1.1计算机网络在信息时代的作用 第1章 21世纪的特征:数字化、网络化和信息化 计算机网络概述 世界经济:工业经济→知识经济 知识经济的特点:信息化和全球化 三网融合: 电信网络(电话、传真等) 有线电视网络(单向电视节目的传送) 计算机网络→发展最快、核心作用 20世纪90年代:因特网( Internet) 9949:美国又提出 GIi计划:全球信息基础结构行动计划 1993.915:美国政府发布 目的:将各国的NI互连起来 NI计划:国家信息基础结构行动计划 因特网就是G的雏形。 即,信息高速公路 Number of Hosts on the 电信网 有线电视网 光纤主干 ttp 专用网 Jul.199719,540000 校园网 Jul.200093,047,785 91年1985年1989年1993年1997年 12计算机网络的发展过程 第一代:50s面向终端的计算机通信网 采用电路交换(线路交换)方式 1.计算机网络的产生 计算机技术与通信技术相互渗透、密切结合 笫一阶段:联机系统一计算机通过线路控制器与远 程终端相连 现代计算机网络起始于60°’s美苏冷战时期 发展特征:数据交换技术(交换设备在通信双 线路 方找出一条实际的物理线路的过程) 实现交换的方法 调制解调器调制解调器 1.电路交换 线路控制器功能—串并转换和简单的差错控制 3.分组交换
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第三阶段:用前端处理机FEP完成通信任务 第二阶段:使用多重线路控制器 计算机 多重线路 FEP 前端处理M 公用电话网 公用电话网 可以和多个远程终端相连 主机专门进行数据处理,目前仍起着重要作用 第四阶段:采用集中器 电路交拄 工作方式 ①建立连接②数据传送③释放连接 高速线路 FEPHMHtzMH 前端处理机 节点D 公用电话网 提高通信线路的利用率,降低通信费用 电路交换的特点 第一代的计算机网络特点 以单个主杋为中心的星型网,各终端通过通 ①所用设备及操作简单 线路共享主机的软硬件资源 ②线路接通后,数据直通,延迟短 ③信息能按顺序传送; 第二代:60s分组交换计算机网络, 用分组交换方式 ④接通线路时间较长; 传统的线路交换技术不适合计算机数据的传输 ③接通后,线路独占,效率低,费用高; 在通信的全部时间用户始终占用端到端的固 计算机通信具有突发性、断续性 定传输带宽。这种联网方式称为面向连接的 ①线路利用率低。 nnection-oriented) ②建立通路的呼叫过程对计算机通信太长
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报文交换 整个报文( Message)作为一个整体一起发送 报文交换的缺点 在交换过程中,交换设备将接收到的报文先存储 缺点 信道空闲时再转发出去,一级一级中转,直到目 的地。这种数据侍输技术称为存储一转发 报文大小不一,造成缓冲区管理复杂 2.大报文造成存储转发的延时过长; 3.出错后整个报文全部重发 分组交换 将报文划分为若干个大小相等的分组( Packet)进 行存储转发 一分组交换—基于标记的( abel-based 1,存储量要求较小,可以用内存来缓冲分组—速度快 报文( message)→)分组 (packet,):首部( head)+数据 2.转发延时小—适用于交互式通信 3.某个分组出错仅重发该分组—效率高 报文 [oioo….00100 D 分组交换原理 分组交换的方式 把报文划分若干个较小的数据单元一分组,每 数据报( datagram)方式 个分组作为一个独立信息单位,然后依次发送出 去。结点交换机进行存储、转发和路由选择 通信时不必建立一条连接,可随时发送数据的联 网方式,称为无连接的 connectionless
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虚电路( virtual circuit)方式 电路交换、报文交换和分组交换的比较 工作方式 ①建立连接②数据传送③释放连接 呼叫阶段一数传 这种联网方式称为面向连接的( connection 报文交换 分组交换 分组交换网的优点 所采用的手段 2.分组交换网的产生 ①高效动态或断续分配传输带宽 灵活每个结点均有智能,可根据情况决定路 基于40's电报通信的存储转发概念和报文交换方 由和对数据作必要的处理 ③迅速以不太长的分组为传送单位,在每个结 点存儲时间很短;高速链路 1966年6月英国国家物理实验室NPL提出分组一 ④可靠完善的网络协议;分布式多路由的通信 子网 1967年美国国防部高级研究计划局(ARPA研究 通信子 分组交换网 1969年12月 ARPANET投入运行,是网络发展的 计算机网络结构=资源子网+通信子网 第一代与第二代的区别: 资源子网 资源子网 通信子网 第一代 第二代 以单个主机为中心) (以通信子网为中心)
