计算机网络01讲

1、1 计算机网络 主讲：李 强 Li_ 信息学院227室 2 n参考书目： 计算机网络（第五版） 谢希仁 编著 电子工业出版社 计算机网络（第四版） 潘爱民 译 Andrew S.Tanenbauem 编著 清华大学出版社 3 所讲授内容 n概述 n物理层 n数据链路层 n网络层 n传输层 n应用层 n网络应用 4 第一章 概述 n计算机网络在信息时代的作用 n计算机网络的发展过程 n计算机网络的分类 n计算机网络的性能指标 n计算机网络的体系结构 5 1.1 计算机网络在信息时代的作用 n21 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

2、会的命脉和发展知识经济 的重要基础。 n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。已成为仅次于 全球电话网的世界第二大网络。 n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。 6 1.1 计算机网络在信息时代的作用 n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。 n“三网合一”的技术 n“NII”（National Information Infrostructure) 的概念，1993年，由美国政府发布，称 为国家信息基础设施建设计划，NII又被

3、称为信息高速公路。 7 1.1 计算机网络在信息时代的作用 n分布式系统与计算机网络的主要区别: 在一个分布式的系统中，一组独立的计算 机展现给用户的是一个统一的整体，分布式系 统通过分布式的操作系统是以全局方式管理系 统资源，它能自动为用户任务调度网络资源。 对于计算机网络来说，没有分布式系统的 统一性，它只具备独立自治的单个计算机。 分布式系统与计算机网络的区别主要表现 在软件上，而不是硬件。 8 1.1 计算机网络在信息时代的作用 n计算机网络的概念 用通讯线路将分散在不同地点的具有独立 自主的计算机系统相互联接,并按网络协议进行 数据通讯和实现资源共享的计算机集合,称为计 算机网络。

4、n计算机网络的组成 （1）若干个主机，向用户提供服务，构成资源 子网; （2）一个通信子网，由一些专用的结点交换机 和连接这些结点的通信链路组成; （3）一系列的协议，用来控制主机之间或主机 和子网之间的通信。 9 1.1 计算机网络在信息时代的作用 n计算机网络的发展趋势 一个目标：各个国家、进而在全国建立完 善的信息基础设施 两个支撑：微电子技术和光技术 三个融合：三网合一 四个热点：多媒体、宽带网、移动通信和 信息安全 10 1.2 计算机网络的发展过程 n计算机网络的产生和发展的阶段 1、 第一个阶段可以追述到20世纪50年代。 终端网络 2、 第二个阶段以20世纪60年代美国的ARP

5、ANET 与分组交换技术为重要标志 3、 第三个阶段从20世纪70年代中期开始。 开放式的网络体系结构 4 、第四个阶段是20世纪90年代开始。 Internet 11 1.2 计算机网络的发展过程 1.2.1 分组交换的产生 n计算机网络的产生背景 1、是 20 世纪 60 年代美苏冷战时期的产物。 2、60 年代初，美国国防部领导的远景研究规划局 ARPA (Advanced Research Project Agency) 提 出要研制一种生存性(survivability)很强的网络。 3、传统的电路交换(circuit switching)的电信网有一 个缺点：正在通信的电路中有一个

6、交换机或有一 条链路被炸毁，则整个通信电路就要中断。 12 新型网络的基本特点 n网络用于计算机之间的数据传送，而不是为了 打电话。 n网络能够连接不同类型的计算机，不局限于单 一类型的计算机。 n所有的网络结点都同等重要，因而大大提高网 络的生存性。 n计算机在进行通信时，必须有冗余的路由。 n网络的结构应当尽可能地简单，同时还能够非 常可靠地传送数据。 13 1.2.1 分组交换的产生 n三种交换的方式 电路交换 报文交换 分组交换 14 “交换”的含义 n在这里，“交换”(switching)的含义是： n转接把一条电话线转接到另一条电话线， 使它们连通起来。 n从通信资源的分配角度来看

