第二章計算機網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)

1、計算機網(wǎng)絡(luò)技術(shù),網(wǎng)絡(luò)工程系：蔣小洛電 話：13587862163辦公室：8-B213電子郵件：jsj_wl@yahoo.com.cn,答疑時間：周一下午3:10-4:30 于辦公室,網(wǎng)絡(luò)的重要性,信息的傳遞要依靠網(wǎng)絡(luò)，因此實現(xiàn)信息化離不開完善的網(wǎng)絡(luò)。網(wǎng)絡(luò)已成為信息社會的命脈和重要基礎(chǔ)。,計算機網(wǎng)絡(luò)的地位,現(xiàn)在有三種最主要的網(wǎng)絡(luò)：電信網(wǎng)絡(luò)（電話網(wǎng)）有線電視網(wǎng)絡(luò)計算機網(wǎng)絡(luò)在這三種網(wǎng)絡(luò)中，計算機網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展最快，它是計算機技

2、術(shù)與通信技術(shù)相互滲透、密切結(jié)合而形成的一門交叉科學(xué)；其技術(shù)已成為信息時代的核心技術(shù)。,,網(wǎng)絡(luò)技術(shù)經(jīng)過近50年的發(fā)展，已經(jīng)形成了自身比較完善的體系；計算機網(wǎng)絡(luò)已經(jīng)成為計算機應(yīng)用和軟件編程的基本環(huán)境；計算機網(wǎng)絡(luò)教學(xué)已經(jīng)成為大學(xué)本?？茖W(xué)生學(xué)習(xí)的一門基礎(chǔ)性的課程。掌握網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的基本知識與基本技能——— 一定要將課堂教學(xué)與實驗相結(jié)合。,課程性質(zhì)與學(xué)時,性質(zhì)：專業(yè)必修課學(xué)時數(shù)：64學(xué)時（其中16學(xué)時為實驗）,,課程要求,

3、教學(xué)方式： 以課堂教學(xué)為主，并結(jié)合一定的實踐環(huán)節(jié)?？己耍骸　”菊n程考核由期末理論考試、實驗考試、平時三部分成績組成。其中，期末理論考試采用教考分離方式，占總成績的55%，實驗考試采用達(dá)標(biāo)考試，占總成績的25%，平時成績包括期中考試、作業(yè)、實驗報告、考勤，占總成績的20%。,首先把所有的主要概念提出來，從整體上建立關(guān)于知識的體系結(jié)構(gòu)，然后沿這個框架，采用一種螺旋漸進(jìn)的方法，對重要概念分多次由淺入深進(jìn)行闡述，直到最后形成完整的概

4、念為止。,本課程特點,學(xué)習(xí)方法,從整體上去把握知識的結(jié)構(gòu)，先建立基本框架，然后自上而下逐漸細(xì)化，逐步充實對于那些尚未深入涉及的概念，要點是掌握它在當(dāng)前框架中的位置，著重掌握它和其它概念的相互關(guān)系善于把概念分類、歸納、對比，善于做類比善于把概念前后貫穿,參考教材,施曉秋 《計算機網(wǎng)絡(luò)技術(shù)》第2版 科學(xué)出版社Andrew S.Tanenbaum 《計算機網(wǎng)絡(luò)》第4版 清華大

5、學(xué)出版社,本章教學(xué)目標(biāo),計算機網(wǎng)絡(luò)的定義計算機網(wǎng)絡(luò)的形成與發(fā)展計算機網(wǎng)絡(luò)的分類 計算機網(wǎng)絡(luò)的功能和應(yīng)用計算機網(wǎng)絡(luò)的組成和拓樸結(jié)構(gòu),第一章 計算機網(wǎng)絡(luò)基本概念,因特網(wǎng)(Internet)改變了世界,因特網(wǎng)是世界上最大的計算機網(wǎng)絡(luò)，是自印刷術(shù)以來人類通信方面最大的變革。因特網(wǎng)縮短了人際交往的時間和空間，改變了人們的生活、工作、學(xué)習(xí)和交往方式，使世界發(fā)生了極大的變化。 有哪些變化？同學(xué)舉例？ 那么什么是計算機網(wǎng)

