第一章 计算机网络课程绪论

1. 交换今日汗水，路由明朝辉煌 中 北 大 学 电 子 与 计 算 机 科 学 技 术 学 院 School of Electronics and Computer Science and Technology . NUC 第一章计算机网络课程绪论

2. 课程目标 • 课程目标 • 系统和全面地掌握计算机网络的基本概念、原理和主要先进而实用的技术，了解计算机网络的技术特点、发展和实际应用情况，具备较强的计算机网络理论 • 课程要求 • 掌握网络与通信的理论基础 • 重点是通信基础知识、网络体系结构、 TCP/IP协议 • 同时对网络安全、联网设备基础也做初步介绍 总学时：64 课内实验：10

3. 教学用书 • 教材: 《计算机网络》——谢希仁 • 参考： 《计算机网络技术与应用》——浙江大学出版社 《现代计算机教程 》张公忠，清华大学出版社 《网络工程师教程》雷震甲，清华大学出版社 《计算机网络三级教程》

4. 成绩评定 • 成绩评定方法 • 平时成绩 平时成绩 20 期末成绩 80 总成绩 100 1、出勤率 2、课堂（实验）纪律 3、按时交作业（包括实验验收）

5. §1 绪论 • 本章内容 • 计算机网络的定义和功能 • 计算机网络的分类 • 计算机网络的标准 • 因特网的发展

6. §1-1 计算机网络的定义和功能 • 在过去的三百年中，每一个世纪都有一种技术占据主要的地位： • 1 8世纪工业革命开启了机器时代； • 1 9世纪是蒸汽机时代； • 计算机则是2 0世纪人类发明的最伟大技术。 • 计算机及计算机网络的产生标志着人类开始迈向一个崭新的信息社会，一个根本的变革就是从劳动密集型社会转入到知识密集型社会。

7. 信息时代的计算机网络 • 21 世纪的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。 • 网络现已成为信息社会的命脉和发展知识经济的重要基础。 • 通常我们所说的网络是指“三网”：即电信网络、有线电视网络和计算机网络；发展最快的并起到核心作用的是计算机网络。 • 目前电话、电视及计算机网络正在迅速地融合：信息的获取、存储、传送和处理之间的孤岛现象，随着计算机网络技术的发展而逐渐消失；曾经独立发展的电信网、电视网和计算机网将合而为一。

8. 计算机网络的形成和发展 • 计算机网络的发展过程是计算机与通信的融合过程： • 20世纪60年代萌芽（面向终端的联机系统） • 70年代兴起（分组交换数据网） • 70年代中期至80年代局域网发展和网络互联 • 90年代网络计算和国际互联网

9. 计算机网络的形成和发展

10. 以计算机之间传输信息为主要目的而连接起来以以计算机之间传输信息为主要目的而连接起来以 实现远程信息处理和 进一步实现资源共享的计算 机系统。 计算机网络的概念 • 强调信息传输

11. 以共享资源为主要目的把具有独立功能的计算机以共享资源为主要目的把具有独立功能的计算机 连接起来的计算机系统的集合。 什么是计算机网络 • 强调信息传输 • 强调共享资源

12. 计算机网络就是一个巨大的计算机系统，用户不计算机网络就是一个巨大的计算机系统，用户不 会察觉多个计算机系统的存在，不用熟悉资源的 分布情况就可以调用计算机各系统的资源。 什么是计算机网络 • 强调信息传输 • 强调共享资源 • 强调用户透明性

13. 凡是将分布在不同地理位置上的具有独立工作能力凡是将分布在不同地理位置上的具有独立工作能力 的计算机、终端及其附属设备，用通信设备和通信 线路连接起来，并配置网络软件和通信协议，以实 现数据传输和资源共享的系统就叫做计算机网络。 计算机网络的定义 • 强调信息传输 • 强调共享资源 • 强调用户透明性

14. Three Points • Computer/Host • Connected with media • Communication protocol and Share information • 主机 • 通信子网 • 通信协议

15. 计算机网络的组成结构 • 早期的计算机网络是通过远程通信线路将分布在不同地理位置上的大型机或中、小型机互连起来，在结构上分为两个组成部分： • 负责数据处理的主机与终端； • 负责数据通信处理的通信控制机（CCP）与通信线路。 • 从逻辑功能上早期网络可以分为资源子网和通信子网两个部分

16. 早期计算机网络结构

17. 现代计算机网络结构

18. 计算机网络的功能和应用 • 计算机网络的主要功能为数据通信和资源共享 • 就通信角度而言，计算机网络本身其实就是一种通信系统； • 以文件传输和电子邮件服务为代表的数据通信是计算机网络最基本的功能之一； • 通过计算机网络可以快速的传递文件和消息，为人们提供一种无纸化办公的环境。

