盛立军《计算机网络技术基础》课件.ppt

,计算机网络技术基础,第1章,计算机网络概述,目前，计算机网络已成为全球信息产业的基石，它在信息的采集、存储、处理、传输和分发中扮演了极其重要的角色。计算机网络突破了单台计算机系统应用的局限，使多台计算机交换信息、资源共享和协同工作成为可能。计算机网络的广泛使用，改变了传统意义上的时间和空间的概念，对社会的各个领域，包括对人们的生活方式产生了革命性的影响，促进了社会信息化的发展进程。本章主要讲解计算机网络的基础知识，包括计算机网络的产生与发展、定义、功能、组成、分类、应用以及常见拓扑结构，还涉及了计算机网络发展的新技术。,学 习 目 标,1.1 计算机网络的产生与发展,计算机网络是计算机技术与通信技术相结合的产物。纵观计算机网络的发展历史可以发现，计算机网络和其他事物的发展一样，也经历了从简单到复杂，从低级到高级的过程。在这一过程中，计算机技术与通信技术紧密结合，相互促进，共同发展，最终产生了计算机网络。,从1946年世界上第一台计算机ENIAC的诞生到现在网络的全面普及，计算机网络的发展大体可以分为以下4个阶段。,面向终端的计算机网络,以通信子网为中心的网络,标准化网络,以下一代Internet为中心的新一代网络,1.1 计算机网络的产生与发展,第一代计算机网络面向终端的计算机网络,第一代计算机网络也称面向终端的计算机网络，是以单机为中心的通信系统。这样的系统中除了一台中心计算机（主机），其余终端均不具备自主处理功能。面向终端的计算机网络在结构上有三种形式。,1.1 计算机网络的产生与发展,（a）计算机与终端直接相连,1.1 计算机网络的产生与发展,（b）终端共享通信线路,1.1 计算机网络的产生与发展,（c）主机前增加CCP或FEP，终端前增加集中器或多路器图1-1 面向终端的计算机网络,1.1 计算机网络的产生与发展,20世纪60年代初美国航空公司与IBM公司联合研制的预订飞机票系统，由1个主机和2000多个终端组成，是一个典型的面向终端的计算机网络。但这种网络系统存在着一些缺点：如果主机的负荷较重，会导致系统响应时间过长；而且单机系统的可靠性一般较低，一旦主机发生故障，将导致整个网络系统的瘫痪。,1.1 计算机网络的产生与发展,第二代计算机网络以通信子网为中心的网络,为了克服第一代计算机网络的缺点，提高网络的可靠性和可用性，人们开始研究将多台计算机相互连接的方法。1969年12月，美国国防部高级研究计划署（Defense Advanced Research Projects Agency，DARPA）的计算机分组交换网ARPANET投入运行，它成功地连接了美国加州大学洛杉矶分校、加州大学圣巴巴拉分校、斯坦福大学和犹他大学四个节点的计算机。ARPANET的诞生，标志着计算机网络的发展进入了一个新纪元，也使计算机网络的概念发生了根本性的变化。,1.1 计算机网络的产生与发展,早期的面向终端的计算机网络是以单个主机为中心的星型网，各终端通过电话网共享主机的硬件和软件资源。但分组交换网则以由接口信息处理机（Interface Message Processor，IMP）构成的通信子网为中心，主机和终端都处在网络的边缘，构成了用户资源子网，如图1-2所示。用户不仅共享通信子网的资源，而且还可共享用户资源子网中丰富的硬件和软件资源。这种以通信子网为中心的计算机网络通常被称为第二代计算机网络。,图1-2 采用资源子网与通信子网组成的两级网络结构,1.1 计算机网络的产生与发展,第三代计算机网络标准化网络,在网络中，相互通信的计算机必须高度协调工作，而这种“协调”是相当复杂的。为了降低网络设计的复杂性，早在当初设计ARPANET时就有专家提出了层次模型。分层设计方法可以将庞大而复杂的问题转化为若干较小且易于处理的子问题。