單元1計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)概述 知識(shí)目標(biāo) 1 掌握計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)基本定義 2 掌握網(wǎng)絡(luò)的組成與拓?fù)浣Y(jié)構(gòu) 3 掌握計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的功能 4 掌握對(duì)等網(wǎng)絡(luò)和客戶機(jī) 服務(wù)器網(wǎng)絡(luò)2種網(wǎng)絡(luò)類型 能力目標(biāo) 1 認(rèn)識(shí)身邊的常用計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò) 2 具備使用計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)能力 教學(xué)目標(biāo) 一 什么是計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò) 描述計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)可以從計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的幾個(gè)特征來(lái)看 1 共享資源資源共享是建設(shè)與使用網(wǎng)絡(luò)的最終目的 包括硬件 軟件和數(shù)據(jù)資源的共享2 自治系統(tǒng)是指參與網(wǎng)絡(luò)的各個(gè)主機(jī)功能是相對(duì)獨(dú)立的 即便是離開(kāi)了網(wǎng)絡(luò) 這些主機(jī)也能自己完成很多功能3 遵守統(tǒng)一的通信協(xié)議入網(wǎng)的計(jì)算機(jī)在互相通信的過(guò)程中必須要遵守統(tǒng)一的通信協(xié)議 這樣才能做到互相配合互相協(xié)調(diào)完成任務(wù)4 使用各種傳輸介質(zhì)互聯(lián)各種介質(zhì)包括有線介質(zhì)和無(wú)線介質(zhì) 二 計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的演變和發(fā)展 1 具有遠(yuǎn)程通信功能的單主機(jī)系統(tǒng) 50 60年代 特征 所有終端共享主機(jī)提供的資源 單臺(tái)主機(jī) 完成計(jì)算和通信任務(wù) 多臺(tái)終端 完成用戶交互 即輸入和輸出 缺點(diǎn) 主機(jī)負(fù)荷重線路利用率低可靠性低 應(yīng)用實(shí)例 20世紀(jì)60年代初期 美國(guó)航空公司投入使用的由一臺(tái)中心計(jì)算機(jī)和全美范圍內(nèi)2000多個(gè)終端組成的飛機(jī)票預(yù)定系統(tǒng) 飛機(jī)訂票系統(tǒng)圖示 以批處理為為運(yùn)行特征的主機(jī) HOST 航空公司總部 T 訂票點(diǎn) Terminals 通信線路 電話線路 TS為線路集中器 2 具有遠(yuǎn)程通信功能的多主機(jī)系統(tǒng) 60 70年代 通過(guò)通信線路把多臺(tái)主機(jī)互聯(lián)起來(lái) 分布式控制網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)從 主機(jī) 終端 轉(zhuǎn)變?yōu)?主機(jī) 主機(jī) 多臺(tái)主機(jī)都具有自主處理能力 它們之間不存在主從關(guān)系 所有主機(jī)都負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)處理和通信工作 典型代表 因特網(wǎng)的前身 ARPAnet 美蘇冷戰(zhàn)的產(chǎn)物 具有遠(yuǎn)程通信功能的多主機(jī)系統(tǒng) 續(xù) 優(yōu)點(diǎn) 可靠性提高每一臺(tái)主機(jī)處理能力提高 網(wǎng)絡(luò)性能提高 缺點(diǎn) 多主機(jī)之間需要協(xié)調(diào)工作 各主機(jī)之間的通信管理復(fù)雜 由 主機(jī) 終端 結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變?yōu)?