高性能计算机网络--计算机网络概论--课件

计算机网络技术计算机网络技术教程教程自顶向下的分析与设计方法自顶向下的分析与设计方法1第第1章章计算机网算机网络概概论23主要内容主要内容1.1 计算机网络发展的计算机网络发展的4个阶段（个阶段（1）第一第一阶段：段：计算机网算机网络技技术与理与理论准准备阶段段 时间追溯到追溯到20世世纪50年代；年代；这个个阶段的特点与段的特点与标志性成果主要表志性成果主要表现在：在：数据通信的研究与技数据通信的研究与技术的日的日趋成熟，成熟，为计算算 机网机网络的形成奠定了技的形成奠定了技术基基础；分分组交交换概念的提出概念的提出为计算机网算机网络的研究奠的研究奠 定了理定了理论基基础。4计算机网络发展的计算机网络发展的4个阶段（个阶段（2）第二第二阶段：段：计算机网算机网络的形成的形成 从从20世世纪60年代年代ARPANET与分与分组交交换技技术开始；开始；这个个阶段的特点与段的特点与标志性成果主要表志性成果主要表现在：在：ARPANET的成功运行的成功运行证明分明分组交交换理理论的正确性；的正确性；TCP/IP协议的广泛的广泛应用用为更大更大规模的网模的网络互互联奠定奠定坚 实的基的基础。DNS、E-mail、FTP、TELNET、BBS等等应用展用展现了网了网 络技技术应用的广用的广阔前景。前景。5计算机网络发展的计算机网络发展的4个阶段（个阶段（3）第三第三阶段：网段：网络体系体系结构的研究构的研究 大致是从大致是从20世世纪70年代中期开始；年代中期开始；这个个阶段的特点与段的特点与标志性成果主要表志性成果主要表现在：在：OSI参考模型的研究参考模型的研究对网网络理理论体系的形成与体系的形成与发展，展，以及在推以及在推进网网络协议标准化方面起到了重要的推准化方面起到了重要的推动作作用用；TCP/IP协议经受了市受了市场和用和用户的的检验，吸引了大量的，吸引了大量的投投资，推，推动了互了互联网网应用的用的发展，成展，成为业界事界事实上的上的标准。准。6计算机网络发展的计算机网络发展的4个阶段（个阶段（4）第四第四阶段：段：互互联网网应用、无用、无线网网络与网与网络安全技安全技术研究研究的的发展展 从从20世世纪90年代开始；年代开始；这个个阶段的特点与段的特点与标志性成果主要表志性成果主要表现在：在：互互联网作网作为全球性的网全球性的网际网与信息系网与信息系统，在当今政治，在当今政治 、经济、文化、科研、教育与社会生活等方面、文化、科研、教育与社会生活等方面发挥了了 越来越重要的作用；越来越重要的作用；计算机网算机网络与与电信网信网络、有、有线电视网网络“三网融合三网融合”促促进了了宽带城域网概念、技城域网概念、技术的演的演变。7 无无线局域网与无局域网与无线城域网技城域网技术日益成熟，已日益成熟，已经进入入 应用用阶段，无段，无线自自组网、无网、无线传感器网感器网络的研究与的研究与 应用受到了高度重用受到了高度重视；对等（等（P2P）网）网络的研究使新的网的研究使新的网络应用不断涌用不断涌现，成成为现代信息服代信息服务业新的新的产业增增长点；点；随着网随着网络应用的快速增用的快速增长，新的网，新的网络安全安全问题不断不断 出出现，促使网，促使网络安全技安全技术的研究与的研究与应用用进入高速入高速发 展展阶段。段。81.1.2 计算机网络的形成与发展计算机网络的形成与发展网网络拓扑拓扑结构构设计思路思路集中式和非集中式的拓扑构型集中式和非集中式的拓扑构型9分布式网分布式网络的拓扑构型的拓扑构型10分组交换技术的基本设计思路分组交换技术的基本设计思路分分组交交换技技术的的3个个重要的概念重要的概念：分分组路由路由选择存存储转发11报文与报文分组报文与报文分组12报文存储转发与分组存储转发过程的比较报文存储转发与分组存储转发过程的比较13ARPANET设计思想设计思想通信子网通信子网结构与分构与分组交交换原理示意原理示意图14ARPANET最早最早4个结点的结构个结点的结构15ARPANET的主要贡献的主要贡献开展了开展了对计算机网算机网络定定义与分与分类方法的方法的研究。