计算机网络最基本概念之一0221.ppt

计算机网络最基本概念 2 走进互联网 一 1 引言2 重要术语3 电路交换与分组交换4 IP协议与TCP协议5 客户服务器方式6 结束语 3 网络的重要性 信息的传递要依靠网络 因此实现信息化离不开完善的网络 网络已成为信息社会的命脉和重要基础 4 计算机网络的地位 现在有三种最主要的网络 电信网络 电话网 有线电视网络计算机网络在这三种网络中 计算机网络的发展最快 其技术已成为信息时代的核心技术 5 因特网 Internet 改变了世界 因特网是世界上最大的计算机网络 是自印刷术以来人类通信方面最大的变革 因特网缩短了人际交往的时间和空间 改变了人们的生活 工作 学习和交往方式 使世界发生了极大的变化 6 我国的情况 1994年4月20日我国正式接入因特网 根据中国互联网信息中心CNNIC在2011年1月19日发布 第27次中国互联网络发展状况统计报告 显示 我国上网用户数 4 57亿2010年全年增长 7330万占全球网民 23 2 亚洲 55 4 其中用手机上网网民占 66 2 7 1 引言2 重要术语计算机网络 互连网 互联网internet与Internet带宽与宽带3 电路交换与分组交换4 IP协议与TCP协议5 客户服务器方式6 结束语 F 8 计算机网络 互连网 互联网 计算机网络 一些相互连接的计算机的集合 互连网 一些相互连接的计算机网络的集合 网络的网络 互联网 就是互连网的同义词 互连网 互联网 9 互连与互联 1994年全国自然科学名词审定委员会公布的名词 interconnection 互连interconnectionnetwork 互连网络internetworking 网际互连 10 1997年8月全国科学技术名词审定委员会在其 推荐名 一 中 internetinternetworkinterconnectionnetwork而在注释中给出 又称互连网 因此 互联网 和 互连网 应当是同义词 互连与互联 续 互联网 常见的几种计算机连网方法 点对点连接 这是最简单的网络 总线网 星形网 环形网 不管哪一种计算机网络都可以用一朵云来表示 使用路由器可以把不同的计算机网络互连起来 互连网 互联网 由许多网络通过路由器互连而成互连网 互联网 是 网络的网络 互连网 互连网也可以用一朵云来表示 14 结点与链路 可以把计算机网络抽象为结点 计算机或路由器 与链路 连接的线路 的集合 Node有两个译名 结点 用于计算机网络中 表示计算机或路由器 节点 用于天线中 表示驻波电场强度为零的点 但目前这两个名词的使用比较混乱 15 1 引言2 重要术语计算机网络 互连网 互联网internet与Internet带宽与宽带3 电路交换与分组交换4 IP协议与TCP协议5 客户服务器方式6 结束语 F 16 internet与Internet internet是普通名词泛指一般的互连网 互联网 Internet是专有名词世界范围的互连网 互联网 使用TCP IP协议族前身是美国的阿帕网ARPANET 17 Internet的推荐译名是 因特网 使用 因特网 这个名词可体现Internet是专有名词 既然英文名词internet和Internet具有不同的意思 那么中文译名就应当反映出这种区别 18 国际互联网 或 互联网 有人愿意用 国际互联网 或 互联网 来表示Internet 但这是不严格的 例如 中国某校园网和外国某校园网互连起来就构成了 互联网 并且是 国际互联网 但这并不是Internet 许多文献和资料同时使用具有不同意义的名词internet和Internet 如果把Internet译为 互联网 那么internet将没有合适的译名 19 1 引言2 重要术语计算机网络 互连网 互联网internet与Internet带宽与宽带3 电路交换与分组交换4 IP协议与TCP协议5 客户服务器方式6 结束语 F 20 计算机网络的带宽是指网络可通过的最高数据率 即每秒多少比特 描述带宽也常常把 比特 秒 省略 例如 带宽是10M 实际上是10Mb s 这里的M是106 计算机网络的带宽 21 什么是宽带 宽带线路 可通过较高数据率的线路 宽带是相对的概念 并没有绝对的标准 在目前 对于用户接入到因特网的用户线来说 每秒传送几个兆比特就可以算是宽带速率 22 对宽带传输的错误概念 有些人愿意用 汽车在公路上跑 来比喻 比特在网络上传输 认为宽带传输的好处就是传输更快 好比汽车在高速公路上可以跑得更快一样 对于这种比喻一定要谨慎对待 23 常见的错误是混淆了两种速率 在网络中有两种不同的速率 信号 即电磁波 在传输媒体上的传播速率 