1.(中国地质大学)计算机网络概述

计算机网络概述梁音地球信息科学与技术系地球物理与空间信息学院课程简介计算机网络应该是一门偏向应用的课程。从这个层面上来说，计算机网络更像是一门技术。课程简介本课程的目的是课程广度而非深度。我们将集中精力于基本概念和基本原理而避开许多技术细节。本课程将学习计算机网络和因特网是如何运作的，从最底层的硬件到最高层的应用（层次模型）。为什么学习此课程？信息化时代是以网络为核心的。21世纪的各行各业无时无刻不接触着网络。资源共享。3S的技术哪一项能离开网络而独立的生存？（WebGIS,GPS）课程的考核平时成绩－－30％考试成绩－－70％平时成绩：出勤率＋课堂交流＋作业考试成绩：以卷面考试分数为主参考书籍课本：《计算机网络》（第四版），谢希仁编著，电子工业出版社参考资料：ComputerNetworks：ASystemApproach（3rdEdition），LarryL.PetersonandBruceS.Davie概述计算机网络的概念计算机网络在信息时代中的作用计算机网络的发展（重点）计算机网络的分类计算机网络的体系结构（重点）计算机网络的主要性能指标计算机网络的概念“网络”与“计算机网络”并非统一概念；把若干“元件”连接在一起，便构成一个网络。例如：电网络、电话网络、通信网络、交通运输网络、神经网络等等。计算机网络，是指由通信系统将不同计算机连接在一起，以达到资源共享目的所组成之系统。计算机网络在信息时代的作用知识经济的两个重要特点：信息化全球化信息化和全球化根本目的就是资源共享，必须依靠完善的网络。“三网”：中以计算机网络为核心，并且正在朝着融合的方向发展。计算机网络的发展现代计算机网络实际上是20世纪60年代美苏冷战时期的产物；ARPANET（分组交换试验性网络）电路交换报文交换分组交换计算机网络的发展电路交换（CircuitSwitching）传统的数据交换模式；电信网常采用的方式；一旦有一个交换机或链路被破坏，整个网络就有可能瘫痪；如果需要重新通话，必须再次拨号建立连接。计算机网络的发展电路交换的连接方式：计算机网络的发展（b）图的不足：要将N部电话相连，需要O(N2)条电线；如果电话机数量太大，需要的电线数量就会很大了。（c）图的不足：一旦交换机瘫痪，所有的电话机之间就无法通话了。计算机网络的发展电路交换的工作方式：(1)拨号（主叫方）；(2)拨号信令通过许多交换机到达被叫方；(3)被叫方的电话机振铃；(4)被叫方摘机；(5)摘机信令通过许多交换机到达主叫方，呼叫完成。计算机网络的发展电路交换的工作方式：计算机网络的发展通话完毕挂机后，挂机信令通知在这条链路上的所有交换机，使交换机释放刚才使用的这条物理链路。建立连接－通话－释放连接电路交换是面向连接的；电路交换又称为面向连接的交换。计算机网络的发展对于面向连接的交换，用户线归电话用户专用；而交换机之间的中继线则是许多用户共享的，即中继线上可以同时跑多个话路；在通话的全部时间内，通话的两个用户始终占用端到端的固定传输带宽。计算机网络的发展电路交换的弊端：对突发式数据（计算机数据），其线路的传输效率往往很低；通信线路上的资源在90％～99％的时间里面被白白的浪费了。计算机网络的发展解决电路交换弊端的方法：存储转发技术：存储（将包放入内存队列中）转发（将包转发给下一个交换机）就像击鼓传花一样。计算机网络的发展几个基本的概念：报文(message)：欲发送的整块数据；分组(包:packet)：因为报文的数据量实在是太大了，于是将报文划分成一个个更小的等长的数据段。在这些数据段前面加上一些必要的控制信息，这些控制信息称为首部(header)。计算机网络的发展计算机网络的发展分组交换：“首部”是非常重要的，每一个包能否顺利的达到目的地主要是依靠首部。首部包含诸如目的地址和源地址等重要控制信息。“包”在网络中的传送可以不必先建立一条连接。