研究。提出了提出了资源子网与通信子网的二源子网与通信子网的二级网网络结构概念。构概念。研究了分研究了分组交交换的的协议与与实现技技术。研究了研究了层次型网次型网络体系体系结构的模型与构的模型与协议体系。体系。开展了开展了TCP/IP协议与网与网络互互联技技术的研的研究。究。16TCP/IP协议研究与发展协议研究与发展ARPANET协议主要包括：主机主要包括：主机-主机主机协议、源、源IMP-目的目的IMP协议、IMP-IMP协议；171977年年10月，月，ARPANET研究人研究人员决定将决定将初期的初期的TCP分分为传输控制控制协议（TCP）与互与互联网网络协议（IP）；）；TCP协议主要用于主要用于实现源主机与目的主源主机与目的主机之机之间的分布式的分布式进程通信的功能；程通信的功能；IP协议主要用于主要用于实现分分组通通过通信子网通信子网的路由的路由选择功能。功能。18从从ARPANET到到Internet的发展过程的发展过程191.2 计算机网络技术发展的计算机网络技术发展的3条主线条主线第一条主第一条主线是从是从ARPANET到到Internet；第二条主第二条主线是从无是从无线分分组网到无网到无线自自组网、无网、无线传感器网感器网络的无的无线网网络技技术；第三条主第三条主线是网是网络安全技安全技术。20计算机网络发展的计算机网络发展的3条主线条主线21第一条主线：从第一条主线：从ARPANET到到Internet（1）ARPANET的研究奠定互的研究奠定互联网网发展的基展的基础，而而联系二者的是系二者的是TCP/IP协议。在从在从ARPANET演演变到互到互联网的网的过程中，程中，强烈的社会需求促烈的社会需求促进广域网、城域网与广域网、城域网与局域网技局域网技术的研究与的研究与应用的用的发展，而广展，而广域网、城域网与局域网技域网、城域网与局域网技术的成熟与的成熟与标准化，又加速了互准化，又加速了互联网的网的发展展进程。程。22第一条主线：从第一条主线：从ARPANET到到Internet（2）与与传统的客的客户/服服务器（器（C/S）工作模式不同，）工作模式不同，对等（等（P2P）工作模式淡化了服）工作模式淡化了服务提供者与服提供者与服务使用者的界限，从而达到使用者的界限，从而达到进一步一步扩大网大网络资源共享范源共享范围和深度，提高网和深度，提高网络资源利用率，达源利用率，达到信息共享最大化的目的。到信息共享最大化的目的。新的基于新的基于P2P网网络应用不断出用不断出现，成，成为21世世纪网网络应用重要的研究方向之一。用重要的研究方向之一。23第一条主线：从第一条主线：从ARPANET到到Internet（3）随着互随着互联网的广泛网的广泛应用，用，计算机网算机网络、电信网信网络与有与有线电视网网络从从结构、技构、技术到服到服务领域正在快速地融合，成域正在快速地融合，成为21世世纪信息信息产业发展最具活力的展最具活力的领域。域。24第二条主线：第二条主线：从无线分组网到无线自组网、从无线分组网到无线自组网、无线传感器网无线传感器网络络（1）从是否需要基从是否需要基础设施的角度来看，无施的角度来看，无线网网络可以分可以分为基于基基于基础设施与无基施与无基础设施的两施的两类。802.11无无线局域网（局域网（WLAN）与与802.16无无线城域网（城域网（WMAN）属于需）属于需要基要基础设施的一施的一类无无线网网络。无无线自自组网、无网、无线传感器网感器网络属于不需属于不需要基要基础设施的另一施的另一类无无线网网络。