第1章.ppt.Convertor.docx

1.1.1 计算机网络的形成与发展 21 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。 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。 网络是指“三网”，即电信网络、有线电视网络和计算机网络。 发展最快的并起到核心作用的是计算机网络。 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。 已从最初的教育科研网络逐步发展成为商业网络。 已成为仅次于全球电话网的世界第二大网络。 因特网是自印刷术以来人类通信方面最大的变革。 现在人们的生活、工作、学习和交往都已离不开因特网。1.1.1 计算机网络的形成与发展从主机为中心到以网络为中心 计算机网络 - 计算机技术与通信技术相结合的产物。 网络的发展过程 20世纪50年代，面向终端的计算机网络 1969年，ARPAnet（广域网） 1975年，以太网（局域网） 1985年，NSFnet 1986年，NSFnet与ARPAnet相连，以此为基础形成Internet 正向下一代计算机网络发展1994年后形成多级结构的因特网 网络体系结构的发展过程 20世纪70年代中期，各家网络产品自成体系结构 1983年，ISO组织公布OSI参考模型 1977年，DARPA组织开始研究TCP/IP，1979年成功，1983完成在ARPAnet上的应用 TCP/IP成为事实上的工业标准101.1.2 计算机网络的定义 具有独立功能的计算机或其它设备，用一定通信设备和介质互相连接起来，能够实现信息传递和资源共享的系统。1.1.3 计算机网络的组成 三部分组成计算机设备传输介质网络协议实体具有独立功能的计算机系统和具有独立网络功能的共享设备 实现网络通信的物理基础。分为有线和无线两大类。实现网络协议的软件或硬件物理组成部分逻辑组成部分 网络协议：计算机之间通信需要遵守的、具有特定语义的一组规则。网络协议的实现是由软件或硬件、或二者共同完成的。 1.1.3 计算机网络的组成 一次完整的通信过程需要用到： 硬件协议实体 低层协议族- 由硬件实现- 网卡，交换机，集线器，路由器，调制解调器软件协议实体 高层协议族- 由软件实现 - TCP/IP协议软件模块，服务器/客户机程序 1.2.1 计算机网络的分类方法曾经有过的分类方法有： 按拓扑结构分：总线网、环型网、星型网和网状型（或分布型）网。 按网络协议分：如以太网、令牌环网、FDDI网、ATM网、Novell网、TCP/IP网等。 按传输介质分： 如同轴电缆网、双绞线网、光纤网、无线网等。按交换方式分：电路交换网、报文交换网、(针对底层通信网络) 分组交换网和混合交换网。 按使用者分： 公用网和专用网。按通信技术分：广播式网络和点到点网络。按分布距离分：局域网(目前最常用)、广域网和城域网。随着网络应用的发展，目前更多的网络是：复合拓扑结构，混合传输介质，使用多种网络协议的大规模网络一个重要概念分组交换 在传输数据之前，将要传的数据划分成一个个小的数据段，并在每一个数据段前加上必要的控制信息，如目的地址、源地址、差错校验信息等，与数据段一起构成一个分组（packet），然后再将分组独立地发送到网络上。由于分组中含有地址信息，当源站点和目的站点之间有多条路径时，每一个分组可以独立地选路。1.2.2 广播式网络和点到点网络按通信技术分为两类广播式网络 通信信道 广播式信道 两类交互方式 一台计算机向广播地址发送广播分组一台计算机向指定目的地址发送分组点到点网络 通信信道 点到点信道 两种连接方式 由一条物理线路直接连接通过中间结点存储转发、路由选择1局域网分布范围：几公里以内 传输速率高：10Mbps-1000Mbps 延迟小 各站点能对等参与对整个网络的使用与监控 网络技术：广播式通信技术 典型的局域网技术有：以太网、令牌环网、令牌总线网和光纤分布式数据接口（FDDI）等。2 广域网也称 “远程网” 分布范围：跨城市、地区、国家 传输速率：根据使用技术的不同差别较大 包含分组交换设备的网状结构 网络技术：点到点通信技术 典型的广域网技术有：X.25和帧中继 城域网也称 “远程网” 分布范围：跨城市、地区、国家 传输速率：根据使用技术的不同差别较大 包含分组交换设备的网状结构 网络技术：点到点通信技术 典型的广域网技术有：X.25和帧中继另外两个概念 互联网 并不是一种具体的物理网络技术 是将不同的物理网络技术按某种协议统一起来的一种高层技术 最典型的例子：Internet 接入网 是终端用户计算机（也可能是小型局域网）与互联网之 间的接口 不是独立的网路1.3 计算机网络的拓扑结构拓扑结构：网络系统中的结点（包括计算机和通信设备）和通信链路构成的几何形状 1总线型总线 作公共传输信道 所有站点均平等 使用广播式通信技术 共享式网络 2环型 有单环结构和双环结构两种 共享信道网络 缺点：当站点数增加时，网络整体性能会下降。现在已经淘汰3星型 任二个结点必须通过中心结点连接还可以构成多级星型结构 不同技术使用的通信方式也不同缺点：中心结点失效，整个网络就会瘫痪 网状型 结点之间的连接是任意的，没有规律 主要优点：系统可靠性高缺点：结构复杂，必须采用路由选择算法与流量控制方法 树型 有分支的总线结构 多用于宽带网 目前，物理上基本不用这种拓扑结构 1.4.1 网络协议分层模型及相关概念 协议分层的目的：分而治之协议栈 (protocol stack)：协议分层以后的层次结构最具影响的三个网络体系结构模型1 ISO/OSI参考模型 2 IEEE 802系列标准3 TCP/IP协议族 网络服务 彼此相邻的两层间下层为上层提供通信能力或操作而屏蔽其细节的过程。服务提供者两大类网络服务1面向连接的服务 整个通信过程包括三个阶段：建立连接、传输数据和释放连接。 适合于在一定期间内要向同一目的地发送大量数据的情况。 接收端接收到的数据顺序与发送顺序相同 具有较高的可靠性2 无连接服务 通信之前不需要建立连接 各分组被独立地传送到目的地，到达顺序不同于发送顺序 每个分组都必须包含地址信息 适合于一次传送的数据量较小的情况 灵活方便 不可靠的服务，常被称为“尽最大努力交付”（best effort delivery）1物理层 是OSI参考模型的最低层，利用物理传输介质为数据链路层提供物理连接。主要任务是在通信线路上传输数据比特（bit）的电信号。