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1、计算机网络计算机网络因特网因特网(Internet)的发展及意义的发展及意义 进入进入 20 世纪世纪 90 年代以后，以因特网为代年代以后，以因特网为代表的计算机网络得到了飞速的发展。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已从最初的教育科研网络逐步发展成为商业网络。业网络。 已成为仅次于全球电话网的世界第二大网已成为仅次于全球电话网的世界第二大网络。络。 因特网是自印刷术以来人类通信方面最大因特网是自印刷术以来人类通信方面最大的变革。的变革。 现在人们的生活、工作、学习和交往都已现在人们的生活、工作、学习和交往都已离不开因特网。离不开因特网。计算机网络向用户提

2、供的计算机网络向用户提供的最重要的功能最重要的功能 连通连通性性计算机网络使上网用户计算机网络使上网用户之间都可以交换信息，好像这些用之间都可以交换信息，好像这些用户的计算机都可以彼此直接连通一户的计算机都可以彼此直接连通一样。样。 共享共享即资源共享。可以是信息即资源共享。可以是信息共享、软件共享，也可以是硬件共共享、软件共享，也可以是硬件共享。享。 因特网概述因特网概述 起源于美国的因特网现已发展成为起源于美国的因特网现已发展成为世界上最大的国际性计算机互联网世界上最大的国际性计算机互联网 网络网络(network)由若干由若干结点结点(node)和连接这些结点的和连接这些结点的链路链路(

3、link)组成。组成。 互联网是互联网是“网络的网网络的网络络”(network of networks)。 连接在因特网上的计算机都称为连接在因特网上的计算机都称为主主机机(host)。 网络结点和通信链路网络结点和通信链路 计算机网络的组成元素可以分为两计算机网络的组成元素可以分为两大类，即网络结点和通信链路。大类，即网络结点和通信链路。 网络结点又分为端结点和转接结点，网络结点又分为端结点和转接结点，由端结点构成资源子网，由转接结由端结点构成资源子网，由转接结点和通信链路构成通信子网。点和通信链路构成通信子网。 因特网的组成因特网的组成 从因特网的工作方式上看，可以划分为以下的两从因特网

4、的工作方式上看，可以划分为以下的两大块：大块：(1) 边缘部分边缘部分 由所有连接在因特网上的主机组成。由所有连接在因特网上的主机组成。这部分是用户直接使用的，用来进行通信（传这部分是用户直接使用的，用来进行通信（传送数据、音频或视频）和资源共享。送数据、音频或视频）和资源共享。(2) 核心部分核心部分 由大量网络和连接这些网络的路由由大量网络和连接这些网络的路由器组成。这部分是为边缘部分提供服务的（提器组成。这部分是为边缘部分提供服务的（提供连通性和交换）。供连通性和交换）。6 因特网的边缘部分因特网的边缘部分 处在因特网边缘的部分就是连接在因特网上的处在因特网边缘的部分就是连接在因特网上的

5、所有的主机。这些主机又称为所有的主机。这些主机又称为端系统端系统(end system)。 “主机主机 A 和主机和主机 B 进行通信进行通信”，实际上是指：，实际上是指：“运行在主机运行在主机 A 上的某个程序和运行在主机上的某个程序和运行在主机 B 上的另一个程序进行通信上的另一个程序进行通信”。 即即“主机主机 A 的某个的某个进程进程和主机和主机 B 上的另一个上的另一个进程进程进行通信进行通信”。或简称为。或简称为“计算机之间通信计算机之间通信” 7两种通信方式两种通信方式在网络边缘的端系统中运行的程序之间的通信方式在网络边缘的端系统中运行的程序之间的通信方式通常可划分为两大类：通常

6、可划分为两大类： 客户服务器方式客户服务器方式（C/S 方式）方式） 即即Client/Server方式方式 对等方式对等方式（P2P 方式）方式） 即即 Peer-to-Peer方式方式 8客户服务器方式客户服务器方式 客户客户(client)和和服务器服务器(server)都是指通信中所涉都是指通信中所涉及的两个应用进程。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。务的关系。 客户是客户是服务的请求方服务的请求方，服务器是，服务器是服务的提供方服务的提供方。（请求（请求/响应）响应）9运行客户程序网络边缘网络核心运行服务