25第二条主线：第二条主线：从无线分组网到无线自组网、从无线分组网到无线自组网、无线传感器网无线传感器网络络（2）在无在无线分分组网的基网的基础上上发展起来的无展起来的无线自自组网（网（Ad hoc）是一种特殊的自）是一种特殊的自组织、对等式、多跳、无等式、多跳、无线移移动网网络，它是，它是军事、特殊事、特殊应用用领域有着重要的域有着重要的应用前景。用前景。无无线网状网（网状网（WMN）是无）是无线自自组网在接网在接入入领域的一种域的一种应用。用。26第二条主线：第二条主线：从无线分组网到无线自组网、从无线分组网到无线自组网、无线传感器网无线传感器网络络（3）当无当无线自自组网技网技术日日趋成熟的成熟的时候，无候，无线通信、微通信、微电子、子、传感器技感器技术得到快速得到快速发展。在展。在军事事领域中，人域中，人们提出将无提出将无线自自组网与网与传感器技感器技术相相结合的无合的无线传感感器网器网络技技术研究。研究。无无线传感器网感器网络（WSN）被）被评价价为“21世世纪最有影响的最有影响的21项技技术之一之一”和和“改改变世世界的十大技界的十大技术之首之首”。27第二条主线：第二条主线：从无线分组网到无线自组网、从无线分组网到无线自组网、无线传感器网无线传感器网络络（3）如果如果说广域网作用是广域网作用是扩大信息社会中大信息社会中资源共享的范源共享的范围，局域网是，局域网是进一步增一步增强信信息社会中息社会中资源共享的深度，无源共享的深度，无线网网络增增强人人类共享信息共享信息资源的灵活性，那么无源的灵活性，那么无线传感器网感器网络将会改将会改变人人类与自然界的与自然界的交互方式，它将极大地交互方式，它将极大地扩展展现有网有网络的的功能和人功能和人类认识世界的能力。世界的能力。28第三条主线：网络安全（第三条主线：网络安全（1）人人类创造了网造了网络虚虚拟社会的繁荣，也是社会的繁荣，也是人人类制造了网制造了网络虚虚拟社会的麻社会的麻烦。现实社会社会对网网络技技术依依赖的程度越高，的程度越高，网网络安全技安全技术就越就越显得重要。网得重要。网络安全安全是网是网络技技术研究中一个永恒的主研究中一个永恒的主题。在在“攻攻击防御防御新攻新攻击新防御新防御”的循的循环中，网中，网络攻攻击技技术与网与网络反攻反攻击技技术相相互影响、相互制互影响、相互制约，共同，共同发展，展，这个个过程将一直延程将一直延续下去。下去。29第三条主线：网络安全（第三条主线：网络安全（2）从当前的从当前的发展展趋势看，网看，网络安全安全问题已已超出技超出技术和和传统意意义上上计算机犯罪的范算机犯罪的范畴，已畴，已发展成展成为国家之国家之间一种政治与一种政治与军事的手段。事的手段。各国只能立足于自身，研究网各国只能立足于自身，研究网络安全技安全技术，培养，培养专门人才，人才，发展网展网络安全安全产业，构筑网构筑网络与信息安全保障体系。与信息安全保障体系。301.3 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算机网络的定的定义：以能以能够相互共享相互共享资源的方式源的方式互互联起来的自治起来的自治计算机系算机系统的集合。的集合。31计算机网络的基本特征计算机网络的基本特征：计算机网算机网络建立的目的是建立的目的是实现计算算机机资源的共享。源的共享。互互联的的计算机是分布在不同地理位算机是分布在不同地理位置的多台独立的置的多台独立的“自治自治计算机系算机系统”。联网网计算机之算机之间的通信必的通信必须遵循共遵循共同的网同的网络协议。