2数据链路层 负责结点之间链路上的帧传输控制，通常被分为介质访问控制（MACMedia Access Control）和逻辑链路控制（LLCLogical Link Control）两个子层。3.网络层主要功能是网络与网络之间的寻径、流量、差错、顺序、进/出路由等控制。4.传输层 负责提供两结点之间数据的传送，当两结点已确定建立连接后，传输层即负责监督，以确保数据能正确无误的传送。 是计算机网络通信体系结构中最关键的一层。5.会话层 负责控制每一站究竟什么时间可以传送与接收数据。6.表达层 主要用于处理两个通信系统中信息的表示方式。7.应用层 是OSI参考模型的最高层。 负责网络中应用程序与网络操作系统之间的联系，为用户提供各种服务。1.4.4 IEEE 802系列标准在局域网和城域网上广泛使用的协议标准就是IEEE 802系列标准。由 电气电子工程师协会 IEEE ( The Institute of Electrical and Electronic Engineer)的802委员会制定。IEEE 802委员会成立于1980年，专门负责制定不同工业类型的网络标准。IEEE 802系列标准中的每一个子标准都由委员会中的一个专门工作组负责，到目前为止，已有22个工作组IEEE 802模型各层数据的封装LLC子层的目的是屏蔽各种802网络之间的差别，为高层提供统一的接口MAC子层对应于不同的局域网或城域网技术TCP/IP模型各层功能简要描述1.应用层（Application Layer） 向用户提供一组常用的应用程序，例如文件传送、电子邮件、远程登录等。严格地说，应用程序可以不属于TCP/IP应用层的协议很多，依赖关系相当复杂，这种现象与具体应用的种类繁多现象密切相关。在应用层中，有些协议不能直接为一般用户所使用。那些直接能被用户使用的应用层协议，往往是一些通用的、容易标准化的协议，例如，FTP、Telnet等。 48TCP/IP模型各层功能简要描述2.传输层 包括两个协议：传输控制协议TCP（Transmission Control Protocol）和用户数据报协议UDP（User Datagram Protocol） 分别向应用程序提供了两种不同的服务：面向连接的服务和无连接服务。 根本任务是提供一个应用程序到另一个应用程序之间的通信，通常称为“端到端”通信。（Transport Layer）3.互联网层（Internet Layer） 互联网层包括多个协议：IP、ICMP、IGMP、ARP、RARP等，其中最重要的是IP协议。 是TCP/IP模型的关键部分。 功能是使主机可以把分组（packet）发往任何网络，并使各分组独立地传向目的地。 分组路由和差错控制也是互联网层的主要设计问题。TCP/IP模型各层功能简要描述4.网络接口层 最底层 负责将IP分组通过选定的物理网络发送出去，和从物理网络接收数据帧（frame）并提取出IP分组交给IP层。（Network Interface Layer）TCP/IP模型与OSI模型层次之间的对应关系TCP/IP网络的实际情况是高层使用TCP/IP协议族低层广泛使用其它局域网或广域网协议计算机 1 向计算机 2 发送数据1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 PDU2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3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）4 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5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6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7物理层接收到比特流，上交给数据链路层8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9网络层剥去首部，取出数据部分上交给运输层10运输层剥去首部，取出数据部分上交给应用层11应用层剥去首部，取出应用程序数据上交给应用进程12我收到了 AP1 发来的应用数据13计算机 2 的物理层收到比特流后交给数据链路层14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15网络层剥去分组首部后把分组的数据部分交给运输层16运输层剥去报文首部后把报文的数据部分交给应用层17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18我收到了 AP1 发来的应用程序数据！两个重要参数1.带宽“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 b/s (bit/s)。更常用的带宽单位是千比每秒，即 kb/s （103 b/s）兆比每秒，即 Mb/s（106 b/s）吉比每秒，即 Gb/s（109 b/s）太比每秒，即 Tb/s（1012 b/s）请注意：在计算机界，K = 210 = 1024 M = 220, G = 230, T = 240。2.时延发送端从发送第一个字节开始到接受段收到最后一个字节所经历的总的时间数据经历的总时延就是发送时延、传播时延和处理时延之和： 总时延 = 发送时延 + 传播时延 + 处理时延发送时延（传输时延 ）发送数据时，数据块从结点进入到传输媒体所需要的时间。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。 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。 结点缓存队列中分组排队所经历的时延是处理时延中的重要组成部分。处理时延的长短往往取决于网络中当时的通信量。有时可用排队时延作为处理时延。本章小结 计算机网络是由具有独立功能的计算机、通信线路和实现网络协议的软硬件实体组成的系统。 依据不同的标准，计算机网络有不同的分类，按照通信技术和分布距离是两种重要的分类方法。 计算机网络的拓扑结构有：总线型、环型、星型、网状型（也称分布型）、树型，以及上述拓扑结构的混合结构。不同的拓扑结构选择可能决定了可选择的组网技术也不同，或者反过来说，不同的网络技术决定了可使用的拓扑结构类型。本章小结（续） 网络上的主机之间通信需要遵循相同的网络协议。计