计算机网络概述,计算机教学比赛,计算机网络的体系结构,电路交换,分组交换技术要点

第一章计算机网络概述教师：时间：2015年7月8号安徽中医学院医药信息工程学院主要内容计算机网络在信息时代中的作用电路交换、分组交换技术计算机网络的体系结构一二三21世纪的一些重要特征就是数字化、网络化和信息化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计算机网络在信息时代的作用因特网(Internet)的发展因特网商业化1986年NSF建立了NSFNET1983年ARPAnet分为ARPAnet和MILNET1969年建立一个名为ARPANET的网络因特网的意义1因特网是自印刷术以来人类通信方面最大的变革3因特网缩短了人际交往的时间和空间，改变了人们的生活、工作、学习和交往方式，使世界发生了极大的变化2现在人们的生活、工作、学习和交往都已离不开因特网电路交换分组交换存储转发术语理解1.2电路交换、分组交换技术电路交换•两部电话机只需要用一对电线就能够互相连接起来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。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“交换”的含义•在这里，“交换”(switching)的含义是：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。电路交换的特点•电路交换的三个阶段：建立连接通信释放连接所以,电路交换必定是面向连接的。A1.通话前先拨号建立连接。•可能只要经过一个交换机（如A到B）•可能要经过多个交换机（如C到D）2.通话过程中，通信双方一直占用所建立的连接。3.通话结束后，挂机释放连接。交换机交换机交换机交换机交换机交换机BCD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，浪费资源。•传统的电路交换的电信网虽然四通八达，但在战争期间，一旦正在通信的电路中有一个交换机或一条链路被炸毁，整个通信电路就必然中断。如果改用迂回电路，必须要重新拨号建立连接，这就耽误时间，造成很大的损失。分组交换•针对电路交换的电信网的这一重大缺点，一种灵活的分组交换的计算机网络问世了。分组交换的原理（一）•在发送端，先把较长的报文(欲发送的整块数据)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分组交换的原理（二）•每一个数据段前面添加上首部构成分组。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”分组交换的原理（三）•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的分组的首部中的地址信息，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。分组交换的原理（四）•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收到的数据分组交换的原理（五）•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1101000110101010110101011100010011010010数据数据数据分组交换全过程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••••••••00101001110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！结点交换机主机分组的存储转发过程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H5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。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。计算机网络体系结构的形成：•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。1.3计算机网络的体系结构划分层次的必要性•计算机网络中的数据交换必须遵守事先约定好的规则。•这些规则明确规定了所交换的数据的格式以及有关的同步问题（同步含有时序的意思）。•为进行网络中的数据交换而建立的规则、标准或约定即网络协议(networkprotocol)，简称为协议。划分层次的概念举例•计算机1向计算机2通过网络发送文件。•可以将要做的工作进行如下的划分。•第一类工作与传送文件直接有关。–确信对方已做好接收和存储文件的准备。–双方协调好一致的文件格式。•两个计算机将文件传送模块作为最高的一层。剩下的工作由下面的模块负责。两个计算机交换文件文件传送模块计算机1计算机2文件传送模块只看这两个文件传送模块好像文件及文件传送命令是按照水平方向的虚线传送的把文件交给下层模块进行发送把收到的文件交给上层模块再设计一个通信服务模块文件传送模块计算机1计算机2文件传送模块只看这两个通信服务模块好像可直接把文件可靠地传送到对方把文件交给下层模块进行发送把收到的文件交给上层模块通信服务模块通信服务模块再设计一个网络接入模块文件传送模块计算机1计算机2文件传送模块通信服务模块通信服务模块网络接入模块网络接入模块通信网络网络接口网络接口网络接入模块负责做与网络接口细节有关的工作例如，规定传输的帧格式，帧的最大长度等。五层协议的体系结构•应用层(applicationlayer)•运输层(transportlayer)•网络层(networklayer)•数据链路层(datalinklayer)•物理层(physicallayer)数据链路层5应用层4运输层3网络层2数据链路层1物理层5432154321计算机1AP2AP1计算机2应用进程数据先传送到应用层加上应用层首部，成为应用层PDU5432154321计算机1AP2AP1计算机2应用层PDU再传送到运输层加上运输层首部，成为运输层报文5432154321计算机1AP2AP1计算机2运输层报文再传送到网络层加上网络层首部，成为IP数据报（或分组）5432154321计算机1AP2AP1计算机2IP数据报再传送到数据链路层加上链路层首部和尾部，成为数据链路层帧5432154321计算机1AP2AP1计算机2数据链路层帧再传送到物理层最下面的物理层把比特流传送到物理媒体•应用层(applicationlayer)5432154321物理传输媒体计算机1AP2AP1电信号（或光信号）在物理媒体中传播从发送端物理层传送到接收端物理层计算机25432154321计算机1AP2AP1计算机2物理层接收到比特流，上交给数据链路层5432154321计算机1AP2AP1计算机2数据链路层剥去帧首部和帧尾部取出数据部分，上交给网络层5432154321计算机1AP2AP1计算机2网络层剥去首部，取出数据部分上交给运输层5432154321计算机1AP2AP1计算机2运输层剥去首部，取出数据部分上交给应用层5432154321计算机1AP2AP1计算机2应用层剥去首部，取出应用程序数据上交给应用进程5432154321计算机1AP2AP1计算机2我收到了AP1发来的应用程序数据！5432154321计算机1AP2AP1计算机2应用程序数据应用层首部H510100110100101比特流110101110101注意观察加入或剥去首部（尾部）的层次应用程序数据H5应用程序数据H4H5应用程序数据H3H4H5应用程序数据H4运输层首部H3网络层首部H2链路层首部T2链路层尾部5432154321计算机1AP2AP1计算机210100110100101比特流110101110101计算机2的物理层收到比特流后交给数据链路层H2T2H3H4H5应用程序数据H3H4H5应用程序数据5432154321计算机1AP2AP1计算机2数据链路层剥去帧首部和帧尾部后把帧的数据部分交给网络层H2T2H3H4H5应用程序数据H4H5应用程序数据H3H4H5应用程序数据5432154321计算机1AP2AP1计算机2网络层剥去分组首部后把分组的数据部分交给运输层H5应用程序数据H4H5应用程序数据5432154321计算机1AP2AP1计算机2运输层剥去报文首部后把报文的数据部分交给应用层应用程序数据H5应用程序数据5432154321计算机1AP2AP1计算机2应用层剥去应用层PDU首部后把应用程序数据交给应用进程5432154321计算机1AP2AP1计算机2我收到了AP1发来的应用程序数据！谢谢各位！