计算机网络课件

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1、计算机网络计算机学院课程简介 教材教材,谢希仁 编著,电子工 业出版社 ,2007 年 学时学时6464学时（理论教学学时（理论教学52+52+实验实验1212) ) 学分学分4 4 考核方式考核方式本章主要讲述内容 计算机网络在信息时代中的作用 因特网概述 因特网的组成 计算机网络在我国的发展 计算机网络的类别 计算机网络的性能 计算机网络的体系结构1.1 计算机网络 在信息时代的作用n21 世纪的一些重要特征就是数字化、 网络化和信息化，它是一个以网络为核 心的信息时代。n网络现已成为信息社会的命脉和发展知 识经济的重要基础。n网络是指“三网”，即电信网络、有线电 视网络和计算机网络。n发

2、展最快的并起到核心作用的是计算机 网络。 因特网(Internet)的发展n进入 20 世纪 90 年代以后，以因特网 为代表的计算机网络得到了飞速的发展 。n已从最初的教育科研网络逐步发展成为 商业网络。n已成为仅次于全球电话网的世界第二大 网络。 因特网的意义n因特网是自印刷术以来人类通信方面最 大的变革。n现在人们的生活、工作、学习和交往都 已离不开因特网。 计算机网络向用户提供的 最重要的功能 n连通性计算机网络使上网用户之间 都可以交换信息，好像这些用户的计算 机都可以彼此直接连通一样。 n共享即资源共享。可以是信息共享 、软件共享，也可以是硬件共享。 1.2 因特网概述1.2.1

3、网络的网络n起源于美国的因特网现已发展成为世界 上最大的国际性计算机互联网 n网络(network)由若干结点(node)和连接 这些结点的链路(link)组成。 n互联网是“网络的网络”(network of networks)。 n连接在因特网上的计算机都称为主机 (host)。 请注意名词“结点”n“结点”的英文名词是 node。n虽然 node 有时也可译为“节点”，但这 是指像天线上的驻波的节点，这种节点 很像竹竿上的“节”。n在网络中的 node 的标准译名是“结点” 而不是“节点”。n但数据结构的树(tree)中的 node 应当译 为“节点”。网络与因特网n网络把许多计算机连接

4、在一起。n因特网则把许多网络连接在一起。 主机因特网1.2.2 因特网发展的三个阶 段n第一阶段是从单个网络 ARPANET 向 互联网发展的过程。 n1983 年 TCP/IP 协议成为 ARPANET 上的标准协议。n人们把 1983 年作为因特网的诞生时间 。 Internet 和 Internet 的区别n以小写字母 i 开始的 internet（互联网 或互连网）是一个通用名词，它泛指由 多个计算机网络互连而成的网络。 n以大写字母I开始的的 Internet（因特 网）则是一个专用名词，它指当前全球 最大的、开放的、由众多网络相互连接 而成的特定计算机网络，它采用 TCP/IP 协

5、议族作为通信的规则，且其 前身是美国的 ARPANET。三级结构的因特网 n第二阶段的特点是建成了三级结构的因 特网。 n三级计算机网络，分为主干网、地区网 和校园网（或企业网）。 多层次 ISP 结构的因特 网 n第三阶段的特点是逐渐形成了多层次 ISP 结构的因特网。n出现了因特网服务提供者 ISP (Internet Service Provider)。 万维网 WWW 的问世n因特网已经成为世界上规模最大和增长 速率最快的计算机网络，没有人能够准 确说出因特网究竟有多大。n因特网的迅猛发展始于 20 世纪 90 年 代。由欧洲原子核研究组织 CERN 开 发的万维网 WWW (Worl

6、d Wide Web) 被广泛使用在因特网上，大大方便了广 大非网络专业人员对网络的使用，成为 因特网的这种指数级增长的主要驱动力 。 因特网的发展情况概况网络数 主机数 用户数 管理机构数 1980 10 102 102 100 1990 103 105 106 101 2000 105 107 108 102 2005 106 108 109 1031.2.3 关于因特网的标准化 工作因特网协会 ISOC因特网研究指导小组 IRSG 因特网研究部 IRTF 因特网工程部 IETF 因特网工程指导小组 IESG RGWGRG领域领域因特网体系结构 研究委员会 IAB WGWGWG制订因特网的

7、正式标准要经 过以下的四个阶段 n因特网草案(Internet Draft) 在这个 阶段还不是 RFC 文档。n建议标准(Proposed Standard) 从 这个阶段开始就成为 RFC 文档。n草案标准(Draft Standard)n因特网标准(Internet Standard) 1.3 因特网的组成 从因特网的工作方式上看，可以划分为以 下的两大块： (1) 边缘部分 由所有连接在因特网上的 主机组成。这部分是用户直接使用的， 用来进行通信（传送数据、音频或视频 ）和资源共享。 (2) 核心部分 由大量网络和连接这些网 络的路由器组成。这部分是为边缘部分 提供服务的（提供连通性和

8、交换）。1.3.1 因特网的边缘部 分n处在因特网边缘的部分就是连接在因特 网上的所有的主机。这些主机又称为端 系统(end system)。n “主机 A 和主机 B 进行通信”，实际上 是指：“运行在主机 A 上的某个程序和 运行在主机 B 上的另一个程序进行通 信”。n即“主机 A 的某个进程和主机 B 上的另 一个进程进行通信”。或简称为“计算机 之间通信” 两种通信方式在网络边缘的端系统中运行的程序之间的 通信方式通常可划分为两大类：n客户服务器方式（C/S 方式）即Client/Server方式 n对等方式（P2P 方式）即 Peer-to-Peer方式 1. 客户服务器方式n客户

