第一章：计算机网络概论
2017-03-08 20:25:26 1 举报AI智能生成
第一章：计算机网络概论
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大纲/内容
计算机网络的组成与结构
早期计算机网络的组成与结构
资源子网
主机与终端
终端控制器
联网外设
各种网络软件与数据资源
通信子网
路由器
各种互联设备与通信线路
ISP的层次的组成与结构
ISP(Internet Service Provider)的基本概念
ISP的层次
第一层ISP
通过路由器组直接与其他第一层ISP链接，形成Internet的主干网
与大量的第二层的ISP和其他网络连接
覆盖世界区域
第二层ISP
区域或国家级ISP
第二层ISP是第一层ISP的客户
第三层ISP
与第二层ISP相连
Internet的网络结构
Internet的逻辑结构
用户计算机与终端设备接入本地ISP，企业网或校园网
ISP，企业网或校园网汇聚到作为地区主干网的宽带城域网
国际或国家级主干网组成Internet的主干网
Internet核心交换部分与边缘部分的抽象方法
Internet边缘部分：大连介入Internet的主机和用户设备
Internet核心部分：大量路由器互联的广域网，城域网和局域网
计算机网络的拓扑结构
计算机网络拓扑的定义
拓补学是将尸体抽象成语其大小，形状无关的“点”，将连接实体的路线抽象成“线”，进而研究“点”，“线”，“面”之间的关系
计算机网络拓扑是通过网中节点与通信线路之间的几何关系表示网络结构，反映出网络中各实体之间的结构关系
计算机网络拓扑是指通信子网的拓扑结构
设计计算机网络的第一步就是要解决在给定计算机位置，保证一定 的网络相应时间，吞吐量和可靠性的条件下，通过选择适当的路线，宽带与连接方式，使整个网路的结构合理
计算机网络的分类与特点
星状拓扑
环状拓扑
树状拓扑
网状拓扑
分组交换技术的基本概念
数据交换方式的分类
线路交换
存储交换
报文存储转发交换
报文分组存储转发交换
数据报文交换
虚拟电路交换
线路交换的特点
线路交换的过程
线路的建立阶段
数据传输阶段
线路释放阶段
线路交换方式的优点
当线路连接过程完成后，在两台主机之间建立的物理线路连接为此次通信专用，通信实时性强
适用于交互式会话类通信
线路交换的缺点
不适用于计算机与计算机之间的突发性通信
不具备数据存储能力，不能平滑通信量
不具备差错控制能力，无法发现与纠正传输差错
分组交换的特点
存储转发交换的特点
发送的数据与目的地，源地址，控制信息一起，按照一定的格式组成一个数据源再发送出去
路由器可以动态选择传输路径，可以平滑通信量，提高线路利用率
数据单元在通过路由器时需要进行差错校验，以提高数据传输的可靠性
路由器可以对不同通信速率的线路进行速率转换
报文与报文分组的比较
长报文传输所需时间比较长，过程需要花费较长的等待时间
在相同误码率的情况下，保温越长传输出错的可能性就越大，出错重传所花费的时间也就越多
由于每次传输的保温床都可能不同，在每次传输报文时都必须对报文的起始于结束字节进行判断与处理，因此报文处理的时间会比较长
由于报文长度总是在变化，路由器必须根据最长的报文来预定存储空间，如果出现一些短报文，这样就会造成路由器存储空间的利用率的降低
报文交换与分组交换的比较
将报文划分成有固定格式和最大长度限制的分组进行传输，有利于提高路由器检测接受分组是否出错，出错重传处理过程的效率，有利于提高路由器存储空间的利用率
路由选择算法可以根据链路通信状态，网络拓扑变化，动态地位不同的分组选择不同的传输路径，有利于减小分组传输延迟，提高数据传输的可靠性
数据报方式与虚拟电路方式
数据报方式
数据报的工作原理
数据报传输方式的特点
同一报文的不同分组可以经过不同的传输路劲通过通信子网
