第1講 計算機網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)

1、2022-3-7武夷學(xué)院計算機系12022-3-7武夷學(xué)院計算機系2l本講主要介紹計算機網(wǎng)絡(luò)的定義、產(chǎn)生、發(fā)展；從不同的角度對網(wǎng)絡(luò)進行分類；以及網(wǎng)絡(luò)的各種拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)、局域網(wǎng)和廣域網(wǎng)的基本概念、定義了網(wǎng)絡(luò)通信中帶寬和延遲的概念，同時介紹了當(dāng)前主要的網(wǎng)絡(luò)標(biāo)準(zhǔn)化組織等一系列網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)知識。l許多人無法對網(wǎng)絡(luò)有正確的分析與理解正是對本講的內(nèi)容掌握不深造成的。2022-3-7武夷學(xué)院計算機系3l什么是計算機網(wǎng)絡(luò)l計算機網(wǎng)絡(luò)的演進l計算機網(wǎng)絡(luò)的類型及分類l網(wǎng)絡(luò)性能-帶寬和延遲l網(wǎng)絡(luò)標(biāo)準(zhǔn)化組織2022-3-7武夷學(xué)院計算機系4 2022-3-7武夷學(xué)院計算機系51、IEEE高級委員坦尼鮑姆博士的定義：計算機網(wǎng)絡(luò)

2、是一組自治計算機互連的集合計算機網(wǎng)絡(luò)是一組自治計算機互連的集合2、通俗定義：把分布在不同地點且具有獨立功能的多個計算機系統(tǒng)通過通信設(shè)備和線路連接起來，在功能完善的軟件和協(xié)議的管理下實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)中資源共享系統(tǒng)。3、由定義可知：(1)計算機網(wǎng)絡(luò)是“通信技術(shù)”與“計算機技術(shù)”的結(jié)合產(chǎn)物(2)數(shù)據(jù)交換是基礎(chǔ)，資源交換為目的 2022-3-7武夷學(xué)院計算機系64、可接入計算機網(wǎng)絡(luò)中的設(shè)備：由于IT業(yè)迅速發(fā)展，各種網(wǎng)絡(luò)互連設(shè)備層出不窮，如計算機、打印機、WAP手機、PDA、網(wǎng)絡(luò)電話等。2022-3-7武夷學(xué)院計算機系75、計算機網(wǎng)絡(luò)通信的基礎(chǔ)：（1）線路：計算機通信的線路有很多，有形的：如雙絞線、同軸電纜、光

3、纖等。無形的：如無線電波、微波、紅外線或衛(wèi)星。（2）協(xié)議： 各種不同類型的設(shè)備要通信，就必須有一個統(tǒng)一的“語言”，這就是協(xié)議。 現(xiàn)有的計算機網(wǎng)絡(luò)協(xié)議有：TCP/IP、X.25、IPX/SPX、SLIP、PPP、Frame Relay等。2022-3-7武夷學(xué)院計算機系86、容易與計算機網(wǎng)絡(luò)混淆的系統(tǒng)：如主從系統(tǒng)、分布式系統(tǒng)。 硬件設(shè)備與計算機網(wǎng)絡(luò)相同，但是分布式系統(tǒng)在此基礎(chǔ)上運行著一個軟件系統(tǒng)，以達(dá)到資源共享的目的，從用戶使用的角度來看，分布式系統(tǒng)就像展現(xiàn)在我們面前的一個由許多設(shè)備組成的黑盒子。不用關(guān)心資源從哪里來。2022-3-7武夷學(xué)院計算機系91、資源共享資源包括軟件資源和硬件資源2、信

4、息轉(zhuǎn)輸與集中處理 數(shù)據(jù)通過網(wǎng)絡(luò)傳遞到服務(wù)器中，由服務(wù)器集中處理后再送回終端3、負(fù)載均衡 可在世界各地放置相同內(nèi)容的WWW服務(wù)器，使不同的用戶訪問與之最近的服務(wù)器。2022-3-7武夷學(xué)院計算機系104、綜合信息服務(wù)如：電子郵件、IP-phone、視頻點播、網(wǎng)上交易、視頻會議等。2022-3-7武夷學(xué)院計算機系111.組成:通信子網(wǎng)，資源子網(wǎng) 主主機機 終終端端 終終端端 主主機機 終終端端 主機 主機通 信 設(shè)備通 信 線通 信 線路路通信子網(wǎng)通信子網(wǎng)資源子網(wǎng)資源子網(wǎng)2022-3-7武夷學(xué)院計算機系122.通信子網(wǎng)(1)功能：完成網(wǎng)絡(luò)的通信 數(shù)據(jù)的存儲轉(zhuǎn)發(fā) 差錯控制 流量控制 路由選擇 網(wǎng)絡(luò)安

