1
计算机网络
西安交通大学
计算机教学实验中心
2
第一章 引论
本章内容
–计算机网络的产生和演变
–计算机网络的概念
–计算机网络的功能
–计算机网络的分类
–计算机网络的术语
3
1.1计算机网络的产生和演变
早期的计算机应用模式 ——单机
–大、中、小型机 —庞大，昂贵，资源无
法共享
计算机网络产生始于 1950’s，发展的动因：
–资源共享的需求（ CPU、外设、软件、数
据）
–大型项目的合作（进行工程项目协作）
–人与人之间的沟通（电子邮件,WWW）
4
从体系结构来观察，其发展可分为三
个阶段（三代网络）：
1,以主机为中心的联机终端系统
2,以通信子网为中心的主机互连
3,具有层次化体系结构的标准化网络
5
1.以 主机 为中心的联机终端网络系统
特征 ——共享主机软硬件资源
– 单台主机：执行计算和通信任务
– 多台终端：执行用户交互
连接方式 ——本地或远程连接
HOST
TS
T
T
T
T T
T
T
6
例子：飞机订票系统
HOST(航空公司总部 )
Terminals(订票点 )
通信线路 (电话线路 )
缺点
– 主机负荷重 ——数据处理＋通信
– 线路利用率低
– 集中控制方式，可靠性低
改进
– 终端集中器 (近 /远距 )
– 前端处理机（ Front End Processor,FEP），
通信任务分离
7
2.以通信子网为中心的主机互连
特征
– 多个终端联机系统的互联，形成了多主机为中
心的网络
– 网络结构从“主机－终端” 转变为“主机－主
机”
HOST
HOSTHOSTT
TT
T
T
T
T
TTT
通信线路
8
主机－主机网络的演变
演变阶段 1
– 通信任务从主机中
分离，由通信控制
处理机（ CCP）完
成
– CCP：处理主机之
间通信任务的专用
计算机
CCP
CCP
HOST
HOST
T
T
TT
T
T
CCP
HOST
T T
9
两层网络概念的出现
– 由 CCP组成的传输网络 ——通信子网,为主机
提供信息传输服务
– 建立在通信子网基础上的主机集合 ——资源子
网, 提供计算资源
CCP
CCP
HOST
HOST
T
T
TT
T
T
CCP
HOST
TT
T
通信子网
10
两层网络的概念结构
C
CC
H H
H
资源子网
通信子网
在通信子网上可有
多个资源子网，共
享通信子网的服务
H
H
11
演变阶段 2
– 通信子网规模逐渐扩大
私有 → 社会公用
– 公用数据通信网
PSTN
X.25
– 优点
降低用户系统建设成本
提高通信线路利用率
兼容性好
公用数据
通信网
HOST
HOST
T
T
TT
T
T
HOST
T T
T
T
12
例子
– 因特网的前身 ——ARPANET
美苏冷战时期由美国军方建立的实验性网络
最初 4个节点 → 70’s的 60多个节点
地域跨越美洲、欧洲
具有现代网络的许多特征，例如
–分组交换
–分层次的网络体系
–较为完善的通信协议
13
3.具有层次化体系结构的标准化网络
为什么需要标准化？
– 不同网络设备之间的兼容性和互操作性 是推动
网络体系结构的标准化的原动力
标准化的时机？
– 各厂商、研究机构、大学在网络技术、方法、
理论等方面的研究日趋成熟是其基础
14
标准化过程的演变
– 厂商标准,IBM-SNA,DEC-DNA
缺点：适用范围：兼容性？
技术垄断：竞争？
标准不统一：用户利益？
– 国际标准
Open System Interconnection/ Recommended
Model(开放系统互联参考模型，简称 OSI参考模型 )
OSI参考模型是一种概念上的网络模型
规定了网络体系结构的框架
只说明了做什麼（ WHAT TO DO）而未规定怎样做
（ HOW TO DO）
– 事实上的标准,TCP/IP(因特网的骨干协议 )
15
4.因特网时代的到来
因特网的出现标志着网络时代的到来
因特网是全球性的网络
