计算机网络1课件

计算机网络教师教师:吴磊吴磊教材教材计算机网络计算机网络 清华大学出版社清华大学出版社 2003.8 2003.8第一版第一版第一章第一章 概概 述述l 如果说18世纪是机械时代，19世纪是蒸汽机时代，人类用机器来代替手。那么20世纪则是计算机时代，人类开始用机器来代替脑。而21世纪将是信息时代，或者说是网络的时代。l 世界经济从农业经济工业经济知识经济。知识经济的两个重要特点是信息化和全球化。要实现信息化和全球化，就必须依靠完善的网络逐渐三网融合的网络。三网三网(计算机网、电视网、电话网计算机网、电视网、电话网)l日本提出的第五代计算机之所以失败，是因为它没有突出计算机网络。美国提出的“信息高速公路”为什么成功，关健在于它抓住了计算机网络。ARPAnet是第一个采用分组交换方式的广域网，起源于冷战时期。任何一种新技术的出现都必须具备两个条件：一是强烈的社会需求，二是前期技术的成熟。计算机网络的发展计算机网络的发展l以太网在不到十年的期间，其容量从10Mbps发展到 1000Mbps，很快将发展到 10000Mbps。lInternet 从1980年正式成立以来，用户已超过一亿。我国用户已超过一亿人。上网计算机已超过5000万台。l在我国，建立了多个国家范围的网络。已初步建成了四大网络系统：公用分组交换网ChinaPAC、公用数字数据网ChinaDDN、公用帧中继宽带业务网ChinaFRN、公用计算机互联网ChinaNET。以及现在还在建设的中国教育和科研计算机网CERNET。l其中ChinaPAC在1991年进行大规模扩建，由北电提供交换机，全国共设置32台（北京、四川各2台）l分为两两级级交交换换：一级交换中心之间采用不完全网状结构，由一级交换中心到所属二级中心之间采用星型结构，由此形成ChinaPAC的骨干网。（北京、上海、成都等8个城市作为一级中心，北京、上海作为国际出入口，广州作为港澳出入口）lCERNET的发展现状l第一个全国性计算机互联网络，目前我国第三大计算机互联网l1997年,原国家教委批准，采用联网单位“分担通信运行费用”的运行模式l全国主干网2.5Gbps,国际带宽200M以上l地区网155Mbps,部分省市2Mbps-34Mbpsl国家网络中心、地区网络中心和省主节点分布在全国36个城市的38所高校l通达全国200多个城市l联网单位超过1000个，大学800多个l网络用户近1000万人lCERNET的网络结构国家主干网国家主干网国家主干网国家主干网地区主干网地区主干网地区主干网地区主干网地区主干网地区主干网地区主干网地区主干网省市教育科研网省市教育科研网省市教育科研网省市教育科研网校园网校园网校园网校园网校园网校园网校园网校园网校园网校园网校园网校园网校园网校园网校园网校园网校园网校园网校园网校园网校园网校园网校园网校园网.省市教育科研网省市教育科研网省市教育科研网省市教育科研网lCERNET主干现状北京郑州西安武汉合肥上海南昌杭州广州成都沈阳南宁桂林昆明天津福州重庆徐州石家庄太原济南青岛厦门大连长春哈尔滨长沙南京深圳海口已有DWDM已有SDH未建地区地区网络中心省主节点l现有CERNETl国家、地区、省l网络中心l分布图徐闻徐闻长春长春哈尔滨哈尔滨乌鲁木齐乌鲁木齐拉萨拉萨西宁西宁兰州兰州银川银川呼和浩特呼和浩特台北台北沈阳沈阳南昌南昌西安西安徐州徐州武汉武汉合肥合肥郑州郑州石家庄石家庄北京北京南宁南宁广州广州福州福州杭州杭州上海上海南京南京天津天津贵阳贵阳海口海口三亚三亚湛江湛江无锡无锡大连大连太原太原济南济南烟台烟台成都成都长沙长沙重庆重庆黄梅黄梅九江九江昆明昆明青岛青岛汕头汕头唐山唐山汉中汉中宜昌宜昌珠海珠海深圳深圳惠州惠州柳州柳州百色百色厦门厦门主干网地区网GigaPopPop桂林桂林深圳深圳l2.5G业务开通情况北京郑州西安武汉合肥上海南昌杭州广州成都沈阳南宁天津福州重庆徐州石家庄济南厦门大连长春哈尔滨长沙南京传输网2.5G连接地区网络中心省主节点lInternet的应用与高速网络技术发展：lInternet是全球最大的计算机互联网络，它是通过路由器实现多个广域网和局域网络互联的大型网际网。l 未来的网络必须具有足够的带宽、好的服务质量和完善的安全机制：l 譬如电子商务、电子政务、远程教育、远程医疗、视频点播等应用。l宽带网络的建设：分为宽带骨干网和宽带接入网。l 骨干网络基于光纤通信系统，采用高速交换设备。