計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)及應(yīng)用

第一章第1章計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)概述本章主要內(nèi)容計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)發(fā)展過程；計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)基本概念；計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的類型及其特征。1.1計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)發(fā)展過程本講主要內(nèi)容從ARPAnet到互聯(lián)網(wǎng)；高速互聯(lián)網(wǎng)；移動互聯(lián)網(wǎng)；物聯(lián)網(wǎng)；云計算；大數(shù)據(jù)。一、從ARPAnet到互聯(lián)網(wǎng)ARPAnet：美國國防部高級研究計劃局研制的分組交換網(wǎng)絡(luò)ARPAnet到互聯(lián)網(wǎng)的幾個因素：局域網(wǎng)TCP/IPPCWeb一、從ARPAnet到互聯(lián)網(wǎng)局域網(wǎng)與電視事業(yè)發(fā)展過程相似，互聯(lián)網(wǎng)興起并快速發(fā)展主要得益于：終端設(shè)備、終端互聯(lián)設(shè)備和網(wǎng)絡(luò)內(nèi)容。局域網(wǎng)是實現(xiàn)終端互聯(lián)的最佳網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，尤其是PC誕生后，局域網(wǎng)是實現(xiàn)PC互聯(lián)的主要網(wǎng)絡(luò)技術(shù)。一、從ARPAnet到互聯(lián)網(wǎng)TCP/IP互聯(lián)網(wǎng)無處不在的關(guān)鍵是，由無數(shù)個不同類型、適合不同數(shù)據(jù)傳輸需求的傳輸網(wǎng)絡(luò)組成。而實現(xiàn)不同類型傳輸網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)的基礎(chǔ)是TCP/IP。一、從ARPAnet到互聯(lián)網(wǎng)PC梅特卡夫定律：網(wǎng)絡(luò)的價值與網(wǎng)絡(luò)用戶數(shù)的平方成正比。PC誕生并走入千家萬戶，使得普通用戶可以通過PC上網(wǎng)，是互聯(lián)網(wǎng)快速發(fā)展的主要原因。一、從ARPAnet到互聯(lián)網(wǎng)Web沒有豐富多彩的信息資源、沒有便于訪問信息資源的方法，人們便會失去上網(wǎng)的興趣，Web的誕生，不僅使得互聯(lián)網(wǎng)成為信息資源供給地，而且還極大地拓展了互聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用領(lǐng)域。Internet分成局域網(wǎng)、主干網(wǎng)和接入網(wǎng);網(wǎng)絡(luò)在Internet中的作用和地位確定速率發(fā)展過程;同一種網(wǎng)絡(luò)在Internet中的作用不同，速率發(fā)展過程也不同。二、高速互聯(lián)網(wǎng)Internet結(jié)構(gòu)接入網(wǎng)局域網(wǎng)主干網(wǎng)二、高速互聯(lián)網(wǎng)從共享到交換;10Mbps→100Mbps→1Gbps→10Gbps→40/100Gbps;傳輸媒體從同軸電纜到雙絞線和光纖。局域網(wǎng)－以太網(wǎng)速率發(fā)展過程二、高速互聯(lián)網(wǎng)接入網(wǎng)速率發(fā)展過程撥號上網(wǎng)

300bps→19.2kbps→33.6kbpsADSL512Kbps→1Mbps→8Mbps以太網(wǎng)

10Mbps→100Mbps二、高速互聯(lián)網(wǎng)EPON

50M/100Mbps主干網(wǎng)速率發(fā)展過程ATM:622MbpsSDH:2.5Gbps、10Gbps和40GbpsDDN:2.048Mbps→8Mbps→34Mbps二、高速互聯(lián)網(wǎng)三、移動互聯(lián)網(wǎng)移動互聯(lián)網(wǎng)結(jié)構(gòu)三、移動互聯(lián)網(wǎng)移動終端特點便攜；無線通信；一定的處理能力。三、移動互聯(lián)網(wǎng)移動終端種類筆記本計算機(jī)；平板電腦；智能手機(jī)。智能手機(jī)性能越來越好、隨時隨地上網(wǎng)三、移動互聯(lián)網(wǎng)無線局域網(wǎng)協(xié)議名稱發(fā)布年份電磁波頻段最高數(shù)據(jù)傳輸速率802.1119972.4GHz2Mbps802.11a19995GHz54Mbps802.11b19992.4GHz11Mbps802.11g20032.4GHz54Mbps802.11n（Wi-Fi4）20092.4GHz和5GHz600Mbps802.11ac（Wi-Fi5）20125GHz6Gbps802.11ax（Wi-Fi6）20192.4GHz和5GHz9Gbps三、移動互聯(lián)網(wǎng)蜂窩移動通信網(wǎng)絡(luò)標(biāo)準(zhǔn)最高數(shù)據(jù)傳輸速率GPRS171.2kbps3G下行傳輸速率：2.8Mbps上行傳輸速率：384kbps4G下行傳輸速率：150Mbps上行傳輸速率：40Mbps5G下行傳輸速率：1Gbps上行傳輸速率：100Mbps三、移動互聯(lián)網(wǎng)移動互聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用

