57第一章计算机网络概述

第1章概述1.1计算机网络在信息时代中的作用1.2因特网概述1.2.1网络的网络1.2.2因特网发展的三个阶段1.2.3因特网的标准化工作1.2.4计算机网络在我国的发展1.3因特网的组成1.3.1因特网的边缘部分1.3.2因特网的核心部分第1章概述1.4计算机网络在我国的发展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1.6计算机网络的性能1.6.1计算机网络的性能指标1.6.2计算机网络的非性能特征第1章概述1.7计算机网络的体系结构1.7.1计算机网络体系结构的形成1.7.2协议与划分层次1.7.3具有五层协议的体系结构1.7.4实体、协议、服务和服务访问点1.7.5TCP/IP的体系结构1.1计算机网络在信息时代的作用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。发展最快的并起到核心作用的是计算机网络。1.1.1第一代计算机网络1951年，美国麻省理工学院为美国空军设计SAGE半自动化地面防空系统。美国通用电气公司的信息服务系统(GEInformationService)特点：所谓“计算机网络”实际上只是主机与显示终端的远程通信。中心计算机前端处理机MMMM集中器集中器TTTT.........远程高速线路近程低速线路面向终端的计算机网络1.1.2第二代计算机网络现代意义上的计算机网络从1969年美国国防远景研究规划局建成的ARPANET实验网开始的。特点：共享、分散控制、分组交换、采用专门的通信控制和处理机、分层的网络协议。ARPANET组成元素–IMP(InterfaceMessageProcessor)接口报文处理机–主机H(Host)–分组Packet传送方式–StoreandForward存储转发网络划分–通信子网、资源子网HHHHAHBHHHHIMP5IMP2IMP1IMP3IMP4ARPANET1.1.3第三代计算机网络国际标准化的网络–具有统一的网络体系结构遵循国际标准化协议的计算机网络ARPANET的成功使计算机网络的概念发生根本变化早期的面向终端的计算机网络是以单个主机为中心的星形网–各终端通过通信线路共享昂贵的中心主机的硬件和软件资源。分组交换网则是以网络为中心，主机都处在网络的外围。–用户通过分组交换网可共享连接在网络上的许多硬件和各种丰富的软件资源。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1.2因特网概述1.2.1网络的网络起源于美国的因特网现已发展成为世界上最大的国际性计算机互联网网络(network)由若干结点(node)和连接这些结点的链路(link)组成。互联网是“网络的网络”(networkofnetworks)。连接在因特网上的计算机都称为主机(host)。网络与因特网网络把许多计算机连接在一起。因特网则把许多网络连接在一起。(a)(b)网络互联网（网络的网络）结点链路Internet发展规模和趋势Internet的发展速度–是历史上发展最快的一种技术–以商业化后达到5000万用户为例•电视用了13年，收音机用了38年，电话更长•Internet从商业化后达到5000万用户用了4年时间Internet正在以超过摩尔定理的速度发展网络时代的三大基本定律摩尔定律:CPU性能18个月翻番,10年100倍。所有电子系统（包括电子通信系统，计算机）都适用光纤定律：超摩尔定律，骨干网带宽9个月翻番，10年10000倍。带宽需求呈超高速增长的趋势迈特卡尔夫定律:联网定律，网络价值随用户数平方成正比。未联网设备增加N倍，效率增加N倍。联网设备增加N倍，效率增加N2倍网络带宽与CPU性能光纤容量因特网的发展情况概况网络数主机数用户数管理机构数1980101021021001990103105106101200010510710810220051061081091031.2.2因特网发展的三个阶段第一阶段是从单个网络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。人们把1983年作为因特网的诞生时间。Internet和Internet的区别以小写字母i开始的internet（互联网或互连网）是一个通用名词，它泛指由多个计算机网络互连而成的网络。以大写字母I开始的的Internet（因特网）则是一个专用名词，它指当前全球最大的、开放的、由众多网络相互连接而成的特定计算机网络，它采用TCP/IP协议族作为通信的规则，且其前身是美国的ARPANET。因特网发展的第一阶段第一个分组交换网ARPANET最初只是一个单个的分组交换网。ARPA研究多种网络互连的技术。1983年TCP/IP协议成为标准协议。同年，ARPANET分解成两个网络：–ARPANET——进行实验研究用的科研网–MILNET——军用计算机网络1983~1984年，形成了因特网Internet。1990年ARPANET正式宣布关闭。因特网发展的第二阶段1986年，NSF建立了国家科学基金网。NSFNET。它是一个三级计算机网络：–主干网–地区网–校园网1991年，美国政府决定将因特网的主干网转交给私人公司来经营，并开始对接入因特网的单位收费。1993年因特网主干网的速率提高到45Mb/s（T3速率）。