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计算机应用专业系列教材

计算机应用专业系列教材. 计算机网络. 第一章 计算机网络导论. 本章主要介绍信息技术的发展史、在当今社会中的地位 和应用，以及信息技术发展的方向。简介计算机网络的 产生、发展、用途和发展趋势。 掌握有关计算机网络的产生、发展和用途。 掌握计算机网络的基本构成：拓扑结构和组成结构。 理解 Internet 的产生和发展。 理解计算机互连网络的主要标准。 理解 TCP/IP 协议基本概念。 了解信息技术的发展。 了解有关计算机网络和互连的技术新进展。. 1.1 信息技术发展简史. 语言的产生 文字的产生 印刷术的产生 电话电报技术的产生

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  1. 计算机应用专业系列教材 计算机网络

  2. 第一章 计算机网络导论 本章主要介绍信息技术的发展史、在当今社会中的地位 和应用，以及信息技术发展的方向。简介计算机网络的 产生、发展、用途和发展趋势。 • 掌握有关计算机网络的产生、发展和用途。 • 掌握计算机网络的基本构成：拓扑结构和组成结构。 • 理解Internet的产生和发展。 • 理解计算机互连网络的主要标准。 • 理解TCP/IP协议基本概念。 • 了解信息技术的发展。 • 了解有关计算机网络和互连的技术新进展。 陶静烽

  3. 1.1 信息技术发展简史 • 语言的产生 • 文字的产生 • 印刷术的产生 • 电话电报技术的产生 • 集成电路和计算机技术的发明 • 现代通信技术的进步 • 计算机网络和因特网（Internet）的产生 陶静烽

  4. 集成电路和计算机技术的发明 • 1946年，第一台数字电子计算机诞生。 • 摩尔定律： • 每18个月存储器芯片的集成度翻番，微处理器速度提高一倍，而价格下降一半。 陶静烽

  5. 现代通信技术的进步 • 程控交换技术。 • 卫星通信。特点：没有通信死角，信道利用率高，通信容量小。 • 蜂窝通信。（微蜂窝技术）例：手机，电脑无线上网，掌上电脑上网 • 光纤通信。特点：带宽大，体积小，保密性能好，抗干扰能力强，价格便宜。 陶静烽

  6. 计算机网络和因特网的产生 • 计算机网络技术的产生 • Internet的发展简史 陶静烽

  7. 计算机网络技术的产生 • P4. • 从实质上来说，计算机网络是信息传播技术与信息处理技术的结合，因此，计算机网络是计算机技术和现代通信技术的有机结合。 • 例：打电话，发传真，。。。 陶静烽

  8. 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； • 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； • 随着计算机应用的发展，出现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ARPA网。 陶静烽

  9. Internet的发展简史 • 上世纪70年代，因特网出现。 • Internet的前身是美国国防部高级研究规划局的ARPA网。研究成果：TCP-IP协议。核心内容为：“包交换”。 • P5.包交换的概念。 • 人类信息技术发展走的是一条螺旋上升的路线。即模拟信号——数字信号——模拟信号——数字信号。 陶静烽

  10. 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 • 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、局域网与公用分组交换网的研究与 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 陶静烽

  11. Internet结构示意图 陶静烽

  12. 典型计算机网络 ARPANET • 1969年11月，实验性的ARPANET开通； • 1975年，ARPANET 已经连入了100多台主机，并且结束了网络实验阶段，移交美国国防部国防通信局正式运行； • 1983年1月，ARPANET向TCP/IP的转换结束； • 80年代中期，ARPANET成为Internet的主干网； • 1990年，ARPANET退役。 ARPANET对网络的产生与发展起了重要的影响。 陶静烽

  13. 典型计算机网络 NSFNET • 1984年，NSF决定组建NSFNET； • NSFNET采取的是一种层次型结构，分为主干网、地区网与校园网； • 1990年，NSFNET主干网的传输速率为44.746Mbps； • 1995年4月1日，NSF和MCI合作创建了NvBS（very high-speed backbone service） ； • vBNS主干网运行的速率范围是从622Mbps（OC12）到4.8G bps（OC48）。 陶静烽

