计算机网络导论课件.pptx
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- 计算机网络 导论 课件
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1、课程主要内容课程主要内容1、概述计算机网络发展历史、概述计算机网络发展历史2、网络传输介质及物理层设备、网络传输介质及物理层设备3、常见网络硬件、常见网络硬件4、网络通信协议、网络通信协议-物理层与传输层物理层与传输层5、Internet接入接入Internet服务服务6、网络常用命令和网络检测、网络常用命令和网络检测7、网络安全与网络管理概述、网络安全与网络管理概述8、相关网络法律法规及案例分析、相关网络法律法规及案例分析9、网络发展新技术、网络发展新技术 牛牛文库文档分享第1页,共87页。第一章第一章 计算机网络概述计算机网络概述 本章内容本章内容1.1计算机网络产生与发展计算机网络产生与
2、发展1.2计算机网络定义与组成计算机网络定义与组成1.3计算机网络体系结构计算机网络体系结构1.4计算机网络系统的分类计算机网络系统的分类1.5计算机网络系统的组成计算机网络系统的组成 牛牛文库文档分享第2页,共87页。1.1 1.1 计算机网络的产生和发展计算机网络的产生和发展早期的计算机应用模式单机大、中、小型机庞大,昂贵,资源无法共享分散的计算机构成了一个个的信息“孤岛”计算机网络产生始于1950s,产生的原因:资源共享的需求(计算能力、外设、软件、数据数据)大型项目的合作(进行工程项目协作)人与人之间的信息沟通(数据通信) 牛牛文库文档分享第3页,共87页。从体系结构来观察,计算机网络
3、的发展可分为四个阶段(三代网络):1.以主机为中心的联机终端系统“计算机终端”系统2.以通信子网为中心的主机互连“计算机计算机”网络3.体系结构标准化网络层次化结构,并对每层进行了精确定义4.Internet时代以TCP/IP协议簇为标准,广泛的互联 牛牛文库文档分享第4页,共87页。1.以主机为中心的联机终端系统特征:终端(Terminal)共享主机(Host)的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(一般终端没有处理能力只是一种计算机的输入、输出设备)(终端集中器/终端服务器)连接方式:本地或远程TSTTTTTTHOST通信线路通信线路T 牛牛文库文档分享第5页,共8
4、7页。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),将通信任务从主机中分离出来 牛牛文库文档分享第6页,共87页。2.以通信子网为中心的主机互连特征多个终端联机系统互联,形成了多主机互联网络网络结构从“主机终端”转变为“主机主机”HOSTHOSTHOSTTTTTTTTTTT通信线路 牛牛文库文档分享第7页,共87页。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CCPC
5、CP:处理主机之间通信任务的专用计算机CCPCCPHOSTHOSTTTTTTTCCPHOSTTT 牛牛文库文档分享第8页,共87页。两层网络概念的出现由CCP组成的传输网络通信子网通信子网,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资源子网,提供计算资源CCPCCPHOSTHOSTTTTTTTCCPHOSTTTT通信子网通信子网 牛牛文库文档分享第9页,共87页。两层网络的概念结构CCCHHH资源子网资源子网通信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HH 牛牛文库文档分享第10页,共87页。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公共交
6、换电话网络 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公用数据通信网通信网HOSTHOSTTTTTTTHOSTTTTT 牛牛文库文档分享第11页,共87页。ARPANETARPANET与分组交换技术与分组交换技术 分布式拓扑结构的网络具有如下特点:由于采用分散控制,即使整个网络中的某个局部出现故障,也不会影响全网的操作,因而具有很高的可靠性;网络体系结构的奠基人Paul Baran20世纪50年代初,出于美国军方的需要,研制SAGE系统。与前苏联的军事竞赛需要一个“可生存系统”,专门用于传输军事命令和控制信息。电话交换网比较脆弱,不符合“可生存系统”的要求,需要寻找一种