7、，“交换” 就是按照某种方式动态地分配传输线路 的资源。 15 电路交换的特点 n电路交换必定是面向连接的。 n电路交换的三个阶段： n建立连接 n通信 n释放连接 16 电路交换举例 nA 和 B 通话经过四个交换机 n通话在 A 到 B 的连接上进行 ( ( ( ( 交换机 交换机 交换机 交换机 用户线 用户线 中继线 中继线 B D C A 17 电路交换举例 nC 和 D 通话只经过一个本地交换机 n通话在 C 到 D 的连接上进行 ( ( ( ( 交换机 交换机 交换机 交换机 用户线 用户线 中继线 中继线 B D C A 18 电路交换传送计算机数据效率低 n计算机数据具有突发

8、性。 n这导致通信线路的利用率很低。 19 报文交换的特点 n利用存储转发机制，当发送方有一块数 据要发送时，它被存储在第一个交换机 中（或路由器），以后在转发出去。 n例如：电报（采用莫尔斯密码） n缺点：由于对数据块的大小没有限制， 所以要求转发设备要具有相当大的缓存。 且传送时间不固定。 20 报文 分组交换的原理（一） n在发送端，先把较长的报文划分成较短 的、固定长度的数据段。 1101000110101010110101011100010011010010 假定这个报文较长 不便于传输 21 数 据数 据数 据 报文 分组交换的原理（二） n每一个数据段前面添加上首部构成分组。 首

9、部 首部 首部 分组 1 分组 2 分组 3 请注意：现在左边是“前面” 22 分组交换的原理（三） n分组交换网以“分组”作为数据传输单 元。 n依次把各分组发送到接收端（假定接收 端在左边）。 数 据首部 分组 1 数 据首部 分组 2 数 据首部 分组 3 23 分组首部的重要性 n每一个分组的首部都含有地址等控制信 息。 n分组交换网中的结点交换机根据收到的 分组的首部中的地址信息，把分组转发 到下一个结点交换机。 n用这样的存储转发方式，最后分组就能 到达最终目的地。 24 分组交换的原理（四） n接收端收到分组后剥去首部还原成报文。 数 据首部 分组 1 数 据首部 分组 2 数

10、据首部 分组 3 收到的数据 25 数 据数 据数 据 分组交换的原理（五） n最后，在接收端把收到的数据恢复成为 原来的报文。 n这里我们假定分组在传输过程中没有出 现差错，在转发时也没有被丢弃。 报文 1101000110101010110101011100010011010010 26 分组交换网的示意图 H1 A 分组交换网 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！ 结点交换机 主机 27 注意分组的存储转发过程 H1 A 分组交换网 B D E C H5 H6 H4 H2 H3 H1 向 H5 发送分组 结

11、点交换机 主机 在结点交换机 A 暂存 查找转发表 找到转发的端口 在结点交换机 C 暂存 查找转发表 找到转发的端口 在结点交换机 E 暂存 查找转发表 找到转发的端口 最后到达目的主机 H5 28 注意结点交换机有多个端口 A B C D E H1 H5 H2 H4 H3 H6 高速链路 结点 交换机 1 2 3 4 1 2 3 4 1 2 3 4 1 2 3 4 1 2 3 4 29 结点交换机 n在结点交换机中的输入和输出端口之间 没有直接连线。 n结点交换机处理分组的过程是： n把收到的分组先放入缓存（暂时存储）； n查找转发表，找出到某个目的地址应从哪个 端口转发； n把分组送到适当的端口转发出去。 30 主机和结点交换机的作用不同 n主机是为用户进行信息处理的，并向网 络发送分组，从网络接收分组。 n结点交换机对分组进行存储转发，最后 把分组交付给目的主机。 31 分组交换的优点 n高效 动态分配传输带宽，对通信链路 是逐段占用。 n灵活 以分组为传送单位和查找路由。 n迅速 不必先建立连接就能向其他主机 发送分组；充分使用链路的带宽。 n可靠 完善的网络协议；自适应的路由 选择协议使网络有很好的生存性。 32 分组交换带来