丰富的信息和便利的使用是其规模迅速增
长的主要驱动力
截止到 2000年,Internet的规模为
网络数 105（以数十万计）,主机数 107 （以数千万
计）,用户数 108 （以数亿计）,主干速率为
2.5Gbit/s
美国政府资助的“下一代因特网计划”目
标是
主干网的速率比现在的因特网高 1000倍
端到端的速率要达到 100Mbit/s~10Gbit/s
16
1.2计算机网络的概念
计算机网络定义的主要观点
–以相互共享资源方式连接起来，且各自
具有独立功能的计算机系统的集合
–利用各种通信手段，把地理分散的计算
机互联起来，互相通信且共享资源的系
统
17
计算机网络定义的综合
– 归纳,相 互连接的自治计算机的集合
自治：能独立运行，不依赖于其他计算机
–主控－从属？
–主机－终端（第一代终端网络）？
互连：以任何通信方式
–有线方式：铜线、光纤
–无线方式：红外、无线电波、微波、卫星
18
计算机网络与分布式系统的区别
–分布式系统
在分布式 OS统一调度下，各计算机协
调工作，共同完成一项任务，如并行
计算。
用户面对的是一台逻辑上的计算机，
组成分布式系统的各计算机怎样协同
工作，对用户透明
用途主要是科学计算和事务处理
19
计算机网络与分布式系统的区别（续）
–计算机网络
非协调性的
松散耦合的
各计算机对用户非透明，用户必须指定资源
的位置
用途主要是资源共享
– 分布式系统往往是基于计算机网络来实现的。
在因特网中，域名服务系统（ DNS)是分布式系
统的一项著名的应用。
20
1.3计算机网络能做什么
数据通信 (Communication Medium)
– 文件传输,IP电话,email、视频会议、信息发
布、交互式娱乐、音乐
资源共享 (Resource Sharing)
– 软件、硬件、数据（数据库）
高可靠性 (High Reliability)
– 利用可替代的资源，提供连续的高可靠服务
节省投资 (Save Money)
– 替代昂贵的大中型机系统
分布式处理 (Distributed Processing)
21
1.4计算机网络的主要分类形式
? 按地域范围分类
– 局域网 (Local Area Network, LAN)
范围：小，＜ 20KM
传输技术：基带,10-1000Mbps，延迟低，出错率低（ 10-11）
拓扑结构：总线，环
– 城域网 (Metropolitan Area Network, MAN)
范围：中等，＜ 100KM
传输技术：宽带 /基带
拓扑结构：总线
– 广域网 (Wide Area Network, WAN)
范围：大，＞ 100KM
传输技术：宽带，延迟大，出错率高
拓扑结构：不规则，点到点
22
按通信传播方式分类：
–点对点传播方式的网络：由一对对机器
间的多条链路构成。这种网络上的报文
分组在信源和信宿之间需通过一台和多
台中间设备进行传播。
–广播方式网络：仅有一条通道，由网络
上所有的计算机共享。
–一般来说，局域性网络使用广播方式；
广域性网络使用点对点方式。
23
按拓扑结构分类
–星形
有一个中心节点，
其它节点与其构成
点到点连接
–树形
一个根结点、多个
中间分支节点和叶
子节点构成
星形拓扑
树形拓扑
24
按拓扑结构（续）
–总线
所有节点挂接到一
条总线上，广播式
信道
需要有介质访问控
制规程以防止冲突
–环形
所有节点连接成一
个闭合的环，结点
之间为点到点连接
总线形拓扑
环形拓扑
25
按拓扑结构分类（续）
– 全连接
点到点全连接，随节点数
的增长（ Nx(N-1)/2），建
造成本急剧增长，只适用
于节点数很少的广域网中
– 不规则
点到点部分连接，多用于
广域网，由于连接的不完
全性，需要有交换节点
不规则拓扑
全连接
26
因特网中的拓扑结构
端接系统（ PC、服务
器,PDA等）
交换 /节点设备（路由
器、集线器、交换机
