第第1 1章章计算机网络概论计算机网络概论1本章学习要求： 了解：计算机网络的形成与发展过程。 掌握：计算机网络的定义与分类方法。 掌握：计算机网络的组成与结构的基本概念。 掌握：计算机网络拓扑构型的定义、分类与特 点。 了解：典型的计算机网络。 了解：网络计算研究与应用的发展。 2计算机网络在信息时代的作用 我们已经进入了21世纪。21世纪的一些重要特征就是数字化、网络化和信息化，它是一个以网络为核心的信息时代。 知识经济中的两个重要特点就是信息化和全球化。3 这里所说的网络是指电信网络(主要的业务是电话，但也有其他业务，如传真、数据等)、有线电视网络(即单向电视节目的传送网络，但现已开始逐渐向双向传输网络改造)和计算机网络。这三种网络通常简称为“三网”。 进入20世纪90年代以来，以因特网(Internet)为代表的计算机网络的发展速度十分迅猛，已从最初的教育科研网络逐步发展成为商业网络，并已成为仅次于全球电话网的世界第二大网络。计算机网络在信息时代的作用41.1 计算机网络的形成与发展 1.1.1 计算机网络发展阶段的划分 第一阶段：20世纪50年代数据通信技术的研究与发展 (联机终端系统) 第二阶段：20世纪60年代ARPAnet与分组交换技术的研究与发展 第三阶段：20世纪70年代网络体系结构与协议标准化的研究 广域网、局域网与分组交换技术的研究与应用 第四阶段：20世纪90年代Internet技术的广泛应用网络计算技术的研究与发展宽带城域网与接入网技术的研究与发展网络与信息安全技术的研究与发展 51.1.2 计算机网络的形成 1946年世界上第一台电子数字计算机ENIAC诞生时，计算机技术与通 信技术并没有直接的联系； 单机大、中、小型机庞大，昂贵缺点资源无法共享20世纪50年代初，由于美国军方的需要，美国半自动地面防空系统（ SAGE）的研究开始了计算机技术与通信技术相结合的尝试； 网络 以主机为中心的联机终端网络系统 发展的动力： 资源共享的需求 大型项目的合作 人与人之间的沟通 特征共享主机资源 单台主机计算、通信 多台终端用户交互 本地、远程连接 结构67例子 美国的飞机订票系统SABRE-1 1 HOST 2000 Terminal 通信线路（电话线路） 此结构的网络至今仍在使用 缺点 主机负荷重，数据处理通信 线路利用率低 改进 多点通信，近距 终端集中器，近/远距 前端处理机通信任务分离81.1.2 计算机网络的形成 随着计算机应用的发展，出现了多台计 算机互连的需求，网络用户希望通过网 络实现计算机资源共享的目的； 典型的研究成果是ARPAnet。 信息共享硬件和软件共享集中化的 管理和支持 9 20世纪60s 20世纪70s 特征 单主机终端网络的互联，形成多主机为 中心的网络 网络结构从“主机终端” 转变为“主 机主机” 结构HOSTHOSTHOSTTTTTTTTTTT通信线路1.1.2 计算机网络的形成 10 演变阶段1 通信任务从主机中分离 CCP-通信控制处理机 专门处理主机之间的通信任务CCPCCPHOSTHOSTTTTTTTCCPHOSTTT主机主机网络的演变通信线路11 两层网络概念的出现 由CCP组成的传输网络通信子网 ，为资源子网提供信息传输服务12CCC HHHTTTTTTT资源子网通信子网TT主机的集合资源子网，提供各种 网络资源，建立在通信子网基础上（可 多系统并存）13 演变阶段2 通信子网规模扩大，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 通信线路利用率高 兼容性好公用数据通信网HOSTHOSTTTTTTTHOSTTTTT14 例子 因特网的前身ARPANET 美国军方建立的实验性网络 最初4个节点70s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 分层次的网络协议 处于第二阶段的计算机网络的不足之处 网络普及程度低 标准不统一 网络体系结构的研究不成熟 15 20世纪70s - 至今 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 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 标准化过程的两个阶段 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？ 标准制定问题 标准化任务只能由不偏向于任何厂商的非盈 利中立组织来制定 例外“事实上的标准”，如TCP/IP1.1.3 网络体系结构与协议标准化的研究161.1.3 网络体系结构与协议标准化的研究事实上的工业标准TCP/IP协议的形成 早在1969年ARPAnet的实验性阶段，研究人员就 开始了TCP/IP协议雏形的研究； TCP/IP协议的成功促进了Internet的发展， Internet的发展又进一步扩大了TCP/IP协议的影响 。17 试验网 ARPANET(1969, 美国国防部) 学术网 NSFNET(1986, 美国国家科学基金会) 传输速率 56kbps（1986） 1.544Mbps（1988) 45Mbps（1992) 商业网 1995年4月30日以后完全商业化Internet 历史18 ARPANET 产生背景：60年代中期，冷战高峰，DoD想建设一个核战争情 况下的网络，传统电路交换网络太脆弱，不满足要求。 ARPA（Advanced Research Projects Agency）负责研制，采 用分组交换，subnet 和 host computer两极结构。 