321.3.2 计算机网络的分类计算机网络的分类计算机网算机网络分分类的方法的方法：按网按网络采用的采用的传输技技术分分类按网按网络覆盖的地理范覆盖的地理范围分分类33按传输技术分类按传输技术分类广播通信信道广播通信信道广播网广播网络点点-点通信信道点通信信道点点-点网点网络34按照覆盖的地理范围进行分类按照覆盖的地理范围进行分类局域网局域网城域网城域网广域网广域网35局域网（局域网（LAN）的基本特征的基本特征局域网用于将有限范局域网用于将有限范围内（例如一个内（例如一个实验室、一幢大楼、一个校园）的各种室、一幢大楼、一个校园）的各种计算机、算机、终端与外部端与外部设备互互联成网；成网；局域网可以分局域网可以分为共享局域网与交共享局域网与交换局域局域网；网；局域网技局域网技术发展迅速，展迅速，应用日益广泛，用日益广泛，是是计算机网算机网络中最活中最活跃的的领域之一。域之一。36城域网（城域网（MAN）的基本）的基本特征特征城域网的城域网的设计目目标是要是要满足几十公里范足几十公里范围内的大量企内的大量企业、机关、公司的多个局、机关、公司的多个局域网互域网互联的需求，以的需求，以实现大量用大量用户之之间的数据、的数据、语音、音、图形与形与视频等多种信息等多种信息的的传输。宽带城域网的概念逐城域网的概念逐渐取代取代传统意意义上上的城域网。的城域网。宽带城域网已城域网已经成成为目前研究、目前研究、应用与用与产业发展的一个重要展的一个重要领域。域。37广域网（广域网（WAN）的基本特征）的基本特征广域网覆盖的地理范广域网覆盖的地理范围从几十公里到几从几十公里到几千公里；千公里；广域网可以是覆盖一个国家、地区，或广域网可以是覆盖一个国家、地区，或横跨几个洲；横跨几个洲；广域网将分布在不同地区的广域网将分布在不同地区的宽带城域网城域网或或计算机系算机系统互互联起来，提供各种网起来，提供各种网络服服务，实现信息信息资源共享。源共享。381.4 计算机网络的拓扑构型计算机网络的拓扑构型计算机网算机网络拓扑的定拓扑的定义：计算机网算机网络拓扑是通拓扑是通过网中网中结点与通信点与通信线路之路之间的几何关系表示网的几何关系表示网络结构，反构，反映出网映出网络各各实体之体之间的的结构关系；构关系；计算机网算机网络拓扑是指通信子网的拓扑构拓扑是指通信子网的拓扑构型型。39计算机网络拓扑的分类与特点计算机网络拓扑的分类与特点基本的网基本的网络拓扑拓扑：星形、星形、环形、形、总线形、形、树形与网状形形与网状形40星形拓扑星形拓扑在星形拓扑在星形拓扑结构中，构中，结点通点通过点点-点通信点通信线路与中心路与中心结点点连接；接；中心中心结点控制全网的通信，任何两点控制全网的通信，任何两结点点之之间的通信都要通的通信都要通过中心中心结点；点；星形拓扑构型的特点是：星形拓扑构型的特点是：结构构简单，易，易于于实现，便于管理。，便于管理。缺点：网缺点：网络的中心的中心结点是全网性能与可点是全网性能与可靠性的瓶靠性的瓶颈。41环形拓扑环形拓扑在在环形拓扑形拓扑结构中，构中，结点通点通过点点-点通信点通信线路路连接成接成闭合合环路；路；环中数据将沿一个方向逐站中数据将沿一个方向逐站传送；送；环形拓扑形拓扑结构构简单，传输延延时确定；确定；但是但是环中每个中每个结点与点与连接接结点之点之间的通的通信信线路都会成路都会成为网网络可靠性的瓶可靠性的瓶颈；环网需要网需要设计复复杂的的环维护协议。42总线形拓扑总线形拓扑在在总线形拓扑形拓扑结构中，所有构中，所有结点点连接在一条作接在一条作为公共公共传输介介质的的总线；当一个当一个结点利用点利用总线发送数据送数据时，其它，其它结点只点只能接收数据；能接收数据；如果有两个及以上的如果有两个及以上的结点同点同时利用公共利用公共总线发送数据送数据时，就会出，就会出现冲突，造成冲突，造成传输失失败；总线形拓扑特点是形拓扑特点是结构构简单；缺点是必缺点是必须解决多解决多结点点访问总线介介质访问控制控制策略策略问题。43树形拓扑树形拓扑树形拓扑形拓扑结构中构中结点按点按层次次进行行连接，接，信息交信息交换主要在上、下主要在上、下结点之点之间进行，行，相相邻及同及同层结点之点之间通常不通常不进行数据行数据交交换，或数据交，或数据交换量比量比较小；小；树形拓扑可以看成星形拓扑的形拓扑可以看成星形拓扑的扩展；展；树形拓扑网形拓扑网络适用于适用于汇集信息的集信息的应用用要求。