同一报文的不同分组达到目的的主机时可能出现的乱序，重复与丢失现象
每个分组在传输过程中都必须带有目的地址与源地址
数据报方式的传输延时较大，适用于突发性通信，不适用与长报文，会话式通信
虚电路方式
虚拟电路的基本工作原理
虚电路建立阶段
数据传输阶段
虚电路释放阶段
虚电路方式的特点
在每次分组传输之前，需要在源主机与目的主机之间建立一条虚电路
在所有分组通过虚电路顺序传送，分组不必携带目的地址，源地址等信息。分组到达目的主机时不会出现丢失，重复与乱序的现象
分组通过虚拟电路上的每个路由器时，路由器只需要进行差错检测，而不进行路由选择
路由器可以与多个主机至今啊的通信建立多条虚电路
分组交换与路线交换的比较
延时的基本概念
发送延时
传播延时
排队延时
处理延时
总延时
电路交换延时的分析
分组交换时的分析
电路交换与分组交换延时的比较
面向连接服务于无连接服务
通信服务类型
面向链接服务于链接服务对实现服务的协议的复杂性欲传输的可靠性有很大影响。
物理层，数据链路层，网络层与传输层的通信方式与协议的制定方面都需要实现确定，是采用面向连接的服务，还是无连接服务。
面向连接服务
数据传输过程必须经过链接建立，链接维护与释放链接三个阶段
在数据传输过程中，各个分组不需要携带目的节点的地址
传输连接类似一个通信管道，连接着在一段放入数据，接收者从另一端去很粗数据。传输的分组顺序不变，因此传输的可靠性好，但是协议复杂，通信效率不高。
无线连接服务
每个分组都携带源节点与目的节点地址，各个分组的转发过程是独立的
传输过程不需要经过链接建立，链接维护与释放链接三个阶段
目的主机接收的分组可能出现乱序，重复与丢失现象
确认和重传机制
通过确认和重传机制保证数据传输的可靠性
服务类型与服务质量
计算机网络的形成与发展
计算机网络发展阶段划分
计算机网络技术与理论准备阶段
为计算机网络奠定技术，理论基础
计算机网络的形成
ARPANET的成功运行证明了分组交换理论的正确性
TCP/IP协议的广泛应用为更大规模的网络奠定基础
E-mail,FTP,TELNET,BBS等应用展现出网络技术广阔的前景
网络体系结构的研究
OSI参考模型的研究推动网络理论体系的形成发展
TCP/IP经受市场和用户检验，吸引大量资金
Internet应用，无线网络与网络安全技术研究的发展
Internet在各方面发挥重要作用
Internet促进了计算机网络，电信通信网和有线电视网的“三网融合”
"即时通信"等新网络应用涌现
无线个人区域网，无线局域网和无线城域网技术日益成熟
Internet应用中数据采集与录入从人工转向自动方式，促进物联网技术的形成发展
计算机网络的形成与发展
ARPNET研究
ARPNET是为美国军方提供的用于传输军事命令与控制信息的网络
网络拓扑结构设计思路--网状结构
分组交换技术的基本设计思路--分组，路由选择与存储转发
ARPNET的设计思想--分组交换思想
ARPNET研究过程
ARPNET对推动网络技术发展的贡献
开展了对计算机网络定义域分类 方法的研究
提出了资源子网与通信子网的耳机结构概念
研究了分组交换协议与实现技术
研究了层次性网络体系结构的模型与协议体系
开展了TCP/IP与网络互联技术的研究
TCP/IP的研究与发展
提出网关，传输控制协议与互联网协议结构等
NSFNET对Internet的影响
CSNET的应用
域名技术的发展，提出DNS概念
NSFNET的组建
Internet的形成
ANS是Internet主干网
Internet是一个全球范围的信息资源网
Internet的高速发展
宽带城域网与三网融合技术的发展
城域网技术的发展背景
为信息产业与现代信息服务页的高速发展奠定基础
宽带城域网的建设导致了计算机网络，电信通信网络与电视通信网“三网融合”
三网融合技术的发展背景
计算机网络，电信通信网与电视传输网技术的融合，业务的融合
