1 计算机网络概述

网络规划与集成（华为3Com认证课程）,XXXXXXXX大学XXXXXXXXXX主讲XXXXXXXX,课程简介,1.本课程是软件工程专业的专业必修课2.考核方式：考查3.总学时：48学时(其中含实验16学时)4.教材：网络规划与集成（华为认证）5.参考书：计算机网络（第5版）谢希仁,清华大学出版社计算机网络胡道元，清华大学出版社,课程简介（续）,6.成绩评定最终成绩=平时成绩+实验成绩+期末考试成绩出勤/作业/提问小论文,平时成绩,课程要求,课前做好预习保持课堂安静（不打手机和说话）保持头脑清醒（不睡觉），思维活跃缺课1/3及其以上不允许参加考试认真、独立、按时完成并提交作业课后及时做好复习积极有效完成实验，并提交合格的实验报告,5,引入,现在网络已经不仅仅是一个时髦的名词。它已经成为人们生活不可缺少的一部分。,6,学习目标,掌握计算机网络的定义掌握网络的体系结构OSI、TCP/IP模型理解网络的分类方法了解计算机网络的主要性能指标了解无线网络和IPv6,学习完本章，应该掌握和理解：,7,课程内容,1.1计算机网络的发展1.2计算机网络体系结构1.3计算机网络分类1.4计算机网络的主要性能指标1.5无线网络和IPv6简介,8,1.1计算机网络的发展,1.1.1计算机网络的概念1.1.2计算机网络的发展,9,计算机网络示例,Internet,SOHO,Server,IPHotel,Intranet,移动,Small/HomeOfficeSuper/HumanOffice,10,1.1.1计算机网络的定义,计算机网络：就是把分布在不同地理区域的功能独立的计算机以及专门的外部设备利用通信线路互连成一个规模大、功能强的网络系统，在通信协议的支持下，网络中的计算机可以方便地互相传递信息，实现共享信息资源。这个定义包含了以下3个主要的含义：计算机网络是指自治计算机的互连集合。计算机互连必须遵循约定的通信协议，并通过相应的软、硬件实现。计算机网络可以实现交互通信、资源共享、信息交换、协同工作以及在线处理等功能。,11,1.1.2计算机网络的发展,Host,简单连接1960s1970s,基于网络的连接1970s1980s,网络互联1980s,12,（1）以主机为中心的联机终端网络系统,特征共享主机软硬件资源单台主机：执行计算和通信任务多台终端：实现用户交互连接方式本地或远程连接,HOST,TS,T,T,T,T,T,T,T,终端集中器/终端服务器,13,（2）以通信子网为中心的主机互连,特征多个终端联机系统的互联，形成了以多主机为中心的网络网络结构从“主机终端”转变为“主机主机”,14,（3）两层网络概念的出现,由CCP（通信控制处理机）组成的传输网络通信子网，为主机提供信息传输服务建立在通信子网基础上的主机集合资源子网，提供计算资源,15,两层网络的概念结构,在通信子网上可有多个资源子网，共享通信子网的服务,16,（4）以通信子网为中心的互连网络,两层网络演变通信子网规模逐渐扩大私有社会公用公用数据通信网PSTNX.25优点降低用户系统建设成本提高通信线路利用率兼容性好,17,课程内容,1.1计算机网络的发展1.2计算机网络体系结构1.3计算机网络分类1.4计算机网络的主要性能指标1.5无线网络和IPv6简介,18,1.2计算机网络的体系结构,1.2.1ISO/OSI开放系统互连参考模型1.2.2TCP/IP参考模型,19,1.2.1ISO/OSI开放系统互连参考模型,OSIRM：开放系统互连参考模型（OpenSystemInterconnectionReferenceModel）OSIRM定义了网络中设备所遵守的层次结构。分层结构的优点：简化网络的操作提供设备间兼容性和标准接口促进标准化工作结构上可以分隔易于实现和维护,20,七层功能（1）,应用层,表示层,会话层,传输层,网络层,数据链路层,物理层,1,2,3,4,5,6,7,底层:负责网络数据传输（介质层）通常由硬件和软件结合实现,高层:负责主机之间的数据传输（主机层）通常由软件实现,21,七层功能（2）,应用层,表示层,会话层,传输层,网络层,数据链路层,物理层,1,2,3,4,5,6,7,提供应用程序间通信,处理数据格式、数据加密等,建立、维护和管理会话,建立主机端到端连接,寻址和路由选择,提供介质访问、链路管理等,比特流传输,22,对等层通信,每一层利用下一层提供的服务与对等层通信；每一层使用自己的协议。