276理解基本网络原理掌握基本网络技术

1/42第 1讲 概述（1）2/42基本目标l 以以“理解基本网络原理，掌握基本网络技术理解基本网络原理，掌握基本网络技术”为主要内容，为主要内容，要求所有学生都必须掌握。同时适合于在未来方向性模块要求所有学生都必须掌握。同时适合于在未来方向性模块中选修非网络技术方向的学生。主要包括：中选修非网络技术方向的学生。主要包括：了解数据通信的基本原理及计算机网络体系结构（协议）；理解局域网体系结构及TCP/IP的基本原理；掌握基本的综合布线技术；掌握网络操作系统（Windows NT）的安装、配置以及用户管理的方法；掌握基本的配置路由与交换的方法；掌握基本的Internet应用技术、网络管理与安全技术。3/42发展目标l 理解基本的网络原理与方法，掌握基本的组网技术，理解基本的网络原理与方法，掌握基本的组网技术，加深对网络技术的理解，为进一步学习网络技术打加深对网络技术的理解，为进一步学习网络技术打好理论与方法基础。适合于未来继续深入学习网络好理论与方法基础。适合于未来继续深入学习网络技术课程的学生。主要包括：技术课程的学生。主要包括：理解数据通信的基本原理、计算机网络体系结构（协议）、局域网体系结构（协议）以及TCP/IP的基本原理；掌握基本的网络程序编写方法；掌握基本的组网技术、网络管理及安全技术。4/42教材及学习网站l 教材：教材：计算机网络计算机网络(第第5版版)谢希仁，电子工业出版社谢希仁，电子工业出版社 l 参考教材：参考教材：计算机网络系统方法叶新铭等译，机械工业出版社 计算机网络自顶向下方法与Internet特色陈鸣等译，机械工业出版社 鲁士文“计算机网络原理与网络技术”，机械工业出版社 周明天“TCP/IP网络原理与技术”，清华大学出版社l 学习网站学习网站 http:/5/42课程安排和成绩评定l 课程安排：课程安排：54学时授课，学时授课，18 学时实验学时实验l 成绩评定：成绩评定：本课程考核由期末卷面考试、实验、平时成绩三部分组成。其中，期末卷面考试采用闭卷形式，比例60%；实验由操作考试加上面试组成，采用分级形式，比例20%；平时成绩含作业、实验报告、课堂表现等，比例20%。6/42本讲内容（1）l 计算机网络在信息时代中的作用计算机网络在信息时代中的作用l 因特网概述因特网概述 网络的网络 因特网发展的三个阶段 因特网的标准化工作 计算机网络在我国的发展l 因特网的组成因特网的组成 因特网的边缘部分 因特网的核心部分7/42本讲内容（2）l 1.4 计算机网络在我国的发展计算机网络在我国的发展l 1.5 计算机网络的类别计算机网络的类别 计算机网络的定义 几种不同类别的网络l 1.6 计算机网络的性能计算机网络的性能 计算机网络的性能指标 计算机网络的非性能特征8/42计算机网络在信息时代的作用l 21 世纪的一些重要特征就是数字化、网络化世纪的一些重要特征就是数字化、网络化和信息化。和信息化。l 网络现已成为信息社会的命脉和发展知识经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。济的重要基础。l 网络是指网络是指“三网三网”，即电信网络、有线电视，即电信网络、有线电视网络和计算机网络。网络和计算机网络。l 发展最快的并起到核心作用的是计算机网络。发展最快的并起到核心作用的是计算机网络。9/42计算机网络在信息时代的作用l 向用户提供的最重要的功能向用户提供的最重要的功能 连通性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。10/42因特网概述l 起源于美国的因特网现已发展成为世界上最大起源于美国的因特网现已发展成为世界上最大的国际性计算机互联网的国际性计算机互联网 l 网络网络(network)由若干由若干结点结点(node)和连接这些结和连接这些结点的点的链路链路(link)组成。组成。l 互联网是互联网是“网络的网络网络的网络”(network of networks)。l 连接在因特网上的计算机都称为连接在因特网上的计算机都称为主机主机(host)。(a)(b)网络互联网（网络的网络）结点链路网络及互联网图示12/42因特网发展的三个阶段l 第一阶段是从单个网络第一阶段是从单个网络 ARPANET 向互联网发展向互联网发展的过程。的过程。l 第二阶段的特点是建成了三级结构的因特网。第二阶段的特点是建成了三级结构的因特网。l 第三阶段的特点是逐渐形成了多层次第三阶段的特点是逐渐形成了多层次 ISP 结构的因结构的因特网。特网。用户因特网ISP1ISP2因特网服务提供者用户通过 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。