计算机网概论(共88张)

计算机网概论第一页，共88页。注意事项教材特点与选择作业考试（平时成绩含表现和实验30％期末考试70％）第二页，共88页。教学体会计算机网络是通信技术、电子技术、与计算机软硬件技术多学科的综合，因此要有广博的相关专业的基础。计算机网络是理论性、工程性和实践性都很强的学科。因此既要注重概念和原理的学习，又要加强动手能力的培养第三页，共88页。学习方法建议：1反复阅读教材思考2结合生活实例学会联想、类比3模拟实验环境与真实实践操作结合4适当做题、练习5不拘泥与一本教材、不受限与前人的观点、学习没必要太注重技术细节，主要是设计思想和基本理论。第四页，共88页。参考书：谢希仁计算机网络（含讲解光盘）林生计算机通信与网络教程（电子版）第五页，共88页。数据通信、局域网LAN、广域网技术、互联网、现代网络技术网络存储与计算、NGN与IPV6

网络工程的主要内容体系网络技术互联网应用Web技术/开发平台网络软件应用开发电子商务、电子政务系统综合布线网络规划与设计组网和配置网络性能与测试网络应用网络安全和管理网络构建（系统集成）防火墙、PKI认证安全评估、防病毒运行支撑管理业务支撑管理第六页，共88页。

计算机学院与计算机网络有关相关课程通信原理计算机网络互联网原理与应用系统集成与工程设计网络编程第七页，共88页。本书结构第1部分数据传输第2部分数据包传输第3部分网络互联第4部分网络应用

第八页，共88页。本课程主要内容数据通信基础知识局域网广域网互连网部分知识第九页，共88页。本课程与相关课程衔接网络接口层IP各种应用层协议HTTP,FTP,SMTP,DNS，WWW

等TCP网际层运输层应用层LAN、WAN、网络互联的基本内容、运输层协议在《计算机网络》中介绍。互联网基础协议、路由协议、应用层协议，实际是互联网技术内容的深入。在《互联网原理与应用》中介绍。ICMPIGMPRARPARPLAN、WAN接口UDPOSPFRIPBGP第十页，共88页。本章主要内容计算机网络的形成与发展计算机网络的概念与功能计算机网络的分类计算机网络的结构概念（重点核心）计算机网络的分层通信过程（重点核心）第十一页，共88页。任何事物的发展都要经历一个从简单到复杂、从低级到高级的发展过程。计算机网络是电子计算机及其应用技术与通信技术逐步发展、日益密切结合的产物，从简单的远程联机系统开始；发展到多台计算机互连的计算机通信网；到实现以资源共享为目的的计算机网络，到达成熟的高级阶段。发展过程可划分为：“面向终端”的数据通信阶段，“面向通信”的分组交换网阶段，实现“面向应用”的计算机网络阶段，到现在的INTERNET时代。计算机网络的形成与发展第十二页，共88页。面向终端的网络远地用户通过通信线路进行远程作业录入，开创了远程联机系统的先河。主机系统通信装置通信线路用户终端第十三页，共88页。面向终端的网络（续）大量的远程用户共享通信网资源，专用的通信处理机配置，形成复杂而完善的联机系统。第十四页，共88页。面向终端的网络（续）前置通信处理机和集中器被广泛采用，从而使数据通信系统很快向网络形态发展，涌现出许多著名的面向终端的网络系统。第十五页，共88页。