计算机网络的发展分组交换：包在网络中的传送主要靠首部进行路由的选择；这样，就能减少建立连接和释放连接所需要的开销。分组交换是无连接式的(connectionless)计算机网络的发展计算机网络的发展H1~H6是进行通信的计算机，称为主机(host)，他们实际上是进行信息处理的计算机；交换机A～E其实也是计算机，只不过他们的主要任务是存储转发数据包，并且每隔一端时间更新路由表。计算机网络的发展在B这个交换机中：B－E被破坏H1AH3CH4DH5EH6EH2/H1AH3CH4DH5CH6CH2/计算机网络的发展一个有趣的例子：一封信涵盖10页等重量的纸张，每一张纸重量是10克；假设邮局的邮寄标准是：50克以下物品10元，超过50克的每5克收费10元；假设信封重量是5克。计算机网络的发展分组交换的优点：高效：在分组传输的过程中动态分配传输带宽；灵活：每个结点均有智能，可根据情况决定路由和对数据做必要的处理；迅速：以分组为转送单位，在每个结点存储转发，网络使用高速链路可靠：完善的网络协议，分布式多路由的通讯子网计算机网络的发展分组交换的不足：1.分组在各结点存储转发因排队，造成一定的延时。信息量过大时延时也可能会很大。2.控制信息造成了一定的额外开销。3.还需专门的管理和控制机制。计算机网络的发展三种交换方式的比较：若要连续转送大量的数据，电路交换具有传输速率较快的优点；在传送突发数据时，分组交换比报文交换的延时小，并且他们都不需要预先分配传输带宽。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计算机网络的分类从网络的交换功能分类：(1)电路交换；(2)报文交换；(3)分组交换；(4)混合交换；混合交换是在一个数据网中同时采用电路交换和分组交换。计算机网络的分类从网络的作用范围分类：(1)广域网(WideAreaNetwork)：几十到几千公里(2)局域网(LocalAreaNetwork)：1公里(3)城域网(MetropolitanAreaNetwork)：5－50公里(4)接入网(AccessNetwork)：桥接网。计算机网络的分类从网络的使用者分类：(1)公用网(publicnetwork)：指国家的电信公司出资建造的大型网络，公众网；(2)专用网(privatenetwork)：某个部门为本单位的特殊业务工作的需要而建造的网络。计算机网络的分类计算机网络与分布式计算机系统的区别：分布式计算机系统的每一台计算机对用户来说都是透明的；登陆－传送程序－在另外一台计算机上运行程序。计算机网络的体系结构形成过程：ARPANET设计时即提出了分层的思想；1974年，IBM公司研制出SNA(SystemNetworkArchitecture)，按照分层制定的。其他公司相继推出自己的体系结构；弊端：不同公司的产品很难相互连通。计算机网络的体系结构形成过程：国际化标准组织ISO提出了一个试图使各种计算机在世界范围内互连成网的标准框架；开放系统互连基本参考模型(OSI7498国际标准)－－OSI/RM七层参考模型。计算机网络的体系结构形成过程：虽然很多大公司和国家政府都纷纷支持OSI；但是Internet抢先一步在全世界范围内覆盖；所以在市场方面，OSI失败了。计算机网络的体系结构OSI失败的原因：(1)没有商业驱动力；(2)协议复杂，运行效率低；(3)标准制定时间太长，使得按OSI标准生产的设备市场化进程太慢；(4)层次划分不合理，有些功能重复出现。计算机网络的体系结构可见，我们现在使用最广泛的Internet不是遵循OSI模型的；Internet是一个典型的先有市场，后有标准的产物；TCP/IP协议；新标准的出现往往以市场为背景。计算机网络的体系结构层次划分的必要性：怎样保证计算机数据能在网路上正确的发送和接受；网络和计算机如何识别接受的数据；在网络出现差错和意外事故时，如何保证通信的双方能最终受到正确的文件。