第1章計算機網(wǎng)絡概論

1、蔡樹66162）周五下午2：30 - 4：30科技樓1406v本質(zhì)上，計算機網(wǎng)絡解決了生活中的什么問題？本質(zhì)上，計算機網(wǎng)絡解決了生活中的什么問題？v現(xiàn)實生活中，除了網(wǎng)絡外，還有什么東西也可以現(xiàn)實生活中，除了網(wǎng)絡外，還有什么東西也可以解決了這個問題？解決了這個問題？ 傳輸大量數(shù)據(jù)的有趣問題v學習計算機網(wǎng)絡這門課，有什么用？學習計算機網(wǎng)絡這門課，有什么用？v上網(wǎng)時，在計算機網(wǎng)絡里面究竟發(fā)生了什么？上網(wǎng)時，在計算機網(wǎng)絡里面究竟發(fā)生了什么？ http:/ 計算機網(wǎng)絡概論計算機網(wǎng)絡概論（基礎部分）（基礎部分）網(wǎng)絡形成網(wǎng)絡形成與與發(fā)展發(fā)展新型網(wǎng)絡形態(tài)新型網(wǎng)絡形態(tài)計算機網(wǎng)絡定義計算

2、機網(wǎng)絡定義計算機網(wǎng)絡的分類和特點計算機網(wǎng)絡的分類和特點網(wǎng)絡網(wǎng)絡體系體系結(jié)構結(jié)構與與處理復雜問題的基本方法處理復雜問題的基本方法網(wǎng)絡網(wǎng)絡技術演變和發(fā)展技術演變和發(fā)展1.1 計算機網(wǎng)絡的產(chǎn)生與發(fā)展計算機網(wǎng)絡的產(chǎn)生與發(fā)展1.1.面向終端的計算機通信網(wǎng)面向終端的計算機通信網(wǎng)1.1 計算機網(wǎng)絡的產(chǎn)生與發(fā)展計算機網(wǎng)絡的產(chǎn)生與發(fā)展2.2.用前端處理機實現(xiàn)的聯(lián)機系統(tǒng)用前端處理機實現(xiàn)的聯(lián)機系統(tǒng)網(wǎng)絡硬件的連接方式網(wǎng)絡硬件的連接方式 面向連接（電路交換技術） 范式 在網(wǎng)絡中建立一個“連接” 在連接中發(fā)送/接收數(shù)據(jù) 中斷連接 可以保證帶寬 其擁護者認為，在實時系統(tǒng)中，面向連接的運行效果更優(yōu) 無連接的（分組交換技術）

3、范式 將數(shù)據(jù)打包成一個個“包裹” 把“包裹”發(fā)送到網(wǎng)絡上 每個包裹上都有目標地址，并且各自投遞 包裹大小可能不一，但有最大限制 最大的優(yōu)點：便宜1.1 計算機網(wǎng)絡的產(chǎn)生與發(fā)展計算機網(wǎng)絡的產(chǎn)生與發(fā)展3. 3. 以單個主機為中心演變到以通信子網(wǎng)為中心以單個主機為中心演變到以通信子網(wǎng)為中心1.1 計算機網(wǎng)絡的產(chǎn)生與發(fā)展計算機網(wǎng)絡的產(chǎn)生與發(fā)展4.4.計算機網(wǎng)絡體系結(jié)構的形成計算機網(wǎng)絡體系結(jié)構的形成 ARPANET層次模型思想 IBM系統(tǒng)網(wǎng)絡體系結(jié)構SNA ISO開放系統(tǒng)互連參考模型OSI/RM 互聯(lián)網(wǎng)TCP/IP參考模型vARPANET（1969-1989）：）：Internet的前身的前身 主要由美

4、國DARPA（Defense Advanced Research Projects Agency）資助建立 初始速度是 50KbpsvNSFNET（1987-1992） 互聯(lián)網(wǎng)科研教育網(wǎng)的主干網(wǎng)（1.544Mbps） 引入互聯(lián)網(wǎng)的層次概念：校園網(wǎng)-區(qū)域網(wǎng)-（美）教育網(wǎng)vANSNET（1992-1995） 商用ISP出現(xiàn)之前（美）互聯(lián)網(wǎng)的主干網(wǎng)v通信是一個復雜的問題通信是一個復雜的問題v需要解決許多子問題需要解決許多子問題 硬件失效 網(wǎng)絡擁塞 包延遲或丟失 數(shù)據(jù)損壞 數(shù)據(jù)重復或無序到達v將大問題分解成小問題將大問題分解成小問題v分別解決小問題分別解決小問題v組合小問題的結(jié)果形成完整的解決方案組合