7、有效的通信网络解决方案。Paul Baran提出通信网络的分布式网络结构。分布式拓扑结构的网络 牛牛文库文档分享第12页,共87页。ARPANETARPANET与分组交换技术与分组交换技术ARPANET的基本设计思想分组交换子网对分组交换理论做出重大贡献Donald Davies 分组交换由Donald Davies和保罗巴兰在1960年代早期发明,是他们最重要的创新。分组交换技术也称包交换,是将用户传送的数据划分成一定的长度,每个部分叫做一个分组,通过传输分组的方式传输信息的一种技术。 牛牛文库文档分享第13页,共87页。数据交换的发展数据交换的发展数据交换经历了电路交换报文交换分组交换综合
8、业务数字交换分组交换子网结构原理示意图分组交换子网结构原理示意图 牛牛文库文档分享第14页,共87页。ARPANETARPANET与分组交换技术与分组交换技术ARPANET的发展过程ARPANET 之父Larry Roberts1969.12 4个节点的实验网络开始运行1972 节点数增加到40个推出Telnet应用出现第一个电子邮件应用程序1975 节点数增加到100多个,正式运行1975 节点数增加到100多个,正式运行1983年分为ARPANET和MILNET 牛牛文库文档分享第15页,共87页。ARPANETARPANET与分组交换技术与分组交换技术ARPANET对推动网络技术发展的贡
9、献完成了对计算机网络定义与分类方法的研究提出了资源子网、通信子网的网络结构概念研究并实现了分组交换方法完善了层次型网络体系结构的模型与协议体系开始了TCP/IP模型、协议与网络互联技术的研究与应用 牛牛文库文档分享第16页,共87页。3.体系结构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而兼容性和互操作性的最终目的仍是资源共享标准化的时机?先制定标准再开发还是先开发再制定标准?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基础 牛牛文库文档分享第17页,共87页。网络体系结构标准化过程的演变厂商标准:IBM-SNA,DE
10、C-DNA等缺点: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(ISO OSI/RM)O Open S System I Interconnection/R Recommended MModel(开放系统互联参考模型,简称OSIOSI参考模型参考模型)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:7个层次只说明了做什么(WHAT TO DO)而未规定怎样做(HOW TO DO)太复杂,几乎没有与之完全符合的网络事实上的标准:TCP/IP(因特网的骨干协议)从体系结构上看,它是OSI参考模型的简化(4层) 牛牛文库文档分享第18页,共87页。4.因特网时代的到
11、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的规模为网络数达到105数量级,主机数达到107数量级,用户数108数量级,主干速率大于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/s10Gbit/ 牛牛文库文档分享第19页,共87页。Vinton G.Cerf-闻名遐迩的“互联网之父”,Vint 和 Robert Kahn 合作设计了 TCP/IP 协议及互联网的基础体系结构。Robert E.Kahn是TCP/IP协议
12、合作发明者、互联网雏形Arpanet网络系统设计者、“信息高速公路”概念创立人。Kahn与Cerf一起合作提出了TCP/IP协议。TCP/IP协议已经成为现代Internet的通讯基础。2005年2月16日,国际计算机协会宣布令人获得2004图灵奖,表彰他们在设计和实施Internet基础通信协议方面的成就。二、TCP/IP与网络体系结构互联网之父Vinton G.Cerf Robert E.K 牛牛文库文档分享第20页,共87页。InternetInternet以相互交流信息资源为目的,基于一些共同的协议,通过许多路由器和公共互联网而成,它是一个信息资源和资源共享的集合。三、INTERNET