国际标准化组织（International Standard Organization，ISO）于1977年设立专门的机构研究解决不同公司之间的网络不能互连互通的问题，并于不久后提出了一个使各种计算机能够互连的标准框架开放式系统互连参考模型（Open System Interconnection/ReferenceModel，OSI/RM），简称OSI模型。OSI模型是一个开放体系结构，它将网络分为7层，并规定每层的功能。OSI参考模型的出现，意味着计算机网络发展到第三代，即标准化网络。,在OSI参考模型推出后，计算机网络就走上了标准化道路。在开放式环境下，所有计算机设备和通信设备只要遵循共同制定的国际标准，就可以实现不同产品在同一网络中的顺利通信。目前主要有两种网络体系结构，即开放式系统互连体系结构和用于Internet的TCP/IP体系结构。,1.1 计算机网络的产生与发展,第四代计算机网络以下一代Internet为中心的新一代网络,第四代计算机网络是从20世纪80年代末开始出现的。当时局域网技术已经逐步发展成熟，光纤、高速网络技术及多媒体、智能网络等技术相继出现，整个网络就像一个对用户透明的大的计算机系统，发展为以Internet为代表的互联网。20世纪90年代，微电子技术、大规模集成电路技术、光通信技术和计算机技术不断发展，为网络的发展提供了进一步有力的支持。,第四代计算机网络的特点是：互连、高速、智能与更为广泛的应用。现在的计算机网络成为将多个具有独立工作能力的计算机系统通过通信设备和线路相连，并由功能完善的网络软件实现资源共享和数据通信的系统。计算机网络正迅速朝着高速化、实时化、智能化、集成化和多媒体化的方向不断深入，它的快速发展和广泛应用对全球的经济、教育、科技、文化的发展已经产生并且仍将发挥重要影响。,1.2 计算机网络的定义与功能,随着计算机技术的不断发展，计算机网络的内涵也在不断变化，人们对计算机网络有着不同的理解和定义。从资源共享的角度看，通常将计算机网络定义为：将地理位置不同的具有独立功能的计算机或由计算机控制的外部设备，通过通信设备和线路连接起来，在网络操作系统的控制下，按照约定的通信协议进行信息交换，实现资源共享的系统。,计算机网络自20世纪60年代末诞生以来，以异常迅猛的速度发展，被越来越广泛地应用于政治、经济、军事、生产及科学技术的各个领域。计算机网络的主要功能体现在如下几个方面。,1.2 计算机网络的定义与功能,组建计算机网络的主要目的之一就是使分布在不同地理位置的计算机用户能够相互通信。在计算机网络中，计算机与计算机之间，或计算机与终端之间可以快速、可靠地相互传递各种信息，如数据、程序、文件、图形、图像、声音、视频流等。利用计算机网络的数据通信功能，人们可以使用网络上的各种应用（也称服务），如收发电子邮件、视频点播、视频会议、远程教学、远程医疗等。,1.2 计算机网络的定义与功能,所谓资源共享就是共享网络上的硬件资源、软件资源和信息资源。,计算机的许多硬件设备是十分昂贵的，例如可以进行复杂运算的巨型计算机，海量存储器，高速激光打印机，大型绘图仪和一些特殊的外设等。这些硬件设备不可能为每个用户所独自拥有。因此，共享硬件资源就是让连接在网络上的用户可以共享使用网络上各种不同类型的硬件设备。共享硬件资源的好处是显而易见的。网上一个低性能的计算机，可以通过网络使用不同类型的设备，既解决了部分资源贫乏的问题，同时也有效地利用了现有的资源，充分提高了资源利用率。,1.2 计算机网络的定义与功能,互联网上有极为丰富的软件资源，如网络操作系统、应用软件、工具软件、数据库管理软件等。共享软件功能允许多个用户同时调用服务器的各种软件资源，并且保持数据的完整性和统一性。要实现这一功能，用户可以使用各种网络应用软件共享远程服务器上的软件资源；也可以通过一些网络应用程序，将共享软件下载到本机使用。例如，匿名FTP就是一种专门提供共享软件的信息服务。,信息资源是一种非常重要和宝贵的资源。