计算机网络概述

CNNIC：中国网民规模7.72亿，互联网普及率达55.8%Email:Office:计算机学院计算机网络课程简介培养目标：掌握计算机网络的体系结构，各层的主要协议、工作原理及相关概念、理论和技术；了解常用网络技术、网络应用及最新进展。问题分析能力：•能够根据给出的实际工程案例发现问题、提出问题及分析问题•能够针对计算机领域复杂工程对系统的要求进行需求分析和描述设计/开发解决方案：•设计或开发满足特定需求的软硬件系统、模块或算法流程，并能够进行模块和系统级优化使用现代工具：•能够通过图书馆、互联网及其他资源或信息检索工具，进行资料查询、文献检索，掌握运用现代信息技术和工具获取相关信息的基本方法•够在计算机领域复杂工程问题的预测、建模、模拟或解决过程中，开发、选择与使用恰当的技术、软硬件及系统资源、现代工程研发工具，提高解决复杂工程问题的能力和效率沟通能力：•对计算机网络领域及其行业的国际发展趋势有初步了解，了解计算机专业相关的技术热点，并能够发表看法计划学时理论：40学时实验：16学时实验安排？第3、5、8、9周，周六晚上18：00-21：30@东区实验楼SY102教材及参考书教材–计算机网络：原理与实践陈鸣参考教材–计算机网络（第4，5，6版）谢希仁–COMPUTERNETWORKS(4rdEdition)AndrewS.Tanenbaum课程要求理解为主不需要死记硬背，考试不会出现死记硬背的题目。所有同学必须记课堂笔记作为考试的复习资料。关于出勤严格执行三次不到，取消考试资格。不定时点名每次上课提问，提问时不到，就算一次缺勤（请注意，一次不到，下次被提问到的机率会陡增，两次不到，第三次提问将是必然）。关于作业必须独立完成，并按时提交（一周内）。延迟提交者视为未完成作业，无成绩。电子版与纸质版（手写）相结合，准备专门的作业本。关于上机实验必须独立完成，哪怕做得不够好。实验报告（电子版）按时提交（一周内），延迟提交者视为未完成作业，无成绩。严格杜绝抄袭、拷贝现象，一旦发现，以考试作弊处理。特别说明电子版作业的文件名命名要求：学号-姓名-第n次作业.doc•例子：081410101-张三-第1次作业.doc实验报告的文件名命名要求：学号-姓名-实验报告n.doc•例子：081410101-张三-实验报告1.doc课程要求关于考核随堂考理论课成绩=平时成绩（40%）+闭卷考试成绩（60%）•平时成绩由平时出勤/提问+课堂练习+每章课后作业构成•考试重点内容会在讲课过程中透露给大家，不会超出课堂讲授内容。实验课成绩=出勤成绩（50%）+实验报告成绩（50%）第1章计算机网络概论第1章内容提要1.1计算机网络定义*1.2因特网的结构1.3协议分层与服务模型*1.4分组交换网的性能指标*1.5计算机网络简史(自学、作业1)1.6小结作业1：查阅和学习自己感兴趣的计算机网络热点技术（电子版），并发表自己对该项技术的看法（手写），字数=600字。（提交作业时间：2018-3-6）什么是计算机网络？计算机网络(computernetwork)定义由通信信道连接的主机和网络设备的集合，以方便用户共享资源和相互通信主要特征通用性，不对特定应用优化能支持广泛、不断出现的新型应用计算机网络用途共享信息具有访问在共享存储设备上的数据和信息的能力协同计算组织许多计算机共同完成特定的计算任务方便通信人之间的信息沟通共享硬件访问和使用网络上的特定硬件网络组成网络实体可抽象为两种基本构件：结点(node)(亦称节点)：计算设备链路(link)：物理媒体构成网络的三种方式:直接连接直接连接的网络由某种物理媒体直接相连所有主机组成直接连接的网络的分类物理链路与一对结点相连：点到点链路(point-to-pointlink)多结点共享同一物理链路：多路访问链路(multipleaccess)更多的主机互相连通5部主机两两相连5部主机两两相连，需10对线。N部主机两两相连，需N(N–1)/2对线。当主机的数量很大时，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。使用交换机当主机的数量增多时，就要使用交换机来完成全网的交换任务。交换机交换机用户线构成网络的三种方式:网络云网络云交换结点(switchingnode)形成了交换网，交换网可视为一朵网络云网络云抽象将网络云内部结点和网络云外部结点分开第1章计算机网络概论计算机网络：原理与实践15网络云表示任何类型的网络•通常采用分组交换技术•主机间接连通的第一种方法构成网络的三种方式:网络云互联网络云互联递归地连接网络云形成更大规模的网络，有很好的扩展性由网络云构建成网络称为互联网，或网络的网络当前使用TCP/IP的国际互联网写成Internet即因特网•技术术语internet即互联网•连接两个或多个网络云的结点称路由器•主机间接连通的第二种方法传递数据的方法电路交换(circuitswitching)主要用于电话网，在发送方和接收方之间通过多台交换机建立一条连接(电路circuit)报文交换分组交换(packetswitching)主要用于计算机网络电路交换A和B、C和D经过交换机通话三阶段建立连接通信释放连接((((交换机用户线DCA电路交换不适合计算机通信电路交换传送计算机数据效率低计算机数据具有突发性报文交换(messageswitching)报文在分段的连接上进行——存储转发报文交换的时延较长，从几分钟到几小时不等。现在报文交换已经很少有人使用了M交换机E交换机FBDCA报文分组交换在发送端，先把较长的报文划分成较短的、固定长度的数据段。