6、絡(luò)呢？,1.1 計算機網(wǎng)絡(luò)的定義,計算機網(wǎng)絡(luò)是指將地理位置不同且功能相對獨立的多個計算機系統(tǒng)通過通信線路相互連在一起、由專門的網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)進(jìn)行管理，以實現(xiàn)資源共享的系統(tǒng)。,最簡單的定義：計算機網(wǎng)絡(luò)是一些互相連接的、自治的計算機的集合。因特網(wǎng)(Internet)是“網(wǎng)絡(luò)的網(wǎng)絡(luò)”。,計算機網(wǎng)絡(luò)最大特點：實現(xiàn)資源共享,,,最簡單的計算機網(wǎng)絡(luò) 兩種方法:1)用通信線路將兩臺微機通過后面板上的通信端口COM1和COM2或打印端口LPT

7、1連接起來2)用雙絞線（交叉線）將兩臺微機通過網(wǎng)卡進(jìn)行連接，如右圖所示。,,雙絞線（交叉線）直接連接計算機,1.2.1 計算機網(wǎng)絡(luò)的初級階段,1.2 計算機網(wǎng)絡(luò)的形成與發(fā)展,(1)計算機網(wǎng)絡(luò)的萌芽,,將多臺終端通過通信線路連接到一臺中心計算機上，共享中心計算機的資源。,(2) 以主機為中心的終端聯(lián)機系統(tǒng),特征：--終端(Terminal)：多個終端共享主機的軟硬件資源，與用戶交互；--主機(Host) ：單個主機執(zhí)行通信和處理

8、任務(wù)；--連接：本地或遠(yuǎn)程；,缺點：--主機負(fù)荷重——數(shù)據(jù)處理＋通信；--線路利用率低；終端與中心計算機距離遠(yuǎn)時尤為明顯--集中控制方式的可靠性低。例子：早期的飛機訂票系統(tǒng)、銀行儲蓄系統(tǒng)等。,改進(jìn)增加一個前端處理機（FEP)，專門處理通信任務(wù)。終端通過集中器訪問主機.,采用前端機和集線器的計算機網(wǎng)絡(luò),,特征多個終端聯(lián)機系統(tǒng)的互聯(lián)，形成了多主機為中心的網(wǎng)絡(luò)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)從“主機－終端” 轉(zhuǎn)變?yōu)椤爸鳈C－主機”,1.2.2 計算機

9、網(wǎng)絡(luò)階段 --以通信子網(wǎng)為中心,主機/主機網(wǎng)絡(luò)演變 通信任務(wù)從主機中分離，由通信控制處理機（CCP）完成 CCP：處理主機之間通信任務(wù)的專用計算機,,兩層網(wǎng)絡(luò)概念的出現(xiàn)由CCP組成的傳輸網(wǎng)絡(luò)——通信子網(wǎng)，為主機提供信息傳輸服務(wù)建立在通信子網(wǎng)基礎(chǔ)上的主機集合——資源子網(wǎng)， 提供計算資源。,為什么需要標(biāo)準(zhǔn)化？ 不同網(wǎng)絡(luò)設(shè)備之間的兼容性和互操作性是推動網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)的標(biāo)準(zhǔn)化的原動

10、力,1.2.3 標(biāo)準(zhǔn)、開放的計算機網(wǎng)絡(luò)階段,缺點：適用范圍（同樣存在兼容性的問題） 技術(shù)壟斷 （很容易形成壟斷） 標(biāo)準(zhǔn)不統(tǒng)一（影響了用戶的利益）,標(biāo)準(zhǔn)化過程的演變 IBM公司 SNA（System Network Architecture)—1974年 DEC公司 DNA (Digital Network Architecture) —1975年 UNAIVAC公司 DCA (Distributed Co

11、mputer Architecture) —1976年）,國際標(biāo)準(zhǔn)1984年ISO頒布了Open System Interconnection/ Reference Model(開放系統(tǒng)互聯(lián)參考模型，簡稱OSI參考模型) ——標(biāo)準(zhǔn)