l 接入网技术主要有以下几种：l 数字用户线路(DSL)、光纤接入、光纤同轴电缆混合网、无线接入、局域网接入等 计算机网络的定义与分类计算机网络的定义与分类 计算机网络的定义计算机网络的定义计算机网络的定义计算机网络的定义：两台以上具有独立操作系统独立操作系统的计算机通过某些介质介质连接成的相互共享软硬件相互共享软硬件资源资源的集合体 如果一个系统的部件局限于一个地方，则它是集中式的。例如多处理机系统虽然具有多个处理器，但由于它是集中式的，所以不是网络。如果一个系统的部件分散在不同地方，称为分散式系统。当一个分散式系统的部件存在着紧密的合作，则称为分布式系统分布式系统。如果部件之间不存在或仅存在有限的合作，才可能可能是网络。注意：网络与分布式最本质的区别：透明性用户觉察不到多机的存在，用户所面对的是一台虚拟的单机系统。lITU(国际电信联盟)：l ITUR 无线通信部门l ITUT 电信标准化部门l ITUD 开发部门lIEEE（电气电子工程师协会）l IEEE802局域网标准委员会l在制订计算机网络标准方面起重要作用的两大国际组织：l CCITT 国际电话电报咨询委员会l ISO 国际标准化组织按覆盖范围分类：按覆盖范围分类：l l局域网局域网局域网局域网 LAN (Local Area Network)LAN (Local Area Network)LAN (Local Area Network)LAN (Local Area Network)局域网是几公里范围内的网络。例如校园网、小单位网络。城域网城域网 MAN MAN (Metropolitan Area Network)(Metropolitan Area Network)l l广域网广域网广域网广域网 WAN (Wide Area Network)WAN (Wide Area Network)WAN (Wide Area Network)WAN (Wide Area Network)按网络传输技术分类：按网络传输技术分类：广播式网络广播式网络 共享一个公共信道（路由的考虑）共享一个公共信道（路由的考虑）点对点式网络点对点式网络每条物理线路连接一对计算机每条物理线路连接一对计算机 （路由的考虑）（路由的考虑）l常见的网络的拓扑结构：l 总线型、树型、星型、环型、网状型等。l局域网和广域网不仅仅范围大小不同，而且采用的技术、网络拓扑结构也不经常同。l随着第三层交换和“宽带”IP网的出现，二者都采用IP和以太网，并且所有局域网几乎均和因特网相连。局域网和广域网的概念也变得模糊 Novell Novell网网 网络操作系统：网络操作系统：Netware Netware 协议：协议：SPX/IPXSPX/IPX.服务器工作站1工作站n局域网的举例局域网的举例资源子网：主机（Host）通信子网：IMP（Interface Message Processor)和信道广域网的举例广域网的举例IMPIMPIMPIMPIMP主机主机主机主机主机主机主机主机主机主机(1)ARPANET(1)ARPANET(1)ARPANET(1)ARPANET的结构的结构的结构的结构 核心系统：核心路由器和主干网 IMP路由器 主机园区网（一个单位所具有的若干个LAN）(2)Internet(2)Internet(2)Internet(2)Internet 的结构的结构的结构的结构RRInternet 主 干 网R 核心路由器 特权路由器 R 园区网园区网网络操作系统网络操作系统(Network Operating System)(Network Operating System)NOS的作用是管理计算机网络全网资源，包括：供网上其他主机访问的远程文件系统 各计算机的内存 共享应用程序的加载和运行 共享设备的I/0 多个进程间的CPU调度 NOS的特点在于它必须支持某种网络协议。常见的网络操作系统:NetWare WindowsNT UNIXl 网络计算研究与应用的发展l1、移动计算网络l2、蜂窝数字分组数据通信平台的应用l3、无线局域网的应用l4、Ad hoc网络的研究与应用l5、无线应用协议WAPl6、多媒体网络的研究与应用l 7、网络并行计算l （机群计算、网格计算）l机群计算：在中间件管理控制下提供具有很高性机群计算：在中间件管理控制下提供具有很高性价比的高性能计算服务。价比的高性能计算服务。l网格计算：将广域网上一些计算资源、数据资源网格计算：将广域网上一些计算资源、数据资源和其他设备等互联，形成一个大的可相互利用、和其他设备等互联，形成一个大的可相互利用、合作的高性能计算网。