14/42因特网的组成 l 从因特网的工作方式上看，可以划分为以下的从因特网的工作方式上看，可以划分为以下的两大块：两大块：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。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）。因特网的核心部分因特网的边缘部分主机网络路由器因特网的边缘部分与核心部分16/42因特网的边缘部分l 处在因特网边缘的部分就是连接在因特网上的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。这些主机又称为所有的主机。这些主机又称为端系统端系统(end system)。“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”17/42两种通信方式l 在网络边缘的端系统中运行的程序之间的通信方式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：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 18/42客户服务器方式l 客户客户(client)和和服务器服务器(server)都是指通信中所涉及都是指通信中所涉及的两个应用进程。的两个应用进程。l 客户服务器方式所描述的是进程之间服务和被服务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。的关系。l 客户是客户是服务的请求方服务的请求方，服务器是，服务器是服务的提供方服务的提供方。运行客户程序网络边缘网络核心运行服务器程序AB 请求服务 得到服务客户服务器客户 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。客户服务器工作模式20/42对等连接方式 l 对等连接对等连接(peer-to-peer，简写为，简写为 P2P)是指两个主机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在通信时并不区分哪一个是服务请求方还是服务提供方。供方。l 只要两个主机都运行了对等连接软件（只要两个主机都运行了对等连接软件（P2P 软件），软件），它们就可以进行它们就可以进行平等的、对等连接通信平等的、对等连接通信。l 双方都可以下载对方已经存储在硬盘中的共享文档。双方都可以下载对方已经存储在硬盘中的共享文档。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 程序对等连接工作方式22/42因特网的核心部分l 网络核心部分是因特网中最复杂的部分。网络核心部分是因特网中最复杂的部分。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，使边缘部分中的任何一个主机都能够向其他主机通信（即传送或接收各种形式的数据）。在网络核心部分起特殊作用的是路由器(router)。路由器是实现分组交换(packet switching)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。23/42因特网的核心部分l 因特网的核心部分是由许多因特网的核心部分是由许多网络网络和把它们互连起来和把它们互连起来的的路由器路由器组成，而组成，而主机处在因特网的边缘部分主机处在因特网的边缘部分。在因特网核心部分的路由器之间一般都用高速链路相连接，而在网络边缘的主机接入到核心部分则通常以相对较低速率的链路相连接。主机的用途是为用户进行信息处理的，并且可以和其他主机通过网络交换信息。路由器的用途则是用来转发分组的，即进行分组交换的。H1H5H2H4H3H6路由器网络网络核心部分主机核心路由器互连网络示意图25/42路由器l 在路由器中的输入和输出端口之间在路由器中的输入和输出端口之间没有直接连线没有直接连线。l 路由器处理分组的过程是：路由器处理分组的过程是：把收到的分组先放入缓存（暂时存储）；查找转发表，找出到某个目的地址应从哪个端口转发；把分组送到适当的端口转发出去。26/42主机和路由器的作用不同l 主机是主机是为用户进行信息处理为用户进行信息处理的，并向网络发送分组，的，并向网络发送分组，从网络接收分组。从网络接收分组。l 路由器对分组进行路由器对分组进行存储转发存储转发，最后把分组交付目的，最后把分组交付目的主机。主机。