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现代网络结构的变化 资源子网:主机、终端、连网外设、软件和信息資 所组成。 宀随着微型计算机的广泛应用,大量的微型计算 任务:完成数据处理、提供资源共享 机是通过局域网连入广域网,而局域网与广域 网、广域网与广域网的互连是通过路由器实现 通信子网:结点交换机( note switch)、通信线路和 通信设备所组成。也称为分组交换网。 任务:完成网络数据传输(ns负责存储、转发和路 由选择) 在 Internet中,用户计算机需要通过校园网 企业网或ISP联入地区主干网,地区主干网通 点交换机在网络拓朴中称网络节点(简称节点) 过国家主干网联入国家间的高速主干网,这样 也称为路由器 就形成一种由路由器互联的大型、层次结构的 由路由器互联的大型、层次结构的互联网络示意图 因特网时代一发展过程 1. ARPAnet(ARPA-美国国防部高级研究计划局) 975,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 I 1980,转向TCP/P协议,1983.1,转换结束; 1990 ARPAnet退役 ARPAnet对网络的产生与发展起到重要的影响。 2. NSFnet(NSF-美国国家科学基金会) Internet 984组建,直接采用 TCP/IP协议, 20世纪80年代中期人们开始认识到 Internet的重要 采用层次结构(主干网、地区网、校园 作用 网),主干网与 ARPANET相连 一20世纪90年代是 Internet历史上发展的最快的时 1986建成,主干网速率:56kbs 期 1989主干网速率:1.544Vb/s(T速率) Internet应用主要有E- mail, Www、 Telnet FIP与 Usenet等,随着 Internet规模和用户的不断 1990接管了 ARPANET,改名为 Internet 增长, Internet上的应用领域也进一步得到开拓 1993主干网速率:45Mbs(T3速率) 从用户的角度来看, Internet是一个全球范围的信 1996主干网速率:155Mbs 息资源网; 1999主干网速率:2.5Gbs 从网络结构角度看, Internet是一个由路由器互联
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Internet2 199610美国提出:NG计划(下一代因特网计划) 网络发展 ①下一代网络结构;运行的是IP4,同时也支持PV6业务 ②主干网速率:10Gb/s ①计算机网到互联网 ④先进的网络服务: ②封闭网到开放网 健康保健:远程医疗、紧急医疗响应支持 dE 教育:远程教育、数字图书馆 ③集团通信到个人通信 ·科学研究:能源、地理系统、气象、生物 ④有中心网到无中心网 国家安全:高性能全球通信、先进的信息传播 政府;传递政府服务和信息给公民和企业 突发事件:灾难响应、危机管理 设计和制造:制造工程 计算机网络技术的国际标准化组织 我国的发展情况 国际标准化组织ISO(1946年成立 98911我国第一个公用分组交换网 CNPAC运行; 200个技术委员会,制定了5000多各种国际 993.9该网扩充成层次结构的全国网 CHINAPAO 标准 目前有7大互联网络与 Internet相连 一电气和电子工程师协会IEEE 1.中国公用计算机互联网( CHINANET)、 最大的专业组织,制定相关标准 2.中国科学技术网( CSNET)、 因特网协会(1992年成立) 3.中国教育和科研计算机网( CERNET) 制定 Internet标准(RFC文档) 4.中国国际经济贸易互联网( CIENET 5.中国联通互联网( UNINET 国际电信联盟ITE 6.中国网通公用互联网( CNCNET) 制定电信标准( CCITT文档) 7.中国移动互联网( CIETNET 中国的高速计算机网络研究计划 国家“九五”、“十五”科技攻关项目 一国家863高技术研究发展计划 Net示意图 863-306,863-317 中国高速信息示范网络 CAINONET(863-300) 国家“十五”863高技术研究发展计划 国高速信息示范 中国高速互连网络示范工程 CAINET P/SDHDWI 科院、上海市、广电部、铁道部联合建 中国高速计算机互连试验网络 NSFCNET 国家自然科学基金会 CERNET2000(高速网络)工程 面向21世纪中国教育振兴计划:现代远程教育 工程
