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第1章 概述 1.1 計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)在信息時代的作用 1.2 計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展過程 1.3 計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的分類 1.4 計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的主要性能指標(biāo) 1.1 計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)在信息時代的作用 你遇到過這樣的問題嗎？ （1）到銀行取款被告知，網(wǎng)絡(luò)壞了，不能取款 （2）到圖書館借書被告知，網(wǎng)絡(luò)壞了，不能借書 （3）去交手機(jī)費(fèi)，被告知，系統(tǒng)升級，明天再來 …… 網(wǎng)絡(luò)已經(jīng)滲透到生活的各個方面 網(wǎng)絡(luò)是知識經(jīng)濟(jì)時代的基礎(chǔ) 1.1 計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)在信息時代的作用 網(wǎng)絡(luò)的含義 （1）電信網(wǎng)絡(luò) （2）有線電視網(wǎng)絡(luò) （3）計算機(jī)網(wǎng)絡(luò) 網(wǎng)絡(luò)發(fā)展的趨勢三網(wǎng)合一，統(tǒng)一到計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)是發(fā)展的趨勢 因特網(wǎng)（Internet） （1）信息高速公路的產(chǎn)物 （2）1993年9月15日，美國政府提出“國家信息基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)（NII）行動計劃” （3）NII，National Information Infrastructure （4）1994年9月，美國政府又提出建立“全球信息基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)GII”，建議將各國的NII互聯(lián)，形成了Internet的雛形 1.2 計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展過程 1.2.1計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的產(chǎn)生 1.2.2因特網(wǎng)時代 1.2.3關(guān)于因特網(wǎng)的標(biāo)準(zhǔn)化工作 1.2.4計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)在我國的發(fā)展 1.2.1計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的產(chǎn)生 計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)涉及到計算機(jī)和通信兩個領(lǐng)域 （1）通信技術(shù)為在計算機(jī)之間的數(shù)據(jù)傳輸提供了必要的手段 （2）計算機(jī)也為提高通信系統(tǒng)的性能做出了貢獻(xiàn) 計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)經(jīng)歷了以下幾個階段 （1）以電路交換為基礎(chǔ)的面向終端的計算機(jī)通信網(wǎng) （2）以分組交換為基礎(chǔ)的基于交換的計算機(jī)通信網(wǎng) （3）計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)的形成 （4）局域網(wǎng)的形成 （5）局域網(wǎng)互聯(lián) （6）Internet時代 預(yù)備知識 數(shù)據(jù)通訊系統(tǒng)的模型 （1）信息：可以理解為具有確切含義的消息 （2）數(shù)據(jù)：是運(yùn)送信息的實體 （3）信號：數(shù)據(jù)的電氣或電磁的表現(xiàn) （4）數(shù)據(jù)是信息的表達(dá)方式，信息是數(shù)據(jù)的內(nèi)容 （5）信息通過編碼形成數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)通過轉(zhuǎn)化成信號傳播 預(yù)備知識 模擬信號和數(shù)字信號 （1）電磁信號可以分為模擬信號和數(shù)字信號 （2）數(shù)字信號：可以理解為用離散的量表示的電磁信號，取值有限 （3）模擬信號：可以理解為用連續(xù)的量表示的電磁信號，取值無限 1.以電路交換為基礎(chǔ)的面向終端的計算機(jī)通信網(wǎng) 什么是電路交換呢？ 