概述新谢希仁计算机网络华科考研复试习题PPT课件

1 计算机网络 华中科技大学cindyhuxiaoya 2 课程的任务和目的 任务 掌握计算机网络的基本概念和基本原理目的构建解决类似复杂问题的解决方法与思维方式 3 基本要求 踊跃回答问题独立完成作业积极动手实验 4 参考书目 1 瞿坦 计算机网络及应用 第2版 化工出版社2 谢希仁 计算机网络 第4版 电子工业出版社 20033 AndrewS Tanenbaum ComputerNetworks 3rd PrenticeHall 1996 4 BehrouzForouzan IntroductiontoDataCommunicationsandNetWorking 2ndEdtion MoGraw Hill 2002 5 第一章计算机网络概述 请大家思考 1什么是计算机网络 2计算机网络是一个复杂的问题 该采用什么方法去解决 3现在主要有哪些解决方案 这些方案如何选择 6 1什么是计算机网络 ComputeNetwork 提示 从不同角度来给大家一个直观认识 网络实例 以INTERNET为例1 网络结构与数据传输方式2 网络的接入与介质3 网络拓扑结构与分类 7 因特网 工程视角 数以百万计的互联计算设备 主机 端接系统PC 工作站 服务器PDA 智能家电运行网络应用程序通信链路光纤 铜缆 无线电 卫星路由器 将数据分组 数据块 转发通过网络 8 因特网基本组成 协议 控制报文的收发e g TCP IP HTTP FTP PPP因特网标准RFC RequestforcommentsIETF InternetEngineeringTaskForce 因特网工程部 因特网 万网之网 松散的层次结构公共的Internet 因特网 vs 专有的intranet 内联网 localISP companynetwork regionalISP router workstation server mobile 9 因特网的服务模式 通信系统基础上运行分布式的应用程序 WWW email 网络游戏 电子商务 数据库应用 网上调查 文件共享所提供的通信服务 无连接 connectionless 面向连接 connection oriented 10 1 网络结构之划分 网络边缘 资源子网 应用程序和主机网络核心 通信子网 路由器万网之网访问网络 物理介质 通信链路 11 因特网中的资源子网 端接系统 endsys 运行应用程序e g WWW email在 网络的边缘 上客户端 服务器 client server 模型客户端发出请求 接收来自服务器的服务e g WWW客户端 浏览器 服务器 email客户端 服务器 12 因特网中的通信子网 由路由器互连而成的网 眼 最根本的问题 数据是如何传输并通过网络的 13 网络核心 通信子网 数据交换方式按照某种方式动态地分配传输线路的资源分类电路交换 FDM TDM存储转发交换 分组交换和报文交换 14 通信子网 电路交换 电路交换概念连接建立物理通路 独占端到端的固定传输带宽 必定是面向连接的 15 通信子网 电路交换 为通信 call 在两端需要预留资源链路带宽 交换能力专用资源 没有共享电路交换的通信性能 有承诺的 在通信进行之前要建立连接 16 网络核心 电路交换 网络资源 e g 带宽 划分成 片 各资源片分配给各个通信连接如果拥有资源的通信连接没有使用 则该资源片就被闲置 idle 没有共享 将链路带宽分 片 的办法频谱划分时隙划分 dividinglinkbandwidthinto pieces frequencydivisiontimedivision 17 电路交换 FDMA和TDMA 18 电路交换 特点 优点 实时性强管理简单缺点 信道利用率低呼叫时间长可靠性差适合业务 实时交互式业务大数据量传输 19 存储转发交换 1 报文交换交换机采用 存储 转发 能力的计算机 用户数据可暂时保存在交换机内 待线路空闲时再进行传输 20 存储转发交换 2 分组交换似于报文交换 但规定交换机和传输的数据长度 分组 不同用户的数据分组可以交织在网络中的物理链路上传输 P1 P2 P3 P4表示4个分组 21 网络核心 分组交换 每个端到端的数据流被划分成分组 packet 用户A B的分组可共享网络资源每个分组使用全部的链路带宽资源在必要时才使用 资源竞争 资源可能供不应求拥塞 分组排队 等待链路资源在路由器上存储转发 分组一次移动一个步跳通过链路传输等待下一条链路 22 网络核心 分组交换 10Mb s以太网 23 分组交换 特点优点 无固定的物理连接可靠性强 差错控制 迂回路由 