计算机网络谢希仁第七版全套PPT

第1章概述第1章概述1.1计算机网络在信息时代中的作用1.2互联网概述1.3互联网的组成1.4计算机网络在我国的发展1.5计算机网络的类别1.6计算机网络的性能1.7计算机网络的体系结构1.2互联网概述1.2.1网络的网络1.2.2互联网基础结构发展的三个阶段1.2.3互联网的标准化工作1.2.1网络的网络互联网(Internet)特指Internet，起源于美国，现已发展成为世界上最大的、覆盖全球的计算机网络。计算机网络(简称为网络)由若干结点(node)和连接这些结点的链路(link)组成。互连网(internetwork或internet)可以通过路由器把网络互连起来，这就构成了一个覆盖范围更大的计算机网络，称之为互连网。“网络的网络”(networkofnetworks)。1.2.1网络的网络(a)计算机网络（网络）结点链路(b)互连网（网络的网络）网络网络网络网络网络网络网络简单的网络(a)和由网络构成的互连网(b)网络图例计算机集线器路由器请注意名词“结点”在网络中，node的标准译名是“结点”而不是“节点”。虽然node有时也可译为“节点”，但这是指像天线上的驻波的节点，这种节点很像竹竿上的“节”。数据结构的树(tree)中的node应当译为“节点”。关于“云”当使用一朵“云”来表示网络时，可能会有两种不同的情况：1.云表示的网络已经包含了和网络相连的计算机。2.云表示的网络里面就只剩下许多路由器和连接这些路由器的链路，把有关的计算机画在云的外面。习惯上，与网络相连的计算机常称为主机(host)。主机互连网互连网与所连接的主机基本概念要清楚网络把许多计算机连接在一起。互连网则把许多网络通过路由器连接在一起。与网络相连的计算机常称为主机。互连网（网络的网络）网络网络网络网络网络网络网络主机主机可以是计算机，也可以是智能手机等智能机器。1.3互联网的组成1.3.1互联网的边缘部分1.3.2互联网的核心部分1.3互联网的组成从互联网的工作方式上看，可以划分为两大块：(1)边缘部分：由所有连接在互联网上的主机组成。这部分是用户直接使用的，用来进行通信（传送数据、音频或视频）和资源共享。(2)核心部分：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（提供连通性和交换）。互联网的核心部分互联网的边缘部分主机网络路由器互联网的边缘部分与核心部分互联网的边缘部分与核心部分1.3.1互联网的边缘部分处在互联网边缘的部分就是连接在互联网上的所有的主机。这些主机又称为端系统(endsystem)。端系统在功能上可能有很大的差别小的端系统可以是一台普通个人电脑，具有上网功能的智能手机，甚至是一个很小的网络摄像头。大的端系统则可以是一台非常昂贵的大型计算机。端系统的拥有者可以是个人，也可以是单位（如学校、企业、政府机关等），当然也可以是某个ISP。端系统之间通信的含义“主机A和主机B进行通信”实际上是指：“运行在主机A上的某个程序和运行在主机B上的另一个程序进行通信”。即“主机A的某个进程和主机B上的另一个进程进行通信”。简称为“计算机之间通信”。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。1.客户服务器方式客户(client)和服务器(server)都是指通信中所涉及的两个应用进程。客户—服务器方式所描述的是进程之间服务和被服务的关系。客户是服务的请求方，服务器是服务的提供方。服务请求方和服务提供方都要使用网络核心部分所提供的服务。运行客户程序网络边缘网络核心运行服务器程序AB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提供服务客户-服务器工作方式客户软件的特点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（请求服务）。因此，客户程序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作系统。服务器软件的特点一种专门用来提供某种服务的程序，可同时处理多个远地或本地客户的请求。系统启动后即自动调用并一直不断地运行着，被动地等待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。一般需要强大的硬件和高级的操作系统支持。客户与服务器的通信关系建立后，通信可以是双向的，客户和服务器都可发送和接收数据。2.对等连接方式对等连接(peer-to-peer，简写为P2P)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服务提供方。只要两个主机都运行了对等连接软件(P2P软件)，它们就可以进行平等的、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档。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方式，只是对等连接中的每一个主机既是客户又是服务器。例如主机C请求D的服务时，C是客户，D是服务器。但如果C又同时向F提供服务，那么C又同时起着服务器的作用。对等连接工作方式可支持大量对等用户（如上百万个）同时工作。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程序对等连接工作方式（P2P方式）1.3.2互联网的核心部分网络核心部分是互联网中最复杂的部分。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据）。在网络核心部分起特殊作用的是路由器(router)。