计算机网络的体系结构要保证有条不紊的交换数据，我们就必需事先约定好一些规则；比如：所交换数据的格式，通信的双方如何建立连接、所交换数据的同步问题等等；网络协议（NetworkProtocol），简称协议。计算机网络的体系结构协议的三个主要要素：(1)语法：数据和控制信息的结构或格式；(2)语义：需要发出何种控制信息，完成何种动作，做出何种响应。(3)同步：事件实现顺序的详细说明。计算机网络的体系结构协议通常有两种存在的形式：文档形式：便于人们阅读和理解的文字描述；程序描述：让计算机能够理解的程序代码。计算机网络的体系结构对于复杂的网络协议，其结构应采用层次式的；比如：两台计算机进行文件传送。准备文件：格式转换，文件划分；确信接受方做好了接受文件的准备；如何保证文件和控制信息传送的可靠性；网络硬件接口细节。计算机网络的体系结构网络分层的好处：独立性：下层对上层是透明的；灵活性：只要层次间的接口不变，一层的改变对其他层次没有任何的影响；易维护：各层次可以独立实现和调试；易标准化：各层次的功能和所提供的服务非常精确。计算机网络的体系结构每一层的功能应该非常明确；层次数应该适中；层数太少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任务遇到较多的困难；层数太多还会造成有些功能在不同的层次中重复出现，产生额外开销。计算机网络的体系结构OSI七层体系结构：应用层Application表示层Presentation会话层session传输层transport物理层Physical数据链路层DataLink网络层Network7654321处理网络应用数据表示主机间通信端到端的连接寻址和最短路径介质访问（接入）二进制传输计算机网络的体系结构OSI七层体系结构层数太多，结构复杂，实用性不高；OSI七层体系结构很多层次的功能相互包含，重复出现；TCP/IP体系结构更加的简洁明了。（应用层、传输层、网际层和网络接口层）计算机网络的体系结构TCP/IP体系结构应用层传输层网络接口网际层计算机网络的体系结构(1)应用层（applicationlayer）：体系结构中的最高层，提供服务和请求服务。Internet的应用层协议主要支持协议（Hyper-TextTransferProtocol）、电子邮件的SMTP协议（SimpleMailTransferProtocol）、文件传送的FTP协议（FileTransferProtocol）。计算机网络的体系结构应用层传输层网络接口网际层文件传输●FTP、TFTP、NFS电子邮件●SMTP、POP3应用●HTTP远程登录●Telnet、rlogin网络管理●SNMP名字管理●DNS计算机网络的体系结构(2)运输层（transportlayer）：负责主机中两个进程之间的通信；面向连接的传输控制协议TCP，传送的单位是报文段(segment)；无连接的用户数据报协议UDP，传送的单位是用户数据报。计算机网络的体系结构应用层传输层网络接口网际层面向连接的●TCP无连接的●UDP计算机网络的体系结构(3)网络层(networklayer)：负责为分组交换网上的不同主机提供通信；在发送数据时，网络层将运输层产生的报文段或用户数据报封装成分组或包(IP数据报或IP包)；选择路由。计算机网络的体系结构应用层传输层网络接口网际层●IP●ICMP●ARP●RARP计算机网络的体系结构网络接口层：TCP/IP标准并没有定义具体的网络接口协议，而是旨在提供灵活性，以适应各种网络类型；对应于OSI七层模型中数据链路层(datalinklayer)和物理层(physicallayer)计算机网络的体系结构数据链路层：将网络层交下来的IP包封装成帧(framing)；每一帧包括数据和必要的控制信息(同步信息、地址信息，差错控制、流量控制等等)。物理层：透明地传送比特流。应用层表示层会话层传输层物理层数据链路层网络层7654321O