計算機網絡課件-概述1[1]

1、計算機網絡計算機網絡computer networks蔡麗蔡麗QQ:3663279課程任務課程任務n對計算機網絡從整體上有一個較清晰的了解；對計算機網絡從整體上有一個較清晰的了解；n對當前計算機網絡的主要種類和常用網絡協(xié)議有對當前計算機網絡的主要種類和常用網絡協(xié)議有較清晰的概念；較清晰的概念；n初步掌握以初步掌握以TCP/IP協(xié)議族為主的網絡協(xié)議結構；協(xié)議族為主的網絡協(xié)議結構；n對當前計算機網絡的應用有所了解；對當前計算機網絡的應用有所了解；n對當前計算機網絡的新技術新發(fā)展有所了解。對當前計算機網絡的新技術新發(fā)展有所了解。課程主要內容課程主要內容n概述概述n物理層物理層n數據鏈路層數據鏈路層n

2、網絡層網絡層n運輸層運輸層n應用層應用層要求要求n課前預習課前預習n上課時請關閉手機，認真聽講，積極參與上課時請關閉手機，認真聽講，積極參與課堂問答及討論課堂問答及討論n課后認真復習總結、按時完成作業(yè)課后認真復習總結、按時完成作業(yè)成績評定成績評定n總成績總成績=平時成績平時成績+實驗成績實驗成績+期末考查成績期末考查成績n平時成績占平時成績占20作業(yè)作業(yè)10%平時表現平時表現10%n實驗成績占實驗成績占30%n期末考查成績占期末考查成績占50第第 1 章章 概述概述n計算機網絡的定義計算機網絡的定義n計算機網絡在信息時代中的作用計算機網絡在信息時代中的作用n因特網概述因特網概述n因特網的組成因

3、特網的組成n計算機網絡的類別計算機網絡的類別n計算機網絡的性能計算機網絡的性能n計算機網絡的體系結構計算機網絡的體系結構1. 計算機網絡的定義計算機網絡的定義n計算機網絡是一些計算機網絡是一些互相連接互相連接的、的、自治自治的計算機的集合。的計算機的集合。2.計算機網絡在信息時代的作用計算機網絡在信息時代的作用n最初的通信方式最初的通信方式n“烽火烽火連三月，連三月，家書家書抵萬金抵萬金”光電報光電報n時間：時間：18世紀末世紀末n地點：歐洲，法國地點：歐洲，法國n發(fā)明人：發(fā)明人：Claude Chappen98個位置個位置(編碼編碼)組合代表組合代表 各種字母、數字、符號等各種字母、數字、符

4、號等調整器調整器指示器指示器電報電報n19世紀早期世紀早期n美國人摩爾斯美國人摩爾斯n技術基礎：電磁學技術基礎：電磁學n電報系統(tǒng)的組成：電報系統(tǒng)的組成：發(fā)射機發(fā)射機接收機接收機編碼圖：點、劃編碼圖：點、劃密碼本密碼本傳輸線路傳輸線路電話電話n19世紀中期世紀中期n美國人貝爾美國人貝爾n技術基礎：電報（利用電報系統(tǒng)傳輸聲音）技術基礎：電報（利用電報系統(tǒng)傳輸聲音）電話電話n與電報系統(tǒng)的本質區(qū)別：線路上始終帶電，與電報系統(tǒng)的本質區(qū)別：線路上始終帶電，可傳輸語音信號可傳輸語音信號n發(fā)送機、接收機（電話機，擴音）發(fā)送機、接收機（電話機，擴音）n交換機：從人工交換到自動交換交換機：從人工交換到自動交換n傳

