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计算机网络与通信笔记第一章

2006-09-15 14:46   【 】【我要纠错

  第一章

  一。网络的发展阶段

  1.以单计算机为中心的联机系统:第一代网络

  单处理机联机网格缺点:

  (1)主机负荷较重,既要承担通信工作,又要进行数据处理,主机的效率低;

  (2)通信的线路利用率低;

  (3)这种结构属于集中控制方式,可靠性低;(主机与每个终端用一条通信线路相连)

  为提高通信线路的利用率及主机的效率,采用多点通信线路、终端集中器以及前端处理机

  (1)多点通信线路:一个主机通过一条通信线路上串接多个终端,分时共享,提高信

  道的利用率;

  (2) 终端集中器和前端处理机:终端相对稀松的地点终端与主机之间采用单处理机方

  式连接(每个终端与主机之间分别用一条通信线路连接),终端相对密集的地点,主机用高速

  线路与终端集中器相连,终端集中器用低速线路与各个终端分别连接,主机主要用于计算任

  务,终端集中器主机用于主机与终端之间的通信任务,负责从终端到主机的数据集中以及主

  机到终端的数据分发,还可互相联系,连接多个主机,并具有路由选择功能;

  2.计算机-计算机网络:

  将多个单处理机联机网络互相连接起来,形成了多处理机为中心的网络。以远程大规模

  互联为主要特点,称为第二代网络。

  两种方式 (1)通过通信线路将主计算机连接起来,主机承担数据处理,并承担通信工作;

  (2)把通信从主机分离出来,设置“通信控制处理机”CCP,主机间的通信通过CCP的

  中继功能间接进行,由CCP组成的传输网络称为通信子网;

  通信子网与资源子网的定义及关系:

  通信子网:由通信控制处理机组成,主要负责网上各主机间的通信控制和通信处

  理,是网络的内层;资源子网:由网络上的主机组成,主要负责数据处理,是网络的外层;

  通信子网为资源子网提供信息传输服务;资源子网上用户间的通信是建立在通信子网的基础

  上的。

  现代计算机网络的特点:

  (1)资源共享

  (2)分散控制

  (3)分组交换

  (4)采用专门的通信控制处理机

  (5)分层的网络协议

  第二代网络根据应用目的分为三种类型:

  (1)用户为在一定范围内共享资源而建立的网络;例OCTOPUS 美国加州劳伦斯原子能

  研究所,DCS网,由加州大学欧文分校研制,是一个面向进程通信的分布式异种机环形网

  络; (2)用户在一定地域范围内进行通信处理和通信服务为目的通信网络,例 欧州情报网

  EIN;

  (3)用于商务的公用分组交换数据通信网络,例美TELENET,加DATAPRC,法RTANSPAC

  3.网络体系结构的标准化

  遵循网络体系结构标准建成的网络称为第三代网络

  (1) 各计算机制造厂商网络结构标准化 1974年 宣布了SNA标准 IBM以SNA建立的网络称为SNA网络;

  DEC 公司公布DNA 数据网络系统结构

  Univac公司公布了 DCA 数据通信体系结构

  Burroughs 公司公布了 BNA 宝来网络体系结构

  (2) 国际网络体系结构标准化 1977年 ISO 成立了TC97(计算机与信息处理标准化委员会)下属的SC16(开放系统

  互技术委员会),制定了“开放系统互联参考模型”,缩写ISO/OSI,作为国际标准。

  二。计算机网络的概念

  计算机网络:利用各种通信手段,把分散的计算机有机的连在一起,达到互相通信而且共享

  软件、硬件和数据等资源的系统;

  1.计算机网络与终端分时系统

  分时系统:终端使用主机CPU的一部分主存,本身不拥有资源,全部资源在主机中;

  网络系统:终端(工作站)本身拥用计算资源,能独立工作;

  计算机网络 分时多用户系统

  共享性 网络用户能共享网络中全部资源 各终端共享中心计算机资源

  并行性 资源子网的各计算机具有独立 各终端用户是一段时间内的并行, 数据处理能力,各计算机的运 同一时间不能有两个或两个以上 行不受网络中其他计算机的干扰 的用户同时在运行

  2. 计算机网络与多机系统

  多机系统:同一机房中的许多大型主机互联组成的功能强大、能高速并行处理的计算机系

  统。要求是高带宽和多样的连通性。

  耦合度:处理机之间连接的紧密程度,可用处理机之间的距离及相互连接的信号线数目表示

  计算机网络与多机系统在耦合程度上有明显差别:多机系统是紧耦合系统,计算机网络属于

  松耦合系统;(局域网为中等耦合度,广域网为松耦合度)

  3.计算机网络与分布式系统

  分布式计算机:是在分布式操作系统的支持下进行分布式数据库处理和各计算机之间的并行

  计算工作,互联的各计算机可以互相协调工作,共同完成一项任务,可将一

  个大程序分布在多个计算机上并行运行,在计算机网络的基础上为用户提供

  了透明的集成应用环境;所有的操作系统自动运行。

  计算机网络:要人为进行全部网络管理

  所以:分布式计算机与计算机网络的区别在软件(尤其是操作系统),而不是在硬件上。

  三。计算机网络的功能

  1.数据通信:

  2.资源共享:软件(各种语言处理程序、服务程序和各种应用程序等)、硬件(超大型存储

  器、特殊的外部设备以及大型、巨型的CPU处理能力)、数据(各种数据文件、

  各种数据库等)

  3.提高可靠性:

  4.促进分布式数据处理和分布式数据库的发展。

  四。计算机网络的组成

  1.网络软件:对网络资源进行全面管理,合理的调度和分配,并采取一系列保密措施,防止

  用户的不合理访问,防止数据和信息的破坏与丢失,包括:

  (1) 网络协议和协议软件:通过协议程序实现网络协议功能;

  (2) 网络通信软件:实现网络工作站之间的通信;

  (3) 网络操作系统:实现系统资源共享,管理用户的应用程序对不同资源的访问(最主要) (4) 网络管理及网络应用软件:管理软件主要对网络进行管理、对网络进行维护;应用

  软件主要为网络用户提供服务,是网络用户解决网络问题的软件。

  网络软件最主要特征:研究的重点不是在网络中互联的各个独立的计算机本身的功能方面,

  而是如何实现网络特有的功能方面;

  2.网络系统的逻辑结构

  计算机网络系统由通信子网和资源子网组成,通信子网面向通信和通信处理;资源子网

  包括拥有资源的用户主机和请求资源的用户终端;

  网络的组成元素:网络节点(网络单元)和通信链路;

  网络节点:端节点和转接节点

  端节点:通信的源和宿节点,例用户和终端

  转接节点:指网络通信过程中起控制和转发作用的节点,例如:交换机、集中器、

  通信链路:传输信息的信道,如电话线、同轴电缆、无线电线路、光纤等;

  五。网络分类

  1.按距离分:

  (1) 广域网(WAN):作用范围为几十到几千公里;

  (2) 局域网(LAN):作用范围为几米到几十公里;

  (3) 城域网(MAN):作用范围介于广域网和局域网之间,运行方式与LAN相似;

  2.按通信介质划分:

  (1) 有线网:采用同轴电缆、光纤、双绞线等物理介质来传输数据的网络;

  (2) 无线网:采用卫星、微波等无线形式来传输数据的网络;

  3.按通信传播方式分:

  (1) 点对点传播方式:以点对点的连接方式,连接各个计算机,主要拓扑结构:星形、树

  形、环形、网形;

  (2) 广播式传播方式:用一个共同的传播介质把各个计算机连接起来,主要包括以同轴电缆

  连接起来的总线形网和以微波、卫星为传输介质的传播的广播形网;

  4.按通信速率分:

  (1) 低速网:数据传输速率在300b/s~1.4mb/s之间的系统,通常借用MODEM利用电话网来

  实现;

  (2) 中速网:数据传输速率在1.5mb/s~45mb/s之间的系统,主要是传统的数字式 公用数据网;

  (3) 高速网:数据传输速率在50mb /s~1000mb/s之间的系统。

  5.按使用范围分:

  (1) 公用网:公众网,

  (2) 专用网:只为拥有者提供服务

  6.按网络控制方式分类:

  (1) 集中式计算机网络:控制功能集中在一个或少数几个点上,所有的信息流都必须经过这

  些节点之一。星型和树型网络;优点:实现简单,其网络操作系统

  很容易从传统的分时操作系统经适当扩充和改造而成;缺点:实时

  性差、可靠性低、缺乏较好的可扩充性和灵活性。

  (2) 分布式计算机网络:不存在控制中心,网络中的任一节点都至少和另外两个节点相 连接,信息从一个节点传送到另一个节点时,可能有多条路径。分

  组交换、网状型网络;优点:具有信息处理的分布性、可靠性、可

  扩充性及灵活性

  7.按网络环境分类

  (1) 部门网络(Departmental Network):目前最流行的是总线型以太网,舆速率

  为10/100mb/s;

  (2) 企业网络(Enterprise-wide Network):

  (3) 校园网络(Campus Network):

  8.按拓扑结构分类:

  (1) 星形结构

  分类:一类是转接中心仅起各从节点的连通作用;另一类的转接中心是一个很强的计算机,

  从节点是一般计算机或终端,这时转接中心具有转接和数据处理功能,强的转接中心

  也成为各从节点共享的资源,转接中心也可按存储转发方式工作;

  优点:建网容易,控制相对简单;

  缺点:集中控制,对中心节点依赖性大;

  (2) 层次结构或树形结构:

  层次结构是联网的各计算机按树形或塔形组成。每个节点都为计算机,愈接近树根(塔尖),

  处理能力就愈强;

  最低层处理:繁琐的重复性的功能和算法,如数据收集和变换;

  顶部节点处理:数据处理、命令执行(控制)、综合处理等;

  (3) 总线结构

  总线形结构:用一条高速线路将多个节点连接所形成的网络;采用广播式通信方式,有两种

  控制规程:(1) CDMA/CD访问控制规程 (2) 令牌传送访问控制规程

  优点:结构简单、灵活,可扩充好、性能好。可靠性高、网络节点间响应速度快,资源共享

  能力强、设备投入量少、成本低、安装使用方便。

  缺点:实时性差,总线的任何一点故障,都会引起整个网络的瘫痪;