5、全 流量計費(2)構(gòu)成： 網(wǎng)絡(luò)結(jié)點+通信線路2022-3-7武夷學(xué)院計算機系133.資源子網(wǎng)(1)功能：提供網(wǎng)絡(luò)資源共享，處理數(shù)據(jù)能力(2)構(gòu)成：主機系統(tǒng)(硬件+軟件)2022-3-7武夷學(xué)院計算機系14l1、簡單聯(lián)接l2、網(wǎng)絡(luò)化聯(lián)接l3、網(wǎng)絡(luò)間互連2022-3-7武夷學(xué)院計算機系152022-3-7武夷學(xué)院計算機系162、具有遠(yuǎn)程通信功能的多機系統(tǒng)、具有遠(yuǎn)程通信功能的多機系統(tǒng)解決了主機負(fù)擔(dān)重、通信費用昂貴的問題。解決了主機負(fù)擔(dān)重、通信費用昂貴的問題。主要問題：多個用戶只能共享一臺主機資源主要問題：多個用戶只能共享一臺主機資源2022-3-7武夷學(xué)院計算機系172022-3-7武夷學(xué)院計算機系

6、182022-3-7武夷學(xué)院計算機系19第三階段（第三階段（70年代中期年代中期80年代末期）：年代末期）：現(xiàn)代計算現(xiàn)代計算機網(wǎng)絡(luò)階段機網(wǎng)絡(luò)階段，特征是，特征是網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)的形成和網(wǎng)絡(luò)協(xié)網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)的形成和網(wǎng)絡(luò)協(xié)議的標(biāo)準(zhǔn)化議的標(biāo)準(zhǔn)化在計算機通信系統(tǒng)的基礎(chǔ)之上，重視網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)在計算機通信系統(tǒng)的基礎(chǔ)之上，重視網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)和協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)化的研究，建立全網(wǎng)統(tǒng)一的通信規(guī)則，和協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)化的研究，建立全網(wǎng)統(tǒng)一的通信規(guī)則，用通信協(xié)議軟件來實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)內(nèi)部及網(wǎng)絡(luò)與網(wǎng)絡(luò)之間用通信協(xié)議軟件來實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)內(nèi)部及網(wǎng)絡(luò)與網(wǎng)絡(luò)之間的通信，通過網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)，對網(wǎng)絡(luò)資源進行管理，的通信，通過網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)，對網(wǎng)絡(luò)資源進行管理，極大的簡化了

7、用戶的使用，使計算機網(wǎng)絡(luò)對用戶提極大的簡化了用戶的使用，使計算機網(wǎng)絡(luò)對用戶提供透明服務(wù)供透明服務(wù)。局域網(wǎng)技術(shù)出現(xiàn)突破性進展局域網(wǎng)技術(shù)出現(xiàn)突破性進展。2022-3-7武夷學(xué)院計算機系20第四階段：網(wǎng)絡(luò)計算的新時代幀幀中繼中繼異步傳輸模式異步傳輸模式ATM波分多路復(fù)用波分多路復(fù)用WDM未來的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)如下圖:1.3.3 網(wǎng)絡(luò)間互連2022-3-7武夷學(xué)院計算機系212022-3-7武夷學(xué)院計算機系22l計算機網(wǎng)絡(luò)的分類標(biāo)準(zhǔn)很多，可以從不同角度將網(wǎng)絡(luò)進行分類。如：根據(jù)操作系統(tǒng)的不同，可分為NetWare網(wǎng)，Windows 2000網(wǎng)絡(luò)。l從介質(zhì)訪問控制方法的角度，可以分為以太網(wǎng)、令牌網(wǎng)，還可以從開距離