5、小問題的結(jié)果形成完整的解決方案v上述思路的結(jié)果就是上述思路的結(jié)果就是 分層的協(xié)議(layered protocols)v分離協(xié)議的功能分離協(xié)議的功能 控制協(xié)議設計的復雜性v每層解決通信問題的一部分每層解決通信問題的一部分v協(xié)議設計者的常用思路協(xié)議設計者的常用思路v層的集合被稱為協(xié)議棧層的集合被稱為協(xié)議棧(protocol stack)1.1 計算機網(wǎng)絡的產(chǎn)生與發(fā)展計算機網(wǎng)絡的產(chǎn)生與發(fā)展5.5. 局域網(wǎng)的形成局域網(wǎng)的形成(20(20世紀世紀8080年代初年代初) ) 以太網(wǎng)Ethernet IBM Token Ring6. Internet6. Internet時代的到來時代的到來(20(20世

6、紀世紀8080年代末年代末) ) 世界上規(guī)模最大和增長速率最快的計算機網(wǎng)絡計算機網(wǎng)絡發(fā)展特點計算機網(wǎng)絡發(fā)展特點 第第1階段：計算機網(wǎng)絡技術與理論的準備階段：計算機網(wǎng)絡技術與理論的準備 數(shù)據(jù)通信技術、分組交換技術 第第2階段：計算機網(wǎng)絡的形成階段：計算機網(wǎng)絡的形成 ARPANET、TCP/IP、 DNS、E-mail、FTP、TELNET、BBS 第第3階段：網(wǎng)絡體系結(jié)構的研究階段：網(wǎng)絡體系結(jié)構的研究 OSI參考模型、 TCP/IP協(xié)議 第第4階段：互聯(lián)網(wǎng)應用、無線網(wǎng)絡與網(wǎng)絡安全技術研究的發(fā)展階段：互聯(lián)網(wǎng)應用、無線網(wǎng)絡與網(wǎng)絡安全技術研究的發(fā)展 互聯(lián)網(wǎng)、三網(wǎng)融合 無線局域網(wǎng)、無線城域網(wǎng)、 P2P、

7、網(wǎng)絡安全1.2 新型新型網(wǎng)絡網(wǎng)絡形態(tài)形態(tài)1. 物聯(lián)網(wǎng)（物聯(lián)網(wǎng)（Wireless Sensor Network）通過射頻識別（RFID）、紅外感應器、全球定位系統(tǒng)和激光掃描器等信息傳感設備，按約定的協(xié)議，把任何物品與互聯(lián)網(wǎng)連接起來，進行信息交換和通信，以實現(xiàn)智能化識別、定位、跟蹤、監(jiān)控和管理的一種網(wǎng)絡。1.2 新型新型網(wǎng)絡網(wǎng)絡形態(tài)形態(tài)2. 云計算（云計算（Cloud Computing）建立在大規(guī)模的服務器集群之上，通過網(wǎng)絡基礎設施與上層應用程序的協(xié)同構建以達到最大效率地利用軟硬件資源的目的。1.2 新型新型網(wǎng)絡網(wǎng)絡形態(tài)形態(tài)3. 數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡（Data Center Network）

8、數(shù)據(jù)中心的基礎設施。特點：服務器數(shù)據(jù)多，即插即用；應用規(guī)模大，具有一定的容錯能力；虛擬化，做到無縫遷移。1.3 現(xiàn)代網(wǎng)絡技術發(fā)展三大趨勢現(xiàn)代網(wǎng)絡技術發(fā)展三大趨勢1.4 計算機網(wǎng)絡基礎知識計算機網(wǎng)絡基礎知識一、一、計算機網(wǎng)絡的定義計算機網(wǎng)絡的定義 將地理上分散的、具有獨立工作能力的多臺計算機通過通信設備和通信線路連接起來，在配有相應的網(wǎng)絡通信軟件條件下，實現(xiàn)數(shù)據(jù)通信和資源共享的系統(tǒng)。 主要功能主要功能（1）建立數(shù)據(jù)通信（2）實現(xiàn)資源共享（3）增加可靠性（4）提高系統(tǒng)處理能力1.4 計算機網(wǎng)絡基礎知識計算機網(wǎng)絡基礎知識二、二、計算機網(wǎng)絡的計算機網(wǎng)絡的分類分類 按網(wǎng)絡采用的傳輸技術分類 廣播式網(wǎng)絡（

