计算机网络课件：ch1 概述-1

1、1,计算机网络,2,教材及参考书,教材 计算机网络(第4版)，Andrew S.Tanenbaum著，潘爱民译，清华大学出版社 参考书 计算机网络： 自顶向下方法(第3版)，JAMES F. KUROSE KEITH W. ROSS著，陈鸣等译，机械工业出版社 计算机网络与因特网(第4版), DOUGLAS E.COMER著 ，林生译，机械工业出版社 用TCP/IP进行网际互连 第一卷-原理、协议与结构(第5版)，Douglas E.Comer著，林瑶等译，电子工业出版社 TCP/IP详解 卷一：协议，W.Richard Stevens著，范建华等译，机械工业出版社,3,主要内容,概述 物理层

2、 数据链路层 介质访问控制子层 网络层 传输层 应用层,4,Ch1 概 述,计算机网络应用 网络硬件 网络软件 参考模型 网络实例 网络标准化,5,计算机网络,计算机网络 用通信线路将分散在不同地点并具有独立功能的多台计算机系统互相连接，按照网络协议进行数据通信，实现资源共享的信息系统 通信线路 将各个计算机连接起来的传输介质和互连设备 资源共享 硬件、软件、信息资源等资源的共享 计算机之间相互独立 连网的计算机不能强制性地控制另一台计算机 网络协议 指通信双方关于如何进行通信的一种约定,6,计算机网络,与分布式系统的区别 计算机网络：以共享资源为主要目的，各计算机独立工作，向用户呈现分散系统

3、 分布式系统：以提高整体性能为主要目的，强调多计算机系统的整体性，各计算机协调自治工作，向用户呈现整体系统。如：万维网 分布式系统是建立于网络之上的软件系统，它们的区别更多取决于软件（特别是操作系统），而不是硬件,7,1.1 计算机网络的应用,商业应用 家庭应用 移动用户 社会问题,8,商业应用,资源共享（resource sharing） 物理资源共享 信息共享,一个网络，包括两个客户机、一个服务器和一个打印机,9,商业应用,强大的通信媒介(communication medium) E-mail 视频会议 电子商务（e-commerce) 公司间的电子商务 公司与客户间的电子商务等,10,

4、家庭应用,访问远程信息 浏览Web 在线图书馆等 个人间通信 电子邮件（E-mail） 即时消息（如：QQ等） 对等通信（P2P）,对等通信（P2P）,11,家庭应用,交互式娱乐 视频点播（video on demand） 网络游戏 电子商务 家庭购物 访问金融机构,12,移动用户,无线网络和移动计算并不相同,无线网络和移动计算的组合,13,社会问题,不良信息发布 网络犯罪,14,1.2 网络硬件,计算机网络按距离尺寸分类 局域网 城域网 广域网 因特网,15,按距离尺寸分类,处理器间的距离 处理器所在的位置 例子,16,局域网（Local Area Network）,主要特征 范围：一个建筑

5、物内或一个校园内，也可远到几千米 传输特点:延迟低（微妙或纳秒量级），很少有传输错误 传输技术：10Mbps-10Gbps， 拓扑结构： 总线型，环型，星型等,17,城域网（Metropolitan Area Network）,一个基于有线电视的城域网 无线城域网 IEEE 802.16 (WiMax),18,广域网（Wide Area Network）,跨越了一个很大的地域，通常包括一个国家或一个洲 广域网包含了大量的机器称为主机，这些主机通过通信子网连接起来,19,广域网,通信子网（简称子网）的功能 把消息从主机传到另一台主机 广域网中子网由两个独立部分组成 传输线和交换单元,主机和通信子

6、网间的关系,20,互联网,互联网（internetwork或internet） 一组相互连接起来的网络 Internet（因特网） 特定的、世界范围内的互联网,21,1.2 网络硬件,计算机网络按距离尺寸分类 局域网 城域网 广域网 因特网 计算机网络按传输技术分类 广播式网络(broadcast network） 点到点网络(point-to-point network),22,广播式网络,特点 只有一个通信信道，网上所有机器共享该信道 任何一台机器发送的分组都可以被其他所有机器接收到 分组的地址域指明该分组应被哪台机器接收 一台机器收到了一个分组后，检查地址域；如果该分组是发送给它的，则处

7、理该分组，否则忽略该分组 关键技术 介质访问控制方法 注意 两个以上机器同时发送会产生冲突,23,广播式网络,广播（broadcasting） 分组的地址域中使用一个特殊编码，分组传输给网络上的所有机器,24,广播式网络,多播（multicasting） 分组传输给网上所有机器的一个子集,25,点到点网络,特点 一条线路连接二台网络互连设备（点到点） 二台机器的传输要经过多台网络互连设备（一般情况下） 采用存储、转发方式进行信息传输（一般情况下） 二台机器的传输有多条路径可供选择（一般情况下） 关键技术 路由选择 ( Routing ),26,点到点网络,单播 只有一个发送方和一个接收方的点到

8、点传播模式,27,1.2 网络硬件,计算机网络按距离尺寸分类 局域网 城域网 广域网 因特网 计算机网络按传输技术分类 广播式网络(broadcast network） 点到点网络(point-to-point network) 什么传输技术适用于什么范围的网络？,28,无线网络（Wireless Networks）,分类 系统互联 通过短距离的无线电，将一台计算机的各部件连起来（蓝牙） 无线LAN（IEEE 802.11） 无线WAN（蜂窝无线网络、IEEE 802.16）,(a)蓝牙配置 (b)无线LAN,29,家庭网络（Home Network）,家庭网络 将来大多数家庭都将会建立起一个

