計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)導(dǎo)論1-概述

1、2010級通信工程專業(yè)通信工程專業(yè)導(dǎo)論第六講 計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)主講 周華春hchzhou第14周周三12月1日上午 第二大節(jié)（10點(diǎn)），東教二樓DQ210412月1日下午 第五大節(jié) （4點(diǎn)），東教二樓DQ2105主要內(nèi)容1. 計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)概述概述，邊緣和核心，分組交換，路由器，TCP/IP2. IP 可應(yīng)用到各式各樣的網(wǎng)絡(luò)上IP作用，移動互聯(lián)網(wǎng)，三網(wǎng)融合，物聯(lián)網(wǎng)3. IP 可為各式各樣的應(yīng)用程序提供服務(wù)DNS，email，WWW，ICP，云計(jì)算4. 未來互聯(lián)網(wǎng)的研究 現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)體系的局限，國家工程實(shí)驗(yàn)室，學(xué)習(xí)方法，作業(yè) 1.1 計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)、互聯(lián)網(wǎng)、因特網(wǎng)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)：一些相互連接的計(jì)算機(jī)的集合?；?/p>

2、聯(lián)網(wǎng)、因特網(wǎng)：一些相互連接的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的集合（網(wǎng)絡(luò)的網(wǎng)絡(luò)）。網(wǎng)絡(luò)包含電信網(wǎng)絡(luò)、有線電視網(wǎng)絡(luò)和計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)。發(fā)展最快的并起到核心作用的是計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)。計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)網(wǎng)、因特網(wǎng)希望任何設(shè)備在任何時(shí)間、地點(diǎn)通過任意網(wǎng)絡(luò)獲取信息 計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)在信息時(shí)代的作用互聯(lián)網(wǎng)是人類智慧的結(jié)晶，20世紀(jì)的重大科技發(fā)明，當(dāng)代先進(jìn)生產(chǎn)力的重要標(biāo)志。互聯(lián)網(wǎng)深刻影響著世界經(jīng)濟(jì)、政治、文化和社會的發(fā)展，促進(jìn)了社會生產(chǎn)生活和信息傳播的變革。 互聯(lián)網(wǎng)也日益成為人們生活、工作、學(xué)習(xí)不可或缺的工具，正對社會生活的方方面面產(chǎn)生著深刻影響。既是一個(gè)虛擬的社會，又是現(xiàn)實(shí)社會的一部分。中國互聯(lián)網(wǎng)狀況白皮書 2010年

3、06月08日 中國投入大量資金建設(shè)互聯(lián)網(wǎng)基礎(chǔ)設(shè)施 到2009年底，中國基礎(chǔ)電信企業(yè)互聯(lián)網(wǎng)寬帶接入端口已達(dá)1.36億個(gè)，互聯(lián)網(wǎng)國際出口帶寬達(dá)866,367Gbps，擁有7條登陸海纜、20條陸纜，總?cè)萘砍^1,600Gb。中國99.3%的鄉(xiāng)鎮(zhèn)和91.5%的行政村接通了互聯(lián)網(wǎng)，96.0%的鄉(xiāng)鎮(zhèn)接通了寬帶。2009年1月，中國政府開始發(fā)放第三代移動通信(3G)牌照，目前3G網(wǎng)絡(luò)已基本覆蓋全國。移動互聯(lián)網(wǎng)正快速發(fā)展，互聯(lián)網(wǎng)將惠及更廣泛的人群。 互聯(lián)網(wǎng)基礎(chǔ)設(shè)施的建設(shè)和完善促進(jìn)了互聯(lián)網(wǎng)的普及和應(yīng)用中國擁有IPv4地址約2.3億個(gè)，已成為世界第二大IPv4地址擁有國。截至2009年底，中國網(wǎng)民人數(shù)達(dá)到3.84