13、的发展Internet的前身ARPANet1986年,NSF(美国国家科学基金会)建立了自己的计算机通信网络,并逐渐 ARPANet在Internet的地位,1990 ARPANet正式宣布关闭1992年,Internet上的主机超过1百万台,主干网速率45Mbps。1999主机已超过1千万台,主干网速率提高到2.5Gbps对网络的使用WWW被广泛使用在Internet上,大大方便了广大非网络专业人员,促进了Internet的发展 牛牛文库文档分享第21页,共87页。web技术的产生发展什么是web?Web的工作原理Web的体系结构Web三要素从web1.0到web2.0 四、WEB技术 牛牛
14、文库文档分享第22页,共87页。WEB技术的产生发展Web之父Tim Berners-Lee1989年仲夏之夜,蒂姆成功开发出世界上第一个Web服务器和第一个Web客户机。1989年12月,蒂姆为他的发明正式定名为World Wide Web,即我们熟悉的WWW;1991年5月WWW在 Internet上首次露面,立即引起轰动,获得了极大的成功被广泛推广应用。 牛牛文库文档分享第23页,共87页。什么是WEBWeb:WWW,万维网(亦作“网络”、“WWW”、“3W”或“World Wide Web”),Web通过一种超文本方式,把网络上不同计算机内的信息有机地结合在一起,并且可以通过超文本传输
15、协议(HTTP)从一台Web服务器转到另一台Web服务器上检索信 息。Web服务器能发布图文并茂的信息,甚至在软件支持的情况下还可以发布音频和视频信息。此外,Internet的许多其它功 能,如E-mail、Telnet、FTP、WAIS 等都有可通过Web实现。万维网常被当成因特网的同义词,不过其实万维网是靠着万维网常被当成因特网的同义词,不过其实万维网是靠着因特网运行的一项服务。因特网运行的一项服务。 牛牛文库文档分享第24页,共87页。在计算机科学领域内做出突出贡献的人们在计算机科学领域内做出突出贡献的人们 牛牛文库文档分享第25页,共87页。推荐阅读计算机与网络之父计算机与网络之父 作
16、者作者:叶平,罗治馨 著 ISBNISBN:10位753093371X 13位9787530933718 出版社出版社:天津教育出版社 牛牛文库文档分享第26页,共87页。1.2 1.2 计算机网络的定义和功能计算机网络的定义和功能计算机网络定义的主要观点:从应用的观点: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。从物理的观点:在网络协议的控制下,由若干台计算机和数据传输设备组成的系统。观点3:计算机网络可以定义为:把分布在不同地理位置的计算机系统,通过通信系统连接起来,在协议的支持下,实现资源共享和相互通信。 牛牛文库文档分享第27页,共87页。归纳与综合计算机网络:相
17、互连接的自治计算机的集合计算机网络:相互连接的自治计算机的集合自治自治:能独立运行,不依赖于其他计算机“主控-从属”类型的系统是计算机网络吗?“主机-终端”系统(第一代网络)呢?互连互连:以任何可能的通信连接方式有线方式:铜线、光纤无线方式:红外、无线电(微波)、卫星通信网络通信网络计算机系统计算机系统 牛牛文库文档分享第28页,共87页。计算机网络与其它类似系统的比较终端分时系统各终端分时占用主机资源终端无计算能力,对主机的依赖性极强通信主要采用异步串行连接(本地或远程)多机系统紧耦合,主机间通信多采用共享存储器、共享总线等(有的系统也采用高速局域网)分布式系统 牛牛文库文档分享第29页,共
18、87页。计算机网络与分布式系统计算机网络与分布式系统分布式系统的特点在分布式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。 牛牛文库文档分享第30页,共87页。计算机网络与分布式系统(续)计算机网络与分布式系统(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典型的应用。分布式数据库系统也需要网络的支持。 牛牛文库文档
19、分享第31页,共87页。计算机网络能做什么(功能)计算机网络能做什么(功能)数据通信数据通信(Communication Medium)文件传输、IP电话、email、视频会议、信息发布、交互式娱乐、音乐资源共享资源共享(Resource Sharing)软件、硬件、数据(数据库)提供高可靠性服务提供高可靠性服务(High Reliability)利用可替代的资源,提供连续的高可靠服务节省投资节省投资(Saving Money)替代昂贵的大中型机系统分布式处理分布式处理(Distributed Processing) 牛牛文库文档分享第32页,共87页。1.3 1.3 计算机网络体系结构计算机