7、器程序AB 请求服务 得到服务客户服务器客户 A 向服务器 B 发出请求服务，而服务器 B 向客户 A 提供服务。客户软件的特点客户软件的特点 （顾客）（顾客） 被用户调用后运行，在打算通信被用户调用后运行，在打算通信时主动向远地服务器发起通信时主动向远地服务器发起通信（请求服务）。因此，客户程序（请求服务）。因此，客户程序必须知道服务器程序的地址。必须知道服务器程序的地址。 不需要特殊的硬件和很复杂的操不需要特殊的硬件和很复杂的操作系统。作系统。 11服务器软件的特点（银行，饭服务器软件的特点（银行，饭店店） 一种专门用来提供某种服务的程序，可同时处一种专门用来提供某种服务的程序，可同时处理

8、多个远地或本地客户的请求。理多个远地或本地客户的请求。 系统启动后即自动调用并系统启动后即自动调用并一直不断地运行着一直不断地运行着，被动地等待被动地等待并接受来自各地的客户的通信请求。并接受来自各地的客户的通信请求。因此，服务器程序不需要知道客户程序的地址。因此，服务器程序不需要知道客户程序的地址。 一般需要强大的硬件和高级的操作系统支持。一般需要强大的硬件和高级的操作系统支持。12对等连接方式的特点对等连接方式的特点 对等连接方式从本质上看仍然是使用客户服务器对等连接方式从本质上看仍然是使用客户服务器方式，只是对等连接中的每一个主机既是客户又方式，只是对等连接中的每一个主机既是客户又同时是

9、服务器。同时是服务器。 例如主机例如主机 C 请求请求 D 的服务时，的服务时，C 是客户，是客户，D 是服是服务器。但如果务器。但如果 C 又同时向又同时向 F提供服务，那么提供服务，那么 C 又又同时起着服务器的作用。同时起着服务器的作用。13对等连接方式对等连接方式 对等连接对等连接(peer-to-peer，简写为，简写为 P2P)是指两个是指两个主机在通信时并不区分哪一个是服务请求方还是主机在通信时并不区分哪一个是服务请求方还是服务提供方。服务提供方。 只要两个主机都运行了对等连接软件（只要两个主机都运行了对等连接软件（P2P 软软件），它们就可以进行件），它们就可以进行平等的、对等

10、连接通信平等的、对等连接通信。 双方都可以下载对方已经存储在硬盘中的共享文双方都可以下载对方已经存储在硬盘中的共享文档。档。 14网络边缘网络核心运行P2P 程序运行P2P 程序DCEF运行P2P 程序运行P2P 程序 因特网的核心部分因特网的核心部分(重点一：交换重点一：交换) 网络核心部分是因特网中最复杂的部分。网络核心部分是因特网中最复杂的部分。 网络中的核心部分要向网络边缘中的大量主机提网络中的核心部分要向网络边缘中的大量主机提供连通性，使边缘部分中的任何一个主机都能够供连通性，使边缘部分中的任何一个主机都能够向其他主机通信（即传送或接收各种形式的数向其他主机通信（即传送或接收各种形式

11、的数据）。据）。 在网络核心部分起特殊作用的是在网络核心部分起特殊作用的是路由器路由器(router)。 路由器是实现路由器是实现分组交换分组交换(packet switching)的关的关键构件，其任务是转发收到的分组，这是网络核键构件，其任务是转发收到的分组，这是网络核心部分最重要的功能。心部分最重要的功能。 16路由器的重要任务路由器的重要任务 路由器是实现路由器是实现分组交换分组交换(packet switching)的关键构件，其任务是的关键构件，其任务是转发收到的分组，这是网络核心部转发收到的分组，这是网络核心部分最重要的功能。分最重要的功能。 17电路交换的主要特点电路交换的主要