合作的高性能计算网。l第一代互联网实现了计算机硬件的连通，第二代第一代互联网实现了计算机硬件的连通，第二代互联网实现了网页的连通，而作为第三代互联网互联网实现了网页的连通，而作为第三代互联网的网格则试图实现网上所有资源的全面连通。的网格则试图实现网上所有资源的全面连通。第二章第二章 网络体系结构网络体系结构l 模块化：将问题域（Problem Domain）分解为易于理解的较小的问题域。分解可以重复进行，直到满意的易理解的程度，其结果是得到一组功能模块。网络体系结构都采用模块化，对层次结构而言，功能模块是层。l（思考：哲学家交流问题！）（思考：哲学家交流问题！）l层次结构的特点如下：(1)(N)层中的实体（硬，软件的集合）定义自身功能时，只直接使用(N1)层（下层）提供的服务；(2)(N)层将以下各层功能总和附加上自己的功能为(N1)层提供更强功能的服务，即“增值”服务，并将功能的实现细节屏蔽起来。每层既要对上层提供服务，也可以向应用（程序）直接提供服务。l l层次结构优点如下：层次结构优点如下：*便于抽象；*易于交流理解，有助于标准化；*便于分工并行协作开发；*与实现无关。以等效模块替代某层模块而不影响其他层。l 层次结构分层原则是：*层间接口尽可能清晰简单，层间传输信息应尽可能少；*每层应完成一组特定的独立的明确的功能集合；*每层只与上下层具有接口；*层数应足够多。对等实体对等实体对等实体对等实体：两台计算机上同一层所属的程序、进程或实体称为该层的对等程序、对等进程或对等实体。IBM词典定义了协议三要素协议三要素：*语义（Semantics）对构成协议的协议元素含义的解释；*语法（Syntax）规定了数据格式或信号形式；*时序（Timing）规定事件的执行顺序。协议协议协议协议：(N)层对等进程通信的规则和协定的整体称为(N)层协议 网络体系结构网络体系结构就是构成计算机网络的各个组成部分以及计算机网络本身必须实现的功能的一组精确定义。对层次结构层次结构而言，层和协议的整体就是网络体系结构。1974年IBM提出了第一个体系结构 SNA OSI OSI参考模型参考模型l国际标准化组织ISO（International Standard Organization）建议了一个网络开放式系统互连OSI（Open System Interconnection）参考模型应用层 表示层 会话层传输层网络层数据链路层物理层7654321层的名字层号OSI 参考模型1.1.物理层物理层l唯一由纯硬件构成l确保相邻节点二进制位“1”和“0”的传送l解决的问题:编码/解码 即确定bit“1”和“0”形式、电平和持续时间等双向或单向传送，全双工或半双工通信插座上有多少针以及各针的排列和用途物理介质2 2数据链路层数据链路层总功能:在物理层提供的服务基础上确保相邻结点间帧（Frame）的正确传送。要解决的问题：*成帧和拆帧 *检错和纠错 *流量控制即防止“快速”发方数据淹没“慢速”收方 *信道分配（MAC 介质访问控制子层）注意：注意：网卡（MAC子层+物理层）3 3 网络层网络层总功能:确保源结点和目标结点间分组（Packet）的正确传送。网络层要解决的问题：*路由选择 *拥塞控制 *计费问题特点：通信子网（广域网）对用户（LAN）提供的服务也就是网络层给上层提供的服务。4 4 传输层传输层总功能:确保源结点某进程到目的结点另一进程间的报文段正确传送。（端到端的服务，向高层屏蔽了下层数据通信的细节，是关键的一层）传送层要解决的问题：*确定提供服务形式 面向连接服务：三阶段:(建立连接 通信 释放连接)保序 纠错 无连接服务：无须建立连接，省去了许多保证机 制，故可靠性不好，但通信效率高。*流量控制 下四层解决通讯可靠性问题，而上三层解决与通讯有关的其他问题。特点：*主机用户改善传输质量力所能及的一层。*传输层提供的服务相当于操作系统的系统调用5 5 会话层会话层 会话（Session）:为完成一个相对独立的统一任务而进行的双方按序传送报文和有关的非传送操作的过程。总功能：管理会话会话层要解决的问题:*会话的顺序 *同步问题 *活动管理 面向连接的服务：例如由若干个活动构成 两种服务 无连接的服务：例如远程过程调用RPC6 6 表示层表示层功能：出于不同目的，发前和收后要改变传送信息的形式。表示层要解决的问题:*OSI定义抽象数据表示法ASN.1，以便异种机互连 *数据的压缩和解压 *加密和解密 特点：要改变传送信息的形式。