5、輸線路：銅絲代替鐵絲傳輸線路：銅絲代替鐵絲計算機網絡計算機網絡簡單的網絡簡單的網絡結點結點鏈路鏈路互聯(lián)網（網絡的網絡）互聯(lián)網（網絡的網絡）主機主機因特網因特網計算機網絡向用戶提供的計算機網絡向用戶提供的最重要的功能最重要的功能 n連通性連通性計算機網絡使上網用戶之間都可以交換信息，計算機網絡使上網用戶之間都可以交換信息，好像這些用戶的計算機都可以彼此直接連通一好像這些用戶的計算機都可以彼此直接連通一樣。樣。 n共享共享即資源共享。可以是信息共享、軟件共享，也即資源共享?？梢允切畔⒐蚕?、軟件共享，也可以是硬件共享。可以是硬件共享。 3.因特網概述因特網概述n起源于美國的因特網現已發(fā)展成為起源于美

6、國的因特網現已發(fā)展成為世界世界上最大的國際性計算機互聯(lián)網上最大的國際性計算機互聯(lián)網 。n網絡網絡(network)由若干由若干結點結點(node)和連接和連接這些結點的這些結點的鏈路鏈路(link)組成。組成。 n互聯(lián)網是互聯(lián)網是“網絡的網絡網絡的網絡”(network of networks)。 n連接在因特網上的計算機都稱為連接在因特網上的計算機都稱為主機主機(host)。 因特網發(fā)展的三個階段因特網發(fā)展的三個階段n第一階段是從第一階段是從單個網絡單個網絡 ARPANET 向互聯(lián)向互聯(lián)網發(fā)展網發(fā)展。 n第二階段是建成了第二階段是建成了三級結構的因特網三級結構的因特網。n第三階段是逐漸形成第

7、三階段是逐漸形成多層次多層次ISP結構的因特結構的因特網網。 從單個網絡從單個網絡 ARPANET 向互聯(lián)網發(fā)展向互聯(lián)網發(fā)展n1969年美國國防部創(chuàng)建了年美國國防部創(chuàng)建了ARPANE分組交分組交換網。換網。n1983 年年 TCP/IP 協(xié)議成為協(xié)議成為 ARPANET 上的上的標準協(xié)議。標準協(xié)議。n人們把人們把 1983 年作為因特網的誕生時間。年作為因特網的誕生時間。n1990年年ARPANET關閉。關閉。 三級結構的因特網三級結構的因特網 n美國國家科學基金會美國國家科學基金會NSFNET（National Science Foundation NET）n三級計算機網絡三級計算機網絡主干

8、網主干網地區(qū)網地區(qū)網校園網（或企業(yè)網）校園網（或企業(yè)網） 三級結構的因特網三級結構的因特網n各網絡之間需要使用各網絡之間需要使用路由器路由器來連接。來連接。 n 主機到主機的通信可能要經過多種網絡。主機到主機的通信可能要經過多種網絡。校園網校園網校園網校園網校園網校園網國家主干網地區(qū)網地區(qū)網地區(qū)網路由器多層次多層次 ISP 結構的因特網結構的因特網 n出現了出現了因特網服務提供者因特網服務提供者 ISP (Internet Service Provider)。 用戶因特網ISP1ISP2因特網服務提供者用戶通過用戶通過 ISP 上網上網根據提供服務的覆蓋面積大小以及所擁有的IP 地址數目的不同

9、，ISP 也分成為不同的層次。 大公司公司本地 ISPAB主機A 本地 ISP 地區(qū) ISP 主干 ISP 地區(qū) ISP 本地 ISP 主機B本地 ISP主干 ISP本地 ISP本地 ISP地區(qū) ISP主干 ISP主干 ISP地區(qū) ISP地區(qū) ISP地區(qū) ISP本地 ISP本地 ISPIXP本地 ISP校園網校園網下面是具有三層下面是具有三層 ISP 結構的因特網的概念示意圖結構的因特網的概念示意圖 因特網交換點因特網交換點IXPn由一個或多個網絡交換機組成。由一個或多個網絡交換機組成。n允許兩個網絡直接相連并交換分組，而不允許兩個網絡直接相連并交換分組，而不需要再通過第三個網絡來轉發(fā)分組。需