,HostA,HostB,APDU,PPDU,SPDU,Segment,Packet,Frame,Bit,应用层,表示层,会话层,传输层,网络层,数据链路层,物理层,应用层,表示层,会话层,传输层,网络层,数据链路层,物理层,协议数据单元（PDU）,23,数据封装,数据封装和解封装过程,Data,主机,服务器,交换机,路由器,应用层,表示层,会话层,传输层,网络层,数据链路层,物理层,应用层,表示层,会话层,传输层,网络层,数据链路层,物理层,Data,24,1.2.2TCP/IP参考模型,25,通信协议,网络协议是网络设备之间通信规则的规范性描述。,5,4,3,2,1,5,4,3,2,1,TCP/IP协议栈,SourceHostA,DestinationHostB,好啊，我也懂TCP/IP。,请问可以用TCP/IP和你通信吗?,TCP/IP协议栈,26,网络协议概念,网络协议有三个要素：语义：讲什么，即确定协议元素的类型，如规定通信双方要发出的控制信息、执行的动作和返回的应答等是什么。语法：如何讲，即确定协议元素的格式，如数据和控制信息的格式等。时序（语序）：讲的次序，即通信过程中的应答关系和状态变化等。主要的网络协议：TCP/IP，IPX/SPX，SNA，AppleTalk，DECnet协议等。,27,物理层,物理层：定义电压、接口、线缆标准、传输距离等。物理层线缆：同轴电缆（coaxialcable）：细缆和粗缆双绞线（twistedpair）：UTP、STP光纤（fiber）：单模和多模无线电波（wirelessradio）：无线局域网WLAN,28,物理层,局域网与物理层线缆标准：10Base-T、100Base-T、100Base-TX/FX、1000Base-T、1000Base-SX/LX；网络设备：中继器、集线器等。广域网与物理层DTE设备：路由器、终端主机等；DCE设备：广域网交换机、Modem、CSU/DSU等；常见接口：RS-232、V.24、V.35等。,29,数据链路层,局域网数据链路层分为2个子层：LLC子层和MAC子层数据链路层的功能：物理地址定义网络拓扑结构的设计设置链路参数差错验证物理介质访问流控制（可选）,30,MAC/物理地址,MAC地址有48bit，用16进制数表示；华为产品前3个字节是0 x00E0FC。,00e0.fc01.2345,厂商编号,序列号,24bits,24bits,00e0.fc01.2345,Rom,Ram,31,LAN与数据链路层,IEEE802标准：定义了一系列局域网标准IEEE802.1基本局域网问题IEEE802.2定义LLC子层IEEE802.3以太网标准IEEE802.4令牌总线网IEEE802.5令牌环网IEEE802.11无线局域网以太网交换机,32,WAN与数据链路层,WAN数据链路层标准：HDLCPPPISDNX.25FrameRelayWAN数据链路层设备：Modem、ISDN终端适配器CSU/DSU、广域网交换机,33,网络层,编址和路由,应用层,表示层,会话层,传输层,网络层,数据链路层,物理层,34,网络地址,网络层地址由两部分地址组成：网络地址和主机地址。网络地址是全局唯一的。,IP地址,IPX地址,网络地址,主机地址,10.,8.2.48,网络地址,主机地址,1aceb0b1.,0000.0c00.6e25,35,面向连接和无连接的服务,面向连接的服务：适合延迟敏感性、一次传输大量数据的应用建立连接数据传输断开连接无连接的服务：适合对延迟不敏感、一次传输少量数据的应用无需建立连接资源动态分配,36,网络层协议操作,网络层,数据链路层,物理层,网络层,数据链路层,物理层,网络层,数据链路层,物理层,网络层,数据链路层,物理层,表示层,会话层,传输层,应用层,A,B,C,D,E,RouterA,RouterB,RouterC,37,传输层,传输层功能：分段上层数据；建立端到端连接；将数据从一端主机传送到另一端主机。传输层协议：主要有TCP/IP协议栈的TCP协议和UDP协议，IPX/SPX协议栈的SPX协议等。