大学计算机第12讲连接和利用网络I

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1、为什么要连接和利用网络为什么要连接和利用网络?Research Center on Intelligent Computing for Enterprises & Services,Harbin Institute of Technology战德臣哈尔滨工业大学 教授.博士生导师教育部大学计算机课程教学指导委员会委员战德臣 教授为什么要连接和利用网络为什么要连接和利用网络(1)为什么要用电子邮件为什么要用电子邮件? 张三丰张三丰太极拳创始人太极拳创始人武当派掌门人武当派掌门人湖北湖北.武当山武当山.江湖武当派江湖武当派Phone: 0000-00000001Mobile: 1111111111

2、1E-mail: Z为什么要交换电子邮件地址为什么要交换电子邮件地址?交流方式的改变交流方式的改变战德臣 教授为什么要连接和利用网络为什么要连接和利用网络(2)什么是电子邮件什么是电子邮件? 电子邮件电子邮件(E-mail)是通过网络实现相互传送和接收信件的现代是通过网络实现相互传送和接收信件的现代化通信方式。化通信方式。L战德臣 教授用户电子邮箱用户电子邮箱邮箱所在计算机邮箱所在计算机(E-mail服务器服务器)ZInternet电子邮件服务器电子邮件服务器接收方接收方/ /发送方发送方( (LisiLisi) )发送方发送方/ /接收方接收方( (ZhangsanZhangsan) )信箱

3、信箱信箱信箱ZL无数台路由器被连接在一起电子邮件的基本工作原理电子邮件的基本工作原理?为什么要连接和利用网络为什么要连接和利用网络(3)电子邮件的基本原理是什么电子邮件的基本原理是什么? 为什么两台计算机能够通过路由器和协议进为什么两台计算机能够通过路由器和协议进行通信行通信?什么是路由器什么是路由器? 什么是协议什么是协议?战德臣 教授Internet上的资源分布示意上的资源分布示意Internet：信息库信息库和资源库资源库-获取知识方式的改变获取知识方式的改变为什么要连接和利用网络为什么要连接和利用网络(4)为什么要进行搜索为什么要进行搜索? 战德臣 教授网络搜索与浏览网络搜索与浏览?为

4、什么要连接和利用网络为什么要连接和利用网络(5)基本搜索过程基本搜索过程? 关键词语的选择关键词语的选择检检索索结结果果的的浏浏览览与与识识别别网页的浏览网页的浏览为什么搜索引擎能够找到我们所需要的内容呢为什么搜索引擎能够找到我们所需要的内容呢?搜索引擎的机理搜索引擎的机理是怎样的呢是怎样的呢?什么是网页什么是网页?网页为什么会连接到另外的网页呢网页为什么会连接到另外的网页呢? 战德臣 教授机器网络机器网络信息网络信息网络群体互动网群体互动网络与社会网络与社会网络络未来互联未来互联网与网络网与网络化社会化社会From Sergio Gusmeroli, TXT e-solutions SPA,

5、 S机机机机相联相联物物物物相联相联物人物人相联相联人人人人相联相联社会社会/ /自然网自然网络络互联互联网网计算思维之计算思维之 网络化思维网络化思维为什么要连接和利用网络为什么要连接和利用网络(6)网络化思维概述网络化思维概述? 机器网络之网络通信基础机器网络之网络通信基础?Research Center on Intelligent Computing for Enterprises & Services,Harbin Institute of Technology战德臣哈尔滨工业大学 教授.博士生导师教育部大学计算机课程教学指导委员会委员战德臣 教授信源信源( (信息信息的发送者的发送

6、者) )载体载体(传送信息的媒体传送信息的媒体)或者信道或者信道信宿信宿(信息信息的接收者的接收者)编解码器编解码器(编码编码/解码解码,发送发送/接收接收, 存储存储/转发转发)编解码器编解码器(发送发送/接收接收,编编码码/解码解码, 存储存储/转发转发)机器网络之网络通信基础机器网络之网络通信基础(1)计算机连接与信息传输计算机连接与信息传输? 信源、信宿、信道信源、信宿、信道信号的编码信号的编码-发送发送-传输传输-接收接收-解码解码, 存储存储/转发转发(再编码再编码-再发送再发送)战德臣 教授载体载体可以是有线的可以是有线的,也也可以是无线载体可以是无线载体信源信源( (信息信息的

7、发送者的发送者) )信宿信宿(信息信息的接收者的接收者)tttt01011信号的编码，不同符号：不同波形或不同频率信号的编码，不同符号：不同波形或不同频率机器网络之网络通信基础机器网络之网络通信基础(1)计算机连接与信息传输计算机连接与信息传输? 战德臣 教授基本的网络拓扑结构基本的网络拓扑结构机器网络之网络通信基础机器网络之网络通信基础(2)怎样连接与传输怎样连接与传输?不同的连接与传输方式有什么问题不同的连接与传输方式有什么问题? 编码编码-发送发送接收接收-解码解码编码编码-发送发送接收接收-解码解码编码编码-发送发送编码编码-发送发送接收接收-解码解码接收接收-解码解码接收接收-解码解

8、码编码编码-发送发送战德臣 教授基本的网络拓扑结构基本的网络拓扑结构机器网络之网络通信基础机器网络之网络通信基础(2)怎样连接与传输怎样连接与传输?不同的连接与传输方式有什么问题不同的连接与传输方式有什么问题? (a)环形网络环形网络(b)星形网络星形网络(c)总线形网络总线形网络不同的连接，不同的连接，不同的协议不同的协议不同的结构，不同的问题不同的结构，不同的问题战德臣 教授机器网络之网络通信基础机器网络之网络通信基础(3)不同大小的信息如何高效率地利用信道传输不同大小的信息如何高效率地利用信道传输? P5P4P3P2P1P6i5i4i3i2i1i6iallP2P3P5P1P4P6P1P4