米 秒 或公里 秒 计算机向网络发送比特的速率 比特 秒 这两种速率的意义和单位完全不同 宽带传输 计算机向网络发送比特的速率较高 A B A B 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 B A 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串行传输 28 1 引言2 重要术语3 电路交换与分组交换电路交换分组交换存储转发4 IP协议与TCP协议5 客户服务器方式6 结束语 F 两部电话机只需要用一对电线就能够互相连接起来 传统电话网使用电路交换 但若要将5部电话机两两相连 则需要10对电线 传统电话网使用电路交换 当电话机的数量很大时 就必须使用电话交换机进行连接 传统电话网使用电路交换 A 通话前先拨号建立连接 可能只要经过一个交换机 如A到B 可能要经过多个交换机 如C到D 通话过程中 通信双方一直占用所建立的连接 通话结束后 挂机释放连接 电路交换的特点 B C D 早期的计算机网络采用电路交换 那时计算机很少 非常昂贵 远地终端 没有处理功能 通过通信线路 可能要经过许多个交换机 使用处于网络中心的计算机的资源 34 1 引言2 重要术语3 电路交换与分组交换电路交换分组交换存储转发4 IP协议与TCP协议5 客户服务器方式6 结束语 F 35 分组交换 packetswitching 的出现 电话网是为电话通信设计的 电路交换的电话网很适合于电话通信 但计算机数据具有很大的突发性 使用电路交换会导致网络资源严重浪费 计算机逐渐增多 连网的需求日益迫切 计算机网络需要使用更加有效的连网技术 这就导致分组交换的问世 36 美国军方促进了计算机网络的发展 20世纪60年代美苏冷战激烈 美国军方要研制一种生存性很强的新型分布式网络 即使少数结点或链路被摧毁 整个网络仍保持畅通 这种新型的计算机网络就是采用分组交换的 基于存储转发计算机网络 分组交换 在发送端把要发送的报文分隔为较短的数据块每个块增加带有控制信息的首部构成分组 包 依次把各分组发送到接收端接收端剥去首部 抽出数据部分 还原成报文 首部 首部 首部 发送 发送 接收端 数据 首部 数据 首部 数据 首部 11010011101 00101001110 38 1 引言2 重要术语3 电路交换与分组交换电路交换分组交换存储转发4 IP协议与TCP协议5 客户服务器方式6 结束语 F 分组从A传送到B的过程 网络 网络 网络 网络 网络 网络 网络 路由器 路由器 路由器 路由器 路由器 路由器 A B 这就是基于存储转发的分组交换 40 1 引言2 重要术语3 电路交换与分组交换4 IP协议与TCP协议协议的概念IP协议TCP协议5 客户服务器方式6 结束语 F 41 协议 在计算机网络中 协议 protocol 是通信双方必须严格遵守的规则 协议也就是网络协议 协议精确地规定在网络通信中使用的各种控制信息的格式 意义以及各种事件出现的先后顺序 协议在计算机网络中起着非常重要的作用 42 协议必须保证在任何复杂的情况下都能正确工作 因此网络协议非常复杂 我们在日常生活中所使用的许多约定 都远远达不到网络协议的要求 因此经常会使约定失败 总之 网络协议必须考虑如何对付各种异常情况的出现 下面看一个例子 网络协议非常复杂 蓝军联合进攻白军 必胜蓝军单独进攻白军 必败 明日正午进攻 同意 收到 同意 收到 收到 同意 协议无法保证必胜 44 分层次的网络体系结构 OSI的七层网络体系结构已经过时TCP IP的四层网络体系结构已成主流使用五层原理体系结构来阐明网络的工作原理较为合适 54321 数据链路层 应用层 运输层 网际层 物理层 Applicationlayer Transportlayer Internetlayer Datalinklayer Physicallayer TCP IP的体系结构 网络接口层 IP 各种应用层协议HTTP FTP SMTP DNS等 TCP 网际层 运输层 UDP 应用层 TCP 传输控制协议 TransmissionControlProtocol IP 网际协议 UDP 用户数据报协议 UserDatagramProtocol 5 4 3 2 1 5 4 3 2 1 H3 物理传输媒体 数据部分 数据部分 数据部分 数据部分 10100110100101比特流11010111010 T2 计算机1 H5 H4 H2 首部 尾部 AP2 AP1 应用程序数据 计算机2 比特 帧 IP数据报IP分组 TCP报文段UDP报文段 48 计算机1向计算机2发送数据 