第1章 计算机网络概述 计算机网络技术导论 教学课件.pptVIP

第1章 计算机网络概述 1.1 计算机网络的产生与发展  1.2 计算机网络的定义与组成 1.3 计算机网络的体系结构 1.4 计算机网络分类 习题  1.1 计算机网络的产生与发展 1.1.1 计算机网络的诞生 1946年世界上第一台电子数字计算机ENIAC在美国诞生，这时的计算机技术与通信技术没有直接的联系，是独立发展的两个领域。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)进行了计算机技术和通信技术相结合的尝试。它将远程雷达与其他测量设施测到的信息通过总长度达2.41×106 km的通信线路与一台IBM计算机连接，进行集中的防空信息处理与控制。通过计算机技术和通信技术的结合，可以将地理位置分散的多个终端通过通信线路连接到中心计算机。 计算机技术和通信技术的结合需要解决这样一个问题：早期的计算机是为成批处理数据而设计的，并没有考虑其通信功能，如何将计算机与通信线缆连接起来呢？ 这个问题可以通过增加一个接口元件——线路控制器来解决。线路控制器的主要功能是将计算机中数据的并行传输方式转换为通信线路上的串行传输方式。但是，线路控制器并不承担所有通信任务，在发送和接收数据时，通信事务的处理是由计算机来完成的，这就给计算机带来了额外的负担，影响了计算机的数据处理能力。为了减轻计算机的负担，节省开销，人们又设计了前端处理机(FEP)来代替线路控制器。FEP类似于现在的网卡，它除了提供通信接口外，几乎包揽了所有的通信任务，让计算机可以专门进行数据处理，从而显著提高了计算机数据处理的效率。 由于当时公用电话网已发展成熟而且是那时主要的通信资源，因而人们利用它来实现计算机之间的数据通信。但是公用电话网是模拟传输系统，而计算机产生的是数字信号，因此还需要完成数字信号与模拟信号之间的相互转换，这一功能由调制解调器来实现。 这一阶段完成了计算机与通信线路的连接，实现了计算机与远程终端的通信，可以用图1.1来表示该阶段的网络模型。图中的主机表示计算机网络中可以进行通信的计算机；集中器用来将多条低速线路上的通信量汇集到一条高速线路中，一般在终端密集的地方使用；各低速终端通过调制解调器及高速线路与远程中心计算机的前端处理机相连。这种连接方式节约了线路的投资，提高了线路的利用率，而且省去了给每个终端安装调制解调器的开销。但是，这并不是真正意义上的计算机网络，而是一个面向终端的计算机联机系统。 1.1.2 ARPANet和分组交换 面向终端的以单个计算机为中心的远程联机系统实现了计算机与大量地理位置分散的终端之间的连接。随着计算机应用的发展，出现了在计算机与计算机之间建立连接的需求，这种需求旨在使用户不仅可以使用本地计算机的软硬件资源和数据资源，也可以使用其他计算机上的资源，即达到计算机资源共享的目的。 要实现计算机与计算机之间的互连，需要解决的一个问题是采用怎样的数据交换方式。这里所说的交换，是指按照某种方式动态地分配传输线路的资源。 与联机系统一样，可以考虑直接将公用电话系统中的电路交换方式应用于计算机之间的数据交换。电路交换的特点是用户拨号呼叫对方，呼叫成功就意味着双方之间建立了一条连接，通话过程中双方始终占有这条连接，通话结束即语音数据传输完毕后，用户挂机便释放了先前建立的连接。而计算机之间通信的过程与此不同，一个计算机用户并不确定何时要发送一批数据到另一台计算机，而数据的多少也是不确定的，因此，计算机的数据往往是间歇性的、突发性的。 而且，计算机绝大部分的时间是在进行数据处理，通信事务的处理所占时间比例甚微，比如用户在本地编辑处理一个文件用了20分钟，而发送文件可能只需三四秒钟。如果使用电路交换来传送计算机数据，连接建立后，由于链路的利用率较低而白白浪费了所占用的带宽。如果改为只在每次发起通信前建立连接，也会因频繁地建立和断开连接而引入大量的时延开销。另外，电路交换也无法适应不同类型计算机系统之间的差异。因此，电路交换并不适合直接用于计算机之间的数据交换，必须寻找新的适合于计算机通信的数据交换技术。 20世纪60年代初，美国国防部高级研究计划局DARPA(Defence Advanced Research Projects Agency)提出将多个大学、研究机构中的多台计算机互连的课题，希望在战争中，当网络中的部分通信节点或通信线路遭到攻击而被损坏时，网络依然可以正常工作，并希望网络能够满足实时数据传输的各种应用需求。1969年底，实验性的ARPANet开通，当时ARPANet选择了洛杉矶的加州大学洛杉矶分校、加州大学圣巴巴拉分校、斯坦福大学、犹他州大学四所大学的四台不同型号、使用不同操作系统和不同数据格式的大