第一章计算机网络概述上课

《第一章计算机网络概述上课》由会员分享，可在线阅读，更多相关《第一章计算机网络概述上课（129页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。

1、计算机网络（第 5 版）课件电子工业出版社 2007 年 谢希仁 编著（使用（使用 OfficeXP或或 Office 2003 演示动画）演示动画）第 1 章 概述1.1 计算机网络在信息时代中的作用1.2 因特网概述 1.2.1 网络的网络 1.2.2 因特网发展的三个阶段 1.2.3 因特网的标准化工作 1.2.4 计算机网络在我国的发展1.3 因特网的组成 1.3.1 因特网的边缘部分 1.3.2 因特网的核心部分第 1 章 概述（续）1.4 计算机网络在我国的发展1.5 计算机网络的类别 1.5.1 计算机网络的定义 1.5.2 几种不同类别的网络1.6 计算机网络的性能1.6.1

2、计算机网络的性能指标1.6.2 计算机网络的非性能特征第 1 章 概述（续）1.7 计算机网络的体系结构1.7.1 计算机网络体系结构的形成1.7.2 协议与划分层次1.7.3 具有五层协议的体系结构1.7.4 实体、协议、服务和服务访问点1.7.5 TCP/IP 的体系结构1.1 计算机网络在信息时代的作用1、地位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发展最快的并起到核心作用的是计算机网络。 1.1 计算机网络在信息时代的作用2、计

3、算机网络的功能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 网络的网络1.网络的定义及网络的网络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)。 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

4、“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”。(a)(b)网络互联网（网络的网络）结点链路主机因特网1.2 因特网概述2、计算机网络、互联网、因特网 互连网是指将两个或两个以上的网络连接而成的更大的网络。 因特网是全球性的、最具有影响力的世界上最大的互连网。 计算机网络是指将地理位置不同的具有独立功能的多台计算机及其外部设备，通过通信线路连接起来，在网络操作系统，网络管理软件及网络通信协议的管理和协调下，实现资源共享和信息传递的计算机系统。 1.2 因特网概述3、Internet 和 internet 的区别n

5、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 协议族作为通信的规则，且其前身是美国的 ARPANET。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。 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。1983 年 TCP/IP 协议成为 ARPANET 上的标准协议。人们把 1983 年作为因特网的诞生时间。n第二阶段的特点是建成了三级结构的因特网。三级计算机网络，分为主干网、

6、地区网和校园网（或企业网）。n第三阶段的特点是逐渐形成了多层次 ISP 结构的因特网。出现了因特网服务提供者 ISP (Internet Service Provider)。 用户因特网ISP1ISP2因特网服务提供者用户通过 ISP 上网根据提供服务的覆盖面积大小以及所拥有的IP 地址数目的不同，ISP 也分成为不同的层次。 一级 ISP一级 ISP第一层 ISP大公司本地 ISP大公司大公司公司本地 ISP本地 ISP校园网校园网校园网校园网第二层 ISP第二层 ISPNAPNAPAB主机A 本地 ISP 第二层 ISP NAP 第一层 ISP NAP 第二层 ISP 本地 ISP 主机B

7、第一层 ISP第二层 ISP本地 ISP本地 ISP本地 ISP本地 ISP第一层 ISP第一层第二层第三层本地 ISP第二层 ISP本地 ISP本地 ISP本地 ISP本地 ISP第二层 ISP本地 ISP本地 ISP第二层 ISP万维网 WWW 的问世的问世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 (World 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

8、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 1001990 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制定因特网的标准的组织制定因特网的标准的组织制订因特网的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

9、。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) RFC的介绍n所有的因特网标准都是以RFC的形式在因特网上发表的。nRFC是request for comment的缩写，是由IETF管理，所有关于Internet的正式标准都以文档出版，但不是所有的RFC都是正式的标准，很多RFC的目的只是为了提供信息。RFC每篇都用一个字来标识，如RFC2401 ，数字越大说明RFC 的内容越新。RFC是免费公开的，任何人都可以写RFC并提交IETF，一旦正式通过就可以正式发布

10、，一旦发布RFC内容将不能再作任何修改，以后的修改只能通过新的RFC来处理，因此可以看到有很多新的RFC文档obsolete（废除）或update（更新）老的RFC。要真正了解一个协议的内容，就需要看相关的RFC。各种RFC之间的关系 因特网草案建议标准草案标准因特网标准历史的 RFC实验的 RFC提供信息的 RFC6 种 RFC1.3 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