互联网就是一个巨大的信息资源宝库，其信息资源涉及各个领域，内容极为丰富。每个接入互联网的用户都可以在任何时间以任何形式去搜索、访问、浏览及获取这些信息资源。,1.2 计算机网络的定义与功能,在某些对实时性和可靠性要求较高的场合，通过计算机网络的备份技术可以提高计算机系统的可靠性。当网络中的某一台计算机出现故障时，可以立即由另一台计算机代替其完成所承担的任务。这种技术在许多领域得到广泛应用，如铁路、工业控制、空中交通、电力供应等。,当网络中某台主机负荷过重时，通过网络和一些应用程序的管理，可以将任务传送给网络中其他计算机进行处理，以均衡工作负荷，减少网络延迟，充分发挥网络系统上各主机的作用，提高整个网络的工作效率。这种处理方式称为分布式处理，既可以处理大型任务，减轻计算机负荷，又提高了系统的可用性。,1.3 计算机网络的组成与拓扑结构,1.3.1 计算机网络的组成,典型的计算机网络从逻辑功能上可以分成两个子网：资源子网和通信子网，如图1-3所示。,图1-3 计算机网络的组成,资源子网,1.3 计算机网络的组成与拓扑结构,资源子网主要负责全网的数据处理业务，向全网用户提供各种网络资源与网络服务。资源子网由主机、终端、终端控制器、联网外设、各种软件资源与数据资源组成。,主机是资源子网的主要组成单元，它通过高速通信线路与通信子网的通信控制处理机相连接。在资源子网中，主机可以是大型机、中型机、小型机、工作站或微型机。主机主要为本地用户访问网络或其他主机设备、共享资源提供服务。根据其作用的不同分为文件服务器、应用程序服务器、通信服务器和数据库服务器等。,1.3 计算机网络的组成与拓扑结构,终端是用户访问网络的界面，可以是简单的输入、输出终端，也可以是带有微处理机的智能终端。终端可以通过主机连入网内，也可以通过终端控制器、报文分组组装/拆卸装置或通信控制处理机连入网内。,在网络中，每个用户都可享用系统中的各种资源。所以需要对网络资源进行全面的管理、合理的调度和分配，并防止网络资源丢失或被非法访问、破坏。网络软件是实现这些功能不可缺少的工具。网络软件主要包括网络协议软件、网络通信软件、网络操作系统、网络管理软件和网络应用软件等。其中，网络操作系统用于控制和协调网络资源分配、共享，提供网络服务，是最主要的网络软件。,通信控制处理机（Communication Control Processor，CCP）是一种在计算机网络或数据通信系统中专门负责数据传输和控制的专用计算机，一般由小型机、微型机，或是带有CPU的专门设备承担。CCP在网络拓扑结构中通常被称为网络节点，它一方面作为资源子网的主机、终端的接口节点，将它们连入网中；另一方面又实现通信子网中报文分组的接收、校验、存储、转发等功能。,1.3 计算机网络的组成与拓扑结构,通信子网,通信子网主要承担全网的数据传输、转发、加工、转换等通信处理工作，一般由通信控制处理机、通信线路和其他通信设备组成。,1.3 计算机网络的组成与拓扑结构,通信线路，是指在CCP与CCP、CCP与主机之间提供数据通信的通道。通信线路和网络上的各种通信设备共同组成了通信信道。计算机网络中采用的通信线路的种类很多，如双绞线、同轴电缆、光导纤维等有线通信线路；或非导向媒体，如微波通信和卫星通信等无线通信线路。通信设备的采用与通信线路类型有很大关系。若使用模拟线路，在线路两端需配置调制解调器；若使用数字线路，在计算机与介质之间要有相应的连接部件，如脉码调制设备。,1.3 计算机网络的组成与拓扑结构,1.3.2 计算机网络的拓扑结构,网络拓扑结构是指用传输媒体互连各种设备的物理布局，即用什么方式把网络中的计算机等设备连接起来。将工作站、服务器等网络设备抽象为点，称为“节点”；将通信介质抽象为线，称为“链路”。由节点和链路构成的抽象结构就是网络拓扑结构。常见的网络拓扑结构有总线型、星型、环型、树型、网状型和混合型拓扑结构等。