计算机网络和因特网概述

1计算机网络：自顶向下方法(原书第三版)陈鸣译，机械工业出版社，2005年ComputerNetworking:ATopDownApproachFeaturingtheInternet,3rdedition.JamesKuroseKeithRoss2本书特色以因特网为研究目标以因特网为中心。围绕因特网体系结构5层模型学习，了解掌握计算机网络的基本概念和基本原理。自顶向下方法自上而下组织介绍内容，从应用层开始向下逐层讲解到物理层。着重原理网络基础问题及解决方法和技术。应用层运输层网络层链路层物理层各种网络应用3教学特色历史事件和实践原则人物专访4主要章节第1章计算机网络和因特网第2章应用层第3章运输层第4章网络层和选路第5章链路层和局域网第6章无线网络和移动网络第7章多媒体网络第8章计算机网络安全第9章网络管理基础部分。网络完整概述，介绍许多重要的概念与术语。本书的4个核心章节，分别对应因特网协议栈各层，自顶向下讨论。计算机网络的4个相关部分重点讲授简单讲授5教学目标和方式教学目标以因特网为中心，深入学习和讲授计算机网络的理论知识内容。基本要求熟练掌握计算机网络的基本概念和相关知识、基本组成和工作原理、体系结构及相关协议等。教学方式课堂讲授、课后作业及辅导答疑等。6学习要求上课保持安静、关闭通信及其他有声设备。到课率、作业将作为期末平时成绩。欢迎课后提问、及与老师共同讨论。7第1章计算机网络和因特网计算机网络自20世纪60年代开始发展。各种定义。简单定义一些互相连接的、自治的计算机的集合。文献定义计算机网络是用通信设备和线路将分散在不同地点的有独立功能的多个计算机系统互相连接起来，并按照网络协议进行数据通信，实现资源共享的计算机集合。多个计算机：为用户提供服务；一个通信子网：通信设备和线路；一系列协议：保证数据通信。网络类型很多，如局域网、广域网等。典型：因特网。8网络总体概述掌握基本概念和术语后面章节深入、细致学习以因特网为例概念、术语网络组成：网络边缘、核心接入网，物理媒体网络性能：丢包率，时延网络的体系结构：协议分层和服务模型网络发展学习目标主要内容9本章内容1.1什么是因特网1.2网络边缘1.3网络核心1.4网络接入和物理媒体1.5因特网结构和ISP1.6分组交换网络中的时延和分组丢失1.7协议层次与服务模型1.8发展历史1.9小结101.1什么是因特网两种描述方法：具体构成构成因特网的基本硬件和软件。提供服务为分布式应用程序提供的服务。协议111.1.1具体构成描述公共因特网（Internet、因特网）：一个世界范围的计算机网络。互联遍及全世界的数以百万的计算设备。全球性“网络的网络”。如图1-1。121、计算设备称为主机（host）、端系统（endsystem）。主要功能：进行数据处理、运行网络应用程序。•传统设备：桌面PC、工作站、服务器等；•非传统设备：PDA(个人数字助手)、TV、移动计算机、汽车等。132、连网设备通信链路分组交换机主要功能：保证高效、可靠地数据传输。本地ISP公司网络区域ISP14通信链路(communicationlink)把端系统连接到一起的物理线路。多种类型：同轴电缆、双绞线、光纤和无线电等。多种速率：不同的链路传输数据的速率不同。链路传输速率：每秒传输多少位数据。单位bit/s或bps。本地ISP公司网络区域ISP链路15分组交换机（packetswitch）连接端系统的中间交换设备。端系统之间很少直接连接，通常都是通过分组交换机间接相连。功能：接收、转发分组。从一条（入）通信链路接收分组、并保存，再从另一条（出）通信链路转发出去。类型：路由器（router）链路层交换机（link-layerswitch）采用分组交换技术16分组交换(packetswitching)技术发送端将要发送的数据分成若干较小的块，添加首部形成分组（包packet），分别发送到目的端，再组装恢复原数据。路径（route或path）：一个分组从发送端系统传输到接收端系统，所经过的一系列通信链路和分组交换机。•端系统之间通信的路径不专用。•多个通信端系统同时共享一条路径或一部分。第一个分组交换网络：ARPA网，产生于20世纪70年代，是因特网的“最早祖先”。173、因特网服务提供商ISP一个由多个分组交换机和多段通信链路组成的网络。端系统通过ISP接入因特网，如住宅区ISP、大学ISP、公司ISP等。不同的ISP提供各种不同类型的网络接入：如电话接入对内容提供者提供接入：如发布信息。低层次的ISP通过国家、国际的高层ISP互联：实现世界范围的通信。高层ISP由一些用高速光纤链路互联的高速路由器组成。每个ISP独立管理，运行ISP协议：遵从一定的命名和地址规则。InternetServiceProvider184、协议（protocol）控制网络中信息接收和发送的一组软件。每个端系统、路由器和其他因特网部件都要运行。因特网协议：TCP/IP协议。•TCP（TransmissionControlProtocol）传输控制协议•IP（InternetProtocol）网际协议因特网标准：由IETF制定的标准文档RFC。•RFC（RequestForComments）：请求评论•IETF(InternetEngineeringTaskForce)：因特网工程任务组。•RFC有近5000个，不断更新完善。195、内联网（Intranet）专用的内部网络。如公司和政府网络。所用主机、路由器、链路和协议等与因特网相同。专网内的主机不能随意与专网外部的主机交换信息(由防火墙控制)。201.1.2服务描述分布式应用程序（distributedapplication）：在端系统上运行，彼此可以通信。实现因特网的各种应用，如电子邮件、Web应用、远程注册等等。