主機(jī) 主機(jī)結(jié)構(gòu)后 主機(jī)仍然肩負(fù)數(shù)據(jù)處理和通信兩項(xiàng)工作 而且通信更為復(fù)雜 ARPAnet的另一種模型 優(yōu)點(diǎn) 減輕主機(jī)負(fù)荷 使主機(jī)的通信功能剝離出來(lái) 直接導(dǎo)致了網(wǎng)絡(luò)的分層結(jié)構(gòu) 通信子網(wǎng) 資源子網(wǎng)全連接 對(duì)網(wǎng)絡(luò)規(guī)模的擴(kuò)大有好處 通信線路 每一臺(tái)主機(jī)設(shè)置CCP 通信控制處理機(jī) 形成通信子網(wǎng)和資源子網(wǎng)的層次網(wǎng)絡(luò) 具有公用數(shù)據(jù)通信網(wǎng)的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò) 將通信子網(wǎng)的規(guī)模進(jìn)一步擴(kuò)大 使之變成社會(huì)公有的數(shù)據(jù)通信網(wǎng) 允許異種機(jī)入網(wǎng) 兼容性好 通信線路利用率高 是計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)概念最全 設(shè)備最多的一種形式 3 遵循標(biāo)準(zhǔn)化協(xié)議的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò) 70年代 廠商標(biāo)準(zhǔn) IBM SNADEC DNA國(guó)際標(biāo)準(zhǔn) ISO OSI RMOpenSystemInterconnection RecommendedModel 開(kāi)放系統(tǒng)互聯(lián)參考模型 簡(jiǎn)稱OSI參考模型 OSI參考模型只是一種概念上的網(wǎng)絡(luò)模型 1984年 事實(shí)標(biāo)準(zhǔn) TCP IP協(xié)議集Internet的飛速發(fā)展 事實(shí)標(biāo)準(zhǔn)采用TCP IP 計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的蓬勃發(fā)展 Internet的產(chǎn)生和發(fā)展 Internet的形成和發(fā)展始于從20世紀(jì)60年代后期 是由ARPAnet發(fā)展演化而逐步形成 美國(guó)國(guó)防部高級(jí)研究計(jì)劃管理局 ARPA 建立了只有4個(gè)結(jié)點(diǎn)的網(wǎng)絡(luò)1974年 TCP IP協(xié)議集的開(kāi)發(fā)和應(yīng)用90年代商業(yè)化 開(kāi)放給公眾 一經(jīng)推出 由于其優(yōu)秀的結(jié)構(gòu)和豐富的應(yīng)用 使之很快成為全球最大的網(wǎng)絡(luò) 二 計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的邏輯組成 二 計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的邏輯組成 服務(wù)器提供各種網(wǎng)絡(luò)資源 PC機(jī)用于訪問(wèn)網(wǎng)絡(luò)資源 路由器為某個(gè)局域網(wǎng)提供網(wǎng)關(guān)接口 實(shí)現(xiàn)不同網(wǎng)絡(luò)之間的連接 交換機(jī)為局域網(wǎng)內(nèi)部各種設(shè)備之間的連接提供接口 傳輸介質(zhì)用于連接任意兩個(gè)設(shè)備 網(wǎng)卡為主機(jī)接入到網(wǎng)絡(luò)提供接口 二 計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的邏輯組成 網(wǎng)絡(luò)中的主機(jī)系統(tǒng)主要用于提供各種網(wǎng)絡(luò)資源 通常被稱為資源子網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)中的通信系統(tǒng)主要用于完成數(shù)據(jù)通信任務(wù) 通常被稱為通信子網(wǎng) 各種通信設(shè)備構(gòu)成通信子網(wǎng) 小結(jié) 三 計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的分類 分類網(wǎng)絡(luò)的標(biāo)準(zhǔn)很多 根據(jù)網(wǎng)絡(luò)使用的傳輸技術(shù)進(jìn)行分類 網(wǎng)絡(luò)所覆蓋的地理范圍進(jìn)行分類 