,1.3 计算机网络的组成与拓扑结构,总线型结构,图1-4 总线型拓扑结构,总线型拓扑结构由单根电缆组成，该电缆连接网络中所有节点。图1-4就描绘了一种典型的总线型拓扑结构。,在总线型拓扑结构中，所有节点共享总线的全部容量。网络上的每个节点都被动地侦听接收到的数据。当一个节点向另一个节点发送数据时，它先向整个网络广播一条警报消息，通知所有的节点它将发送数据，目标节点将接收发送给它的数据，在发送方和接收方之间的其他节点将忽略这条消息。总线型拓扑结构简单、便于扩充、价格相对较低、安装使用方便。但是由于单信道的限制，一个总线型网络上的节点越多，网络发送和接收数据的速率就越慢。另外，一旦总线出现故障，整个网络将陷于瘫痪。总线结构是一种传统的网络结构，适合于信息管理系统、办公自动化系统和广播教学等。,1.3 计算机网络的组成与拓扑结构,星型结构,在星型结构中，每个节点都通过一条点对点链路与公共中心节点相连，如图1-5所示。任意两个节点之间都必须通过中心节点，并且只能通过中心节点进行通信。公共中心节点通过存储转发技术实现两个节点之间的数据帧的传送，其设备可以是集线器，也可以是交换机。星型网络的特点是结构简单、组网容易，便于控制和管理，网络延迟小。其缺点是中心节点负担较重，容易形成系统的“瓶颈”，线路的利用率也不高。这种网络被广泛应用于学校实验室或企业办公室。,图1-5 星型拓扑结构,1.3 计算机网络的组成与拓扑结构,环型结构,环型结构是由各节点首尾相连形成的闭合环型线路，如图1-6所示。环型网络中的数据传送是单向的，即沿一个方向从一个节点传到另一个节点；每个节点都需安装中继器，以接收、放大信号。这种结构的优点是结构简单，建网容易，便于管理。其缺点是若单个工作站发生故障，则整个网络瘫痪；并且当节点过多时，将影响数据传输效率，非常不利于扩展。,图1-6 环型拓扑结构,1.3 计算机网络的组成与拓扑结构,树型结构,在实际建造一个较大型的网络时，往往采用多级星型网络，将多级星型网络按层次方式排列，即形成树型网络。因此，树型拓扑可以看成是星型拓扑的扩展，如图1-7所示。在树型拓扑结构中，节点按层次进行连接，网络的最高层是中央处理机，最低层是终端，而其他各层可以是多路转换器、集中器或部门用计算机。信息交换主要在上、下层节点之间进行，相邻及同层节点之间一般不进行数据交换或数据交换量小。树型拓扑的优点是易于扩展，可以延伸出许多分支和子分支；故障隔离容易。其缺点是越靠近顶部的节点，处理能力越强，其可靠性要求就越高。由于对顶部节点的依赖性太大，所以如果顶部节点发生故障，则全网不能正常工作。,图1-7 树型拓扑结构,1.3 计算机网络的组成与拓扑结构,网状结构,在网状拓扑结构中，节点之间的连接是任意的，如图1-8所示。网状结构的主要特点是可靠性高，但结构复杂，必须采用路由选择算法和流量控制方法；线路成本高，不易管理和维护。这种拓扑结构适合于大型广域网。在实际组网中，拓扑结构不是单一的，而是要根据具体需要和环境混用几种结构。,图1-8 网状拓扑结构,1.4 计算机网络的分类与应用,1.4.1 计算机网络的分类,计算机网络的分类标准很多，比如按通信介质、传输方式、使用对象等，但这些分类标准只给出了网络某一方面的特征，并不能反映网络技术的本质。,按网络覆盖范围的大小分类,目前比较公认的能反映网络技术本质的分类方法是按计算机网络的分布距离分类。按网络覆盖范围的大小，可以将计算机网络分为局域网（LAN）、城域网（MAN）、广域网（WAN）。,局域网（Local Area Network，LAN）是指范围在10 m1 000 m内的办公楼群或校园内的计算机相互连接所构成的计算机网络，被广泛应用于连接校园、工厂以及机关的个人计算机或工作站，以利于个人计算机或工作站之间共享资源（如打印机）和数据通信。