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1、生活在以网络为中心的世界,网络基础知识 第一章,课程目标,描述网络如何影响我们的日常生活。描述数据网络在网络中的角色。确定任意数据网络的关键组件。确定融合网络所带来的机遇和挑战。描述网络体系结构的特征：容错能力、可扩展性、服务质量以及安全性。,1.1 在以网络为中心的世界相互通信1.2 通信 生活中不可或缺的一部分1.3 以网络为平台1.4 Internet的体系结构1.5 网络的发展趋势,本章目录,1.1 在以网络为中心的世界相互通信,1.1.1 网络支撑着我们的生活方式,人类生活的所有基本要素中，与他人交流的需求仅次于维持生命的需求。人们分享思想和信息的方法在不停地发展和变化。随着一次次重
2、大技术突破，我们的通信范围正在不断扩大。稳定的数据网络的创建和互连技术也正在深刻地影响着我们的生活。早期的数据网络局限于在相连的计算机系统之间交换基于字符的信息。如今的网络已演变为在多种不同类型的设备之间传送语音、视频流、文本和图片。,互联网正在以难以置信的速度变成我们日常生活中的不可或缺的一部分。,1.1.1 网络支撑着我们的生活方式,Instant Messaging(即时消息)Weblogs(博客)Wikis(维基),Podcasting(播客)Collaboration Tools(协作工具),1.1.2 当今最常用的几例通信工具,通信、协作和参与是教育的基本构成单位。教育机构正在不断
3、努力强化这些过程，以便在最大范围内最大限度地传播知识。稳定且可靠的网络能支持并丰富学生的学习体验。这些网络提供各种格式的学习资料。学习资料具体包括交互式练习、考试和反馈。通过网络或Internet资源提供的课程通常称为在线学习或电子教学。,1.1.3 网络支撑着我们的学习方式,1.1.3 网络支撑着我们的学习方式,提供本课程的 Cisco Networking Academy 便是全球在线学习的一例应用典范。教师提供课程提纲并制定完成此课程内容的初始进度表。Academy项目通过交互式课程提供多种形式的学习体验，补充和丰富了教师传授的专业知识。混合电子教学则兼备教师上课和计算机教学两种教学方式
4、的优点。学生们可以根据自身的进度和专业水平进行在线学习，同时又可以与教师交流以及使用其实际资源。,在线学习可以减少耗时费钱的奔波之苦，同时又能确保所有员工都经过适当培训，可以安全高效地完成本职工作。,1.1.3 网络支撑着我们的学习方式,企业网络逐渐演变为可传输多种不同类型的信息服务（包括电子邮件、视频、消息以及电话）。,内部网是只供本公司使用的私有网络，企业可通过它们的内部网在全球员工和分支机构地址之间通信和进行事务处理。外联网也称扩展网际网络，是各个公司用来给供应商、厂商和客户提供访问公司数据的有限权限，供他们检查订单状态、库存和部件列表。,1.1.4 网络支撑着我们的工作方式,娱乐和旅游
5、业广泛使用Internet，使人们进一步摆脱了地域限制，能够享受多种形式的娱乐消遣。我们可以通过Internet收听歌曲、预观或欣赏电影、阅读书籍以及下载资料以便将来脱机访问；我们可以观看体育赛事和音乐会的直播、录像和进行点播。,1.1.5 网络支撑着我们的工作方式,1.2 通信 生活中不可或缺的一部分,在日常生活中，沟通的形式有很多种，存在于各种环境中。建立规则 在开始彼此通信前，我们会建立规则或协议来管理会话。必须遵守这些规则（即协议），才能成功传递和理解消息。所应遵守的协议包括：标识出发送方和接收方双方一致同意的通信方法（面对面、电话、信件、照片）通用语言和语法传递的速度和时间证实或确认
6、要求,1.2.1 何为通信？,如果接收者理解的消息意思符合发送方意欲表达的意思，就认为个人之间的通信成功。对于数据网络，我们使用相同的基本标准来判定通信是否成功。但是，通过网络传递消息时，可能有多种因素阻止消息到达收件人处或扭曲其原有意思。这些因素可能来自外部，也可能来自内部。,1.2.2 通信质量,影响通信成功与否的外部因素包括：发送方与收件人之间路径的质量消息必须变更形式的次数消息必须重定向或重新分配地址的次数通信网络中同时传输的其他消息的数量指定给成功通信的时间,1.2.2 通信质量,1.2.2 通信质量,影响网络通信的成功与否的内部因素包括：消息的大小 消息的复杂程度 消息的重要程度,
