计算机网络技术ppt课件.pptx
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1、,计算机网络技术,Computer network technology,全书共分8章,详细介绍了计算机网络技术的基本概念、计算机网络体系结构、网络协议、参考模型、IP地址规划、无线网络、网络规划与设计、常用网络服务与应用、网络空间安全技术和网络管理技术,并且介绍了IPv6地址、移动互联网、智能网络设备、工业网络应用、物联网、云计算、云机器人等一些网络前沿技术和应用。,计算机网络技术,第 5 章网络规划与设计,第 6 章计算机网络服务与应用,第 7 章网络空间安全,第 8 章网络管理技术,第 1 章计算机网络概述,第 2 章网络体系结构与网络协议,第 3 章IP 地址规划技术,第 4 章无线网
2、络和移动网络,第 1 章计算机网络概述,1.1 计算机网络的形成与发展,1.2 计算机网络的定义与功能,1.3 计算机网络的组成与分类,1.4 计算机网络的拓扑结构,1.5 计算机网络的性能指标和非性能特征,1.6 实训,第 1 章计算机网络概述,1.1 计算机网络的形成与发展,1计算机网络的形成与发展计算机网络是计算机技术与通信技术发展和融合的产物。1967 年,美国国防部高级研究计划署提出了 ARPANET 的研究任务。ARPANET 在方案中采取分组交换的思想。ARPANET 分为两部分:通信子网和资源子网。,1.1 计算机网络的形成与发展,3移动互联网的形成与发展移动互联网是移动通信技
3、术和互联网技术相融合的产物,无须连接各终端、节点的网线。移动互联网继承了移动随时、随地、随身和互联网开放、分享、互动的优势,是一个全国性的、以宽带 IP 为技术核心的,可同时提供语音、传真、数据、图像、多媒体等高品质电信服务的新一代开放的电信基础网络,由运营商提供无线接入,互联网企业提供各种成熟的应用。 2009 年国家开始大规模部署 3G 移动通信网络。2014 年又开始大规模部署 4G 移动通信网络。2019 年 6 月 6 日,工业和信息化部正式向中国电信、中国移动、中国联通、中国广电发放 5G 商用牌照,中国正式进入 5G 商用元年。,1.1 计算机网络的形成与发展,4物联网的形成与发
4、展物联网是在 Internet 技术的基础上,利用传感器、无线传感器网络、射频标签等感知技术自动获取物理世界的各种信息,构建人与人、人与物、物与物的智能网络信息系统。2005 年 11 月 17 日,在突尼斯举行的信息社会世界峰会(WSIS)上,国际电信联盟(ITU)发布了ITU 互联网报告 2005:物联网,正式提出了“物联网”的概念。物联网的基本特征可概括为整体感知、可靠传输和智能处理。物联网的应用领域涉及方方面面,在工业、农业、环境、交通、物流、安保等方方面面。Internet 实现了人与人的信息共享,物联网进一步实现了人与物、物与物的融合。,1.1 计算机网络的形成与发展,5计算机网络
5、的标准化工作及相关组织计算机网络的发展和推广离不开计算机网络的标准化工作。没有统一的标准,众多厂商的硬件和软件间的相互兼容、连通、互操作都会遇到麻烦。与网络标准制定相关的组织有:国际标准化组织(ISO)国际电信联盟(ITU)电气与电子工程师协会(IEEE)电子工业联合会和通信工业联合会(EIA&TIA)因特网工程任务组(IETF),1.1 计算机网络的形成与发展,5计算机网络的标准化工作及相关组织因特网的所有标准都以 RFC(Request For Comments)的形式在因特网上发布,但并非每个RFC 都是因特网标准。RFC 要上升为因特网正式标准需经过以下 4 个阶段: 因特网草案(In
6、ternet Draft):这个阶段还不是 RFC 文档。 建议标准(Proposed Standard):这个阶段开始就称为 RFC 文档。 草案标准(Draft Standard):将建议文档放在网上供建议修改,从而形成草案标准。 因特网标准(Internet Standard):草案标准经 IETF 等机构审核通过后,成为正式的因特网标准。,1.2 计算机网络的定义及功能,1.2.1 计算机网络的定义从整体上来说,计算机网络是把分布在不同地理区域的自主计算机或者其他可编程的硬件与专门的外部连接设备用通信线路连接起来,形成一个规模大、功能强的系统,用来实现资源共享、数据通信等特定的目的。计