,局域网具有以下特征：,1.4 计算机网络的分类与应用,广域网（Wide Area Network，WAN）通常跨接很大的地理范围，可以是一个地区、一个省、一个国家甚至全球，地理范围一般在100 km以上，传输速率较低。广域网的典型代表就是Internet，中文称因特网，是世界上发展速度最快、应用最广泛和最大的公共计算机信息网络系统，它提供了数万种服务，被世界各国计算机信息界称为未来信息高速公路的雏形。互联网的出现，使计算机网络从局部到全国进而将全世界连成一片，用户可以利用Internet来实现全球范围的WWW信息查询与浏览、文件传输、语音与图像通信服务、电子邮件等功能。,1.4 计算机网络的分类与应用,城域网（Metropolitan Area Network，MAN）所采用的技术基本上与局域网相类似，只是规模上更大一些。城域网作用范围为一个城市，地理范围为5 km10 km，传输速率在1 Mbps以上。城域网目前多采用光纤或微波作为通信介质。,1.4 计算机网络的分类与应用,按网络传输介质的不同分类,根据传输介质的不同，还可以将计算机网络分为两种：有线网和无线网。,1.4 计算机网络的分类与应用,按网络传输介质的不同分类,有线网是采用如同轴电缆、双绞线、光纤等物理介质进行传输数据的网络。双绞线网是目前最常见的连网方式，这是因为双绞线价格便宜且安全方便，容易组网，但其传输能力和抗干扰能力一般。光纤网用光纤作为传输介质，因为光纤传输距离长，传输率高。,无线网是采用卫星、微波等无线形式来传输数据的网络。无线网特别是无线局域网有很多优点，如易于安装和使用。但无线局域网也有许多不足之处，如它的数据传输率一般比较低，远低于有线局域网；另外无线局域网的误码率也比较高，而且站点之间相互干扰比较厉害。,1.4.2 计算机网络的应用,计算机网络的应用主要有两种：一种是服务于公众的Internet；另一种是用于企业的Intranet。,服务于公众的网络Internet,互联网（Internet），又称网际网路，或音译因特网、英特网，是网络与网络之间所串连成的庞大网络，这些网络以一组通用的协议相连，形成逻辑上的单一的、巨大的国际网络。这种将计算机网络互相联接在一起的方法可称作“网络互联”，在这基础上发展的覆盖全世界的全球性互联网络称为互联网。,1.4 计算机网络的分类与应用,Internet是一个世界规模的巨大的信息和服务资源网站，它能够为每一个Internet用户提供有价值的信息和其他相关的服务。也就是说，通过使用Internet，世界范围的人们既可以互通信息、交流思想，又可以从中获得各方面的知识、经验和信息。,1.4 计算机网络的分类与应用,用于企业的网络Intranet,Intranet称为企业内部网，或称内部网、内联网、内网，是一个使用与因特网同样技术的计算机网络。Intranet通常建立在一个企业或组织的内部，并为其成员提供信息的共享和交流等服务，如文件传输、收发电子邮件等，是Internet技术在企业内部的应用。,Intranet是Internet的延伸和发展，它保留了Internet允许不同计算机平台互通及易于上网的特性，使Intranet得以迅速发展。但Intranet在网络组织和管理上更胜一筹，它有效地避免了Internet所固有的可靠性差、无整体设计、网络结构不清晰以及缺乏统一管理和维护等缺点，使企业内部的机密或敏感信息受到网络防火墙的安全保护。因此，同Internet相比，Intranet更安全、更可靠，更适合企业或组织机构加强信息管理与提高工作效率，被形象地称为建在企业防火墙里面的Internet。,Intranet所提供的是一个相对封闭的网络环境。这个网络在企业内部是分层次开放的，内部有使用权限的人员访问Intranet可以不加限制，但对于外来人员进入网络，则有着严格的授权机制。