9、P6P2P3P5P2P3P5P5P4P3P2P1P6i5i4i3i2i1i6iallABCDE分组信息交换分组信息交换-化整为零和还零为整化整为零和还零为整待传待传输的输的信息信息化化整整为为零零打包打包- -数据包数据包数据数据包的包的传输传输拆包拆包- -数据包数据包还还零零为为整整待传待传输的输的信息信息战德臣 教授多路复用、混用多路复用、混用-并发、分布并发、分布P2P1P3i2i1i3iallP2P1P3i2i1i3iallCP1P3AF3F2F1F4j3j2j1j4jallFF3F2F1F4j3j2j1j4jallGP1F1P3F3P1P3F1F3P2F2F4F1F3F2F4P2P

10、2F2F4机器网络之网络通信基础机器网络之网络通信基础(3)不同大小的信息如何高效率地利用信道传输不同大小的信息如何高效率地利用信道传输? 战德臣 教授机器网络之网络通信基础机器网络之网络通信基础(4)如何保证信息传输的正确性如何保证信息传输的正确性-协议协议? 协议协议什么情况接收什么情况接收?什么情况转什么情况转发发?向哪台计算机转发向哪台计算机转发?信息怎样拆分信息怎样拆分? 怎样打包怎样打包?怎样选择路径传送怎样选择路径传送? 怎样接收怎样接收? 怎样合并怎样合并? 怎样保证信息传送正确性怎样保证信息传送正确性? 怎样处理线路拥堵怎样处理线路拥堵?u一般而言，“协议”是为双方能够正确实

11、现信息交换而建立的一套规则、标准或约定。战德臣 教授机器网络之网络通信基础机器网络之网络通信基础(5)怎样利用协议解决复杂问题怎样利用协议解决复杂问题? 分层制定协议分层制定协议-化复杂为简单的重要思想化复杂为简单的重要思想用中文表达用中文表达的信息的信息用英文表达用英文表达的信息的信息物理信号物理信号法国的建法国的建筑专家筑专家认识层认识层用法文表用法文表达的信息达的信息语言表达层语言表达层用英文表用英文表达的信息达的信息共同语言表达层共同语言表达层物理信号物理信号信号传输层信号传输层中国的建中国的建筑专家筑专家用用0/1表达表达的信息的信息用用0/1表达表达的信息的信息0/1编码层编码层战

12、德臣 教授网络协议网络协议: 为网络中各节点和计算机之间的数据交换而建立的规则、标准或约定即称为网络协议。网络协议。u协议的三要素： u语法语法：数据与控制信息的结构或格式(做什么)u语义语义：即需要发出何种控制信息，完成何种动作以及作出何种应答(如何做)u同步同步：即事件实现顺序的详细说明(实现顺序)机器网络之网络通信基础机器网络之网络通信基础(6)网络协议网络协议? 应用层应用层传输层传输层网络层网络层数据链路层数据链路层物理层物理层应用层应用层传输层传输层网络层网络层数据链路层数据链路层物理层物理层硬件硬件实现实现组织成标准的传输数据串(帧)解析信息传输的源和目的地址机电信号的传输与控制

13、u常见网络协议: OSI七层网络协议七层网络协议(族族)、TCP/IP协议协议(族族)、NetBEUI协议(族)、IPX/SPX协议(族) 战德臣 教授带宽：带宽：衡量网络最高传输速率或网络传输容量、网络传输能力衡量网络最高传输速率或网络传输容量、网络传输能力的一个指标，通常是指单位时间内网络能够传输的最大二进制的一个指标，通常是指单位时间内网络能够传输的最大二进制位数。位数。机器网络之网络通信基础机器网络之网络通信基础(7)网络的性能网络的性能? 时延：时延：衡量网络传输时间和响应时间的一个指标，通常是指一衡量网络传输时间和响应时间的一个指标，通常是指一个数据分组个数据分组-数据包数据包(P

14、acket)/数据报数据报(Datagram)/数据帧数据帧(Frame)等的传输时间。等的传输时间。可靠性：可靠性：即数据传输过程中的正确性。包括数据分组传输的正即数据传输过程中的正确性。包括数据分组传输的正确性和完整信息传输的正确性等。确性和完整信息传输的正确性等。战德臣 教授P2P1P3i2i1i3iallP2P1P3i2i1i3iallCP1P3AF3F2F1F4j3j2j1j4jallFF3F2F1F4j3j2j1j4jallGP1F1P3F3P1P3F1F3P2F2F4F1F3F2F4P2P2F2F4机器网络之网络通信基础机器网络之网络通信基础(8)小结小结? 化整化整为零为零机器

15、机器A A编码编码- -发送发送机器机器B B接收接收- -解码解码还零还零为整为整( (不同的不同的) )网络拓网络拓扑扑( (不同的不同的) )协议协议带带宽宽时时延延可可靠靠机器网络之计算机组网与连接机器网络之计算机组网与连接I -局域网与广域网局域网与广域网Research Center on Intelligent Computing for Enterprises & Services,Harbin Institute of Technology战德臣哈尔滨工业大学 教授.博士生导师教育部大学计算机课程教学指导委员会委员战德臣 教授计算机计算机计算机计算机网卡网卡网卡网卡电缆电缆简