要求。44网状拓扑网状拓扑在网状拓扑在网状拓扑结构中，构中，结点之点之间的的连接是接是任意的，没有任意的，没有规律；律；网状拓扑的网状拓扑的优点是系点是系统可靠性高；可靠性高；网状拓扑网状拓扑结构复构复杂，必，必须采用路由采用路由选择算法、流量控制与算法、流量控制与拥塞控制方法；塞控制方法；广域网一般都采用网状拓扑。广域网一般都采用网状拓扑。451.5 计算机网络的组成与结构计算机网络的组成与结构早期早期计算机网算机网络结构与构与组成成最初出最初出现的的计算机网算机网络是广域网；是广域网；广域网从广域网从逻辑功能上可以分成功能上可以分成资源子网源子网与通信子网两个部分；与通信子网两个部分；资源子网由主机系源子网由主机系统、终端、各种网端、各种网络软件与数据件与数据资源源组成；成；通信子网由路由器、通信通信子网由路由器、通信线路路组成；成；46互联网结构与组成互联网结构与组成互互联网是一个由大量的路由器将广域网、网是一个由大量的路由器将广域网、城域网、局域网互城域网、局域网互联而成，而成，结构在不断构在不断变化的网化的网际网；网；由国由国际或国家或国家级主干网、地区主干网和主干网、地区主干网和大量的企大量的企业网或校园网就网或校园网就组成了互成了互联网。网。国国际、国家、国家级主干网与地区主干网主干网与地区主干网连接接有很多服有很多服务器集群，器集群，为接入的用接入的用户提供提供各种互各种互联网服网服务。47简化的互联网的网络结构示意图简化的互联网的网络结构示意图481.6 网络体系结构的基本概念网络体系结构的基本概念邮政系政系统的信件的信件处理理过程程49邮政系统和计算机网络系统相似之处邮政系统和计算机网络系统相似之处协议层次次接口接口体系体系结构构50网络协议网络协议（network protocol）网网络协议是是为网网络中数据交中数据交换而制而制定的定的规则、约定与定与标准准;网网络协议的的3要素：要素：语法、法、语义与与时序；序；实现一种网一种网络应用通常需要制定一用通常需要制定一组协议，称，称为协议栈或或协议族族（protocol suite）。）。51层次（层次（layer）层次是人次是人们处理复理复杂问题的基本方法；的基本方法；将将总体要体要实现的很多功能分配在不同的很多功能分配在不同层次，次，对每个每个层次完成的服次完成的服务及服及服务实现的流程都有明确的流程都有明确规定；定；不同的系不同的系统具有相同的具有相同的层次；次；不同系不同系统的同等的同等层具有相同的功能；具有相同的功能；高高层使用低使用低层提供的服提供的服务时，不需要知，不需要知道低道低层服服务的具体的具体实现方法。方法。52接口（接口（interface）接口是同一接口是同一结点内相点内相邻层之之间交交换信息信息的的连接点；接点；同一同一结点的相点的相邻层之之间存在明确存在明确规定的定的接口，低接口，低层通通过接口向高接口向高层提供服提供服务；只要接口条件不只要接口条件不变、低、低层功能不功能不变，低，低层功能的具体功能的具体实现方法与技方法与技术的的变化不化不会影响整个系会影响整个系统的工作。的工作。53网络体系结构（网络体系结构（network architecture）网网络体系体系结构是网构是网络层次次结构模型与各构模型与各层协议的集合；的集合；各各层之之间相相对独立，高独立，高层只需知道下只需知道下层能能够提提供的服供的服务，而无需知道低，而无需知道低层的服的服务如何如何实现。各各层都可以采用最合适的技都可以采用最合适的技术来来实现；整个系整个系统被分解被分解为若干个易于若干个易于处理的部分；理的部分；每每层的功能与提供的服的功能与提供的服务都已有精确都已有精确说明，因明，因此此这有利于促有利于促进协议的的标准化。准化。