计算机网络概述.ppt

计算机网络与通信 2019 12 28 1 目录 1概述2物理层3数据链路层4局域网5网络互连6TCP IP协议7应用层8网络安全9多媒体通信 2019 12 28 2 教学计划 课时 40学时实验 8学时学分 成绩 课堂10 作业10 实验10 考试70 2019 12 28 3 教材及参考书目 教材 谢希仁 计算机网络 第5版 北京 电子工业出版社 2008年1月参考书目 BehrouzA Forouzan 数据通信与网络 影印版 第4版 北京 机械工业出版社 2007月3月AndrewS Tanenbaum 计算机网络 影印版 第4版 北京 清华大学出版社 2004年1月 2019 12 28 4 1概述 1 1绪论1 2网络分类1 3交换技术1 4OSI模型1 5小结 2019 12 28 5 1 1绪论 计算机网络的定义计算机网络的发展协议与标准 2019 12 28 6 计算机网络的定义 互连分布在不同地点的多个计算机及其它网络设备按网络协议相互通信共享硬件 软件和数据资源 2019 12 28 7 计算机网络的功能 连通 connectivity 与共享 share Fivecomponentsofdatacommunication 通信的有效性 传递 准确 及时 2019 12 28 8 Dataflow 2019 12 28 9 计算机网络的目标 数据传送连接不同类型网络设备网络结点同等重要路由冗余简单 可靠 2019 12 28 10 网络把许多计算机连接在一起 而因特网则把许多网络连接在一起 Internetmilestone 2019 12 28 11 HowisInternetworkingtoday ThehourglassmodelAllapplicationservicesaremappedontoasmallsetofend to endcommunicationprotocols TCP UDP IPAllphysicaldatatransporttechnologiesarehidden Ethernet ATM 2019 12 28 12 互联网最基本的特性 去核心理论 对等结构 自由与开放理念 免费模式 网络与通信关键词 宽带 Broadband forbandwidth consumingapplications无线 Wireless Ubiquityofthenetworkaccess网络安全 Networksecurity 信息保密 网络支付服务质量 Qualityofservice forhigh qualitymultimediareception 2019 12 28 13 宽带化 IP化 移动化已经成为业界共识 城域以太网 城域以太网 运营商级以太网 技术日趋成熟大幅度降低建设和运营成本 同时满足宽带接入互联网业务和接入可管理的IP网 NGN 需求简单 可以快速布设 带宽可扩展和粒度可变 内部开销低城域网 MAN 和广域网 WAN 采用同一个协议 较低的维护成本和建设成本开销 2019 12 28 14 移动互联网 今天蜂窝移动通信 专网 的围墙已经开始破裂 未来属于移动互联网未来的通信业务将分为两类1 面向企业大客户VIP 对服务质量 安全性等有高要求并且愿意为之付费2 面向消费大众提供新媒体和娱乐 2019 12 28 15 无线网络演进 2019 12 28 16 基于互联网的现代服务业 2019 12 28 17 互联网 遍及 可依赖 可信无所不在 超高容量 全灵活性 自适应故障业务模式 软件和服务体系结构动态配置 资源自组织结合 可依赖 减少亲自复杂性 新媒体 网络媒体 联网的企业 博客 播客 视频共享 RSS 社交网络 IM 网络电视 游戏 电子商务 物流 ASP ERP CRM 电子支付网络银行 企业Web2 0 驱动力 宽带 通信设备 内容和捆绑业务 市场需求 解决方案案例 广电城域网 2008年初 国务院 一号文 的颁布正式宣布了广电和电信原有业务领域隔离时代的结束广电和电信传统业务领域的相互进入促使全国各级广电运营商加快业务转型 在坚守和提升广播电视业务的基础上 必须逐步面向公众用户和大客户发展多种电信增值业务广电的成功转型需要广电着力提升 软实力 和 硬实力 硬实力 的核心 就是广电必须建设一张满足增值业务发展 具有竞争力的多业务承载网络 2019 12 28 18 需求分析 2019 12 28 19 需求分析说明 广电运营商业务转型的重点之一是运营未来潜在市场大 符合社会各阶层消费者需求的高ARPU值业务如双向交互数字电视业务 家庭宽带上网业务等公众用户业务 并对各种业务面向不同用户群进行个性化定制综合来看 这些业务的特点不仅仅是 双向 交互 其对网络的可靠性 带宽资源 多业务控制 可扩展性 可管理性等均提出了电信级要求同时 由于IP城域网对各类型的兼容性和扩展性支持非常好 广电网络原有的模拟 数字电视频道节目传送也可通过IP城域网进行承载 免除了该业务对SDH MSTP等传输网络的依赖 真正在一张网络上实现所有业务的统一承载 2019 12 28 20 需求分析说明 广电网络运营商在IP城域网的规划中必须充分考虑大客户增值业务承载的需求广电IP城域网除了完成增值业务的承载之外 还需要满足公司内部办公应用 网管 视频会议等需求 并保证内部应用的安全性当前广电网络运营商需要因地制宜地构建一张适应业务转型 具有竞争力的多业务承载网络这张网络不应只考虑 可连通 可交互 