16、单局域网：计算机简单局域网：计算机 + 网卡网卡 + 电缆电缆机器网络之计算机组网与连接机器网络之计算机组网与连接I-局域网与广域网局域网与广域网(1)近距离的两台计算机如何连网近距离的两台计算机如何连网? n网卡网卡：进行网络数据物理传输的设备进行网络数据物理传输的设备-编码编码-发送发送-接收接收-解码解码-转发转发，负责处理网络上数据发送和接收的细节。n本质上是执行某种协议的“编解码器”。n不同设备类型、不同网络结构、不同传输性能、不同传输媒介-要求有不同的网卡。战德臣 教授双绞线双绞线(Twisted Pair) 屏蔽双绞线屏蔽双绞线(STP电缆：电缆：Shielded Twisted

17、 Pair )非屏蔽双绞线非屏蔽双绞线(UTP电缆电缆: Unshielded Twisted Pair)电缆线中的双绞线电缆线中的双绞线 机器网络之计算机组网与连接机器网络之计算机组网与连接I-局域网与广域网局域网与广域网(1)近距离的两台计算机如何连网近距离的两台计算机如何连网? 网卡网卡RJ45 连接器连接器战德臣 教授连接器连接器连接器连接器机器网络之计算机组网与连接机器网络之计算机组网与连接I-局域网与广域网局域网与广域网(2)近距离的多台计算机如何连网近距离的多台计算机如何连网? 简单局域网：计算机简单局域网：计算机 + 网卡网卡 + 电缆电缆 + 连接器连接器/集线器集线器战德臣

18、 教授电源开关连接和/或通信LED管理控制台端口(可选)上行连接端口主干端口数据端口通风扇u集线器集线器(Hub)：简单情况-多端口连接器，复杂情况具有处理数据、监视数据传输、过滤数据、提供故障排除信息等能力。n本质上是执行某种协议的“编解码器”。n可以利用集线器将更多的计算机连成一个较大的局域网。机器网络之计算机组网与连接机器网络之计算机组网与连接I-局域网与广域网局域网与广域网(2)近距离的多台计算机如何连网近距离的多台计算机如何连网? 简单局域网：计算机简单局域网：计算机 + 网卡网卡 + 电缆电缆 + 连接器连接器/集线器集线器战德臣 教授多台计算机的局域网络结构多台计算机的局域网络结

19、构: 广播网络广播网络u广播网络广播网络: 网络上所有计算机共享唯一的一条通信信道。n环形网络：环形网络：连接方式如下左图。总线网络：总线网络：连接方式如下右图。EthernetIBM CompatibleIBM CompatibleIBM CompatibleLaptop computerWorkstation机器网络之计算机组网与连接机器网络之计算机组网与连接I-局域网与广域网局域网与广域网(2)近距离的多台计算机如何连网近距离的多台计算机如何连网? 战德臣 教授IBM CompatibleIBM CompatibleIBM CompatibleWorkstationMac IILapto

20、p computerIBM laser printerMac Classic多台计算机的局域网络结构多台计算机的局域网络结构: 点对点网络点对点网络u点对点网络点对点网络: 一条通信信道只连接网络上的两台机器。n星形网络星形网络：连接方式如下左图。树型网络树型网络：连接方式如下右图。机器网络之计算机组网与连接机器网络之计算机组网与连接I-局域网与广域网局域网与广域网(2)近距离的多台计算机如何连网近距离的多台计算机如何连网? 战德臣 教授基于服务器的局域网：基于服务器的局域网：Client/Serveru服务器服务器是集中管理网络共享资源(硬、软件及信息)、提供网络通信及各种网络服务的计算机系

21、统，服务器一般运行网络操作系统，建立客户机之间的通信联系。u客户机客户机是网络上的个人计算机，一般称为工作站工作站，工作站之间交流信息要通过网络的服务器来进行。u服务器可按功能进行设置，如设置文件服务器、邮件服务器、打印服务器等。机器网络之计算机组网与连接机器网络之计算机组网与连接I-局域网与广域网局域网与广域网(2)近距离的多台计算机如何连网近距离的多台计算机如何连网? 战德臣 教授公共电话系统调制解调器调制解调器调制解调器调制解调器电话电话计算机(单位)计算机(家庭)机器网络之计算机组网与连接机器网络之计算机组网与连接I-局域网与广域网局域网与广域网(3)远距离的两台计算机如何连网远距离的

22、两台计算机如何连网? 简单广域网：计算机简单广域网：计算机 + 调制解调器调制解调器 + 公共电话线公共电话线战德臣 教授调制解调器调制解调器(Modem)：数字信号调制成模拟信号，模拟信解调变成数字信号。u调制调制(Modulation)是将数字信号变换成适合于模拟信道传输的模拟信号。u解调解调(Demodulation)是将从模拟信道上取得的模拟信号还原成数字信号。机器网络之计算机组网与连接机器网络之计算机组网与连接I-局域网与广域网局域网与广域网(3)远距离的两台计算机如何连网远距离的两台计算机如何连网? tttt01011战德臣 教授广域网：计算机广域网：计算机 +调制解调器调制解调器

23、 + 公共电话系统公共电话系统 + 交换设备交换设备u交换设备交换设备，又称节点计算机，是一种特殊的计算机，用于连接两条或更多传输线，当数据从输入线到达时，交换单元必须为它选择一条输出线以传递它们。机器网络之计算机组网与连接机器网络之计算机组网与连接I-局域网与广域网局域网与广域网(4)远距离的多台计算机如何连网远距离的多台计算机如何连网? 战德臣 教授多台计算机的广域网结构也可组织成星形、树形、环形和总线多台计算机的广域网结构也可组织成星形、树形、环形和总线形等。广域网形等。广域网利用利用的信道是公共信道，而局域网利用的信道则的信道是公共信道，而局域网利用的信道则是专用信道。是专用信道。Et