541.6.2 OSI参考模型的基本概念参考模型的基本概念OSI参考模型中的参考模型中的“开放开放”是指只要遵循是指只要遵循OSI标准，一台准，一台计算机就可以与位于世界上任何地方、算机就可以与位于世界上任何地方、同同样遵循同一遵循同一标准的其它准的其它计算机算机进行通信；行通信；OSI参考模型定参考模型定义开放系开放系统的的层次次结构、构、层次次之之间的相互关系与各的相互关系与各层包括的服包括的服务；OSI参考模型作参考模型作为一个框架来一个框架来协调和和组织各各层协议的制定，也是的制定，也是对网网络内部内部结构精构精炼的概括的概括与描述。与描述。55广域网结构与广域网结构与OSI参考模型关系的示意图参考模型关系的示意图56ISO划分层次的原则划分层次的原则网中各网中各结点都具有相同的点都具有相同的层次；次；不同不同结点的同等点的同等层具有相同的功能；具有相同的功能；同一同一结点内相点内相邻层之之间通通过接口通信；接口通信；每每层可以使用下可以使用下层提供的服提供的服务，并向其，并向其上上层提供服提供服务；不同不同结点的同等点的同等层通通过协议来来实现对等等层次之次之间的通信。的通信。57OSI参考模型七层结构参考模型七层结构物理物理层数据数据链路路层网网络层传输层会会话层表示表示层应用用层58OSI参考模型各层的主要功能参考模型各层的主要功能(1)物理物理层（physical layer）：利用）：利用传输介介质实现比特序列的比特序列的传输;数据数据链路路层（data link layer）：采用差）：采用差错控制与流量控制方法，使得有差控制与流量控制方法，使得有差错的的物理物理线路路变成无差成无差错的数据的数据链路路;网网络层（network layer）：）：实现路由路由选择、分、分组转发与与拥塞控制等功能，塞控制等功能，为“分分组”传输选择“最佳最佳”的路由。的路由。59OSI参考模型各层的主要功能参考模型各层的主要功能(2)传输层（transport layer）：向高）：向高层用用户提供可靠的提供可靠的“端端-端（端（end-to-end）”通信通信服服务，向高，向高层屏蔽下屏蔽下层数据通信的具体数据通信的具体细节;会会话层（session layer）是：）是：维护两个两个通信通信计算机之算机之间的的进程通信，管理数据程通信，管理数据交交换。60OSI参考模型各层的主要功能参考模型各层的主要功能(3)表示表示层（presentation layer）：）：处理两理两个通信的个通信的计算机系算机系统的数据表示方式，的数据表示方式，完成数据的格式完成数据的格式变换、加密与解密、加密与解密、压缩与恢复与恢复;应用用层（application layer）是：）是：为应用用软件提供多种网件提供多种网络服服务，例如文件服，例如文件服务、数据数据库服服务、电子子邮件与其它服件与其它服务等。等。61OSI参考模型各层的主要功能参考模型各层的主要功能(3)表示表示层（presentation layer）：）：处理两理两个通信的个通信的计算机系算机系统的数据表示方式，的数据表示方式，完成数据的格式完成数据的格式变换、加密与解密、加密与解密、压缩与恢复与恢复;应用用层（application layer）是：）是：为应用用软件提供多种网件提供多种网络服服务，如文件服，如文件服务、数据数据库服服务、电子子邮件与其他服件与其他服务等。等。62OSI环境的基本概念环境的基本概念研究研究OSI参考模型参考模型时需要清楚它描述的范需要清楚它描述的范围，这个范个范围称称为OSI环境（境（OSI environment，OSIE）。）。