8、和應(yīng)用模型角度進行分類。1.4 網(wǎng)絡(luò)類型及分類2022-3-7武夷學(xué)院計算機系23按計算機網(wǎng)絡(luò)覆蓋范圍的大小，網(wǎng)絡(luò)可分成(1) 局域網(wǎng)(LAN)(2) 城域網(wǎng)（MAN）(3) 廣域網(wǎng)（WAN）實際上由于網(wǎng)絡(luò)覆蓋范圍和傳輸距離不，所采用的技術(shù)，網(wǎng)絡(luò)的帶寬，延遲等性能指標(biāo)都是不一樣的，下表對三種不同網(wǎng)絡(luò)進行比較。2022-3-7武夷學(xué)院計算機系24分布距離 覆蓋范圍網(wǎng)絡(luò)分類速度10m房間局域網(wǎng)4Mbit/s-10Gbit/s100M建筑物1Km校園10Km城市城域網(wǎng)50kbit/s-100Mbit/s100Km國家廣域網(wǎng)9.6kbit/s-155Mbit/s2022-3-7武夷學(xué)院計算機系251、

9、局域網(wǎng)(LAN):（1）定義：通常指幾公里以內(nèi)的，可以通過某種介質(zhì)互聯(lián)的計算機、打印機、modem或其他設(shè)備的集合。連接的是小范圍內(nèi)的計算機，一般系統(tǒng)覆蓋半徑從幾米到幾公里，一般為一個單位所有，以便共享資源（打印機，數(shù)據(jù)庫等）和交換信息。傳統(tǒng)局域網(wǎng)的傳輸速度為10-100Mbit/s，傳輸延遲低（幾十微秒），出錯率低，新的LAN傳輸速度可達(dá)1Gbit/s，現(xiàn)在10Gbit/s的網(wǎng)絡(luò)也已經(jīng)出現(xiàn)。2022-3-7武夷學(xué)院計算機系26（2）與其它網(wǎng)絡(luò)的區(qū)別 網(wǎng)絡(luò)所覆蓋的物理范圍 網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu) 網(wǎng)絡(luò)所使用的傳輸技術(shù)（3）拓?fù)浣Y(jié)構(gòu) 局域網(wǎng)可以采用多種拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)來構(gòu)建。 如總線型、星型、環(huán)型、樹型、其中典

10、型的是總線型、星型、環(huán)型。2022-3-7武夷學(xué)院計算機系27（4）局域網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)IEEE802。IEEE802.1概述局域網(wǎng)體系結(jié)構(gòu)以及網(wǎng)絡(luò)互連IEEE802.2定義了邏輯鏈路控制（LLC）子層的功能與服務(wù)。IEEE802.3描述CSMA/CD總線式介質(zhì)訪問控制協(xié)議及物理規(guī)范。IEEE802.4描述令牌總線介質(zhì)訪問控制協(xié)議及相應(yīng)物理層規(guī)范。IEEE802.5描述令牌環(huán)式介質(zhì)訪問控制協(xié)議及相應(yīng)物理層規(guī)范。2022-3-7武夷學(xué)院計算機系28IEEE802.6描述了城域網(wǎng)介質(zhì)訪問控制協(xié)議及相應(yīng)物理層規(guī)范。IEEE802.7 描述寬帶技術(shù)進展。IEEE802.8 描述光纖技術(shù)進展。IEEE802.9

11、描述語音和數(shù)據(jù)綜合局域網(wǎng)技術(shù)。IEEE802.10 描述局域網(wǎng)安全與解密問題。IEEE802.11描述無線局域網(wǎng)技術(shù)。IEEE802.12描述用于高速局域網(wǎng)的介質(zhì)訪問方法及其物理層規(guī)范。2022-3-7武夷學(xué)院計算機系29l(5)局域網(wǎng)所使用的技術(shù)lLAN的技術(shù)與LAN的類型相關(guān)，不同類型的LAN使用的技術(shù)是不同的，目前常見的LAN類型包括：以太網(wǎng)（Ethernet）、令牌環(huán)網(wǎng)、無線局域網(wǎng)絡(luò)（Wireless Local Area Network，WLAN）等。它們在拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)、傳輸介質(zhì)、傳輸介質(zhì)、傳輸速率、數(shù)據(jù)格式等多方面都有許多不同。其中應(yīng)用最廣泛的當(dāng)屬以太網(wǎng)，是目前發(fā)展最迅速、也是最為經(jīng)濟