10、要再通過第三個網絡來轉發(fā)分組。n減少分組轉發(fā)延遲，降低分組轉發(fā)費用。減少分組轉發(fā)延遲，降低分組轉發(fā)費用。n對等交換免費，高層轉發(fā)收費。對等交換免費，高層轉發(fā)收費。到到 2012 年年 3 月，全球已經有月，全球已經有 91 個國家擁有個國家擁有 IXP，其中擁有其中擁有 10 個以上個以上 IXP 的國家僅有的國家僅有 9 個，個，而僅擁有一個而僅擁有一個 IXP 的有的有 48 個國家。個國家。 萬維網萬維網 WWW 的問世n因特網已經成為世界上規(guī)模最大和增長因特網已經成為世界上規(guī)模最大和增長速率最快的計算機網絡，沒有人能夠準速率最快的計算機網絡，沒有人能夠準確說出因特網究竟有多大。確說出因

11、特網究竟有多大。n因特網的迅猛發(fā)展始于因特網的迅猛發(fā)展始于 20 世紀世紀 90 年代。年代。由歐洲原子核研究組織由歐洲原子核研究組織 CERN 開發(fā)的萬開發(fā)的萬維網維網 WWW (World Wide Web)被廣泛被廣泛使用在因特網上，大大方便了廣大非網使用在因特網上，大大方便了廣大非網絡專業(yè)人員對網絡的使用，成為因特網絡專業(yè)人員對網絡的使用，成為因特網的這種指數級增長的主要驅動力。的這種指數級增長的主要驅動力。 因特網在我國的發(fā)展情況因特網在我國的發(fā)展情況n1987年，北京大學錢天白教授向德國發(fā)出第一封電子郵年，北京大學錢天白教授向德國發(fā)出第一封電子郵件。件。n1994年年3月，中國獲準

12、加入互聯(lián)網，并在同年月，中國獲準加入互聯(lián)網，并在同年5月完成全月完成全部聯(lián)網工作。部聯(lián)網工作。n1995年年5月，張樹新創(chuàng)立第一家互聯(lián)網服務供應商月，張樹新創(chuàng)立第一家互聯(lián)網服務供應商瀛海瀛海威，中國的普通百姓開始進入互聯(lián)網絡。威，中國的普通百姓開始進入互聯(lián)網絡。n1997年年10月，中國公用計算機互聯(lián)網（月，中國公用計算機互聯(lián)網（CHINANET）實）實現了與中國科技網（現了與中國科技網（CSTNET）、中國教育和科研計算機）、中國教育和科研計算機網（網（CERNET）、中國金橋信息網（）、中國金橋信息網（CHINAGBN）的互）的互聯(lián)互通。聯(lián)互通。n2013年年7月，月，CNNIC第第32次

13、中國互聯(lián)網絡發(fā)展狀況統(tǒng)計報次中國互聯(lián)網絡發(fā)展狀況統(tǒng)計報告顯示，我國網民數已達到告顯示，我國網民數已達到5.91億，億，IPv4地址數量達地址數量達3.31億個，億個，沒多大變化，沒多大變化，IPv6地址數為地址數為14607塊塊/32，較去年，較去年增長增長16.5%。（http:/）因特網在我國的發(fā)展情況因特網在我國的發(fā)展情況因特網在我國的發(fā)展情況因特網在我國的發(fā)展情況因特網在我國的發(fā)展情況因特網在我國的發(fā)展情況因特網的標準化工作因特網的標準化工作因特網協(xié)會 ISOC因特網研究指導小組IRSG 因特網研究部 IRTF 因特網工程部 IETF 因特網工程指導小組IESG RGWGRG領域領域因

14、特網體系結構研究委員會 IAB WGWGWG制訂因特網的正式標準要經過以制訂因特網的正式標準要經過以下的四個階段下的四個階段 n因特網草案因特網草案(Internet Draft) 在這在這個階段還個階段還不是不是 RFC 文檔。文檔。n建議標準建議標準(Proposed Standard) 從這個階段開始就成為從這個階段開始就成為 RFC 文檔。文檔。n草案標準草案標準(Draft Standard)n因特網標準因特網標準(Internet Standard) 各種各種RFC之間的關系之間的關系 因特網草案建議標準草案標準因特網標準歷史的 RFC實驗的 RFC提供信息的 RFC6 種 RFC