12、化OSI參考模型是一種概念上的網(wǎng)絡(luò)模型詳細(xì)規(guī)劃了網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)的框架事實上的標(biāo)準(zhǔn)：TCP/IP(因特網(wǎng)的骨干協(xié)議),標(biāo)準(zhǔn)化的時機 各廠商、研究機構(gòu)、大學(xué)在網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、方法、理論等方面的研究日趨成熟是其基礎(chǔ),1.2.4 高速、智能的計算機網(wǎng)絡(luò)階段,互連： Intranet Extranet Internet/Internet Ⅱ高速：實現(xiàn)了從Kbps、Mbps到Gbp

13、s的跨越； 千兆和萬兆傳輸速率的光以太網(wǎng)已經(jīng)被廣泛地用于局域網(wǎng)和城域網(wǎng)中智能網(wǎng)絡(luò)管理 ：包括網(wǎng)絡(luò)資源調(diào)度、配置管理、故障管理、計費管理、性能管理和安全管理等 網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用的多樣化 ：基于移動計算、多媒體計算、并行計算、網(wǎng)格計算、對等網(wǎng)絡(luò)計算等各種新興網(wǎng)絡(luò)計算技術(shù)的網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用,1.3 計算機網(wǎng)絡(luò)的分類,1、按通信介質(zhì)分： 有線網(wǎng)絡(luò) 無線網(wǎng)絡(luò),2、按使用網(wǎng)絡(luò)對象分：

14、公眾網(wǎng)絡(luò) 專用網(wǎng)絡(luò),3、按通信速率分： 低速網(wǎng)絡(luò) 高速網(wǎng)絡(luò),,4、按網(wǎng)絡(luò)輸技術(shù)分： 點到點傳播方式網(wǎng)絡(luò) 廣播式傳播方式網(wǎng)絡(luò),點―點通信方式,總線型以太網(wǎng)就是典型的廣播式網(wǎng)絡(luò)。,5、按覆蓋的地理范圍分：局域網(wǎng)LAN（Local Area Network)： 特點： 覆蓋范圍一般在幾十米到幾公里之間； 采用的技術(shù)具有數(shù)據(jù)傳輸率高（10M

15、bps～10Gbps）、傳輸延遲低（幾十個ms）和誤碼率低等特點。 通常為使用單位所有，建立、維護(hù)與擴展都較為方便。如學(xué)校的實驗室、校園或中小型機關(guān)、公司、工廠的網(wǎng)絡(luò) 。,城域網(wǎng)MAN (Metropolitan Area Network)特點： 設(shè)計的目標(biāo)是要滿足幾十公里范圍內(nèi)的大量企業(yè)、機關(guān)、公司的多個局域網(wǎng)互連的需求， 是介于廣域網(wǎng)與局域網(wǎng)之間的一種高速網(wǎng)絡(luò)； 如：將一個城市中所有中小學(xué)的校園網(wǎng)互連起來的網(wǎng)絡(luò)

16、 廣域網(wǎng)WAN (Wide Area Network)特點： 廣域網(wǎng)也稱為遠(yuǎn)程網(wǎng)； 覆蓋的地理范圍從幾十公里到幾千公里； 覆蓋一個國家、地區(qū)，或橫跨幾個洲，形成國際性的遠(yuǎn)程網(wǎng)絡(luò)；能夠在很大的范圍內(nèi)實現(xiàn)資源共享和信息傳遞，如：Internet接入網(wǎng) AN (Access Network),廣域網(wǎng)、城域網(wǎng)、接入網(wǎng)以及局域網(wǎng)的關(guān)系,計算機網(wǎng)絡(luò)定義、特點、形成和發(fā)展過程,上節(jié)課復(fù)習(xí),采用前端機和集線器的計算機網(wǎng)絡(luò),計算機