12、的局域網(wǎng)。2022-3-7武夷學(xué)院計算機系30l以太網(wǎng)技術(shù)：l使用技術(shù)要簡單，使用電路少，成本較低這使以太網(wǎng)可以脫穎而出。l以太網(wǎng)采用具有沖突檢測的載波偵聽多路訪問（CSMA/CD）的通信規(guī)則。l由于它采用的是總線技術(shù)和CSMA/CD通信規(guī)則，這就決定了它所連接的節(jié)點將有所限制。2022-3-7武夷學(xué)院計算機系31l令牌網(wǎng)技術(shù)l令牌環(huán)網(wǎng)最初是由IBM在20世紀(jì)80年代開發(fā)的一種網(wǎng)絡(luò)傳輸系統(tǒng)。90年代它和以太網(wǎng)競爭激烈，但與以太網(wǎng)相比它運行速度有限，僅4或16Mbps。l令牌網(wǎng)絡(luò)技術(shù)除可用在環(huán)型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)上也可以應(yīng)用在其它拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)上，只要規(guī)定好網(wǎng)絡(luò)中節(jié)點的順序，同樣可以在其它拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)上實施令牌介質(zhì)

13、訪問技術(shù)。令牌網(wǎng)絡(luò)技術(shù)包括令牌總線技術(shù)（IEEE802.4)和令牌環(huán)技術(shù)（IEEE802.5)。2022-3-7武夷學(xué)院計算機系32l無線局域網(wǎng)技術(shù)l無線局域網(wǎng)絡(luò)隨著以太網(wǎng)的廣泛應(yīng)用，移動IP接入的需求迅速增長，也得到了廣泛應(yīng)用。l采用射頻技術(shù)（RF）來實現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸。lWLAN包括AP和終端，AP相當(dāng)于基站，終端主要有有用于便攜機的PCMCIA無線網(wǎng)卡，和用USB接口的無線終端相當(dāng)于無線Modem。每個AP接入2030個用戶。lWLAN目前采用IEEE802.11b，最高速度為11Mbps。根據(jù)信號強度實際速度為10/5.5/2/1Mbps，工作頻段在2.4GHz。2022-3-7武夷學(xué)院計算

14、機系33(2)城域網(wǎng)(MAN):也稱都市網(wǎng)，它的覆蓋范圍一般是一個城市，它是在局域網(wǎng)不斷普及，網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)品增加，應(yīng)用領(lǐng)域拓展等情況下興起的。它是將一個城市范圍的局域網(wǎng)互連起來，以得到更高的數(shù)據(jù)傳輸速率Sanlian collegeUSTC2022-3-7武夷學(xué)院計算機系34(3)廣域網(wǎng)(MAN):覆蓋范圍廣闊，又稱遠(yuǎn)程網(wǎng)。廣域網(wǎng)覆蓋的地理范圍可以是一個城市，一個地區(qū)，一個省，一個國家。最大的是Internet。廣域網(wǎng)的傳輸速率低2022-3-7武夷學(xué)院計算機系35企業(yè)網(wǎng)電話網(wǎng)上海防火墻因特網(wǎng)網(wǎng)關(guān)路由器modemmodemmodemmodemmodemmodem北京主服務(wù)器LANLAN2022-3-

15、7武夷學(xué)院計算機系36(1)廣播式網(wǎng)絡(luò) 在網(wǎng)絡(luò)中只有一個通信信道，由網(wǎng)絡(luò)中的所有主機共享 特點：當(dāng)從網(wǎng)絡(luò)中任何一臺主機發(fā)出一個短報文時，網(wǎng)上所有的主機都可以接受到。但通過報文中“地址標(biāo)識”，確定目標(biāo)主機，它適用于距離范圍小，網(wǎng)絡(luò)內(nèi)工作站點少。2022-3-7武夷學(xué)院計算機系37(2)點到點網(wǎng)絡(luò)：當(dāng)在一個網(wǎng)絡(luò)中成對的主機間存在著若干對的相互聯(lián)結(jié)關(guān)系時，便組成了點到點的網(wǎng)絡(luò) 特點：當(dāng)源主機想目的主機發(fā)送“分組”信息時，分組信息可能經(jīng)由一個或多個中間節(jié)點才能到達(dá)2022-3-7武夷學(xué)院計算機系381概念： 網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)指連接于網(wǎng)絡(luò)中的端系統(tǒng)或工作站之間互連的方式；簡單地說：指網(wǎng)絡(luò)形狀，網(wǎng)絡(luò)的連通性常