11、供服务的（提供连通性和交换）。因特网的核心部分因特网的边缘部分主机网络路由器因特网的边缘部分与核心部分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”。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” 1.3.1 因特网的边缘部分互联网应用的两种通信方式：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

12、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(client)和服务器(server)都是指通信中所涉及的两个应用进程，能力强、资源丰富的计算机充当服务器机（服务器端），能力弱或需要某种资源的计算机作为客户机（客户端）。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，客户使用服务器的服务，服务器向客户提供网络服务。客户是服务的请求方，服务器是服务的提供方。n在客户/服务器模式中，客户与服务器在网络服务中的地位不平等，服务器在网络服务中处于中心地位。 运行客户程序网络边缘网络核心运行服务器程序AB 请求服务 得到服务

13、客户服务器客户 A 向服务器 B 发出请求服务，而服务器 B 向客户 A 提供服务。客户程序和服务器程序的特点 1、客户程序的特点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。 2、服务器程序的特点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的操作系统支持。2. 对等连接方式 n对等连接(peer-to-peer，简写

14、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。 P2P网络中的每台计算机既可以作为网络服务的使用者，也可以向其他提出服务请求的客户提供资源和服务。n在P2P网络环境中，成千上万台计算机之间处于一种对等的地位，整个网络通常不依赖于专用的集中式服务器。 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。 网络边缘网络核心运行P2P 程序运行P2P 程序DCEF运行P2P 程序运行P2P 程序对等连接工作方式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

15、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。3、两种通信方式的比较思考：试讨论两者的区别在哪？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。（因为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在网络核心部分起特殊作用的是路由(router)。H1H5

16、H2H4H3H6路由器网络网络核心部分主机路由器的重要任务n路由器 是一种专用的计算机。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。 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。 n从交换技术的发展历史看，数据交换经历了电路交换、报文交换、分组交换和综合业务数字交换的发展过程。 1. 电路交换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

17、)/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。 电路交换的三个阶段n电路交换的三个阶段：n建立连接（通过拨号）n通信（摘机）n释放连接（挂机）电路交换举例nA 和 B 通话经过四个交换机n通话在 A 到 B 的连接上进行nC 和 D 通话只经过一个本地交换机n通话在 C 到 D

18、 的连接上进行交换机交换机交换机交换机用户线用户线中继线中继线BDCA电路交换的优缺点及其特点1)优点：数据传输可靠、迅速，数据不会丢失且保持原来的序列。2)缺点：在某些情况下，电路空闲时的信道容易被浪费：在短时间数据传输时电路建立和拆除所用的时间得不偿失。因此，它适用于系统间要求高质量的大量数据传输的情况。3)特点：在数据传送开始之前必须先设置一条专用的通路。在线路释放之前，该通路由一对用户完全占用。对于猝发式的通信，电路交换效率不高。 问题的提出n计算机数据具有突发性。当端点间交换的数据具有随机性和突发性时，采用电路交换方法的缺点是信道容量和有效时间的浪费。传送数据的时间很少，导致通信线路

19、在大部分时间上都是空闲的。n采用报文交换和分组交换则不存在这种问题 。2. 报文交换n报文交换方式的数据传输单位是报文，报文就是站点一次性要发送的数据块，其长度不限且可变。当一个站要发送报文时，它将一个目的地址附加到报文上，网络节点根据报文上的目的地址信息，把报文发送到下一个节点，一直逐个节点地转送到目的节点。n一个报文在每个节点的延迟时间，等于接收报文所需的时间加上向下一个节点转发所需的排队延迟时间之和。 报文交换的优缺点及其特点1)优点：在电路交换网络上，当通信量变得很大很大时，就不能接受新的呼叫。而在报文交换网络上，通信量大时仍然可以接收报文，不过传送延迟会增加。报文交换系统可以把一个报

20、文发送到多个目的地，而电路交换网络很难做到这一点。 2) 缺点：不能满足实时或交互式的通信要求，报文经过网络的延迟时间长且不定。 有时节点收到过多的数据而无空间存储或不能及时转发时，就不得不丢弃报文，而且发出的报文不按顺序到达目的地。3) 特点：每个节点在收到整个报文并检查无误后，就暂存这个报文，然后利用路由信息找出下一个节点的地址，再把整个报文传送给下一个节点。因此，端与端之间无需先通过呼叫建立连接。3. 分组交换n分组交换也称包交换，它是报文交换的一种改进，它是将用户传送的数据划分成一定的长度，每个部分叫做一个分组。在每个分组的前面加上一个分组头，用以指明该分组发往何地址，然后由交换机根据