24、hernetIBM CompatibleIBM CompatibleIBM CompatibleLaptop computerWorkstationIBM CompatibleIBM CompatibleIBM CompatibleWorkstationMac IILaptop computerIBM laser printerMac Classic机器网络之计算机组网与连接机器网络之计算机组网与连接I-局域网与广域网局域网与广域网(4)远距离的多台计算机如何连网远距离的多台计算机如何连网? 战德臣 教授如何组建网络如何组建网络计算机网络计算机网络: : 是以共享资源共享资源(硬件、软件和数据

25、)为目的，利用某种传输媒介传输媒介，将不不同地点同地点的独立自治计算机系统独立自治计算机系统或外部设备连接连接起来所形成的系统。系统。局域网局域网(Local Area Network/LAN)：有限距离内的高速连接网络。 广域网广域网(Wide Area Network/WAN)：利用公共通信线路连接成的网络。机器网络之计算机组网与连接机器网络之计算机组网与连接I-局域网与广域网局域网与广域网(5)小结小结 局域局域网网广域广域网网机器网络机器网络网卡、连接器、集线器、交换机网卡、连接器、集线器、交换机机器网络之计算机组网与连接机器网络之计算机组网与连接II-互联网与国际互联网互联网与国际互

26、联网Research Center on Intelligent Computing for Enterprises & Services,Harbin Institute of Technology战德臣哈尔滨工业大学 教授.博士生导师教育部大学计算机课程教学指导委员会委员战德臣 教授u局域网局域网通常可划分为以太网以太网(Ethernet)令牌环网令牌环网(Token Ring) 令牌总线网令牌总线网(Token Bus)u广域网广域网通常可划分为公用电话网公用电话网(PSTN：Public Switched Telephone Network)：分组交换方式传输数据DDN专线专线(Dig

27、ital Data Network)：专用数据线路、半固定连接或永久固定连接综合业务数字网综合业务数字网(ISDN：Integrated Service Digital Network)：话音、图像、视频的统一传输高速综合业务数字网高速综合业务数字网(宽带网，如ADSL：Asymmetric Digital Subscriber Line)：采用频分复用技术把普通的电话线分成了电话、上行和下行三个相对独立的信道，进行信息传输。u无线网络无线网络：无线局域网、无线广域网u有线/无线电话网、广播电视网、计算机网三网合一三网合一机器网络之计算机组网与连接机器网络之计算机组网与连接II-互联网与国际互

28、联网互联网与国际互联网(1)网络的类型划分是怎样的网络的类型划分是怎样的? 战德臣 教授无线广域网无线广域网 n1G网络：网络：主要提供一般的语音通话服务；主要提供一般的语音通话服务；n2G网络：网络：有有GSM和和CDMA2000，数字语音通话网络，主要承载语音或低速通，数字语音通话网络，主要承载语音或低速通信服务；信服务； n2.5G网络，网络，语音为主兼顾数据的通话网络；语音为主兼顾数据的通话网络；n3G网络：网络：有有CDMA2000，WCDMA，TD-SCDMA等，数字语音和数据网络，等，数字语音和数据网络，能够处理图像、音乐、视频流等多种媒体形式，提供包括网页浏览、电话会议、电子商

29、能够处理图像、音乐、视频流等多种媒体形式，提供包括网页浏览、电话会议、电子商务等多种信息的网络服务；务等多种信息的网络服务；n4G网络：网络：有有LTE、HSPA+和和WiMax等，能够以等，能够以100Mbps的速度下载，上传的的速度下载，上传的速度也能达到速度也能达到20Mbps，预期能满足几乎所有用户对无线服务的需求。，预期能满足几乎所有用户对无线服务的需求。无限局域网无限局域网：WiFi技术、蓝牙技术技术、蓝牙技术机器网络之计算机组网与连接机器网络之计算机组网与连接II-互联网与国际互联网互联网与国际互联网(2)无线网络无线网络? 战德臣 教授网络与网络的连接网络与网络的连接-互联网互

30、联网u互联网：局域网/广域网 + 路由器路由器机器网络之计算机组网与连接机器网络之计算机组网与连接II-互联网与国际互联网互联网与国际互联网(3)网络之间如何连接网络之间如何连接? 战德臣 教授路由器：路由器：一种多端口设备，它可以连接不同传输速率并运行于各种环境中的局域网和广域网，还能选择出网络两节点间的最近、最快的传输途径。u路由器可以认为是一种特殊的计算机，有自己的CPU、内存、电源以及为各种不同类型的网络连接器而准备的输入输出插座等。u本质上也是一种复杂的编解码设备。u通过路由器的连接可以将不同的网络连接起来。机器网络之计算机组网与连接机器网络之计算机组网与连接II-互联网与国际互联网

31、互联网与国际互联网(3)网络之间如何连接网络之间如何连接? 战德臣 教授机器网络之计算机组网与连接机器网络之计算机组网与连接II-互联网与国际互联网互联网与国际互联网(4)因特网是什么因特网是什么? 因特网因特网n最大的互联网，最大的局域网最大的互联网，最大的局域网/广域网的集合广域网的集合；n由路由器连接，运行由路由器连接，运行TCP/IP协议协议n国际互联网组织国际互联网组织ISP：Internet Service Provider如何接入如何接入Internet?战德臣 教授机器网络之计算机组网与连接机器网络之计算机组网与连接II-互联网与国际互联网互联网与国际互联网(4)因特网是什么因

32、特网是什么? Internet防火墙防火墙组织的组织的服务器服务器长话/市话Modem(家庭家庭)计算机计算机ISP：Internet Service Provider个人计算机个人计算机Modem个人计算机个人计算机长话/市话接入接入Internet?战德臣 教授如何组建网络如何组建网络计算机网络计算机网络: : 是以共享资源共享资源(硬件、软件和数据)为目的，利用某种传输媒介传输媒介，将不不同地点同地点的独立自治计算机系统独立自治计算机系统或外部设备连接连接起来所形成的系统。系统。局域网局域网(Local Area Network/LAN)：有限距离内的高速连接网络。 广域网广域网(Wid