信道利用率高 共享物理信道 缺点 实时性差协议复杂适合业务 突发性业务可靠性要求高的业 如计算机通信 24 分组交换vs 电路交换 1Mb s链路每个用户 100Kb s当 激活 激活时间为10 电路交换 10用户分组交换 对35个用户来说 概率 10个用户同时激活小于 0004 分组交换使得更多用户可 同时 使用网络 Nusers 1Mbpslink 25 分组交换vs 电路交换 在突发性数据传输过程中表现优异资源共享无须事先建立连接过度拥塞 导致分组延迟和丢失需要协议来保障可靠的数据传输 拥塞控制Q 如何在分组交换网中提供电路交换的性能 为音频 视频 audio video 应用提供带宽保障仍然是一个需要解决的问题 26 思考 报文交换和分组交换 你会选择哪一种 27 分组交换网络的延迟问题 分组在端到端传输的过程中会经历延迟在每个步跳中产生的延迟可分为四种 结点处理 校验错误确定输出链路排队在输出链路中等待被发送取决于路由器的拥塞程度 28 分组交换网络的延迟问题 发送延迟 R 链路带宽 b s L 分组长度 bits 将分组位流发送到链路上的时间 L R 传播延迟 d 物理链路的长度s 介质中的信号传播速度 2x108m s 传播延迟 d s 注意 s和R是完全不同的两个概念 29 网络核心 分组交换 分组交换 存储转发的过程 将报文划分成较小的数据块 分组 packets 存储转发 交换机等到整个分组到达完毕后 再进行转发或路由接力 30 2 因特网接入技术 Q 如何将端接路由器与端系统进行连接 Howtoconnectionendsystemstoedgerouter 居民区访问网络企事业单位访问网络 学校 公司 移动访问网络时刻牢记 访问网络的带宽 b s 共享或独占 31 居民区访问 点对点访问 拨号访问可达56Kb s对路由器的直接访问 理论上 ISDN 一线通 integratedservicesdigitalnetwork 128Kb s对路由器的全数字化连接ADSL 非对称用户线路 asymmetricdigitalsubscriberline上行可达1Mb shome to router下行可达8Mb srouter to homeADSL的应用 已经普及 32 居民区访问 线缆调制解调器 HFC hybridfibercoax 光纤同轴电缆混合网络 非对称 下行可达10Mb s 1Mb s的上行速率光纤同轴电缆混合网络将家庭连接到ISP路由器在若干家庭用户间共享访问带宽关注点 拥塞 规模控制问题应用 在国内的个别地区试点 e g 上海 个别 智能小区 33 居民区访问 线缆调制解调器 Diagram 34 单位访问 局域网 公司 大学局域网 LAN 将端系统连接到端接路由器以太网 Ethernet 共享或专线电缆将端系统连接端系统和路由器10Mb s 100Mb s 1Gb s以太网应用 企事业单位 家庭用户普遍使用的LAN 35 36 37 无线访问网络 共享的无线访问网络连接端系统和路由器无线LAN 使用无线频谱替代网线e g 朗讯Wavelan11Mb s广域无线访问CDPD 通过蜂窝式网络无线访问ISP路由器 38 3 从网络拓扑结构看CN 网络拓扑结构概念及分类拓扑结构概念将网络上的服务器和工作站抽象成点 将电缆等通信介质抽象成线 则形成点和线组成的几何图形 从而抽象出网络的具体结构 常见网络拓扑结构网状 总线型 星型 环型 树型 39 计算机网络的拓扑结构 网状结构 40 计算机网络的拓扑结构 网状结构形状不规则 每一个计算机节点至少与其他两个节点相连 n台计算机全连通所需信道y n2 n 2特点稳定可靠 保密性好 可选择最佳路径 所需连线多成本高 网络复杂不易管理 常用于大型广域网 主干网络 41 计算机网络的拓扑结构 总线结构将各个节点设备和一根总线相连 网络中所有的节点工作站均通过总线进行信息传输特点共享信道 易安装 所需连线少 成本低 难重新配置 无法隔离失效的计算机 实时性差 42 计算机网络的拓扑结构 环型拓扑结构用电缆或光纤将计算机串成一个圆环特点易安装 配置 某一计算机出错时可自动旁路 不便于扩充 系统响应时间长 43 计算机网络的拓扑结构 星型结构网络中每一节点通过连接线与一中心节点 交换机 HUB 相连 特点易安装 配置 可靠 易隔离故障 需连线多 中央节点负担重 44 计算机网络的拓扑结构 树型结构各节点按层次结构连接起来 形状像倒置的树 顶端为根节点 特点易扩展 易隔离故障 可靠 依赖根节点 45 3 从计算机网络分类看CN 按覆盖范围分局域网 LocalAreaNetwork LAN 小范围内的计算机网络特点 