17、網(wǎng)絡(luò)的初級階段,計算機網(wǎng)絡(luò)階段--以通信子網(wǎng)為中心,標(biāo)準(zhǔn)、開放的計算機網(wǎng)絡(luò)階段,高速、智能的計算機網(wǎng)絡(luò)階段,1、按通信介質(zhì)分： 有線網(wǎng)絡(luò) 無線網(wǎng)絡(luò),2、按使用網(wǎng)絡(luò)對象分： 公眾網(wǎng)絡(luò) 專用網(wǎng)絡(luò),3、按通信速率分： 低速網(wǎng)絡(luò) 高速網(wǎng)絡(luò),4、按網(wǎng)絡(luò)輸技術(shù)分： 點到點傳播方式網(wǎng)絡(luò) 廣播式傳播方式網(wǎng)絡(luò)

18、,5、按覆蓋的地理范圍分： LAN/WAN/MAN,網(wǎng)絡(luò)分類,點到點傳播方式網(wǎng)絡(luò),廣播式傳播方式網(wǎng)絡(luò),廣域網(wǎng)、城域網(wǎng)、接入網(wǎng)以及局域網(wǎng)的關(guān)系,廣域網(wǎng)、城域網(wǎng)、接入網(wǎng)以及局域網(wǎng)的關(guān)系,1.4.1 計算機網(wǎng)絡(luò)的功能,1．資源共享 所謂共享資源就是共享網(wǎng)絡(luò)上的硬件資源、軟件資源和信息資源。 （1） 共享打印機、磁盤空間、通信設(shè)備等各種硬件設(shè)備,1.4 計算機網(wǎng)絡(luò)的功能和應(yīng)用,（2）共享數(shù)據(jù)資源,（3）共享應(yīng)用程序

19、、使用多用戶軟件,2．?dāng)?shù)據(jù)通信 數(shù)據(jù)通信即數(shù)據(jù)傳送，是計算機網(wǎng)絡(luò)的最基本功能之一。從通信角度看，計算機網(wǎng)絡(luò)其實是一種計算機通信系統(tǒng)。作為計算機通信系統(tǒng)，能實現(xiàn)下列重要功能：文件傳輸、IP電話、email、視頻會議、信息發(fā)布、交互式娛樂…（1）傳輸文件：網(wǎng)絡(luò)能快速地、不需要交換軟盤就可在計算機與計算機之間進(jìn)行文件拷貝。（2）使用電子郵件（E-mail）：用戶可以將計算機網(wǎng)絡(luò)作為郵局，向網(wǎng)絡(luò)上的其他計算機用戶發(fā)送備忘錄、報告

20、和報表等。雖然在辦公室使用電話是非常方便的，但網(wǎng)絡(luò)的E-mail可以向不在辦公室的人傳送消息，而且還提供了一種無紙辦公的環(huán)境。,3、均衡負(fù)荷與分布式處理功能,當(dāng)計算機網(wǎng)絡(luò)中某一臺計算機負(fù)載過重時，計算機網(wǎng)絡(luò)能夠進(jìn)行智能的判斷，并將新的任務(wù)轉(zhuǎn)交給計算機網(wǎng)絡(luò)中較空閑的計算機去完成，這樣就能均衡每一臺計算機的負(fù)載，提高了每一臺計算機的可用性。 在計算機網(wǎng)絡(luò)中，每個用戶可根據(jù)情況合理選擇計算機網(wǎng)內(nèi)的資源，

21、以就近的原則快速地處理。對于較大型的綜合問題，通過一定的算法將任務(wù)分交給不同的計算機，從而達(dá)到均衡網(wǎng)絡(luò)資源，實現(xiàn)分布處理的目的。 此外，利用網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，能將多臺計算機連成具有高性能的計算機系統(tǒng)，以并行的方式共同來處理一個復(fù)雜的問題，這就是當(dāng)今稱之為協(xié)同式計算機的一種網(wǎng)絡(luò)計算模式。,4、數(shù)據(jù)信息的 集中和綜合處理: 以網(wǎng)絡(luò)為基礎(chǔ)，我們可以將從不同計算機終端上得到各種的數(shù)據(jù)收集起來，并進(jìn)行整理和分析等綜合處理