同时，Intranet又不是完全自我封闭的，它一方面要帮助企业内部人员有效地获取交流信息；另一方面也要对某些必要的外部人员，如合伙人、重要客户等部分开放，通过设立安全网关，允许某些类型的信息在Intranet与外界之间往来。,Intranet带来了企业信息化新的发展契机。它革命性地解决了传统企业信息网络开发中所不可避免的缺陷，打破了信息共享的障碍，实现了大范围的协作。同时以其易开发、省投资、图文并茂、应用简便、安全开放的特点，形成了新一代企业信息化的基本模式。,1.4 计算机网络的分类与应用,1.5 计算机网络发展新技术,1.5.1 物联网,物联网的概念,物联网（Internet of Things），顾名思义，就是物物相连的互联网。目前，物联网的精确定义并未统一。关于物联网（IoT）比较准确的定义是：物联网是通过各种信息传感设备及系统（传感器、射频识别系统、红外感应器、激光扫描器等）、条码与二维码、全球定位系统，按约定的通信协议，将物与物、人与物、人与人连接起来，通过各种接入网、互联网进行信息交换，以实现智能化识别、定位、跟踪、监控和管理的一种信息网络。,1.5 计算机网络发展新技术,物联网的产生与发展,（1）物联网概念最早出现于比尔盖茨1995年出版的未来之路一书。该书提出了“物物”相连的物联网雏形。,（3）2003年，美国技术评论提出传感网络技术将是未来改变人们生活的十大技术之首。,（2）1999年，在美国召开的移动计算和网络国际会议提出“传感网是下一个世纪人类面临的又一个发展机遇”，在这次会议上首先提出了“物联网”的概念。,（4）2005年11月，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ITU互联网报告2005：物联网，引用了“物联网”的概念。,1.5 计算机网络发展新技术,（5）2008年后，为了促进科技发展，寻找经济新的增长点，各国政府开始重视下一代的技术规划，将目光放在了物联网上。,（6）2009年1月9日，IBM全球副总裁麦特王博士做了主题为构建智慧的地球的演讲，提出把感应器嵌入和装备到家居、电网、铁路、桥梁、隧道、公路、建筑、供水系统、大坝、油气管道等各种物体中，并且被普遍连接，形成“物联网”，然后将“物联网”与现有的互联网整合起来，实现人类社会与物理系统的整合。,（7）2009年1月28日，奥巴马就任美国总统后，与美国工商业领袖举行了一次“圆桌会议”，作为仅有的两名代表之一，IBM首席执行官彭明盛首次提出“智慧地球”这一概念，建议新政府投资新一代的智慧型基础设施。当年，美国将新能源和物联网列为振兴经济的两大重点。,（8）2009年2月24日，在2009 IBM论坛上，IBM大中华区首席执行官钱大群公布了名为“智慧的地球”的最新策略。此概念一经提出，即得到美国各界的高度关注，甚至有分析认为IBM公司的这一构想极有可能上升至美国的国家战略，并在世界范围内引起轰动。IBM认为，IT产业下一阶段的任务是把新一代IT技术充分运用在各行各业中。,1.5 计算机网络发展新技术,我国对物联网的发展也给予了高度的重视，目前物联网已被正式列为国家五大新兴战略性产业之一，写入“政府工作报告”。截至2010年，发改委、工信部等部委正在会同有关部门，在新一代信息技术方面开展研究，以形成支持新一代信息技术的一些新政策措施，从而推动我国经济的发展。在2011年，物联网列入“十二五”国家重点专项规划。2014年9月，“首届全球传感器高峰论坛暨物联网应用峰会”在江苏无锡召开，创造了2 000多人参会的空前规模。本次峰会发布了2014中国物联网产业发展年度蓝皮书，物联网技术比以往更接近实用化，已逐步由实验室走向市场。,1.5 计算机网络发展新技术,物联网的特点,和传统的互联网相比，物联网有其鲜明的特征，主要包括以下几个方面。（1）物联网是各种感知技术的广泛应用。（2）物联网是一种建立在互联网上的泛在网络。（3）物联网不仅仅提供了传感器的连接，其本身也具有智能处理的能力，能够对物体实施智能控制。