面向通信的网络面向终端的计算机网络在其应用与发展的过程中，通信问题表现得越来越突出和重要。存在的主要问题是：（1）通信资源主要来源于租用、电报网线路，传输质量和速率等方面不能满足数据通信的要求；（2）传统网的线路交换和电报网的交换方式不能在线路利用率和传输迟延两方面获得很好的折衷；（3）没有统一的数据通信体制和网络体系结构，各家网络各行其是，搞重复建设，又互不兼容，网络间无法互通。因此，在60年代中期面向终端网络蓬勃发展的同时，一场新的通信体制的革命悄然进行，最终导致“分组交换网”的出现。第十六页，共88页。面向通信的网络（续）分组交换网是一种完全“面向通信”的网络，它为计算机组网提供先进的通信资源，所以它的出现使计算机网络的概念发生了根本的变化：（1）用“通信子网”概念来研究网络的结构中的通信支持；（2）更加强调通信资源的共享；（3）第一次出现了“计算机通信网”的术语，从而开辟了专门研究计算机网络通信体系的新领域。第十七页，共88页。面向通信的网络（续）第十八页，共88页。面向应用与标准化阶段第二代计算机网络的形成，使得用户系统可以彻底从复杂的通信服务中摆脱出来，而集中于对计算机资源的管理和应用系统的开发。也就是说，这种网络的起初目的主要是实现主机系统之间彼此交换数据，以后逐渐地在应用中提出进一步的要求，即：（1）某一系统上的用户希望使用另一系统中的计算机资源；（2）某一系统的用户希望利用另一系统来完成或与之共同完成某一项应用，从而形成分布的应用环境和应用系统。第十九页，共88页。面向应用与标准化的网络（续）这一阶段的网络发展，更加注重于网络“资源共享”方面的自动管理和应用系统的开发，导致了网络操作系统的形成和使用。这时，计算机网络逐渐步入高级形式的成熟阶段。在这一阶段的另一个重要发展，是对网络结构的规范，即“网络体系结构模型”的提出和采用。世界范围内不断出现一些按照不同概念设计的各种网络，有力地推动了计算机网络技术的深入发展和广泛应用。第二十页，共88页。

Internet时代其他主干网其他主干网StanfordWESTNETA子区网BerkeleyNSFNET主干网ISP1区域网BARRNET小公司PARCNCARUAUNM对等汇接中心大公司第二十一页，共88页。我国的7大互联网ChinaNET 中国公用互联网ChinaGBN 中国金桥网（国家公用经济信息网）CERNET 中国教育和科研计算机网CSTNet中国科技网UNINET联通网CNCnet 网通公司的高速互联网络CMNet 中国移动通信网第二十二页，共88页。网络技术发展趋势第二十三页，共88页。1、传统电信网络与计算机网络深刻融合，不断产生新技术、设备、服务。

电信网络技术围绕承载IP进行深刻改造，以传统对称话音业务为基础的传输与交换向IP为基础新网络框架转化。IPoverEverything.

计算机LAN和互联网从企业网、科研网向公众运营网转化。硬件交换、Q oS、可运营性、可管理性；

电信设备与计算机设备厂家、技术与产品融合，MSTP、MSPP、DPR、RPR……第二十四页，共88页。2、因特网不仅完成了全球计算机互连，更加实现了统一的应用互联。PC成为统一桌面，IP已成为未来网络统一的业务结构标准，由此引发新一轮的业务模式革命。EverythingoverIP，电信业务、电子政务、电子商务、网络教学……互联网应用经过信息共享、交互与发布基本阶段，逐渐形成以WebService分布网络计算与应用框架为主流的协同业务阶段。第二十五页，共88页。

E-mail，FTP信息交互静态网页信息发布动态网页信息发布网上营销电子商务/政务协同业务应用WebService第二十六页，共88页。3、网络快速发展中的相关问题成为热点