22、。 例如，一個企業(yè)可以通過網(wǎng)絡(luò)將其進(jìn)貨、生產(chǎn)、銷售和財務(wù)等各個方面的數(shù)據(jù)集中在一起，對它們進(jìn)行綜合處理得到的結(jié)果可以幫助企業(yè)調(diào)整生產(chǎn)和管理的各個環(huán)節(jié)或做出一些重要的決策。 通過網(wǎng)絡(luò)來實現(xiàn)飛機票、火車票、汽車票或輪船票的預(yù)訂，在出差到外地之前就能完成飯店、住宿的預(yù)訂，正是得益于網(wǎng)絡(luò)所提供的信息集中和綜合處理功能。,1.4.2 計算機網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用,方便的信息檢索 現(xiàn)代化的通信方式 辦公自動化 企業(yè)的信息化 電子商務(wù)與

23、電子政務(wù) 遠(yuǎn)程教育與E-learning 豐富的娛樂和消遣,計算機網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用帶來的社會問題,計算機網(wǎng)絡(luò)的廣泛應(yīng)用已經(jīng)對經(jīng)濟(jì)、文化、教育、科學(xué)的發(fā)展與人類生活質(zhì)量的提高產(chǎn)生了重要影響，同時也不可避免地帶來一些新的社會、道德、政治與法律問題；“網(wǎng)絡(luò)社會”中的“道德”與“法律”，這對于人類是一個新的課題。,一、從物理組成的角度 硬件--包括主計算機、終端、通信控制處理機、通信設(shè)備和通信線路等 網(wǎng)絡(luò)節(jié)點端節(jié)點：服務(wù)器、工作站（網(wǎng)卡）

24、中間節(jié)點：交換機、集線器（HUB）、路由器等;通信鏈路：信息傳輸?shù)耐ǖ牢锢恚簜鬏斀橘|(zhì)邏輯：信道,1.5 計算機網(wǎng)絡(luò)的組成,,軟件網(wǎng)卡驅(qū)動程序：隨廠家的網(wǎng)卡而變；網(wǎng)絡(luò)協(xié)議軟件：隨網(wǎng)絡(luò)設(shè)備而變；網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)：隨設(shè)備和操作系統(tǒng)而變；網(wǎng)絡(luò)管理/安全控制軟件、網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用軟件（可選）。,二、按邏輯劃分,1）資源子網(wǎng)：負(fù)責(zé)全網(wǎng)的數(shù)據(jù)處理業(yè)務(wù) 包括：主計算機（Host）、終端、 I/O設(shè)備、各種軟件資源和數(shù)據(jù)

25、資源等。 2）通信子網(wǎng)：為資源子網(wǎng)提供傳輸、交換數(shù)據(jù)信息的能力。 包括：通信控制處理機、通信線路、其他通信設(shè)備如調(diào)制解調(diào)器等,現(xiàn)代網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的變化隨著微型計算機的廣泛應(yīng)用，大量的微型計算機是通過局域網(wǎng)連入廣域網(wǎng)，而局域網(wǎng)與廣域網(wǎng)、廣域網(wǎng)與廣域網(wǎng)的互連是通過路由器實現(xiàn)的；在Internet中，用戶計算機需要通過校園網(wǎng)、企業(yè)網(wǎng)或ISP聯(lián)入地區(qū)主干網(wǎng)，地區(qū)主干網(wǎng)通過國家主干網(wǎng)聯(lián)入國家間的高速主干網(wǎng)，

26、這樣就形成一種由路由器互聯(lián)的大型、層次結(jié)構(gòu)的互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)。,,現(xiàn)代計算機網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的簡單示意,在資源子網(wǎng)中，大量的微型計算機通過局域網(wǎng)(包括校園網(wǎng)、企業(yè)網(wǎng)或ISP提供的接入網(wǎng)等)連入廣域網(wǎng)； 在通信子網(wǎng)中，用于實現(xiàn)廣域網(wǎng)與廣域網(wǎng)之間互連的通信控制處理機普遍采用被稱為核心路由器的路由設(shè)備； 在資源子網(wǎng)和通信子網(wǎng)的邊界，局域網(wǎng)與廣域網(wǎng)之間的互連也采用了路由設(shè)備，并將這些路由設(shè)備稱為接入路由器或邊界路由器。,1.6 計算機網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)