19. 计算机网络的功能和应用 • 计算机网络的主要功能为数据通信和资源共享 • 资源共享包括硬件、软件和数据资源的共享； • 资源共享是指网上用户能够使用全部或部分网络资源，从而大幅度提高各种硬件、软件和数据资源的利用率和使用效果； • 资源共享是计算机网络目前最基本的功能。

20. 计算机网络的功能和应用 • 计算机网络的主要功能为数据通信和资源共享 • 除了数据通信和资源共享的功能之外，计算机网络可以实现系统冗余，有效地提高计算机系统的可靠性和可用性； • 同时易于进行分布处理，实现协同式的网络计算。

21. 计算机网络的应用 • 办公自动化（OA，Office Automation） • 电子数据交换（EDI，Electronic Data Interchange） • 实时控制 • 分布式控制系统（DCS，Distributed Control System） • 计算机集成与制造系统（CIMS，Computer Integrated Manufacturing System） • 远程教育 • 信息服务系统

22. §1-2 计算机网络的分类

23. WAN SERVICE ISDN、Frame Replay Cisco IOS Router Cisco IOS Router Catalyst Switch Catalyst Switch Catalyst Switch Catalyst Switch 按照地理范围划分 • 广域网 • 局域网

24. 局域网 • 局域网（LAN，Local Area Network） • 局域网是在微型计算机大量应用后才发展起来的计算机网络。局域网的分布范围一般在几公里以内，它往往是一个单位或部门组建的网络，实现本地主机之间的连接。 • 一般认为，局域网是所有计算机网络的基础，也是目前计算机网络技术中发展最快的一个分支。

25. 局域网的应用场合 • 同一房间内的所有计算机，覆盖范围一般不超过10m； • 同一楼宇内的所有计算机，覆盖范围一般不超过100m； • 同一校园、厂区、建筑群内的所有计算机，覆盖范围一般不超过10km，这种网络又被称为园区网。

26. 局域网的基本特征 • 局域网是限定区域的网络。局域网中的Local本身便有限定、有限的含义，“限定区域”（Local Area）并无具体大小的确切定义，可以理解为一个在功能上相对独立、组织上相对封闭的空间，例如一个房间、一栋大楼。 • 局域网的线路是专用的。“线路专用”是局域网的一个显著特点，局域网一般不使用公共通信线路，而是自行使用自己的传输介质和设备。

27. 局域网的基本特征 • 局域网具有高速率、低延迟的特点。由于覆盖范围有限，线路较短，所以构建局域网时可选用高性能的传输介质以获取较高的数据通信速率。以目前的以太网为例，数据传输速率可以达到10Mb/s、100Mb/s、1Gb/s甚至10Gb/s。 • 局域网具有开放性。局域网的体系结构符合ISO的OSI标准，能与任何符合OSI标准的系统进行通信。

28. 局域网技术 • 以太网（IEEE802.3） • 令牌总线网（IEEE802.4） • 令牌环网（IEEE802.5） • 光纤分布数据接口（FDDI，Fiber Destributed Data Interface） • ATM的局域网 目前，在局域网市场中占据统治地位的是以太网，不断发展的以太网技术以其特有的兼容性和优良的性价比成为今天局域网建设中几乎是唯一的选择。

29. 广域网 • 广域网（WAN，Wide Area Network） • 广域网也称远程网，它的覆盖范围从几十公里到数千公里，一般跨越城市、地区、国家、或者横跨洲际，形成国际性的远程网络。 • 广域网由国家通信部门或ISP建设，成为公共基础设施，不同地域的局域网或主机系统可以通过相应的接入手段实现彼此间的连接。

30. 广域网的应用场合 • 个人计算机、校园网、企业网用户通过ISP提供的接入技术实现Internet访问； • 企业通过租用专线的方式实现总公司网络和位于不同地域的各分支机构网络之间的连通。

31. 广域网的基本特征 • 传输距离相对较长，一般都在几公里以上。 • 不规则的网络拓扑结构。网络结点之间构成点到点连接，形成无规则的网状结构。 • 传输速率较低。传统的广域网技术传输速率低、延迟高，但随着通信技术的迅速发展和多媒体网络业务的需求，人们正在不断迈向更高速的综合网络和宽带网络。