网络安全：从单点、单层、附加和被动的安全机制，向全面设防、一体化、主动的自防御网络发展。网络管理：从设备独立管理，向全面的OSS、BSM、ITSM建设是方向。系统集成：综合布线、规划与设计、组网和配置、网络性能与测试，数据、安全、系统与软件一体化集成。网络性能与服务质量（QOS）网络新应用：存储网络、网格计算……WEB挖掘与搜索引擎第二十七页，共88页。4、正在向NGN快速演进NGN低层GFP为基础的ASON。NGI、移动IP3G为基础的业务承载网NGN还包括：结构体系、业务构建、移动性管理、演进方式、互连互通……业务软交换、应用服务器为基础的新业务构建方式，并通过分层、分面和开放API接口方式，为业务提供者和运营者提供内容、部署和运营管理的平台，逐渐形成可编程网络和未来统一的网络应用体系。第二十八页，共88页。动机----计算机网络的功能资源共享信息传递提高数据存储的可靠性分布式计算第二十九页，共88页。计算机网络的概念组成核心功能第三十页，共88页。计算机网络的分类严格地说，计算机网络它本身没有类型可分，一般人们所做的网络分类，其实都是对计算机网络的支撑系统—计算机通信网的分类。对计算机网络的分类目的，应是能体现出不同类网络之间在更多的特性方面有较大的差别。最普遍且最能为大众接受的分类，就是“按网络规模（作用范围）”来区分的分类方法。第三十一页，共88页。局域网LAN局域网(LocalAreaNetwork)”简称LAN。主要在如下四个方面的特征上区别于其它类型的网络：1、网络的覆盖范围很有限2、拓扑结构形式简单而多样化3、采用高质量大容量的传输介质4、多采用共享信道的多址接入方式第三十二页，共88页。城域网MAN城域网(MetropolitanAreaNetwork)，简称MAN。这类网络的作用范围是覆盖一个大城市的区域。其特征如下：1、网络的覆盖范围取决于城市的大小2、拓扑结构形式简单而单一化3、具有多功能多用途的综合服务能力4、多采用共享信道的无竞争的信道资源分配第三十三页，共88页。广域网WAN广域网(WideAreaNetwork)”简称为WAN。这类网络的作用范围是覆盖一个比较广阔的区域。主要特征是：1、网络的覆盖和速率范围很宽广2、网络组织结构形式复杂3、具有多功能多用途的综合服务能力4、多采用转接信道的交换型传输制式第三十四页，共88页。互联网INTERNET互联网是由一个以上的物理网络互相联结而形成的更大范围的一种网络，其作用范围往往是一个非常广阔的、动态蔓延的区域。主要特征：1、它是基于协议互联而成的虚拟网络2、网络组织结构复杂和可变3、能提供多功能多业务的服务能力4、高层协议体系是全局的、独立于个体网络注意：“因特网”是互联网的一个典型实例，但是因特网不等于互联网第三十五页，共88页。移动网MobileNet移动网包括了无线网络(wirelessnetworks)和真正的可移动网络(mobilenetworks)在内，虽然有些无线网络的应用并不要求可移动，但无线网的用户确实是可以移动的，故也将它们划归为一类。其特征是：1、网络覆盖和速率决定了它的性能与应用2、更适合于作为大型网络的接入网来使用3、系统的可移动性带来一些特殊的应用业务4、网络通信容量和可靠性决定了它只能是一类辅助网络的地位第三十六页，共88页。计算机网络结构第三十七页，共88页。引言：两种网络结构概念计算机网络有两种不同的结构概念：网络组织结构和网络功能结构。网络组织结构涉及到网络的构型、设备配置和连接，以及网络的整体布局和构成，包括：组成结构、子网结构和拓扑结构；网络功能结构涉及网络功能与服务的模型化，从抽象的角度并采用高度结构化的方法，对网络功能系统进行完整描述和设计。第三十八页，共88页。

网络组织结构网络组织结构描述如何在物理上将用户系统、通信系统和网络设备等组织起来以形成一个网络系统的整体，主要涉及到网络的构型、设备配置和连接，以及网络的整体布局和构成，包括：组成结构子网结构拓扑结构第三十九页，共88页。网络的组成结构根据图论的描述方法，网络可以表示为一种“图”，它由节点(顶点)和链路(弧)按某种构型互相连接起来的点线集合体。例如：v7l8l1l2l3l4l6l5l7v2v4v1v3v5v6第四十页，共88页。网络子网结构第四十一页，共88页。网络的拓扑结构“网络拓扑”（networktopology）即指网络构型——网络中的节点与链路相互连结的不同物理形态。实际中的网络拓扑总是如下五种形式之一或它们的组合形式：线形、环形、星形、树形和网状形。线、环、星、树四种都是网状形拓扑的特例。第四十二页，共88页。网络的功能结构所谓“网络功能结构”，即是用抽象方法观察和描述网络系统内部功能与服务的一种分层化的结构。它是逻辑的而非物理的。网络功能的分层结构模型，是实现网络的完整设计概念，或者说是一种高度结构化的网络描述与设计技术。它在计算机通信与网络原理和应用中起着举足轻重的作用。第四十三页，共88页。基于功能分层的网络体系结构，是一种人为设计的网络结构概念——一种对复杂系统的分层化设计技术。利用这种技术，可以将不易处理的复杂而庞大的设计问题转化成为一些较容易研究和处理的局部问题，即“单层”设计问题。值得强调的是：这种从功能上的描述与设计，是抽象的方法，它与所用的具体实现方法无关。我们要掌握如下几个重要方面：认识计算机间通信过程是分层的进行的；如何构建一种分层的网络体系结构；掌握网络体系结构的标准化模型——OSI/RM。第四十四页，共88页。