  (4) 环形结构:

  环形结构:由通信线路将各个节点连接成一个闭合的环,数据在环上单向流动,用令牌控制

  协调发送和通信;

  (5) 点-点部分连接的不规则形

  (7) 点-点全连接结构

  每一节点与网络上其他所有节点连接,若有N个节点,则共需N*(N-1)/2条线路。

  优点:无需路由选择,通信方便;

  缺点:连接复杂,适用于连接点少。距离很近的环境;

  六。数据通信技术

  1.通信模型:

  信源(工作站)->发送器(调制解调器) ->传输系统(公用电话网) ->接收机(调制解调器) ->信宿(服务器)

  说明:

  (1)信源:产生数据的设备

  (2)发送站:对信源产生的数据信息进行变换和编码后,再送入某个传输系统;

  (3)传输系统:可以是一条传输线路,也可以是一个网络,连接信源和信宿;

  (4)接收器:将传输系统传送来的信号接收并将其转换成信宿能够接收形式,

  (5)信宿:接收传入数据的设备;

  2. 数据通信网络

  (1) 广域网:

  (2) 局域风:

  WAN与LAN之间区别:

  (1) 局域网覆盖区域较小

  (2) LAN通常为某个组织所拥有,同时拥有所有入网设备

  (3) LAN的内部数据传输速率较广域网要高得多;

  七。计算机网络协议和协议体系结构

  计算机通信:在计算机之间进行以协作为目的的数据交换,一般称之为计算机通信;

  协议:为了制约两个实体协作交换数据的方式所制定的规则或规程的集合;

  协议的关键因素:(1) 语法:包括数据格式和信号电平等;

  (2) 语义:包括协调用的控制信息和差错管理等;

  (3) 规则:包括时序控制、速率匹配和定序;

  协议体体系结构:不是用一个模块来完成任务,而是用一个模块的集合来完成不同的通信功能;

  八。一个简化的文件传输协议体系结构

  文件传输过程:信源: 说明: (1) PDU:来自上一层的数据和控制信息的数据的结合称为协议数据单元

  九。TCP/IP协议

  TCP/IP协议是因特网工作委员会(IAB)发布并成为因特网标准。

  层次:

  (1)应用层:支持各种用户的应用程序所需的处理功能;

  (2)传输层:确保全部数据都能达到信宿的应用程序,并且数据到达顺序和它们发送的顺序

  相同,传输控制协议(TCP);

  (3)网络互联层:用来定义网络的访问和数据穿过网络时的路由选择;网间协议(IP);

  (4)网络访问层:用来定义终端系统和网络之间的数据的交换发送计算机必须向网络提供信

  宿地址;

  十。OSI/RM模型

  1. 分层原则

  第一:根据不同层次的抽象分层;

  第二:每层应当实现一个定义明确的功能;

  第三:每层功能的选择应该有助于制定网络协议的国际标准;

  第四:各层边界的选择应尽量减少跨过接口的通信量;

  第五:层数足够多,以免同层中有不同功能混杂,但层次太多会导致体系结构过于庞大;

  2. OSI/RM层次说明:

  层次 作用 协议数据单元

  应用层 提供给用户对OSI环境的访问和分布式信息服务 APDU

  表示层 提供应用进程在数据表示(语法)差异上的独立性 PPDU

  会话层 为应用程序间的通信提供控制结构, SPDU 包括建立、管理、终止连接(任务)

  传输层 提供可靠、透明的端点间的数据传输, TPDU

  并提供端点间的错误校正和流控制

  网络层 为更高层次提供独立于数据传输和交换技术的 报文组

  系统选择,并负责建立、维持和结束连接

  链路层 为穿越物理链路的信息提供可靠的转输手段。 帧

  为数据(帧)块发送提供必要的同步,

  差错控制和流控制

  物理层 保证无特定结构的位流在物理介质上的传输, 比特

  规范物理介质访问的机械、电气、功能和过程特性

  3.TCP/IP与OSI/RM体系结构层次性能类比应用层 应用层 软件 用户程序操作系统表示层 传输层 会话层 传输层 固体 网络互联 网络层 硬件 网络访问 数据链路层 物理层 物理层

  十一。计算机网络与通信标准

  标准分类:

  (1)既成事实的标准:此类标准在事先并没有做过周密的规划;IBM PC机,UNIX;

  (2)正式标准:由权威的国际标准组织制定的,

  标准的优点:

  (1) 将保证某种装备或软件有一个巨大市场;

  (2) 将鼓励大量生产,在一些情况下,大规模集成电路的使用或超大规模集成电路的技术

  的应用,可以生产成本大降低;

  (3) 在设备选择和使用 中给用户更多的灵活性,不同厂商的设备可以相互通位。

  标准的缺点:

  (1) 标准容易使用技术僵化;

  (2) 当标准开发时,容易为人所左右和产生妥协,当标准发布时,新的技术可能产生;

  (3) 同一个项目会有很多标准。

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