7、较大的消息可能在网络内的不同点发生中断或延迟。如果网络出现过载，重要性或优先级较低的消息可能会被丢弃。,1.3 以网络为平台,对于个人和企业来说，能与身处任意地域的任何人进行可靠通信正变得越来越重要。虽然这些数据或信息网络的大小和功能各异，但所有网络都有四个共同的基本要素：,1.3.1 通过网络通信,用于管理消息如何发送、定向、接收和解释的规则或协议将会从一个设备传送到另一设备的消息或信息单位互联这些设备的工具，也就是可以将消息从一个设备传输到另一设备的介质彼此之间要交换消息的设备,网络设备交换机 用于互连局域网的最常见设备防火墙 为网络提供安全保障路由器 当消息在网络中传输时，帮助指引方向无
8、线路由器 家庭网络中常用的一种路由器网云 用于概述一组网络设备，其详细信息对于后续讨论可能并不重要串行链路 一种WAN互连形式，用闪电形状的线条表示,1.3.2 网络要素,媒介：有线连接：铜缆、光缆 无线连接：无线电波,1.3.2 网络要素,消息 人们希望通过计算机应用程序来发送和接收各种消息；而这些应用程序需要用到网络提供的各种服务。这类服务包括万维网、电子邮件、即时消息和IP电话等等。规则(协议)通过介质互连来提供服务的设备必须彼此遵守一定的规则(即协议)。协议是网络设备用于彼此通信的规则。目前，联网的行业标准是TCP/IP协议族。TCP/IP协议用于家庭网络和企业网络，是Internet
9、的主要协议。TCP/IP协议指定了格式、编址和路由机制，从而确保消息可传递到正确的收件人。,1.3.2 网络要素,第一步：通过介质传输即时消息时，首先要将其转换成可在媒介中传输的格式 二进制比特。,1.3.2 网络要素 发送即时消息的示例,1.3.2 网络要素 发送即时消息的示例,第二步：PC中的网络接口卡 发出电信号用于代表这些比特并将其置于媒介上。这些二进制比特到达第一台网络设备。,1.3.2 网络要素 发送即时消息的示例,第三步：二进制比特在本地区域内从一台设备传输到另一台设备。当二进制比特要离开本地区域是，通常要经过一台路由器。,1.3.2 网络要素 发送即时消息的示例,第四步：二进制
10、比特传输到连接本地网络的设备。将这些消息路由到其目的设备的过程中，可能要经过十几台甚至上百台设备的处理。,1.3.2 网络要素 发送即时消息的示例,第五步：当二进制比特即将到达目的设备时，要再一次通过本地设备传送。,1.3.2 网络要素 发送即时消息的示例,第六步：目的设备读取二进制比特并将其重新转换为人工可读取的消息。,多项服务 多个网络传统的电话、广播、电视和计算机数据网络都各自拥有单独的四个基本网络要素。在过去，每种服务都需要不同的技术来传输特定的通信信号。而且，每个服务还有自己的一套规则和标准。,1.3.3 融合网络,融合网络：多项服务 一个网络技术进步使得我们可将这些单独的网络合并到
11、一个平台 即融合网络的平台。通过同一个网络传输语音、视频和数据流，使人们不必再创建和维护各个单独的网络。,1.3.3 融合网络,1.3.3 融合网络,智能信息网络：不同类型的通信网络融合到一个平台代表了构建智能信息网络的第一个阶段。下一阶段不仅会将不同类型的消息合并到一个网络中，而且还会将产生、传输和保障消息安全的各个应用程序合并到集成网络设备中。因此，不仅语音和视频会通过同一网络进行传输，而且还将使用相同的设备进行电话交换、视频播放和通过网络路由消息。因此，通信平台将以更低的成本提供更高质量的服务。,1.4 Internet的体系结构,网络必须能支持大量应用程序和服务，并且能在多种不同类型的
12、物理基础架构上运行。术语“网络体系结构”是指支持基础架构的技术以及通过该基础架构传输消息的编程服务和协议。网络体系结构必需解决以下四个基本特性才能满足用户的期望：,1.4.1 网络体系结构,容错能力可扩展性服务质量安全性,1 容错能力(Fault Tolerance)具备容错能力的网络可限制硬件或软件故障的影响，并能在发生此类故障后迅速恢复。这些网络依赖于消息的源地址与目的地址之间的冗余链接或路径。,1.4.1 网络体系结构,1.4.1 网络体系结构,可扩展性(Scalability)可扩展的网络能够快速扩张来支持新增用户和应用程序，同时还保证不会影响为现有用户提供的服务。网络支持此类新互连的