4、億，比1997年增長了618倍，年均增長3,195萬人，互聯(lián)網(wǎng)普及率達(dá)到28.9%，超過世界平均水平。中國使用寬帶上網(wǎng)的網(wǎng)民達(dá)到3.46億人，使用手機(jī)上網(wǎng)的網(wǎng)民達(dá)到2.33億人。中國網(wǎng)民上網(wǎng)方式已從最初以撥號上網(wǎng)為主，發(fā)展到以寬帶和手機(jī)上網(wǎng)為主。中國互聯(lián)網(wǎng)發(fā)展與普及水平居發(fā)展中國家前列。應(yīng)用多元化階段到來，互聯(lián)網(wǎng)逐步走向繁榮 互聯(lián)網(wǎng)成為推動中國經(jīng)濟(jì)發(fā)展的重要引擎。2008年，中國互聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)規(guī)模達(dá)到6,500億元人民幣 。中國電子商務(wù)快速發(fā)展。2009年，中國電子商務(wù)交易額超過3.6萬億元人民幣。中國網(wǎng)絡(luò)購物用戶已超過1億人 ?；ヂ?lián)網(wǎng)促進(jìn)了文化產(chǎn)業(yè)發(fā)展。網(wǎng)絡(luò)游戲、網(wǎng)絡(luò)動漫、網(wǎng)絡(luò)音樂、網(wǎng)絡(luò)影視等產(chǎn)

5、業(yè)迅速崛起，大大增強(qiáng)了中國文化產(chǎn)業(yè)的總體實(shí)力。 2009年中國網(wǎng)絡(luò)游戲市場規(guī)模為258億元人民幣，居世界前列。應(yīng)用多元化階段到來，互聯(lián)網(wǎng)逐步走向繁榮互聯(lián)網(wǎng)促進(jìn)了政府信息公開。截至2009年底，中國已建立政府門戶網(wǎng)站4.5萬多個(gè)?；ヂ?lián)網(wǎng)在滿足公眾知情要求等方面的作用日益凸顯。 互聯(lián)網(wǎng)成為人們社會生活的重要工具。 2009年，中國約有2.3億人經(jīng)常使用搜索引擎查詢各類信息；約2.4億人經(jīng)常利用即時(shí)通信工具進(jìn)行溝通交流；約4,600萬人利用互聯(lián)網(wǎng)學(xué)習(xí)和接受教育；約3,500萬人利用互聯(lián)網(wǎng)進(jìn)行證券交易；約1,500萬人通過互聯(lián)網(wǎng)求職；約1,400萬人通過互聯(lián)網(wǎng)安排旅行。 計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)向用戶提供的最重要的

6、功能 連通性計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)使上網(wǎng)用戶之間都可以交換信息，好像這些用戶的計(jì)算機(jī)都可以彼此直接連通一樣。 共享即資源共享?？梢允切畔⒐蚕?、軟件共享，也可以是硬件共享。 因特網(wǎng)概述網(wǎng)絡(luò)(network)由若干結(jié)點(diǎn)(node)和連接這些結(jié)點(diǎn)的鏈路(link)組成。 互聯(lián)網(wǎng)是“網(wǎng)絡(luò)的網(wǎng)絡(luò)”(network of networks)。 連接在因特網(wǎng)上的計(jì)算機(jī)都稱為主機(jī)(host)。 Internet（因特網(wǎng)）指當(dāng)前全球最大的、開放的、由眾多網(wǎng)絡(luò)相互連接而成的特定計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)，它采用 TCP/IP 協(xié)議族作為通信的規(guī)則。(a)(b)網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)網(wǎng)（網(wǎng)絡(luò)的網(wǎng)絡(luò)）結(jié)點(diǎn)鏈路集線器、交換機(jī)等路由器等網(wǎng)絡(luò)把許多計(jì)算機(jī)連接在一起

7、。因特網(wǎng)則把許多網(wǎng)絡(luò)連接在一起。1.2 因特網(wǎng)的組成 從因特網(wǎng)的工作方式上看，可以劃分為以下的兩大塊：(1) 邊緣部分 由所有連接在因特網(wǎng)上的主機(jī)組成。這部分是用戶直接使用的，用來進(jìn)行通信（傳送數(shù)據(jù)、音頻或視頻）和資源共享。(2) 核心部分 由大量網(wǎng)絡(luò)和連接這些網(wǎng)絡(luò)的路由器組成。這部分是為邊緣部分提供服務(wù)的（提供連通性和交換）。因特網(wǎng)的核心部分因特網(wǎng)的邊緣部分主機(jī)網(wǎng)絡(luò)路由器因特網(wǎng)的邊緣部分與核心部分1.2.1 因特網(wǎng)的邊緣部分處在因特網(wǎng)邊緣的部分就是連接在因特網(wǎng)上的所有的主機(jī)。這些主機(jī)又稱為端系統(tǒng)(end system)。 “主機(jī) A 和主機(jī) B 進(jìn)行通信”，實(shí)際上是指：“運(yùn)行在主機(jī) A 上的

