1、计算机网络与通信,吴润泽 通信技术教研室,参考书目,计算机网络与通信张曾科编著，机械工业出版社 计算机网络（第 4 版），谢希仁编著， 电子工业出版社 计算机及网络技术与应用，刘冰主编，机械工业出版社，2008年3月第一版,第1章 概 述,1.1 计算机网络及其分类 1.2 计算机网络的发展 1.3 计算机网络的标准化工作,1.1 计算机网络及其分类,1.1.1 什么是计算机网络,计算机网络是计算机技术和通信技术相结合的产物,世界上第一台电子数字计算机ENIAC,摩尔定律,通信技术的发展：1838年莫尔斯发明电报，1876年电话，1896年马可尼无线电报，1927年AT&T夸大西洋电话，197
2、2年商用光纤通信系统； 通信与计算机技术的结合,1.1.1 什么是计算机网络,荷兰阿姆斯特丹Vrije大学计算机科学系教授、皇家艺术与科学院院士Andrew S. Tanenbaum：计算机网络是自治的计算机互连起来的集合(An Interconnected Collection of Autonomous Computers)。 计算机网络有硬件和软件两部分组成：(1) 硬件(Hardware) 计算机，即所谓的主机(Host)或端系统(End Systems, ES)。 通信设备，即中间系统(Intermediate Systems, IS)。 接口设备。 传输媒体或称传输介质(Mediu
3、m)。,1.1.1 什么是计算机网络,(2) 软件(Software) 通信协议。 应用软件。 计算机网络提供各种各样的应用服务：(1) 共享资源访问(2) 远程用户通信(3) 网上事务处理,1.1.2 计算机网络的分类,计算机网络的分类可以从不同的角度和特征进行划分: 根据网络覆盖的地域范围（跨越的距离） 根据网络的拓扑结构 根据使用的网络的通信协议 根据数据的交换方式 根据网络使用单位的性质 根据网络的应用性质,1.1.2 计算机网络的分类,局域网（LAN） 一般地理范围在10km以内。 主要特点： 数据传输速率高，一般为10100Mbit/s。 数据传输可靠，误码率低，通常为10-121
4、0-7。 大多数LAN采用总线(Bus)、环形(Ring)及星形(Star)拓扑，结构简单。 一般为广播网络(Broadcast Network)。 通常是由单一组织所拥有和使用。 LAN有以太网(Ethernet)、令牌环网(Token Ring Network)、令牌总线网(Token Bus Network)和无线局域网(Wireless LAN, WLAN)等。,1.1.2 计算机网络的分类,广域网(WAN) 覆盖地域可达100km以上。 WAN一般由主机和通信子网组成。 WAN网络拓扑结构一般比LAN复杂，多为网形(Mesh)、树形(Tree)或它们的混合。 WAN大多是交换式网络(
5、Switched Network)。 WAN常常采用信道复用技术。 典型的WAN有ARPANET和X.25分组交换网,帧中继(Frame Relay, FR)，异步传输模式(Asynchronous Transfer Mode, ATM)。,WAN(网形拓扑、交换式网络)的网络结构,1.1.2 计算机网络的分类,城域网(MAN) 一般在10100km的区域。 IEEE 802.6分布式队列双总(Distributed Queue Dual Bus, DQDB)。 LAN和WAN都广泛应用到MAN领域中：千兆和万兆以太网，ATM，同步数字系列/同步光纤网SDH/SONET，波分多路复用WDM技术
6、。 弹性分组环(Resilient Packet Ring, RPR)。,1.1.2 计算机网络的分类,互联网和Internet 若干个网络由称为路由器(Router)的网络设备连接在一起便成了互联网，是网络的集合，是网络的网络。 Internet是使用TCP/IP协议族的、覆盖全球范围的、开放的互联网。 TCP/IP技术的核心是实现网络的互联(Internetworking)，其关键的思想是在底层网络与高层应用程序和用户之间加入中间层次，屏蔽底层细节，向用户提供通用一致的网络服务。 Internet拓扑结构是松散分层的，不受某个权威部门的控制，在商业利益驱动下扩展演进。 Internet 各
7、个层次的网络干线由不同级别的Internet服务提供商(Internet Service Provider, ISP)来建立经营并向社会提供网络服务。,1.1.2 计算机网络的分类,Internet网络结构,互联网,1.2 计算机网络的发展,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。 传统的电路交换(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
8、整个通信电路就要中断。 如要改用其他迂回电路，必须重新拨号建立连接。这将要延误一些时间。,1.2.1 早期的计算机网络,20世纪50年代中期 美国地面防空系统(SAGE)。 美国航空公司的飞机票预订系统(SABER)。 以单台计算机为中心的远程联机系统。,1.2.2 分组交换网的产生,20世纪60年代 多台具有自主处理能力的计算机通过通信线路连接起来，使用分组交换方式进行通信。 ARPANET，IMP(Interface Message Processor)接口报文处理机。,存储转发的计算机网络,IMP,1.2.2 分组交换网的产生,存储转发(Store And Forward)。 分组交换或
9、包交换，分组交换网。 通信子网(Communication Subnet) 资源子网(Re-source Subnet)公共数据网(Public Data Network-, PDN)。,1.2.3 计算机网络体系结构的形成,计算机网络的层次结构及各层协议的集合统称计算机网络的体系结构(Architecture)。只有具有同样体系结构的计算机网络才能无缝地互连。 开放系统互连参考模型(Open System Interconnection /Reference Model, OSI/RM)， TCP/IP体系结构，事实上的标准。,1.2.4 局域网的产生与发展,20世纪70年代产生：1972年