范围 100m 20km传输速率高 1Mbps 10Gbps误码率低结构规范 星型 总线型 环型等传输介质 双绞线 同轴电缆 光纤等 46 计算机网络的分类 按覆盖范围分城域网 MetropolitanAreaNetwork MAN 一个城市范围内的计算机网络特点 范围 几公里 几十公里 介于局域网和广域网之间传输速率低 几Kbps 几十Mbps误码率高结构复杂传输介质 公共电话网 DDN 光纤 微波 47 计算机网络的分类 按覆盖范围分广域网 WideAreaNetwork WAN 城市 国家 洲或全球范围的计算机网络特点 范围 几十公里 几千公里 范围大传输速率低 9 6Kbps 几百Mbps误码率高结构复杂传输介质 公共电话网 DDN ISDN xDSL 光纤 卫星 微波 48 计算机网络的分类 Internet全世界范围内的 LAN MAN WAN特点 范围 覆盖全世界传输速率低 几十Kbps 几Gbps误码率高结构松散 复杂 不规范传输介质 公共电话网 DDN ISDN xDSL 光纤 卫星 微波将Internet技术用在企业内部的网络中Intranet 企业内部网 Extranet 企业外部网 49 计算机网络的分类 按拓扑结构分星型网络总线型网络环型网络树型网络混合型网络 50 计算机网络的分类 按网络协议分以太网 Ethernet IEEE802 3令牌总线网 TokenBus IEEE802 4令牌环网 TokenRing IEEE802 5FDDI网X 25网TCP IP网 51 计算机网络的分类 按传输介质分双绞线网同轴电缆网光纤网无线网卫星通信网 52 计算机网络的分类 按网络操作系统类型分NovellNetware网Unix网WindowsNT网 按传输技术分广播式网络 Broadcasting 信道共享 数据以广播方式在网络上传输点到点网络 PointtoPoint 发送方与接受方之间有专用的通信信道 53 回答问题 什么是计算机网络 计算机网络是利用不同的通信媒体将地理上分散 具有独立功能的计算机系统连接起来 以实现资源共享与信息传递的复杂系统 54 第一章计算机网络概述 问题 1什么是计算机网络 2计算机网络是一个复杂的问题 该采用什么方法去解决 3现在主要有哪些解决方案 这些方案如何选择 55 人际网络交往与计算机网络类比 Hi Hi TCPconnectionreq 56 类比结果 人们交往的协议 现在几点了 我有个问题 彼此作自我介绍 定义发送的信息 定义信息接收后 或某个事件发生后的动作 网络协议 通信设备之间的交互而不是人们的交往所有在因特网上的通信活动全部是由协议所控制的 协议定义网络实体之间信息收发的格式和顺序 以及信息发送和接收后所需采取的动作 语法 语义 同步或规则 57 网络协议 网络协议定义一组控制数据通信的规则 计算机网络中互相通信的对等实体间交换信息时所必须遵守的规则的集合 对等实体在计算机网络体系结构中处于相同层次的通信协议进程对等实体之间的通信必须遵守相同的通信协议 58 网络协议 网络协议的基本要素语法数据与控制信息的格式 数据编码等 指明传输的数据的结构 格式及其组织的顺序 如 某协议定义数据前8位为发送者地址 次8位为接收者地址 剩余部分为信息 1010110110111011010011001110 发送方地址 接收方地址 数据 59 网络协议 网络协议的基本要素语义控制信息的内容 需要做出的动作及响应 指出每一部分bits的含义 如何解释某一特定类型的bit串及如何进行相应的处理 如 指出某一地址是路由器地址还是最终接收者的地址 60 网络协议 网络协议的基本要素同步时间的先后顺序和速度匹配 详细说明实现的顺序如何把这些元素组织起来 即用怎样的结构来组织 同步解决 何时发送数据以多快的速度发送数据 61 有了协议计算机网络问题就彻底解决了吗 62 协议的 复杂性 网络是复杂的 诸多 成分 主机问题 路由器问题 各种介质的链路应用程序问题 协议硬件 软件 问题 如何将复杂的网络问题依据一定的规则组织成一定的结构 至少要为讨论网络问题建设一个技术平台 63 类似问题 航空旅行的组织和运作 一系列的步骤 64 航空旅行的组织和运作 不同的视角 层次 每个层次实现一种服务通过该层次本身的活动依赖于下一个层次所提供的服务 65 分层的航空旅行 服务 66 分布式的实现分层的功能 67 复杂网络问题的解决思路 分层 对于复杂的系统 显式的结构使得复杂系统的问题定位和不同组成部分之间的关联讨论称为可能分层的参考模型 referencemodel 可用于讨论模块化简化了系统的维护和升级某个层次服务实现对系统的其余部分是透明的e