计算机通信网络第一章

1因特网(Internet)的发展和作用进入20世纪90年代以后，以因特网为代表的计算机网络得到了飞速的发展。已从最初的教育科研网络逐步发展成为商业网络。已成为仅次于全球电话网的世界第二大网络。21世纪的一些重要特征就是数字化、网络化和信息化，它是一个以网络为核心的信息时代。网络现已成为信息社会的命脉和发展知识经济的重要基础。网络是指“三网”，即电信网络、有线电视网络和计算机网络。NGB(下一代广播电视网）。发展最快的并起到核心作用的是计算机网络。2因特网的意义因特网是自印刷术以来人类通信方面最大的变革。现在人们的生活、工作、学习和交往都已离不开因特网。3物联网(InternetOfThings)通过射频识别（RFID）、红外感应器、全球定位系统、激光扫描器等信息传感设备，按约定的协议，把任何物品与互联网相连接，进行信息交换和通信，以实现智能化识别、定位、跟踪、监控和管理的一种网络概念。45云计算（cloudcomputing）是一种基于互联网的计算方式，通过这种方式，共享的软硬件资源和信息可以按需提供给计算机和其他设备。云计算的核心思想，是将大量用网络连接的计算资源统一管理和调度，构成一个计算资源池向用户提供按需服务。云计算的整个运行方式很像电网。67云盘（CloudStorage)是互联网存储工具云盘是互联网云技术的产物通过互联网为企业和个人提供信息的储存，读取，下载等服务具有安全稳定、海量存储的特点比较知名而且好用的云盘服务商有:百度云盘、360云盘、金山快盘、够快网盘、微云等1.1计算机通信网的基本概念一：计算机网络（Computernetwork）定义：计算机网络是由各具有自主功能在地理上分散而又通过通信手段相互连接起来的计算机组成的复合系统。组成:1.资源子网(主机):为用户提供各种服务;2.通信子网:提供数据传输和交换功能;3.通信协议(Protocol):指计算机之间相互进行数据通信而事先商定的规则。9(a)(b)网络互联网（网络的网络）结点链路10主机因特网11主机终端终端终端终端终端图1-1以单个主机为中心计算机网络的起源12M-----调制解调器T----------终端图1.1计算机与远程终端的连接图1.2多重线路控制器的控制计算控制MMT计算机多重线路控制器MMMMMMTTT第一代计算机网络（远程联机系统）13第二代计算机网络多个主计算机都具有自主处理能力，不存在主从关系。典型代表：APRANET（因特网的雏形）IBM公司的SNADEC公司的DNAARPANET的特征：1.资源共享；2.分布式控制；3.分组交换；4.层次式结构；5.逻辑上分为通信子网和资源子网。一个典型的计算机网络示例15IMP2IMP1IMP3IMP4IMP5IMP6IMP7H1H5H6H2H3H4H7通信子网资源子网通信子网的结构16用户因特网ISP1ISP2因特网服务提供者用户通过ISP上网根据提供服务的覆盖面积大小以及所拥有的IP地址数目的不同，ISP也分成为不同的层次。17一级ISP一级ISP第一层ISP大公司本地ISP大公司大公司公司本地ISP本地ISP校园网校园网校园网校园网第二层ISP第二层ISPNAPNAPAB主机A→本地ISP→第二层ISP→NAP→第一层ISP→NAP→第二层ISP→本地ISP→主机B第一层ISP第二层ISP本地ISP本地ISP本地ISP本地ISP第一层ISP第一层第二层第三层本地ISP第二层ISP本地ISP本地ISP本地ISP本地ISP第二层ISP本地ISP本地ISP第二层ISP18第三代计算机网络特点：具有统一的网络体系结构，遵循国际标准化的协议。国际标准化组织ISO于1977年成立了专门机构研究该问题（SC16），于1984年正式颁布开放系统互连参考模型OSI/RM（OpenSystemInterconnection/ReferenceModel)。ISO7498，分七层，称为OSI七层模型。19新一代计算机网络交换式网络（局域网交换机）宽带（3网合一）移动通信（Wifi,Wimax,3G,4G,Adhoc)发展趋势：宽带，移动20从主机为中心到以网络为中心主机终端以主机为中心以分组交换网为中心主机分组交换网21计算机网络在我国的发展(1)中国公用计算机互联网CHINANET(2)中国教育和科研计算机网CERNET(3)中国科学技术网CSTNET(4)中国公用经济信息网CHINAGBN(5)中国联通互联网UNINET(6)中国网通公用互联网CNCNET(7)中国国际经济贸易互联网CIETNET(8)中国移动互联网CMNET(9)中国长城互联网CGWNET(10)中国卫星集团互联网CSNET22计算机网络的分类几种不同的分类方法–从网络的作用范围进行分类–按拓朴结构分–从网络的交换功能进行分类–从网络的使用者进行分类23几种不同的分类方法（一）从网络的作用范围进行分类–局域网LAN(LocalAreaNetwork)–城域网MAN(MetropolitanAreaNetwork)–广域网WAN(WideAreaNetwork)–接入网AN(AccessNetwork)–个人区域网PAN（PersonalAreaNetworks)24广域网、城域网、接入网以及局域网的关系城域网城域网接入网接入网接入网接入网接入网接入网广域网局域网局域网校园网企业网……25几种不同的分类方法（二）从网络的拓朴结构分类–星型–树型–总线型–环型–网状型26常见的几种计算机拓扑结构星形集线器(交换机)树型网27常见的几种计算机拓扑结构环形总线型28常见的几种计算机拓扑结构网状型29几种不同的分类方法（三）从网络的交换功能分类–电路交换：把发送方和接收主用一系列链路直接连通，需要建立一条临时的专用通路。–报文交换：把发送的信息组织成一个数据包在网络中一站一站地传送。–分组交换：数据包具有限定长度的存储-转发交换方式。