  14. 典型计算机网络 Internet • 80年代中期人们开始认识到Internet的重要作用； • 90年代是Internet历史上发展的最快的时期； • Internet应用主要有E-mail、WWW、Telnet、FTP与Usenet等，随着Internet规模和用户的不断增长，Internet上的应用领域也进一步得到开拓； • 从用户的角度来看，Internet是一个全球范围的信息资源网； • 从网络结构角度看，Internet是一个由路由器互联起来的大型网际网。 陶静烽

  15. 典型计算机网络 Internet2 • 由于Internet的商业化与业务量增多，导致网络整体性能降低； • 1996年10月，一些大学申请建立Internet2，为其成员组织服务，初始运行速率可达10Gbps； • Internet 2可以用于多媒体虚拟图书馆、远程医疗、远程教学、视频会议、视频点播、天气预报等领域； • Internet 2在网络层运行的是IPv4，同时也支持IPv6业务，希望形成下一代Internet的技术与标准。 陶静烽

  16. 1.2 计算机网络的用途 • 数字通信 • 分布式计算机 • 网络门户服务，IDC和ASP • 信息查询 • 网上教育 • 虚拟现实 • 电子商务 • 家庭自动化 陶静烽

  17. 数字通信 • 概念：数字通信就是计算机化了的信息通信。是一个各种数字化信息传输的统称。 • 形式：电子邮件，网络电话，网上传真，网上聊天，网上视频会议，网上文件传递。。。 • 网络电话即IP电话 • 视频会议技术：视频信号经压缩技术处理后，以较低的速率的信道来传输 陶静烽

  18. 分布式计算 • 例一：将若干台计算机通过网络连接起来，将一个程序分散到这几台计算机上去同时运行，然后把每一台计算机计算的结果搜集汇总到一起，整理得出一个结果。 • 例二：通过计算机将一个需要大量计算的题目送到远处的网络上去计算，并返回结果。 陶静烽

  19. 网络门户服务，IDC和ASP • 网门的概念：用一个统一的网页入口界面，将大量的网上信息分门别类的向用户提供服务的技术。 • IDC：Internet Data Center。互联网数据中心 • ASP：Application Service Provider。网上应用服务的提供商。 陶静烽

  20. 信息查询 • 搜索引擎：用少量的“关键”词概括归纳出所要寻找的信息的内容，输入到连在互联网上的计算机中去，则搜索引擎会很快把结果所在的网络地址一一罗列出来，使你很快找到所要的内容。 陶静烽

  21. 网上教育 • 利用Internet技术开发的互联网的一种综合应用。充分发挥了网络可以跨越空间和时间的特点，在网络平台上向学生提供各种与教育相关的信息。 • “任何人、在任何时间、任何地点，可以学习任何课程” 陶静烽

  22. 虚拟现实 • 所谓“虚拟”，指你本人并没有身临其境；而“现实”，指你感觉到像真的一样。 • “专用眼镜” • “感觉手套” • 应用虚拟现实需要非常高的计算机处理能力和通信速率才可以。 陶静烽

  23. 电子商务 • 广义上称作EB：Electronic Business • 包括各行各业的电子化，网络化 • 窄义上称作EC：Electronic Commerce • 指人们利用电子化网络化手段进行商务活动 • 我们现在一般指的电子商务都是窄义的这种。 陶静烽

  24. 家庭自动化 • 需速度高，完全实时连接。 • 家庭自动化的网络标准：利用电力线传送各种家庭自动化信号。 • 家庭保安系统，家庭影院，家用电器自动开关，视频监控记录，等等 陶静烽

  25. 计算机网络应用带来的社会问题 • 计算机网络的广泛应用已经对经济、文化、教育、科学的发展与人类生活质量的提高产生了重要影响，同时也不可避免地带来一些新的社会、道德、政治与法律问题； • “网络社会”中的“道德”与“法律”，这对于人类是一个新的课题。 陶静烽