12、特点 两部电话机只需要用一对电线就两部电话机只需要用一对电线就能够互相连接起来。能够互相连接起来。 18更多的电话机互相连通更多的电话机互相连通 5 部电话机两两相连，需部电话机两两相连，需 10 对电线。对电线。 N 部电话机两两相连，需部电话机两两相连，需 N(N 1)/2 对电线。对电线。 当电话机的数量很大时，这种连接方法需要的电线当电话机的数量很大时，这种连接方法需要的电线对的数量与电话机数的平方成正比。对的数量与电话机数的平方成正比。 19使用交换机使用交换机 当电话机的数量增多时，就要使当电话机的数量增多时，就要使用交换机来完成全网的交换任务。用交换机来完成全网的交换任务。 交换

13、机20“交换交换”的含义的含义 在这里，在这里，“交换交换”(switching)的含义就是的含义就是转转接接把一条电话线转接到另一条电话线，使把一条电话线转接到另一条电话线，使它们连通起来。（中转站，交通枢纽）它们连通起来。（中转站，交通枢纽） 从通信资源的分配角度来看，从通信资源的分配角度来看，“交换交换”就是按就是按照某种方式照某种方式动态地分配动态地分配传输线路的资源。（谁，传输线路的资源。（谁，什么时候可以使用线路）什么时候可以使用线路） 21电路交换的特点电路交换的特点 电路交换必定是面向连接的。电路交换必定是面向连接的。 电路交换的三个阶段：电路交换的三个阶段：建立连接建立连接通

14、信通信释放连接释放连接22电路交换传送计算机数据效率低（临时电路交换传送计算机数据效率低（临时性独占，线路共享性差）性独占，线路共享性差） 计算机数据具有突发性。计算机数据具有突发性。 这导致通信线路的利用率很低。这导致通信线路的利用率很低。23报文分组交换的主要特点分组交换的主要特点 （存储转发，短，并行，存储转发，短，并行，线路共享性利用率好线路共享性利用率好） 在发送端，先把较长的报文在发送端，先把较长的报文划分划分成较短的、固定长度的数据段成较短的、固定长度的数据段。 1101000110101010110101011100010011010010假定这个报文较长不便于传输24数 据数

15、 据数 据报文添加首部构成分组添加首部构成分组 每一个数据段前面添加上每一个数据段前面添加上首部首部构成分组。构成分组。首部首部首部分组 1分组 2分组 3请注意：现在左边是“前面”25分组交换的传输单元分组交换的传输单元 分组交换网以分组交换网以“分组分组”作为数据传输单元。作为数据传输单元。 依次依次把各分组发送到接收端（假定接收端在左把各分组发送到接收端（假定接收端在左边）。边）。数 据首部分组 1数 据首部分组 2数 据首部分组 326分组首部的重要性分组首部的重要性 每一个每一个分组的首部都含有分组的首部都含有地址地址等控制信息。等控制信息。 分组交换网中的结点交换机根据收到的分组的

16、分组交换网中的结点交换机根据收到的分组的首部中的首部中的地址信息地址信息，把分组，把分组转发转发到下一个结点到下一个结点交换机。交换机。 用这样的用这样的存储转发存储转发方式，最后分组就能到达方式，最后分组就能到达最最终目的地终目的地。27收到分组后剥去首部收到分组后剥去首部 接收端收到分组后剥去首部还原成报文。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 据首部分组 3收到的数据28数 据数 据数 据最后还原成原来的报文最后还原成原来的报文 最后，在接收端把收到的数据最后，在接收端把收到的数据恢复成为原来的恢复成为原来的报文报文。 这里我们假定分组在传输过程中没

17、有出现差错，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。在转发时也没有被丢弃。报文110100011010101011010101110001001101001029因特网的核心部分因特网的核心部分 因特网的核心部分是由许多因特网的核心部分是由许多网络网络和把它们互连起和把它们互连起来的来的路由器路由器组成，而组成，而主机处在因特网的边缘部分主机处在因特网的边缘部分。 在因特网核心部分的路由器之间一般都用在因特网核心部分的路由器之间一般都用高速链高速链路路相连接，而在网络边缘的主机接入到核心部分相连接，而在网络边缘的主机接入到核心部分则通常以相对则通常以相对较低速率较低速率

