计算机网络第五版课件计算机网络基础

1、1计算机网络一、本课程成绩计算： 平时作业，实验报告占平时作业，实验报告占30% 期末考试占期末考试占70% 平时出勤若无故缺席平时出勤若无故缺席n次，则在学期总分次，则在学期总分中扣中扣21+22+2n （无上限）（无上限）讲授：池莹讲授：池莹2二、参考书： 计算机网络计算机网络（第（第4版），清华大学出版社版），清华大学出版社 Andrew S.Tanenbaum 计算机网络计算机网络（第（第2版），电子工业出版社版），电子工业出版社 谢希仁谢希仁 计算机网络计算机网络，清华大学出版社，清华大学出版社 吴功宜吴功宜 用用TCP/IP进行网际互连进行网际互连 （1，2，3卷）卷） ，电子工业

2、出版社电子工业出版社 DOUGLAS E.COMER 计算机网络计算机网络自顶向下方法与自顶向下方法与Internet特色（影印版），高等教育出版社，特色（影印版），高等教育出版社，James F.Kurose，Keith W.Ross31.1 计算机网络的概念1.1.1 什么是计算机网络：计算机网络是将地理位置不同并具有独立功能的多个计算机系统通过通信设备和线路连接起来、以功能完善的网络软件（网络协议、信息交换方式及网络操作系统等）实现网络资源共享和数据通信的系统。41.1.2 计算机网络的分类1.局域网（LAN Local Area Network）PCLAN以太交换器HUBSERVER5

3、2.城域网（MANMetropolitan Area Network）3.广域网（WANWide Area Network）6ATM交换机交换机以太交换器以太交换器WANRouter网络云团网络云团781.1.3 计算机网络的模式1.基于服务器的网络（客户/服务器模式）2.对等网络（对等模式）93.混合型网络1.1.4 共享介质的网络和交换式网络1.共享介质的网络102.交换式网络1.2 计算机网络的组成1.2.1 计算机网络的硬件组成1.服务器：文件服务器、打印服务器、应用系统服务器、通信服务器。112.工作站3.网卡4.调制解调器5.中继器和集线器6.网桥、路由器和交换器1.2.2 计算机

4、网络的软件组成1.网络操作系统2.网络操作系统组成：网络适配器驱动程序、子网协议和应用协议121.2.3 通信子网和资源子网（二级结构网络模型）DBS激光打印资源子网通信子网131.3 计算机网络的作用1.3.1 共享硬件资源1.共享磁盘空间2.共享打印机3.共享通信设备1.3.2 共享软件1.共享软件包2.使用多用户软件1.4 计算机网络的拓扑结构 计算机网络的拓扑结构是指计算机网络的硬件系统的连接形式。141.4.1 总线结构1.4.2 环状网络端接器151.4.3 星状网络1.4.4 星状总线161.4.5 网状网络ABCD171.5 计算机网络的性能1.5.1 计算机网络的性能指标1.

5、 速率比特（bit）是计算机中数据量的单位，也是信息论中使用的信息量的单位。Bit 来源于 binary digit，意思是一个“二进制数字”，因此一个比特就是二进制数字中的一个 1 或 0。网络技术中的速率即数据率(data rate)或比特率(bit rate) 。指的是连接在计算机网络上的主机在数字信道上传送数据的速率传送数据的速率。速率的单位是 b/s，或kb/s, Mb/s, Gb/s 等速率往往是指额定速率或标称速率。 2.带宽 “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“最高数据率最高数据率”

6、的同义语，即每秒多少比特。单位是“比特每秒”，或 b/s (bit/s)。 描述带宽也常常把“比特/秒”省略。 例：带宽是10M。实际上是10Mb/s。常用的带宽单位 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。数字信号流随时间的变化 在时间轴上信号的宽度随带宽的增大而变窄。 每秒 106 个比特时间1 0 1 0 1 11 s带宽为1 Mb/s 时间每秒