27、,來自離散數(shù)學(xué)中的圖論 網(wǎng)絡(luò)的拓樸結(jié)構(gòu)： 把計算機、終端、通信處理機等設(shè)備抽象成點（結(jié)點），把連接這些設(shè)備的通信線路抽象成線（鏈路），并將由這些點和線所構(gòu)成的拓?fù)浞Q為網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。為什么要研究網(wǎng)絡(luò)的拓樸結(jié)構(gòu) 網(wǎng)絡(luò)拓樸結(jié)構(gòu)是決定網(wǎng)絡(luò)性能的主要因素 構(gòu)造網(wǎng)絡(luò)時，首先要選擇采用何種網(wǎng)絡(luò)拓樸結(jié)構(gòu)來物理連接所有的節(jié)點與計算機。,常見的網(wǎng)絡(luò)拓樸結(jié)構(gòu),總線型,所有節(jié)點直接連到一條物理鏈路上任何一個站點發(fā)送的數(shù)據(jù)都能通過總線

28、傳播， 同時能被總線上的所有其他站點接收到 優(yōu)點：拓?fù)湫问胶唵?，?jié)點易于擴充缺點：可靠性和靈活性差 、傳輸延時不確定,有一個中心節(jié)點，其他各節(jié)點通過各自的線路與中心節(jié)點相連，形成輻射型結(jié)構(gòu)。 各節(jié)點間的通信必須通過中心節(jié)點 優(yōu)點：結(jié)構(gòu)簡單、組網(wǎng)容易、管理方便、可擴充性強缺點：中心節(jié)點的故障會直接造成整個網(wǎng)絡(luò)的癱瘓 需耗費大量的電纜，維護(hù)安裝量大,星型,各節(jié)點和通信線路連接形成的一個閉合的環(huán) 數(shù)據(jù)只能按照一個

29、方向傳輸優(yōu)點：簡單、易于實現(xiàn)、傳輸延時確定 、路徑選擇簡單 缺點：任何一個節(jié)點出現(xiàn)故障都可能會造成網(wǎng)絡(luò)的癱瘓 維護(hù)與管理復(fù)雜，擴充困難,環(huán)型,數(shù)據(jù)流具有明顯的層次性優(yōu)點：易于擴展，容易隔離故障缺點：對根的依賴性大,樹型,網(wǎng)狀型,節(jié)點間的連接是任意的，沒有規(guī)律。數(shù)據(jù)的傳輸有賴于所采用的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備優(yōu)點：多條鏈路提供了冗余連接，可靠性高，廣泛應(yīng)用于廣域網(wǎng)缺點：結(jié)構(gòu)復(fù)雜,不管哪一種計算機網(wǎng)絡(luò)都可以用一朵云

30、來表示,,,使用路由器可以把不同的計算機網(wǎng)絡(luò)互連起來,互連網(wǎng)(互聯(lián)網(wǎng))由許多網(wǎng)絡(luò)通過路由器互連而成 互連網(wǎng)(互聯(lián)網(wǎng))是：“網(wǎng)絡(luò)的網(wǎng)絡(luò)”,互連網(wǎng),互連網(wǎng)也可以用一朵云來表示,本章小結(jié)：,計算機網(wǎng)絡(luò)定義、功能、特點 （ARPANet）通信子網(wǎng)與資源子網(wǎng)如何劃分，包括哪些設(shè)備或資源網(wǎng)絡(luò)分類 LAN/WAN/MAN網(wǎng)絡(luò)拓樸結(jié)構(gòu) 總線型 環(huán)型 星型 樹型 網(wǎng)狀型,作 業(yè),復(fù)習(xí)本章內(nèi)容，書面作業(yè)1