,38,端到端通信,传输虚电路,Host,WWW.HUAWEI.COM,FTP.HUAWEI.COM,应用数据,FTP,WWW,传输数据包,Data,21,1028,80,1027,Data,39,流量控制,流量控制的三种方式：缓存技术：突发缓存，空闲发送。源抑制报文：利用ICMP协议向源端发送sourcequench报文。窗口机制：报文中包含窗口字段，用于控制源端一次发送数据的多少。,40,确认技术,传输虚电路,Host,源,目的,Send1,2,3,Acknowledge4,Send4,5,6,Acknowledge4,（重传）Send4,5,6,Host,正确接收,未正确接收,Acknowledge7,正确接收,41,高层协议,会话层协议：SQL、NFS、RPC等；表示层协议：ASCII、MPEG、JPEG等；应用层协议：文字处理、邮件、电子表格等。,42,课程内容,1.1计算机网络的发展1.2计算机网络体系结构1.3计算机网络分类1.4计算机网络的主要性能指标1.5无线网络和IPv6简介,43,1.3计算机网络的分类,按照网络的覆盖范围分局域网(LAN)、城域网(MAN)和广域网(WAN)按照网络的逻辑功能分资源子网和通信子网按照网络的拓扑结构分总线型网、星型网、树型网、环型网和网型网等按照网络的传输介质分双绞线网、同轴电缆网、光纤网和微波网、卫星网等按照网络的交换方式分电路交换网、报文交换网、分组交换网、帧中继交换网、ATM交换网和混合交换网等。,44,课程内容,1.1计算机网络的发展1.2计算机网络体系结构1.3计算机网络分类1.4计算机网络的主要性能指标1.5无线网络和IPv6简介,45,1.4计算机网络的主要性能指标,影响计算机网络性能的因素有很多，如传输的距离、使用的线路、传输技术、带宽。对用户而言，则主要体现在所获得的网络速度不一样，因此，计算机网络的主要性能指标是指带宽、吞吐量和时延。带宽：通信线路每秒钟所能传送的比特数。单位是比特每秒（bps即b/s、bit/s）。吞吐量：指一组特定的数据在特定的时间段经过特定的路径所传输的信息量的实际测量值。,46,时延,时延：指一个报文或分组从一个网络（或一条链路）的一端传送到另一端所需的时间。总时延传播时延+发送时延+处理时延时延是由以下几部分组成：（1）传播时延传播时延是指电磁波在信道上传播一定的距离而花费的时间。计算公式是：,47,发送时延和处理时延,（2）发送时延发送时延是发送数据所需要的时间。计算公式是：（3）处理时延处理时延是指数据在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。在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。因此，处理时延的长短往往取决于网络中当时的通信量。,48,时延带宽积和往返时延,时延带宽积和往返时延时延带宽积就是传播时延和带宽的乘积。往返时延RTT（Round-TripTime）表示从发送端发送数据开始，到发送端收到来自接收端的确认（接收端收到数据后便立即发送确认），总共经历的时延。在互联网中，往返时延要包括各中间结点的处理时延和转发数据时的发送时延。,49,例题,【例1.1】假定终端A和终端B之间相隔三个结点和4条通信链路，每条通信链路的长度为L，电信号经过通信链路的传播速率为2/3光速，在电路交换方式下，如果点点信道的带宽为Xb/s，忽略连接建立和释放时间，也忽略中间结点的转发时间，求出从终端A开始发送到终端B接收完M字节长度数据所需要的时间。,50,解,【解】从终端A开始发送数据到终端B接收完数据所需要的时间t主要由两部分组成（处理时间忽略），计算公式如下：t=t1+t2其中：t1为发送时延，即终端A从开始发送数据到发送完最后一位数据需要的时间（M字节）t2为传播时延，即最后一位数据从终端A传播到终端B所需要的时间计算：t1=M8/Xt2=(4L)/(2/3C)=6L/Ct=M8/X+6L/C,51,内容回忆（1）,1.1计算机网络的发展计算机网络的定义；计算机网络的发展；1.2计算机网络的体系结构OSI参考模型；对等层通信；数据封装；TCP/IP体系结构；通信协议及其组成；物理层的接口标准及其网络设备；数据链路层的标准及其网络设备、物理地址；网络层地址；传输层的功能及主要协议；流量控制的三种方式1.3计算机网络的分类1.4计算机网络的主要性能指标吞吐量；带宽；时延及其组成；时延带宽积及往返时延,52,课程内容,1.1计算机网络的发展1.2计算机网络体系结构1.3计算机网络分类1.4计算机网络的主要性能指标1.5无线网络和IPv6简介,53,1.5无线网络和IPv6简介,1.5.1无线网络简介1.5.2IPv6简介,54,1.5.1无线网络简介,一般而言，凡采用无线传输的计算机网络都可称为无线网络。