《计算机网络基础》课件-了解计算机网络

计算机网络基础目录任务2：了解互联网核心部分工作原理任务1：了解互联网的基本概念任务3：了解互联网核心部分工作原理任务4：了解计算机网络任务1：了解互联网的基本概念重点内容：1.什么是计算机网络？什么是互联网？计算机网络和互联网关系是什么？互联网组成是什么？难点内容：互联网组成。提出任务解析任务检测任务1.中国目前网民数量2.中国网络普及率3.这么多人用网络，网络长什么样？提出任务解析任务检测任务万物联网人人用网“网络”是一个统称，泛指把人或物互连在一起而形成的系统。1.网络提出任务解析任务检测任务大众熟悉的三大类网络有线电视网络电信网络计算机网络提供电话、电报及传真等服务。向用户传送各种电视节目。使用户能在计算机之间传送数据文件。发展最快的并起到核心作用的是计算机网络。提出任务解析任务检测任务“三网融合”2.计算机网络（2）.特点：连通、共享（1）.定义：计算机终端附属设备网络设备通信线路网络软件提出任务解析任务检测任务不管哪一种计算机网络，都可以用一朵云来表示计算机网络计算机网络计算机网络计算机网络3.计算机网络表示提出任务解析任务检测任务简单的网络复杂的网络3.用“图”表示网络网络网络网络网络网络网络网络结点链路结点链路结点图例计算机集线器路由器网络提出任务解析任务检测任务主机

互联网是：由许多网络通过路由器互连而成互联网是：“网络的网络”4.计算机网络和互联网关系互联网也可以用一朵云来表示提出任务解析任务检测任务计算机网络网络计算机网络计算机网络计算机及网络计算机网络路由器路由器路由器路由器路由器路由器计算机网络互联网最大的互联网就是因特网互联网的核心部分互联网的边缘部分主机路由器网络5.互联网的组成提出任务解析任务检测任务（1）边缘部分（2）核心部分互联网的核心部分互联网的边缘部分主机(1)互联网的边缘部分端系统手机IP摄像头大型或超级计算机提出任务解析任务检测任务端系统之间的两种通信方式端系统之间的通信方式通常可划分为两大类：客户

服务器方式（C/S方式）即Client/Server方式，简称为C/S方式。对等方式（P2P方式）即Peer

to

Peer方式，简称为P2P方式。提出任务解析任务检测任务客户

服务器工作方式运行客户程序网络边缘网络核心运行服务器程序AB①请求服务客户服务器客户A向服务器B发出请求服务，服务器B向客户A提供服务②得到服务提出任务解析任务检测任务对等连接工作方式（P2P方式）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程序提出任务解析任务检测任务1.3互联网的组成(2)互联网的核心部分互联网的边缘部分路由器网络互联网的核心部分网络在网络核心部分起特殊作用的是路由器

(router)。路由器是实现分组交换

(packetswitching)的关键构件，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。分组转发是网络核心部分最重要的功能。提出任务解析任务检测任务总结1．计算机网络定义。2.互联网定义。3.计算机网络和互联网关系。4.互联网组成。课后作业：1.整理中国互联网的发展史，并写一篇不少于150字的心得体会。2.将整理的结果和心得体会以帖子的形式一起分享到在线课程的论坛中，我将从中选出优秀的帖子在下次课堂上一起讨论。提出任务解析任务检测任务任务2：了解互联网核心部分工作原理重点内容：1.什么是电路交换？什么是分组交换？什么是报文交换？三种交换技术的区别是什么？难点内容：分组交换的工作原理。提出任务解析任务检测任务一、电路交换交换机

(c)用交换机连接许多部电话电话机的不同连接方法提出任务解析任务检测任务“交换”的含义“交换”(switching)的含义就是转接

——把一条电话线转接到另一条电话线，使它们连通起来。从通信资源的分配角度来看，“交换”就是按照某种方式动态地分配传输线路的资源。提出任务解析任务检测任务电路交换特点电路交换通信双发必须先建立连接电路交换分为三个阶段：建立连接通信释放连接提出任务解析任务检测任务二、