18、的链路相连接。的链路相连接。 主机主机的用途是为用户进行信息处理的，并且可以的用途是为用户进行信息处理的，并且可以和其他主机通过网络交换信息。和其他主机通过网络交换信息。路由器路由器的用途则的用途则是用来转发分组的，即进行分组交换的。是用来转发分组的，即进行分组交换的。 30H1H5H2H4H3H6路由器网络网络核心部分主机H1H5H2H4H3H6发送的分组路由器AEDBC网络核心部分主机分组交换网的示意图分组交换网的示意图H1A互联网BDECH5H6H4H2H3H1 向 H5 发送分组H2 向 H6 发送分组注意分组路径的变化！路由器主机33注意分组的注意分组的存储转发存储转发过程过程H1A

19、互联网BDECH5H6H4H2H3H1 向 H5 发送分组路由器主机在路由器 E 暂存查找转发表找到转发的端口最后到达目的主机 H5在路由器 C 暂存查找转发表找到转发的端口在路由器 A 暂存查找转发表找到转发的端口34路由器路由器 在路由器中的输入和输出端口之间在路由器中的输入和输出端口之间没有直接连线没有直接连线。 路由器处理分组的过程是：路由器处理分组的过程是：把收到的分组先放入把收到的分组先放入缓存（暂时存缓存（暂时存储）储）；查找查找转发表转发表，找出到某个目的地址，找出到某个目的地址应从哪个端口转发；应从哪个端口转发；把分组送到适当的把分组送到适当的端口端口转发出去。转发出去。 3

20、5主机和路由器的作用不同主机和路由器的作用不同 主机是主机是为用户进行信息处理为用户进行信息处理的，并的，并向网络发送分组，从网络接收分组。向网络发送分组，从网络接收分组。 路由器对分组进行路由器对分组进行存储转发存储转发，最后，最后把分组交付目的主机。把分组交付目的主机。36分组交换的优点分组交换的优点 高效高效 动态分配传输带宽，对通信链路是逐段动态分配传输带宽，对通信链路是逐段占用。占用。 灵活灵活 以分组为传送单位和查找路由。以分组为传送单位和查找路由。 迅速迅速 不必先建立连接就能向其他主机发送分不必先建立连接就能向其他主机发送分组。组。 可靠可靠 保证可靠性的网络协议；分布式的路由

21、保证可靠性的网络协议；分布式的路由选择协议使网络有很好的生存性。选择协议使网络有很好的生存性。 37分组交换带来的问题分组交换带来的问题 分组在各结点存储转发时需要分组在各结点存储转发时需要排排队队，这就会造成一定的，这就会造成一定的时延时延。 分组必须携带的首部（里面有必分组必须携带的首部（里面有必不可少的控制信息）也造成了一不可少的控制信息）也造成了一定的定的开销开销。 38三种交换的比较三种交换的比较(重要重要) 时延计算时延计算P1P2P3P4P1P2P3P4P3P4报文报文报文A B C D A B C DA B C D报文交换电路交换分组交换t连接建立数据传送报文P2P1连接释放数

22、据传送的特点比特流直达终点报文报文报文分组 分组 分组存储转发存储转发存储转发存储转发新型网络的基本特点新型网络的基本特点 网络用于计算机之间的数据传送，而不是为了网络用于计算机之间的数据传送，而不是为了打电话。打电话。 网络能够连接不同类型的计算机，不局限于单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。一类型的计算机。 所有的网络结点都同等重要，因而大大提高网所有的网络结点都同等重要，因而大大提高网络的生存性。络的生存性。 计算机在进行通信时，必须有冗余的路由。计算机在进行通信时，必须有冗余的路由。 网络的结构应当尽可能地简单，同时还能够非网络的结构应当尽可能地简单，同时还能够非

