1、高级计算机网络,第1章 概述,第一章 计算机网络概述,通信历史回顾及网络文化,1,计算机网络的相关概念,2,3,4,计算机网络的性能指标,网络的发展前景及特点,1.通信历史回顾及网络文化,远古时期：简单语言和洞穴壁画 千百年来：语言、烽火和印刷品 1837年，Samuel Morse发明电报 1876年，Alexander Graham Bell发明电话,1.通信历史回顾及网络文化,1945年，世界上第一台计算机ENIAC问世 1947年，晶体管问世，计算机与通信紧密联系 20世纪60年代，美国国防部组建ARPANET，成为互联网的始祖 20世纪90年代至今，计算机网络飞速发展，已深入人类社会
2、的每个角落,1.通信历史回顾及网络文化,计算机网络的产生背景,它是 20 世纪 60 年代美苏冷战时期的产物。60 年代初，美国国防部领导的远景研究规划局ARPA (Advanced Research Project Agency) 提出要研制一种生存性(survivability)很强的网络。,传统采用电路交换(circuit switching)的电信网有一个缺点：正在通信的电路中有一个交换机或有一条链路被炸毁，则整个通信电路将中断。,1.通信历史回顾及网络文化,计算机网络的产生背景,它是 20 世纪 60 年代美苏冷战时期的产物。60 年代初，美国国防部领导的远景研究规划局ARPA (A
3、dvanced Research Project Agency) 提出要研制一种生存性(survivability)很强的网络。,采用分组交换(packet switching)的新型网络可以将数据组装到报文中使用一条通信链路与多台机器通信，而且每个报文可以独立于其他报文进行路由。,7,The Internet,Internet概述 Internet的历史 Internet在我国的发展 Internet的结构 Internet上的主要应用 IP地址与域名系统,8,Internet概述,Internet已经成为全球性的数字信息网络。Network Of Networks交换技术：packet s
4、witching,9,Internet的历史,起源：1957年，苏联发射了第一颗人造卫星。在这种竞争下， 美国国防部提出要开发一种新型的网络。,电话网,新型网,10,Internet的历史（cont.）,Early 1960s: UCLA教授Leonard Kleinrock和RAND公司职员Paul Baran分别彼此独立的提出了分组交换（packet switching）的思想。,1969: 在隶属于美国国防部的ARPA (Advanced Research Projects Agency)的支持下, 第一个分组交换网络ARPANET被建立起来。,11,ARPANET最初三年的发展,Dec
5、 1969,Jul 1970,Mar 1971,Apr 1972,Sep 1972,12,Internet的历史（cont.）,1974: Vint Cerf 和Robert Kahn提出了TCP/IP protocols，并被 ARPANET所采用. 1983：ARPANET上共有大约200个路由器，600个主机。 1980s: ARPANET的军用部分被分离出来并形成了MILNET (Military Net)，其余部分逐渐被其它组织所接管。,13,Internet的历史（cont.）,1984: NSF (US National Science Foundation) 开始建立一个采用T
6、CP/IP协议的网络-NSFNET. Mid 1980s: 其他国家或组织也开始纷纷建立类似NSFNET的网络，并且这些网络被逐渐连接起来。人们开始把这个网络的网络（network of networks）称之为Internet. Early 1990s: Internet的规模基本保持指数级的增长 - 1990: 200,000 hosts - 1992: 1,000,000 hosts 1995: NSF开始商业化NSFNET.,14,Internet的增长,Jul-06,计算机网络发展的几个阶段 第一代：面向终端的计算机网络 上世纪60年代由美国国防部高级研究计划署开发 采用分组交换，连
7、接四所大学的4台大型计算机 第二代：以共享资源为目标的网络 1986年，美国国家自然科学基金会建立国家科学基金网NSFNET，覆盖全美主要大学和研究所 三级结构：主干网、地区网和校园网（或企业网） 第三代：标准化的计算机网络 1993年，NSFNET被多个商用因特网主干网代替 具有多级结构的复杂因特网逐渐形成 由因特网协会（ISOC）进行标准化管理,16,Internet在我国的发展,1992年12月，清华大学校园网(TUNET)建成并投入使用，是中国第一个采用TCP/IP体系结构的校园网。 1994年5月，中国科学院高能物理研究所首先接入Internet，并设立了国内第一个Web服务器。 1