8、某個(gè)程序和運(yùn)行在主機(jī) B 上的另一個(gè)程序進(jìn)行通信”。即“主機(jī) A 的某個(gè)進(jìn)程和主機(jī) B 上的另一個(gè)進(jìn)程進(jìn)行通信”。或簡稱為“計(jì)算機(jī)之間通信” 兩種通信方式在網(wǎng)絡(luò)邊緣的端系統(tǒng)中運(yùn)行的程序之間的通信方式通?？蓜澐譃閮纱箢悾嚎蛻舴?wù)器方式（C/S 方式） 即Client/Server方式 對等方式（P2P 方式） 即 Peer-to-Peer方式 （1）客戶服務(wù)器方式客戶(client)和服務(wù)器(server)都是指通信中所涉及的兩個(gè)應(yīng)用進(jìn)程?？蛻舴?wù)器方式所描述的是進(jìn)程之間服務(wù)和被服務(wù)的關(guān)系?？蛻羰欠?wù)的請求方，服務(wù)器是服務(wù)的提供方。運(yùn)行客戶程序網(wǎng)絡(luò)邊緣網(wǎng)絡(luò)核心運(yùn)行服務(wù)器程序AB 請求服務(wù) 得到服

9、務(wù)客戶服務(wù)器客戶 A 向服務(wù)器 B 發(fā)出請求服務(wù)，而服務(wù)器 B 向客戶 A 提供服務(wù)。ftp serverwww server（2）對等連接方式 對等連接(peer-to-peer，簡寫為 P2P)是指兩個(gè)主機(jī)在通信時(shí)并不區(qū)分哪一個(gè)是服務(wù)請求方還是服務(wù)提供方。只要兩個(gè)主機(jī)都運(yùn)行了對等連接軟件（P2P 軟件），它們就可以進(jìn)行平等的、對等連接通信。例：雙方都可以下載對方已經(jīng)存儲在硬盤中的共享文檔。電驢eDonkey 電騾eMule網(wǎng)絡(luò)邊緣網(wǎng)絡(luò)核心運(yùn)行P2P 程序運(yùn)行P2P 程序DCEF運(yùn)行P2P 程序運(yùn)行P2P 程序?qū)Φ冗B接方式從本質(zhì)上看仍然是使用客戶服務(wù)器方式，只是對等連接中的每一個(gè)主機(jī)既是客戶

10、又同時(shí)是服務(wù)器。1.2.2 因特網(wǎng)的核心部分網(wǎng)絡(luò)中的核心部分要向網(wǎng)絡(luò)邊緣中的大量主機(jī)提供連通性，使邊緣部分中的任何一個(gè)主機(jī)都能夠向其他主機(jī)通信（即傳送或接收各種形式的數(shù)據(jù)）。在網(wǎng)絡(luò)核心部分起特殊作用的是路由器(router)。路由器是實(shí)現(xiàn)分組交換的關(guān)鍵構(gòu)件，其任務(wù)是轉(zhuǎn)發(fā)收到的分組，這是網(wǎng)絡(luò)核心部分最重要的功能。 數(shù) 據(jù)數(shù) 據(jù)數(shù) 據(jù)分組交換 在發(fā)送端把要發(fā)送的報(bào)文分隔為較短的數(shù)據(jù)塊 每個(gè)塊增加帶有控制信息的首部構(gòu)成分組（包） 依次把各分組發(fā)送到接收端 接收端剝?nèi)ナ撞浚槌鰯?shù)據(jù)部分，還原成報(bào)文數(shù) 據(jù)分組11010011101 00101001110報(bào)文發(fā)送端首部分組數(shù) 據(jù)首部分組首部數(shù) 據(jù)發(fā)送發(fā)送