基于位置服務(wù)，如導(dǎo)航、實時查詢附近的服務(wù)設(shè)施和特定人員跟蹤等移動互聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用。

扁平式雙向通信，減少層次結(jié)構(gòu)中的中間層，頂層與底層之間直接雙向通信。

移動支付、移動購物和移動社交等，真正做到一機(jī)在手，走遍天下，玩遍天下。四、物聯(lián)網(wǎng)物聯(lián)網(wǎng)組成：智能物體；通信網(wǎng)絡(luò)；數(shù)據(jù)分析處理中心；物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用。四、物聯(lián)網(wǎng)物聯(lián)網(wǎng)組成

智能物體是指能夠感知物理世界，對物理世界實施動作，且能夠與其他智能物體和數(shù)據(jù)分析處理中心相互通信的設(shè)備。

通信網(wǎng)絡(luò)用于實現(xiàn)智能物體之間、智能物體與數(shù)據(jù)分析處理中心之間的通信過程。

數(shù)據(jù)分析處理中心用于實現(xiàn)數(shù)據(jù)存儲、數(shù)據(jù)處理和控制命令發(fā)布等功能。

物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用用于滿足用戶個性化需要。四、物聯(lián)網(wǎng)智能建筑結(jié)構(gòu)四、物聯(lián)網(wǎng)智能建筑

感知層由傳感器和執(zhí)行器等智能物體組成。

傳感器和執(zhí)行器這些智能物體連接到接入網(wǎng)，接入網(wǎng)通過網(wǎng)關(guān)設(shè)備連接到互聯(lián)網(wǎng)。傳統(tǒng)控制系統(tǒng)通過網(wǎng)關(guān)設(shè)備連接到互聯(lián)網(wǎng)。

傳感器和傳統(tǒng)控制系統(tǒng)采集的數(shù)據(jù)統(tǒng)一上傳到數(shù)據(jù)分析處理中心，數(shù)據(jù)分析處理中心生成的命令可以統(tǒng)一下發(fā)給執(zhí)行器和這些系統(tǒng)中的控制設(shè)備。

基于數(shù)據(jù)分析處理中心開發(fā)智能建筑的各種應(yīng)用程序，移動終端可以通過瀏覽器或定制APP按照權(quán)限訪問應(yīng)用程序生成的信息。五、云計算

傳統(tǒng)互聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用結(jié)構(gòu)是客戶端和服務(wù)器結(jié)構(gòu)（C/S結(jié)構(gòu)），資源集中在服務(wù)器上，這里的資源包括計算資源、存儲資源和數(shù)據(jù)資源等。C/S結(jié)構(gòu)五、云計算

構(gòu)建由大量服務(wù)器組成的數(shù)據(jù)中心。但每一個企業(yè)構(gòu)建維護(hù)一個數(shù)據(jù)中心的方案并不可行，且數(shù)據(jù)中心無法滿足用戶對資源的彈性需求。數(shù)據(jù)中心五、云計算

由專門的企業(yè)建設(shè)、維護(hù)、管理和運營大型的數(shù)據(jù)中心，所有企業(yè)按需申請資源，并根據(jù)申請的資源的數(shù)量付費。企業(yè)可以根據(jù)實際需要動態(tài)調(diào)整所申請的資源的數(shù)量。云計算五、云計算

虛擬化是將一種形式的資源抽象成另一種形式的技術(shù)。實現(xiàn)虛擬化后，所有服務(wù)器的資源構(gòu)成一個邏輯上的資源池，創(chuàng)建的每一個虛擬機(jī)可以按需從資源池中分配資源，而且，分配的資源數(shù)量可以動態(tài)調(diào)整。云計算五、云計算云計算特點：按需自助服務(wù)；資源池化；快速部署、彈性伸縮；可計量服務(wù)。六、大數(shù)據(jù)大數(shù)據(jù)特征：體量巨大（Volume）；類型繁多（Variety）；處理速度快（Velocity）；價值密度低（Value）。六、大數(shù)據(jù)

互聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用導(dǎo)致海量和種類繁多的數(shù)據(jù)，如電商平臺生成的海量數(shù)據(jù)，社交網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)生的海量且種類繁多的數(shù)據(jù)。

物聯(lián)網(wǎng)通過傳感器感知物理世界，大量的、不同類型的傳感器感知的數(shù)據(jù)不僅數(shù)量巨大，而且類型繁多。

存儲、處理數(shù)量巨大、類型繁多的大數(shù)據(jù)需要云計算，云計算強(qiáng)大的資源為大數(shù)據(jù)提供良好的存儲、處理平臺。1.2計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)基本概念本講主要內(nèi)容計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)定義；基本術(shù)語。一、計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)定義