21、每个分组的地址标志，将他们转发至目的地，这一过程称为分组交换。n分组交换实质上是在“存储转发”基础上发展起来的。它兼有电路交换和报文交换的优点。分组交换在线路上采用动态复用技术传送按一定长度分割为许多小段的数据分组。每个分组标识后，在一条物理线路上采用动态复用的技术，同时传送多个数据分组。 存储转发的过程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端口转发；n把分组送到适当的端口转发出去。 报文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。 1101000110101010110101011100010

22、011010010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。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 据首部分组 2数 据首部分组 3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

23、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分组交换网的示意图H1A互联网BDECH5H6H4H2H3H1 向 H5 发送分组H2 向 H6 发送分组注意分组路径的变化！路由器主机注意分组的存储转发过程H1A互联网BDECH5H6H4H2H3H1 向 H5 发送分组路由器主机在路由器 E 暂存查找转发表找到转发的端口最后到达目的主机 H5在路由器

24、 C 暂存查找转发表找到转发的端口在路由器 A 暂存查找转发表找到转发的端口分组交换的优点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络有很好的生存性。 分组交换带来的问题n分组在各结点存储转发时需要排队，这就会造成一定的时延。 n分组必须携带的首部（里面有必不可少的控制信息）也造成了一定的开销。 4、三种交换的比较 P1P2P3P4P1P2P3P4P3P4报文报文报文A B C D A B C DA B C D报文交换电路交换分组交换t连接建立数据传送

25、报文P2P1连接释放数据传送的特点比特流直达终点报文报文报文分组 分组 分组存储转发存储转发存储转发存储转发按网络覆盖的地理范围分类按网络覆盖的地理范围分类采用局域网，传采用局域网，传输速率较高，误输速率较高，误码率较低。组网码率较低。组网方便，技术简单。方便，技术简单。传输距离远，传输传输距离远，传输速率较低，误码率速率较低，误码率较高。机制复杂。较高。机制复杂。局域网局域网 指十几公里的指十几公里的地理范围内将计算机、地理范围内将计算机、外设和通信设备互连在外设和通信设备互连在一起的网络系统。一起的网络系统。广域网广域网 涉及的范围涉及的范围较大，通常可以达较大，通常可以达到几十公里、几百

26、到几十公里、几百公里，甚至更远。公里，甚至更远。城域网城域网计算机网计算机网络的类型络的类型LAN和WAN的比较LAN与与WAN的比较的比较计算机网计算机网络的类型络的类型按网络拓扑结构分类按网络拓扑结构分类中心中心处理机处理机总线型总线型树型树型星型星型环型环型计算机网计算机网络的类型络的类型按网络拓扑结构分类按网络拓扑结构分类网状结构网状结构 终端终端终端终端终端终端终端终端终端终端终端终端终端终端终端终端终端终端节点节点节点节点节点节点节点节点计算机网计算机网络的类型络的类型1.1.速率速率 （1 1）速率的定义）速率的定义 速率即数据率或比特率是计算机网络中最重要的一个性能指标。是连接

27、在计算机网络上的主机在数字信道上传送数据的速率。 （2 2）速率的单位）速率的单位 速率的单位有 b/s，kb/s, Mb/s, Gb/s 等如果在信道上传送1比特信号所需要的时间是0.001s，那么信道的数据传输速率为 多少？计算机网计算机网络的性能络的性能网络性能指标（速率）网络性能指标（速率） （3 3）单位之间的换算）单位之间的换算 1Gb/s=1000 Mb/s 1Mb/s=1000Kb/s 1Kb/s=1000b/s（4 4）100M100M以太网以太网 指的是速率100Mb/s的以太网， 100Mb/s速率是指额定速率。如果信道的数据传输速率为1Gbps，那么每1秒钟通过该信道传