由 称为IMP（Interface Message Processors）的小型计算机和 线路组成； 存储转发模式 1968年12月，BBN公司负责建网，采用改进的Honeywell DDP- 316小型机作为IMP，IMP间用 56Kbps租用电话线连接。 软件分为两部分：subnet和 host， Figure 1-24 1969年12月，建成四个节点的网络，发展迅速 Figure 1-2519 网络的发展暴露出协议软件的不足，1974年，TCP/IP 模型和协议诞生。 TCP/IP协议软件被集成进Berkeley UNIX中，并开发出 socket接口。 TCP/IP用于LAN接入ARPANET 1983年，ARPA将ARPANET交给DCA（Defense Communica-tions Agency），DCA将军用部分分离出 来，构成MILNET。 80年代，网络规模扩大，出现DNS（Domain Naming System） 1990年，ARPANET停止运行，MILNET仍在工作。202122NSFNET 二十世纪七十年代末，大学通过网络进行研究的需要促使 NSF（U.S. National Science Foundation）建立一个虚拟网 络CSNET。 1984年，NSF开始设计一个高速网络，对所有大学和研究机 构开放。NSF建立了一个骨干网，把六个超级计算机中心连 接起来。56Kbps租用线路，软件使用TCP/IP技术，成为第一 个TCP / IP 广域网。 19841989年，在国家科学基金会（NSF）的大力支持下， 五年中连接世界教育单位的计算机网（BITNET）、计算机科 学网（CSNET）、军用网（MILNET）等相继出现。组成了 Internet活动委员会（IAB）。这段时间中最引人注目的进展 是CSNET的升级，它采用了T1线，允许数据的速率从56K跳 到1.5Meg。当年用户数就达到了1000左右，次年达到了 2000。23NSFNET 到1988年，Internet用户数超过了56000。多数都是专用连接 。NSF禁止Internet用于商业目的，但禁令的打破只是个时间 的问题。 1990年，MERIT、MCI和IBM公司成立一个非赢利机构ANS （Advanced Networks and Services）管理NSFNET，把骨 干网带宽从1.5Mbps升级为45Mbps（ANSNET）。 1991年，NREN（National Research and Educational network）启动，研究NSFNET的下一代，目标是达到G比特 。 1995年，ANSNET卖给America Online。单一骨干网结构被 商业驱动的、竞争的多骨干网结构替代。241986年: 56kbps251988-89: T1 (1.544Mbps)261991: T3 (45Mbps)271995年4月30日以后的Internet旧金山旧金山华盛顿华盛顿新泽西新泽西芝加哥芝加哥NSP3NSP2NSP#1网络访问点NAP 网络服务商NSP28小结：l 1957：ARPA (Advanced Research Projects Agency)组建 l 1969：ARPANET进行联网研究 l 1971：ARPANET上连接了15个节点(23台主机) l 1973：ARPANET首次进行国际联网 l 1973：Harvard大学Bob Metcalfe的博士论文首先提出了以太网的概念 l 1974：Vinton Cerf和Bob Kahn发表了论文“ A Protocol forPacket Network Interconnection ”(TCP) l 1984：引入DNS l 1993：Mosaic旋风 l 1995：Sun公司发布JAVA291977年，国际标准化组织ISO下设的第16 分委员会SC16开始研究开放系统互联的标准。 所谓开放系统，就是指任何系统只要遵循这个 标准进行设计，就可以与其他任何遵循同一标 准的系统互相连接并进行通信，这就确保了各 个厂商的网络产品能相互兼容。SC16于1979年 完成了基于分层概念的网络协议开发模型，称 为开放系统互联参考模型OSI/RM(Open System Interconnection / Reference Mode)。同年底 ，国际电报电话咨询委员会 CCITT(Consultative Committee, International Telegraph and Telephone)认 可并采纳了这一国际标准(称为X.200)。1.1.3 网络体系结构与协议标准化的研究30国际标准：ISO-OSI/RM 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 其标准保证了不同网络设备之间的兼容性和互操作 性 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） 现在的计算机网络均是在OSI/RM的框架下运作的1.1.3 网络体系结构与协议标准化的研究31OSI的历史经验和教训 OSI是80年代计算机网络技术，网络体系结构的主流 OSI网络体系结构的核心和贡献： 分层模型 服务、接口、协议 Andrew S. Tanenbaum 在 “Computer Networks”第三版中 评价OSI： Bad timing（too late） Bad technology（both the model and the protocol are flawed） Bad impleme