分组交换在发送端，先把较长的报文划分成较短的、固定长度的数据段。报文假定这个报文较长不便于传输110100011010101011010101110001001101001每一个数据段前面添加上首部构成分组(packet)。数据首部分组1数据首部分组2数据首部分组3提出任务解析任务检测任务1.分组交换的传输单元分组交换网以“分组”作为数据传输单元。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以分组为基本单位在网络中传送提出任务解析任务检测任务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。数据首部分组1数据首部分组2数据首部分组3收到的数据数据数据数据报文1101000110101010110101011100010011010010提出任务解析任务检测任务分组交换网的示意图注意分组路径的变化！H1

向H5

发送分组H2

向H6

发送分组ABDEC路由器H2H4H6H5H3H1互联网主机2.分组交换的特点分组交换采用存储转发技术。提出任务解析任务检测任务路由器的作用ABDEC路由器H2H4H6H5H3H1互联网主机提出任务解析任务检测任务分组交换的优点优点所采用的手段高效在分组传输的过程中动态分配传输带宽，对通信链路是逐段占用。灵活为每一个分组独立地选择最合适的转发路由。迅速以分组作为传送单位，可以不先建立连接就能向其他主机发送分组。可靠保证可靠性的网络协议；分布式多路由的分组交换网，使网络有很好的生存性。提出任务解析任务检测任务分组交换带来的问题分组在各结点存储转发时需要排队，这就会造成一定的时延。分组必须携带的首部（里面有必不可少的控制信息）也造成了一定的开销。提出任务解析任务检测任务三、报文交换分组交换的存储转发技术并非新的概念。早在在20世纪40年代，电报通信就采用了基于存储转发原理的报文交换

(messageswitching)。报文交换的时延较长，从几分钟到几小时不等。现在报文交换已经很少有人使用了。提出任务解析任务检测任务P2P4P3P4P3四、三种交换技术比较报文报文报文ABCDABCDABCD报文交换电路交换分组交换t数据传送报文P1连接释放数据传送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P2P1P1P3P2P4存储转发存储转发存储转发连接建立提出任务解析任务检测任务总结1．电路交换。2.分组交换。3.报文交换。4.三种交换技术比较。课后作业：梳理分组交换的原理，写出分组交换的步骤。提出任务解析任务检测任务任务3：了解互联网核心部分工作原理重点内容：1.互联网基础结构的发展；互联网的标准化工作；计算机网络在中国的发展。提出任务解析任务检测任务1.互联网基础结构发展的三个阶段第一阶段：从单个网络ARPANET向互联网发展的过程。1983年，TCP/IP协议成为ARPANET上的标准协议，使得所有使用TCP/IP协议的计算机都能利用互连网相互通信。人们把1983年作为互联网的诞生时间。1990年，ARPANET正式宣布关闭。提出任务解析任务检测任务1.互联网基础结构发展的三个阶段第二阶段：建成了三级结构的互联网。

它是一个三级计算机网络，分为主干网、地区网和校园网（或企业网）。主干网地区网地区网地区网校园网校园网校园网校园网校园网提出任务解析任务检测任务第三阶段：基于ISP的多层结构的互联网的概念示意图校园网校园网公司IXP本地ISP本地ISP本地ISP本地ISP本地ISP本地ISP本地ISP大公司地区ISP地区ISP地区ISP地区ISP主干ISP主干ISP主干ISP主机A→

本地ISP→

地区ISP→

主干ISP→

地区ISP→

本地ISP→

主机B提出任务解析任务检测任务主机A主机B到2016年3月，全球已经有226个IXP，分布在172个国家和地区。但互联网的发展在全世界还很不平衡。互联网交换点IXP在全球的分布图（2016年）提出任务解析任务检测任务3.互联网的标准化工作互联网的标准化工作对互联网的发展起到了非常重要的作用。互联网研究部IRTF互联网工程部IETF…RGWG……RG…领域领域WGWGWG互联网体系结构研究委员会IAB互联网研究指导小组IRSG互联网工程指导小组IESG互联网协会ISOC提出任务解析任务检测任务成为互联网正式标准要经过的阶段所有互联网标准都以RFC的形式在互联网上发表。互联网草案