5 4 3 2 1 5 4 3 2 1 计算机1 AP2 AP1 计算机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 49 计算机1向计算机2发送数据 5 4 3 2 1 5 4 3 2 1 计算机1 AP2 AP1 计算机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 50 计算机1向计算机2发送数据 5 4 3 2 1 5 4 3 2 1 计算机1 AP2 AP1 计算机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 51 计算机1向计算机2发送数据 5 4 3 2 1 5 4 3 2 1 计算机1 AP2 AP1 计算机2 IP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 52 计算机1向计算机2发送数据 5 4 3 2 1 5 4 3 2 1 计算机1 AP2 AP1 计算机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 53 计算机1向计算机2发送数据 应用层 applicationlayer 5 4 3 2 1 5 4 3 2 1 物理传输媒体 计算机1 AP2 AP1 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 计算机2 54 计算机1向计算机2发送数据 5 4 3 2 1 5 4 3 2 1 计算机1 AP2 AP1 计算机2 物理层接收到比特流 上交给数据链路层 55 计算机1向计算机2发送数据 5 4 3 2 1 5 4 3 2 1 计算机1 AP2 AP1 计算机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 56 计算机1向计算机2发送数据 5 4 3 2 1 5 4 3 2 1 计算机1 AP2 AP1 计算机2 网络层剥去首部 取出数据部分上交给运输层 57 计算机1向计算机2发送数据 5 4 3 2 1 5 4 3 2 1 计算机1 AP2 AP1 计算机2 运输层剥去首部 取出数据部分上交给应用层 58 计算机1向计算机2发送数据 5 4 3 2 1 5 4 3 2 1 计算机1 AP2 AP1 计算机2 应用层剥去首部 取出应用程序数据上交给应用进程 59 计算机1向计算机2发送数据 5 4 3 2 1 5 4 3 2 1 计算机1 AP2 AP1 计算机2 我收到了AP1发来的应用程序数据 60 计算机1向计算机2发送数据 5 4 3 2 1 5 4 3 2 1 计算机1 AP2 AP1 计算机2 应用程序数据 10100110100101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 61 计算机1向计算机2发送数据 5 4 3 2 1 5 4 3 2 1 计算机1 AP2 AP1 计算机2 10100110100101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 62 计算机1向计算机2发送数据 5 4 3 2 1 5 4 3 2 1 计算机1 AP2 AP1 计算机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 H2 T2 63 H3 计算机1向计算机2发送数据 5 4 3 2 1 5 4 3 2 1 计算机1 AP2 AP1 计算机2 网络层剥去分组首部后把分组的数据部分交给运输层 64 H4 计算机1向计算机2发送数据 5 4 3 2 1 5 4 3 2 1 计算机1 AP2 AP1 计算机2 运输层剥去报文首部后把报文的数据部分交给应用层 65 应用程序数据 H5 应用程序数据 计算机1向计算机2发送数据 5 4 3 2 1 5 4 3 2 1 计算机1 AP2 AP1 计算机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 66 计算机1向计算机2发送数据 5 4 3 2 1 5 4 3 2 1 计算机1 AP2 AP1 计算机2 我收到了AP1发来的应用程序数据 67 1 引言2 重要术语3 电路交换与分组交换4 IP协议与TCP协议协议的概念IP协议TCP协议5 客户服务器方式6 结束语 F 68 IP协议 因特网的IP协议最重要 它为分组在互连网中的发送 传输和接收制定了详尽的规则 