網(wǎng)絡(luò)的物理結(jié)構(gòu)進(jìn)行分類 分類標(biāo)準(zhǔn)能體現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)的本質(zhì)差異 根據(jù)網(wǎng)絡(luò)的傳輸技術(shù)分類 廣播網(wǎng)絡(luò) 網(wǎng)絡(luò)中的計(jì)算機(jī)或設(shè)備使用一個(gè)共享的通信介質(zhì)進(jìn)行數(shù)據(jù)傳播 網(wǎng)絡(luò)中的所有結(jié)點(diǎn)都能收到任何結(jié)點(diǎn)發(fā)出的數(shù)據(jù)信息 單播 Unicast 發(fā)送的信息中包含明確的目的地址 所有結(jié)點(diǎn)都檢查該地址 如果與自己的地址相同 則處理該信息 如果不同 則忽略 組播 Multicast 將信息傳輸給網(wǎng)絡(luò)中的部分結(jié)點(diǎn) 廣播 Broadcast 在發(fā)送的信息中使用一個(gè)指定的代碼標(biāo)識(shí)目的地址 將信息發(fā)送給所有的目標(biāo)結(jié)點(diǎn) 當(dāng)使用這個(gè)指定代碼傳輸信息時(shí) 所有結(jié)點(diǎn)都接收并處理該信息 點(diǎn)對(duì)點(diǎn)網(wǎng)絡(luò) 網(wǎng)絡(luò)中的計(jì)算機(jī)或設(shè)備以點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的方式進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸 兩個(gè)結(jié)點(diǎn)間可能有多條單獨(dú)的鏈路 這種傳播方式應(yīng)用于廣域網(wǎng)中 sict edu 局域網(wǎng)LAN 分布距離幾km以內(nèi) 速率范圍為4Mbps 2Gbps 一般限制在一個(gè)房間 一幢大樓 一個(gè)單位內(nèi) 城域網(wǎng)MAN 分布距離10km 速率范圍為50kbps 100Mbps 大型城市 廣域網(wǎng)WAN 分布距離100km 速率范圍為9 6kbps 45Mbps 全國(guó) 乃至全球 說(shuō)明 按照地理范圍劃分網(wǎng)絡(luò)時(shí) 分布距離并不是絕對(duì)嚴(yán)格的 用網(wǎng)絡(luò)作用范圍分類網(wǎng)絡(luò)的本質(zhì)是網(wǎng)絡(luò)傳輸技術(shù)的不同 根據(jù)網(wǎng)絡(luò)覆蓋范圍分類 Internet結(jié)構(gòu) 接入網(wǎng) 局域網(wǎng) 主干網(wǎng) 廣域網(wǎng) 城域網(wǎng) 根據(jù)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)分類 拓?fù)涫怯牲c(diǎn) 線組成的幾何圖形 用此方法可以把計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)看做是一組結(jié)點(diǎn)和鏈路組成的幾何圖形 這個(gè)幾何圖形就是網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)網(wǎng)絡(luò)常見(jiàn)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)有 總線形星形環(huán)形樹(shù)形網(wǎng)狀 1 總線形結(jié)構(gòu) 此處使用T形搭線頭連接網(wǎng)卡 終結(jié)器 匹配阻抗 用于吸收在總線上傳輸完畢的信息流 總線 將各種設(shè)備串接成一個(gè)能夠互相訪問(wèn)的網(wǎng)絡(luò) 總線結(jié)構(gòu)的特點(diǎn) 早期局域網(wǎng)的主流結(jié)構(gòu) 任何一個(gè)節(jié)點(diǎn)的信息都要沿著總線向兩個(gè)方向傳輸 屬于廣播式網(wǎng)絡(luò) 優(yōu)點(diǎn) 簡(jiǎn)單 傳輸介質(zhì)最短 傳輸方式簡(jiǎn)單 缺點(diǎn) 總線的負(fù)載量是有限的 而且總線的長(zhǎng)度也有限制 所以節(jié)點(diǎn)個(gè)數(shù)不能任意多 總線中各個(gè)工作站對(duì)介質(zhì)的訪問(wèn)采用競(jìng)爭(zhēng)的機(jī)制 若同時(shí)有兩個(gè)站點(diǎn)競(jìng)爭(zhēng)總線 