63OSI环境中的数据传输的过程环境中的数据传输的过程641.6.3 TCP/IP参考模型的基本概念参考模型的基本概念TCP/IP协议的主要特点的主要特点开放的开放的协议标准；准；独立于特定的独立于特定的计算机硬件与操作系算机硬件与操作系统；独立于特定的网独立于特定的网络硬件，可以运行在局域网、硬件，可以运行在局域网、城域网与广域网，适用于网城域网与广域网，适用于网络互互联；统一的网一的网络地址分配方案，所有运行地址分配方案，所有运行TCP/IP协议的的设备都具有唯一的网都具有唯一的网络地址；地址；标准化的准化的应用用层协议，可以提供多种可靠的网，可以提供多种可靠的网络服服务。65OSI参考模型各层的主要功能参考模型各层的主要功能(3)表示表示层（presentation layer）：）：处理两理两个通信的个通信的计算机系算机系统的数据表示方式，的数据表示方式，完成数据的格式完成数据的格式变换、加密与解密、加密与解密、压缩与恢复与恢复;应用用层（application layer）是：）是：为应用用软件提供多种网件提供多种网络服服务，例如文件服，例如文件服务、数据数据库服服务、电子子邮件与其它服件与其它服务等。等。66TCP/IP参考模型的层次结构参考模型的层次结构67TCP/IP参考模型与参考模型与OSI参考模型的层次对应关系参考模型的层次对应关系应用用层（application layer）：）：应用用层与与OSI参考模型的参考模型的应用用层、表示、表示层与会与会话层对应；传输层（transport layer）：）：传输层与与OSI参参考模型的考模型的传输层对应；互互联网网络层（internet layer）：互）：互联网网络层与与OSI参考模型的网参考模型的网络层对应；主机主机-网网络层（host-to-network layer）：主机）：主机-网网络层与与OSI参考模型的数据参考模型的数据链路路层、物理、物理层对应。68TCP/IP参考模型各层的主要功能参考模型各层的主要功能主机主机-网网络层主机主机-网网络层是是TCP/IP参考模型的最低参考模型的最低层，它，它负责通通过网网络发送和接收送和接收IP数据数据报；主机主机-网网络层没有没有规定使用哪种定使用哪种协议，它采取开，它采取开放的策略，允放的策略，允许使用广域网、局域网与城域网使用广域网、局域网与城域网的各种的各种协议。任何一种。任何一种现有的和流行的低有的和流行的低层传输协议都可以与网都可以与网络层接口；接口；这一点体一点体现TCP/IP协议体系的开放性、兼容性，体系的开放性、兼容性，这也是也是TCP/IP协议成功的基成功的基础。69互联网络层互联网络层 互互联网网络层的的IP协议提供提供“尽力而尽力而为（best effort）”的网的网络分分组传输服服务；互互联网网络层的主要功能包括：的主要功能包括：处理来自理来自传输层的数据的数据发送送请求，将求，将传输层报文段封文段封装成装成IP数据数据报，启，启动路由路由选择算法，算法，选择适当的适当的发送送路径，并将数据路径，并将数据报转发到下一个到下一个结点；点；处理接收的数据理接收的数据报，检查接收分接收分组目的目的IP地址；如果地址；如果目的地址目的地址为本本结点的点的IP地址，地址，则除去除去报头将分将分组交送交送传输层处理；如果需要理；如果需要转发，选择发送路径并送路径并转发；处理互理互联网网络的路由的路由选择、流量控制与、流量控制与拥塞控制。塞控制。70传输层传输层传输层负责在会在会话的的进程之程之间建立和建立和维护端端-端的端的连接，接，实现网网络环境中分布式境中分布式进程程通信；通信；传输层定定义两种不同的两种不同的协议：传输控制控制协议（TCP）与用）与用户数据数据报协议（UDP）；）；TCP是一种可靠的、面向是一种可靠的、面向连接、面向字接、面向字节流（流（byte stream）的）的传输层协议；UDP是一种不可靠的无是一种不可靠的无连接接传输层协议。71应用层应用层TCP/IP应用用层基本的基本的协议为：远程登程登录协议（TELNET）实现远程登程登录功能。功能。文件文件传输协议（FTP）实现交互式文件交互式文件传输功能。