28、输的比特数最高可以达到多少? 网络性能指标（速率）网络性能指标（速率）计算机网计算机网络的性能络的性能 2. 2. 带宽带宽 （1）带宽的两种含义）带宽的两种含义n“带宽”(bandwidth)本来是指信号具有的频带宽度，单位是赫（或千赫、兆赫、吉赫等）。n现在“带宽”是数字信道所能传送的“最高数据率”的同义语，单位是“比特每秒”，或 b/s (bit/s)。（在计算机网络中） （2）宽带的理解）宽带的理解n宽带是指大于56K的网络连接,接入网的方式,如:LAN接入,ADSL 接入。n宽带是相对的概念，没有绝对的标准定义。一般是以目前拨号上网速率的上限 56Kbps为分界，将 56Kbps及其

29、以下的接入称为“窄带”，之上的接入方式则归类于“宽带”。 n宽带线路：可通过较高数据率的线路。网络性能指标（带宽）网络性能指标（带宽）计算机网计算机网络的性能络的性能ABAB宽带线路窄带线路在宽带线路上比特传播得快 在窄带线路上比特传播得慢 错误的概念A AB BA AB B宽带线路窄带线路宽带线路：每秒有更多比特从计算机 注入到线路。宽带线路和窄带线路上比特的传播速率是一样的。正确的概念比喻：汽车运货宽带线路窄带线路宽带和窄带线路：车速一样宽带线路：车距缩短另一种错误概念“宽带”相当于“多车道”多车道公路是并行传输100101110100100111010001011010通信线路上通常都是

30、串行传输数字信号流随时间的变化n在时间轴上信号的宽度随带宽的增大而变窄。 每秒 106 个比特时间1 0 1 0 1 11 s带宽为1 Mb/s 时间每秒 4 106 个比特0.25 s带宽为4 Mb/s 3. 3. 吞吐量吞吐量（1）吞吐量的定义 吞吐量(throughput)表示在单位时间内通过某个网络（或信道、接口）的数据量。（2）吞吐量的单位 单位跟数据率的单位一样，它的大小小于等于额定速率。计算机网计算机网络的性能络的性能性能指标（吞吐量）性能指标（吞吐量）4. 时延时延（1）发送时延）发送时延n传输时延（发送时延 ）发送数据时，数据块从结点进入到传输媒体所需要的时间。发送时延 =

31、数据块长度（比特）发送速率（比特/秒）计算机网计算机网络的性能络的性能网络性能指标（时延）网络性能指标（时延） （2）传播时延）传播时延n传播时延 电磁波在信道中需要传播一定的距离而花费的时间。 传播时延 = 信道长度（米）信号在信道上的传播速率（米/秒）计算机网计算机网络的性能络的性能网络性能指标（时延）网络性能指标（时延）（3）处理时延）处理时延 交换结点为存储转发而进行一些必要的处理所花费的时间。 （4）排队时延）排队时延 结点缓存队列中分组排队所经历的时延。 排队时延的长短往往取决于网络中当时的通信量。计算机网计算机网络的性能络的性能网络性能指标（时延）网络性能指标（时延）（5）总时延

32、）总时延n数据经历的总时延就是发送时延、传播时延、处理时延和排队时延之和： 总时延 = 发送时延+传播时延+处理时延+处理时延计算机网计算机网络的性能络的性能网络性能指标（时延）网络性能指标（时延）四种时延所产生的地方 1 0 1 1 0 0 1发送器队列在链路上产生传播时延结点 B结点 A在发送器产生传输时延(即发送时延)在结点 A 中产生处理时延和排队时延数据从结点 A 向结点 B 发送数据链路课件制作人：谢希仁容易产生的错误概念 n对于高速网络链路，我们提高的仅仅是数据的发送速率而不是比特在链路上的传播速率。 n提高链路带宽减小了数据的发送时延。 n链路的时延带宽积又称为以比特为单位的链

33、路长度。 （传播）时延链路带宽时延带宽积 = 传播时延 带宽时延带宽积计算机网计算机网络的性能络的性能网络性能指标（时延带宽积）网络性能指标（时延带宽积）n信道利用率指出某信道有百分之几的时间是被利用的（有数据通过）。完全空闲的信道的利用率是零。n网络利用率则是全网络的信道利用率的加权平均值。n结论：信道利用率并非越高越好。 计算机网计算机网络的性能络的性能网络性能指标（利用率）网络性能指标（利用率）时延 D利用率 U10D0时延急剧增大时延与网络利用率的关系n若令 D0 表示网络空闲时的时延，D 表示网络当前的时延，则在适当的假定条件下，可以用下面的简单公式表示 D 和 D0之间的关系： 其