32. 广域网技术 • X.25 （源自CCITT的一种广域网的古老协议） • ISDN（综合业务数字网） • 帧中继 • SONET/SDH（同步光纤网） • ATM（异步传输模式） 最初的广域网只是为传输语音级业务而开发的，为了适应新的业务需求，早期的模拟网络已经被数字网络所取代。 WAN技术，如帧中继、ISDN、SMDS(交换多兆位数据服务)、DSL（数字用户线路）和SONET（同步光纤网），目前在世界上许多地区都得到了应用以进行快速的广域网通信。

33. 城域网 • 城域网（MAN，Metropolitan Area Network） • 城域网是介于广域网和局域网间的一种高速网络。城域网的设计初衷是用于满足几十公里范围内的企业、机关、公司的多个局域网互连的需求，实现大量用户之间的各种信息的传输功能。 • 随着局域网建设的普及和用户不断增长的Internet需求，城域网的建设已成为各个地区信息基础设施建设的热门话题。 • 由于各种原因，城域网的特有技术没有顺利应用。采用光纤传输，基于IP交换的高速路由交换机或ATM交换机，由核心交换层、业务汇聚层与接入层构成的体系结构是目前城域网的基本特征。

34. 网络的拓扑结构 • 拓扑学是几何学的分支，它应用图论中的方法，将实体抽象成与大小无关的点，将连接实体的线路抽象为线，进而研究点、线、面之间的关系。 • 计算机网络拓扑通过网络结点与通信线路之间的几何关系来表示网络结构，进而反映出网络中实体之间的结构关系。

35. 网络的拓扑结构 • 网络拓扑可以用来反映网络的物理布局，也可以反映网络结点之间的逻辑关系。 • 拓扑设计是组网规划的基本步骤，是协议规划、网络选型的基础，对于网络性能、系统可靠性与通信费用都有重大影响。 • 参考指标 • 网络设备类型 • 设备性能 • 网络升级 • 网络管理

36. 按照拓扑结构划分

37. 总线型拓扑实现

38. Hub 星型拓扑实现 • 由中央设备连接 • 需要大量缆线 • 一台计算机出现问题不影响网络的其余部分 • 中央设备出现问题整个网络陷入瘫痪 • 易于工程实施

39. 环形拓扑 封闭环路： 令牌： 计算机是环的一部分 信息发送走完整一周

40. 在某一个具体的层次中指导实体之间通信的规则。在某一个具体的层次中指导实体之间通信的规则。 由通信双方共同遵守的通信语义和通信规则的集合 称为网络协议。 §1-3 计算机网络的标准 • 网络互连标准： • OSI：开放式系统互连模型 • TCP/IP：传输控制协议/网际互联协议。 Protocol

41. 网络标准化组织简介

42. 网络标准化组织简介

43. 网络标准化组织简介

44. 网络协议 • 计算机网络是由多个互连的结点组成的，结点之间要不断地交换数据和控制信息。要做到有条不紊地交换数据，每个结点都必须遵守一些事先约定好的规则。 • 我们把这种由通信双方共同遵守的通信语义和通信规则的集合称为网络协议。一个网络协议从功能角度讲主要由以下三要素构成： • 语法：用户数据与控制信息的结构和格式； • 语义：需要发出何种控制信息，以及完成的动作与做出的响应； • 时序：对事件实现顺序的详细说明和速度匹配。

45. 网络体系结构 • 网络协议是实现计算机网络的必要条件之一。 • 对于一个功能完备的计算机网络而言，完整的数据交换需要建立一套复杂的协议集，复杂的网络协议最好的组织方式是层次结构模型。 • 这种相关协议的集合即构成网络的体系结构。 • 第一个网络体系结构是IBM公司于1974年提出的SNA（System Network Architecture，系统网络体系结构）。

46. OSI和TCP/IP

47. IEEE802系列标准

48. 面向用户应用 4.传输层 3.网络层 面向数据传输 7.应用层 2.数据链路层 6.表示层 1.物理层 5.会话层 OSI七层参考模型 • OSI的核心思想是两个终端用户在远程通讯网络中的通讯可以分成层，每层有自己的功能集。 • 层与层之间相互独立而又相互依靠

49. §1-4 因特网的发展 • 可以说Internet就是一个大型的计算机网络。该网络中的众多计算机通过通信线路和设备连接进行通信，任何个人、公司、学校、企业以及政府将通过Internet共享全球的网络资源。 • 今天， Internet发展成为世界上规模最大、用户最多、影响最广的科学教育网和商业信息网

50. Internet的发展 • Internet的起源： Internet的雏形源于上世纪60年代，由美国国防部兴建的ARPANET。该网络通过50Kbps的电路连接，最初只有四个连接站点。