计算机网络第一章

计算机网络第1章概述21.1计算机网络在信息时代中的作用信息的传递要依靠网络，因此实现信息化离不开完善的网络。网络已成为信息社会的命脉和重要基础。现在有三种最主要的网络：•电信网络（电话网）•有线电视网络•计算机网络在这三种网络中，计算机网络的发展最快，其技术已成为信息时代的核心技术。3计算机网络向用户提供的最重要的功能连通性——即数据通信。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。41.2因特网概述因特网是世界上最大的计算机网络，是自印刷术以来人类通信方面最大的变革。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。1994年4月20日我国正式接入因特网。因特网——网络的网络51.2.1网络的网络基本概念：网络(network)–由若干结点(node)和连接这些结点的链路(link)组成。网络结点链路•Node有两个译名：•结点——用于计算机网络中，表示计算机或路由器。•节点——用于天线中，表示驻波电场强度为零的点。•但目前这两个名词的使用比较混乱。6常见的几种计算机连网方法点对点连接（这是最简单的网络）总线网星形网集线器环形网7不管哪一种计算机网络都可以用一朵云来表示计算机网络计算机网络计算机网络计算机网络81.2.1网络的网络(networkofnetworks)基本概念：–网络和网络还可以通过路由器互连起来—网络的网络。–互联网(互连网)互联网（网络的网络）路由器网络9使用路由器可以把不同的计算机网络互连起来网络网络网络网络网络网络网络路由器路由器路由器路由器路由器路由器•互联网(互连网)由许多网络通过路由器互连而成•互联网(互连网)是：“网络的网络”互联网互联网也可以用一朵云来表示101.2.1网络的网络基本概念：–因特网是最大的互连网络。–连接在因特网上的计算机都称为主机(host)。主机因特网因特网则把许多网络连接在一起。网络把许多计算机连接在一起。11internet与Internetinternet是普通名词–泛指一般的互连网（互联网）Internet是专有名词–世界范围的互连网（互联网）–使用TCP/IP协议族–前身是美国的阿帕网ARPANET121.2.2因特网发展的三个阶段是计算机技术与通信技术的相互渗透，结合。现代计算机网络起始于60’s美苏冷战时期。–美国军方要研制一种生存性很强的新型分布式网络。–即使少数结点或链路被摧毁，整个网络仍保持畅通。–这种新型的计算机网络就是采用分组交换的、基于存储转发计算机网络。131.2.2因特网发展的三个阶段—1现代计算机网络起始于60’s美苏冷战时期。–1969年ARPANET：一个单个分组交换网–1969.11：实验性运行，四个结点–1975：100多台主机，移交美国国防部通信局–1983:TCP/IP协议成为ARPANET上的标准协议–转向TCP/IP协议（互联）成为Internet的雏形,人们把1983年作为因特网的诞生时间–1990：ARPANET退役141.2.2因特网发展的三个阶段—2美国国家科学基金会NSF：NSFNET。–1985年组建，直接采用TCP/IP协议，采用三级层次计算机网络，分为主干网、地区网和校园网（或企业网）。–1990年接管了ARPANET，改名为Internet–1999年主干网速率：2.5Gb/s三级结构的因特网15三级结构的因特网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1690年代因特网发展1993年美国政府发布NII计划：国家信息基础结构行动计划。即，信息高速公路。1994年又提出GII计划：全球信息基础结构行动计划。–目的：将各国的NII互连起来。–因特网就是GII的雏形。171.2.2因特网发展的三个阶段—3第三阶段的特点是逐渐形成了多层次ISP结构的因特网。–90年代初逐渐商用。–出现了因特网服务提供者ISP(InternetServiceProvider)。18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。用户因特网ISP1ISP2因特网服务提供者19大公司公司本地ISPAB主机A→本地ISP→地区ISP→主干ISP→地区ISP→本地ISP→主机B本地ISP主干ISP本地ISP本地ISP地区ISP主干ISP主干ISP地区ISP地区ISP地区ISP本地ISP本地ISPIXP本地ISP校园网校园网下面是具有三层ISP结构的因特网的概念示意图IXP：因特网交换点203中国大陆14德国15法国16日本19巴西85美国IXP数国家到2012年3月，全球已经有91个国家拥有IXP，其中拥有10个以上IXP的国家仅有9个，而仅拥有一个IXP的有48个国家。21Internet的覆盖范围22万维网的问世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。23下一代因特网计划1996.10美国提出：NGI计划（下一代因特网计划）。24网络发展25计算机网络技术的国际标准化组织国际标准化组织ISO（1946年成立）–200个技术委员会，制定了5000多各种国际标准。