33、e Area Network/WAN)：利用公共通信线路连接成的网络。互联网互联网(internet)：通过专用互联设备连接在一起的若干个网络的集合。因特网因特网(Internet)：国际互联网，是世界最大的互联网及其组织的代名称，是由广域网连接的局域网的最大集合。机器网络之计算机组网与连接机器网络之计算机组网与连接II-互联网与国际互联网互联网与国际互联网(5)小结：网络的类型划分是怎样的小结：网络的类型划分是怎样的? 局域局域网网广域广域网网互联互联网网Internet机器网络机器网络信息网络信息网络TCP/IP协议之概述协议之概述Research Center on Intelligen

34、t Computing for Enterprises & Services,Harbin Institute of Technology战德臣哈尔滨工业大学 教授.博士生导师教育部大学计算机课程教学指导委员会委员战德臣 教授TCP/IP协议之概述协议之概述(1)为什么需要为什么需要TCP/IP协议协议? TCP/IP协议协议Internet战德臣 教授信件内容被信封封装，来自于不同发件人分拣-再聚集：收件邮局相同的信件去向不同邮路大邮包邮包：邮包：发件邮局发件邮局A-邮路接收站点邮路接收站点B1中转邮路相同的邮包可能经多次中转聚集点：聚集来自不同发件人信件信件：信件：发件发件人人&收件人收件

35、人邮包：邮包：发件邮局发件邮局A&收件邮局收件邮局B邮包：邮包：邮路发出站点邮路发出站点B1- 邮路接收站点邮路接收站点B邮路中转邮路中转站点站点B1发件发件邮局邮局A邮包：邮包：收件邮局收件邮局B收件收件邮局邮局B信件：发件信件：发件人人&收件人收件人邮包：发件邮局邮包：发件邮局A&收件邮局收件邮局B包装：收件邮局相同的邮包分送点：分送发给不同收件人信件分拣-再聚集：分送点相同的邮包拆包：收件邮局相同的邮包不同邮路发来的邮包聚集点聚集点&发送点发送点聚集点聚集点&发送点发送点运输发送接收运输发送接收TCP/IP协议之概述协议之概述(2)生活中的邮政网络是如何运作的呢生活中的邮政网络是如何运作

36、的呢? 邮政网络的工作原理邮政网络的工作原理战德臣 教授邮政网络的工作原理邮政网络的工作原理分拣-再聚集：收件邮局相同的信件去向不同邮路大邮包邮包：邮包：发件邮局发件邮局A-邮路接收站点邮路接收站点B1中转邮路相同的邮包可能经多次中转聚集点：聚集来自不同发件人信件信件：信件：发件发件人人&收件人收件人邮包：邮包：发件邮局发件邮局A&收件邮局收件邮局B邮包：邮包：邮路发出站点邮路发出站点B1- 邮路接收站点邮路接收站点B邮路中转邮路中转站点站点B1发件发件邮局邮局A邮包：邮包：收件邮局收件邮局B收件收件邮局邮局B信件：发件信件：发件人人&收件人收件人邮包：发件邮局邮包：发件邮局A&收件邮局收件邮

37、局B包装：收件邮局相同的邮包分送点：分送发给不同收件人信件分拣-再聚集：分送点相同的邮包拆包：收件邮局相同的邮包不同邮路发来的邮包聚集点聚集点&发送点发送点聚集点聚集点&发送点发送点运输发送接收运输发送接收信件内容被信封封装，来自于不同发件人TCP/IP协议之概述协议之概述(2)生活中的邮政网络是如何运作的呢生活中的邮政网络是如何运作的呢? 发发件件人人信件信件收发件人详细地址收发件人详细地址收发件邮局收发件邮局(邮政编码邮政编码)聚聚集集点点邮包邮包相同收件邮局相同收件邮局的的 信件聚集信件聚集收发件邮局收发件邮局(邮政编码邮政编码)邮邮局局邮路邮包邮路邮包运输路线运输路线中相同方向目的地邮

38、局中相同方向目的地邮局的邮包聚集的邮包聚集发送站点发送站点-接收站点接收站点发发送送站站点点接接收收站站点点发发送送站站点点接接收收站站点点分分送送点点邮邮局局收收件件人人运运输输运运输输战德臣 教授TCP/IP协议之概述协议之概述(3)由生活中的邮政网络到计算机网络由生活中的邮政网络到计算机网络 ? 邮政网络邮政网络 vs. Internet邮政网络邮政网络Internet发件人发件人&收件人收件人发送者发送者&接收者接收者聚集点聚集点&发送点发送点端口号端口号发送邮局发送邮局&接收邮局接收邮局发送发送IP & 接收接收IP 邮路发送或接收站点邮路发送或接收站点链路层地址链路层地址, 即即M

39、AC地地址址(物理地址物理地址)发发件件人人聚聚集集点点邮邮局局发发送送站站点点运运输输应应用用层层传传输输层层IP层层/ 网络层网络层链链路路层层物物理理战德臣 教授TCP/IP协议之概述协议之概述(4)小结小结? 邮政网络邮政网络 vs. Internet邮政网络邮政网络Internet发件人发件人&收件人收件人发送者发送者&接收者接收者聚集点聚集点&发送点发送点端口号端口号发送邮局发送邮局&接收邮局接收邮局发送发送IP & 接收接收IP 邮路发送或接收站点邮路发送或接收站点链路层地址链路层地址, 即即MAC地地址址(物理地址物理地址)发发件件人人聚聚集集点点邮邮局局发发送送站站点点运运输