9、(client)和服务器(server)都是指通 信中所涉及的两个应用进程。n客户服务器方式所描述的是进程之间服 务和被服务的关系。n客户是服务的请求方，服务器是服务的 提供方。客户软件的特点 n被用户调用后运行，在打算通信时主动 向远地服务器发起通信（请求服务）。 因此，客户程序必须知道服务器程序的 地址。n不需要特殊的硬件和很复杂的操作系统 。 服务器软件的特点 n一种专门用来提供某种服务的程序，可 同时处理多个远地或本地客户的请求。n系统启动后即自动调用并一直不断地运 行着，被动地等待并接受来自各地的客 户的通信请求。因此，服务器程序不需 要知道客户程序的地址。n一般需要强大的硬件和高级

10、的操作系统 支持。2. 对等连接方式 n对等连接(peer-to-peer，简写为 P2P) 是指两个主机在通信时并不区分哪一个 是服务请求方还是服务提供方。n只要两个主机都运行了对等连接软件（ P2P 软件），它们就可以进行平等的、 对等连接通信。n双方都可以下载对方已经存储在硬盘中 的共享文档。 对等连接方式的特点n对等连接方式从本质上看仍然是使用客 户服务器方式，只是对等连接中的每一 个主机既是客户又同时是服务器。n例如主机 C 请求 D 的服务时，C 是客 户，D 是服务器。但如果 C 又同时向 F 提供服务，那么 C 又同时起着服务器 的作用。网络边缘网络核心运行 P2P 程序运行

11、P2P 程序DCEF运行 P2P 程序运行 P2P 程序1.3.2 因特网的核心部分n网络核心部分是因特网中最复杂的部分 。n网络中的核心部分要向网络边缘中的大 量主机提供连通性，使边缘部分中的任 何一个主机都能够向其他主机通信（即 传送或接收各种形式的数据）。n在网络核心部分起特殊作用的是路由器 (router)。n路由器是实现分组交换(packet switching)的关键构件，其任务是转发收 到的分组，这是网络核心部分最重要的 功能。 路由器的重要任务n路由器是实现分组交换(packet switching)的关键构件，其任务是转发 收到的分组，这是网络核心部分最重要 的功能。 1.

12、电路交换的主要特点n两部电话机只需要用一对电线就能够互 相连接起来。 更多的电话机互相连通n5 部电话机两两相连，需 10 对电线。nN 部电话机两两相连，需 N(N 1)/2 对电线。n当电话机的数量很大时，这种连接方法需要的电 线对的数量与电话机数的平方成正比。 使用交换机n当电话机的数量增多时，就要使用交换 机来完成全网的交换任务。 交换机“交换”的含义n在这里，“交换”(switching)的含义就是 转接把一条电话线转接到另一条电 话线，使它们连通起来。n从通信资源的分配角度来看，“交换”就 是按照某种方式动态地分配传输线路的 资源。 电路交换的特点n电路交换必定是面向连接的。 n电

13、路交换的三个阶段：n建立连接n通信n释放连接电路交换传送计算机数据效 率低n计算机数据具有突发性。n这导致通信线路的利用率很低。报文2. 分组交换的主要特点 n在发送端，先把较长的报文划分成较短 的、固定长度的数据段。 1101000110101010110101011100010011010010假定这个报文较长 不便于传输数 据数 据数 据报文添加首部构成分组n每一个数据段前面添加上首部构成分组 。首部首部首部分组 1分组 2分组 3请注意：现在左边是“前面”分组交换的传输单元n分组交换网以“分组”作为数据传输单元 。n依次把各分组发送到接收端（假定接收 端在左边）。数 据首部分组 1数

14、据首部分组 2数 据首部分组 3分组首部的重要性n每一个分组的首部都含有地址等控制信 息。n分组交换网中的结点交换机根据收到的 分组的首部中的地址信息，把分组转发 到下一个结点交换机。n用这样的存储转发方式，最后分组就能 到达最终目的地。收到分组后剥去首部n接收端收到分组后剥去首部还原成报文 。数 据首部分组 1数 据首部分组 2数 据首部分组 3收到的数据数 据数 据数 据最后还原成原来的报文n最后，在接收端把收到的数据恢复成为 原来的报文。n这里我们假定分组在传输过程中没有出 现差错，在转发时也没有被丢弃。报文1101000110101010110101011100010011010010

15、因特网的核心部分n因特网的核心部分是由许多网络和把它们互 连起来的路由器组成，而主机处在因特网的 边缘部分。n在因特网核心部分的路由器之间一般都用高 速链路相连接，而在网络边缘的主机接入到 核心部分则通常以相对较低速率的链路相连 接。n主机的用途是为用户进行信息处理的，并且 可以和其他主机通过网络交换信息。路由器 的用途则是用来转发分组的，即进行分组交 换的。 H1H5H2H4H3H6发送的 分组路由器AEDBC网络核心部分主机路由器n在路由器中的输入和输出端口之间没有 直接连线。n路由器处理分组的过程是：n把收到的分组先放入缓存（暂时存储）；n查找转发表，找出到某个目的地址应从哪 个接口转发；n把分组送到适当的接口转发出去,把分组交 给下一个路由器 主机和路由器的作用不同n主机是为用户进行信息处理的，并向网 络发送分组，从网络接收分组。n路由器对分组进行存储转发，最后把分 组交付目的主机。分组交换的优点n高效 动态分配传输带宽，对通信链路 是逐段占用。 n灵活 以分组为传送单位和查找路由。n迅速 不必先建立连接就能向其他主机 发送分组。n可靠 保证可靠性的网络协议；分布式 的路由选择协议使网