11、發(fā)送在前發(fā)送接收端數(shù) 據(jù)首部數(shù) 據(jù)首部數(shù) 據(jù)首部11010011101 00101001110H1H5H2H4H3H6路由器網(wǎng)絡(luò)網(wǎng)絡(luò)核心部分主機(jī)核心部分的路由器把網(wǎng)絡(luò)互連起來H1H5H2H4H3H6發(fā)送的分組路由器AEDBC網(wǎng)絡(luò)核心部分主機(jī)核心部分中的網(wǎng)絡(luò)可用一條鏈路表示分組交換網(wǎng)的示意圖H1A互聯(lián)網(wǎng)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(jī)注意分組的存儲轉(zhuǎn)發(fā)過程H1A互聯(lián)網(wǎng)BDECH5H6H4H2H3H1 向 H5 發(fā)送分組路由器主機(jī)在路由器 E 暫存查找路由表找到轉(zhuǎn)發(fā)的端口最后到達(dá)目的主機(jī) H5在路由器 C 暫存查找路由表找到

12、轉(zhuǎn)發(fā)的端口在路由器 A 暫存查找路由表找到轉(zhuǎn)發(fā)的端口主機(jī)和路由器的作用不同主機(jī)是為用戶進(jìn)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。路由器查找路由表對分組進(jìn)行存儲轉(zhuǎn)發(fā)，最后把分組交付目的主機(jī)。1.3 計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的體系結(jié)構(gòu)網(wǎng)絡(luò)協(xié)議(network protocol)，簡稱為協(xié)議，是為進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)中的數(shù)據(jù)交換而建立的規(guī)則、標(biāo)準(zhǔn)或約定。TCP/IP 常被稱為事實(shí)上的國際標(biāo)準(zhǔn)。1983 年 TCP/IP 協(xié)議成為 ARPANET 上的標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議。1983 年作為因特網(wǎng)的誕生時(shí)間。沙漏計(jì)時(shí)器形狀的TCP/IP協(xié)議族 HTTPSMTPDNSRTPTCPUDPIP網(wǎng)際層網(wǎng)絡(luò)接口層運(yùn)輸層應(yīng)用層網(wǎng)絡(luò)接口 1網(wǎng)絡(luò)接

13、口 2網(wǎng)絡(luò)接口 3Everything over IP IP 可為各式各樣的應(yīng)用程序提供服務(wù)IP over Everything IP 可應(yīng)用到各式各樣的網(wǎng)絡(luò)上1.3.1客戶進(jìn)程和服務(wù)器進(jìn)程使用 TCP/IP 協(xié)議進(jìn)行通信數(shù)據(jù)鏈路層物理層運(yùn)輸層網(wǎng)絡(luò)層數(shù)據(jù)鏈路層物理層運(yùn)輸層網(wǎng)絡(luò)層 客戶發(fā)起連接建立請求 服務(wù)器接受連接建立請求應(yīng)用層應(yīng)用層因特網(wǎng)客戶服務(wù)器以后就逐級使用下層提供的服務(wù)(使用 TCP 和 IP）主機(jī) 1 向主機(jī) 2 發(fā)送數(shù)據(jù) 5432154321主機(jī) 1AP2AP1主機(jī) 2應(yīng) 用 程 序 數(shù) 據(jù)應(yīng)用層首部H510100110100101 比 特 流 110101110101注意觀察加入

14、或剝?nèi)ナ撞浚ㄎ膊浚┑膶哟螒?yīng) 用 程 序 數(shù) 據(jù)H5應(yīng) 用 程 序 數(shù) 據(jù)H4H5應(yīng) 用 程 序 數(shù) 據(jù)H3H4H5應(yīng) 用 程 序 數(shù) 據(jù)H4運(yùn)輸層首部H3網(wǎng)絡(luò)層首部H2鏈路層首部T2鏈路層尾部TCP/IP的體系結(jié)構(gòu)應(yīng)用層運(yùn)輸層網(wǎng)際層網(wǎng)絡(luò)接口層主機(jī)A主機(jī)B路由器網(wǎng)絡(luò) 2網(wǎng)絡(luò) 1應(yīng)用層運(yùn)輸層網(wǎng)際層網(wǎng)絡(luò)接口層網(wǎng)際層網(wǎng)絡(luò)接口層4321路由器在轉(zhuǎn)發(fā)分組時(shí)最高只用到網(wǎng)絡(luò)層而沒有使用運(yùn)輸層和應(yīng)用層。 5432154321主機(jī)H1 主機(jī) H2 R1 R4 R5 R2 R3 R1 R2 R3H1 R5 H2 R4間接交付間接交付間接交付間接交付間接交付直接交付32 21 132 21 132 21 132 21