  26. 计算机网络系统的组成 • 计算机网络的拓扑结构 • 计算机网络的组成结构 陶静烽

  27. 计算机网络拓扑观点 • 从拓扑学观点看： • 网络单元定义为结点 • 两个结点间连线称为链路 端结点：指通信的源和宿结点。如用户机、终端。 结点 转接结点：起控制和转发信息作用的结点。 如程控交换机。 链路 陶静烽

  28. 计算机网络拓扑定义 • 拓扑学是几何学的一个分支，是从图论演变而来。拓扑学首先把实体抽象成与其大小、形状无关的点，将连接实体的线路抽象成线，进而研究了点、线、面之间的关系; • 计算机网络拓扑是通过网中结点与通信线路之间的几何关系表示网络结构，反映出网络中各实体间的结构关系; • 计算机网络拓扑主要是指通信子网的拓扑构型; • 拓扑设计对网络性能、系统可靠性与通信费用都有重大影响。 陶静烽

  29. 计算机网络的拓扑结构分类 陶静烽

  30. 星型结构 星型结构的特点: • 每个结点均以一条单独信道与中心结点相连，中心主结点可与各结点直接通信； • 从结点之间必须经中心结点转换才能通信； • 中心结点是一个功能很强的计算机，具有数据处理和存储转发双重功能。 陶静烽

  31. 星型结构的优点 控制简单：任何一个站点只与中心结点相连，因而媒体访问控制的方法很简单，协议也简单； 方便服务：中心结点可方便地对各个站点提供服务和网络重新配置，所以中心结点的可靠性基本上决定了整个网络的可靠性； 易实现结构化布线； 易扩充，易升级。 星型结构的缺点 电缆长度和安装工作量可观：因为每个站点都要和中心结点直接连接，需要耗费大量的电缆。安装维护的工作量大； 中心结点的负担重，易形成瓶颈，一旦出现故障，会导致全网瘫痪，因而中心结点的可靠性和冗余度方面的要求很高； 各结点的分布处理能力较少。 星型结构 陶静烽

  32. 星型结构使用场合 • 数据传输主要在从结点与中心结点之间，而从结点间很少交换数据； • 采用专用自动交换机或计算机交换分机的电话网； • 智能大厦：双绞线布线，每一层设集线器，再通过总集线器将各层集线器连接起来。 陶静烽

  33. 树型结构 根结点 结构特点: • 是星型的扩展，分层结构，有根结点和各分支结点； • 属集中控制。 • 适用场合：适用于分级管理和控制系统。 陶静烽

  34. 树形结构优点: 易于扩展：从本质上讲，这种结构可以延伸出很多分支和子分支，这些新结点和新分支都很容易地加入网内； 故障隔离较容易，可靠性高：如果某一分支的结点或线路发生故障，很容易将故障分支和整个系统隔离开来。 树形结构缺点: 各环节对根的依赖性太大，如果根发生故障，全网则不能正常工作，与星型相似； 结构比星型复杂，数据在传输中要经过多条链路，时延较大。 树型结构 陶静烽

  35. 总线型结构 总线型结构特点: • 一条公共总线通过相应的硬件接口连接所有工作站（主机）和其他共享设备（文件服务器、打印机等），在同一时刻只能有一个站发送数据，采用争用的机制发送数据，各个工作站平等； • 采用分布式控制方式。 • 适用场合：局域网（以太网） 陶静烽

  36. 总线型结构优点: 结构简单，易于安装，易于扩展； 共享能力强，便于广播式传输； 局部站点故障不影响整体，可靠性较高。但总线出现故障，则影响整个网络； 总线结构所需电缆数量少，费用低。 总线型结构缺点: 故障诊断和隔离较困难：因为总线拓扑网络不是集中控制，故障检测需在各个结点进行，故障检测不很容易； 若故障在结点：将该结点从总线上去掉； 若故障在传输媒体：整个这段总线要切断。 分布式协议不能保证信息的及时传送，不保证实时功能； 系统范围受到限制：同轴电缆的工作长度一般在2Km以内，在总线的干线基础上扩展长度时，需使用中继器扩展附加段。 总线型结构 陶静烽