(InternetDraft)——有效期只有六个月。在这个阶段还不是RFC文档。建议标准

(ProposedStandard)——从这个阶段开始就成为

RFC文档。互联网标准

(InternetStandard)——达到正式标准后，每个标准就分配到一个编号STDxxxx。

一个标准可以和多个RFC文档关联。之前要经过三个阶段现在简化为二个阶段：建议标准，互联网标准。提出任务解析任务检测任务各种RFC之间的关系除了建议标准和互联网标准这两种RFC文档外，还有三种RFC文档：历史的、实验的和提供信息的RFC文档。互联网草案建议标准实验的RFC提供信息的RFC互联网标准历史的RFC提出任务解析任务检测任务1980年，铁道部开始进行计算机联网实验。1989年11月，我国第一个公用分组交换网CNPAC建成运行。1994年4月20日，我国用64kbit/s专线正式连入互联网，我国被国际上正式承认为接入互联网的国家。1994年5月，中国科学院高能物理研究所设立了我国的第一个万维网服务器。1994年9月，中国公用计算机互联网CHINANET正式启动。3.计算机网络在我国的发展提出任务解析任务检测任务到目前为止，我国陆续建造了基于互联网技术的并能够和互联网互连的多个全国范围的公用计算机网络，其中规模最大的就是下面这五个：（1）.中国电信互联网CHINANET（也就是原来的中国公用计算机互联网）。（2）.中国联通互联网UNINET。（3）.中国移动互联网CMNET。（4）.中国教育和科研计算机网CERNET。（5）.中国科学技术网CSTNET。3.计算机网络在我国的发展提出任务解析任务检测任务总结1.互联网基础结构的发展。互联网的标准化工作。计算机网络在中国的发展。课后作业：找资料，梳理中国互联网的过去、现在和未来，形成一篇报告。提出任务解析任务检测任务任务4：了解计算机网络重点内容：1.计算机网络定义；计算机网络类别；计算机网络性能指标。提出任务解析任务检测任务难点内容：计算机网络性能指标。将分布在不同地理位置上的具有独立工作能力的计算机、终端及其附属设备用网络设备和通信线路连接起来，并配置网络软件，用来实现数据传输和资源共享的系统称为计算机网络。提出任务解析任务检测任务1.计算机网络的定义2.几种不同类别的网计算机网络有多种类别。典型包括：按照网络的作用范围进行分类按照网络的使用者进行分类用来把用户接入到互联网的网络提出任务解析任务检测任务（1）.按网络作用的范围分类个人区域网（PAN）、局域网（LAN）、城域网（MAN）、广域网（WAN）。提出任务解析任务检测任务（2）按照网络的使用者进行分类公用网

(publicnetwork)按规定交纳费用的人都可以使用的网络。因此也可称为公众网。专用网

(privatenetwork)为特殊业务工作的需要而建造的网络。提出任务解析任务检测任务(3).用来把用户接入到互联网的网络接入网AN(AccessNetwork)，它又称为本地接入网或居民接入网。接入网是一类比较特殊的计算机网络，用于将用户接入互联网。提出任务解析任务检测任务(1).速率速率是计算机网络中最重要的一个性能指标，指的是数据的传送速率，它也称为数据率(datarate)或比特率(bitrate)。速率的单位是bit/s，或kbit/s、Mbit/s、Gbit/s等。速率往往是指额定速率或标称速率，非实际运行速率。提出任务解析任务检测任务3.计算机网络的性能指标(2).带宽两种不同意义：“带宽”(bandwidth)本来是指信号具有的频带宽度，其单位是赫（或千赫、兆赫、吉赫等）。在计算机网络中，带宽用来表示网络中某通道传送数据的能力。表示在单位时间内网络中的某信道所能通过的“最高数据率”。单位是bit/s，即