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13计算机网络的分类 计算机网络的基本特征 计算机网络的定义 ①计算机资源共享 在不同阶段或不同观点,定义不同 ②自治计算机 些互相连接的、自治的计算机的集 ③统一的通信协议 以利用各种通信手段,把地理上分散的计算机 有机地连在一起,达到相互通信而且共享软 计算机网络与分布式系统的区别 件、硬件和数据等资源的系统。(中国专家定 ①分布式系统建立在计算机网络之上 ②物理结构基本相同,高层软件不同; 一个计算机网络应由三部分组成:计算机、通 ③分布式系统是一个完整的整体系统,各计算机 信子网和通信协议 在协调下自治工作;典型应用:并行运算 计算机网络的分类 按作用范围分类 按交换功能分类 计算机之间的距离计算机所在地网络 分类 电路交换 机房 存储转发式交 100 m 建筑物局域网 区报文交换 校园 式一囚分组交換m虚电路方式 数据报方式 城市 城域网 混合交换 国家 广域网 洲或洲际互联网 局域网(LAN 城域网(MAN 范围:一般用于1栋大楼、校园等几公里以内 覆盖范围10km-100km,把多个局域网互相连接起 传输技术:广播方式 来,构成一个覆盖范围更大、支持高速传输和綜合 拓扑结构:总线、环形等 业务的适合大都市地区的计算机网络.如,目前我 应用:校因网、企业网等 国的金融网 一标准:IEEE802.6,DBDQ( Distributed Queue Dual 旱旱旱旱 总线
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广域网(WAN) 按使用范围分类 范围:跨省市、国家 一般需借用公共通信线路,如PSTN、DDN X25等 公用网,由国家的邮电或通信部门统一组建和管 理的网络 专用网,由某个部门为自己的特殊业务组建和管 理的网络。不对外服务。例,军队、铁 路、电力等网络 按传输信道介质分类 按传输技术分类 有线网传输介质可以是双 绞线、同轴电缆和光纤駟 广播式网络 所有计算机共享一个公共信道 算机发 送报文,其它计算机都能“收听”到,若报文中的 目的地址与本节点相同,则接收,否则放弃 无线网传输介质有:无线 电波、微波、红外线、激 发送报文的目的地址 ①单一节点地址:只有一个节点接收 实现方案 ①无线LAN ②多节点地址:多个节点接收; ②基于GMS(全球可移动 ③广播地址:所有节点都接收 通信系统) 点到点式网络 计算机网络拓扑结构 1.全连接结构 每一节点和其它所有节点都有通 米 信线路连接,无需路由选择,通 信方便,但网络连接复杂 2.部分连接结构 采用分组存储转发与路由
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14计算机网络的主要性能指 15协议与体系结构 带宽:信号具有的频带宽度, 网络协议 b-比特、B-字节、k=1000、K=1024 为网络数据交换而制定的规则、标准或约定 ①发送时延②传播时廷③处理时延 网络协议三要素: 时延带宽积:传播时延x带宽 ①语法,数据与控制信息的结构或格式。(数据格 式、编码和信号电平) 往返时延RTT:从发送数据开始,直到收到信息 确认所经历的时间 ②语义,需要发出何种控制信息,完成何种动作及做 出的何种应答; 信息 ③同步,事件实現顺序的详细说明。(速度匹配和排 信源 信宿 计算机网络的层次模型 杜会上存在的邮政系统 层次方法:有利于处理复杂问题 发信者 牧信者 书写信件 收集临件 计算机 计算机2 「局服务业务 信件分拣 文件及文件传输命令 文件参数模块 文件参数模 通信块有大险反务块 →国国·[ 虐通 分层示例:虚拟通信与实际通信的关系 N屈/N1层接 第5基协议 4是如四M 计算机网络的层次模型 N层是N+1层服务者;向N+1层提供服务 23正正国 一叫叫M回M回 N层是N1层的用户 第1层协议 同等层:不同系统的相同层 同等层的通信使用协议。 M:消息,即报文 H:报头控拉制信息(如,序号),长度 协议是水平的,服务是垂直的 T:尾部;
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接口:系统层次间的通信规则 示例: 接口定义了服务原语操作,可以实现层与层之间 第N+1层向第N层 的交互。并向上层提供服务 一传递SDU 服务原语:上层与下层之间的交换命令 请求- request 指示- indication 证实- confirm 服务接入点(SAP:相邻两层信息交换的地方 N1层[風务用P一一故议一+服妻用尸] IDU:接口数据单元 CI:接口控制信息 提供服务 ss Esae shs#+ SAr JAis SAP:服务访问点 SDU:服务数据单元,层与层次之间交换的数据单位 相邻两层之间的关系 PDU:协议数据单元,在对等层次上传送的数据 服务概念一面向连接的示例 一层次结构的优点 ①各层相互独立 Layer N+1 ③各层技术实现独立; ④易于实现与维护 电话系统 ⑤有利于标准化 某些功能在不同层次中重复出现,导致通信效率 hangs up 体系结构 体系结构的形成 1974,IBM提出第一个网络体系结构SNA(系统网络体 计算机网络的各层及其协议的集合 结构) 即,计算机网络及其保诬所应完成的功能的 1977由SO提出OSl; 1983,形成正式文件(ISO7498国际标准); 体系结构是抽象的,而实现(运行的计算机软 ISOJOSI参考模型 硬件)是具体的 ISO国际标准化组织 体系结构相当于对象的类型,而具体的网络 OSI开放系统互连 结构则相当于对象的一个实例 (Open System Interconnection
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