1、1,第1章 计算机网络引论,2,计算机网络是地理上分散的多台自主计算机互连的集合。计算机互连必需遵循约定的通信（网络）协议，由通信设备、通信链路及网络软件实现。计算机网络可实现信息交互、资源共享、协同工作及在线处理等功能。,3,本章学习要点：,1. 计算机网络的发展历史及发展趋势2. 计算机网络的定义3. 连网需求4. 计算机网络体系结构,4,1.1 计算机网络的产生和发展,历史的回顾推动计算机网络发展的动力计算机数据网的重大发明,5,1.1.1 历史回顾,1945年 第一台计算机问世（ENIAC）冯诺依曼计算机（EDVAC） 1971年 第一台微型机问世（MCS4） 1984年 网络就是计算
2、机,6,Internet发展的阶段,研究试验阶段实用阶段商业化阶段,7,1.1.2 推动网络发展的两大动力,日益增长的社会需求使远程资源的使用成为可能共享程序、数据和信息资源网络用户的通信和合作 推动网络发展的物质基础微电子、光电子技术的发展计算机技术和通信技术的发展及融合,8,图 1.1 网络技术的发展,9,1.1.3 计算机及数据网的重大发明,异步数据传输(RS-232-C) 同步数据传输(SDLC, HDLC) 存储转发分组交换 互联网协议(TCP/IP) 多路访问方法(以太网、标记环网) 光纤分布数据接口（FDDI） 异步传输模式（ATM）,10,图 1.2 同步数据链路控制规程,11
3、,图 1.3 存储转发分组交换,12,图 1.4 以太网,13,图 1.5 标记环网,14,图 1.6 光纤分布数据接口FDDI,15,图 1.7 异步传输模式ATM,16,图 1.8 数据网络传输速率的增长,1.2 计算机网络的定义,计算机网络是地理上分散的多台自主计算机互连的集合。计算机互连必需遵循约定的通信（网络）协议，由通信设备、通信链路及网络软件实现。计算机网络可实现信息交互、资源共享、协同工作及在线处理等功能。,18,1.3 计算机网络连网需求,连接性 有效的资源共享 公共服务的支持 性能,19,1.3.1 连接性,物理连接 寻址 路由 不同层次的连接,20,图 1.9 直接连接的
4、链路,21,图 1.10 存储转发交换网络,22,图 1.11 网络间的相互连接,23,1.3.2 有效的资源共享,多路复用 服务质量的支持 合理的为不同数据流分配链路容量 有效的手段处理拥塞,24,图 1.12 单物理链路上多数据流的多路复用,25,图 1.13 交换机将来自多数据源的数据包 通过多路复用发送到共享链路上,26,1.3.3 公共服务的支持,提供逻辑信道，支持应用进程间通信公共通信模式的确定,27,图 1.14 进程在抽象信道上进行通信,28,公共通信模式,请求/响应信道文件传输数据库检索环球网WWW 报文流信道视频播放视频会议,29,1.3.4 计算机网络的重要特性准则,性能
5、可靠性安全性,30,可靠性,数据包在物理链路传输过程中的位差错数据包的丢失结点和链路层的故障,31,可靠性度量,发生故障的频度恢复故障所需时间对实发性故障的网络健壮性,32,1.3.5 网络的性能,带宽与延时 延时带宽乘积 高速网络的带宽要求 应用程序对性能的要求,性能之一带宽,单位时间内网络上可以传输数据位的数目称带宽 带宽确定了传输每位数据需要花的时间 带宽的类别物理链路带宽逻辑信道带宽网络带宽,性能之二延时,报文从网络的一端传输到另一端所需花费的时间称延时 网络往返时间RTT 延时的组成光速造成的延时传输数据的时间网络内排队的时间 延时传播传输排队传播距离/光速传输数据包大小/带宽,35
6、,图 1.15 以特定带宽传输的数据位 可以看作具有某种宽度,带宽和延时,带宽和延时共同决定了某个给定链路或信道的性能特性 带宽和延时的相对重要性依赖于应用程序传输1字节报文100msRTT洲际信道1msRTT室内信道1Mbps 带宽 8ms100Mbps 带宽 0.08ms读取25MB图像10Mbps带宽需20秒1msRTT信道 0.001秒100msRTT信道 0.1秒,37,图 1.16 在不同大小的对象和链路速度下, 延时的观察值(响应时间)随往返时间的变化,38,图 1.17 像管道一样的网络,延时带宽积,假设：进程之间的信道为一个中空的管道延时对应于管道长度带宽对应于管道直径 则延
7、时带宽积即管道的容量延时带宽 例：50ms单向延时、45Mbps带宽信道容纳的数据位 5010-3 sec45106bits/sec=2.25106bit280KB,40,图 1.18 带宽与延时之间的关系,1.4 计算机网络分类方法,按地域范围 可分为局域网、城域网和广域网三类。 按拓扑结构 可分为总线、星状、环状、网状网等。 按交换方式可分为电路交换网、分组交换网、帧中继交换网、信元交换网等。 按网络协议可分为采用TCP/IP、SNA、SPX/IPX、AppleTALK等协议的网络。 按应用规模可分为Intranet、Extranet、Internet。,拓扑,网状 星型 树型 总线型 环
8、型,网状拓扑,星型拓扑,树型拓扑,总线型拓扑,环型拓扑,网络,局域网 城域网 广域网,局域网,局域网是将小区域内的各种通信设备互连在一起的通信网络，传输速率低于100Mbps的称传统局域网，传输速率高于100Mbps的称高速局域网。,决定局域网特性主要技术,传输介质 拓扑结构 介质访问控制,局域网,局域网,城域网,城域网是在5-100公里的地理覆盖范围内,以高的传输速率支持数据、声音和图像综合业务传输的一种通信网络。,城域网,广域网,广域网是在数十公里到数千公里的地理覆盖范围内，可以连接若干个城市、地区、甚至跨越国家，遍及全球的一种通信网络，也称远程网。,广域网,交换网络,电路交换,包交换,帧