34、中：U 是网络的利用率，数值在 0 到 1 之间。 1.6.2 计算机网络的非性能特征 n费用n质量n标准化n可靠性n可扩展性和可升级性 n易于管理和维护 本节主要内容本节主要内容 网络体系结构的基本概念网络体系结构的基本概念 OSI开放系统互连参考模型开放系统互连参考模型 TCP/IP的体系结构的体系结构 五层协议的体系结构五层协议的体系结构1.7 1.7 计算机网络的体系结构计算机网络的体系结构1.7.1 网络体系结构的基本概念网络体系结构的基本概念 u协议（协议（protocol）:是通信双方为了实现通信所进行的是通信双方为了实现通信所进行的 约定或所作的对话规则、标准。约定或所作的对话

35、规则、标准。u网络协议的组成网络协议的组成 语义：做什么（语义：做什么（what to do） 语法：怎么做（语法：怎么做（how to do） 定时关系：何时做（定时关系：何时做（when to do）1、网络协议的概念、网络协议的概念1.7.1 网络体系结构的基本概念网络体系结构的基本概念 u实体 (entity) :指能发送和接收信息的任何东西。它可以是用户应用程序、数据库管理系统、电子邮件设备和终端等。u服务(server) : 在形式上是用一组原语(操作)来描述的，它是指某一层向上一层提供的一组原语。服务原语可以划分为如下表所示的4类。 2、几个重要的概念几个重要的概念服务原语原语意

36、义请求用户实体要求服务做某项工作指示用户实体被告知某事件发生 响应用户实体表示对某事件的响应确认用户实体收到关于它的请求的答复服务与协议的比较n协议是“水平的”，即协议是控制对等实体之间通信的规则。n服务是“垂直的”，即服务是由下层向上层通过层间接口提供的。n本层的服务用户只能看见服务而无法看见下面的协议。n在协议的控制下，两个对等实体间的通信使得本层能够向上一层提供服务。n要实现本层协议，还需要使用下层所提供的服务。 实体、协议、服务和服务访问点（续） 协议(n + 1)SAPSAP交换原语交换原语实体(n + 1)服务提供者第 n 层第 n + 1 层实体(n + 1)服务用户实体(n)实

37、体(n)协议(n)服务访问点(Service Access Point) ：它是在同一系统中相邻两层的实体进行交换信息的地方。体系结构(Architecture)：计算机网络协议就是按照层次结构模型来组织的。我们将网络层次结构模型与各层协议的集合定义为计算机网络体系结构。总之：体系结构是抽象的，而实现则是具体的，是真正在运行的计算机硬件和软件。 2、几个重要的概念（续）、几个重要的概念（续）协议很复杂 n协议必须把所有不利的条件事先都估计到，而不能假定一切都是正常的和非常理想的。 n看一个计算机网络协议是否正确，不能光看在正常情况下是否正确，而且还必须非常仔细地检查这个协议能否应付各种异常情况

38、。 著名的协议举例【例1-1】 n n占据东、西两个山顶的蓝军占据东、西两个山顶的蓝军1 1和蓝军和蓝军2 2与驻扎在山与驻扎在山谷的白军作战。其力量对比是：单独的蓝军谷的白军作战。其力量对比是：单独的蓝军1 1或蓝或蓝军军2 2打不过白军，但蓝军打不过白军，但蓝军1 1和蓝军和蓝军2 2协同作战则可战协同作战则可战胜白军。现蓝军胜白军。现蓝军1 1拟于次日正午向白军发起攻击。拟于次日正午向白军发起攻击。于是用计算机发送电文给蓝军于是用计算机发送电文给蓝军2 2。但通信线路很不。但通信线路很不好，电文出错或丢失的可能性较大（没有电话可好，电文出错或丢失的可能性较大（没有电话可使用）。因此要求收

39、到电文的友军必须送回一个使用）。因此要求收到电文的友军必须送回一个确认电文。但此确认电文也可能出错或丢失。试确认电文。但此确认电文也可能出错或丢失。试问能否设计出一种协议使得蓝军问能否设计出一种协议使得蓝军1 1和蓝军和蓝军2 2能够实能够实现协同作战因而一定（即现协同作战因而一定（即100 %100 %而不是而不是99.999%99.999%）取得胜利？）取得胜利？ 明日正午进攻，如何？明日正午进攻，如何？同意收到收到“ “同意同意” ”收到：收到“同意”这样的协议无法实现！结论n n这样无限循环下去，两边的蓝军都始终无法确定自己最后发出的电文对方是否已经收到。n n没有一种协议能够蓝军能