7、算机网络所连接的硬件,不限于一般的计算机,还包括智能手机、打印机、家用电器等。计算机网络能够支持很多种应用,如办公自动化、电子商务、分布式信息处理、远程教育与 E-learning、远程音频和视频应用等。,1.2 计算机网络的定义及功能,1.2.2 计算机网络的功能资源共享分布式处理信息交换提高可靠性,1.3 计算机网络的组成与分类,1.3.1 计算机网络的组成最早出现的计算机网络是广域网。广域网的设计目标是将分布在世界各地的计算机互联起来。从逻辑功能上来看,广域网由通信子网与资源子网两部分组成。现在的 Internet 是由分布在世界各地的广域网、城域网、局域网通过路由器互联而成的。Inte
8、rnet 可以分为三层结构:第一层也是网络结构的最低层,大量的用户计算机与移动终端设备通过 802.3 标准的局域网、802.11 标准的无线局域网、802.16 标准的无线城域网、无线自组网(Ad hoc)、无线传感器网络(WSN)、有线电话交换网络(PSTN)、无线(4G/5G)移动通信网以及有线电视网(CATV)接入本地的 ISP、企业网或校园网;第二层,ISP、企业网或校园网汇聚到作为地区主干网的宽带城域网中,宽带城域网通过城市宽带出口连接到国家或国际级主干网;最高层是大型主干网,由大量分布在不同地理位置、通过光纤连接的高端路由器构成,提供高带宽的传输服务。,1.3 计算机网络的组成与
9、分类,1.3.2 计算机网络的分类1按传输介质分类传输介质又称通信介质或载体,它是计算机网络数据传输的通道。不同的传输介质,其特性也各不相同,它们不同的特性对网络中数据通信质量和通信速度有较大影响。计算机网络根据网络的传输介质可以分为有线网和无线网两种。有线网是采用同轴电缆、双绞线、光纤等有线介质连接的计算机网络。无线网是指无须布线就能实现各种通信设备互联的网络。,1.3 计算机网络的组成与分类,1.3.2 计算机网络的分类2按网络信息交换方法分类可分为电路交换网、报文交换网和分组交换网。(1)电路交换网在数据交换之前,首先在通信子网中建立实际的物理线路连接。通信过程分为 3 个阶段:线路建立
10、阶段、数据传输阶段和线路释放阶段。在这种工作模式下,双方在通信过程中始终占有整个端到端的线路。,1.3 计算机网络的组成与分类,1.3.2 计算机网络的分类2按网络信息交换方法分类可分为电路交换网、报文交换网和分组交换网。(2)报文交换网报文交换是以报文为数据交换的单位。报文携带有目标地址、源地址等信息,在交换节点采用存储转发的传输方式。报文交换不需要为通信双方预先建立一条专用的通信线路,不存在连接建立时延,用户可随时发送报文。通信双方不是固定占有一条通信线路,而是在不同的时间逐段地部分占有这条物理通路,因而大大提高了通信线路的利用率。,1.3 计算机网络的组成与分类,1.3.2 计算机网络的
11、分类2按网络信息交换方法分类可分为电路交换网、报文交换网和分组交换网。(1)电路交换网(2)报文交换网(3)分组交换网分组交换仍采用存储转发传输方式,但是将一个长报文先分割为若干个较短的分组,然后把这些分组(携带源、目的地址和编号信息)逐个地发送出去。这样不仅加速了数据在网络中的传输速度,也简化了存储管理。无论是报文交换还是分组交换,在传输过程中,采用数据报服务时,都有可能出现失序、丢失或重复情况,分组到达目的节点时,要对分组按编号进行排序等工作,增加了一定的麻烦。,1.3 计算机网络的组成与分类,1.3.2 计算机网络的分类2按网络信息交换方法分类可分为电路交换网、报文交换网和分组交换网。若
12、要传送的数据量很大,且其传送时间远大于呼叫时间,则采用电路交换较为合适;当端到端的通路由很多段的链路组成时,采用分组交换传送数据较为合适。从提高整个网络的信道利用率上看,报文交换和分组交换优于电路交换,其中分组交换比报文交换的时延小,尤其适合于计算机之间的突发式的数据通信。,1.3 计算机网络的组成与分类,1.3.2 计算机网络的分类3按网络连接距离和范围分类按计算机网络覆盖范围的大小,可以将计算机网络分为广域网、城域网、局域网和个人局域网。(1)广域网广域网(Wide Area Network,WAN)又称远程网,可覆盖一个国家、地区,甚至横跨几个洲,形成国际性的远程计算机网络。广域网将分布