“比特每秒”。提出任务解析任务检测任务每秒106个比特时间1010111s带宽为1Mbit/s时间每秒4106个比特0.25s带宽为4Mbit/s(3).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。吞吐量受网络的带宽或网络的额定速率的限制。提出任务解析任务检测任务(4).时延时延(delay或latency)是指数据（一个报文或分组，甚至比特）从网络（或链路）的一端传送到另一端所需的时间。有时也称为延迟或迟延。网络中的时延由以下几个不同的部分组成：发送时延传播时延处理时延排队时延提出任务解析任务检测任务(4).时延发送时延发送数据时，数据帧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=数据帧长度（bit）发送速率（bit/s）提出任务解析任务检测任务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。传播时延=信道长度（米）信号在信道上的传播速率（米/秒）(4).时延提出任务解析任务检测任务处理时延主机或路由器在收到分组时，为处理分组（例如分析首部、提取数据、差错检验或查找路由）所花费的时间。排队时延分组在路由器输入输出队列中排队等待处理所经历的时延。排队时延的长短往往取决于网络中当时的通信量。(4).时延提出任务解析任务检测任务总时延=发送时延+传播时延+处理时延+排队时延⑤时延带宽积链路的时延带宽积又称为以比特为单位的链路长度。时延带宽积=传播时延带宽提出任务解析任务检测任务⑥.往返时间往返时间RTT(round-triptime)表示从发送方发送数据开始，到发送方收到来自接收方的确认，总共经历的时间。⑦.利用率分为信道利用率和网络利用率。1.6.2计算机网络的非性能特征一些非性能特征也很重要。它们与前面介绍的性能指标有很大的关系。主要包括：费用质量标准化可靠性可扩展性和可升级性易于管理和维护提出任务解析任务检测任务总结1.计算机网络定义。计算机网络类别。计算机网络性能指标。课后作业：给出LAN、MAN、WAN的中文解释及区别。提出任务解析任务检测任务任务5：认识计算机网络体系结构重点内容：计算机网络体系结构的形成；计算机网络协议；计算机网络分层。提出任务解析任务检测任务难点内容：算机网络分层。1.计算机网络体系结构的形成计算机网络是个非常庞大、复杂的系统。互联网中的两台计算机必须高度协调工作才可以通信，而这种“协调”是相当复杂的。“分层”可将庞大而复杂的问题，转化为若干较小的局部问题，而这些较小的局部问题就比较易于研究和处理。提出任务解析任务检测任务1974年，美国的IBM公司宣布了系统网络体系结构SNA(SystemNetworkArchitecture)。这个著名的网络标准就是按照分层的方法制定的。不久后，其他一些公司也相继推出自己公司的具有不同名称的体系结构。由于网络体系结构的不同，不同公司的设备很难互相连通。1.计算机网络体系结构的形成提出任务解析任务检测任务开放系统互连参考模型OSI/RM为了使不同体系结构的计算机网络都能互连，国际标准化组织ISO于1977年提出了在世界范围内互连成网的标准框架，即著名的开放系统互连参考模型OSI/RM(OpenSystemsInterconnectionReferenceModel)，简称为OSI。只要遵循OSI标准，一个系统就可以和位于世界上任何地方的、也遵循这同一标准的其他任何系统进行通信。提出任务解析任务检测任务两种国际标准法律上的

国际标准OSI并没有得到市场的认可。非国际标准TCP/IP却获得了最广泛的应用。TCP/IP常被称为事实上的国际标准。提出任务解析任务检测任务2.计算机网络协议网络协议(networkprotocol)，简称为协议，是网络中通信双方必须遵守的规则、标准或约定。网络协议三要素语法语义同步由此可见，网络协议是计算机网络的不可缺少的组成部分。提出任务解析任务检测任务3.计算机网络的体系结构计算机网络的体系结构是计算机网络的各层及其协议的集合。应用层运输层网络层表示层会话层数据链路层物理层7654321OSI的体系结构(a)OSI的七层协议；法律上的国际标准OSI它的体系结构被分成7层，称为OSI七层体系结构。提出任务解析任务检测任务TCP/IP是四层体系结构TCP/IP是四层体系结构：应用层、运输层、网际层和网络接口层。应用层网络接口层网际层IP(各种应用层协议，如DNS,HTTP,SMTP等)运输层(TCP或UDP)TCP/IP的体系结构（这一层并没有具体内容）TCP/IP的四层协议提出任务解析任务检测任务应用层运输层网络层表示层会话层数据链路层物理层7654321OSI的体系结构应用层网络接口层网际层IP(各种应用层协议，如DNS,HTTP,SMTP等)运输层(TCP或UDP)TCP/IP的体系结构(a)(b)(c)运输层网络层应用层数据链路层物理层54321五层协议的体系结构（这一层并没有具体内容）计算机网络体系结构：(a)OSI的七层协议；(b)TCP/IP的四层协议；(c)五层协议