计算机间的分层通信计算机网络中，不管是用户间的应用操作还是网络系统本身的运作过程，最基本的活动是计算机之间的机间通信。剖析计算机间通信的真实过程，是构建和理解网络体系结构的基础。从简单的普通、电报通信到复杂的计算机通信，通信过程及其功能分布都剖析成为逻辑上分层地进行的综合过程。请看下面的实例。第四十五页，共88页。Traceroute“系统”是包含一个或多个实体的具有数据处理和通信功能的物理整体。(N)对等实体之间通信的结果，产生(N)服务，提供给(N+1)实体。第六十三页，共88页。（3）第一次出现了“计算机通信网”的术语，从而开辟了专门研究计算机网络通信体系的新领域。第二十四页，共88页。第七十二页，共88页。在层间接口上实际接口机构所操纵的数据单元，也即是(N)原语在具体实现时实际操纵的数据单元，称为“接口数据单元”，简称IDU。网络体系结构是四个要素组成的逻辑结构：进程间会晤与通信同步协议严格地说，计算机网络它本身没有类型可分，一般人们所做的网络分类，其实都是对计算机网络的支撑系统—计算机通信网的分类。基于系统分层功能的通信概念，即形成了网络系统的分层体系结构(Layeredarchitecture)方法论。第五十八页，共88页。面向终端的计算机网络在其应用与发展的过程中，通信问题表现得越来越突出和重要。第二十八页，共88页。应用程序数据普通电报通信的分层处理过程发报人收报人报文认知与理解规则报文编码报文译码报文的编码/译码规则发报局收报局电报局间通信规则电报通信网发报机收报机数据传输规则第四十六页，共88页。计算机间通信的分层处理过程

（以传送计算机文件为例）主机A文件存储器主机B文件存储器文件传输进程文件接收进程文件进程间通信协议进程间会晤进程进程间会晤与通信同步协议通信服务设施主机-主机间通信协议数据通信网络用户对网络的接入协议网络内部各种通信协议第四十七页，共88页。计算机间的分层通信（续）分层通信系统中的几个要素：一、实体(Entity)在一个计算机系统中，任何能完成某一特定功能的进程或程序，都可称为一个“实体”。例如“文件传输进程”和“会晤进程”等，都是实体。其中能与远地进程完成交换信息的实体，称为“通信实体”。二、系统(System)“系统”是包含一个或多个实体的具有数据处理和通信功能的物理整体。第四十八页，共88页。计算机间的分层通信（续）三、协议(Protocol)实现两系统中对等实体之间密切地协调工作的一组预定规则和约定，称为“协议”。实现通信实体之间协调工作的协议为“通信协议”。四、功能层(Layer)“层”是指系统中能提供某一种或某一类服务功能集合的“逻辑构造”，属于系统中的子系统。一个层中可包含一个或多个实体，该层的功能依靠层中的实体执行该层的协议来体现。第四十九页，共88页。计算机间的分层通信（续）结论：任一对应用实体之间的通信，实际上是同时在不同层次上“对等实体”的各自协调工作(即分层通信过程)来配合完成的，是所有各功能层上通信过程的总效果。基于系统分层功能的通信概念，即形成了网络系统的分层体系结构(Layeredarchitecture)方法论。第五十页，共88页。网络分层体系结构计算机网络系统是一个很复杂的信息系统。实践证明，它要求人们必须用高度结构化的方法来对它进行设计。在功能上，一个网络系统的总体结构，可以用一种“体系结构”来描述。网络体系结构是四个要素组成的逻辑结构：网络体系结构=｛系统，实体，层，协议｝这种逻辑结构被人们规范化为一种网络功能层次化结构模型——网络体系结构模型。第五十一页，共88页。分层的好处各层之间是独立的。灵活性好。结构上可分割开。易于实现和维护。能促进标准化工作。第五十二页，共88页。层数多少要适当若层数太少，就会使每一层的协议太复杂。层数太多又会在描述和综合各层功能的系统工程任务时遇到较多的困难。第五十三页，共88页。OSI参考模型第五十四页，共88页。OSI/RM功能层要素从一般意义上看，我们可以把模型中的任一个功能层称为第N层，并标记为“(N)层”。对（N）层模型的更深入的理解，将有助于理解和掌握OSI/RM在计算机网络分析和设计中的重要作用。下图中示出一个（N）功能层及其与相邻层和对等层之间的关系，以及所包含的各个功能要素。这些要素包括：实体，子系统，协议，服务，服务访问点，服务原语，连结等。第五十五页，共88页。（续）OSI/RM功能层要素第五十六页，共88页。（续）OSI/RM功能层要素一、实体、子系统和协议OSI/RM由七个功能层构成，每一层都完成各自层内的功能群。所有这些层内功能的集合，被看成为开放系统的一个功能子系统。(N)层的子系统称为(N)子系统。一对开放系统之间的通信，就是所有这些同层子系统之间的通信的综合。在子系统中能进行发送和接收信息的机构，即称为“实体”(entity)。(N)子系统中的实体称为(N)实体。两个(N)对等实体之间进行通信所要遵循的规则和约定，就称为“(N)协议”。在开放系统互连中，任何层次上的通信过程，都是该层子系统中的对等实体之间在该层协议的控制下完成的通信。第五十七页，共88页。（续）OSI/RM功能层要素二、服务、服务访问点和服务原语