16、見的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)：總線型、星型、環(huán)型、樹型、混合型、網(wǎng)狀型2022-3-7武夷學(xué)院計算機系392.常見網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)介紹：(1)總線型：采用一個公用通道作為傳輸媒體，所有站點都通過相應(yīng)的硬件接口直接連接到公用信道上，這一公用信道稱為總線2022-3-7武夷學(xué)院計算機系40特點：(1)所有站點發(fā)送的信息都通過該公用信道傳播(2)某一時刻只允許一個站點向信道上發(fā)送數(shù)據(jù)（且數(shù)據(jù)分組中攜帶有目的地址）(3)信道上的數(shù)據(jù)能被其他所有站點接收，且各站點識別分組攜帶的目的地址，以確定是復(fù)制，分組，還是丟棄2022-3-7武夷學(xué)院計算機系41(2)星型：每一個站點直接與一個公共的中心節(jié)點連接中心節(jié)點的操作一般有兩種

17、方法：a.中心節(jié)點以廣播式方式來運作，典型的設(shè)備是集線器(HUB)b.中心節(jié)點以交換方式來運作典型設(shè)備是專用交換機(PBX)2022-3-7武夷學(xué)院計算機系42HUB（中央控制器）HUB（中央控制器）（中央控制器）星型（星型（Star）拓?fù)洌┩負(fù)?022-3-7武夷學(xué)院計算機系43(3)環(huán)型：由站點和鏈路組成閉合環(huán)特點：數(shù)據(jù)沿環(huán)路單向傳輸，切繞環(huán)行駛一周，回到源站點。2022-3-7武夷學(xué)院計算機系44(4)樹型型：是星型的擴展，樹型網(wǎng)絡(luò)是分層結(jié)構(gòu)，具有根節(jié)點和分支節(jié)點特點：適用于分級管理和控制系統(tǒng)2022-3-7武夷學(xué)院計算機系45(5)混合型：是將傳統(tǒng)的總線型網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)與星型網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)進行有機

18、結(jié)合。注：混合型(分布式，集散型)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)特別使用與一個學(xué)校、企業(yè)、工廠等各個辦公樓分散的情況2022-3-7武夷學(xué)院計算機系46(5)其他型：a.雙環(huán)型 b.拓展星型2022-3-7武夷學(xué)院計算機系47(6)其他型：c.不規(guī)則型 d.完全網(wǎng)狀型2022-3-7武夷學(xué)院計算機系48(7)其他型：e.蜂窩型 2022-3-7武夷學(xué)院計算機系491.5.1 網(wǎng)絡(luò)性能簡介1.5.2 帶寬定義1.5.3 延遲2022-3-7武夷學(xué)院計算機系50l影響網(wǎng)絡(luò)性能的因素有：傳輸?shù)木嚯x、使用的線路、傳輸技術(shù)、帶寬(bandwidth)、網(wǎng)絡(luò)設(shè)備、網(wǎng)絡(luò)用戶數(shù)量。 l對用戶而言，則主要體現(xiàn)在所獲得的網(wǎng)絡(luò)速度不一樣

19、l對設(shè)計者而言，則是在進行網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃過程中要考慮的因素。2022-3-7武夷學(xué)院計算機系51l帶寬(bandwidth)是指網(wǎng)絡(luò)上數(shù)據(jù)在一定時刻內(nèi)從一個節(jié)點傳送到任意節(jié)點的信息量。 2022-3-7武夷學(xué)院計算機系52l延遲通常是指將一個比特從網(wǎng)絡(luò)的一端傳到另一端所需花費的時間。 2022-3-7武夷學(xué)院計算機系53l國際標(biāo)準(zhǔn)化組織(International Organization for Standardization, ISO) l電子電器工程師協(xié)會(Institute of Electrical and Electronics Engineers, IEEE) l美國國家標(biāo)準(zhǔn)協(xié)會(American National Standards In