13、在不同地区的计算机系统、城域网、局域网互联起来,实现资源共享与信息交互。因特网就是一个最典型的广域网。早期的广城网主要用于大型计算机系统与中小型计算机系统的互联。随着互联网应用的发展,广域网更多的是作为覆盖地区、国家、洲际地理区域的核心交换网络平台。目前,广域网覆盖面广、应用环境复杂、网络传输介质多样化、接入技术多样化,大量的用户计算机通过局域网或其他接入技术接入到城域网 , 城域网接入到连接不同城市的广域网,大量的广域网互联形成了 Internet 的宽带核心交换平台,从而构成了具有层次结构的大型互联网络。,1.3 计算机网络的组成与分类,1.3.2 计算机网络的分类3按网络连接距离和范围分
14、类按计算机网络覆盖范围的大小,可以将计算机网络分为广域网、城域网、局域网和个人局域网。(2)城域网城域网(Metropolitan Area Network,MAN)位于骨干网与接入网的交汇处,各种业务和各种协议在城域网汇聚、分流和进出骨干网。宽带城域网是城域网的典型应用,新一代的宽带城域网以多业务的光传送网为开放的基础平台,通过各种网关、接入设备实现各种业务接入,并与各运营商的长途骨干网相连,形成本地市综合业务网络。,1.3 计算机网络的组成与分类,1.3.2 计算机网络的分类3按网络连接距离和范围分类按计算机网络覆盖范围的大小,可以将计算机网络分为广域网、城域网、局域网和个人局域网。(3)
15、局域网局域网(Local Area Network,LAN)的覆盖范围一般是方圆几千米之内,其具备的安装便捷、成本节约、扩展方便等特点使其运用广泛。局域网可以实现文件管理、应用软件共享、打印机共享等功能。局域网是一种私有网络,覆盖范围有限,一般在一座建筑物内或建筑物附近,如家庭、办公室或工厂等。局域网的发展始于 20 世纪 70 年代,至今仍是网络发展中的一个活跃领域。LAN 更是在速度、带宽等指标方面有了更大进展,并且在 LAN 的访问、服务、管理、安全和保密等方面部有了进一步的改善。,1.3 计算机网络的组成与分类,1.3.2 计算机网络的分类3按网络连接距离和范围分类按计算机网络覆盖范围
16、的大小,可以将计算机网络分为广域网、城域网、局域网和个人局域网。(4)个人局域网个人局域网(Personal Area Network,PAN)又称个域网,是近几年在短距离(家庭与小型办公室)无线通信技术领域提出来的新概念。PAN 的核心思想是用新的无线传输技术代替传统的有线传输技术,实现个人信息终端的智能化互联,组建个人化的办公或者家用信息网络。目前个域网采用的技术主要有:超宽带(Ultra - Wideband,UWB)、蓝牙(Bluetooth)、802.11、IrDA(InfraredData Association)以及 Home RF 等。,1.4 计算机网络的拓扑结构,1.4.1
17、 计算机网络拓扑的定义拓扑是从图论演变而来的,是一种研究与大小和形状无关的点、线、面特点的方法。网络拓扑是抛开网络中的具体设备 , 把网络中的计算机、各种通信设备抽象为“点”,把网络中的通信介质抽象为“线”,从拓扑学的观点去看计算机网络,就形成了由“点”和“线”组成的几何图形,从而抽象出网络系统的具体结构。这种采用拓扑学方法描述各个节点之间的连接方式的图形称为网络的拓扑结构图。网络拓扑结构是通过网上的通信线路及网络设备之间的互相连接的几何关系来表示网络结构,反映网络中各实体之间的结构关系。网络的基本拓扑结构有星型结构、环状结构、总线型结构、树状结构、网状结构等。网络拓扑结构不同,网络的工作原理
18、就不同,网络性能也不一样。网络拓扑设计是计算机网络设计的第一步,也是实现各种网络协议的基础,对网络性能、系统可靠性与通信费用都有重大影响。,1.4 计算机网络的拓扑结构,1.4.2 计算机网络拓扑的分类与特点1总线型拓扑结构总线型拓扑采用单根传输线作为传输介质,所有的站点都通过相应的硬件接口直接连接到传输介质或总线上 。,总线型拓扑的优点:结构简单,实现容易;易于安装和维护;价格低廉,用户站点入网灵活。总线型拓扑结构的缺点:传输介质故障难以排除,并且由于所有节点都直接连接在总线上,因此任何一处故障都会导致整个网络瘫痪。对于站点不多(10 个站点以下)的网络或各个站点相距不是很远的网络,采用总线
19、拓扑还是比较适合的,但随着在局域网上传输多媒体信息的增多,目前这种网络拓扑结构除了在工业网络等特殊应用场合以外正在被淘汰。,1.4 计算机网络的拓扑结构,1.4.2 计算机网络拓扑的分类与特点2星型拓扑结构星型拓扑是由中央节点和通过点对点链路接到中央节点的各站点(网络工作站等)组成。,星型拓扑的优点:结构简单,管理方便,可扩充性强,组网容易。利用中央节点可方便地提供网络连接和重新配置;且单个连接点的故障只影响一个设备,不会影响全网,容易检测和隔离故障,便于维护。星型拓扑的缺点:每个站点直接与中央节点相连,需要大量电缆,因此费用较高;如果中央节点产生故障,则全网不能工作,所以对中央节点的可靠性和