1.3.2互联网的核心部分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。为了理解分组交换，首先了解电路交换的基本概念。1.电路交换的主要特点2部电话机只需要用1对电线直接连接就能够互相通话。电话机的不同连接方法(a)两部电话直接相连1.电路交换的主要特点5部电话机两两直接相连，需10对电线。电话机的不同连接方法(b)5部电话机两两直接相连1.电路交换的主要特点N部电话机两两直接相连，需N(N–1)/2对电线。这种直接连接方法所需要的电线对的数量与电话机数量的平方（N2）成正比。使用交换机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。交换机每一部电话都直接连接到交换机上，而交换机使用交换的方法，让电话用户彼此之间可以很方便地通信。所采用的交换方式就是电路交换(circuitswitching)。电话机的不同连接方法(c)用交换机连接许多部电话“交换”的含义在这里，“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。电路交换特点电路交换必定是面向连接的。电路交换分为三个阶段：建立连接：建立一条专用的物理通路，以保证双方通话时所需的通信资源在通信时不会被其他用户占用；通信：主叫和被叫双方就能互相通电话；释放连接：释放刚才使用的这条专用的物理通路（释放刚才占用的所有通信资源）。电路交换举例A和B通话经过四个交换机通话在A到B的连接上进行ABCDEF电信网交换机交换机交换机交换机中继线用户线用户线电路交换的用户始终占用端到端的通信资源电路交换缺点计算机数据具有突发性。这导致在传送计算机数据时，通信线路的利用率很低（用来传送数据的时间往往不到10%甚至1%）。2.分组交换的主要特点分组交换则采用存储转发技术。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1101000110101010110101011100010011010010假定这个报文较长不便于传输添加首部构成分组每一个数据段前面添加上首部构成分组(packet)。数据数据数据报文首部首部首部分组1分组2分组3请注意：现在左边是“前面”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分组首部的重要性每一个分组的首部都含有地址（诸如目的地址和源地址）等控制信息。分组交换网中的结点交换机根据收到的分组首部中的地址信息，把分组转发到下一个结点交换机。每个分组在互联网中独立地选择传输路径。用这样的存储转发方式，最后分组就能到达最终目的地。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收到的数据最后还原成原来的报文最后，在接收端把收到的数据恢复成为原来的报文。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。数据数据数据报文11010001101010101101010111000100110100101.3.2互联网的核心部分互联网的核心部分是由许多网络和把它们互连起来的路由器组成，而主机处在互联网的边缘部分。互联网核心部分中的路由器之间一般都用高速链路相连接，而在网络边缘的主机接入到核心部分则通常以相对较低速率的链路相连接。主机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。路由器的用途则是用来转发分组的，即进行分组交换的。网络核心部分H1H5H2H4H3H6路由器网络主机分组交换的示意图(a)核心部分的路由器把网络互连起来网络核心部分H1H5H2H4H3H6发送的分组路由器AEDBC主机分组交换的示意图(b)核心部分中的网络可用一条链路表示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！路由器主机注意分组的存储转发过程H1A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路由器在路由器中的输入和输出端口之间没有直接连线。路由器处理分组的过程是：把收到的分组先放入缓存（暂时存储）；查找转发表，找出到某个目的地址应从哪个端口转发；把分组送到适当的端口转发出去。主机和路由器的作用不同主机是为用户进行信息处理的，并向网络发送分组，从网络接收分组。路由器对分组进行存储转发，最后把分组交付目的主机。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。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。存储转发原理并非完全新的概念在20世纪40年代，电报通信也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。三种交换的比较报文报文报文ABCDABCDABCD报文交换电路交换分组交换t连接建立数据传送报文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存储转发存储转发存储转发三种交换的比较若要连续传送大量的数据，且其传送时间远大于连接建立时间，则电路交换的传输速率较快。报文交换和分组交换不需要预先分配传输带宽，在传送突发数据时可提高整个网络的信道利用率。由于一个分组的长度往往远小于整个报文的长度，因此分组交换比报文交换的时延小，同时也具有更好的灵活性。1.5计算机网络的类别1.5.1计算机网络的定义1.5.2几种不同类别的网络1.5.1计算机网络的定义计算机网络的精确定义并未统一。较好的定义：计算机网络主要是由一些通用的、可编程的硬件