40、输应应用用层层传传输输层层IPIP层层/ /网络层网络层链链路路层层物物理理关注点：关注点：每一层完成什么工作每一层完成什么工作? ?怎样识别完成该工作的具体资源怎样识别完成该工作的具体资源 具体的设备具体的设备- -具体的计算机具体的计算机- -具体的软件具体的软件每一层是怎么完成的每一层是怎么完成的? ? 又是怎样保证工又是怎样保证工作的正确性和完成时间的作的正确性和完成时间的? ?TCP/IP协议之协议之IP层协议层协议Research Center on Intelligent Computing for Enterprises & Services,Harbin Institute

41、of Technology战德臣哈尔滨工业大学 教授.博士生导师教育部大学计算机课程教学指导委员会委员战德臣 教授TCP/IP协议之协议之IP层协议层协议(1)回顾：回顾：信息传输的基本思想及信息传输的基本思想及IP层拟解决的问题层拟解决的问题 P5P4P3P2P1P6i5i4i3i2i1i6iallP2P3P5P1P4P6P1P4P6P2P3P5P2P3P5P5P4P3P2P1P6i5i4i3i2i1i6iall待传待传输的输的信息信息化化整整为为零零打包打包- -数据包数据包拆包拆包- -数据包数据包还还零零为为整整待传待传输的输的信息信息ABCDE数据数据包的包的传输传输P1P1问题：如

42、何识别网络中的计算机问题：如何识别网络中的计算机?如何为数据包确定一个传输路径如何为数据包确定一个传输路径路由路由?战德臣 教授TCP/IP协议之协议之IP层协议层协议(2)TCP/IP协议的协议的IP层起什么作用层起什么作用? IPTCP/IP协议之网络层协议之网络层(IP层层)-对应收发邮局层对应收发邮局层以以“数据分组数据分组”或或 “数据包数据包”为基本传输单位为基本传输单位, ,依据依据IPIP和路由和路由选择将数据包由起始选择将数据包由起始IPIP地址发往目的地地址发往目的地IPIP地址地址 两大功能：两大功能：n网络中计算机或主机的唯一可识别地址网络中计算机或主机的唯一可识别地址

43、: IP地址地址 n路由选择路由选择-选择数据包传输路径中的每一中转设备或计算机，即确定其选择数据包传输路径中的每一中转设备或计算机，即确定其IP地址地址战德臣 教授nIP：Internet Protocal。nIPv4和IPv6nIP地址是由ISP组织分配给连接在Internet上每一台主机的一个32位地址，可用4个字节的十进制来表示。-IPv4nIPv6由128位地址构成，可识别2128个设备。TCP/IP协议之协议之IP层协议层协议(3)什么是什么是IP地址地址? IP地址地址战德臣 教授nInternet域名系统域名系统(DNS)nInternet上以符号命名的计算机，与IP地址有一一

44、对应关系，由域名服务器域名服务器负责转换负责转换，域名服务器分布于域名服务器分布于世界各地，管理各自范畴的网络。TCP/IP协议之协议之IP层协议层协议(4)Internet域名域名? 域名与域名解析域名与域名解析-与与IP地址的映射地址的映射战德臣 教授FTP.HIT.EDU.CNCNEDUHITBBSWWWFTP顶级域COMORGGOV计算机组织BBS.HIT.EDU.CNWWW.HIT.EDU.CNTsingHuaNIKE(CN:中国)(EDU:中国教育科研网)(HIT:哈工大校园网)TCP/IP协议之协议之IP层协议层协议(4) Internet域名域名? Internet基本的域名结

45、构基本的域名结构战德臣 教授TCP/IP协议之协议之IP层协议层协议(5)小结小结 问题：如何识别网络中的计算机问题：如何识别网络中的计算机?如何为数据包确定一个传输路径如何为数据包确定一个传输路径路由路由?IP层协议：层协议：(1)IP地址地址 (2)域名域名 (3)路由路由选择选择 (4)一个数据包的传输一个数据包的传输IP数数据据包包数数据据包包TCP/IP协议之协议之应用层协议应用层协议Research Center on Intelligent Computing for Enterprises & Services,Harbin Institute of Technology战德臣

46、哈尔滨工业大学 教授.博士生导师教育部大学计算机课程教学指导委员会委员战德臣 教授数据数据包的包的传输传输TCP/IP协议之应用层协议协议之应用层协议(1)回顾：回顾：信息传输的基本思想及应用层拟解决的问题信息传输的基本思想及应用层拟解决的问题 P5P4P3P2P1P6i5i4i3i2i1i6P2P3P5P1P4P6P1P4P6P2P3P5P2P3P5P5P4P3P2P1P6i5i4i3i2i1i6化化整整为为零零打包打包- -数据包数据包拆包拆包- -数据包数据包还还零零为为整整ABCDE待传待传输的输的信息信息待传待传输的输的信息信息ialliall一台计算机上有很多资源一台计算机上有很多

47、资源(文文件和程序件和程序)，网络如何区分，网络如何区分?不同类型的资源需要不同的处不同类型的资源需要不同的处理程序按不同方式进行处理理程序按不同方式进行处理战德臣 教授TCP/IP协议之应用层协议协议之应用层协议(2)TCP/IP协议的应用层起什么作用协议的应用层起什么作用? 应用层应用层TCP/IP协议之应用层协议之应用层-对应发件人对应发件人/收件人层收件人层由收发件人决定传输的数据类型，管理收发的数据由收发件人决定传输的数据类型，管理收发的数据 两大功能：两大功能：n计算机中各种资源的定位计算机中各种资源的定位: URL统一资源定位地址统一资源定位地址n面向用户的不同需求，提供不同的服