等）
通信链路（光纤、线
缆、无线信号等）
因特网服务提供商
（ ISP）提供网络接入
local ISP
company
network
regional ISP
router workstation
server mobile
27
计算机网络术语
带宽
– 带宽是通信信道的宽度，是信道频率上界与下
界之间之差，是介质传输能力的度量，在传统
的通信工程中通常以赫兹（ Hz）为单位计量。
– 在计算机网络中，一般使用每秒位数 (b/s 或
bps) 作为带宽的计量单位。主要单位,kb/s，
Mb/s,Gb/s
– 一个以太局域网理论上每秒可以传输 1千万比
特，它的带宽相应为 10Mb/s。
28
计算机网络术语（续）
时延
– 信息从网络的一端传送到另一端所需的时间
– 时延之和 =处理时延 +排队时延 +发送时延 +传
播时延
处理时延 =分组首部和错误校验等处理（微秒）
排队时延 =数据在中间结点等待转发的延迟时间
发送时延 =数据位数 /信道带宽
传播时延 =d/s（毫秒） d:距离 s:传播速度 ≈ 光速
29
时延带宽乘积
– 某一链路所能容纳的比特数
– 时延带宽乘积 =带宽 × 传播时延
– 例如，某链路的 时延带宽乘积为 100万比特，
这意味着第一个比特到达目的端时，源端已发
送了 100万比特。
链路
带宽
传播时延
体积 =时延带宽乘积
30
往返时延 (Round-Trip Time, RTT)
–从信源发送数据开始，到信源收到信宿
确认所经历的时间
–RTT≈2 × 传播时延
传输可靠性
–两个含义：
数据能正确送达
数据能有序送达 (当采用分组交换时 )
31
本章小节
计算机网络的产生和演变
– 三代计算机网络的概念和演化过程
计算机网络的概念
– 相 互连接的自治计算机的集合
计算机网络的功能
– 通信、共享、可靠性、节约投资、分布处理
计算机网络的分类
– 地域分布、传播方式、拓扑结构
计算机网络
西安交通大学
计算机教学实验中心
2
第一章 引论
本章内容
–计算机网络的产生和演变
–计算机网络的概念
–计算机网络的功能
–计算机网络的分类
–计算机网络的术语
3
1.1计算机网络的产生和演变
早期的计算机应用模式 ——单机
–大、中、小型机 —庞大，昂贵，资源无
法共享
计算机网络产生始于 1950’s，发展的动因：
–资源共享的需求（ CPU、外设、软件、数
据）
–大型项目的合作（进行工程项目协作）
–人与人之间的沟通（电子邮件,WWW）
4
从体系结构来观察，其发展可分为三
个阶段（三代网络）：
1,以主机为中心的联机终端系统
2,以通信子网为中心的主机互连
3,具有层次化体系结构的标准化网络
5
1.以 主机 为中心的联机终端网络系统
特征 ——共享主机软硬件资源
– 单台主机：执行计算和通信任务
– 多台终端：执行用户交互
连接方式 ——本地或远程连接
HOST
TS
T
T
T
T T
T
T
6
例子：飞机订票系统
HOST(航空公司总部 )
Terminals(订票点 )
通信线路 (电话线路 )
缺点
– 主机负荷重 ——数据处理＋通信
– 线路利用率低
– 集中控制方式，可靠性低
改进
– 终端集中器 (近 /远距 )
– 前端处理机（ Front End Processor,FEP），
通信任务分离
7
2.以通信子网为中心的主机互连
特征
– 多个终端联机系统的互联，形成了多主机为中
心的网络
– 网络结构从“主机－终端” 转变为“主机－主
机”
HOST
HOSTHOSTT
TT
T
T
T
T
TTT
通信线路
8
主机－主机网络的演变
演变阶段 1
– 通信任务从主机中
分离，由通信控制
处理机（ CCP）完
成
– CCP：处理主机之
间通信任务的专用
计算机
CCP
CCP
HOST
HOST
T
T
TT
T
T
CCP
HOST
T T
9
两层网络概念的出现