(N)对等实体之间通信的结果，产生(N)服务，提供给(N+1)实体。所以，(N)实体是服务的提供者，而(N+1)实体则是服务用户。(N)实体使用(N)协议和(N-1)实体提供的(N-1)服务，来完成(N)层对等实体之间的通信。上下层之间的接口关系是服务关系，接口上传递服务信息的信口，称为“服务访问点”SAP。例如(N)层的(N)-SAP。(N)服务通过(N)实体作用在(N)-SAP上的“(N)服务原语”提供给(N+1)实体。(N)服务原语描述(N)-SAP上的接口操作和传递的信息，在实现上则是完成特定服务功能的原子程序段或过程调用。第五十八页，共88页。（续）OSI/RM功能层要素三、数据传送单元上述各要素所操纵的数据单位，即称为“数据传送单元”。某层对等实体之间通信时由该层协议所操纵的基本数据单元，称为“协议数据单元”PDU。(N)对等实体在通信过程中由(N)协议所操纵的协议数据单元记为(N)PDU。上下两相邻层之间在服务访问点上由服务原语所操纵的数据单元，称为“服务数据单元”SDU。在(N)-SAP上由(N)服务原语所操纵的数据单元称为(N)SDU，它作为该原语的一个数据参数在层间传递。在层间接口上实际接口机构所操纵的数据单元，也即是(N)原语在具体实现时实际操纵的数据单元，称为“接口数据单元”，简称IDU。第五十九页，共88页。（续）OSI/RM中各层的协议数据单元第六十页，共88页。五层混合模型第六十一页，共88页。计算机

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2应用进程数据先传送到应用层加上应用层首部，成为应用层

PDU第六十二页，共88页。计算机

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2应用层PDU再传送到运输层加上运输层首部，成为运输层报文第六十三页，共88页。计算机

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2运输层报文再传送到网络层加上网络层首部，成为IP数据报（或分组）第六十四页，共88页。计算机

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2IP数据报再传送到数据链路层加上链路层首部和尾部，成为数据链路层帧第六十五页，共88页。计算机

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2数据链路层帧再传送到物理层最下面的物理层把比特流传送到物理媒体第六十六页，共88页。计算机

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1AP2AP1电信号（或光信号）在物理媒体中传播从发送端物理层传送到接收端物理层计算机

2第六十七页，共88页。计算机

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2物理层接收到比特流，上交给数据链路层第六十八页，共88页。计算机

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2数据链路层剥去帧首部和帧尾部取出数据部分，上交给网络层第六十九页，共88页。计算机

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2网络层剥去首部，取出数据部分上交给运输层第七十页，共88页。计算机

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2运输层剥去首部，取出数据部分上交给应用层第七十一页，共88页。计算机

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2应用层剥去首部，取出应用程序数据上交给应用进程第七十二页，共88页。计算机

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2我收到了

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发来的应用程序数据！第七十三页，共88页。计算机

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2应用程序数据应用层首部H5注意观察加入或剥去首部（尾部）的层次应用程序数据H5应用程序数据H4H5应用程序数据H3H4H5应用程序数据H4运输层首部H3网络层首部H2链路层首部T2链路层尾部第七十四页，共88页。计算机

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2计算机2的物理层收到比特流后交给数据链路层H2T2H3H4H5应用程序数据第七十五页，共88页。H3H4H5应