而其他层都力图原封不动地传送信息7 7 应用层应用层解决应用的共性问题：应用基础和典型应用。lOSI的应用基础包括OSI的各种服务元素。l典型应用包括：*虚终端 *文件传输 *电子邮件.图 1-5 OSI 分层结构的数据传送PDUn OSI OSI分层结构的数据传送分层结构的数据传送(N+1)层(N)层(N-1)层应用层表示层会话层传输层网络层数据链路层物理层发送方(N+1)层(N)层(N-1)层应用层表示层会话层传输层网络层数据链路层物理层接收方实线：实际传送方向虚线：感觉传送方向PDUn+1PDUn-1PDUn(N)层头(N)层信息PDUn(N+1)层(N)层(N-1)层 PDUn+1/n PCInSAPn/n-1SDUnSDUnSAPn/n-1 PDUn(SDUn或 PDUn+1)加 PCInPDUnSDUn-1PCInSAPn+1/nPDUn+1/n l(n)层对等进程间数据传送方向在逻辑是是水平的（虚线所示），但实际数据传送方向是由发方的（n）层，传到底层，再经介质传到收方底层（实线所示），再传到收方（n）层。l 对于数据包，发方（从上到下）不断加头，收方（从下到上）不断去头。有的层（例如传输层）发方将上层交来的数据分成几块，再各自加头，收方则相反。l注意：物理层、数据链路层与网络层大部分可以有硬件方式来实现，而高层基本上是通过软件方式来实现的。datadatadatadatadatadatadatadatadatadatadatadatadatadatal封装（encapsulate/encapsulation）：数据要通过网络进行传输，要从高层一层一层的向下传送，如果一个主机要传送数据到别的主机，先把数据包装到一个特殊协议报头中，这个过程叫 封装l解封装数据上层数据上层数据MAC 头头IP+TCP+上层数据上层数据LLC 头头TCP+上层数据上层数据IP 头头上层数据上层数据TCP 头头0101110101001000010传输层传输层 数据链路层数据链路层物理层物理层 网络层网络层 表示层表示层应用层应用层会话层会话层LLC+IP+TCP+上层数据上层数据 OSI OSI 的服务原语的服务原语 OSI为每种服务定义了四种服务原语:请求(Request),表示(Indication),响应(Response),证实(Confirm)请求服务原语用于主动方上层告诉下层要求对方做某件工作。表示服务原语用于被动方下层向上层报告对方要求做某件工作。响应服务原语用于被动方上层对下层表示做某件工作的态度，可以是愿意（确认ACK），也可以是不愿意（否认NCK）。证实服务原语用于主动方下层向上层报告对方做某件工作的态度，可以是愿意，也可以是不愿意。请请 证证求求 实实主动方响响 表表应应 示示被动方（n）层（n-1）层应用层应用层传输层传输层网际网层网际网层网络接口层网络接口层FDDI令令牌牌环环令令牌牌总总线线以以太太网网IPUDPTCP应用层协议应用层协议:FTP,SMTP,SNMP,DNS,TELNET,HTTP TCP/IP TCP/IP参考协议和参考协议和TCP/IPTCP/IP协议桟协议桟（Internet层）层）TCP/IPTCP/IPTCP/IPTCP/IP协议栈的特点：协议栈的特点：协议栈的特点：协议栈的特点：*不如OSI严格但效率高 *强调互连，OSI强调统一 *四层都常用 *兼容性强 虽然OSI 没有占据市场，但严格。所以现在仍然 广泛使用OSI的术语和概念。IBM、DEC等大公司支持TCP/IP，数据库Oracle，Unix等操作系统也支持TCP/IPlOSI vs.TCP/IPApplicationPresentationSessionTransportNetworkDatalinkPhysicalInternetHost-to-networkTransportApplicationIPLANPacketradioTCPUDPTelnetFTPDNS结束语当你尽了自己的最大努力时，失败也是伟大的，所以不要放弃，坚持就是正确的。When You Do Your Best,Failure Is Great,So DonT Give Up,Stick To The End感谢聆听不足之处请大家批评指导Please Criticize And Guide The Shortcomings演讲人：XXXXXX 时 间：XX年XX月XX日