的基本要求 更应放眼各业务未来3 5年业务发展对网络的长远需求建设具有广电特色的多业务IP城域网的关键是构建一张具备高性能 高可靠 可运营 可管理 适合多业务承载的IP城域网 2019 12 28 21 网络协议 2019 12 28 22 标准分类 标准与技术进步标准与核心竞争力标准与垄断标准与利益 2019 12 28 23 标准化组织 2019 12 28 24 因特网的标准化工作 2019 12 28 25 因特网协会ISOC 因特网研究部IRTF 因特网工程部IETF 因特网工程指导小组IESG RG WG RG 领域 领域 因特网体系结构研究委员会IAB WG WG WG 因特网研究指导小组IRSG 制订因特网正式标准的四个阶段 因特网草案 InternetDraft 在这个阶段还不是RFC文档有效期6个月建议标准 ProposedStandard 从这个阶段开始就成为RFC文档草案标准 DraftStandard 因特网标准 InternetStandard 2019 12 28 26 各种RFC之间的关系 2019 12 28 27 建议标准 草案标准 因特网标准 历史的RFC 提供信息的RFC 实验的RFC 因特网草案 6种RFC 1 2网络分类 网络类型网络拓扑网络性能 2019 12 28 28 网络类型 2019 12 28 29 计算机网络分类 2019 12 28 30 LAN 2019 12 28 31 MAN 2019 12 28 32 WAN 2019 12 28 33 点 点连接 2019 12 28 34 多点连接 2019 12 28 35 网络拓扑结构 2019 12 28 36 五个设备的全连接网状拓扑 总链路数 n n 1 2每个设备端口 n 1 2019 12 28 37 星型拓扑 2019 12 28 38 总线拓扑 2019 12 28 39 环型拓扑 2019 12 28 40 网络性能指标 2019 12 28 41 带宽与吞吐量 带宽 bandwidth 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 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bps bit s 吞吐量 throughput 吞吐量 throughput 表示在单位时间内通过某个网络 或信道 接口 的数据量吞吐量更经常地用于对现实世界中的网络的一种测量吞吐量受网络的带宽或网络的额定速率的限制 2019 12 28 42 数字信号带宽 2019 12 28 43 时延 时延 delay或latency 报文从网络的一端传送到另一端所需的时间总时延 发送时延 传播时延 处理时延 排队时延发送时延 数据块长度 b 信道带宽 b s 传播时延 信道长度 m 传播速度 m s 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排队时延 结点缓存队列中分组排队所经历的时间排队时延的长短往往取决于网络中当时的通信量 2019 12 28 44 时延产生的地方 2019 12 28 45 1011001 发送器 队列 节点B 节点A 在节点A中产生处理时延和排队时延 数据 链路 对于高速网络 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 提高链路带宽减小了数据的发送时延 例1 1时延 100MB的数据 在带宽为1Mb s的光纤上传输1000km 计算总的时延 不考虑处理时延 发送时延 100 x220 x8 106 838 9s传播时延 1000 2x105 5ms电磁波传播速率 铜线电缆中2 3x105km s 光纤中2 0 x105km s 2019 12 28 46 时延带宽积 时延带宽积某一链路所能容纳的比特数时延带宽积 带宽x传播时延 链路 带宽 传播时延 体积 时延带宽乘积 2019 12 28 47 链路的时延带宽积又称为以比特为单位的链路长度 利用率 信道利用率指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网络利用率则是全网络的信道利用率的加权平均值信道利用率并非越高越好根据排队理论 当某信道的利用率增大时 该信道引起的时延也就迅速增加 2019 12 28 48 时延与网络利用率关系 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 其中 U是网络的利用率 数值在0到1之间 2019 12 28 49 D U 1 0 D0 时延急剧增大 信道的利用率过高会导致非常大的时延 计算机网络的非性能特征 费用质量标准化可靠性可扩展性和可升级性易于管理和维护 2019 12 28 50 1 3交换技术 电路交换报文交换分组交换 2019 12 28 51 交换网络 2019 12 28 52 交换方法 2019 12 28 53 电路交换 由交换机在两个通信结点之间建立一条物理专用线路优点传输延迟小 唯一的延迟是物理信号的传播延迟不会发生冲突缺点建立物理线路所需的时间比较长 2019 12 28 54 电路交换网络 电路交换在两个设备之间创建一条物理连接 2019 12 28 55 PSTN 公共交换电话网 层次结构 2019 12 28 56 报文交换 messageswitching 报文交换属于存储 