  37. 环型结构 环型结构特点 • 各主机或终端经过环接口连成一个封闭环型 。 • 适用场合：局域网 陶静烽

  38. 环型结构优点: 各工作站间无主从关系，结构简单； 信息流在网络中沿环单向传递，延迟固定，实时性较好； 两个结点之间仅有唯一的路径，简化了路径选择； 电缆长度短，环型拓扑网络所需的电缆长度和总线拓扑网络相似，但比星型拓扑网络要少得多； 可使用光纤，传输速度高。 环型结构缺点: 可靠性差，任何线路或结点的故障，都有可能引起全网故障； 故障检测困难，与总线拓扑相似，因为不是集中控制，故障检测需在网上各个结点进行，故障的检测就不很容易； 可扩充性差。 环型结构 陶静烽

  39. 网状结构 网状结构特点: • 形状任意，呈不规则状； • 每个结点至少有两条链路与其他结点相连。 • 适用场合：大型广域网 陶静烽

  40. 网状结构优点: 每个结点都有冗余链路，可靠性高； 因为有多条路径，所以可以选择最佳路径，减少时延，改善流量分配，提高网络性能。 网状结构缺点: 路径选择比较复杂； 结构复杂，不易管理和维护； 线路成本高 网状结构 陶静烽

  41. 计算机网络的组成结构 • 通信子网 • 网络高层 • 网上应用 陶静烽

  42. 计算机网络的通信子网 • 通信子网是用来保证整个计算机网络通信的基本传输的部分 • 担负着向网络的高层提供一定质量的传输服务 • 由物理信道，信道链路的通信控制软件组成 陶静烽

  43. 计算机网络的高层服务 • 网络节点到对方的网络节点之间的端到端的完整通信服务 • 目的是要完成将网上的应用和网络的数据通信彻底分开 陶静烽

  44. 计算机网络的应用服务 • 典型计算机网络的应用的支撑环境由下面几方面组成： • 网络目录服务：把信息有组织、有条理地运用起来 • 网络域名服务：帮助网络使用者找到想要去的地方，告诉如何可以到达到里 • 网络数据库服务：绝大多数信息在计算机上都是以数据库的形式存在的 陶静烽

  45. 网络的标准体系 • 因特网的标准：TCP-IP协议族 • 开放式系统互连的国际标准：ISO/OSI七层标准模型 • 局域网的标准集：IEEE-803.x 陶静烽

  46. 计算机网络的新进展及发展趋势 • 通信技术的进步 • 多媒体技术的进步 • 网上应用的进步 陶静烽

  47. 通信技术的进步 • 交换方式趋于纯IP化 • 光纤采用波分复用技术扩容 • 计算机采用无线接入方式 陶静烽

  48. 交换方式趋于纯IP化 • 交换方式的变化是在因特网技术发展的前提下发生的 • 可以节省费用，加大灵活性，增加功能，减少管理复杂程度 • 交换的概念：P14 • 交换的类型：电路交换和包交换 陶静烽

  49. 光纤的波分复用技术 • 波分复用技术是为了把光纤的无限带宽充分地使用起来 • 其思想是用不同的波谱的光束做载波，每种载波调制一路数据信号，将各束调制后的光信号集中到一起，形成一束混合光，再送到光纤里去传输 • 此技术已能复用到每秒几百个T位，但光纤必须采用最新开发的“全频光纤” 陶静烽

  50. 无线接入方式 • 由下面两种技术的进步而获得长足发展： • 时分复用多路访问（TDMA）：指用单个高速的信道来携带多个较低速率的信号的技术 • 码分复用多路访问（CDMA）：是用多种不同代码对相对较低速率的信号进行编码，放在同一个高速信道中进行传输的技术 陶静烽

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