27/42几种不同类别的网络l 不同作用范围的网络不同作用范围的网络 广域网 WAN(Wide Area Network)局域网 LAN(Local Area Network)城域网 MAN(Metropolitan Area Network)个人区域网 PAN(Personal Area Network)28/42不同使用者的网络l 从网络的使用者进行分类从网络的使用者进行分类 公用网(public network)专用网(private network)29/42把用户接入到因特网的网络l 接入网接入网 AN(Access Network)，它又称为本地接入，它又称为本地接入网或居民接入网。网或居民接入网。l 由由 ISP 提供的接入网只是起到让用户能够与因特网提供的接入网只是起到让用户能够与因特网连接的连接的“桥梁桥梁”作用。作用。30/42计算机网络的性能指标l 速率速率比特（bit）是计算机中数据量的单位，也是信息论中使用的信息量的单位。Bit 来源于 binary digit，意思是一个“二进制数字”，因此一个比特就是二进制数字中的一个 1 或 0。速率即数据率(data rate)或比特率(bit rate)是计算机网络中最重要的一个性能指标。速率的单位是 b/s，或kb/s,Mb/s,Gb/s 等速率往往是指额定速率或标称速率。31/42带宽 l“带宽带宽”(bandwidth)本来是指信号具有的频带宽度，本来是指信号具有的频带宽度，单位是赫（或千赫、兆赫、吉赫等）。单位是赫（或千赫、兆赫、吉赫等）。现在“带宽”是数字信道所能传送的“最高数据率最高数据率”的同义语，单位是“比特每秒”，或 b/s(bit/s)。32/42常用的带宽单位l 更常用的带宽单位是更常用的带宽单位是 千比每秒，即 kb/s（103 b/s）兆比每秒，即 Mb/s（106 b/s）吉比每秒，即 Gb/s（109 b/s）太比每秒，即 Tb/s（1012 b/s）33/42数字信号流随时间的变化l 在在时间轴上信号的宽度随带宽的增大而变窄。信号的宽度随带宽的增大而变窄。每秒 106 个比特时间1 0 1 0 1 11 s带宽为1 Mb/s 时间每秒 4 106 个比特0.25 s带宽为4 Mb/s 34/42吞吐量l 吞吐量吞吐量(throughput)表示在单位时间内通过某个表示在单位时间内通过某个网络（或信道、接口）的数据量。网络（或信道、接口）的数据量。吞吐量更经常地用于对现实世界中的网络的一种测量，以便知道实际上到底有多少数据量能够通过网络。吞吐量受网络的带宽或网络的额定速率的限制。35/42时延(delay 或 latency)l 传输时延（发送时延传输时延（发送时延）发送数据时，数据块从结点进入到传输媒体所需要的时间。从发送数据帧的第一个比特算起，到该帧的最后一个比特发送完毕所需的时间。发送时延=数据块长度（比特）信道带宽（比特/秒）36/42时延(delay 或 latency)l 传播时延传播时延 电磁波在信道中需要传播一定的距离而花费的时间。l 信号传输速率（即发送速率）和信号在信道上的信号传输速率（即发送速率）和信号在信道上的传传播速率播速率是完全不同的概念。是完全不同的概念。传播时延=信道长度（米）信号在信道上的传播速率（米/秒）37/42时延(delay 或 latency)l 处理时延处理时延 交换结点为存储转发而进行一些必要的处理所花费的时间。l 排队时延排队时延 结点缓存队列中分组排队所经历的时延。排队时延的长短往往取决于网络中当时的通信量。38/42时延(delay 或 latency)l 数据经历的总时延就是数据经历的总时延就是发送时延、传播时延、处理时延和排队时延之和：之和：总时延=发送时延+传播时延+处理时延+处理时延39/42四种时延所产生的地方 1 0 1 1 0 0 1发送器队列在链路上产生传播时延结点 B结点 A在发送器产生传输时延(即发送时延)在结点 A 中产生处理时延和排队时延数据从结点 A 向结点 B 发送数据链路40/42时延带宽积（传播）时延链路带宽时延带宽积=传播时延 带宽l 链路的时延带宽积又称为以链路的时延带宽积又称为以比特比特为单位的链路长度。为单位的链路长度。时延带宽积41/42本讲小结l 因特网的组成因特网的组成l 计算机网络的类别计算机网络的类别l 计算机网络的性能计算机网络的性能42/42作业l 计算机网络的发展可划分为几个阶段？每个阶段各计算机网络的发展可划分为几个阶段？每个阶段各有何特点？有何特点？l 根据不同的分类标准，计算机网络可以分为哪几类？根据不同的分类标准，计算机网络可以分为哪几类？l 影响吞吐量的因素有哪些？影响吞吐量的因素有哪些？l 影响总时延的因素有哪些？影响总时延的因素有哪些？