g 改变登机过程不会影响航空旅行的效果分层的做法有没有坏处 68 网络体系结构概念 网络体系结构中各部分关系 69 网络体系结构概念 n层协议网络上一台计算机与另一台计算机的对等层 第n层 进行通信时 所遵守的规则 接口两相邻协议层之间所有调用和服务访问点及服务的集合 每一个层间接口定义了本层次必须为上一层次提供的信息和服务 70 网络体系结构概念 服务访问点SAP ServiceAccessPoint 同一系统中相邻两层的实体进行交互 交换信息 之处 实际上是第n层实体和上一层层实体的逻辑接口 也可称为端口port或插口socket 服务网络中第n层协议向相邻的高层协议提供服务 相邻的高层通过原语或过程调用相邻低层的服务 71 回答问题 计算机网络是一个复杂的问题 该采用什么方法去解决 计算机网络是利用不同的通信媒体将地理上分散 具有独立功能的计算机系统连接起来 以实现资源共享与信息传递的复杂系统 可以采用分层的思想构建网络体系结构去解决 72 第一章计算机网络概述 问题 1什么是计算机网络 2计算机网络是一个复杂的问题 该采用什么方法去解决 3现在主要有哪些解决方案 这些方案如何选择 73 解决方案一 OSI RM参考模型 OSI模型及层次OSI开放系统互联OpenSystemsInterconnectionISO国际标准化组织InternationalStandardsOrganizationISO在80年代定义了网络互连的基本参考模型 OSI参考模型 74 OSI RM参考模型 75 OSI RM参考模型 OSI体系结构中数据传输时的数据变化过程 参动画 76 OSI RM参考模型 OSI RM七层参考模型示意图如下 77 OSI RM参考模型 物理层 ThePhysicalLayer 物理层是RM OSI模型的最底层 其任务是实现互联系统间物理上的位流的透明传输 这一层实现系统间的物理通信 而其余各层都是虚拟通信这一层要解决计算机和通信设备连接的机械 电气和程序接口等问题 数据链路层 TheDataLinkLayer 该层的基本功能是在两个数据链路层之间建立和维持一条或多条数据链路 从网络层看 它提供了无差错的通信服务 网络层 TheNetworkLayer 该层的基本工作是接收来自传输层的报文分段 把它们转换成报文分组后送到指定的目的机 网络层用网络地址唯一地标志其逻辑通道 当进行数据交换时 应建立网络地址之间的连接 OSI RM模型各层功能说明如下 78 OSI RM参考模型 传输层 TheTransportLayer 该层又称为主机 主机协议或端 端协议 它的任务是提供一种独立于通信子网的数据传输服务 即对高层隐藏通信子网的结构 使源机和目的机之间的连接就象简单的点对点的连接 尽管实际的连接要复杂得多 对话层 TheSessionLayer 该层的任务是为两个表示层进程建立会晤连接 并管理它们在该连接上的对话 表示层 ThePresentationLayer 该层为应用层提供有关信息表示的服务 该层提供的具体服务有 文本压缩 代码转换 数据加密与解密 文件格式变换 终端属性转换等 79 OSI RM参考模型 应用层 TheApplicationLayer 它是RM OSI的最高层 负责系统中两个应用进程间的信息交换 80 解决方案二 TCP IP参考模型 TCP IP参考模型 81 TCP IP参考模型 Host to Network 网络接口层 TCP IP未做真正描述 仅指出主机必须使用某种协议与网络连接 以便通过网络传递IP分组 Internet层 互联网络层 定义了标准的分组格式和协议 IP协议 控制通信子网提供源点到目的点的IP分组传送 提供不可靠的无连接服务 Transport层 运输层 提供源端到目的端主机上对等实体之间的数据传送服务TCP和UDPApplication层 应用层 提供各种Internet管理和应用服务功能 82 参考模型的比较 OSI参考模型主要概念 服务 接口 协议协议封装得很好参考模型在协议之前形成共7个层次网络层 提供面向连接和无连接服务传输层 仅提供面向连接的服务 83 参考模型的比较 TCP IP参考模型未清晰定义服务 接口与协议先产生协议 后根据协议产生模型共有4个层次网络层 提供无连接服务传输层 提供面向连接和无连接服务 84 参考模型的比较 85 参考模型的比较 OSI参考模型与协议的缺点错误的时机在TCP IP协议出现商机之后提出 无发展空间有缺陷的技术复杂 忽视无连接 过多受通信技术的影响难以实现复杂 质量差错误的策略 86 参考模型的比较 TCP IP参考模型的缺点未明确服务 接口 协议的概念模型不通用 