計算機網(wǎng)絡(luò)01講

1、1 計算機網(wǎng)絡(luò) 主講：李 強 Li_ 信息學(xué)院227室 2 n參考書目： 計算機網(wǎng)絡(luò)（第五版） 謝希仁 編著 電子工業(yè)出版社 計算機網(wǎng)絡(luò)（第四版） 潘愛民 譯 Andrew S.Tanenbauem 編著 清華大學(xué)出版社 3 所講授內(nèi)容 n概述 n物理層 n數(shù)據(jù)鏈路層 n網(wǎng)絡(luò)層 n傳輸層 n應(yīng)用層 n網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用 4 第一章 概述 n計算機網(wǎng)絡(luò)在信息時代的作用 n計算機網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展過程 n計算機網(wǎng)絡(luò)的分類 n計算機網(wǎng)絡(luò)的性能指標(biāo) n計算機網(wǎng)絡(luò)的體系結(jié)構(gòu) 5 1.1 計算機網(wǎng)絡(luò)在信息時代的作用 n21 世紀(jì)的一些重要特征就是數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化 和信息化，它是一個以網(wǎng)絡(luò)為核心的信息時代。 網(wǎng)絡(luò)現(xiàn)已成為信息社

2、會的命脈和發(fā)展知識經(jīng)濟 的重要基礎(chǔ)。 n進入 20 世紀(jì) 90 年代以后，以因特網(wǎng)為代表的 計算機網(wǎng)絡(luò)得到了飛速的發(fā)展。已成為僅次于 全球電話網(wǎng)的世界第二大網(wǎng)絡(luò)。 n因特網(wǎng)是自印刷術(shù)以來人類通信方面最大的變 革?，F(xiàn)在人們的生活、工作、學(xué)習(xí)和交往都已 離不開因特網(wǎng)。 6 1.1 計算機網(wǎng)絡(luò)在信息時代的作用 n網(wǎng)絡(luò)是指“三網(wǎng)”，即電信網(wǎng)絡(luò)、有線 電視網(wǎng)絡(luò)和計算機網(wǎng)絡(luò)。發(fā)展最快的并 起到核心作用的是計算機網(wǎng)絡(luò)。 n“三網(wǎng)合一”的技術(shù) n“NII”（National Information Infrostructure) 的概念，1993年，由美國政府發(fā)布，稱 為國家信息基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)計劃，NII又被

3、稱為信息高速公路。 7 1.1 計算機網(wǎng)絡(luò)在信息時代的作用 n分布式系統(tǒng)與計算機網(wǎng)絡(luò)的主要區(qū)別: 在一個分布式的系統(tǒng)中，一組獨立的計算 機展現(xiàn)給用戶的是一個統(tǒng)一的整體，分布式系 統(tǒng)通過分布式的操作系統(tǒng)是以全局方式管理系 統(tǒng)資源，它能自動為用戶任務(wù)調(diào)度網(wǎng)絡(luò)資源。 對于計算機網(wǎng)絡(luò)來說，沒有分布式系統(tǒng)的 統(tǒng)一性，它只具備獨立自治的單個計算機。 分布式系統(tǒng)與計算機網(wǎng)絡(luò)的區(qū)別主要表現(xiàn) 在軟件上，而不是硬件。 8 1.1 計算機網(wǎng)絡(luò)在信息時代的作用 n計算機網(wǎng)絡(luò)的概念 用通訊線路將分散在不同地點的具有獨立 自主的計算機系統(tǒng)相互聯(lián)接,并按網(wǎng)絡(luò)協(xié)議進行 數(shù)據(jù)通訊和實現(xiàn)資源共享的計算機集合,稱為計 算機網(wǎng)絡(luò)。