1101000110101010110101011100010011010010假定这个报文较长不便于传输数据数据数据报文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：现在左边是“前面”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收到的数据数据数据数据最后，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。报文1101000110101010110101011100010011010010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，分组就能传送到最终目的地路由器E路由器F路由器G路由器HBDCA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！网络的核心部件结点交换机主机链路注意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补充：按拓扑结构分拓扑结构：总线星型树型环型网状总线型结构a.总线型结构b.星型结构c.环形结构e.树型结构d.网状结构优点：结构简单缺点：单点故障可能会影响全网星型结构a.总线型结构b.星型结构c.环形结构e.树型结构d.网状结构优点：扩展方便缺点：对中心节点的依赖较大32树型结构a.总线型结构b.星型结构c.环形结构d.网状结构优点：扩展方便缺点：对非叶子节点的依赖大33环形结构a.总线型结构b.星型结构c.环形结构e.树型结构d.网状结构优点：结构简单，扩展方便缺点：单点故障可能会影响全网34网状结构a.总线型结构b.星型结构c.环形结构e.树型结构d.网状结构优点：扩展方便缺点：冗余太多网络服务网络服务是向用户所提供的有用网络功能，由运行在网络中不同主机上的网络应用程序协作提供网络为分布于主机中的应用程序进程提供了通信基础设施应用程序运行在端系统上，而不运行在交换机和路由器上因特网成功的因素：在网络边缘用软件实现，方便地增加新的网络应用功能提问计算机网络定义网络实体可抽象成什么基本构件？构成网络的三种方式传递数据的方法包括哪三种？分组交换的原理和过程计算机网络的拓扑结构第1章：内容提要1.1计算机网络定义1.2因特网的结构1.3协议分层与服务模型1.4分组交换网的性能指标1.5计算机网络简史1.6小结以主机为中心的联机终端网络系统20世纪60’s以前特征——共享主机资源单台主机——计算、通信多台终端——用户交互本地、远程连接结构此结构的网络至今仍在使用主机终端示例：美国的飞机订票系统SABRE-11HOST2000Terminal通信线路（电话线路）缺点主机负荷重，数据处理＋通信线路利用率低改进多点通信，近距终端集中器，近/远距前端处理机——通信任务分离主机－主机网络20世纪60’s–20世纪70’s特征单主机终端网络的互联，形成多主机为中心的网络网络结构从“主机－终端”转变为“主机－主机”结构HOSTHOSTHOSTTTTTTTTTTT通信线路主机－主机网络的演变（阶段1）通信任务从主机中分离CCP-通信控制处理机(CommunicationControlProcessor)专门处理主机之间的通信任务CCPCCPHOSTHOSTTTTTTTCCPHOSTTT主机－主机网络的演变（阶段2）通信部件规模扩大，私有→社会公用公用数据通信网PSTN（公共交换电话网络）•PublicSwitchedTelephoneNetworkX.25•X.25交换网是第一个面向连接的网络，•也是第一个公共数据网络优点降低用户系统建设成本通信线路利用率高兼容性好公用数据通信网HOSTHOSTTTTTTTHOSTTTTT因特网组成网络边缘(edge):应用与主机网络核心(core):路由器(网络的网络)接入网(accessnetwork)：连接两者的通信链路第1章计算机网络概论计算机网络：原理与实践43因特网结构特点“端到端原则(end-to-endarguments)”边缘智能，核心简单将复杂的网络处理功能(如差错控制、流量控制功能、安全保障和应用等)置于网络边缘相对简单的分组交付功能(如分组的选路和转发功能)置于网络核心位于网络边缘的端系统的强大计算能力，用软件方式处理大量复杂的控制和应用逻辑，位于网络核心的路由器尽可能简单，以高速地转发分组因特网边缘端系统(主机):运行应用程序例如Web,电子邮件在“网络边缘”客户(client)/服务器(server)模式：客户主机请求，从总是打开的服务器接收服务例如Web浏览器/服务器；电子邮件客户/服务器对等(peer-to-peer,P2P)模式:最小限度(或不)使用专用服务器例如BitTorrent,Skype接入网(accessnetwork)将端系统连接到其边缘路由器(edgerouter)的物理链路及设备的集合因特网核心：网络的网络由许多路由器形成的网状网，大致为等级制在中心:“第一层”ISP(如UUNet,BBN/Genuity,Sprint,AT&T),覆盖国家/国际互相视为对等第一层ISP第一层ISP第一层ISP第一层提供商专门互联对等方NAP第一层提供商专门互联公共网络接入点(NAP)因特网核心：网络的网络“第二层”ISP:较小的(常为区域的)ISP(如中国电信、中国网通、中国移动)与一个或更多的第一层ISP相连，也可能与其他第二层ISP相连大公司和内容提供商(如谷歌)直接与区域ISP甚至第一层ISP相连第一层ISP第一层ISP第一层ISPNAP第二层ISP第二层ISP第二层ISP第二层ISP第二层ISP第二层ISP为向与因特网连接而向第一层ISP付费第二层ISP是第一层提供商的客户各第二层ISP在NAP互联，彼此也是专门成为对等方因特网核心：网络的网络“第三层”ISP和本地ISP最后一跳(“接入”)网络(最靠近端系统)第一层ISP第一层ISP第一层ISPNAP第