15、 132 21 1分組在互聯(lián)網(wǎng)中的傳送 1.3.2 IP 協(xié)議因特網(wǎng)的 IP 協(xié)議最重要，它為分組在互連網(wǎng)中的發(fā)送、傳輸和接收制定了詳盡的規(guī)則。IP 是 Internet Protocol 的縮寫，中文標(biāo)準(zhǔn)譯名是“網(wǎng)際協(xié)議”。使用 IP 協(xié)議的互連網(wǎng)絡(luò)常稱為：IP 網(wǎng)絡(luò)，或 IP 網(wǎng)。在 IP 網(wǎng)絡(luò)傳送的分組常稱為：IP 分組，或 IP 數(shù)據(jù)報(bào) (IP datagram)。構(gòu)造路由表在因特網(wǎng)中，路由器之間不斷地互相通告路由信息。路由器根據(jù)所掌握的路由信息構(gòu)造出自己的路由表。當(dāng)網(wǎng)絡(luò)狀況發(fā)生變化時(shí)，路由器中的路由表能夠自動進(jìn)行更新，從而保證了正確地轉(zhuǎn)發(fā)分組。路由器之間不斷交換路由信息（這里沒有畫出

16、路由器之間的網(wǎng)絡(luò)以及連接在網(wǎng)絡(luò)上的計(jì)算機(jī)）因特網(wǎng)的路由器之間不斷交換路由信息的復(fù)雜過程對用戶是透明的（用戶看不見）IP 網(wǎng)絡(luò)的生存性很強(qiáng)當(dāng) IP 網(wǎng)絡(luò)中的某些路由器或鏈路被破壞時(shí)，路由器可以自動調(diào)整路由，使得網(wǎng)絡(luò)一直保持連通。這種路由的動態(tài)調(diào)整過程對用戶是透明的（即用戶感覺不到）。IP 網(wǎng)絡(luò)當(dāng)部分結(jié)點(diǎn)或鏈路被摧毀時(shí)分組交換仍可保持網(wǎng)絡(luò)暢通路由器IP 網(wǎng)絡(luò)的重要特點(diǎn)每一個(gè)分組獨(dú)立選擇路由。發(fā)往同一個(gè)目的地的分組，后發(fā)送的有可能先收到（即可能不按順序接收）。當(dāng)網(wǎng)絡(luò)中的通信量過大時(shí)，路由器就來不及處理分組，于是要丟棄一些分組。因此， IP 網(wǎng)絡(luò)不保證分組的可靠地交付。IP 網(wǎng)絡(luò)提供的服務(wù)被稱為： 盡

17、最大努力服務(wù)(best effort service)因特網(wǎng)的設(shè)計(jì)思路通信必須是可靠的。但應(yīng)當(dāng)由誰負(fù)責(zé)可靠交付？因特網(wǎng)和傳統(tǒng)電信網(wǎng)的思路不同。嚴(yán)格地講，計(jì)算機(jī)通信是在計(jì)算機(jī)上運(yùn)行的程序之間的通信。所以實(shí)現(xiàn)可靠通信最終應(yīng)當(dāng)是讓計(jì)算機(jī)程序之間的通信可靠。因特網(wǎng)認(rèn)為，IP 協(xié)議沒有必要提供可靠服務(wù)（這樣做可以使網(wǎng)絡(luò)簡單、靈活性好、價(jià)格便宜）。在計(jì)算機(jī)中增加 TCP 協(xié)議就可以實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)程序之間的可靠通信。1.3.3 TCP 協(xié)議的用途TCP 是 Transmission Control Protocol 的縮寫，中文譯名是傳輸控制協(xié)議。TCP 協(xié)議駐留在用戶計(jì)算機(jī)中，它的作用是保證應(yīng)用程序之間端到端的可靠通信。核心協(xié)議 TCP/IP因特網(wǎng)使用的協(xié)議很多，但其中最為重要的協(xié)議就是 IP 和 TCP。分組在因特網(wǎng)中傳送要使用 IP 協(xié)議。計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)傳輸