从无线局域网（WLAN：WirelessLocalAreaNetwork）到蓝牙网络、从红外线通信网到移动通信网，都是无线网络。,55,1无线局域网概述,无线局域网是一种利用无线电波在自由空间的传播实现终端之间通信的网络；它是以无线信道作为传输媒介的计算机局域网；采用802.11协议进行互连的一组计算机和相关设备的集合；是有线联网方式的重要补充和延伸，并逐渐成为计算机网络中一个至关重要的组成部分，广泛适用于需要可移动数据处理或无法进行物理传输介质布线的领域。,56,2无线局域网分类,无线局域网主要分为两大类第一类：有固定基础设施无线局域网所谓“固定基础设施”是指预先建立起来的、能够覆盖一定地理范围的一批固定基站。有固定基础设施的无线局域网，IEEE802.11标准规定的最小构件是基本服务集(Basicserviceset，BSS)，一个基本服务集BSS包括一个基站和若干个移动站。BSS覆盖的范围称为基本服务区。第二类：无固定基础设施无线局域网又称为自组网络(AdHocNetwork)，这种网络没有基站，是由一些处于平等状态的移动站之间相互通信组成的临时网络。服务受限，一般不与其他网络相连接。,57,3无线局域网的特点,（1）无线局域网的优点移动性-无线灵活性-增减、移动、修改网络设备可伸缩性-扩展网络经济性-线缆、人员的费用（2）无线局域网的局限性可靠性-干扰和噪音带宽与系统容量覆盖范围干扰-外界干扰、系统之间和内部干扰安全性-信息安全、人员健康,58,4无线局域网组成,无线局域网的物理组成主要有站（station，STA）无线介质（wirelessmedium，WM）基站（basestation，BS）或接入点（accesspoint，AP）分布式系统（distributionsystem，DS）等。,59,5无线局域网协议,无线局域网协议IEEE802.11系列标准的协议体系结构如下图所示。LLC层与其他IEEE802局域网相同并共用，而MAC子层为多种物理层标准所共用。IEEE802.11MAC子层支持的物理层有以下几种。,60,1.6.2IPv6简介,IPv6的优点（1）IPv6具有更大的地址空间。共有2128个地址。（2）IPv6使用更小的路由表。IPv6的地址分配一开始就遵循聚类（Aggregation）的原则，这使得路由器能在路由表中用一条记录（Entry）表示一片子网，大大减小了路由器中路由表的长度，提高了路由器转发数据包的速度。（3）IPv6增加了增强的组播（Multicast）支持以及对流的支持（FlowControl），这使得网络上的多媒体应用有了长足发展的机会，为服务质量（QoS，QualityofService）控制提供了良好的网络平台。,61,IPv6的优点（续）,（4）IPv6加入了对自动配置（AutoConfiguration）的支持。这是对DHCP协议的改进和扩展，使得网络（尤其是局域网）的管理更加方便和快捷。（5）IPv6具有更高的安全性。在使用IPv6网络中用户可以对网络层的数据进行加密并对IP报文进行校验，极大的增强了网络的安全性。,62,IPv6地址表示形式（1）,冒号十六进制形式这是首选形式n:n:n:n:n:n:n:n其中：n表示16位地址元素的十六进制值。例如：3FFE:FFFF:7654:FEDA:1245:BA98:3210:4562,63,IPv6地址表示形式（2）,压缩形式将地址中多个0块的单个连续序列由双冒号符号（:）表示。此符号只能在地址中出现一次（？）。例如：多播地址FFED:0:0:0:0:BA98:3210:4562压缩形式为FFED:BA98:3210:4562单播地址3FFE:FFFF:0:0:8:800:20C4:0压缩形式为3FFE:FFFF:8:800:20C4:0环回地址0:0:0:0:0:0:0:1的压缩形式为:1未指定的地址0:0:0: