江西蓝天学院 计算机网络技术教程
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罗少彬 编著
计算机网络技术教程
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第 1章 计算机网络概论
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本章学习要求,
了解,计算机网络的形成与发展
掌握:计算机网络的定义
掌握:计算机网络的拓扑构型
掌握:计算机网络的分类方法
了解:典型的计算机网络
了解:公共数据网的发展
了解:计算机网络应用的主要领域
了解:计算机网络应用带来的社会问题
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1.1 计算机网络的形成与发展
1.1.1 计算机网络发展阶段的划分
第一阶段,20世纪 50年代
数据通信技术的研究与发展
第二阶段,20世纪 60年代
ARPANET与分组交换技术的研究与发展
第三阶段,20世纪 70年代
网络体系结构与协议标准化的研究
广域网, 局域网与公用分组交换网的研究与应用
第四阶段,20世纪 90年代
Internet技术的广泛应用
网络计算技术的研究与发展
宽带城域网与接入网技术的研究与发展
网络与信息安全技术的研究与发展
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1.1.2 计算机网络的形成
1946年世界上第一台电子数字计算机 ENIAC诞生时,
计算机技术与通信技术并没有直接的联系;
20世纪 50年代初,由于美国军方的需要,美国半自动
地面防空系统( SAGE)的研究开始了计算机技术与通
信技术相结合的尝试;
随着计算机应用的发展,出现多台计算机互连的需求,
网络用户希望通过网络实现计算机资源共享的目的;
典型的研究成果是 ARPA网。
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1.1.3 网络体系结构与协议标准化的研究
一些大的计算机公司纷纷提出了各种网络体系结构与
网络协议;
国际标准化组织( ISO)成立专门委员会研究网络体
系结构与网络协议国际标准化问题;
ISO正式制订了开放系统互连参考模型,制订了一系
列的协议标准;
在 1969年 ARPANET的实验性阶段,研究人员就开始
了 TCP/IP协议雏形的研究;
TCP/IP协议的成功促进了 Internet的发展,Internet的
发展又进一步扩大了 TCP/IP协议的影响。
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1.1.4 Internet的应用与网络计算技术发展
Internet的广泛应用促进了电子商务, 电子政务, 远程
教育, 远程医疗, 分布式计算与视频点播的发展;
高速局网络技术发展迅速, Fast Ethernet,Gigabit
Ethernet 已开始进入实用阶段, 速率为 10Gbps 的
Ethernet网正在研究之中;
基于光纤与 IP技术的宽带城域网与宽带接入网技术已
经成为研究, 应用与产业发展的热点问题之一;
网络计算技术已经成为重要的网络应用与研究领域 。
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1.1.5 宽带网络与全光网络技术的研究与发展
很多国家的政府与企业投入巨额资金,把宽带网络作
为战略产业来发展;
宽带网络在基础设施、网络产品、信息服务等多个层
面上提供了巨大的市场机会,为新的网络服务运营商
提供了发展的空间,从而也带动了网络产业的结构调
整;
宽带网络建设的两个关键是宽带骨干网技术和宽带接
入网技术的发展;
全光网会给未来通信网的宽带、容量带来更大地发展
空间。
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1.2 计算机网络的定义
1.2.1 计算机网络定义的基本内容
资源共享观点的定义:以能够相互共享资源的方式互
连起来的自治计算机系统的集合。
网络建立的主要目的是实现计算机资源的共享;
互连的计算机是分布在不同地理位置的多台独立的
,自治计算机系统, ;
连网计算机在通信过程中必须遵循相同的网络协议。
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1.2.2 计算机网络与分布式计算机系统的区别
分布式计算机系统中“存在着一个能为用户自动管理
资源的网络操作系统,由它调用完成用户任务所需要
的资源,而整个网络像一个大的计算机系统一样对用
户是透明的。”
计算机网络为分布式系统的研究提供了技术基础,而
分布式系统是计算机网络技术发展的高级阶段。
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1.2.3 现代网络结构的特点
早期计算机网络结构:从逻辑功能上可以分为资源子网和通信子
网等两个部分。
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现代网络结构的变化
随着微型计算机的广泛应用,大量的微型计算机是通
过局域网连入广域网,而局域网与广域网、广域网与
广域网的互连是通过路由器实现的;
在 Internet中,用户计算机需要通过校园网、企业网或
ISP联入地区主干网,地区主干网通过国家主干网联入
国家间的高速主干网,这样就形成一种由路由器互联
的大型、层次结构的互联网络。
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Internet结构示意图
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1.3 计算机网络的拓扑构型
1.3.1 计算机网络拓扑的定义
拓扑学是几何学的一个分支,是从图论演变而来。拓
扑学首先把实体抽象成与其大小、形状无关的点,将
连接实体的线路抽象成线,进而研究了点、线、面之
间的关系 ;
计算机网络拓扑是通过网中结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间的结构
关系 ;
计算机网络拓扑主要是指通信子网的拓扑构型 ;
拓扑设计对网络性能、系统可靠性与通信费用都有重
大影响。
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1.3.2 计算机网络拓扑的分类
网络拓扑方法,根据通信子网中通信信道类型分类;
通信信道类型,广播信道与点 -点线路;
在采用广播信道通信子网中, 一个公共的通信信道被
多个网络结点共享;
广播信道通信子网的基本拓扑构型,
总线型
树型
环型
无线通信与卫星通信型
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在采用点 -点线路的通信子网中,每条物理线路连接一
对结点;
点 -点线路的通信子网基本拓扑构型有,
星型
环型
树型
网状型
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1.4 计算机网络的分类
计算机网络的分类方法主要的是以下两种,
根据网络所使用的传输技术分类
根据网络的覆盖范围与规模分类
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1.4.1 根据网络传输技术进行分类
通信信道的类型有两类,
广播通信信道
点 -点通信信道
相应的计算机网络也可以分为两类,
广播式网络( Broadcast Networks)
点 -点式网络( Point-to-Point Networks)
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1.4.2 根据网络覆盖范围进行分类
按覆盖的地理范围分类, 计算机网络可以分为三类,
局域网 ( LAN,Local Area Network)
城域网 ( MAN,Metropolitan Area Network)
广域网 ( WAN,Wide Area Network)
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局域网的技术特点
覆盖有限的地理范围, 它适用于公司, 机关, 校园,
工厂等有限范围内的计算机, 终端与各类信息处理设
备连网的需求;
提供高数据传输速率 ( 10Mbps~ 10Gbps), 低误码
率的高质量数据传输环境;
一般属于一个单位所有, 易于建立, 维护与扩展;
从介质访问控制方法的角度, 局域网可分为共享介质
式局域网与交换式局域网两类 。
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城域网的技术特点
城域网是介于广域网与局域网之间的一种高速网络;
城域网设计的目标是要满足几十公里范围内的大量企
业、机关、公司的多个局域网互连的需求;
实现大量用户之间的数据、语音、图形与视频等多种
信息的传输功能;
城域网在技术上与局域网相似。
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广域网的技术特点
广域网也称为远程网;
覆盖的地理范围从几十公里到几千公里;
覆盖一个国家、地区,或横跨几个洲,形成国际性的
远程网络;
通信子网主要使用分组交换技术;
它将分布在不同地区的计算机系统互连起来,达到资
源共享的目的。
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1.5 典型计算机网络
1.5.1 ARPANET
1969年 11月, 实验性的 ARPANET开通;
1975年, ARPANET 已经连入了 100多台主机, 并且结
束了网络实验阶段, 移交美国国防部国防通信局正式
运行;
1983年 1月, ARPANET向 TCP/IP的转换结束;
80年代中期, ARPANET成为 Internet的主干网;
1990年, ARPANET退役 。
ARPANET对网络的产生与发展起了重要的影响 。
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1.5.2 NSFNET
1984年,NSF决定组建 NSFNET;
NSFNET采取的是一种层次型结构,分为主干网、地
区网与校园网;
1990年,NSFNET主干网的传输速率为 44.746Mbps;
1995年 4月 1日,NSF和 MCI合作创建了 NvBS( very
high-speed backbone service) ;
vBNS主干网运行的速率范围是从 622Mbps( OC12)
到 4.8G bps( OC48)。
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1.5.3 Internet
80年代中期人们开始认识到 Internet的重要作用;
90年代是 Internet历史上发展的最快的时期;
Internet应用主要有 E-mail,WWW,Telnet,FTP与
Usenet 等, 随着 Internet规模和用户的不断增长,
Internet上的应用领域也进一步得到开拓;
从用户的角度来看, Internet是一个全球范围的信息资
源网;
从网络结构角度看, Internet是一个由路由器互联起来
的大型网际网 。
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1.5.4 Internet2
由于 Internet的商业化与业务量增多,导致网络整体性
能降低;
1996年 10月,一些大学申请建立 Internet2,为其成员
组织服务,初始运行速率可达 10Gbps;
Internet 2可以用于多媒体虚拟图书馆、远程医疗、远
程教学、视频会议、视频点播、天气预报等领域;
Internet 2在网络层运行的是 IPv4,同时也支持 IPv6业
务,希望形成下一代 Internet的技术与标准。
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1.6 公共数据网的发展
公共数据网 PDN的建设为组建广域网打下了基础;
研究公共数据网的数据交换技术需要了解,
X.25网
帧中继
B-ISDN
ATM
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1.6.1 X.25网
X.25网是一种典型的公用分组交换网,它是 CCITT为
广域网制定的一个公用分组交换网;
制定 X.25标准的基础是传输速率低、误码率高的通信
线路,为了克服通信线路数据传输质量较差的缺点,
X.25标准采用了复杂的差错控制、流量控制与拥塞控
制机制,协议复杂,工作效率不高;
X.25网的传输速率一般为 64Kbps;
X.25标准主要是针对大型机与终端连网 。
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1.6.2 帧中继
帧中继主要考虑如何减少数据帧在通信子网中的开销,
没有采用流量控制与差错控制机制, 通信子网中的差
错控制由主机的高层来保证;
数据帧通过帧中继网的处理时间可以比通过 X.25网降
低一个数量级, 而吞吐量要比 X.25网络提高一个数量
级以上;
目前帧中继网的数据传输速率一般为 1.5Mbps;
帧中继网主要用于局域网之间的互连 。
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1.6.3 综合业务数据网
CCITT提出将语音、数据、图像等业务综合在 ISDN一
个网络之中;
B-ISDN的目标是将语音、数据、静态与动态图像传输,
以及 N-ISDN提供的所有服务综合在一个通信网中,覆
盖从低传输速率、非实时传输要求,到高传输速率、
实时突发性等各类传输要求;
B-ISDN采用异步传输模式 ATM技术 。
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从传统的电信网
向 ISDN的发展
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1.6.4 异步传输模式
ATM是一种面向连接的技术;
采用小的, 固定长度的信元作为数据传输单元;
能够支持数字, 语音, 图像, 视频等多媒体通信;
ATM以统计时分多路复用方式动态分配网络带宽, 网
络传输延时小, 适应实时通信的要求;
ATM没有链路级纠错与流量控制, 协议简单, 数据交
换效率高;
ATM采用两级虚电路机制, 增加了虚电路分配的灵活
性;
ATM的数据传输速率可以在 155Mbps~ 2.4Gbps。
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1.7 计算机网络的应用
1.7.1 计算机网络在单位信息管理中的应用
计算机网络可以实现资源的共享 ;
计算机网络可以提高信息系统的可靠性;
计算机网络可以节约资金;
计算机网络可以增强信息系统的可扩展性 。
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1.7.2 计算机网络在个人信息服务中的应用
远程信息访问
新的通信工具
家庭娱乐
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1.8 计算机网络应用带来的社会问题
计算机网络的广泛应用已经对经济、文化、教育、科
学的发展与人类生活质量的提高产生了重要影响,同
时也不可避免地带来一些新的社会、道德、政治与法
律问题;
,网络社会, 中的, 道德, 与, 法律,,这对于人类
是一个新的课题。
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1.9 小结
计算机网络是计算机技术与通信技术高度发展, 紧密
结合的产物, 网络技术对当前社会发展产生着重要的
影响;
当前计算机网络发展的特点是 Internet的广泛应用与
高速网络技术的迅速发展;
从资源共享观点来看, 计算机网络是, 以能够相互共
享资源的方式互连起来的自治计算机系统的集合, ;
随着微型计算机和局域网的广泛应用, 在现代的广域
网一般是通过路由器将局域网与广域网互联起来, 构
成各种信息系统的运行平台;
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计算机网络拓扑是用通信子网中结点与通信线路之间
的几何关系来表示网络的结构 。 网络拓扑反映出网络
中各实体间的结构关系, 它对网络性能, 系统可靠性
与通信费用都有重大影响;
计算机网络的分类方法主要有两类:按网络所使用的
传输技术分类与根据网络的覆盖范围与规模分类 。 根
据网络的覆盖范围与规模分类, 计算机网络分为局域
网, 城域网与广域网等三类;
计算机网络应用的主要领域是单位信息管理与个人信
息服务 ;
计算机网络的广泛应用已对经济, 文化, 教育, 科学
的发展产生了重要影响, 同时不可避免带来一些新的
社会, 道德, 政治与法律问题 。