8、995年12月，“中国教育和科研计算机网(CERNET)示范工程”建设完成。 1996年1月，中国公用计算机互联网(CHINANET)全国骨干网建成并正式开通。 2001年12月，中国的若干大骨干互联网签署了互联互通协议。 2004年12月，中国下一代互联网示范工程核心网(CERNET2)正式开通，这是世界上规模最大的纯IPv6互联网。,17,Internet在我国的发展,(1) 中国公用计算机互联网 CHINANET (2) 中国教育和科研计算机网 CERNET (3) 中国科学技术网 CSTNET (4) 中国联通互联网 UNINET (5) 中国网通公用互联网 CNCNET (6) 中国
9、国际经济贸易互联网 CIETNET (7) 中国移动互联网 CMNET (8) 中国长城互联网 CGWNET (9) 中国卫星集团互联网 CSNET,18,Internet的结构,主 干 网,ISP,本地,ISP,和电话网络一样，Internet也采用了层次的体系结构：,拨号,ADSL,无线连接,主 干 网,地区网,地区网,校园网,本地,企业网,19,ISP (Internet Service Provider),ISP (Internet Service Provider)是指提供Internet访问服务的公司 目前全球大概有7,500家ISP American on-line, AT&T
10、中国电信，移动，网通等 POP (point-of-presence)是ISP提供Internet访问服务的接入点。一家ISP至少会拥有一处POP.,20,NAP (Network Access Points),Network Access Point (NAPs) 是ISP用于互相连接的大型网络交换系统 (例如, 用交换机连接起来的各ISP的边缘路由器)。 NAP是Internet上的交叉路口, 从而是网络拥塞经常发生的地方。,NAP,NAP,NAP,NAP,ISP 1,ISP 2,ISP 3,21,Internet上的主要应用,传统应用: Email Remote Login File T
11、ransfer 当前最流行的应用: World-Wide Web (WWW) 对等应用（Peer-to-peer Applications）,22,传统应用,客户机/服务器（Client/Server）结构,23,对等应用 (Peer-to-Peer Applications),对等（Peer-to-Peer）结构,1.通信历史回顾及网络文化,计算机网络的主要功能 硬件资源共享 在全网范围内对处理资源、存储资源、输入输出资源等昂贵设备的共享。 软件资源共享 通过网络用户对数据库等资源的共享,从而避免重复劳动和数据资源的重复存储。 用户信息交换 通过计算机网络,用户可以进行传输电子邮件、发布新闻
12、消息、进行电子商务等活动,从而为各地的用户提供了强有力的通信手段。,互联网应用情况 1，信息获取类 2，交流沟通类 3，网络娱乐类 4，商务交易类,网络文化计算机网络是信息化社会的技术平台，是IT产业的重要组成部分。其应用体现在全球的政治、经济、科学、文化教育、军事、宗教等各领域中。实现信息管理、传递及资源共享。并形成一种网络文化，快速普及和渗透在上述各领域中，成为国家的重要经济支柱。网络文化已经和正在继续改变人的思维和行为方式。,1.通信历史回顾及网络文化,第一章 计算机网络概述,通信历史回顾及网络文化,1,计算机网络的相关概念,2,3,4,计算机网络的性能指标,网络的发展前景及特点,2.计
13、算机网络的相关概念,计算机网络 把多台计算机按一定的拓扑结构，用通信介质连接起来，在网络操作系统的管理下进行通信并实现资源共享和数据处理。,2.计算机网络的相关概念,网路拓扑的概念： 利用拓扑图描述网络设备间的关系，即：把网络节点抽象成点，介质抽象成线，研究网络节点间的关系。 常见拓扑结构： 总线型、星型、树形、环型、网状型,2.计算机网络的相关概念,介质：,有线,无线,同轴,双绞线100 ,光纤,50基带同轴 用于局域网,75宽带同轴 用于CATV,UTP无屏蔽双绞线 STP有屏蔽双绞线,单模,红外线 业余无线频段 微波、通讯卫星,介质,多模,电缆,有线介质用于模拟和数字信号传输、无线介质用
14、于模拟传输,2.计算机网络的相关概念,资源共享：分硬件和软件两部分 硬件：CPU、磁盘、打印机等外部设备 软件：系统软件、应用软件、数据、数据库等在通信的基础上实现资源共享： 资源共享是网络的核心功能, 数据通信是共享资源的基础。,集线器/交换机,共享打印机,网络用户,网络服务器,数据库,2.计算机网络的相关概念,数据处理： （1）集中处理: 利用网络数据库实现的数据管理 节省资源、管理方便 （2）并行处理: 集中式并行处理：在小范围内共享网络上计算机硬件。如共享CPU快速处理数据，如求解方程，又叫并行计算机。 分布式并行处理：网络上的计算机共同处理一个任务。如用穷举法破译密码。,2.计算机网