– 由 CCP组成的传输网络 ——通信子网,为主机
提供信息传输服务
– 建立在通信子网基础上的主机集合 ——资源子
网, 提供计算资源
CCP
CCP
HOST
HOST
T
T
TT
T
T
CCP
HOST
TT
T
通信子网
10
两层网络的概念结构
C
CC
H H
H
资源子网
通信子网
在通信子网上可有
多个资源子网，共
享通信子网的服务
H
H
11
演变阶段 2
– 通信子网规模逐渐扩大
私有 → 社会公用
– 公用数据通信网
PSTN
X.25
– 优点
降低用户系统建设成本
提高通信线路利用率
兼容性好
公用数据
通信网
HOST
HOST
T
T
TT
T
T
HOST
T T
T
T
12
例子
– 因特网的前身 ——ARPANET
美苏冷战时期由美国军方建立的实验性网络
最初 4个节点 → 70’s的 60多个节点
地域跨越美洲、欧洲
具有现代网络的许多特征，例如
–分组交换
–分层次的网络体系
–较为完善的通信协议
13
3.具有层次化体系结构的标准化网络
为什么需要标准化？
– 不同网络设备之间的兼容性和互操作性 是推动
网络体系结构的标准化的原动力
标准化的时机？
– 各厂商、研究机构、大学在网络技术、方法、
理论等方面的研究日趋成熟是其基础
14
标准化过程的演变
– 厂商标准,IBM-SNA,DEC-DNA
缺点：适用范围：兼容性？
技术垄断：竞争？
标准不统一：用户利益？
– 国际标准
Open System Interconnection/ Recommended
Model(开放系统互联参考模型，简称 OSI参考模型 )
OSI参考模型是一种概念上的网络模型
规定了网络体系结构的框架
只说明了做什麼（ WHAT TO DO）而未规定怎样做
（ HOW TO DO）
– 事实上的标准,TCP/IP(因特网的骨干协议 )
15
4.因特网时代的到来
因特网的出现标志着网络时代的到来
因特网是全球性的网络
丰富的信息和便利的使用是其规模迅速增
长的主要驱动力
截止到 2000年,Internet的规模为
网络数 105（以数十万计）,主机数 107 （以数千万
计）,用户数 108 （以数亿计）,主干速率为
2.5Gbit/s
美国政府资助的“下一代因特网计划”目
标是
主干网的速率比现在的因特网高 1000倍
端到端的速率要达到 100Mbit/s~10Gbit/s
16
1.2计算机网络的概念
计算机网络定义的主要观点
–以相互共享资源方式连接起来，且各自
具有独立功能的计算机系统的集合
–利用各种通信手段，把地理分散的计算
机互联起来，互相通信且共享资源的系
统
17
计算机网络定义的综合
– 归纳,相 互连接的自治计算机的集合
自治：能独立运行，不依赖于其他计算机
–主控－从属？
–主机－终端（第一代终端网络）？
互连：以任何通信方式
–有线方式：铜线、光纤
–无线方式：红外、无线电波、微波、卫星
18
计算机网络与分布式系统的区别
–分布式系统
在分布式 OS统一调度下，各计算机协
调工作，共同完成一项任务，如并行
计算。
用户面对的是一台逻辑上的计算机，
组成分布式系统的各计算机怎样协同
工作，对用户透明
用途主要是科学计算和事务处理
19
计算机网络与分布式系统的区别（续）
–计算机网络
非协调性的
松散耦合的
各计算机对用户非透明，用户必须指定资源
的位置
用途主要是资源共享
– 分布式系统往往是基于计算机网络来实现的。
在因特网中，域名服务系统（ DNS)是分布式系
统的一项著名的应用。
20
1.3计算机网络能做什么
数据通信 (Communication Medium)
– 文件传输,IP电话,email、视频会议、信息发
布、交互式娱乐、音乐
资源共享 (Resource Sharing)
– 软件、硬件、数据（数据库）
高可靠性 (High Reliability)
– 利用可替代的资源，提供连续的高可靠服务