9、共享一個公共通信信道）點對點式網(wǎng)絡（每條物理線路連接一對計算機） 網(wǎng)絡覆蓋的范圍分類局域網(wǎng)、城域網(wǎng)、廣域網(wǎng)三、三、計算機網(wǎng)絡的結(jié)構和組成計算機網(wǎng)絡的結(jié)構和組成1. 1. 通信子網(wǎng)與資源子網(wǎng)通信子網(wǎng)與資源子網(wǎng) 資源子網(wǎng)：由主機系統(tǒng)、終端設備、各種網(wǎng)絡軟件、數(shù)據(jù)資源組成。 負責數(shù)據(jù)處理，提供網(wǎng)絡資源、網(wǎng)絡服務。 通信子網(wǎng)：由路由器、通信線路組成。 負責網(wǎng)絡數(shù)據(jù)傳輸、路由、分組轉(zhuǎn)發(fā)等通信處理任務。三、三、計算機網(wǎng)絡的結(jié)構和組成計算機網(wǎng)絡的結(jié)構和組成2.2.互聯(lián)網(wǎng)的結(jié)構與組成互聯(lián)網(wǎng)的結(jié)構與組成四、四、 計算機網(wǎng)絡分組交換技術計算機網(wǎng)絡分組交換技術 網(wǎng)絡網(wǎng)絡交換技術：交換技術：u 電話交換（線路交換）u

10、 報文交換u 分組交換（包交換）1245736CBADEF計算機通信的交換網(wǎng)絡四、四、 計算機網(wǎng)絡分組交換技術計算機網(wǎng)絡分組交換技術 電話交換（線路交換）電話交換（線路交換） 線路建立：發(fā)送方提出連接請求，完成逐個結(jié)點的接續(xù)過程。 建立由源站到目的站的傳輸鏈路。 數(shù)據(jù)傳輸：全雙工傳輸 電路拆除：數(shù)據(jù)傳輸結(jié)束，由源站（目的站）提出終止通信。 各結(jié)點拆除相應的連接，釋放信道資源。四、四、 計算機網(wǎng)絡分組交換技術計算機網(wǎng)絡分組交換技術 報文交換報文交換（存儲轉(zhuǎn)發(fā)存儲轉(zhuǎn)發(fā)） 過程：過程：結(jié)點接收一個報文之后，報文緩存（存儲設備），根據(jù)報文中目的地址轉(zhuǎn)發(fā)到下一個結(jié)點（如此往復，直到報文到達目的站）。 特

11、點：特點：不需要通信雙方預先建立專用的數(shù)據(jù)通路（無需建立鏈路、拆除鏈路過程）。 缺點：缺點：需要對的完整報文進行存儲/轉(zhuǎn)發(fā)，結(jié)點存儲/轉(zhuǎn)發(fā)的時延較大，不適用于高實時性通信。四、四、 計算機網(wǎng)絡分組交換技術計算機網(wǎng)絡分組交換技術 交換技術：交換技術：分組交換分組交換 屬于“存儲/轉(zhuǎn)發(fā)”交換方式 報文被劃分為分組，每個分組獨立轉(zhuǎn)發(fā)四、四、 計算機網(wǎng)絡分組交換技術計算機網(wǎng)絡分組交換技術 交換技術：分組交換交換技術：分組交換 數(shù)據(jù)報交換任何分組都當作單獨的“小報文”處理，以報文交換方式單獨處理分組 虛電路交換通信雙方在開始發(fā)送和接收分組之前，需要建立邏輯鏈路（虛電路）。所有分組都必須沿著事先建立的虛電

12、路傳輸，需要虛呼叫建立和拆除。四、四、 計算機網(wǎng)絡分組交換技術計算機網(wǎng)絡分組交換技術三種三種交換技術交換技術比較比較：1.4 計算機網(wǎng)絡基礎知識計算機網(wǎng)絡基礎知識五、五、 網(wǎng)絡網(wǎng)絡拓撲結(jié)構和特點拓撲結(jié)構和特點1.5 網(wǎng)絡網(wǎng)絡體系結(jié)構的基本概念體系結(jié)構的基本概念一、一、 網(wǎng)絡網(wǎng)絡協(xié)議與網(wǎng)絡體系結(jié)構協(xié)議與網(wǎng)絡體系結(jié)構 網(wǎng)絡協(xié)議網(wǎng)絡協(xié)議u 采用統(tǒng)一的信息交換規(guī)則，規(guī)定信息格式，規(guī)定如何發(fā)送和接收信息。u 協(xié)議三個要素：協(xié)議三個要素：語法、語義、同步。 協(xié)議分層協(xié)議分層u 將網(wǎng)絡的整體功能分解為功能層，用協(xié)議規(guī)定功能。u 同等功能層之間采用協(xié)議進行。u 相鄰功能層之間采用接口進行交互。1.5 網(wǎng)絡網(wǎng)絡