15、4.因特網的組成因特網的組成 (1) 邊緣部分邊緣部分 由所有連接在因特網上的主機組成。這部分由所有連接在因特網上的主機組成。這部分是用戶直接使用的，用來進行通信（傳送數是用戶直接使用的，用來進行通信（傳送數據、音頻或視頻）和資源共享。據、音頻或視頻）和資源共享。(2) 核心部分核心部分 由大量網絡和連接這些網絡的路由器組成。由大量網絡和連接這些網絡的路由器組成。這部分是為邊緣部分提供服務的（提供連通這部分是為邊緣部分提供服務的（提供連通性和交換）。性和交換）。因特網的核心部分因特網的邊緣部分主機網絡路由器因特網的邊緣部分與核心部分邊緣部分邊緣部分n處在因特網邊緣的部分就是連接在因特網處在因特

16、網邊緣的部分就是連接在因特網上的所有的主機。這些主機又稱為上的所有的主機。這些主機又稱為端系統(tǒng)端系統(tǒng)(end system)。n “主機主機 A 和主機和主機 B 進行通信進行通信”，實際上是，實際上是指：指：“運行在主機運行在主機 A 上的某個程序和運行上的某個程序和運行在主機在主機 B 上的另一個程序進行通信上的另一個程序進行通信”。n即即“主機主機 A 的某個進程和主機的某個進程和主機 B 上的另一上的另一個進程進行通信個進程進行通信”。或簡稱為?；蚝喎Q為“計算機之計算機之間通信間通信” 通信方式通信方式在網絡邊緣的端系統(tǒng)中運行的程序之間的通在網絡邊緣的端系統(tǒng)中運行的程序之間的通信方式通

17、?？蓜澐譃閮纱箢悾盒欧绞酵ǔ？蓜澐譃閮纱箢悾簄客戶服務器方式客戶服務器方式（C/S 方式）方式） 即即Client/Server方式方式 n對等方式對等方式（P2P 方式）方式） 即即 Peer-to-Peer方式方式 客戶服務器方式客戶服務器方式n客戶客戶(client)和和服務器服務器(server)都是指通信都是指通信中所涉及的兩個應用進程。中所涉及的兩個應用進程。n客戶服務器方式所描述的是進程之間服務客戶服務器方式所描述的是進程之間服務和被服務的關系。和被服務的關系。n客戶是客戶是服務的請求方服務的請求方，服務器是，服務器是服務的提服務的提供方供方。運行客戶程序網絡邊緣網絡核心運行服務

18、器程序AB 請求服務 得到服務客戶服務器客戶 A 向服務器 B 發(fā)出請求服務，而服務器 B 向客戶 A 提供服務。對等連接方式對等連接方式 n對等連接對等連接(peer-to-peer，簡寫為，簡寫為 P2P)是指是指兩個主機在通信時并不區(qū)分哪一個是服務兩個主機在通信時并不區(qū)分哪一個是服務請求方還是服務提供方。請求方還是服務提供方。n只要兩個主機都運行了對等連接軟件（只要兩個主機都運行了對等連接軟件（P2P 軟件），它們就可以進行軟件），它們就可以進行平等的、對等連平等的、對等連接通信接通信。n雙方都可以下載對方已經存儲在硬盤中的雙方都可以下載對方已經存儲在硬盤中的共享文檔。共享文檔。 網絡邊

19、緣網絡邊緣網絡核心網絡核心運行運行P2P 程序程序運行運行P2P 程序程序DCEF運行運行P2P 程序程序運行運行P2P 程序程序核心部分核心部分n網絡核心部分是因特網中最復雜的部分。網絡核心部分是因特網中最復雜的部分。n網絡中的核心部分要向網絡邊緣中的大量網絡中的核心部分要向網絡邊緣中的大量主機提供連通性，使邊緣部分中的任何一主機提供連通性，使邊緣部分中的任何一個主機都能夠向其他主機通信（即傳送或個主機都能夠向其他主機通信（即傳送或接收各種形式的數據）。接收各種形式的數據）。n在網絡核心部分起特殊作用的是在網絡核心部分起特殊作用的是路由器路由器(router)。 路由器路由器n路由器是實現路

20、由器是實現分組交換分組交換(packet switching)的關鍵構件，其任務是轉發(fā)收到的分組，的關鍵構件，其任務是轉發(fā)收到的分組，這是網絡核心部分最重要的功能。這是網絡核心部分最重要的功能。三種交換方式三種交換方式n電路交換電路交換整個報文的比特流連續(xù)的從源點直達終點，好像整個報文的比特流連續(xù)的從源點直達終點，好像在一個管道中傳送。在一個管道中傳送。n報文交換報文交換整個報文先傳送到相鄰節(jié)點，全部存儲起來后查整個報文先傳送到相鄰節(jié)點，全部存儲起來后查找轉發(fā)表，轉發(fā)到下一個節(jié)點。找轉發(fā)表，轉發(fā)到下一個節(jié)點。n分組交換分組交換單個分組（整個報文的一部分）傳送到相鄰節(jié)點，單個分組（整個報文的一部

21、分）傳送到相鄰節(jié)點，存儲下來后查找轉發(fā)表，轉發(fā)到下一個節(jié)點。存儲下來后查找轉發(fā)表，轉發(fā)到下一個節(jié)點。（1） 電路交換電路交換n兩部電話機只需要用一對電線就能夠互相兩部電話機只需要用一對電線就能夠互相連接起來。連接起來。 更多的電話機互相連通更多的電話機互相連通n5 部電話機兩兩相連，需部電話機兩兩相連，需 10 對電線。對電線。nN 部電話機兩兩相連，需部電話機兩兩相連，需 N(N 1)/2 對電線。對電線。n當電話機的數量很大時，這種連接方法需要的電線當電話機的數量很大時，這種連接方法需要的電線對的數量與電話機數的平方成正比。對的數量與電話機數的平方成正比。 使用交換機使用交換機n當電話機的

22、數量增多時，就要使用交換當電話機的數量增多時，就要使用交換機來完成全網的交換任務。機來完成全網的交換任務。 交換機“交換交換”的含義的含義n在這里，在這里，“交換交換”(switching)的含義就的含義就是是轉接轉接把一條電話線轉接到另一條把一條電話線轉接到另一條電話線，使它們連通起來。電話線，使它們連通起來。n從通信資源的分配角度來看，從通信資源的分配角度來看，“交換交換”就是按照某種方式就是按照某種方式動態(tài)地分配動態(tài)地分配傳輸線路傳輸線路的資源。的資源。 電路交換的特點電路交換的特點n電路交換必定是電路交換必定是面向連接面向連接的。的。 n電路交換的三個階段：電路交換的三個階段：建立連接

23、建立連接通信通信釋放連接釋放連接電路交換舉例電路交換舉例nA 和和 B 通話經過四個交換機通話經過四個交換機n通話在通話在 A 到到 B 的連接上進行的連接上進行電路交換傳送計算機數據效率低電路交換傳送計算機數據效率低n計算機數據具有突發(fā)性。計算機數據具有突發(fā)性。n這導致通信線路的利用率很低。這導致通信線路的利用率很低。（2）報文交換）報文交換 n在在 20 世紀世紀 40 年代，電報通信也采用年代，電報通信也采用了基于存儲轉發(fā)原理的了基于存儲轉發(fā)原理的報文交換報文交換(message switching)。 n報文交換的時延較長，從幾分鐘到幾小報文交換的時延較長，從幾分鐘到幾小時不等?，F在報