具有五层协议的体系结构提出任务解析任务检测任务五层协议的体系结构数据链路层5应用层4

运输层3网络层2数据链路层1物理层应用层(applicationlayer)运输层(transportlayer)网络层(networklayer)数据链路层(datalinklayer)物理层(physicallayer)提出任务解析任务检测任务体系结构应用层运输层网际层网络接口层主机A主机B路由器网络2网络1应用层运输层网际层网络接口层网际层网络接口层4321TCP/IP是四层体系结构路由器在转发分组时最高只用到网际层而没有使用运输层和应用层。提出任务解析任务检测任务总结计算机网络体系结构形成。计算机网络协议。计算机网络体系结构。课后作业：1.分别画出7层、4层、5层的网络体系结构图。2.简述网络协议三要素是什么？各有什么含义？提出任务解析任务检测任务任务6：认识五层体系结构各层功能重点内容：五层体系结构各层的功能；封装与解封装；TCT/IP协议族。提出任务解析任务检测任务难点内容：封装和解封装。五层协议的体系结构数据链路层5应用层4

运输层3网络层2数据链路层1物理层应用层(applicationlayer)运输层(transportlayer)网络层(networklayer)数据链路层(datalinklayer)物理层(physicallayer)提出任务解析任务检测任务应用层(applicationlayer)5应用层应用层(applicationlayer)应用层是体系结构中的最高层;应用层的任务是通过应用进程间的交互来完成特定网络应用;应用层协议定义的是应用进程间通信和交互的规则。将在第六章具体讲解应用层提出任务解析任务检测任务五层协议的体系结构5应用层4

运输层应用层(applicationlayer)运输层(transportlayer)运输层的任务是负责向通信的两台主机提供通用的数据传输服务。运输层有复用和分用的功能运输层主要有两种协议:传输控制协议TCP（TransmissionControlProtocol）：提供面向连接的、可靠的数据传输服务。其数据传输单位是报文段。用户数据报协议UDP（UserDatagramProtocol）：提供无连接、尽最大努力的数据传输服务。其数据传输单位是用户数据报。运输层(transportlayer)提出任务解析任务检测任务网络层(networklayer)5应用层4

运输层3网络层应用层(applicationlayer)运输层(transportlayer)网络层(networklayer)网络层负责为不同主机提供通信服务。网络层另一个任务是选择合适路由，使源主机运输层所传下来的分组，能够通过网络中路由器找到目的主机。互联网的网络层也叫网际层或IP层。提出任务解析任务检测任务数据链路层(datalinklayer)数据链路层5应用层4

运输层3网络层2数据链路层应用层(applicationlayer)运输层(transportlayer)网络层(networklayer)数据链路层(datalinklayer)数据链路层简称为链路层，在发送端，链路层的任务将网络层传下来的IP数据报封装成帧；在接收端，链路层收到帧后，取出数据部分，交给上层的网络层。链路层封装的帧里包括数据部分和控制信息。控制信息在接收端可以实现帧的差错检测功能。提出任务解析任务检测任务物理层(physicallayer)数据链路层5应用层4

运输层3网络层2数据链路层1物理层物理层的作用是屏蔽掉种类繁多的传输媒体和通信手段的差异。物理层的另一个作用是描述传输媒体间接口的机械特性、电气特性、功能特性、过程特性等规范。物理层的传输的数据单位是比特。层间关系是下层为上层提供服务。提出任务解析任务检测任务2.1封装主机154321AP1主机254321AP2应用程序数据应用层首部H510100110100101比特流110101110101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链路层尾部注意观察加入或剥去首部（尾部）的层次主机1向主机2发送数据：物理传输媒体从上到下、层层为应用程序数据添加首部的过程称为封装。提出任务解析任务检测任务5432154321主机1AP1主机2AP2