计算机网络教程第1-章概述.ppt

高等学校21世纪教材 长江大学 第1章 概 述 1.1 计算机网络在信息时代的作用 1.2 计算机网络的发展过程 1.3 计算机网络的分类 1.4 计算机网络的主要性能指标 1.1 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。 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。 1.2 计算机网络的发展过程 1.2.1 计算机网络的产生 一百多年来，电话交换机虽然经过多次更新换代，但交换的方式一直都是电路交换。 当电话机的数量增多时，就要使用很多彼此连接起来的交换机来完成全网的交换任务。用这样的方法，就构成了覆盖全世界的电信网。 这种必须经过“建立连接→通信→释放连接”三个步骤的连网方式称为面向连接的(connection-oriented)。这里我们要指出，电路交换必定是面向连接的。但面向连接的却不一定是电路交换，因为分组交换也可以使用面向连接的方式(如广域网的X.25网络和ATM网络)。 图1-2为电路交换的示意图。在通话的全部时间内，通话的两个用户始终占用端到端的固定传输带宽。 当使用电路交换来传送计算机数据时，其线路的传输效率往往很低。 分组交换则采用存储转发技术。分组的概念如图1-3所示。通常我们将欲发送的整块数据称为一个报文(message)。在每一个数据段前面，加上一些必要的控制信息组成的首部(header)后，就构成了一个分组(packet)。分组又称为“包”，而分组的首部也可称为“包头”。分组交换的特征是基于标记(label-based)。不先建立连接而随时可发送数据的连网方式，称为无连接的(connectionless)。 分组交换网由若干个结点交换机(node switch)和连接这些交换机的链路组成，如图1-4(a)所示。图1-4(b)和图1-4(a)的表示方法是一样的，但强调了结点交换机具有多个端口的概念。 图中H1 ~ H6都是可进行通信的计算机，但在计算机网络中常称它们为主机(host)。在ARPANET建网初期，分组交换网中的结点交换机曾被称为接口报文处理机IMP (Interface Message Processor)。 结点交换机处理分组的过程是：将收到的分组先放入缓存，再查找转发表(转发表中写有到何目的地址应从何端口转发的信息)，然后由交换机构从缓存中将该分组取出，传递给适当的端口转发出去。 分组交换网的主要优点可归纳如表1-1所示。 分组交换也带来一些新的问题。例如，分组在各结点存储转发时需要排队，这就会造成一定的时延。当网络通信量过大时，这种时延可能会很大。此外，各分组必须携带的控制信息也造成了一定的开销(overhead)。 图1-5表示电路交换、报文交换和分组交换的主要区别。 图1-6(a)所示的是早期的面向终端的计算机网络，它是以单个主机为中心的星形网，各终端通过通信线路共享昂贵的中心主机的硬件和软件资源。而分组交换网是以网络为中心，主机和终端都处在网络的外围，如图1-6(b)所示。用户通过分组交换网可共享连接在网络上的许多硬件和各种丰富的软件资源。 1.2.2 因特网时代 美国国家科学基金会NSF认识到计算机网络对科学研究的重要性，因此从1985年起，美国国家科学基金会就围绕其六个大型计算机中心建设计算机网络。1986年，NSF建立了国家科学基金网NSFNET。NSFNET后来接管了ARPANET，并将网络改名为Internet，即因特网。 1992年因特网上的主机超过100万台。1993年因特网主干网的速率提高到45 Mbit/s (T3速率)。到1996年速率为155 Mbit/s的主干网vBNS (very high-speed Backbone Service)建成。1998年又开始建造更快的主干网Abilene，数据率最高达2.5 Gbit/s。1999年MCI和Worldcom公司开始将美国的因特网主干网速率提高到2.5 Gbit/s。到1999年底，因特网上注册的主机已超过1000万台。 表1-2是因特网上的网络数、主机数、用户数和管理机构数的简单概括[COME00]。 1.2.3