4、n計算機網(wǎng)絡(luò)的組成 （1）若干個主機，向用戶提供服務(wù)，構(gòu)成資源 子網(wǎng); （2）一個通信子網(wǎng)，由一些專用的結(jié)點交換機 和連接這些結(jié)點的通信鏈路組成; （3）一系列的協(xié)議，用來控制主機之間或主機 和子網(wǎng)之間的通信。 9 1.1 計算機網(wǎng)絡(luò)在信息時代的作用 n計算機網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展趨勢 一個目標(biāo)：各個國家、進而在全國建立完 善的信息基礎(chǔ)設(shè)施 兩個支撐：微電子技術(shù)和光技術(shù) 三個融合：三網(wǎng)合一 四個熱點：多媒體、寬帶網(wǎng)、移動通信和 信息安全 10 1.2 計算機網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展過程 n計算機網(wǎng)絡(luò)的產(chǎn)生和發(fā)展的階段 1、 第一個階段可以追述到20世紀(jì)50年代。 終端網(wǎng)絡(luò) 2、 第二個階段以20世紀(jì)60年代美國的ARP

5、ANET 與分組交換技術(shù)為重要標(biāo)志 3、 第三個階段從20世紀(jì)70年代中期開始。 開放式的網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu) 4 、第四個階段是20世紀(jì)90年代開始。 Internet 11 1.2 計算機網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展過程 1.2.1 分組交換的產(chǎn)生 n計算機網(wǎng)絡(luò)的產(chǎn)生背景 1、是 20 世紀(jì) 60 年代美蘇冷戰(zhàn)時期的產(chǎn)物。 2、60 年代初，美國國防部領(lǐng)導(dǎo)的遠(yuǎn)景研究規(guī)劃局 ARPA (Advanced Research Project Agency) 提 出要研制一種生存性(survivability)很強的網(wǎng)絡(luò)。 3、傳統(tǒng)的電路交換(circuit switching)的電信網(wǎng)有一 個缺點：正在通信的電路中有一個

6、交換機或有一 條鏈路被炸毀，則整個通信電路就要中斷。 12 新型網(wǎng)絡(luò)的基本特點 n網(wǎng)絡(luò)用于計算機之間的數(shù)據(jù)傳送，而不是為了 打電話。 n網(wǎng)絡(luò)能夠連接不同類型的計算機，不局限于單 一類型的計算機。 n所有的網(wǎng)絡(luò)結(jié)點都同等重要，因而大大提高網(wǎng) 絡(luò)的生存性。 n計算機在進行通信時，必須有冗余的路由。 n網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)應(yīng)當(dāng)盡可能地簡單，同時還能夠非 ?？煽康貍魉蛿?shù)據(jù)。 13 1.2.1 分組交換的產(chǎn)生 n三種交換的方式 電路交換 報文交換 分組交換 14 “交換”的含義 n在這里，“交換”(switching)的含義是： n轉(zhuǎn)接把一條電話線轉(zhuǎn)接到另一條電話線， 使它們連通起來。 n從通信資源的分配角度來看

7、，“交換” 就是按照某種方式動態(tài)地分配傳輸線路 的資源。 15 電路交換的特點 n電路交換必定是面向連接的。 n電路交換的三個階段： n建立連接 n通信 n釋放連接 16 電路交換舉例 nA 和 B 通話經(jīng)過四個交換機 n通話在 A 到 B 的連接上進行 ( ( ( ( 交換機 交換機 交換機 交換機 用戶線 用戶線 中繼線 中繼線 B D C A 17 電路交換舉例 nC 和 D 通話只經(jīng)過一個本地交換機 n通話在 C 到 D 的連接上進行 ( ( ( ( 交換機 交換機 交換機 交換機 用戶線 用戶線 中繼線 中繼線 B D C A 18 電路交換傳送計算機數(shù)據(jù)效率低 n計算機數(shù)據(jù)具有突發(fā)

8、性。 n這導(dǎo)致通信線路的利用率很低。 19 報文交換的特點 n利用存儲轉(zhuǎn)發(fā)機制，當(dāng)發(fā)送方有一塊數(shù) 據(jù)要發(fā)送時，它被存儲在第一個交換機 中（或路由器），以后在轉(zhuǎn)發(fā)出去。 n例如：電報（采用莫爾斯密碼） n缺點：由于對數(shù)據(jù)塊的大小沒有限制， 所以要求轉(zhuǎn)發(fā)設(shè)備要具有相當(dāng)大的緩存。 且傳送時間不固定。 20 報文 分組交換的原理（一） n在發(fā)送端，先把較長的報文劃分成較短 的、固定長度的數(shù)據(jù)段。 1101000110101010110101011100010011010010 假定這個報文較長 不便于傳輸 21 數(shù) 據(jù)數(shù) 據(jù)數(shù) 據(jù) 報文 分組交換的原理（二） n每一個數(shù)據(jù)段前面添加上首部構(gòu)成分組。 首