23、常可靠地传送数据。常可靠地传送数据。 40ARPANET的成功使的成功使计算机网络的概念发生根本变化计算机网络的概念发生根本变化 早期的面向终端的计算机网络是以早期的面向终端的计算机网络是以单个主机为单个主机为中心中心的星形网的星形网 各终端通过通信线路共享昂贵的中心主机的各终端通过通信线路共享昂贵的中心主机的硬件和软件资源。硬件和软件资源。 分组交换网则是以分组交换网则是以网络为中心网络为中心，主机都处在网，主机都处在网络的外围。络的外围。 用户通过分组交换网可共享连接在网络上的用户通过分组交换网可共享连接在网络上的许多硬件和各种丰富的软件资源。许多硬件和各种丰富的软件资源。 41从主机为中

24、心到以网络为中心从主机为中心到以网络为中心主机终端以主机为中心以分组交换网为中心主机分组交换网42在客户端电脑上设置在客户端电脑上设置IP地址地址 自动获取自动获取IP地址地址 使用下面的使用下面的IP地址地址IP地址地址子网掩码子网掩码网关网关 DNS设置设置如何查找电脑上查找如何查找电脑上查找MAC地址地址IP地址划分规则和标识方法地址划分规则和标识方法 IP地址地址 TCP/IP互联网支持异构网络互联。互联网支持异构网络互联。 不同物理网络存在不同的编址方式。不同物理网络存在不同的编址方式。 TCP/IP互联网为每台主机分配了互联网为每台主机分配了一个一个32位的互联网地址，用于该位的互

25、联网地址，用于该主机在互联网中通信，即主机在互联网中通信，即IP地址地址 IP地址结构地址结构 参考参考ARPANET的做法，一个的做法，一个IP地址被地址被分为两个部分，即网络号和主机号。分为两个部分，即网络号和主机号。 分级的标识方式可以方便主机地址的分级的标识方式可以方便主机地址的分配和管理。分配和管理。 整个互联网中存在不同规模的网络，整个互联网中存在不同规模的网络，各种规模网络的数量也有很大的差异。各种规模网络的数量也有很大的差异。 IP地址的网络号和主机号所占的位数地址的网络号和主机号所占的位数采用了分类划分的方式。采用了分类划分的方式。 点分十进制表示法点分十进制表示法 32位的

26、位的IP地址中的四个八位组分别地址中的四个八位组分别用等效的十进制数字表示，每个数用等效的十进制数字表示，每个数字之间加一个点。字之间加一个点。 35 3 2域名域名l 域是指局域网或互联网所涵盖的范围中，某些计域是指局域网或互联网所涵盖的范围中，某些计算机及网络设备的集合。而域名则是指某一区域算机及网络设备的集合。而域名则是指某一区域的名称，它可以用来当作互联网上一台主机的代的名称，它可以用来当作互联网上一台主机的代称，而且域名要比称，而且域名要比IP地址便于记忆。地址便于记忆。l 域名可以分为三部分域名可以分为三部分主机名称主机名

27、称 主机名称通常是按照主机所提供的主机名称通常是按照主机所提供的服务种类来命名，如服务种类来命名，如ftp、WWW。机构名称和类别机构名称和类别 机构名称通常是指公司、政机构名称通常是指公司、政府机构的英文名称或简称，如府机构的英文名称或简称，如sina、sohu代表代表公司，类别代表机构的性质，如公司，类别代表机构的性质，如gov、com、edu代表类别。代表类别。地理名称地理名称 地埋名称用以指出服务器主机的所在地埋名称用以指出服务器主机的所在地。如地。如CN、JP、UKURL URL(用来指示某一项资源所在位置及访问方法用来指示某一项资源所在位置及访问方法) 访问方法：访问方法：/主机地址主机地址/路径文件名路径文件名 访问方法：用来表示该访问方法：用来表示该URL所链接的网络服务性所链接的网络服务性质，质，HTTP为为WWW的访问方式，的访问方式，FTP为文件传输为文件传输服务的访问方式。服务的访问方式。 主机地址：该项服务所在服务器的主机的域名如：主机地址：该项服务所在服务器的主机的域名如： 路径文件名：该项服务所在服务器的主机的路径路径文件名：该项服务所在服务器的主机的路径http:/ 标准标准568A：绿白：绿白-1，绿，绿-2，橙白，橙白-3，蓝，蓝-4，蓝白，蓝白-5，橙，