計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò) 課件【ch01】概 述

第一章概述新工科建設(shè)·網(wǎng)絡(luò)工程系列教材計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)01計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的基本概念目前比較好的定義是：計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)主要是由一些通用的、可編程的硬件相互連接而成的，而這些硬件并非專門用來實(shí)現(xiàn)某一特定目的(如傳送數(shù)據(jù)或視頻信號)。這些可編程的硬件能夠用來傳送多種不同類型的數(shù)據(jù)，并且能夠支持廣泛的和日益增長的應(yīng)用。計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的基本概念從這個定義中可以看出以下兩點(diǎn)：①多種硬件：計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)所連接的硬件并不限于一般的計(jì)算機(jī)，還包括智能手機(jī)、智能傳感器等。②多種應(yīng)用：計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)并非是專門用來傳送數(shù)據(jù)的，而是能夠支持很多種應(yīng)用，包括數(shù)據(jù)、語音、視頻以及今后可能出現(xiàn)的各種應(yīng)用。計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的基本概念計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的基本概念計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)最主要的功能是數(shù)據(jù)通信和資源共享，除此之外還有分布式處理與負(fù)荷均衡、提高系統(tǒng)的可靠性等功能。計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的基本概念①數(shù)據(jù)通信。建造計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的主要目的就是使分布在不同地理位置的計(jì)算機(jī)用戶能夠相互通信、交流信息。②資源共享。資源共享包括信息共享、硬件共享和軟件共享?？晒蚕淼男畔①Y源有數(shù)據(jù)文件、數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)等；可共享的硬件資源有中央處理單元、大容量存儲器、輸入/輸出設(shè)備等；可共享的軟件資源有各種系統(tǒng)軟件、語言處理程序、服務(wù)程序和應(yīng)用程序等。計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的基本概念③分布式處理與負(fù)載均衡。單機(jī)處理能力有限，且由于種種原因，不同計(jì)算機(jī)的忙閑程度不均勻。④提高系統(tǒng)的可靠性。計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)資源一般分布在不同的位置上，各計(jì)算機(jī)可以通過網(wǎng)絡(luò)互為后備機(jī)，當(dāng)某臺計(jì)算機(jī)或設(shè)備出現(xiàn)故障時，可以通過網(wǎng)絡(luò)將任務(wù)交由其他計(jì)算機(jī)或設(shè)備完成，從而避免了單機(jī)無后備機(jī)情況下的系統(tǒng)癱瘓現(xiàn)象，大大提高了系統(tǒng)的可靠性。02計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展歷程

計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)起源于美國，最初只被用于軍事通信領(lǐng)域，之后才逐漸被應(yīng)用到民用領(lǐng)域。計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)從形成、發(fā)展到廣泛應(yīng)用經(jīng)歷了幾十年的發(fā)展，不僅其內(nèi)涵發(fā)生了巨大變化，其技術(shù)和應(yīng)用也發(fā)生了新的變化。計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展歷程以單機(jī)為中心的通信系統(tǒng)被認(rèn)為是第一代計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)，在這樣的系統(tǒng)中，有一臺中心計(jì)算機(jī)，而其余終端都不具備自主處理功能。SAGE系統(tǒng)是典型的第一代計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)，其結(jié)構(gòu)如圖1-1(a)所示。計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展歷程1.面向終端的第一代計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)(1954—1968年)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展歷程隨著SAGE系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)，美國軍方又提出了將分布在不同地理位置的多臺計(jì)算機(jī)通過通信線路連接成計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的需求，這促成了ARPANET(AdvancedResearchProjectAgencyNETwork,阿帕網(wǎng))的誕生。計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展歷程2.多臺計(jì)算機(jī)相互連接的第二代計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)(計(jì)算機(jī)通信網(wǎng)絡(luò))(1969—1983年)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展歷程OSI/RM定義了一個網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)的7層結(jié)構(gòu)，從下到上分為物理層、數(shù)據(jù)鏈路層、網(wǎng)絡(luò)層、運(yùn)輸層、會話層、表示層和應(yīng)用層，并對各層的功能進(jìn)行了詳細(xì)規(guī)定，如圖1-3所示。計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展歷程3.以O(shè)SI為核心的國際標(biāo)準(zhǔn)化的第三代計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)，即計(jì)算機(jī)互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)(1984—1991年)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展歷程計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展歷程新一代計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)應(yīng)滿足高速、大容量、綜合性、數(shù)字信息傳遞等多方位的需求。隨著高速網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展，認(rèn)為第四代計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)是以千兆交換式以太網(wǎng)(Ethernet)技術(shù)、幀中繼技術(shù)、波分多路復(fù)用技術(shù)等為基礎(chǔ)的寬帶綜合業(yè)務(wù)數(shù)字化網(wǎng)絡(luò)為核心來建立的。高速化是指網(wǎng)絡(luò)具有寬頻帶和低時延。綜合化是指將語音、視頻、圖像、數(shù)據(jù)等多種業(yè)務(wù)綜合到一個網(wǎng)絡(luò)中。4.高速、綜合化的第四代計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)(1992年至今)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展歷程(1)物聯(lián)網(wǎng)；(2)云計(jì)算；(3)大數(shù)據(jù)；(4)人工智能；5.網(wǎng)絡(luò)發(fā)展的新形態(tài)03計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)在我國的發(fā)展計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)在我國的發(fā)展我國計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)發(fā)展起步較晚，而且在發(fā)展過程中歷經(jīng)磨難。計(jì)算機(jī)科研人員經(jīng)過幾十年的艱苦奮斗和開拓進(jìn)取，使我國的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)發(fā)展水平得到了迅速發(fā)展。計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)在我國的發(fā)展我國計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的建設(shè)起步于20世紀(jì)80年代。1980年，鐵道部開始進(jìn)行計(jì)算機(jī)聯(lián)網(wǎng)試驗(yàn)。1989年11月，我國第一個公用分組交換網(wǎng)(CNPAC)建成運(yùn)行。1993年9月，由國家主干網(wǎng)和各省、市、區(qū)的省內(nèi)網(wǎng)組成的新的公用分組交換網(wǎng)(CHINAPAC)建成，并在北京和上海設(shè)有國際出入口。自20世紀(jì)80年代起，我國許多單位陸續(xù)安裝了大量的局域網(wǎng)，對各行各業(yè)的管理現(xiàn)代化和辦公自動化起到了積極的作用。20世紀(jì)80年代后期，公安、金融、軍隊(duì)、電信、交通等部門也相繼建立了各自的專用廣域網(wǎng)，對迅速傳遞重要的數(shù)據(jù)信息起到了重要的作用。計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)在我國的發(fā)展2020年，我國互聯(lián)網(wǎng)行業(yè)在抵御新冠肺炎疫情和疫情常態(tài)化防控等方面發(fā)揮了積極作用，為我國成為全球唯一實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)正增長的主要經(jīng)濟(jì)體，國內(nèi)生產(chǎn)總值(GDP)首度突破百萬億元，圓滿完成脫貧攻堅(jiān)任務(wù)做出了重要貢獻(xiàn)。04互聯(lián)網(wǎng)概述互聯(lián)網(wǎng)的定義互聯(lián)網(wǎng)是當(dāng)今世界上技術(shù)最為成功、應(yīng)用最為廣泛的一個計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)，已成為現(xiàn)代社會最重要的基礎(chǔ)設(shè)施，現(xiàn)在人們的工作、生活、學(xué)習(xí)和交往都已離不開互聯(lián)網(wǎng)，同時互聯(lián)網(wǎng)也使人們的生活方式發(fā)生了重大變化。互聯(lián)網(wǎng)概述互聯(lián)網(wǎng)概述互聯(lián)網(wǎng)基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)的演進(jìn)

互聯(lián)網(wǎng)是目前最大的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)，其基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)大體經(jīng)歷了三個階段的演進(jìn)。

(1)第一階段從單個網(wǎng)絡(luò)ARPANET向互聯(lián)網(wǎng)發(fā)展的過程；(2)第二階段建成了三級結(jié)構(gòu)的互聯(lián)網(wǎng)；(3)第三階段逐漸形成了多層次ISP結(jié)構(gòu)的互聯(lián)網(wǎng)；互聯(lián)網(wǎng)概述互聯(lián)網(wǎng)基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)的演進(jìn)