20、冗余度要求很高。星型拓扑被广泛应用于网络中智能集中于中央节点的场合。目前在传统的数据通信中,这种拓扑还占有支配地位。,1.4 计算机网络的拓扑结构,1.4.2 计算机网络拓扑的分类与特点3环状拓扑结构环状拓扑由一些中继器和连接中继器的点到点链路首尾相连形成一个闭合的环。,环状拓扑结构的优点是能够较有效地避免冲突。环状拓扑结构的缺点是环状结构中的网卡等通信部件比较昂贵且管理复杂得多。在实际的应用中,多采用环状拓扑作为宽带高速网络的结构。,1.4 计算机网络的拓扑结构,1.4.2 计算机网络拓扑的分类与特点4树状拓扑结构树状拓扑是从星型拓扑演变而来的,它把星型拓扑和总线型拓扑结合起来,形状像一棵倒
21、置的树。,树状拓扑结构和一个段的总线型拓扑的主要区别在于根的存在。当节点发送信号时,根接收该信号,然后再重新广播发送到全网。树状拓扑的优点是易于扩展和故障隔离;树状拓扑的缺点是对根的依赖性太大,如果根发生故障,则全网不能正常工作,对根的可靠性要求很高。,1.4 计算机网络的拓扑结构,1.4.2 计算机网络拓扑的分类与特点5网状拓扑结构网状结构是一种不规则的连接,通常一个节点与其他节点之间有两条以上的通路。,网状拓扑结构的优点是容错能力强,可靠性高,一条线路发生故障 , 可以经其他线路连接目的节点。网状拓扑结构缺点是费用高、布线困难。网状拓扑结构一般用于广域网或大型局域网的主干网。,1.4 计算
22、机网络的拓扑结构,1.4.3 拓扑的选择拓扑的选择往往和传输介质的选择以及介质访问控制方法的确定紧密相关。选择拓扑时,应该考虑的主要因素有以下几点:经济性:网络拓扑的选择直接决定了网络安装和维护的费用。灵活性:灵活性和可扩充性也是选择网络拓扑结构时应充分重视的问题。可靠性:网络的可靠性是任何一个网络的生命。网络拓扑决定了网络故障检测和故障隔离的方便性。,1.5 计算机网络的性能指标和非性能特征,1.5.1 计算机网络的性能指标1.速率网络技术中的速率指的是连接在计算机网络上的主机在数字信道上传送数据的速率,也称为数据率或比特率。速率的单位是 bit/s, 即每秒传送多少位。当速率较高时,可以使
23、用 kbit/s、Mbit/s、Gbit/s 等加上倍数的单位。在日常描述中,常会使用百兆网、千兆网等描述该网络的速率。2. 带宽计算机网络中,带宽表示单位时间内网络通信中某信道所能通过的“最高数据率”,带宽的单位和速率的单位相同,也是 bit/s。在其他场合指该信号所包含的各种不同频率成分所占据的频率范围。,1.5 计算机网络的性能指标和非性能特征,1.5.1 计算机网络的性能指标3. 吞吐量吞吐量表示在单位时间内通过某个网络(或信道、接口)的实际数据量。吞吐量受限于带宽或网络速率。4. 时延时延是指数据(一个报文或分组,甚至比特)从网络(或链路)的一端传送到另一端所需的时间。总时延 = 发
24、送时延 + 传播时延 + 处理时延 + 排队时延5时延带宽积表示在特定时间该网络上的最大数据量。时延带宽积 = 传播时延 带宽,1.5 计算机网络的性能指标和非性能特征,1.5.1 计算机网络的性能指标6往返时间(RTT)在计算机网络中,往返时间也是一个重要的性能指标,往返时间表示从发送方发送数据开始,到发送方收到来自接收方的确认(接收方收到数据后便立即发送确认)总共经历的时间。7利用率利用率可分为信道利用率和网络利用率两种。 信道利用率:信道被有效利用(有数据通过)的百分比,完全空闲的信道的利用率是零。 网络利用率:全网络的信道利用率的加权平均值。,1.5 计算机网络的性能指标和非性能特征,
25、1.5.2 计算机网络的非性能特征计算机网络还有一些非性能特征也很重要,也是网络选择时的参考因素,常用的如下:费用质量标准化可靠性可扩展性和可升级性易于管理和维护,1.6 实训,1.6.1 VMwareWorkstation 的安装与使用1.6.2 CiscoPacketTracer 的安装与使用,1实训目的,2实训条件,3实训内容,4实训过程,第1章 总结,2021,谢 谢,计算机网络技术,制作时间:2021年2月,Computer network technology,王凯章惠 主编王振杰周萍孙敏周东仿陈昱 副主编,全书共分8章,详细介绍了计算机网络技术的基本概念、计算机网络体系结构、网络
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