础设施 GII”美国NII组成部分“高性能计算和通信 HPCC”NGI 和 vBNSInternet 2 和 Abilene
20、TransPAC、APAN、STAR TAPCANARIE 和 CA*net321第一章第一章 概述概述计计算算机机网网络络与与应应用用网络中心机房网络中心机房22第一章第一章 概述概述计计算算机机网网络络与与应应用用网络管理节点网络管理节点23第一章第一章 概述概述计计算算机机网网络络与与应应用用4.Internet 2UCAIDUCAID（120120多个大学会员）的一项研究计划多个大学会员）的一项研究计划University Corporation for Advanced Internet University Corporation for Advanced Internet Dev
21、elopmentDevelopment形成大学试验网，开发下一代形成大学试验网，开发下一代 Internet Internet 技术和应技术和应用用IPv6IPv6，MulticastingMulticasting，QOSQOS以竞争方式得到以竞争方式得到 NGI NGI 计划的经费支持计划的经费支持NGINGI是政府计划，是政府计划，Internet 2 Internet 2 是大学合作计划是大学合作计划相互补充，相互依靠Internet 2Internet 2和和 NGI NGI的合作范围的合作范围NSFNSF支持的支持的 vBNS vBNSInternet 2 Internet 2 将建
22、立用于地区连接的将建立用于地区连接的gigaPoPgigaPoPInternet 2 Internet 2 的许多网络应用开发由的许多网络应用开发由NGINGI支持支持24第一章第一章 概述概述计计算算机机网网络络与与应应用用25第一章第一章 概述概述计计算算机机网网络络与与应应用用5.中国的高速计算机网络研究计划中国的高速计算机网络研究计划国家国家“九五九五”、“十五十五”科技攻关项目科技攻关项目国家国家 863 863 高技术研究发展计划高技术研究发展计划863863计算机主题，计算机主题，863863通信主题通信主题中国高速信息示范网络中国高速信息示范网络 CAINONET CAINON
23、ET（863-300863-300）国家国家“十五十五”863”863高技术研究发展计划高技术研究发展计划中国高速互连网络示范工程中国高速互连网络示范工程 CAINET CAINET中科院、上海市、广电部、铁道部联合建设中科院、上海市、广电部、铁道部联合建设中国高速计算机互连试验网络中国高速计算机互连试验网络 NSFCNET NSFCNET国家自然科学基金会国家自然科学基金会CERNET 2000 CERNET 2000（高速网络）工程（高速网络）工程面向面向 21 21世纪中国教育振兴计划：现代远程教育工程世纪中国教育振兴计划：现代远程教育工程26第一章第一章 概述概述计计算算机机网网络络与
24、与应应用用中国高速信息示范网中国高速信息示范网CAINONet示意图示意图中国高速信息示范网中国高速信息示范网中国高速信息示范网中国高速信息示范网IP/SDH/DWDMIP/SDH/DWDM地区地区地区地区A AOXCOXC节点节点节点节点A1A1OADMOADM节点节点节点节点A3A3OADMOADM节点节点节点节点A2A2CRCRSDHSDHUASUASPSTNPSTNADSLADSL地区地区地区地区B BOXCOXC节点节点节点节点B1B1SDHSDHOADMOADM节点节点节点节点B3B3ADMADMUASUASERERLANLANOADMOADM节点节点节点节点B2B2地区地区地区地区C COXCOXC节点节点节点节点C1C1OADMOADM节点节点节点节点C2C2OADMOADM节点节点节点节点C3C3OADMOADM节点节点节点节点C4C4TMTMERERLANLANERERL LA AN NL LA AN NERERCRCRCRCRPSTNPSTNATMATM设备设备设备设备ATMATM设备设备设备设备TMTMTMTMATMATM设备设备设备设备ATMATM设备设备设备设备ADMADM27第一章第一章 概述概述计计算算机机网网络络与与应应用用参考书籍参考书籍28