具有三層ISP結(jié)構(gòu)的互聯(lián)網(wǎng)概念示意圖如圖1-5所示，圖中給出了主機(jī)A經(jīng)過多個不同層次的ISP與主機(jī)B通信的過程?；ヂ?lián)網(wǎng)概述互聯(lián)網(wǎng)概述互聯(lián)網(wǎng)概述互聯(lián)網(wǎng)是一個覆蓋全球的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)，其拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)非常復(fù)雜。但從其工作方式上看，互聯(lián)網(wǎng)由核心部分和邊緣部分組成，如圖1-6所示。互聯(lián)網(wǎng)的組成互聯(lián)網(wǎng)概述互聯(lián)網(wǎng)是一個覆蓋全球的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)，其拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)非常復(fù)雜。但從其工作方式上看，互聯(lián)網(wǎng)由核心部分和邊緣部分組成，如圖1-6所示?；ヂ?lián)網(wǎng)的組成互聯(lián)網(wǎng)概述2.互聯(lián)網(wǎng)的邊緣部分互聯(lián)網(wǎng)的邊緣部分由所有連接在互聯(lián)網(wǎng)上的主機(jī)組成。這些主機(jī)供用戶直接使用，用來進(jìn)行通信(傳送數(shù)據(jù)、音頻或視頻)和資源共享?；ヂ?lián)網(wǎng)的組成互聯(lián)網(wǎng)概述互聯(lián)網(wǎng)是一個覆蓋全球的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)，其拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)非常復(fù)雜。但從其工作方式上看，互聯(lián)網(wǎng)由核心部分和邊緣部分組成，如圖1-6所示?；ヂ?lián)網(wǎng)的組成互聯(lián)網(wǎng)的標(biāo)準(zhǔn)化工作1.互聯(lián)網(wǎng)工程部(IETF,InternetEngineeringTaskForce)2.互聯(lián)網(wǎng)研究部(IRTF,InternetResearchTaskForce)互聯(lián)網(wǎng)概述互聯(lián)網(wǎng)概述05計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的類別互聯(lián)網(wǎng)基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)的演進(jìn)

1.按網(wǎng)絡(luò)覆蓋范圍分類①局域網(wǎng)(LAN)；②城域網(wǎng)(MAN)；③廣域網(wǎng)(WAN)；④個域網(wǎng)(PAN)；計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的類別互聯(lián)網(wǎng)基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)的演進(jìn)

2.按網(wǎng)絡(luò)所有權(quán)分類按網(wǎng)絡(luò)所有權(quán)，可將計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)分為公用網(wǎng)和專用網(wǎng)。①公用網(wǎng)：也稱為公眾網(wǎng)，一般是指由電信部門組建，由政府和電信部門管理和控制的網(wǎng)絡(luò)，該類網(wǎng)絡(luò)對集團(tuán)用戶和個人用戶來說投資成本低，但安全性不如專用網(wǎng)。②專用網(wǎng)：一般是指為某一組織組建的網(wǎng)絡(luò)，該類網(wǎng)絡(luò)不允許系統(tǒng)外的用戶使用。計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的類別06計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)性能評估指標(biāo)性能指標(biāo)1.速率2.帶寬3.吞吐量4.時延(1)發(fā)送時延(2)傳播時延(3)處理時延(4)排隊(duì)時延計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)性能評估指標(biāo)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)性能評估指標(biāo)性能指標(biāo)5.時延帶寬積6.往返時間7.利用率計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)性能評估指標(biāo)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)性能評估指標(biāo)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的一些非性能指標(biāo)也很重要，它們與前面介紹的性能指標(biāo)有很大的關(guān)系，在評估計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)性能時也需要考慮。①費(fèi)用；②質(zhì)量；③標(biāo)準(zhǔn)化；④可靠性；⑤可擴(kuò)展性和可升級性；⑥易于管理和維護(hù)；非性能指標(biāo)07計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)基本概念

計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)采用層次模型，具有以下優(yōu)點(diǎn)。①各層次