則會(huì)產(chǎn)生沖突 總線網(wǎng)絡(luò)必須能夠解決沖突引發(fā)的問(wèn)題 若總線斷裂 整個(gè)網(wǎng)絡(luò)失效 故障排查困難 2 星形結(jié)構(gòu) 多用 以中央節(jié)點(diǎn)為中心 把若干個(gè)外圍節(jié)點(diǎn)連接起來(lái)形成輻射式的互連結(jié)構(gòu) 中央節(jié)點(diǎn)對(duì)各設(shè)備間的通信和信息交換進(jìn)行集中控制和管理 集線器作為中央節(jié)點(diǎn) 共享帶寬 喇叭 交換機(jī)作為中央節(jié)點(diǎn) 負(fù)責(zé)完成任何一對(duì)用戶之間數(shù)據(jù)的交換過(guò)程 私聊 星型結(jié)構(gòu)的網(wǎng)絡(luò)中使用的傳輸技術(shù)根據(jù)中央節(jié)點(diǎn)決定 若中央節(jié)點(diǎn)是交換機(jī) 則傳輸技術(shù)為點(diǎn)到點(diǎn)式 若中央節(jié)點(diǎn)是共享式HUB 則傳輸技術(shù)為廣播式 星形結(jié)構(gòu)使用的傳輸技術(shù) 星形結(jié)構(gòu)特點(diǎn)如下 優(yōu)點(diǎn) 系統(tǒng)的可靠性較高 健壯性很好 除中心節(jié)點(diǎn)外 其他節(jié)點(diǎn)的故障不擴(kuò)散 若是交換機(jī)作為中央節(jié)點(diǎn) 網(wǎng)絡(luò)中可以有多對(duì)用戶同時(shí)完成數(shù)據(jù)交換 屬于點(diǎn)到點(diǎn)式網(wǎng)絡(luò) 擴(kuò)充容易 增刪節(jié)點(diǎn)不影響其他節(jié)點(diǎn) 缺點(diǎn) 對(duì)中心節(jié)點(diǎn)依賴性高 如果中央節(jié)點(diǎn)出現(xiàn)故障 則整個(gè)網(wǎng)絡(luò)癱瘓 電纜長(zhǎng)度長(zhǎng) 布線困難 3 環(huán)形結(jié)構(gòu) 首尾相連的總線型 將各節(jié)點(diǎn)通過(guò)一條首尾相連的通信線路連接起來(lái)形成封閉的環(huán)型結(jié)構(gòu)網(wǎng) 但是環(huán)中信息的流動(dòng)是單向的 為什么 特點(diǎn) 同一時(shí)刻只能有一個(gè)用戶發(fā)送數(shù)據(jù) 要發(fā)送數(shù)據(jù)的主機(jī)必須從環(huán)路中獲取到被稱為令牌的控制信息 才可以向環(huán)路中發(fā)送數(shù)據(jù) 一個(gè)用戶發(fā)送的數(shù)據(jù)可以被多個(gè)用戶接收 屬于廣播式網(wǎng)絡(luò)FDDI 光纖分布式接口 使用環(huán)形拓?fù)?由光纖構(gòu)成的FDDI 其基本結(jié)構(gòu)為逆向雙環(huán) 一個(gè)環(huán)為主環(huán) 另一個(gè)環(huán)為備用環(huán) 環(huán)網(wǎng)圖示 4 樹(shù)形結(jié)構(gòu) 從星型結(jié)構(gòu)派生出來(lái) 各節(jié)點(diǎn)按一定層次連接起來(lái) 任意兩個(gè)節(jié)點(diǎn)之間的通路都支持雙向傳輸 網(wǎng)絡(luò)中有多個(gè)中心節(jié)點(diǎn) 形成一種分級(jí)管理的集中式網(wǎng)絡(luò) 越頂層的節(jié)點(diǎn)其處理能力越強(qiáng) 低層解決不了的問(wèn)題可以申請(qǐng)高層節(jié)點(diǎn)解決 適用于各種管理部門需要進(jìn)行分級(jí)數(shù)據(jù)傳送的場(chǎng)合 如圖所示 樹(shù)形網(wǎng)絡(luò)圖示 該主機(jī)要訪問(wèn)internet 5 網(wǎng)狀結(jié)構(gòu) 網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)是從廣域網(wǎng)的角度來(lái)看的 又有全網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)和部分網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)之分 如圖所示全網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)中 所有設(shè)備都兩兩相連以提供冗余性和容錯(cuò)性部分網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)中 