物联网技术的形成与发展
物联网的基本概念--通过Internet实现物与物之间的信息交互，从而形成一个无所不在的“物联网”
理解物联网基本概念需要注意的问题
物联网是Internet接入方式的延伸与功能扩展
物联网实现物理世界与信息世界的无缝连接
物联网预示着玩过技术将会在更大范围，更深层次应用的发展趋势
物联网提出了很多新的研究课题
计算机网络技术发展的三条主线
1.从ARPANET到internet
ARPNET研究奠定了Internet发展的基础
TCP/IP协议的研究与设计成功，促进了Internet的快速发展
新的基于P2P网络的应用不断出现，成为网络应用重要研究方向之一
2.从无线分组网到无线自组网、无线传感器网络
从是否需要基站等基础设施的角度来看，无线网络可以分为基于基础设施的和无基础设施的两类无线网络
Ad hoc是一种特殊的无线，自组织，对等，多跳，移动网络
无线自组网技术，微电子，传感器技术成为物联网重要的感知网络手段
无线个人区域网的802.15.4标准，蓝牙协议，ZigBee协议已经成为当前研究与应用的热点
无线传感器网络成为物联网重要驰骋技术之一
3.网络安全技术
网络安全技术伴随两条主线的发展而发展，永远不会停止
网络攻击已经成为某些国家或利益集团的政治，军事活动，甚至恐怖活动的形式之一
网络法制建设
物联网将面临更严峻的网络安全问题
计算机网络定义与分类
计算机网络的定义
计算机网络定义的要点
组建计算机网络的主要目的是实现计算机资源的共享
互联的计算机系统是自治的系统
联网计算机之间的通信必须遵循共同 的网络协议
computer network，internet，Internet与 Intrannet的区别于联系
计算机网络表示的是用通信技术将大量独立计算机系统互联起来的集合
网络互联是表述将多个计算机网络互联成大型网络技术的技术术语
Internet不是一个单一的广域网，城域网或局域网，而是恨过种网络互联起来的国际网
内部专用网络系统Intranet
计算机网络的分类方法
覆盖范围分类：个人区域网，局域网，城域网，广域网
广域网
广域网的基本概念
子主题广域网又被称为远程网，覆盖范围从几十千米到更大范围
广域网的特征
广域网是一种公共数据网络
广域网研究的重点是宽带核心交换技术
广域网技术发展趋势
从事电信网技术的研究人员采取的技术线路
从事计算机网络研究的技术人员采取的技术线路
城域网
城域网技术定位
以光纤为传输介质，能够提供45Mbps-150Mbps高传输率，支持数据，语音与视频综合业务的数据传输，可以覆盖50-100km的城市范围，实现高速数据传输
宽带城域网的定义
以IP为基础，通过三网融合，形成覆盖城市区域的网络通信平台
宽带城域网技术的主要特征
完善的光纤传输网是宽带城域网的基础
传统电信，有线电视和IP业务的融合成为宽带城域网的核心业务
高端路由器和多层交换机是宽带城域网的核心设备
扩宽带接入的规模与服务是发展宽带城域网应用的关键
宽带城域网的功能结构
管理平台
业务平台
网络平台
城市宽带出口
局域网
局域网的定义
局域网用于将有限范围内的各种计算机，终端与外部设备互联成网
局域网的主要技术特征
局域网覆盖有限的地理范围
局域网能够提供高数据传输速率，低误码率的高质量数据传输环境
局域网一般属于一个单位所有
决定局域网性能的三个因素：拓扑，传输介质与介质访问控制方法
个人区域网
个人区域网的基本概念
使用802.15.4标准，蓝牙与ZigBee标准
无线个人区域网技术研究的现状
蓝牙技术特点
开放的规范
近距离无线通信
语音和数据传输
在世界任何地方都进行通信
ZigBee技术特点
ZigBee适用于数据采集与控制节点多，数据传输量不大，覆盖面广，造价低的应用领域
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