,物联网的分类,物联网可分为私有物联网（Private IoT）、公有物联网（Public IoT）、社区物联网（Community IoT）和混合物联网（Hybrid IoT）4种。私有物联网一般面向单一机构内部提供服务，公有物联网基于互联网向公众或大型用户群体提供服务，社区物联网向一个关联的“社区”或机构群体（如一个城市政府下属的各委办局）提供服务，混合物联网是上述的两种或以上的物联网的组合，但后台有统一运维实体。,1.5 计算机网络发展新技术,物联网的主要应用领域,物联网的应用领域非常广阔，从日常的家庭个人应用，到工业自动化应用，以至军事反恐、城建交通。当物联网与互联网、移动通信网相连时，可随时随地全方位“感知”对方，人们的生活方式将从“感觉”跨入“感知”，从“感知”到“控制”。物联网已经在智能交通、智能安防、智能物流、公共安全等领域得到实际应用。物联网比较典型的应用包括水电行业无线远程自动抄表系统、数字城市系统、智能交通系统、危险源和家居监控系统、产品质量监管系统等。,1.5 计算机网络发展新技术,1.5.2 云计算,云计算的基本概念,狭义云计算指IT基础设施的交付和使用模式，指通过网络以按需、易扩展的方式获得所需资源。广义云计算指服务的交付和使用模式，指通过网络以按需、易扩展的方式获得所需服务；这种服务可以和软件、互联网相关，也可是其他服务。,云计算由一系列可以动态升级和被虚拟化的资源组成，这些资源被所有云计算的用户共享并且可以方便地通过网络访问，用户无需掌握云计算的技术，只需要按照个人或者团体的需要租赁云计算的资源即可。,云计算包括3种服务方式：IaaS（基础设施即服务）、PaaS（平台即服务）和SaaS（软件即服务）。IaaS、PaaS和SaaS分别在基础设施层、软件开放运行平台层和应用软件层实现。,1.5 计算机网络发展新技术,云计算的特点,云计算基于资源共享，这样就可以实现资源的池化共享和管理，从而为大数据提供最基本的生存基础；基于服务可用性与快速交付，这样可以降低IT管理的复杂度，提高资源利用率，降低大数据管理的复杂性；基于按需服务与交付能力，通过高性能的扩展，可为数据的实时应用环境提供可能性。,1.5 计算机网络发展新技术,总的来说，云计算具有以下几个主要特征：,（1）资源配置动态化,（2）需求服务自动化,根据消费者的需求动态划分或释放不同的物理和虚拟资源，当增加一个需求时，可通过增加可用的资源进行匹配，实现资源的快速弹性提供；当用户不再使用这部分资源时，可释放这些资源。云计算为客户提供的这种能力是无限的，实现了IT资源利用的可扩展性。,云计算为客户提供自助化的资源服务，用户无需同提供商交互就可自动得到自助的计算资源能力。同时云系统为客户提供一定的应用服务目录，客户可采用自助方式选择满足自身需求的服务项目和内容。,1.5 计算机网络发展新技术,（3）以网络为中心,（4）资源的池化和透明化,云计算的组件和整体构架由网络连接在一起并存在于网络中，同时通过网络向用户提供服务。而客户可借助不同的终端设备，通过标准的应用实现对网络的访问，从而使得云计算的服务无处不在,对云服务的提供者而言，各种底层资源（计算、储存、网络、资源逻辑等）的异构性被屏蔽，边界被打破，所有的资源可以被统一管理和调度，成为所谓的“资源池”，从而为用户提供按需服务；对用户而言，这些资源是透明的、无限大的，用户无须了解内部结构，只关心自己的需求是否得到满足即可。,1.5 计算机网络发展新技术,1.5.3 5G技术,5G技术是指第五代移动电话行动通信标准，也称第五代移动通信技术，是4G的延伸。,5G技术的研发历程,早在2009年，华为就已经展开了相关技术的早期研究，并在之后的几年里向外界展示了5G原型机基站。2013年11月6日，华为宣布将在2018年前投资6亿美元对5G的技术进行研发与创新，并预言在2020年用户会享受到20 Gbps的商用5G移动网络。