7、 4 106 个比特0.25 s带宽为4 Mb/s 什么是宽带？ 宽带线路：可通过较高数据率的线路。 宽带是相对的概念，并没有绝对的标准。 在目前，对于用户接入到因特网的用户线来说，每秒传送几个兆比特就可以算是宽带速率。对宽带传输的错误概念 有些人愿意用“汽车在公路上跑”来比喻“比特在网络上传输”，认为宽带传输的好处就是传输更快，好比汽车在高速公路上可以跑得更快一样。 对于这种比喻一定要谨慎对待。常见的错误是混淆了两种速率 在网络中有两种不同的速率：信号（即电磁波）在传输媒体上的传播速率（米/秒，或公里/秒）计算机向网络发送比特的速率（比特/秒） 这两种速率的意义和单位完全不同。 宽带传输：计

8、算机向网络发送比特的速率较高。ABAB宽带线路窄带线路在宽带线路上比特传播得快 在窄带线路上比特传播得慢 错误的概念宽带线路窄带线路宽带线路：每秒有更多比特从计算机 注入到线路。宽带线路和窄带线路上比特的传播速率是一样的。正确的概念比喻：汽车运货宽带线路窄带线路宽带和窄带线路：车速一样宽带线路：车距缩短另一种错误概念“宽带”相当于“多车道”1001011101001001110100010110103. 吞吐量 吞吐量(throughput)表示在单位时间内通过某个网络（或信道、接口）的数据量。 吞吐量更经常地用于对现实世界中的网络的一种测量，以便知道实际上到底有多少数据量能够通过网络。 吞吐

9、量受网络的带宽或网络的额定速率的限制。 4. 时延(delay 或 latency) 传输时延（发送时延 ） 发送数据时，数据块从结点进入到传输媒体所需要的时间。 也就是从发送数据帧的第一个比特算起，到该帧的最后一个比特发送完毕所需的时间。 发送时延 = 数据块长度（比特）信道带宽（比特/秒）时延(delay 或 latency) 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。 信号传输速率（即发送速率）和信号在信道上的传播速率是完全不同的概念。 传播时延= 信道长度（米）信号在信道上的传播速率（米/秒）时延(delay 或 latency) 处理时延 交换结点为存储转发而进行一些必

10、要的处理所花费的时间。 排队时延 结点缓存队列中分组排队所经历的时延。 排队时延的长短往往取决于网络中当时的通信量。时延(delay 或 latency) 数据经历的总时延就是发送时延、传播时延、处理时延和排队时延之和： 总时延 = 发送时延+传播时延+处理时延+排队时延四种时延所产生的地方 1 0 1 1 0 0 1发送器队列在链路上产生传播时延结点 B结点 A在发送器产生传输时延(即发送时延)在结点 A 中产生处理时延和排队时延数据从结点 A 向结点 B 发送数据链路容易产生的错误概念 对于高速网络链路，我们提高的仅仅是数据的发送速率而不是比特在链路上的传播速率。 提高链路带宽减小了数据的

11、发送时延。 1.6 计算机网络参考模型 ISO/OSI参考模型 TCP/IP参考模型 本课程的网络模型ISO/OSI参考模型 应用应用主机主机A层层7654321应用协议应用协议表示协议表示协议会话协议会话协议传输协议传输协议表示表示网络网络传输传输物理物理数据链路数据链路会话会话交换单交换单元名称元名称APDUPPDUSPDUTPDU分组分组帧帧比特比特应用应用表示表示网络网络传输传输物理物理数据链路数据链路会话会话主机主机B网络网络物理物理物理物理网络网络数据链路数据链路数据链路数据链路路由器路由器路由器路由器通信子网协议通信子网协议物理层主机物理层主机-路由器协议路由器协议数据链路层主机

12、数据链路层主机-路由器协议路由器协议网络层主机网络层主机-路由器协议路由器协议通信子网边界通信子网边界OSI参考模型参考模型层、协议和接口 第第5层层第第4层层第第3层层第第2层层第第1层层第第2层层第第1层层第第3层层第第4层层第第5层层物理介质物理介质4/5层接口层接口3/4层接口层接口2/3层接口层接口1/2层接口层接口主机主机1主机主机2第第5层协议层协议第第4层协议层协议第第3层协议层协议第第2层协议层协议第第1层协议层协议第四层服务第四层服务访问点访问点SAP第三层服务第三层服务访问点访问点SAP层、协议和接口层、协议和接口接口和服务 每一层的功能都是为它的上一层服务的实体enti