電路交換利用交換機(jī)和物理線路，在進(jìn)行數(shù)據(jù)交換的計算機(jī)之間建立一條物理鏈路 （1）交換機(jī)：一個具有n個輸入，m個輸出的物理設(shè)備，該設(shè)備可以在一條輸入線路和一條輸出線路之間創(chuàng)建一個臨時連接，實現(xiàn)動態(tài)分配資源 （2）因為資源緊缺，所以要實現(xiàn)動態(tài)分配 電路交換是面向連接的 （1）在參與通信的雙方之間有一條獨(dú)占的物理鏈路 （2）傳輸?shù)男畔⒂猩舷挛年P(guān)系 （3）通過建立-通信-釋放建立鏈路 （4）電路交換是面向連接的，但面向連接的不一定是電路交換 電路交換的特點(diǎn) 采用模擬信號傳輸 （1）要實現(xiàn)計算機(jī)之間的通信，需要模擬和數(shù)字信號之間的轉(zhuǎn)換 （2）需要異步調(diào)制解調(diào)器 面向連接 （1）維護(hù)鏈路 （2）獨(dú)占鏈路 線路的傳輸效率低 （1）計算機(jī)之間的數(shù)據(jù)傳輸是突發(fā)式的 （2）大量時間內(nèi)線路空閑 可靠性差 （1）通信鏈路中一個節(jié)點(diǎn)出現(xiàn)了問題，網(wǎng)絡(luò)失效 （2）無冗余路由 電路交換示意圖 以電路交換為基礎(chǔ)的面向終端的計算機(jī)通信網(wǎng)的應(yīng)用 2.以分組交換為基礎(chǔ)的基于交換的計算機(jī)通信網(wǎng) 問題的提出 （1）20世紀(jì)80年代冷戰(zhàn)期間，美國為抵御以前蘇聯(lián)為首的華約組織的核攻擊，計劃建立一個專用于計算機(jī)之間通訊的網(wǎng)絡(luò)，利用該網(wǎng)絡(luò)快速、可靠的傳遞命令，以期進(jìn)行反擊 （2）該網(wǎng)絡(luò)要求具有如下特點(diǎn) .與傳統(tǒng)的電信網(wǎng)不同，用于計算機(jī)之間的通信 .能夠連接不同類型的計算機(jī) .所有的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)都同樣重要 .必須有冗余的路由 .網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)盡可能簡單，能非常可靠的傳送數(shù)據(jù) （3）很顯然，以電路交換為基礎(chǔ)的面向終端的計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)不符合要求 （4）于是，產(chǎn)生了以分組交換為基礎(chǔ)的基于交換的計算機(jī)通信網(wǎng) 分組交換的基本思想 將較長的報文劃分成等長的分組 分組交換采用存儲轉(zhuǎn)發(fā)的技術(shù) 在每個分組中添加標(biāo)記 每個分組可獨(dú)立傳送 可采用面向連接和面向非連接進(jìn)行傳輸 為什么要將較長的報文劃分成等長的分組 將要發(fā)送的信息整體看成報文 為保證信息準(zhǔn)確的傳送，提高可靠性，信息的接收方，對收到的信息進(jìn)行校驗，如果出錯，通知發(fā)送方重發(fā) 困境：報文成功發(fā)送了99%，僅在最后的1%出現(xiàn)了錯誤，也必須重發(fā)，極大浪費(fèi) 解決方案：將報文劃分成等長的分組（packet）又稱包，將包作為發(fā)送單位，即使出錯，僅重發(fā)出錯的包，提高性能。另外，將報文劃分成分組，也提高的線路的利用率，這一點(diǎn)，稍后討論。 什么是存儲轉(zhuǎn)發(fā) 為什么在每個分組中添加標(biāo)記 由于分組交換采用分組作為數(shù)據(jù)傳輸?shù)膯挝?（1）各個分組獨(dú)立傳輸 （2）每個分組需要攜帶源地址和目的地址以及序號 （3）源地址和目的地址以及其他控制信息既為標(biāo)記，這些信息組成分組的頭 為什么在每個分組中添加標(biāo)記 由于采用了存儲轉(zhuǎn)發(fā)，獲得的了較高的交換速率 由于采用了存儲轉(zhuǎn)發(fā)的分組交換，因此可以動態(tài)分配鏈路的使用，極大的提高了線路的利用率 分組交換網(wǎng)采用了路由選擇協(xié)議支持自動尋找路由，保證傳輸?shù)目煽啃�，這要求網(wǎng)絡(luò)使用網(wǎng)狀拓?fù)? 分組交換的優(yōu)點(diǎn) 動態(tài)分配鏈路的使用，逐段占用鏈路（高效） 每個節(jié)點(diǎn)都可以為每個分組獨(dú)立的選擇轉(zhuǎn)發(fā)路由（靈活） 以分組作為單位，可以不必預(yù)先建立連接（迅速） 采用路由選擇協(xié)議，提高網(wǎng)絡(luò)的可靠性（可靠） 分組交換示意圖 報文交換示意圖 1.2.2 因特網(wǎng)時代 互聯(lián)網(wǎng)的產(chǎn)生背景 （1）Internet（因特網(wǎng)或國際互聯(lián)網(wǎng)）在冷戰(zhàn)初期初見端倪。 （2）建立的目的是保證美國本土防衛(wèi)力量和海外防御武裝的通信系統(tǒng)在受到打擊破壞后仍然具有一定的生存能力，因此，該系統(tǒng)注定是一種分布式系統(tǒng)。 （3）1969年美國國防部高級研究計劃署（DoD/DARPA)資助建立了一個名為ARPANET（阿帕網(wǎng)）的網(wǎng)絡(luò)。 （4）該網(wǎng)絡(luò)將位于洛衫磯的加利福尼亞大學(xué)、位于圣芭芭拉的加利福尼亞大學(xué)分校、斯坦福大學(xué)和位于鹽湖城的猶他州州立大學(xué)的計算機(jī)主機(jī)聯(lián)結(jié)在一起。 （5）位于各個結(jié)點(diǎn)的大型計算機(jī)采用分組交換技術(shù)，通過專門的通信交換機(jī)（IMP）和專門的通信線路相互連接。這個阿帕網(wǎng)就是Internet的雛形 1.2.2 因特網(wǎng)時代 （6）到了1972年，ARPANET網(wǎng)上的結(jié)點(diǎn)數(shù)已經(jīng)達(dá)到40個。 （7）這40個網(wǎng)點(diǎn)之間彼此可以發(fā)送小文本文件（電子郵件的雛形），也可以采用文件傳輸協(xié)議發(fā)送大文件。 （8）同時也開發(fā)了通過把一臺電腦模擬成另外一臺遠(yuǎn)程電腦的終端的技術(shù)，既Telnet。 TCP/IP協(xié)議的產(chǎn)生 （1）1972年，在美國華盛頓舉行了第一屆國際計算機(jī)通信會議，會議就在不同的計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)之間進(jìn)行通訊達(dá)成協(xié)議。 （2）1973年，美國國防部也開始研究實現(xiàn)不同網(wǎng)絡(luò)之間的互聯(lián)的問題。 （3）1974年IP（Internet Protocol）和TCP（Transmission Control Protocol）協(xié)議問世，合稱TCP/IP協(xié)議，TCP/IP協(xié)議的問世導(dǎo)致了Internet的迅速發(fā)展。 （4）到了1980年，世界上既有使用TCP/IP協(xié)議的美國軍方的ARPANET網(wǎng)，也有很多使用其他通信協(xié)議的各種網(wǎng)絡(luò)。美國人溫頓.瑟夫（Vinton Cerf)提出一個想法。這個想法導(dǎo)致了Internet的誕生，并確定了TCP/IP協(xié)議在網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)方面不可動搖的地位。這個想法就是： （1）在每個網(wǎng)絡(luò)內(nèi)部各自使用自己的通信協(xié)議 （2）網(wǎng)絡(luò)之間通訊采用TCP/IP 1.2.2 因特網(wǎng)時代 Internet的基礎(chǔ)—NSFNET （1）80年代中期，美國國家科學(xué)基金會（National Science Foundation ，NSF)出資，利用ARPANET發(fā)展出來的TCP/IP協(xié)議建立了名為NSFNET的廣域網(wǎng)。 （2）NSFNET將美國普林斯頓大學(xué)、匹茲堡大學(xué)、加州大學(xué)圣地亞哥分校、依利諾斯大學(xué)和康納爾大學(xué)的5個超級計算機(jī)中心，通過56Kbit/s的線路連接起來。 （3）1987年NSF公開招標(biāo)，將NSFNET進(jìn)行升級，1989年7月通訊線路改為T1（1.5Mbit/s)，并且連接了13個骨干結(jié)點(diǎn)。 （4）從1986年到19991年，NSFNET從100個子網(wǎng)發(fā)展到3000多個子網(wǎng)，形成了Internet的基礎(chǔ)。 1.2.3 關(guān)于因特網(wǎng)的標(biāo)準(zhǔn)化工作 為什么要做標(biāo)準(zhǔn)化工作 因特網(wǎng)的標(biāo)準(zhǔn)化工作由一個國際組織—因特網(wǎng)協(xié)會（ISOC）中的因特網(wǎng)體系結(jié)構(gòu)研究委員會（IAB）負(fù)責(zé) 所有的因特網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)都是以RFC文檔的形式發(fā)布的（RFC xxxx） 通過閱讀這些文檔來了解因特網(wǎng)的標(biāo)準(zhǔn) 例如： RFC 2068 Hypertext Transfer Protocol-------HTTP/1.1 RFC 1945 Hypertext Transfer Protocol-------HTTP/1.0 1.2.4 計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)在中國的發(fā)展 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月建成新的中國公用分組交換網(wǎng)CHINAPAC 1987年9月20日，錢天白教授發(fā)出我國第一封電子郵件，揭開了中國人使用互聯(lián)網(wǎng)的序幕。 目前，在中國境內(nèi)存在四大骨干網(wǎng)絡(luò) （1）中國科學(xué)技術(shù)網(wǎng)絡(luò)（CSTNET ） （2）中國教育和科研計算機(jī)網(wǎng)（CERNET） （3）中國公用計算機(jī)互聯(lián)網(wǎng)（CHINANET） （4）中國金橋信息網(wǎng)（CHINAGBN） 1.3 計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的分類 1.3.1 計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的不同定義 1.3.2 計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的幾種不同分類方法 1.3.1 計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的不同定義 由于計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的快速發(fā)展，目前沒有對計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的嚴(yán)格定義。 計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)不同的定義 （1）從計算機(jī)技術(shù)與通信技術(shù)相結(jié)合的觀點(diǎn)出發(fā)的定義：計算機(jī)技術(shù)與通信相結(jié)合，實現(xiàn)遠(yuǎn)程信息處理和進(jìn)一步達(dá)到資源共享的系統(tǒng)。 （2）美國信息處理學(xué)會聯(lián)合會在1970年從資源共享的角度出發(fā)給出的定義為：以能夠相互共享資源的方式連接起來并各自具備獨(dú)立功能的計算機(jī)系統(tǒng)的集合。 （3）從物理上看，計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)定義為：在協(xié)議的控制下，由若干計算機(jī)、終端設(shè)備、數(shù)據(jù)傳輸設(shè)備和通信控制處理機(jī)等組成的系統(tǒng)。 （4）目前最簡單的定義：一些相互連接的、自治的計算機(jī)的集合。 （5）常用的定義為：利用通信線路將具有獨(dú)立功能的計算機(jī)連接起來而形成的計算機(jī)集合。 1.3.1 計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的不同定義 計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的特征 （1）資源共享 （2）具有獨(dú)立功能的計算機(jī) （3）計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)內(nèi)的計算機(jī)必須遵循全網(wǎng)統(tǒng)一的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議 計算機(jī)的共享資源包括： （1）硬件資源 （2）軟件資源 （3）數(shù)據(jù)資源 利用資源共享可以提高資源的利用率，降低網(wǎng)絡(luò)成本 區(qū)別計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)和分布式系統(tǒng) 1.3.1 計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的不同定義 計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的主要功能 （1）通信 （2）資源共享 （3）提高系統(tǒng)的可靠性和可用性 （4）易于進(jìn)行分布式處理（提高系統(tǒng)的處理能力和可靠性） 1.3.2 計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的幾種不同分類方法 從不同的角度看，可以有不同的計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)分類方法 主要的幾種分類方法 （1）按網(wǎng)絡(luò)的交換功能分類 ·電路交換 ·報文交換 ·分組交換 ·混合交換（同時采用電路交換和分組交換） （2）按網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)分類 ·集中式網(wǎng)絡(luò)（星型網(wǎng)） ·分散式網(wǎng)絡(luò) ·分布式網(wǎng)絡(luò) （3）按網(wǎng)絡(luò)的作用范圍分類 ·廣域網(wǎng)（Wide Area Network ，WAN） ·局域網(wǎng) (Local Area Network ，LAN) ·城域網(wǎng) (Metropolitan Area Network ） （4）從網(wǎng)絡(luò)的使用范圍進(jìn)行分類 .公用網(wǎng) .專用網(wǎng) 1.4 計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的主要性能指標(biāo) 1.4.1 帶寬 1.4.2 時延 1.4.2 時延帶寬積和往返時延 1.4.1 帶寬 帶寬的概念來源于模擬線路的信號傳輸 一個模擬信號是由具有不同頻率的多個信號組成的(傅立葉變換證明了這一點(diǎn)) 一個介質(zhì)所能傳輸信號的所有頻率可以用頻域圖表示出來 1.4.1 帶寬 比特間隙和比特率 （1）所謂的比特間隙是指發(fā)送一比特所需的時間 （2）比特率是一秒鐘內(nèi)的比特間隙數(shù)，既每秒發(fā)送的比特數(shù)。常用的單位為KB、MB、GB等 （3）比特率越大，比特間隙越小 1.4.2 時延 時延是指一個報文或分組從一個的一端傳送到另一端所需的時間 時延由傳播時延、發(fā)送時延和排隊時延組成 （1）傳播時延：電磁信號在信道中傳輸所需的時間 .信道指向某一個方向傳送信息的媒體 .一條通信線路至少包括一條發(fā)送信道和一條接收信道，一個信道可以看成是一條電路的邏輯部件 .傳播時延=信道長度/電磁信號在信道中的 傳播速率（自由空間：3.0 X 105km/s，電纜： 2.3 X 105km/s，光纖： 2.0 X 105km/s ） 1.4.2 時延 （2）發(fā)送時延：是發(fā)送數(shù)據(jù)所需的時間 .發(fā)送時延=數(shù)據(jù)塊長度/信道帶寬 .發(fā)送時延發(fā)生在網(wǎng)絡(luò)接口，是網(wǎng)絡(luò)適配器從緩存中發(fā)往介質(zhì)的時間 .是時延的主要部分 1.4.2 時延 （3）排隊時延：是指數(shù)據(jù)在交換節(jié)點(diǎn)排隊等候發(fā)送的時延 1.4.2 時延 關(guān)于時延的討論 （1）正確認(rèn)識“數(shù)據(jù)的發(fā)送速率越高，傳送越快” （2）提高了發(fā)送速率，僅僅減少了發(fā)送時延 （3）當(dāng)發(fā)送速率達(dá)到一定值時，再提高發(fā)送速率不會加快數(shù)據(jù)的傳送 1.4.2 時延帶寬積和往返時延j2t紅軟基地

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