48、务面向用户的不同需求，提供不同的服务, 如电子邮件、文件传如电子邮件、文件传输、远程控制访问等输、远程控制访问等战德臣 教授InternetFtp服务器用户上载下载文件文件uFTP：File Transfer Protocol，Internet上进行文件的双向传输控制。它是一个应用程序(Application)，用户可以通过它把自己的计算机与世界各地所有运行FTP协议的服务器相连，访问服务器上的大量程序和信息。TCP/IP协议之应用层协议协议之应用层协议(3)应用层不同的服务协议应用层不同的服务协议? 应用层服务：文件传输应用层服务：文件传输FTP战德臣 教授uTelnet：Telecommu

49、nication Network Protocol，远程通信网络协议，Internet提供的进行远程登录访问的一种服务，使用Telnet可以登入到远程服务器上进行工作和信息处理。TCP/IP协议之应用层协议协议之应用层协议(3)应用层不同的服务协议应用层不同的服务协议? 应用层服务：远程登录应用层服务：远程登录Telnet战德臣 教授uE-mail是是Internet提供的实现相互传送和接收信件的提供的实现相互传送和接收信件的网络网络通信。通信。用户电子邮箱用户电子邮箱邮箱所在计算机邮箱所在计算机(E-mail服务器服务器)ZInternet电子邮件服务器电子邮件服务器接收方接收方/ /发送方

50、发送方( (LisiLisi) )发送方发送方/ /接收方接收方( (ZhangsanZhangsan) )信箱信箱信箱信箱ZL无数台路由器被连接在一起TCP/IP协议之应用层协议协议之应用层协议(3)应用层不同的服务协议应用层不同的服务协议? 应用层服务：电子邮件服务应用层服务：电子邮件服务Email战德臣 教授uWorld Wide Web，W3或或Web，环环球球信信息息网网，或或称称万万维维网网,是是当当今今最最流流行行的的Internet服务服务。uWWW通通过过超超文文本本(Hypertext)技技术术将将不不同同计计算算机机上上的的不不同同类类别别文文档档和和程程序序链链接接起起

51、来来(网网页页与与超超文文本本)，形形成成一一个个大大规规模模、在在线线式式的分布式信息和资源的储藏库。的分布式信息和资源的储藏库。uWWW基基于于一一组组公公用用协协议议(Http协协议议)，允允许许特特殊殊配配置置的的服服务务器器在在Internet上上传传送送各各种种网页。网页。TCP/IP协议之应用层协议协议之应用层协议(3)应用层不同的服务协议应用层不同的服务协议? 应用层服务：万维网服务应用层服务：万维网服务WWW战德臣 教授uURL vs. IP地址地址 = 资源资源(文件或程序文件或程序)地址地址 vs. 机器地址机器地址u网址与网址与URL：各类文件或程序的统一地址URL(U

52、niversal Resource Locator，统一资源定位器)。uURL的三部分：协议协议、欲访问机器的IP地址或域名地址或域名、在该机器下的目录及文件目录及文件名名。网页中的超文本链接是一种可点击的URL。Protocol:/host.domain.first-level-domain/path/filename.ext协议协议:/主机名主机名.域名域名.第一层域名第一层域名/路径路径/文件名文件名.扩展名扩展名Protocol:/host.domain.first-level-domain协议协议:/主机名主机名.域名域名.第一层域名第一层域名TCP/IP协议之应用层协议协议之应用层

53、协议(4)URL-统一资源定位地址统一资源定位地址战德臣 教授Protocol:/host.domain.first-level-domain协议协议:/主机名主机名.域名域名.第一层域名第一层域名Http:/WWW page）的）的URL哈尔滨工业大学的文件服务器的哈尔滨工业大学的文件服务器的URLFtp:/ vs. IP地址地址 = 资源资源(文件或程序文件或程序)地址地址 vs. 机器地址机器地址TCP/IP协议之应用层协议协议之应用层协议(4)URL-统一资源定位地址统一资源定位地址战德臣 教授TCP/IP协议之应用层协议协议之应用层协议(5)小结小结应用层应用层URL提供不提供不同的

54、服同的服务协议务协议FTPE-mailWWWTelnetTCP/IP协议之协议之其他层协议兼总结其他层协议兼总结Research Center on Intelligent Computing for Enterprises & Services,Harbin Institute of Technology战德臣哈尔滨工业大学 教授.博士生导师教育部大学计算机课程教学指导委员会委员战德臣 教授数据数据包的包的传输传输TCP/IP协议之其他层协议兼总结协议之其他层协议兼总结(1)回顾：回顾：信息传输的基本思想及传输层拟解决的问题信息传输的基本思想及传输层拟解决的问题 P2P3P5P1P4P6P1

55、P4P6P2P3P5P2P3P5ABCDE待传待传输的输的信息信息待传待传输的输的信息信息ialliall化化整整为为零零打包打包- -数据包数据包P5P4P3P2P1P6i5i4i3i2i1i6拆包拆包- -数据包数据包还还零零为为整整P5P4P3P2P1P6i5i4i3i2i1i6打包打包/拆包的问题拆包的问题?化整为零与还零为整的问题化整为零与还零为整的问题?一个信息的所有包的正确性传输一个信息的所有包的正确性传输?战德臣 教授TCP/IP协议之其他层协议兼总结协议之其他层协议兼总结(2)TCP/IP协议的传输层起什么作用协议的传输层起什么作用? 传输层传输层TCP/IP协议之传输层协议