15、络的相关概念,组建网络： 选择拓扑、介质 、网卡（网络适配器）、HUB（集线器）、交换机、网络操作系统， 构成局域网； 中继器、网桥、网关、路由器、进行协议转换，构成广域网； 互连Internet。,2.计算机网络的相关概念,网络结构的化分：为研究和分析网络而对网络进行的逻辑划分。 资源子网 实现资源共享功能的设备及其软件的集合 由服务器或节点计算机、主机组成 用于提供共享资源及处理数据 (Internet上有IP地址的设备叫主机) 通信子网 实现网络通信功能的设备及其软件的集合 由通信线路、通信设备（通信计算机、路由器、交换机等）组成 用于数据传输、转发，如对数据编解码、打包（报文分组）、差
16、错和流量控制、路由选择、信道复用控制、交换、调制解调等，不改变用户传输数据的内容。,2.计算机网络的相关概念,资源子网与通信子网,2.计算机网络的相关概念,广域网（WAN） 城域网（MAN） 局域网（LAN）,第一章 计算机网络概述,通信历史回顾及网络文化,1,计算机网络的相关概念,2,3,4,计算机网络的性能指标,网络的发展前景及特点,3.计算机网络的性能指标,“带宽”(bandwidth) 数字信道所能传送的“最高数据率”的同义语，单位是“比特每秒”，或 b/s (bit/s) 常用的带宽单位 千比每秒，即 Kb/s （103 b/s） 兆比每秒，即 Mb/s（106 b/s） 吉比每秒，
17、即 Gb/s（109 b/s） 太比每秒，即 Tb/s（1012 b/s） 注意：在计算机领域，K = 210 = 1024， M = 220， G = 230， T = 240。,什么是宽带？,宽带线路：可达到较高数据传输率的线路。 宽带是一个市场推销名词。 宽带是相对的概念，并没有绝对的标准。 在目前，对于接入到因特网的用户线路来说，达到1 Mbps就可以算是宽带速率。,3.计算机网络的性能指标,对宽带传输的错误理解,有人用“汽车在公路上跑”来比喻“比特在网络上传输”，认为宽带传输的好处就是传输更快，好比汽车在高速公路上可以跑得更快一样。,A,B,A,B,比特传播在宽带线路上得快,在窄带线
18、路上比特传播得慢,3.计算机网络的性能指标,宽带线路,窄带线路,对宽带传输的正确理解,A,B,A,B,宽带线路,窄带线路,宽带线路：每秒有更多比特从计算机注入到线路 宽带线路和窄带线路上比特的传播速率是一样的,3.计算机网络的性能指标,一个形象的比喻：汽车运货,宽带和窄带线路：车速一样 宽带线路：车距缩短,3.计算机网络的性能指标,另一种错误概念：宽带相当于多车道,多车道公路是并行传输,100101110100100111010001011010,通信线路上通常都是串行传输,3.计算机网络的性能指标,四种时延,发送时延 (Transmission Delay) 传播时延 (Propagatio
19、n Delay) 排队时延 (Queuing Delay) 处理时延 (Processing Delay)数据在网络上传输所经历的总时延为发送时延，传播时延，处理时延，排队时延之和；,总时延 = 发送时延 + 传播时延 + 处理时延 + 排队时延,3.计算机网络的性能指标,3.计算机网络的性能指标,发送时延(delay 或 latency) 发送时延（传输时延 ）：发送数据时，数据块从结点进入到传输媒体所需要的时间。 信道带宽：数据在信道上的发送速率，常称为数据在信道上的传输速率。,3.计算机网络的性能指标,传播时延 电磁波在信道中需要传播一定的距离而花费的时间。 信号传输速率（即发送速率）和
20、信号在信道上的传播速率是完全不同的概念,排队时延和处理时延,排队时延：在缓冲区队列里等待被处理所花费的时间。处理时延：网络上节点对数据进行处理（路径选择等）所需要的时间；,3.计算机网络的性能指标,四种时延图示,1 0 1 1 0 0 1,发送器,结点 B,结点 A,在发送器产生发送时延 (即传输时延),在CPU产生 处理时延,数据,从结点 A 向结点 B 发送数据,链路,在缓冲区产生 排队时延,3.计算机网络的性能指标,误区：可以忽略传播时延吗？,纠正误区举例： 在数据传输率为1Gbps，长度为1000公里的光纤上传送大小为1000字节的分组。,3.计算机网络的性能指标,时延带宽积,（传播）
21、时延,链路,带宽,时延带宽积 = 传播时延 带宽,链路的时延带宽积又称为以比特为单位的链路长度,时延带宽积,3.计算机网络的性能指标,往返时延 RTT,往返时延 RTT (Round-Trip Time) 表示从发送端发送数据开始，到发送端收到来自接收端的确认（接收端收到数据后立即发送确认），总共经历的时延。,3.计算机网络的性能指标,第一章 计算机网络概述,通信历史回顾及网络文化,1,计算机网络的相关概念,2,3,4,计算机网络的性能指标,网络的发展前景及特点,4.网络的发展前景及特点,1.高速网络（宽带）光纤为主干、光纤到楼、到户、到桌 2.多媒体网络:信息的接受由被动接收到主动获取。三网合一：数据网络、通信网络、有线电视，既计算机、电话、电视合一。 3.无线网络: 无线协议和便携机、手机 4.网络智能管理、安全管理对网络大型、快速、复杂化的自动化管理及入侵与防护。,Thank You !,