三级结构的因特网各网络之间需要使用路由器来连接。有时在结构图中可不画出路由器。校园网校园网校园网校园网校园网校园网国家主干网地区网地区网地区网路由器三级结构的因特网主机到主机的通信可能要经过多种网络。校园网校园网校园网校园网校园网校园网国家主干网地区网地区网地区网因特网发展的第三阶段从1993年开始，由美国政府资助的NSFNET逐渐被若干个商用的ISP网络所代替。1994年开始创建了4个网络接入点NAP(NetworkAccessPoint)，分别由4个电信公司经营。NAP就是用来交换因特网上流量的结点。在NAP中安装有性能很好的交换设施。到本世纪初，美国的NAP的数量已达到十几个。从1994年到现在，因特网逐渐演变成多级结构网络。多级结构的因特网大公司地区ISP网络接入点NAP（对等点）公司校园网主干服务提供者校园网校园网校园网校园网本地ISP地区ISP地区ISP地区ISP本地ISP本地ISP大公司大公司网络接入点NAP（对等点）主机到主机的通信可能经过多种ISP。今日的多级结构的因特网大致上可将因特网分为以下五个接入级–网络接入点NAP–国家主干网（主干ISP）–地区ISP–本地ISP–校园网、企业网或PC机上网用户举例：CERNET中国教育和科研计算机网CERNET是由国家投资建设，教育部负责管理，清华大学等高等学校承担建设和管理运行的全国性学术计算机互联网络。它主要面向教育和科研单位，是全国最大的公益性互联网络。CERNETCERNET分四级管理，分别是：全国网络中心；地区网络中心和地区主结点；省教育科研网；校园网。CERNET全国网络中心设在清华大学，负责全国主干网的运行管理。地区网络中心和地区主结点分别设在清华大学、北京大学、北京邮电大学、上海交通大学、西安交通大学、华中科技大学、华南理工大学、电子科技大学、东南大学、东北大学等10所高校，负责地区网的运行管理和规划建设。1.2.3关于因特网的标准化工作因特网协会ISOC因特网研究指导小组IRSG因特网研究部IRTF因特网工程部IETF因特网工程指导小组IESG…RGWG……RG…领域领域因特网体系结构研究委员会IABWGWGWG制订因特网的正式标准要经过以下的四个阶段因特网草案(InternetDraft)——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。草案标准(DraftStandard)因特网标准(InternetStandard)各种RFC之间的关系因特网草案建议标准草案标准因特网标准历史的RFC实验的RFC提供信息的RFC6种RFC1.3因特网的组成从因特网的工作方式上看，可以划分为以下的两大块：(1)边缘部分由所有连接在因特网上的主机组成。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）。因特网的核心部分（通信子网）因特网的边缘部分（资源子网）主机网络路由器因特网的边缘部分与核心部分1.3.1因特网的边缘部分处在因特网边缘的部分就是连接在因特网上的所有的主机。这些主机又称为端系统(endsystem)。“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”。或简称为“计算机之间通信”两种通信方式在网络边缘的端系统中运行的程序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对等方式（P2P方式）即Peer-to-Peer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。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，而服务器B向客户A提供服务。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。客户进程和服务器进程使用TCP/IP协议进行通信数据链路层物理层运输层网络层数据链路层物理层运输层网络层①客户发起连接建立请求②服务器接受连接建立请求应用层应用层因特网客户服务器以后就逐级使用下层提供的服务(使用TCP和IP）功能较强的计算机可同时运行多个服务器进程数据链路层物理层运输层网络层应用层计算机3服务器1服务器2数据链路层物理层运输层网络层应用层计算机1客户1数据链路层物理层运输层网络层应用层计算机2客户2因特网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同时是服务器。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。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1.3.2因特网的核心部分网络核心部分是因特网中最复杂的部分。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)。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。路由器的重要任务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。分组交换,电路交换,报文交换60年代初，