40、100% 获胜。 3、 网络体系结构的提出网络体系结构的提出 （1）分层的思想）分层的思想 “分层”可将庞大而复杂的问题，转化为若干较小的局部问题，而这些较小的局部问题就比较易于研究和处理。 两个主机交换文件 文件传送模块主机 1主机 2文件传送模块只看这两个文件传送模块好像文件及文件传送命令是按照水平方向的虚线传送的把文件交给下层模块进行发送把收到的文件交给上层模块再设计一个通信服务模块 文件传送模块主机 1主机 2文件传送模块只看这两个通信服务模块好像可直接把文件可靠地传送到对方把文件交给下层模块进行发送把收到的文件交给上层模块通信服务模块通信服务模块再设计一个网络接入模块 文件传送模块主

41、机 1主机 2文件传送模块通信服务模块通信服务模块网络接入模块网络接入模块通信网络网络接口网络接口网络接入模块负责做与网络接口细节有关的工作例如，规定传输的帧格式，帧的最大长度等。 3、 网络体系结构的提出网络体系结构的提出 n（2）分层的好处 计算机网络中采用层次结构，它有以下计算机网络中采用层次结构，它有以下一些好处一些好处：n 各层之间相互独立，它不关心下一层是各层之间相互独立，它不关心下一层是如何实现的，只关心下一层给我提供了什么如何实现的，只关心下一层给我提供了什么服务。服务。 n 灵活性好。灵活性好。 n 每一层都有一种相对独立的功能，各层每一层都有一种相对独立的功能，各层实现技术

42、的改变不影响其他层。实现技术的改变不影响其他层。1.7.2 开放系统互连参考模型开放系统互连参考模型(OSI/RM)nOSI/RM中的“开放”是表示任何两个遵守OSI/RM的系统都可以进行互连，当一个系统能按OSI/RM与另一个系统进行通信时，就称为该系统为开放系统。nOSI/RM它将整个网络的功能划分成7个层次，而且在两个通信实体之间的通信必须遵循这7层结构。 1.OSI参考模型的概念参考模型的概念OSI参考模型以及两个通信实体之间的通信分层结构参考模型以及两个通信实体之间的通信分层结构 4、 OSI各层的功能概述各层的功能概述物理层物理层(Physical Layer)：与传输媒体的接口，

43、完成传输媒与传输媒体的接口，完成传输媒体上的信号与二进制之数据间的转换。体上的信号与二进制之数据间的转换。数据链路层数据链路层(Data Link Layer)：通常把数据分成帧，并保通常把数据分成帧，并保证帧的正确发送和接受。证帧的正确发送和接受。网络层网络层(Network Layer)：提供主机到主机之间的通路，其提供主机到主机之间的通路，其间可能有多条路由。间可能有多条路由。传输层传输层(Transport Layer)：向用户提供端到端向用户提供端到端(最终用户到最终用户到最终用户最终用户)、应用到应用数据传输服务。、应用到应用数据传输服务。 会话层会话层(Session Layer

44、)： 为表示层提供建立、维护和结束会话连接的功能，并提为表示层提供建立、维护和结束会话连接的功能，并提供会话管理服务等功能。供会话管理服务等功能。表示层表示层(Presentation Layer)： 用于处理在两个通信系统中交换信息的表示方式，主要用于处理在两个通信系统中交换信息的表示方式，主要包括数据格式变换、数据加密与解密、数据压缩与恢复等包括数据格式变换、数据加密与解密、数据压缩与恢复等功能。功能。 应用层应用层(Application Layer)： 包括所有应用方面的协议，为网络用户或应用程序提供包括所有应用方面的协议，为网络用户或应用程序提供各种服务，如文件传输各种服务，如文件传

45、输(FTP)、电子邮件、电子邮件(Email)、分布、分布式数据库以及网络管理等。式数据库以及网络管理等。 主机 1 向主机 2 发送数据 5432154321主机 1AP2AP1主机 2应用进程数据先传送到应用层加上应用层首部，成为应用层 PDU主机 1 向主机 2 发送数据 5432154321主机 1AP2AP1主机 2应用层 PDU 再传送到运输层加上运输层首部，成为运输层报文主机 1 向主机 2 发送数据 5432154321主机 1AP2AP1主机 2运输层报文再传送到网络层加上网络层首部，成为 IP 数据报（或分组）主机 1 向主机 2 发送数据 5432154321主机 1AP