9、网络环境，家庭中的每一个设备都具备与其他设备通信的能力，通过Internet可以访问所有这些设备 家庭网络的属性 网络与设备必须易于安装 网络与设备必须易于操作 低的价格 网络需要具备足够的传输能力 安全性和可靠性非常重要,30,1.3 网络软件,协议层次 接口与服务 各层的设计问题 面向连接的服务和无连接的服务 服务和协议的关系,31,提出背景计算机网络的复杂性、异质性 多种通信媒介有线、无线 不同种类的设备主机、路由器、交换机、复用设备、 不同的操作系统Unix、Windows 不同的软/硬件、接口和通信约定（协议） 不同的应用环境固定、移动 不同种类业务分时、交互、实时 宝贵的投资和积累

10、有形、无形 用户业务的延续性不允许出现大的跌宕起伏 它们互相交织，形成了非常复杂的系统应用环境。,1.3.1 协议层次,32,对于复杂的网络系统，用什么方法能合理地组织网络的结构，以达到： 结构清晰 简化设计与实现 便于更新与维护 较强的独立性和适应性,解决：分而治之！ 一个生活中的例子：,1.3.1 协议层次,33,哲学家-翻译-秘书结构,34,哲学家-翻译-秘书结构,消息,选择语言,选择传真,35,哲学家-翻译-秘书结构,消息,选择语言,选择传真,一系列的步骤 层次的观点： 每层实现一种特定的服务 通过自己内部的功能 依赖自己的下层提供的服务,36,哲学家-翻译-秘书结构,消息,选择语言,

11、选择传真,每层都向上一层提供特定的服务 每层都把实现服务的细节对上一层屏蔽 一方的第n层与另一方的第n层对话 对应层的实体称为对等体 对话中用到的规则和约定统称为第n层协议 每层都通过接口享受下一层提供的服务,37,问题： 两个哲学家之间、两个翻译之间，他们是在直接通信吗？ 翻译、秘书各向谁提供什么样的服务？ 一方的哲学家与翻译、翻译与秘书之间的接口改变对另一方有影响吗？ 一方换翻译/秘书对通信有影响吗？,消息,选择语言,选择传真,哲学家-翻译-秘书结构,38,1.3.1 协议层次,举例2：邮政特快专递模型,39,层次化方法在其它领域的应用,程序设计 把一个大的程序分解为若干个层次的小模块来实

12、现，如操作系统，抽象数据类型、数据封装及面向对象程序设计。 邮政系统 邮递员、邮政分局、邮政总局、邮政运输 银行系统 物流系统 ,40,1.3.1 协议层次,分层的好处 每一层不需要知道下一层是如何实现的，只需要知道层间的接口和所提供的服务 当某一层协议发生改变时不影响上下层协议 结构上分开，各层可采用最适合的技术 易于实现和维护 促进标准化,41,计算机网络体系结构的定义,计算机网络中也采用了分层方法。把复杂的问题划分为若干个较小的、单一的局部问题，在不同层上予以解决。 网络的层次结构方法要解决的问题： 网络应该具有哪些层次？每一层的功能是什么？（分层与功能） 各层之间的关系是怎样的？它们如

13、何进行交互？（服务与接口） 通信双方的数据传输要遵循哪些规则？（协议）,42,计算机网络中，层和协议的集合被称为计算机网络体系结构。 换句话说：体系结构包括两个内容：分层结构与每层的协议。 每层实现的细节和层间的接口规范并不属于网络体系结构的内容。 最早的网络体系结构源于IBM的SNA； 其它的网络体系结构还有DEC的DNA等 由国际化标准组织ISO制定的网络体系结构国际标准是OSI/RM； 实际中应用最广泛的是TCP/IP体系结构 事实上的标准,计算机网络体系结构的定义,43,协议,人际交流的协议: 人类之间 “现在几点了?” “10点.” 说明发送的消息 说明接收到某消息后所应采取的行动

14、说明动作的次序,通信协议: 计算机之间 网络中所有的通信活动都是由协议所控制,协议： 定义网络实体间发送和接收报文的格式、顺序以及当传送和接收消息时应采取的行动。（语义、语法和时序）,44,人相互交流的协议和通信协议之间的对比,45,通信协议的三要素,语义 对协议中各协议元素的含义的解释，例如： 在HDLC协议中，标志Flag(7EH)表示报文的开始和结束 在BSC协议中，SOH(01H)表示报文的开始，STX(02H)表示报文正文的开始，ETX(03H)表示报文正文的结束 语法 协议元素与数据的组合格式，即报文格式。例如： 时序 通信过程中，通信双方操作的执行顺序和规则,BSC,HDLC,4

15、6,t,t,时序例,47,1.3.1 协议层次,协议 计算机网络的同等层次中，通信双方进行信息交换时必须遵守的规则和约定 第n层协议 一台机器上的第n层与另一台机器上的第n层进行对话，对话中用到的规则和约定合起来称为第n层协议,48,1.3.1 协议层次,对等体 不同机器里包含对应层的实体，对等体用协议进行通信 接口 定义了下层向上层提供哪些原语操作和服务 网络体系结构 层和协议的集合 协议栈 一个特定系统所使用的一组协议（每层一个协议） 注 物理介质上进行的是实通信 对等体间进行的是虚拟通信,层、协议和接口,49,对等层通信的实质,网络分层体系结构原理禁止不同主机的对等层之间进行直接通信。(想一想，为什么?),实际上，每一层必须依靠下层提供的服务来与另一台主机的对等层通信。 上层使