节省投资 (Save Money)
– 替代昂贵的大中型机系统
分布式处理 (Distributed Processing)
21
1.4计算机网络的主要分类形式
? 按地域范围分类
– 局域网 (Local Area Network, LAN)
范围：小，＜ 20KM
传输技术：基带,10-1000Mbps，延迟低，出错率低（ 10-11）
拓扑结构：总线，环
– 城域网 (Metropolitan Area Network, MAN)
范围：中等，＜ 100KM
传输技术：宽带 /基带
拓扑结构：总线
– 广域网 (Wide Area Network, WAN)
范围：大，＞ 100KM
传输技术：宽带，延迟大，出错率高
拓扑结构：不规则，点到点
22
按通信传播方式分类：
–点对点传播方式的网络：由一对对机器
间的多条链路构成。这种网络上的报文
分组在信源和信宿之间需通过一台和多
台中间设备进行传播。
–广播方式网络：仅有一条通道，由网络
上所有的计算机共享。
–一般来说，局域性网络使用广播方式；
广域性网络使用点对点方式。
23
按拓扑结构分类
–星形
有一个中心节点，
其它节点与其构成
点到点连接
–树形
一个根结点、多个
中间分支节点和叶
子节点构成
星形拓扑
树形拓扑
24
按拓扑结构（续）
–总线
所有节点挂接到一
条总线上，广播式
信道
需要有介质访问控
制规程以防止冲突
–环形
所有节点连接成一
个闭合的环，结点
之间为点到点连接
总线形拓扑
环形拓扑
25
按拓扑结构分类（续）
– 全连接
点到点全连接，随节点数
的增长（ Nx(N-1)/2），建
造成本急剧增长，只适用
于节点数很少的广域网中
– 不规则
点到点部分连接，多用于
广域网，由于连接的不完
全性，需要有交换节点
不规则拓扑
全连接
26
因特网中的拓扑结构
端接系统（ PC、服务
器,PDA等）
交换 /节点设备（路由
器、集线器、交换机
等）
通信链路（光纤、线
缆、无线信号等）
因特网服务提供商
（ ISP）提供网络接入
local ISP
company
network
regional ISP
router workstation
server mobile
27
计算机网络术语
带宽
– 带宽是通信信道的宽度，是信道频率上界与下
界之间之差，是介质传输能力的度量，在传统
的通信工程中通常以赫兹（ Hz）为单位计量。
– 在计算机网络中，一般使用每秒位数 (b/s 或
bps) 作为带宽的计量单位。主要单位,kb/s，
Mb/s,Gb/s
– 一个以太局域网理论上每秒可以传输 1千万比
特，它的带宽相应为 10Mb/s。
28
计算机网络术语（续）
时延
– 信息从网络的一端传送到另一端所需的时间
– 时延之和 =处理时延 +排队时延 +发送时延 +传
播时延
处理时延 =分组首部和错误校验等处理（微秒）
排队时延 =数据在中间结点等待转发的延迟时间
发送时延 =数据位数 /信道带宽
传播时延 =d/s（毫秒） d:距离 s:传播速度 ≈ 光速
29
时延带宽乘积
– 某一链路所能容纳的比特数
– 时延带宽乘积 =带宽 × 传播时延
– 例如，某链路的 时延带宽乘积为 100万比特，
这意味着第一个比特到达目的端时，源端已发
送了 100万比特。
链路
带宽
传播时延
体积 =时延带宽乘积
30
往返时延 (Round-Trip Time, RTT)
–从信源发送数据开始，到信源收到信宿
确认所经历的时间
–RTT≈2 × 传播时延
传输可靠性
–两个含义：
数据能正确送达
数据能有序送达 (当采用分组交换时 )
31
本章小节
计算机网络的产生和演变
– 三代计算机网络的概念和演化过程
计算机网络的概念
– 相 互连接的自治计算机的集合
计算机网络的功能
– 通信、共享、可靠性、节约投资、分布处理
计算机网络的分类
– 地域分布、传播方式、拓扑结构