IP是InternetProtocol的缩写 中文标准译名是 网际协议 使用IP协议的互连网络常称为 IP网络 或IP网 在IP网络传送的分组常称为 IP分组 或IP数据报 IPdatagram 69 构造路由表 在因特网中 路由器之间不断地互相通告路由信息 路由器根据所掌握的路由信息构造出自己的路由表 路由器之间交换路由信息都要遵守有关的路由选择协议 当网络状况发生变化时 路由器中的路由表能够自动进行更新 从而保证了正确地转发分组 路由器之间不断交换路由信息 这里没有画出路由器之间的网络以及连接在网络上的计算机 因特网的路由器之间不断交换路由信息的复杂过程对用户是透明的 用户看不见 71 IP网络的生存性很强 当IP网络中的某些路由器或链路被破坏时 路由器可以自动调整路由 使得网络一直保持连通 这种路由的动态调整过程对用户是透明的 即用户感觉不到 IP网络 当部分结点或链路被摧毁时分组交换仍可保持网络畅通 路由器 73 IP网络的重要特点 每一个分组独立选择路由 发往同一个目的地的分组 后发送的有可能先收到 即可能不按顺序接收 当网络中的通信量过大时 路由器就来不及处理分组 于是要丢弃一些分组 因此 IP网络不保证分组的可靠地交付 IP网络提供的服务被称为 尽最大努力服务 besteffortservice 74 和传统的电信网相比较 电信网向用户 即电话机 提供的服务质量有保证 连接在电信网上的电话机几乎没有智能 因此全部的服务质量由电信网完成 电路交换的电信网 电信网 分组交换的因特网 TCP TCP 77 因特网的设计思路 通信必须是可靠的 但应当由谁负责可靠交付 因特网和传统电信网的思路不同 严格地讲 计算机通信是在计算机上运行的程序之间的通信 所以实现可靠通信最终应当是让计算机程序之间的通信可靠 因特网认为 IP协议没有必要提供可靠服务 这样做可以使网络简单 灵活性好 价格便宜 在计算机中增加TCP协议就可以实现计算机程序之间的可靠通信 78 1 引言2 重要术语3 电路交换与分组交换4 IP协议与TCP协议协议的概念IP协议TCP协议5 客户服务器方式6 结束语 F 79 TCP协议的用途 TCP是TransmissionControlProtocol的缩写 中文译名是传输控制协议 TCP协议驻留在用户计算机中 它的作用是保证应用程序之间端到端的可靠通信 80 TCP协议的主要功能 TCP给要传送的每一个字节的数据都进行编号 接收端在收到数据后必须向发送端发送确认信息 若发送端在规定的时间内没有收到对方的确认 就重传这部分数据 当网络中的通信量过大时 TCP就告诉发送端要放慢发送数据 这叫做流量控制 81 核心协议TCP IP 因特网使用的协议很多 但其中最为重要的协议就是IP和TCP 分组在因特网中传送要使用IP协议 计算机数据传输的可靠性由TCP协议来保证 通常用TCP IP这样的记法表示以TCP和IP为核心的协议族 因特网 最重要的两个协议 IP和TCP 83 解释一些的现象 为什么有时从因特网下载文件特别慢 可能的原因是 因特网中某处的通信量突然增大 路由器来不及处理到来的分组 于是丢弃这些分组 TCP发现少了一些分组 就进行重传 产生了时延 为什么有时发送电子邮件总是失败 可能的原因是因特网中的某处的通信量特别大 路由器大量丢弃分组 即使TCP协议进行重传 但重传后的分组还是被丢弃 所发送的邮件分组无法到达接收方 84 1 引言2 重要术语3 电路交换与分组交换4 IP协议与TCP协议5 客户服务器方式6 结束语 F 85 客户服务器方式 在TCP IP的应用层协议使用的是客户服务器方式 在网络环境下 许多问题的解决往往是通过位于不同主机中的多个进程之间的通信和协同工作来完成的 这些为了解决具体的应用问题而彼此通信的进程就称为 应用进程 进程就是运行中的程序 86 客户进程与服务器进程的关系 客户 client 和服务器 server 都是指通信中所涉及的两个应用进程 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 当A进程需要B进程的服务时就主动呼叫B进程 在这种情况下 A是客户而B是服务器 可能在下一次通信中 B需要A的服务 此时 B是客户而A是服务器 87 客户与服务器 客户是服务请求方 服务器是服务提供方 服务请求方 服务提供方 客户 client 服务器 server 88 客户软件的特点 在进行通信时临时成为客户 但它也可在本地进行其他的计算 被用户调用并在用户的计算机上运行 在打算通信时主动向远地服务器发起通信 可与多个服务器进行通信 不需要特殊的硬件和很复杂的操作系统 89 服务器软件的