至少有一個(gè)節(jié)點(diǎn)與其它所有節(jié)點(diǎn)相連 當(dāng)某條鏈路不可用時(shí) 依然能采用其它鏈路傳遞數(shù)據(jù) 這種結(jié)構(gòu)用于許多通信骨干網(wǎng)以及因特網(wǎng)中 網(wǎng)狀拓?fù)鋱D示 網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的選擇因素 1 傳輸介質(zhì)2 介質(zhì)訪問(wèn)控制方法3 費(fèi)用 靈活性 可靠性等 sict edu 四 計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的主要性能指標(biāo) 1 帶寬原是通訊和電子技術(shù)中的一個(gè)術(shù)語(yǔ) 指線路上允許通過(guò)的信號(hào)頻段范圍 如果某條線路允許通過(guò)的信號(hào)頻段為20 3220Hz 則該線路的帶寬為3200Hz目前網(wǎng)絡(luò)廣泛采用數(shù)字信號(hào)傳送方式 帶寬等同于傳輸速率 數(shù)字信道傳輸數(shù)字信號(hào)的速率稱為數(shù)據(jù)率或比特率 帶寬的單位是比特每秒 bps即bit s 即通信線路每秒所能傳輸?shù)谋忍財(cái)?shù) 例如 以太網(wǎng)的帶寬為10Mbps 意味著每秒能傳輸10兆比特 傳輸每比特用0 1 s 目前以太網(wǎng)的帶寬有10Mbps 100Mbps 1000Mbps和10Gbps等幾種類型 sict edu 四 計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的主要性能指標(biāo) 2 吞吐量是指對(duì)網(wǎng)絡(luò) 設(shè)備 端口 虛電路或其他設(shè)施 單位時(shí)間內(nèi)成功地傳送數(shù)據(jù)的數(shù)量 以比特 字節(jié) 分組等測(cè)量 由于諸多原因使得吞吐量常常遠(yuǎn)小于所用介質(zhì)本身可以提供的最大數(shù)字帶寬 sict edu sict edu 3 時(shí)延時(shí)延是指一個(gè)報(bào)文或分組從一個(gè)網(wǎng)絡(luò) 或一條鏈路 的一端傳輸?shù)搅硪欢怂璧臅r(shí)間 若某個(gè)終端A發(fā)送一組長(zhǎng)度為M字節(jié)的數(shù)據(jù)給終端B 從A發(fā)送第一位數(shù)據(jù) 到終端B收到最后一位數(shù)據(jù)的時(shí)間間隔為時(shí)延 A B L M M 考慮AB直接連接的情況 不考慮處理時(shí)延 時(shí)延受哪些因素影響 發(fā)送時(shí)延 距離 傳播速率 傳播時(shí)延 數(shù)據(jù)長(zhǎng)度 傳輸速率 電信號(hào)在介質(zhì)上的傳播速率一般取2 3倍的光速 2 108m s 四 計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的主要性能指標(biāo) 五 計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的功能 計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的功能主要包含四個(gè)方面數(shù)據(jù)通信 例如傳真 電郵 電子數(shù)據(jù)交換 EDI 電子公告牌 BBS 遠(yuǎn)程登錄和瀏覽等數(shù)據(jù)通信服務(wù)資源共享 凡是入網(wǎng)用戶均能享受網(wǎng)絡(luò)中服務(wù)器提供的全部或部分軟件 硬件和數(shù)據(jù)資源提高計(jì)算機(jī)的可靠性和可用性 網(wǎng)絡(luò)中的每臺(tái)計(jì)算機(jī)都可通過(guò)網(wǎng)絡(luò)相互成為后備機(jī) 一旦某臺(tái)計(jì)算機(jī)出現(xiàn)故障 它的任務(wù)就可由其他的計(jì)算機(jī)代為完成 這樣可以避免在單機(jī)情況下 一臺(tái)計(jì)算機(jī)發(fā)生故障引起整個(gè)系統(tǒng)癱瘓的現(xiàn)象 從而提高系統(tǒng)的可靠性 而當(dāng)網(wǎng)絡(luò)中的某臺(tái)計(jì)算機(jī)負(fù)擔(dān)過(guò)重時(shí) 網(wǎng)絡(luò)又可以將新的任務(wù)交給較空閑的計(jì)算機(jī)完成 均衡