9、部 首部 首部 分組 1 分組 2 分組 3 請注意：現(xiàn)在左邊是“前面” 22 分組交換的原理（三） n分組交換網(wǎng)以“分組”作為數(shù)據(jù)傳輸單 元。 n依次把各分組發(fā)送到接收端（假定接收 端在左邊）。 數(shù) 據(jù)首部 分組 1 數(shù) 據(jù)首部 分組 2 數(shù) 據(jù)首部 分組 3 23 分組首部的重要性 n每一個分組的首部都含有地址等控制信 息。 n分組交換網(wǎng)中的結(jié)點交換機根據(jù)收到的 分組的首部中的地址信息，把分組轉(zhuǎn)發(fā) 到下一個結(jié)點交換機。 n用這樣的存儲轉(zhuǎn)發(fā)方式，最后分組就能 到達最終目的地。 24 分組交換的原理（四） n接收端收到分組后剝?nèi)ナ撞窟€原成報文。 數(shù) 據(jù)首部 分組 1 數(shù) 據(jù)首部 分組 2 數(shù)

10、據(jù)首部 分組 3 收到的數(shù)據(jù) 25 數(shù) 據(jù)數(shù) 據(jù)數(shù) 據(jù) 分組交換的原理（五） n最后，在接收端把收到的數(shù)據(jù)恢復(fù)成為 原來的報文。 n這里我們假定分組在傳輸過程中沒有出 現(xiàn)差錯，在轉(zhuǎn)發(fā)時也沒有被丟棄。 報文 1101000110101010110101011100010011010010 26 分組交換網(wǎng)的示意圖 H1 A 分組交換網(wǎng) B D E C H5 H6 H4 H2 H3 H1 向 H5 發(fā)送分組 H2 向 H6 發(fā)送分組 注意分組路徑的變化！ 結(jié)點交換機 主機 27 注意分組的存儲轉(zhuǎn)發(fā)過程 H1 A 分組交換網(wǎng) B D E C H5 H6 H4 H2 H3 H1 向 H5 發(fā)送分組 結(jié)

11、點交換機 主機 在結(jié)點交換機 A 暫存 查找轉(zhuǎn)發(fā)表 找到轉(zhuǎn)發(fā)的端口 在結(jié)點交換機 C 暫存 查找轉(zhuǎn)發(fā)表 找到轉(zhuǎn)發(fā)的端口 在結(jié)點交換機 E 暫存 查找轉(zhuǎn)發(fā)表 找到轉(zhuǎn)發(fā)的端口 最后到達目的主機 H5 28 注意結(jié)點交換機有多個端口 A B C D E H1 H5 H2 H4 H3 H6 高速鏈路 結(jié)點 交換機 1 2 3 4 1 2 3 4 1 2 3 4 1 2 3 4 1 2 3 4 29 結(jié)點交換機 n在結(jié)點交換機中的輸入和輸出端口之間 沒有直接連線。 n結(jié)點交換機處理分組的過程是： n把收到的分組先放入緩存（暫時存儲）； n查找轉(zhuǎn)發(fā)表，找出到某個目的地址應(yīng)從哪個 端口轉(zhuǎn)發(fā)； n把分組送到適當(dāng)?shù)亩丝谵D(zhuǎn)發(fā)出去。 30 主機和結(jié)點交換機的作用不同 n主機是為用戶進行信息處理的，并向網(wǎng) 絡(luò)發(fā)送分組，從網(wǎng)絡(luò)接收分組。 n結(jié)點交換機對分組進行存儲轉(zhuǎn)發(fā)，最后 把分組交付給目的主機。 31 分組交換的優(yōu)點 n高效 動態(tài)分配傳輸帶寬，對通信鏈路 是逐段占用。 n靈活 以分組為傳送單位和查找路由。 n迅速 不必先建立連接就能向其他主機 發(fā)送分組；充分使用鏈路的帶寬。 n可靠 完善的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議；自適應(yīng)的路由 選擇協(xié)議使網(wǎng)絡(luò)有很好的生存性。 32 分組交換帶來