56、之传输层-对应聚集点对应聚集点/分送点层分送点层将将“数据数据”拆分成拆分成“数据分组数据分组”或或 “数据包数据包”，调用，调用IP层发送层发送或接收数据分组或数据包，再将其还原成或接收数据分组或数据包，再将其还原成“数据数据” 基本功能：基本功能：n多路复用和解多路复用多路复用和解多路复用n拥塞控制拥塞控制n流量控制流量控制n差错控制差错控制典型协议：典型协议：n用户数据包协议用户数据包协议(UDP)n传输控制协议传输控制协议(TCP) n流控制传输协议流控制传输协议(SCTP) 战德臣 教授邮政网络的工作原理邮政网络的工作原理分拣-再聚集：收件邮局相同的信件去向不同邮路大邮包邮包：邮包：

57、发件邮局发件邮局A-邮路接收站点邮路接收站点B1中转邮路相同的邮包可能经多次中转聚集点：聚集来自不同发件人信件信件：信件：发件发件人人&收件人收件人邮包：邮包：发件邮局发件邮局A&收件邮局收件邮局B邮包：邮包：邮路发出站点邮路发出站点B1- 邮路接收站点邮路接收站点B邮路中转邮路中转站点站点B1发件发件邮局邮局A邮包：邮包：收件邮局收件邮局B收件收件邮局邮局B信件：发件信件：发件人人&收件人收件人邮包：发件邮局邮包：发件邮局A&收件邮局收件邮局B包装：收件邮局相同的邮包分送点：分送发给不同收件人信件分拣-再聚集：分送点相同的邮包拆包：收件邮局相同的邮包不同邮路发来的邮包聚集点聚集点&发送点发送

58、点聚集点聚集点&发送点发送点运输发送接收运输发送接收信件内容被信封封装，来自于不同发件人发发件件人人信件信件收发件人详细地址收发件人详细地址收发件邮局收发件邮局(邮政编码邮政编码)聚聚集集点点邮包邮包相同收件邮局相同收件邮局的的 信件聚集信件聚集收发件邮局收发件邮局(邮政编码邮政编码)邮邮局局邮路邮包邮路邮包运输路线运输路线中相同方向目的地邮局中相同方向目的地邮局的邮包聚集的邮包聚集发送站点发送站点-接收站点接收站点发发送送站站点点接接收收站站点点发发送送站站点点接接收收站站点点分分送送点点邮邮局局收收件件人人运运输输运运输输TCP/IP协议之其他层协议兼总结协议之其他层协议兼总结(3)传输层

59、、链路层传输层、链路层 vs. 邮政网络邮政网络 战德臣 教授TCP/IP协议之其他层协议兼总结协议之其他层协议兼总结(4)TCP/IP协议的链路层起什么作用协议的链路层起什么作用? 链路层链路层TCP/IP协议之链路层协议之链路层-对应发送站点对应发送站点/接收站点层接收站点层将将“数据分组数据分组”或或 “数据包数据包”，从一个节点传到另，从一个节点传到另一个节点一个节点(计算机或路由器计算机或路由器)，直到目的地，直到目的地基本功能：基本功能：n链路节点传输，由一个节点到另一个节点，直到目的地链路节点传输，由一个节点到另一个节点，直到目的地n物理地址，物理地址，MAC(介质访问控制介质访

60、问控制)地址地址例如：以太网的例如：以太网的48位地址位地址07：01：02：11：2C：5B战德臣 教授TCP/IP协议之其他层协议兼总结协议之其他层协议兼总结(5)TCP/IP协议的链路层起什么作用协议的链路层起什么作用? TCP/IP协议之物理层协议之物理层-对应运输层对应运输层基本功能：基本功能：n信号转为电磁信号，通过物理介质进行传播信号转为电磁信号，通过物理介质进行传播将二进制数据转为电磁信号，并发送；或接收将二进制数据转为电磁信号，并发送；或接收电磁信号，并将电磁信号转为二进制数据电磁信号，并将电磁信号转为二进制数据物理层物理层战德臣 教授Iall=I1+I2+I3+I4+I5+

61、I6，Pi = Ii，i，PORT Pi，A-IP，B-IP Pi，A-IP，B-IP , A-IP, R1-IP Pi，A-IP，B-IP ，A-Mac，R1-Mac Pi，A-IP，B-IP ，A-Mac，R1-Mac Pi，A-IP，B-IP Pi，A-IP，B-IP , R1-IP, B-IP Pi，A-IP，B-IP , R1-Mac, B-Mac Pi，A-IP，B-IP , R1-Mac, B-Mac Pi，A-IP，B-IP Iall ，A-URL，B-URL Iall=I1+I2+I3+I4+I5+I6，Pi = Ii，i，PORT , Iall ，A-URL，B-URL 多

62、个路由器多个路由器-多次中转多次中转路由器接收路由器接收-路由器发送路由器发送TCP/IP协议之其他层协议兼总结协议之其他层协议兼总结(6)TCP/IP协议的网络传输过程是怎样的协议的网络传输过程是怎样的? TCP/IP协议之网络传输过程协议之网络传输过程战德臣 教授如何组建网络如何组建网络网络协议网络协议TCP/IP协议之其他层协议兼总结协议之其他层协议兼总结(7)机器网络之总结机器网络之总结? 战德臣 教授机器网络机器网络信息网络信息网络群体互动网群体互动网络与社会网络与社会网络络未来互联未来互联网与网络网与网络化社会化社会通讯与联网通讯与联网局域网局域网广域网广域网互联网互联网国际互联网国际互联网通讯基础、网络拓扑、分组信息交换、协议、网络分类通讯基础、网络拓扑、分组信息交换、协议、网络分类网卡、连接器、集线器、网卡、连接器、集线器、交换机、路由器交换机、路由器-执行执行协议的编解码器协议的编解码器组织体系：组织体系：ISPTCP/IP协议：应用层、协议：应用层、传输层、网络层传输层、网络层-链路层链路层-物理层物理层(路由器路由器)TCP/IP协议之其他层协议兼总结协议之其他层协议兼总结(7)机器网络之总结机器网络之总结?