,1.5 计算机网络发展新技术,2013年5月13日,韩国三星电子有限公司宣布已成功开发第5代移动通信（5G）的核心技术，这一技术预计将于2020年开始推向商业化。该技术可在28 GHz的超高频段以每秒1 Gbps以上的速度传送数据，且最长传送距离可达2公里。与韩国目前4G技术的传送速度相比，5G技术预计可提供比4G技术快100倍的速度。,2014年5月8日,日本电信营运商NTT DoCoMo正式宣布将与Ericsson、Nokia、Samsung等六间厂商共同合作，开始测试凌驾现有4G网络1 000倍网络承载能力的高速5G网络，传输速度可望提升至10 Gbps。,2015年3月1日,英国每日邮报报道，英国已成功研制5G网络，并进行100米内的传送数据测试，每秒数据传输高达125 GB，是4G网络的6.5万倍，理论上1秒钟可下载30部电影，并称于2018年投入公众测试，2020年正式投入商用。,1.5 计算机网络发展新技术,2015年3月3日,欧盟数字经济和社会委员古泽奥廷格正式公布了欧盟的5G公私合作愿景，力求确保欧洲在下一代移动技术全球标准中的话语权。欧盟的5G网络将在2020年2025年之间投入运营。,2015年9月7日,美国移动运营商Verizon无线公司宣布，从2016年开始试用5G网络，2017年在美国部分城市全面商用。,美国移动运营商Verizon无线公司宣布，从2016年开始试用5G网络，2017年在美国部分城市全面商用。,5G技术的关键技术,1.5 计算机网络发展新技术,5G技术的标志性能力指标为Gbps用户体验速率，其实现技术包括大规模天线阵列、超密集组网、新型多址、全频谱接入和新型网络架构等关键技术。,1.5 计算机网络发展新技术,是提升系统频谱效率的最重要技术手段之一，对满足5G系统容量和速率需求起到重要的支撑作用。,大规模天线阵列,通过增加基站部署密度，可实现百倍量级的容量提升，是满足5G千倍容量增长需求的最主要手段之一。,超密集组网,通过发送信号的叠加传输来提升系统的接入能力，可有效支撑5G网络千亿设备的连接需求。,新型多址技术,通过有效利用各类频谱资源，可有效缓解5G网络对频谱资源的巨大需求。,全频谱接入技术,基于SDN、NFV和云计算等先进技术的新型网络架构，可实现以用户为中心的更灵活、智能、高效和开放的5G新型网络。,新型网络架构,5G技术的优点,1.5 计算机网络发展新技术,与4G技术相比，5G技术不仅将进一步提升用户的网络体验，同时还将满足未来物联网的应用需求。,（1）从用户体验看，5G具有更高的速率、更宽的带宽，预计5G网速将比4G提高10倍左右，能够满足消费者对虚拟现实、超高清视频等更高网络体验的需求。,（2）从行业应用看，5G具有更高的可靠性，更低的时延，能够满足智能制造、自动驾驶等行业应用的特定需求，拓宽融合产业的发展空间，支撑经济社会创新发展。,（3）从发展态势看，5G目前还处于技术标准的研究阶段，今后几年4G还将保持主导地位、实现持续高速发展。但5G技术有望于2020年正式商用。,1.5 计算机网络发展新技术,计算机网络是现代通信技术与计算机技术紧密结合的产物，它的应用已经渗透到各个领域，对人类社会的进步做出了巨大贡献。数据通信和资源共享是计算机网络最基本的功能。网络的拓扑结构是一个很重要的基本概念，不同的拓扑结构具有不同的特点，对网络的系统设计、功能、可靠性等方面都有着重要的影响。本章着重介绍了计算机网络系统中常见的几种拓扑结构及其优缺点。计算机网络分类的方法很多，通常按网络的覆盖范围可分为局域网、城域网、广域网；按照网络的传输介质不同可分为有线网和无线网。计算机网络的应用主要有两种：一种是服务于公众的Internet；另一种是用于企业的Intranet。随着物联网、云计算、5G等计算机网络新技术的不断发展，计算机网络的功能和提供的服务将会不断增加。,