交通信息系统 第四章 计算机网络概述

计算机网络基础知识2主要内容1.1计算机网络的作用1.2因特网概述1.3因特网的组成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31.1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。4因特网(Internet)的发展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现在的集教育科研、信息共享、休闲娱乐和商业流通的综合网络。已成为仅次于全球电话网的世界第二大网络。5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。彻底改变了人们生活、工作、学习和交往的方式和态度，提高了人们工作、学习和生活的效率。6计算机网络的功能连通性——计算机网络使上网用户之间都可以交换信息，好像这些用户的计算机都可以彼此直接连通一样。共享——即资源共享。可以是信息共享、软件共享，也可以是硬件共享。如果没有网络…71.2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)。(a)(b)网络互联网（网络的网络）结点链路图1-1最简单的网络和由网络组成的互联网9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。因特网是世界上最大的互联网络。连接在因特网上的计算机都称为主机(host)。因特网常用一朵云表示，主机画在网络外边，而网络内部的细节就省略了。主机因特网图1-2因特网与连接的主机111.2.2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。12internet和Internet的区别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。这些网络之间的通信协议可以是任意的。Internet（因特网）：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。13三级结构的因特网第二阶段的特点是建成了三级结构的因特网。三级计算机网络，分为主干网、地区网和校园网（或企业网）。14多层次ISP结构的因特网第三阶段的特点是逐渐形成了多层次ISP结构的因特网。出现了因特网服务提供者ISP(InternetServiceProvider)。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。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ISP图1-4基于ISP的多层结构的因特网的概念示意图17万维网的问世因特网已经成为世界上规模最大和增长速率最快的计算机网络，没有人能够准确说出因特网究竟有多大。因特网的迅猛发展始于20世纪90年代。由欧洲原子核研究组织CERN开发的万维网(WorldWideWeb)被广泛使用在因特网上，大大方便了广大非网络专业人员对网络的使用，成为因特网的这种指数级增长的主要驱动力。18万维网的问世万维网(WorldWideWeb)并非某种特殊的计算机网络。万维网是一个大规模的、联机式的信息储藏所。万维网用链接的方法能非常方便地从因特网上的一个站点访问另一个站点，从而主动地按需获取丰富的信息。这种访问方式称为“链接”。191.2.3因特网的标准化工作在世界范围内建立大型互联网，通信协议和接口标准化是非常重要的。计算机网络领域有影响的标准化组织主要有以下几个：国际电信联盟ITU：负责电信方面标准，主要用于国与国之间互联，各国内部可有自己的标准。国际标准化组织ISO：协商国际网络中使用的标准并推动世界各国之间的互通性。电子工业协会EIA：RS-232标准，移动通信标准电气与电子工程师协会IEEE：局域网802标准ATM论坛：与ATM技术密切相关的组织。201.2.3因特网的标准化工作ATM：异步传输模式，一种高速的分组交换技术，基本数据传输单元是信元。信元长度固定，为53字节，有一个5字节的信元头（header）与一个48字节的用户数据（userdata）。信元头5字节用户数据48字节211.2.3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IABWGWGWGInternet管理的国际性组织负责Internet有关协议的开发集中研究某一特定的短期和中期的工程问题，针对协议开发和标准化进行理论研究和开发一些需要长期考虑的问题221.3因特网的组成从因特网的工作方式上看，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）。因特网的核心部分因特网的边缘部分主机网络路由器图1-5因特网的边缘部分与核心部分241.3.1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”25英特网边缘部分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261.客户服务器方式（C/S）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客户服务器图1-6客户服务器工作方式：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。28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。29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。302.对等连接方式（P2P）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。31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程序图1-7对等连接工作方式331.3.2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。34路由器的交换技术电路交换分组交换什么是分组交换？351.电路交换的主要特点两部电话机只需要用一对电线就能够互相连接起来。36更多的电话机互相连通5部电话机两两相连，需10对电线。N部电话机两两相连，需N(N–1)/2对电线。当电话机的数量很大时，这种连接方法需要的电线对的数量与电话机数的平方成正比。37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38“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。拨不通对方电话号码，WHY？39电路交换的特点电路交换必需是面向连接的。电路交换要经过以下三个阶段：建立连接（拥有一条实际的物理通路）通信（一直占用该物理通路）释放连接电路交换的一个特点：在通话的全部时间内，通话的两个用户始终占有端到端的通信资源。40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BDCA41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BDCA42电路交换传送计算机数据效率低计算机数据具有突发性。这导致通信线路的利用率很低。因此，出现分组交换。432.分组交换的主要特点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采用存储转发技术，把一个大报文分为几个分组进行传输。44数据数据数据报文添加首部构成分组每一个数据段前面添加上首部构成分组。首部首部首部分组1分组2分组3请注意：左边是“前面”45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346分组首部的重要性每一个分组的首部都含有地址等控制信息。分组交换网中的结点交换机根据收到分组的首部中的地址信息，确定转发出口，把分组转发到下一个结点交换机。用这样的存储转发方式，最后分组就能到达最终目的地。47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48数据数据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。报文1101000110101010110101011100010011010010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。49因特网的核心部分小结与举例因特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，而主机处在因特网的边缘部分。在因特网核心部分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