提供两种服务：面向连接的可靠服务：确保从发送方发出的数据最终按顺序完整地交付给接收方。无连接的不可靠的服务：不能对最终交付作任何保证。任何一种分布式应用程序只能使用其中一种服务。不提供“传输时间固定”的服务即从发送方传递数据到接收方所需时间不确定。211.1.3什么是协议控制网络中信息接收和发送的一组软件。为什么要有协议？协议作用？22人类和网络工作对比人类协议网络协议HiHi请问几点了?2:00TCP连接请求TCP连接响应Get文件时间握手报文数据报文231、人类活动类比人类任何时候都在执行协议。例：问时间。正常情况：如图1-2不正常情况：“不要烦我”“我不会说英语”得不到任何回答“你好”协议过程：…发送“特定”报文…根据收到的“应答”报文或其他事件采取动作协议的核心：报文的传输、接收及所采取的动作。双方执行不同的协议，就不能互动，不能完成工作242、网络协议类似人类协议：由某些设备的硬件或软件执行。因特网中的所有活动，都受协议制约。例如，网卡中的协议、端系统中的拥塞控制协议等等。因特网的运行离不开协议。例，用户通过因特网访问某一个网页。如图1-2。协议：控制网络中信息的发送和接收。定义了通信实体之间发送、接收报文的格式和传输顺序，以及收到报文所采取的动作。不同的协议完成不同的通信任务。251.2网络边缘网络结构网络划分为两大部分：网络边缘（资源子网）外围部件、主机网络应用网络核心（通信子网）路由器通信链路网络的网络网络边缘网络核心261.2.1端系统、客户机和服务器端系统(endsystems)=主机(host)：与因特网相连的计算机，如图1-3。在“网络边缘”运行应用程序，如Web、电子邮件等。端系统分类（硬件）：客户机(client)：桌面和移动PC和PDA等等；服务器(server)：功能更强的机器，如Web服务器和邮件服务器。应用程序模式：客户机/服务器、对等共享、混合等。27客户机/服务器模式因特网应用程序广泛采用。如电子邮件、Web服务等。是分布式应用程序：客户机程序和服务器程序在端系统分别上运行。描述服务和被服务的关系。客户机程序(clientprogram)：服务请求方。发出请求，并从服务器程序接收服务。服务器程序(serverprogram)：服务提供方。接收客户机请求，并提供服务。通过因特网互相发送报文进行交互。路由器、链路和其他部件成为“黑盒子”：如图1-3。28对等模式最小限度(或不)使用专用服务器。例如，P2P对等文件共享应用程序。特点：端系统中运行的对等应用程序同时起客户机和服务器程序的双重作用。向另一个对等机请求文件时，起客户机作用；向另一个对等机发送文件时，起服务器作用。291.2.2无连接和面向连接的服务端系统之间通过使用因特网提供的服务传输报文，进行通信。因特网服务类型面向连接服务（connection-orientedservice)无连接服务（connectionlessservice）301、面向连接服务两个端系统之间交换数据时，要先通过“握手过程”建立连接，然后才发送实际数据。握手过程：互相发送“控制”分组，使双方做好接收后面数据分组的准备，即在两个端系统之间创建连接。例，图1-2的Web交互。前两个报文是握手报文；后两个报文(GET报文和响应报文)含有实际数据。31面向连接服务特性：可靠的数据传送流控制拥塞控制有些面向连接服务可能只具备其中一些32（1）可靠的数据传送应用程序通过该连接可以无差错、按序地传递所有数据。确认：当接收端收到发送端发送的分组时，要回发一个“确认”，使发送端知道相应的分组已被接收。重传：如果发送端系统没有收到任何“确认”，认为发送的分组没有被接收方收到，重传该分组。33（2）流控制（flowcontrol）确保任何一方都不会过快地发送过量的分组而造成分组丢失。控制发送速率：当接收方来不及接收时，发送端降低发送速率。34（3）拥塞控制(congestion-control)：防止因特网进入迟滞状态。主要问题：路由器拥塞。其缓存出现溢出和分组丢失，若通信双方仍继续以快的速率向网络传送分组，迟滞就会持续，几乎不会有分组能传递到其目的地。解决方法：当网络拥塞时，降低向网络发送分组的速率。35传输控制协议TCP面向连接服务：提供的服务可同时包括三种特性。使用TCP的应用程序：如Telnet（远程注册）、SMTP（电子邮件）、FTP（文件传输）和HTTP（Web）等。362、无连接服务两个端系统之间交换数据时，不需要“握手过程”，可直接发送分组，数据传递更快。特点：不可靠：源主机不能确定分组是否已经到达目的地。无流控制或拥塞控制的功能。用户数据报协议UDP：因特网的无连接服务。应用程序：如因特网电话、视频会议等。371.3网络核心网络“内部”。连接端系统的分组交换机和链路形成的网状网络。基本问题:数据如何通过网络传送?电路交换分组交换1.3.1电路交换和分组交换1.3.2分组交换网络网络分类381.3.1电路交换和分组交换电路交换(circuitswitching)预留端到端资源：端系统之间通信路径上所需要的资源(缓存，链路带宽)。建立连接。发送方以恒定速率向接收方传送数据。如，电话网络。分组交换(packetswitching)不需要资源预留按需使用资源，可能要排队等待：同时有其它分组发送。如，因特网。391、工作原理通信双方必须先建立一个专用的连接（电路），一直维持，直到通信结束。如，电话网络。通话过程：拨号接通通信挂机交换机交换机交换机交换机用户线用户线中继线中继线BDCA40例，电路交换网络每个链路可有n条电路，能够支持n条同步连接。通信过程：在两台主机A、B之间创建一条专用的端到端连接，分别占用每条链路中的一条电路；该连接获得链路带宽的1/n，进行通信。412、电路交换网络中的