电气和电子工程师协会IEEE因特网协会（1992年成立）–制定Internet标准（RFC文档）国际电信联盟ITU–制定电信标准（CCITT文档）26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IABWGWGWG1.2.3关于因特网的标准化工作27RFC文档（RequestForComments）所有的因特网标准都是以RFC文档的形式在因特网上发表。但是并非所有的RFC文档都是因特网标准。28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RFC291.3因特网的组成计算机系统–客户机；服务器；打印机；大容量存储器等传输介质－电缆、双绞线、光缆、无线电波等网络连接设备–网络连接件–网内连接设备–网间连接设备网络协议网络软件30311.3因特网的组成主机网络路由器因特网的核心部分因特网的边缘部分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。（资源子网）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）。（通信子网）321.3.1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”331.3.1因特网的边缘部分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341.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。35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。36客户/服务器工作过程客户端服务器端主动向服务器建立连接(connect)收集客户信息向服务器发送请求(send)等待接收请求处理结果结果展示侦听客户连接请求(listen)等待客户请求到来对客户请求进行处理将处理结果送给客户(send)372.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。38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。P2P工作方式受到广大网民的欢迎。这种工作方式解决了集中式媒体服务器可能出现的瓶颈问题。在P2P工作方式下，所有的音频/视频文件都是在普通的因特网用户之间传输。这是相当于有很多分散在各地的媒体服务器向其他用户提供所要下载的音频/视频文件。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。40Napster最早出现的P2P技术，可提供免费下载MP3音乐。Napster能够搜索音乐文件，能够提供检索功能。所有的音乐文件地址集中存放在一个Napster目录服务器中。使用者可很方便地下载需要的MP3文件。用户要及时向Napster的目录服务器报告自己存有的音乐文件。当用户想下载某个MP3文件时，就向目录服务器发出询问。目录服务器检索出结果后向用户返回存放此文件的PC机的IP地址。Napster的文件传输是分散的，但文件的定位则是集中的。这种集中式目录服务器的缺点就是可靠性差。Napster被判决属于“间接侵害版权”，因此在2000年7月底Napster网站就被迫关闭了。41GnutellaGnutella是第二代P2P文件共享程序，它全分布方法定位内容的P2P文件共享应用程序。Gnutella与Napster最大的区别就是不使用集中式的目录服务器，而是使用洪泛法在大量Gnutella用户之间进行查询。为了不使查询的通信量过大，Gnutella设计了一种有限范围的洪泛查询。这样可以减少倾注到因特网的查询流量，但由于查询的范围受限，因而这也影响到查询定位的准确性。42使用P2P技术的电骡eMule电骡eMule使用分散定位和分散传输技术，把每一个文件划分为许多小文件块，并使用多源文件传输协议MFTP进行传送。因此用户可以同时从很多地方下载一个文件中的不同文件块。由于每一个文件块都很小，并且是并行下载，所以下载可以比较快地完成。eMule用户在下载文件的同时，也在上传文件，因此，因特网上成千上万的eMule用户在同时下载和上传一个个小的文件块。43eMule的其他特点eMule使用了一些服务器。这些服务器并不是保存音频/视频文件，而是保存用户的有关信息，因而可以告诉用户从哪些地方可以下载到所需的文件。eMule使用了专门定义的文件夹，让用户存放可以和其他用户共享的文件。eMule的下载文件规则是鼓励用户向其他用户上传文件。用户上传文件越多，其下载文件的优先级就越高（因而下载就越快）。44使用P2P的比特洪流BT交换文件块追踪器A获得对等方列表45P2P文件分发的分析因特网服务器文件FusuNu5u4u3u2u1dNd1d5d4d3d246•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。•网络核心部分是因特网中最复杂的部分。1.3.2因特网的核心部分47•在网络核心部分起特殊作用的是路由器(router)1.3.2因特网的核心部分•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。48数据交换技术交换设备在通信双方找出一条实际物理线路的过程。–实现交换的方法有：电路交换报文交换