24、文交換已經很少有人使時不等?，F在報文交換已經很少有人使用了。用了。 報文交換示意圖報文交換示意圖H1A互聯(lián)網BDECH5H6H4H2H3H1 向 H5 發(fā)送報文路由器主機報文（3）分組交換）分組交換 n在發(fā)送端，先把較長的報文在發(fā)送端，先把較長的報文劃分成較短劃分成較短的、固定長度的數據段的、固定長度的數據段。 1101000110101010110101011100010011010010假定這個報文較長不便于傳輸數 據數 據數 據報文添加首部構成分組添加首部構成分組n每一個數據段前面添加上每一個數據段前面添加上首部首部構成分組。構成分組。首部首部首部分組 1分組 2分組 3請注意：現在左邊

25、是“前面”分組交換的傳輸單元分組交換的傳輸單元n分組交換網以分組交換網以“分組分組”作為數據傳輸單作為數據傳輸單元。元。n依次依次把各分組發(fā)送到接收端（假定接收把各分組發(fā)送到接收端（假定接收端在左邊）。端在左邊）。數 據首部分組 1數 據首部分組 2數 據首部分組 3分組首部的重要性分組首部的重要性n每一個每一個分組的首部都含有分組的首部都含有地址地址等控制信等控制信息。息。n分組交換網中的結點交換機根據收到的分組交換網中的結點交換機根據收到的分組的首部中的分組的首部中的地址信息地址信息，把分組，把分組轉發(fā)轉發(fā)到下一個結點交換機。到下一個結點交換機。n用這樣的用這樣的存儲轉發(fā)存儲轉發(fā)方式，最后

26、分組就能方式，最后分組就能到達到達最終目的地最終目的地。收到分組后剝去首部收到分組后剝去首部n接收端收到分組后剝去首部還原成報文。接收端收到分組后剝去首部還原成報文。數 據首部分組 1數 據首部分組 2數 據首部分組 3收到的數據數 據數 據數 據最后還原成原來的報文最后還原成原來的報文n最后，在接收端把收到的數據最后，在接收端把收到的數據恢復成為恢復成為原來的報文原來的報文。n這里我們假定分組在傳輸過程中沒有出這里我們假定分組在傳輸過程中沒有出現差錯，在轉發(fā)時也沒有被丟棄?，F差錯，在轉發(fā)時也沒有被丟棄。報文1101000110101010110101011100010011010010H1H

27、5H2H4H3H6發(fā)送的分組路由器AEDBC網絡核心部分主機分組交換網的示意圖分組交換網的示意圖H1A互聯(lián)網BDECH5H6H4H2H3H1 向 H5 發(fā)送分組H2 向 H6 發(fā)送分組注意分組路徑的變化！路由器主機注意分組的注意分組的存儲轉發(fā)存儲轉發(fā)過程過程H1A互聯(lián)網BDECH5H6H4H2H3H1 向 H5 發(fā)送分組路由器主機在路由器 E 暫存查找轉發(fā)表找到轉發(fā)的端口最后到達目的主機 H5在路由器 C 暫存查找轉發(fā)表找到轉發(fā)的端口在路由器 A 暫存查找轉發(fā)表找到轉發(fā)的端口分組交換的優(yōu)點分組交換的優(yōu)點n高效高效 動態(tài)分配傳輸帶寬，對通信鏈動態(tài)分配傳輸帶寬，對通信鏈路是逐段占用。路是逐段占用。

28、 n靈活靈活 以分組為傳送單位和查找路由。以分組為傳送單位和查找路由。n迅速迅速 不必先建立連接就能向其他主不必先建立連接就能向其他主機發(fā)送分組。機發(fā)送分組。n可靠可靠 保證可靠性的網絡協(xié)議；分布保證可靠性的網絡協(xié)議；分布式的路由選擇協(xié)議使網絡有很好的生存式的路由選擇協(xié)議使網絡有很好的生存性。性。 分組交換帶來的問題分組交換帶來的問題n分組在各結點存儲轉發(fā)時需要分組在各結點存儲轉發(fā)時需要排隊排隊，這，這就會造成一定的就會造成一定的時延時延。 n分組必須攜帶的首部（里面有必不可少分組必須攜帶的首部（里面有必不可少的控制信息）也造成了一定的的控制信息）也造成了一定的開銷開銷。 三種交換的比較三種交換的比較 P1P2