13、能力取决于底层物理基础架构和逻辑体系结构的分层设计。技术进步正在不断增强消息传送能力和每层中的物理基础架构组件的性能。,1.4.1 网络体系结构,3 服务质量 Quality of Service(QoS)随着新的网络应用程序的出现，人们对服务质量有了更高的期望。语音和直播视频传输要求质量一致而且传输不能中断，对于传统的计算机应用程序来说，这不是必备要求。现在，人们需要在融合网络上达到这样的服务质量，这种新需求正在改变着网络体系结构的设计和实施方式。,1.4.1 网络体系结构,4 安全性(Security)由于人们使用互联网络来交换机密的和企业关键的信息，因而对安全和隐私的期望很高，已超出当前
14、体系结构的能力范围。传统数据网络没有提供足够的安全性方面的内容。因此，需将大力投入该领域的研发。与此同时，人们也将利用各种工具和程序来克服网络体系结构中的内在安全缺陷。,Internet 最初是美国国防部(DoD)投资研究的成果。其主要目的是找到一种能忍受多个站点和传输设施发生破坏而不中断服务的通信方式。它认为容错能力是初始网际网络设计工作的重点。当时最典型的通信网络为传统的电话网，属于电路交换网络。这种网络无法动态重建断开的电路，电话断开后，要重新连接，就必须重新进行呼叫。所以，美国国防部开始考虑其它类型的网络。,1.4.2 具备容错能力的网络体系结构,1.4.2 具备容错能力的网络体系结构
15、,美国国防部研究人员最终选择了数据包交换无连接网络，它具备弹性容错网络体系结构所需的功能。在数据包交换网络中，不需要再预留一条端对端电路。消息片段可以通过网络中的任意可用路径发送。网络中可以同时传输包含不同来源的消息片段的数据包。不充分或空闲的网络资源也得到了有效的利用，随时都可以使用可用资源来将数据包发送到最终目的。,1.4.3 可扩展网络体系结构,Internet 能迅速扩展而不会严重影响用户感受到的性能，这是构建 Internet 的基础协议和底层技术的目标功能之一。Internet 实际上是一个互连的私有和公共网络的集合，它的分层式结构可以提供编址、命名和连通性服务。,现实网络中存在许
16、多无法避免的网络资源限制，例如网络带宽需求可能超过可用范围，如果数据包数量大于可通过网络传输的量，设备会将数据包排队列入内存中，直至有资源可以传输它们。让数据包排队等候会导致延迟。融合网络中的音频和视频数据流对延迟有相对较高的要求。,1.4.4 提供服务质量,通过管理网络中的延迟和数据包丢失参数来达到要求的服务质量(QoS)，这已变为成功的端对端应用程序质量解决方案的秘诀。,1.4.4 提供服务质量,网络基础结构、服务和网络上存储重要数据的计算机是个人和商业的极其重要的资产。两类网络安全性问题必须得以解决：网络基础架构安全性和内容安全性,1.4.5 提供网络安全保障,网络中采取的安全措施包括：
17、防止未经授权地披露或窃取信息 防止未经授权地修改信息 防止拒绝服务实现这些目标的方法包括：确保机密性 维护通信完整性 确保可用性,1.4.5 提供网络安全保障,1.5 网络的发展趋势,形成未来复杂信息网络的三个主要趋势是：移动用户数量不断增加 具备网络功能的设备急剧增加(手机、个人数字助理(PDA)等 服务范围不断扩大,1.5.1 网络的发展方向是什么？,随着底层技术的快速发展，信息技术和网络行业的就业机会也与日俱增。随着网络复杂程度的增加，对具备网络技能的人才的需求仍将持续升温。作为网络技术学员，我们将探究数据网络中的各类组件以及它们在实现通信方面所扮演的角色。,1.5.2 网络行业的就业机会,总 结,本章主要内容：描述网络如何影响我们的日常生活。描述数据网络在网络中的角色。确定任意数据网络的关键组件。确定融合网络所带来的机遇和挑战。描述网络体系结构的特征：容错能力、可扩展性、服务质量以及安全性,