10、美国加州大学研制了Newhall loop网；1974年英国剑桥大学计算机实验室建立了剑桥环（Cambridge ring）。1975年Xerox公司Palo Alto研究中心研制了第一个总线结构的实验性的以太网（Ethernet）； 80年代，PC-LAN，多种LAN纷纷出现 90年代后，以太网成为LAN的主流网络，保持了支配性的市场地位。 IEEE对LAN的发展做出了卓越的贡献。,1.2.5 Internet时代,20世纪90年代，计算机网络进入了Internet时代。 1996年美国NGI (Next-Generation Internet)计划。 1998年美国100多所大学成立UCA
11、ID，从事Internet2研究计划。 全光网(All Optical Network, AON)光互联网论坛(OpticalInternetworking Forum, OIF)。,Abilene主干,21 世纪的一些重要特征就是数字化、网络化和信息化，它是一个以网络为核心的信息时代。 网络现已成为信息社会的命脉和发展知识经济的重要基础。 网络是指“三网”，即电信网络、有线电视网络和计算机网络。 发展最快的并起到核心作用的是计算机网络,1.2.6 计算机网络在我国的发展,1989年11月，第一个分组交换网CNPAC建成。 1993年中国公用分组交换网，CHINAPAC。 1994年，正是接入
12、Internet。 目前我国有9大互联网。 我国国民经济和社会信息化的三大工程：政府上网工程、企业上网工程和家庭上网工程。 中国下一代互联网示范工程(China Next Generation Internet, CNGI)。 CNGI第一个实验网络NSFCNET于1999年建设，2001年验收。2001年CERNET(CERNET2)。,因特网发展的第一阶段,第一个分组交换网 ARPANET 最初只是一个单个的分组交换网。 ARPA 研究多种网络互连的技术。 1983 年 TCP/IP 协议成为标准协议。 同年，ARPANET分解成两个网络： ARPANET进行实验研究用的科研网 MILNE
13、T军用计算机网络 19831984 年，形成了因特网 Internet。 1990 年 ARPANET 正式宣布关闭。,因特网发展的第二阶段,1986 年，NSF 建立了国家科学基金网。 NSFNET。它是一个三级计算机网络： 主干网 地区网 校园网 1991 年，美国政府决定将因特网的主干网转交给私人公司来经营，并开始对接入因特网的单位收费。 1993 年因特网主干网的速率提高到 45 Mb/s（T3 速率）。,三级结构的因特网,各网络之间需要使用路由器来连接。有时在结构图中可不画出路由器。,校园网,校园网,校园网,校园网,校园网,校园网,国家主干网,三级结构的因特网,主机到主机的通信可能要
14、经过多种网络。,校园网,校园网,校园网,校园网,校园网,校园网,国家主干网,因特网发展的第三阶段,从1993年开始，由美国政府资助的 NSFNET逐渐被若干个商用的 ISP 网络所代替。 1994 年开始创建了 4 个网络接入点 NAP (Network Access Point)，分别由 4 个电信公司经营。 NAP 就是用来交换因特网上流量的结点。在NAP 中安装有性能很好的交换设施。到本世纪初，美国的 NAP 的数量已达到十几个。 从 1994 年到现在，因特网逐渐演变成多级结构网络。,多级结构的因特网,大公司,地区 ISP,网络接入点 NAP （对等点）,公司,主干服务 提供者,本地
15、ISP,地区 ISP,地区 ISP,地区 ISP,本地 ISP,本地 ISP,大公司,大公司,网络接入点 NAP （对等点）,主机到主机的通信可能经过多种 ISP。,1.3 计算机网络的标准化工作,1.3.1 标准化组织,国际标准化领域相关组织 国际标准化组织(International Standards Organization, ISO)。 电气电子工程师协会(Institute of Electrical and Electronics Engineers, IEEE)。 因特网标准化机构 因特网协会(Internet Society, ISOC)。 因特网体系结构委员会(Intern
16、et Architecture Board, IAB)。 因特网工程部(Internet Engineering Task Force, IETF)。 因特网研究部(Internet Research Task Force, IRTF)。,1.3.1 标准化组织,因特网编号管理局(Internet Assigned Numbers Authority, IANA)，Internet名字和号码分配公司(ICANN)。 RFC 编辑部(RFC Editor)，RFC (Request For Comments, 请求评注)文档。 电信界标准化组织 国际电信联盟(International Tele
17、communication Union, ITU)。下属的电信标准化部门ITU-T，前身为国际电报电话咨询委员会(CCITT)，其标准称为“建议”，政府可以按自己的意愿决定是否采用。,1.3.2 RFC文档,标准化进程中(Standards Track)。 最好的当前实践(Best Current Practice)。 非标准的(Non-Standards)。,关于因特网的标准化工作,因特网协会 ISOC,因特网研究指导小组 IRSG,因特网研究部 IRTF,因特网工程部 IETF,因特网工程指导小组 IESG,RG,WG,RG,领域,领域,因特网体系结构 研究委员会 IAB,WG,WG,WG
18、,各种RFC之间的关系,因特网草案,建议标准,草案标准,因特网标准,历史的 RFC,实验的 RFC,提供信息的 RFC,6 种 RFC,1.4 计算机网络的主要性能指标,“带宽”(bandwidth)本来是指信号具有的频带宽度，单位是赫（或千赫、兆赫、吉赫等）。 现在“带宽”是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)。 更常用的带宽单位是 千比每秒，即 kb/s （103 b/s） 兆比每秒，即 Mb/s（106 b/s） 吉比每秒，即 Gb/s（109 b/s） 太比每秒，即 Tb/s（1012 b/s） 请注意：在计算机界，K = 210 = 1024M = 220, G = 230, T = 240。,数字信号流随时间的变化,在时间轴上信号的宽度随带宽的增大而变窄。,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。,时延(delay 或 latency),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）和信号在信道上的传播速率是完全不同的概念。,