46、2AP1主机 2IP 数据报再传送到数据链路层加上链路层首部和尾部，成为数据链路层帧主机 1 向主机 2 发送数据 5432154321主机 1AP2AP1主机 2数据链路层帧再传送到物理层最下面的物理层把比特流传送到物理媒体主机 1 向主机 2 发送数据 n应用层(application layer) 5432154321物理传输媒体主机 1AP2AP1电信号（或光信号）在物理媒体中传播从发送端物理层传送到接收端物理层主机 2主机 1 向主机 2 发送数据 5432154321主机 1AP2AP1主机 2物理层接收到比特流，上交给数据链路层主机 1 向主机 2 发送数据 5432154321

47、主机 1AP2AP1主机 2数据链路层剥去帧首部和帧尾部取出数据部分，上交给网络层主机 1 向主机 2 发送数据 5432154321主机 1AP2AP1主机 2网络层剥去首部，取出数据部分上交给运输层主机 1 向主机 2 发送数据 5432154321主机 1AP2AP1主机 2运输层剥去首部，取出数据部分上交给应用层主机 1 向主机 2 发送数据 5432154321主机 1AP2AP1主机 2应用层剥去首部，取出应用程序数据上交给应用进程主机 1 向主机 2 发送数据 5432154321主机 1AP2AP1主机 2我收到了 AP1 发来的应用程序数据！主机 1 向主机 2 发送数据 5

48、432154321主机 1AP2AP1主机 2应 用 程 序 数 据应用层首部H510100110100101 比 特 流 110101110101注意观察加入或剥去首部（尾部）的层次应 用 程 序 数 据H5应 用 程 序 数 据H4H5应 用 程 序 数 据H3H4H5应 用 程 序 数 据H4运输层首部H3网络层首部H2链路层首部T2链路层尾部主机 1 向主机 2 发送数据 5432154321主机 1AP2AP1主机 210100110100101 比 特 流 110101110101计算机 2 的物理层收到比特流后交给数据链路层H2T2H3H4H5应 用 程 序 数 据H3H4H5应

49、 用 程 序 数 据主机 1 向主机 2 发送数据 5432154321主机 1AP2AP1主机 2数据链路层剥去帧首部和帧尾部后把帧的数据部分交给网络层H2T2H3H4H5应 用 程 序 数 据H4H5应 用 程 序 数 据H3H4H5应 用 程 序 数 据主机 1 向主机 2 发送数据 5432154321主机 1AP2AP1主机 2网络层剥去分组首部后把分组的数据部分交给运输层H5应 用 程 序 数 据H4H5应 用 程 序 数 据主机 1 向主机 2 发送数据 5432154321主机 1AP2AP1主机 2运输层剥去报文首部后把报文的数据部分交给应用层应 用 程 序 数 据H5应 用

50、 程 序 数 据主机 1 向主机 2 发送数据 5432154321主机 1AP2AP1主机 2应用层剥去应用层 PDU 首部后把应用程序数据交给应用进程主机 1 向主机 2 发送数据 5432154321主机 1AP2AP1主机 2我收到了 AP1 发来的应用程序数据！ 1.7.3 TCP/IP参考模型参考模型1. TCP/IP模型模型 TCP/IP是是Internet上所有网络和主机之间进行交流上所有网络和主机之间进行交流所使用得共同所使用得共同“语言语言”，是，是Internet上使用得一组完上使用得一组完整的标准网络连接协议。整的标准网络连接协议。 通常所说的通常所说的TCP/IP协议实际上包含了大量的协议和协议实际上包含了大量的协议和应用，且由多个独力定义的协议组合在一起，因此，应用，且由多个独力定义的协议组合在一起，因此，更确切地说，应该称其为更确切地说，应该称其为TCP/IP协议集。协议集。 1.7.4 本课程中五层协议的体系结构 n应用层(application layer) n运输层(transport layer) n网络层(network layer) n数据链路层(data link layer) n物理层(physical layer) 数据链路层5 应用层4 运输层3 网络层2 数据链路层1 物理层