計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)是，一些互相連接的、自治的計算機(jī)的集合。

計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)特征：共享資源；自治系統(tǒng)；遵守統(tǒng)一的通信標(biāo)準(zhǔn)。二、基本術(shù)語物理線路：實際接觸到的線纜，如雙絞線纜，光纖等。物理鏈路：物理線路中一條用于實現(xiàn)信號傳輸?shù)耐ǖ馈＿壿嬫溌罚涸谖锢礞溌坊A(chǔ)上增加了類似檢錯、流量控制和可靠傳輸?shù)裙δ芎蟮臄?shù)據(jù)傳輸路徑（或數(shù)據(jù)傳輸通路）。二、基本術(shù)語數(shù)據(jù)(data)：多種媒體信息在計算機(jī)中的表示形式。信號（signal）：數(shù)據(jù)的電氣或電磁表現(xiàn)。模擬信號：時間和幅度都是連續(xù)的信號。數(shù)字信號：時間和幅度都是離散的信號。信道：用于傳輸信號的通道。二、基本術(shù)語數(shù)據(jù)傳輸速率：終端單位時間內(nèi)經(jīng)過連接的線路發(fā)送或接收的二進(jìn)制數(shù)位數(shù)，單位為比特每秒，縮寫為b/s或bps。信號傳播速度：單位時間內(nèi)信號在信道中的傳播距離，單位是m/s。帶寬：某個頻段的頻率寬度，是頻段中最大頻率和最小頻率的差，單位為Hz。二、基本術(shù)語時延：發(fā)送端發(fā)送一組長度為M字節(jié)的數(shù)據(jù)給接收端所需要的時間。即從發(fā)送端發(fā)送第一位數(shù)據(jù)，到接收端接收最后一位數(shù)據(jù)的時間間隔。比特時間：每一位二進(jìn)制數(shù)的時間寬度，它是數(shù)據(jù)傳輸速率的倒數(shù)。比特長度：每一位二進(jìn)制數(shù)占用信道的長度，等于比特時間×信號傳播速度。終端吞吐率：終端某段時間T內(nèi)的平均傳輸速率，等于終端時間段T內(nèi)發(fā)送的數(shù)據(jù)量/T。1.3計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的類型及其特征本講主要內(nèi)容個域網(wǎng)；局域網(wǎng)；家庭網(wǎng)；城域網(wǎng)；廣域網(wǎng)；互聯(lián)網(wǎng)。一、個域網(wǎng)

個域網(wǎng)（PAN）的最大通信距離一般限制在10m以內(nèi)，主要用于實現(xiàn)可穿戴設(shè)備（如智能手表）與手機(jī)之間、計算機(jī)與外設(shè)之間的通信過程。

個域網(wǎng)通常采用無線通信方式，目前常見的個域網(wǎng)有藍(lán)牙（Bluetooth）、ZigBee等。二、局域網(wǎng)

局域網(wǎng)（LAN）的作用范圍為2～10km2，主要用于實現(xiàn)校園范圍內(nèi)主機(jī)之間的通信過程，或者企業(yè)園區(qū)內(nèi)主機(jī)之間的通信過程。最常見的局域網(wǎng)是以太網(wǎng)和無線局域網(wǎng)二、局域網(wǎng)

通過以太網(wǎng)將接入點（AP）連接在一起，構(gòu)成擴(kuò)展服務(wù)集三、家庭網(wǎng)

家庭網(wǎng)（HomeNetwork）的作用范圍是一個住宅的范圍，從幾十平方米到幾百平方米。家庭網(wǎng)主要用于實現(xiàn)住宅范圍內(nèi)的固定終端、移動終端以及其他智能監(jiān)控設(shè)備與互聯(lián)網(wǎng)之間的通信過程。三、家庭網(wǎng)

家庭網(wǎng)的主要連接設(shè)備是無線路由器，無線路由器面向住宅范圍內(nèi)的設(shè)備時，相當(dāng)于是一個集成AP和交換機(jī)的路由器。三、家庭網(wǎng)

家庭網(wǎng)通常不是單一的傳輸網(wǎng)絡(luò)，而是由以太網(wǎng)和無線局域網(wǎng)這兩種不同的局域網(wǎng)組成。四、城域網(wǎng)

城域網(wǎng)（MAN）的作用范圍是一個大城市所覆蓋的地理范圍，用于實現(xiàn)城市范圍內(nèi)主機(jī)之間的通信過程，或是城市范圍內(nèi)局域網(wǎng)之間的互聯(lián)。

常見的城域網(wǎng)由SDH和以太網(wǎng)，以太網(wǎng)是一種適合作為城域網(wǎng)和局域網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)。五、廣域網(wǎng)

廣域網(wǎng)（WAN）的作用范圍可以是一個省，一個國家，甚至全球。實際應(yīng)用中，廣域網(wǎng)通常為相隔甚遠(yuǎn)的兩個設(shè)備之間提