20、网络体系结构本节内容本节内容层次化的层次化的网络体系结构网络体系结构开放系统互联参考模型(开放系统互联参考模型(OSI/RMOSI/RM)TCP/IPTCP/IP体系结构体系结构OSIOSI和和TCP/IPTCP/IP的的比较比较应用层应用层传输层传输层网络层网络层数据链路层数据链路层物理层物理层 牛牛文库文档分享第33页,共87页。1.3.1 1.3.1 计算机网络体系结构计算机网络体系结构u网络体系结构提出的背景网络体系结构提出的背景计算机网络的复杂性、异质性计算机网络的复杂性、异质性u不同的通信介质不同的通信介质有线、无线、有线、无线、u不同种类的设备不同种类的设备主机、路由器、交换机、
21、复用设备、主机、路由器、交换机、复用设备、u不同的操作系统不同的操作系统UnixUnix、WindowsWindows、u不同的软不同的软/硬件、接口和通信约定(协议)硬件、接口和通信约定(协议)u不同的应用环境不同的应用环境固定、移动、固定、移动、u不同种类业务不同种类业务分时、交互、实时、分时、交互、实时、u宝贵的投资和积累宝贵的投资和积累有形、无形、有形、无形、u用户业务的延续性用户业务的延续性不允许出现大的跌宕起伏不允许出现大的跌宕起伏 牛牛文库文档分享第34页,共87页。结构清晰简化设计与实现便于更新与维护较强的独立性和适应性 对于复杂的网络系统,用什么方法能合理地组织网络的结构,以
22、达到:解决:分而治之!解决:分而治之!一个生活中的例子:信件的邮递信件的邮递 牛牛文库文档分享第35页,共87页。分层的网络体系结构分层的网络体系结构分层的基本思想分层的基本思想每一层都在它的下层提供的服务基础上提供更高级的增值服务,而最高层提供能运行分布式应用程序的服务。 牛牛文库文档分享第36页,共87页。层次化方法在其它领域的应用程序设计程序设计把一个大的程序分解为若干个层次的小模块来实现,如操作系统。把一个大的程序分解为若干个层次的小模块来实现,如操作系统。瀑布模型把软件生命周期划分为八个阶段瀑布模型把软件生命周期划分为八个阶段:问题的定义、可行性研问题的定义、可行性研究、软件需求分析
23、、系统总体设计、详细设计、编码、测试和运究、软件需求分析、系统总体设计、详细设计、编码、测试和运行、维护行、维护 邮政系统邮政系统邮递员、邮政分局、邮政总局、邮政运输邮递员、邮政分局、邮政总局、邮政运输银行系统银行系统 物流系统物流系统。 牛牛文库文档分享第37页,共87页。1.1.计算机网络体系结构的定义计算机网络体系结构的定义计算机网络中也采用了计算机网络中也采用了分层分层方法。方法。把复杂的问题划分为把复杂的问题划分为若干个较小的、单一的局部问题,在不同层上予以解决。若干个较小的、单一的局部问题,在不同层上予以解决。网络的层次结构方法要解决的问题:网络的层次结构方法要解决的问题:网络应该
24、具有哪些层次?每一层的功能是什么?(网络应该具有哪些层次?每一层的功能是什么?(分层与功能分层与功能)各层之间的关系是怎样的?它们如何进行交互?(各层之间的关系是怎样的?它们如何进行交互?(服务与接口服务与接口)通信双方的数据传输要遵循哪些规则?(通信双方的数据传输要遵循哪些规则?(协议协议) 牛牛文库文档分享第38页,共87页。计算机网络中,层层、协议协议和层间接口层间接口的集合被称为计算机网计算机网络体系结构络体系结构。换句话说:体系结构包括三个内容:换句话说:体系结构包括三个内容:分层结构与每层的功能,服分层结构与每层的功能,服务与层间接口,协议。务与层间接口,协议。最早的网络体系结构源
25、于IBM的SNASNA;其它的网络体系结构还有DEC的DNADNA等由国际化标准组织ISO制定的网络体系结构国际标准是OSI/RMOSI/RM;实际中应用最广泛的是TCP/IPTCP/IP体系结构体系结构事实上的标准 牛牛文库文档分享第39页,共87页。网络网络分层分层体系体系结构结构P3P2P1 2 1 3 2 1物理通信线路物理通信线路 3 N+1 N N-1 N+1 N N-1Pn-1PnPn+1系统系统A系统系统Bl网络中的任何一个系统都是按照层次结构来组织的l同一网络中,任意两个端系统必须具有相同的层次l每层使用其下层提供的服务,并向其上层提供服务l通信只在对等层间进行(间接的、逻辑
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