–混合交换30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((((交换机交换机交换机交换机用户线用户线中继线中继线BDCA31电路交换举例C和D通话只经过一个本地交换机通话在C到D的连接上进行((((交换机交换机交换机交换机用户线用户线中继线中继线BDCA32存储转发过程H1A分组交换网BDECH5H6H4H2H3H1向H5发送分组结点交换机主机在结点交换机A暂存查找转发表找到转发的端口在结点交换机C暂存查找转发表找到转发的端口在结点交换机E暂存查找转发表找到转发的端口最后到达目的主机H533数据数据数据分组交换在发送端把要发送的报文分隔为较短的数据块每个块增加带有控制信息的首部构成分组（包）依次把各分组发送到接收端接收端剥去首部，抽出数据部分，还原成报文数据分组11010011101••••••••00101001110报文发送端首部分组数据首部分组首部数据发送发送发送在前发送接收端数据首部数据首部数据首部11010011101••••••••0010100111034分组交换网的示意图H1A分组交换网BDECH5H6H4H2H3H1向H5发送分组H2向H6发送分组注意分组路径的变化！结点交换机主机35三种交换方式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36电路交换、报文交换、分组交换的比较电路交换：比特流连续地从源点到达终点，如像在一个管道中传送；若传输大量数据，则传输效率较高。报文交换：整个报文先到一个相邻结点，存储后再转发到下一结点。分组交换：单个分组传送到相邻结点，存储后再转发到下一结点。37分组交换的优点高效动态分配传输带宽，对通信链路是逐段占用。灵活以分组为传送单位和查找路由。迅速不必先建立连接就能向其他主机发送分组；充分使用链路的带宽。可靠完善的网络协议；自适应的路由选择协议使网络有很好的生存性。38计算机网络的功能资源共享提高可靠性和可用性提供通信手段（数据通信）分担负荷，协同处理“云计算”39计算机网络提供的服务电子邮件:SMTP文件传送:FTP远程登录:TELNET共享（存储、打印）信息查询：（WorldWideWeb)401.2计算机网络的体系结构相互通信的两个计算机系统必须高度协调工作才行，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。41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。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。计算机网络的分层结构n+1层n层n-1层n-1层n层n+1层(n-1)层协议(n)层协议(n+1)层协议虚通信实通信物理层n层是n-1层的用户，又是n+1层的服务提供者43层次结构中的几个术语对等层：两个系统中同样的层次子系统：开放系统的每一个划分实体：任何可以发送或接收信息的硬件或软件进程（n）实体：n层的实体对等实体：位于不同系统的同一层内相互交互的实体(n)协议：控制两个对等(n)实体进行通信的规则的集合(n)服务：(n)层向上提供的服务(n)用户：接受(n)服务的上一层实体44分层结构的特点除了在物理媒体上进行的是实通信外，其余对等实体间进行的都是虚通信；对等层的虚通信必须遵守该层的协议；n层的虚通信通过n-1/n层间接口处n-1层提供的服务及n-1层的通信实现的。45计算机通信网的组织和结构46OSI参考模型47OSI/RM开放系统互连参考模型1、分为七层：物理层、数据链路层、网络层、运输层、会话层、表示层、应用层2、整个系统分为端开放系统和中继开放系统资源子网通信子网资源子网包含七层，中继开放系统包含三层3、对等层的虚通信必须遵循相应的协议4、相邻层间接口处由低层向高层提供服务信息的基本单位是数据单元服务通过服务原语实现。提供服务的地方：服务访问点（SAP）。48相邻层间的数据传递过程(N+1)PDU(N)SDU(N)ICI(N)SDU(N)PCI(N)SAP第N+1层第N层(N)PDU(N)PDU=(N+1)PDU+(N)PCIPDU：协议数据单元SDU：服务数据单元ICI:接口控制信息PCI：协议控制信息49数据的实际传输过程发送进程A发送进程B数据H1H2H3H4H5H6H776425316134275物理媒体50思考题层次结构共有N层，如用户的数据长度为D，每层的协议头长度为H，则在数据发送时由于协议头浪费的带宽占总带宽的比例为多少？51TCP/IP协议簇应用层FTPTELNETSMTPTFTPDNSSNMPNFSXDRRPC传输层TCPUDP网络层IP路由协议ICMPARPRARP网络接口层网络接口卡(以太、令牌环、ARCNET…)传输介质(双绞线、同轴电缆、光纤…)52OSI与TCP/IP体系结构的比较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TELNET,FTP,SMTP等)运输层(TCP或UDP)TCP/IP的体系结构无连接分组交付服务运输服务(可靠或不可靠)各种应用服务TCP/IP的三个服务层次53TCP/IP的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4321路由器在转发分组时最高只用到网络层而没有使用运输层和应用层。54沙漏计时器形状的TCP/IP协议族HTTPSMTPDNSRTPTCPUDPIP网际层网络接口层运输层应用层………网络接口1网络接口2网络接口3EverythingoverIPIP可为各式各样的应用程序提供服务IPoverEverythingIP可应用到各式各样的网络上55五层协议的体系结构应用层(applicationlayer)运输层(trans