仅适用于TCP IP协议栈网络接口层的定义模糊没有区分物理层和数据链路层除TCP和IP之外的许多协议设计粗糙 87 混合模型的提出 混合模型ISO OSI概念模型好 协议实现不好 TCP IP协议实现好 模型不好 采用混合模型 88 混合模型 应用层 支持网络应用ftp smtp http传输层 主机进程间的数据传递tcp udp网络层 将数据报从信源传递到信宿ip 路由选择协议链路层 数据在网络上的相邻结点间的传输ppp ethernet物理层 信道上传送的位流 89 分层 逻辑通信 每个层次 分布运行的 实体 在每个节点上实现该层的功能实体实现动作 与对等实体交换信息 90 分层 逻辑通信 E g 传输层从应用层取得数据加上地址 校验信息形成 数据报 向对等实体 peer 发送数据报等待对等体在接收后的应答比喻 邮局服务 transport transport 91 对等层逻辑通信示例 邮局 问题 1 收信人与发信人之间 邮政局之间 他们是在直接通信吗 2 邮政局 运输系统各向谁提供什么样的服务 3 邮政局 收发信人各使用谁提供的什么服务 92 分层 物理通信 93 协议分层和数据的封装 每个层次都从上层取得数据加上首部信息形成新的数据单元将新的数据单元传递给下一层次 94 回答问题 主要有哪些解决方案 解决方案一 OSI RM解决方案二 TCP IP课堂练习 写出两种计算机网络体系结构的组成 95 了解历史可以帮助我们预测未来 Internet的发展 96 因特网简史 1961 Kleinrock 使用排队论证明分组交换网络在数据通信方面的优越性1964 Baran 在军用网络中实现分组交换1967 DARPA构思了ARPAnet1969 首个ARPAnet结点运行 1972 ARPAnet向公众展示NCP NetworkControlProtocol 第一个主机间通信的协议首个电子邮件程序运行ARPAnet有了15结点 1961 1972 早期的分组交换原理 97 因特网的产生和发展 利奥纳德 科仑洛克他在其博士论文中最早用排队论证明分组交换网络的优越性 1961 并在1969年12月 参与了美国四所大学使用接口消息处理器 IMP 建立起阿帕网 ARPANet LeonardKleinrock 98 因特网的产生和发展 APARNet实际上是冷战的产物 1969年美国国防部高级研究计划署 DefenseAdvancedResearchProjectAgency DARPA 决定研究一种计算机网络 能够在战争状态下经受得起局部被破坏 即一种无中心的网络 并能够将使用不同计算机和操作系统的网络连接在一起 99 因特网的产生和发展 APARNet联接了犹他大学 斯坦福研究所 加利福尼亚大学圣巴巴拉分校和加利福尼亚大学洛杉矶分校四个不同的计算机系统 这就是因特网的前身 100 因特网的产生和发展 APARNet是美国军方建立的实验性网络 其发展受到诸多限制最初4个节点 1970 s的60多个节点地域跨越美洲 欧洲具有现代网络的许多特征 例如分组交换分层次的网络体系结构较为完善的通信协议 101 因特网简史 1970 ALOHAnet卫星网络 Hawaii1973 Metcalfe在其博士论文中建议了Ethernet1974 Cerf和Kahn 提出网络互连的体系结构late70 s 厂家标准 DECnet SNA XNAlate70 s 交换固定长度的分组 ATM的先驱 1979 ARPAnet有了200结点 1972 1980 网络互连 新型和厂商网络 102 因特网的产生和发展 1974年 斯坦福大学的两位研究员瑟夫 cerf 和康恩 kahn 发表了互联网络的基本原则 小型化 自治 各种网络可以自行运行 当需要互联时不必在其内部再进行修改 尽力而为的服务 互联网络提供尽力而为的服务 如果需要可靠的通信 则由发送端通过重传丢失的报文来实现 无状态路由器 互联网络中的路由器不保存任何现行连接中已经发送过的信息流状态 分散化的控制结构 在互联网络中不存在全局性的控制机制 103 因特网的产生和发展 以太网在1980 s在全世界开始普及 也是目前因特网中数量最多的局域网络 曾在施乐公司工作的迈特考夫博士 Dr Metcalfe 于1973年发明了与传统的计算机网络实现方法完全不同的局域网络 以太网 Ethernet 104 因特网的产生和发展 1970 s末 ARPA开始了一个称为Internet的研究计划 主要研究如何将各种局域网 LAN 和广域网 WAN 互联起来 这个研究项目的成果就是TCP IP协议 TCP IP协议和过去某些计算机公司开发的协议不同点在于它是完