9、中继,信元交换,电路交换,X.25,X.25 虚电路,帧中继交换,ATM 多路复用,ATM 网络结构,应用规模,Intranet,Extranet,Internet,65,Internet,Internet是全球最大的、开放的、由众多网络互连而成的计算机互连网。,Internet（TCP/IP）,Intranet,Intranet 是基于Internet TCP/IP协议、使用环球网WWW工具、采用防止外界侵入的安全措施、为企业内部服务，并有连接Inernet功能的企业内部网络。,Extranet,Extranet是使用公共通信设施和Internet协议的企业外联网，是企业内部网（Intran
10、et）向外部的延伸。通过Extranet，供应商、分销商和客户能共享企业Intranet的部分信息，增强企业与其供应商和客户的联系速度和效率。,1.5 网络体系结构,网络体系结构是计算机之间相互通信的层次，以及各层中的协议和层次之间接口的集合。,网络协议,网络协议是计算机网络和分布系统中互相通信的对等实体间交换信息时所必须遵守的规则的集合。,网络协议关键成分,语法 语义 定时,72,图 1.19 通信协议之间的关系,1.6 计算机网络发展趋势,一个目标 两个支持 三个融合 四个热点,一个目标,建立完善的信息基础设施 信息社会最重要的基础设施 信息产业是现代社会最重要的产业 电子信息文化是人类文
11、化发展第四个里程碑,两个支撑技术,微电子技术 光电子技术,微电子技术,信息产业发展的基础 莫尔定理 PC的处理能力 新的微电子技术工艺,莫尔定律,Intel公司创始人莫尔于70年代提出 D(T)=D(T0)2(T-T0)/1.5D(T)是时间T T0时的集成电路密度T以年为单位 18个月集成电路器件数翻一番 科技进步和市场驱动导致指数增长 1965年 IC含1个器件1995年 IC含100万个2000年 IC含1000万个物理极限 1000亿个,光电子技术,光纤传输性能 光纤传输技术的发展 第一代：0.8微米 280兆比特 第二代：1.3微米 560兆比特 第三代：1.5微米 第四代：光放大器
12、 10-20千兆比特 波分复用技术 100G bps 40种波长 同时传送100万个话音和1500个电视信道,三个融合,计算机、通信、信息内容的融合 电信、电视、计算机的三网合一 融合的基础是数字化 三网合一的网络体系结构,三个融合,四个热点,多媒体 宽带网 移动通信 信息安全,多媒体,多媒体的两种类型静态数据、文本、静态图象基于时间音频、视频、虚拟现实 多媒体应用视频点播交互视频协同工作远程医疗远程教学 促进技术和行业融合的驱动力,宽带网,从传统的电话网到OC48的光缆通信 高速的传输载体和信息内容 信息高速公路载体的技术特征全动态视频信号全交互双向通信 宽带通信技术主干网接入网,曼卡夫定律
13、,以太网发明者Metcalfe于90年代初提出 网络价值N（N1）/2N为用户数 曼卡夫定律表述：任何通信网络的价值是以网络内用户数的平方来增长 N个用户可能的连接数 网络频宽的需求按接入网络的PC能力的平方增长 每年网络频宽增长需求为3倍 Internet利用率和容量需求以指数增长,网络频宽需求的增加,频宽需求,时 间,文字和数字,图表,图像,颜色,声音,影像,各种应用对频宽的需求,媒介的描述 未压缩速度范围（Mbps） 压缩速度范围（Mbps） 广播类NTSC视频 120 3-6 播音室NTSC视频 216 10-30 高分辨率广播视频 1500 20-30 全动感可视图像60帧/秒,10
14、00X1000象素 1500-2500 50-200 单色二进制代码静止图像600X600点/英寸，135PP/分钟 120 5-50 全彩色静止图像400X400象素/英寸,60PP/分钟 500 45,移动通信,移动通信的发展 未来NII、GII的重要组成 便携式信息设备电脑的运算能力Internet的联网能力电视的清晰图象电话的方便 移动通信用户数激增,移动通信,信息安全,面临的安全威胁以破坏系统为目标的系统犯罪以窃取、篡改信息，传播非法信息为 目标的信息犯罪,90,安全的历史回顾,通信安全解决数据传输的安全密码技术 计算机安全解决计算机信息载体及其运行的安全正确实施主体对客体的访问控制
15、 网络安全解决在分布网络环境中对信息载体及其运行提供安全保护完整的信息安全保障体系,91,1.7 本章小结,计算机网络是地理上分散的多台自主计算机互连的集合。计算机互连必需遵循约定的通信（网络）协议，由通信设备、通信链路及网络软件实现。计算机网络可实现信息交互、资源共享、协同工作及在线处理等功能。 计算机网络的连网需求包括连接性、有效的资源共享、公共服务的支持、公共通信模式的确定以及计算机网络的3个重要特性：性能、可靠性和安全性。 网络分类方法繁多，几种典型的网络是局域网、城域网、广域网、Internet、Intranet以及Extranet。 网络体系结构是计算机之间相互通信的层次，以及各层中的协议和层次之间接口的集合。网络协议是计算机网络和分布系统中互相通信的对等实体间交换信息时所必需遵守的规则的集合。协议的关键成分是：语法、语义和定时。,