13、體系結(jié)構的基本概念體系結(jié)構的基本概念一、一、 網(wǎng)絡網(wǎng)絡協(xié)議與網(wǎng)絡體系結(jié)構協(xié)議與網(wǎng)絡體系結(jié)構 協(xié)議分層協(xié)議分層用戶（寫信人）用戶（收信人）郵政局郵政局運輸部門運輸部門用戶子系統(tǒng)郵政子系統(tǒng)運輸子系統(tǒng)用戶間約定郵局間約定運輸部門間約定用戶/郵局約定郵局/運輸部門約定甲地乙地 郵政系統(tǒng)分層模型一、一、 網(wǎng)絡網(wǎng)絡協(xié)議與網(wǎng)絡體系結(jié)構協(xié)議與網(wǎng)絡體系結(jié)構 網(wǎng)絡體系結(jié)構：網(wǎng)絡體系結(jié)構：分層模型分層模型、各層協(xié)議的集合各層協(xié)議的集合應用層傳輸層網(wǎng)絡層數(shù)據(jù)鏈路層物理層54321 原理性的網(wǎng)絡體系結(jié)構1. 1. 物理層物理層：透明地傳送比特流2. 2. 數(shù)據(jù)鏈路層數(shù)據(jù)鏈路層：在兩個相鄰結(jié)點間的線路上無差錯地傳送以幀為

14、單位的數(shù)據(jù)。3. 3. 網(wǎng)絡層網(wǎng)絡層：完成主機間報文傳輸，選擇合適的路由，使發(fā)送方報文能夠正確無誤地按照地址找到目的站，并交付給目的站。4. 4. 傳輸層傳輸層：進行通信的兩個進程之間提供一個可靠的端到端的服務。5. 5. 應用層應用層：確定進程之間通信的性質(zhì)，滿足用戶的需要。一、一、 網(wǎng)絡網(wǎng)絡協(xié)議與網(wǎng)絡體系結(jié)構協(xié)議與網(wǎng)絡體系結(jié)構網(wǎng)絡體系結(jié)構網(wǎng)絡體系結(jié)構一、一、 網(wǎng)絡網(wǎng)絡協(xié)議與網(wǎng)絡體系結(jié)構協(xié)議與網(wǎng)絡體系結(jié)構網(wǎng)絡體系結(jié)構網(wǎng)絡體系結(jié)構7 應用層6 表示層5 會話層4 傳輸層3 網(wǎng)絡層2 數(shù)據(jù)鏈路層1 物理層應用層(HTTP,DNS,SNMPTELNET,FTP,SMTP)傳輸層TCP,UDP網(wǎng)絡互

15、連層IP網(wǎng)絡接口層TCP/IPISO-OSITCP/IP與ISO-OSI體系結(jié)果的對比二、二、 互聯(lián)網(wǎng)管理機構互聯(lián)網(wǎng)管理機構1.6 網(wǎng)絡網(wǎng)絡技術演變與發(fā)展技術演變與發(fā)展一、一、 廣域網(wǎng)技術特征與發(fā)展廣域網(wǎng)技術特征與發(fā)展特征：特征：v 公共數(shù)據(jù)網(wǎng)、寬帶核心交換技術、如何能夠保證網(wǎng)絡服務質(zhì)量發(fā)展：發(fā)展：v 廣域網(wǎng)通信技術與網(wǎng)絡類型v 廣域網(wǎng)研究的技術路線v 光傳輸網(wǎng)絡技術v 光以太網(wǎng)技術v WAN技術與TCP/IP協(xié)議的關系二、二、 LAN技術演變與發(fā)展技術演變與發(fā)展LAN技術演變過程技術演變過程二、二、 LAN技術演變與發(fā)展技術演變與發(fā)展高速以太網(wǎng)技術的研究與發(fā)展高速以太網(wǎng)技術的研究與發(fā)展二、二

16、、 LAN技術演變與發(fā)展技術演變與發(fā)展WLAN技術的研究與發(fā)展技術的研究與發(fā)展v 無線局域網(wǎng)技術與IEEE 802.11標準v 無線個人區(qū)域網(wǎng)與IEEE 802.15.4標準v 無線傳感網(wǎng)絡三、三、 寬帶寬帶MAN技術演變與發(fā)展技術演變與發(fā)展WLAN技術的研究與發(fā)展技術的研究與發(fā)展三、三、 寬帶寬帶MAN技術演變與發(fā)展技術演變與發(fā)展寬帶寬帶MAN結(jié)構與層次劃分結(jié)構與層次劃分三、三、 寬帶寬帶MAN技術演變與發(fā)展技術演變與發(fā)展寬帶寬帶MAN結(jié)構與層次劃分結(jié)構與層次劃分四、四、 互聯(lián)網(wǎng)接入技術互聯(lián)網(wǎng)接入技術數(shù)字用戶線數(shù)字用戶線xDSL接入技術接入技術四、四、 互聯(lián)網(wǎng)接入技術互聯(lián)網(wǎng)接入技術光纖同軸電纜混合網(wǎng)技術光纖同軸電纜混合網(wǎng)技術四、四