转发交换一般不限制报文的大小 这就要求各个中间结点必须使用磁盘等外设来缓存较大的数据块某一块数据可能会长时间占用线路 导致报文在中间结点的延迟非常大 这使得报文交换不适合交互式数据通信 2019 12 28 57 报文交换 2019 12 28 58 分组交换 packetswitching 分组交换是报文交换的改进在分组交换网中 用户的数据被划分成一个个分组 packet 而且分组的大小有严格的上限分组可以被缓存在交换设备的内存而不是磁盘中 缩短了传输时延每个分组信息可选择最佳路由 提高通信效率和可靠性由于分组交换网能够保证任何用户都不能长时间独占某传输线路 因而它非常适合于交互式通信 2019 12 28 59 分组交换 2019 12 28 60 分组交换网示意 2019 12 28 61 H1 A 互联网 B D E C H5 H6 H4 H2 H3 H1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 存储转发过程 2019 12 28 62 H1 A 互联网 B D E C H5 H6 H4 H2 H3 H1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 分组交换中的多信道 2019 12 28 63 分组交换 优点高效 动态分配带宽 对通信链路逐段占用灵活 以分组为传送单位和查找路由迅速 不必先建立连接就能向其他主机发送分组可靠 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问题存储转发时需要排队 会造成一定的时延分组必须携带首部 里面有必不可少的控制信息 造成一定的开销 2019 12 28 64 交换方式比较 时延 2019 12 28 65 A D B C b 报文交换 A D 线路 B C a 电路交换 Pkt1 A B C D c 分组交换 时间 线路 线路 报文 排队时延 传播时延 Pkt1 Pkt2 Pkt3 Pkt3 Pkt2 Pkt1 Pkt3 Pkt2 路由选择时间 发送时延 交换方式比较 2019 12 28 66 1 4OSI模型 物理层数据链路层网络层传输层应用层 2019 12 28 67 OSI模型 2019 12 28 68 ISO 国际标准化组织OSI 开放系统互连模型 OSI模型 分层的好处各层之间独立灵活性好结构上可分割易于实现和维护促进标准化层数要适当若层数太少 就会使每一层的协议太复杂层数太多又会在描述和综合各层功能的系统工程任务时遇到较多的困难 2019 12 28 69 OSI划分层次的原则 网络中各结点都有相同的层次不同结点相同层次具有相同的功能同一结点相邻层间通过接口通信每一层可以使用下层提供的服务 并向上层提供服务不同结点的同等层间通过协议来实现对等层间的通信 2019 12 28 70 History In1978 workonalayeredmodelofnetworkarchitecturewasstartedandtheInternationalOrganizationforStandardization ISO begantodevelopitsOSIframeworkarchitectureOSIhastwomajorcomponents AnabstractmodelofnetworkingAsetofspecificprotocolsTheconceptofa7layermodelwasprovidedbytheworkofCharlesBachman thenofHoneywell http en wikipedia org wiki OSI model History 2019 12 28 71 Thosewhodonotstudyhistory aredoomedtorepeatit J Onions RFC1606 互联网设计原则 在互联网设计之初 很多设计目标 动机都是很模糊的 许多所谓的设计原则或设计思想 在互联网发展过程中逐渐总结出来的 无连接 Connectionless 端到端 EndtoEnd 简单性原则分层思想 2019 12 28 72 InternetPhilosophy 互联网如今已经取得了如此的成功 为什么仍然用OSI的七层模型而不是互联网的五层来描述互联网 DouglasE Comer PurdueUniversity Wereject kings presidents andvoting Webelievein roughconsensusandrunningcode 我们拒绝国王 总统和投票 我们相信大多数人的意见和运行的代码 DavidClark MIT 1992 2019 12 28 73 基本概念 实体 任何可以发送或接收信息的硬件 软件进程对等层 两个不同系统的同名层次对等实体 位于不同系统的同名层次中的两个实体接口 相邻两层之间交互的界面服务 某一层及其以下各层的一种能力 通过接口提供给其相邻上层 2019 12 28 74 OSI层次 2019 12 28 75 协议数据单元 PDU ProtocolDataUnit 传输层及以下各层的PDU有各自特定的名称 传输层 段 Segment 网络层 报文 Packet 数据链路层 帧 Frame 物理层 比特 Bit 2019 12 28 76 OSI模型的传输过程 2019 12 28 77 物理层 负责在物理介