13、ty 每层中活动的元素称为实体每一层和对方的同一层称为对等实体peer entity如第n层是服务提供者，则第n+1层为服务对象 分层的好处 通过每一层实现一种相对独立的功能来简化问题 每一层的设计都是独立的，它不必关心下一层是如何实现的，只需知道下一层为我提供的服务，和我必须为上一层提供哪些服务 当由于技术的变化使某层的实现需要变化时，不影响其他的层次物理层（physical layer） 与传输媒体的接口，完成传输媒体上的信号与二进制数据间的转换物理接口上发送或接收的是一串以某种规则表示物理接口上发送或接收的是一串以某种规则表示的二进制的数据的二进制的数据物理层定义的是接口的机械特性、电气

14、特性、功物理层定义的是接口的机械特性、电气特性、功能和过程特性等能和过程特性等例如：插头、插座的几何尺寸，每根引脚的功能例如：插头、插座的几何尺寸，每根引脚的功能定义，逻辑定义，逻辑0和和1的电平定义，信号宽带定义的电平定义，信号宽带定义 数据链路层（data link layer）提供点到点的可靠传输，通常需把数据分成帧，并且保证帧的正确发送和接收识别帧的标志 帧的发送和接收，需校验、确认发送方在超时或收到否定性确认后，要重发重复帧要丢弃 在共享网络中，需解决信道共享问题等网络层（network layer） 提供主机到主机的通路，其间可能存在多条通路，网络层将实现的功能包括：选择路由 拥塞

15、控制 协议的转换 分段和重组 对用户的分组、字符等计数 等等传输层（transport layer） 提供端到端的通路，应用到应用的通路传输层将把高层要求传输的数据分成若干个报文报文与帧不一样，帧只有帧标志（起始标志、结束标志），而报文有信源和信宿的地址及端口、报文的顺序号、确认号等等 低三层的通信对象通常是路由器，传输层是端到端的，必须考虑该报文怎样才能从源端正确地传输到目的端，而源端和目的端通常是主机会话层（session layer） 建立有关会话的机制，或双向对话，或双向对话时要有切换等如：说的一方应说一段就听一下对方的反应，因为，如：说的一方应说一段就听一下对方的反应，因为，可能线路

16、已断可能线路已断表示层（presentation layer） 表示层关心的是语法和语义 对相关的数据的描述采用抽象的定义，如浮点数都用科学表示法相关数据的表示法转换 抽象数据结构的转换应用层（application layer） 包括所有应用方面的协议 如：全屏幕功能，不同的终端其控制字符不尽相同，应作相应的转换，通常定义一个网络虚拟终端 不同系统之间的文件传输的方式不同，但表示的形式必须一致 OSI模型的数据传输应用协议表示协议会话协议传输协议网络协议发送进程发送进程实际数据传输路径实际数据传输路径应用层表示层会话层传输层网络层数据链路层物理层接收进程接收进程NH数据PH数据SH数据TH数

17、据AH 数据bitsDH数据DT应用层表示层会话层传输层网络层数据链路层物理层举例：某人给他的朋友写一封信邮邮政政袋袋箱箱 信信信信封封邮邮政政信信袋袋应用层应用层网络层网络层数据链路层数据链路层物理层物理层传输层传输层计算机网络参考模型 ISO/OSI参考模型 TCP/IP参考模型 本课程的网络模型TCP/IP参考模型OSITCP/IP在模型中在模型中不存在不存在7654321应用表示会话传输网络数据链路物理应用传输互联网主机至网络TCP/IP参考模型参考模型互联网层（internet layer） 这里的互联网是基于无连接的分组交换网络 互联网层定义了正式的分组格式和协议，即IP协议（in

18、ternet protocol），每个IP包的路由问题是互联网层要解决的问题 互联网层与OSI中的网络层相对应一个报文的各个不同的分组（称为一个报文的各个不同的分组（称为IP包），包），可以通过不同的路径到达目的地，其到达顺可以通过不同的路径到达目的地，其到达顺序与发送顺序可能不一致序与发送顺序可能不一致传输层（transport layer） 位于互联网层的上层，与OSI中的传输层相对应 其功能是使源端和目的端主机的对等实体进行对话 定义了两个端到端的协议：传输控制协议传输控制协议TCP（transmission control protocol）用户数据报协议用户数据报协议UDP（user datagram protocol） 应用层（application layer） TCP/IP模型的应用层包括所有的高层协议 （实际上，OSI模型中的会话层和表示层在很多应用中是没用