功能。简单邮件件传输协议（SMTP）实现电子子邮件件传输功能。功能。域名系域名系统（DNS）实现网网络设备名字到名字到IP地址映射服地址映射服务功能。功能。简单网网络管理管理协议（SNMP）实现网网络设备的的监控与管控与管理功能。理功能。超文本超文本传输协议（HTTP）实现Web服服务功能。功能。72应用层协议与传输层协议的关系应用层协议与传输层协议的关系应用用层协议可以分可以分为3类：依依赖TCP协议的主要有的主要有TELNET、SMTP、FTP等；等；依依赖UDP协议的主要有的主要有SNMP、TFTP等；等；既依既依赖TCP又依又依赖UDP协议的主要有的主要有DNS。73一种建议的参考模型一种建议的参考模型本本书将采将采纳一种一种简化的化的层次参次参考模型；考模型；这种参考模型包括种参考模型包括5层，它比，它比OSI参考模型减少表示参考模型减少表示层与会与会话层，用数据，用数据链路路层与物理与物理层代替代替TCP/IP参考模型的主机参考模型的主机-网网络层。741.6.5 互联网协议标准、互联网协议标准、RFC文档与管理机构文档与管理机构751.7 我国互联网应用的发展我国互联网应用的发展我国互我国互联网网民数量增网网民数量增长情况情况截止到截止到2009年年6月底，我国网民数量已月底，我国网民数量已经达到达到3.38亿，居世界第一。，居世界第一。76我国互联网普及率的增长我国互联网普及率的增长2009年年6月，我国互月，我国互联网普及率达到网普及率达到25.5%，超，超过国国际互互联网平均普及率网平均普及率23.8%。由于我国的人口基数大，在互由于我国的人口基数大，在互联网普及率上与互网普及率上与互联网网应用用发展展较发达的美国、日本、达的美国、日本、韩国、俄国、俄罗斯相比有斯相比有一定的差距。一定的差距。771.7.2 我国互联网网民接入方式的变化我国互联网网民接入方式的变化2009年年6月底，我国网民采用月底，我国网民采用宽带方式接方式接入互入互联网的比例高达网的比例高达94.3%，宽带网民数网民数已达到已达到3.2亿。2009年年6月底，我国使用手机上网的网民月底，我国使用手机上网的网民上升到上升到1.55亿人，占网民数的人，占网民数的45.9%，手，手机网民机网民规模呈模呈现出迅速增出迅速增长的的势头。781.7.3 我国我国IP地址、域名、国际出口带宽增长情况地址、域名、国际出口带宽增长情况2009年年6月底，我国月底，我国IPv4 地址地址拥有数达到有数达到2.05亿个，年增个，年增长率达到率达到29.7%。2009年年6月底，我国注册的域名月底，我国注册的域名总量量为1.63亿个，其中个，其中.cn域名数量占我国域名域名数量占我国域名数量的数量的66.8%；的域名占的域名占25%。2009年年6月底，我国互月底，我国互联网国网国际出口出口带宽达到达到747.541Gbps，较2008年同期增年同期增长51.4%。791.7.4 我国互联网应用情况分析我国互联网应用情况分析排名排名应用应用使用率使用率类别类别 1网络音乐网络音乐85.5%网络娱乐网络娱乐 2网络新闻网络新闻78.7%信息获取信息获取 3即时通信即时通信72.2%交流沟通交流沟通 4搜索引擎搜索引擎69.4%信息获取信息获取 5网络视频网络视频65.8%网络娱乐网络娱乐 6网络游戏网络游戏64.2%网络娱乐网络娱乐 7电子邮件电子邮件55.4%交流沟通交流沟通 8博客应用博客应用53.8%交流沟通交流沟通 9论坛论坛/BBS30.4%交流沟通交流沟通 10网络购物网络购物26.0%商务交易商务交易 11网上支付网上支付22.4%商务交易商务交易 12网络炒股网络炒股10.4%商务交易商务交易 13旅行预订旅行预订4.1%商务交易商务交易80本章总结（本章总结（1 1）计算机网算机网络发展大致可以划分展大致可以划分为“4个个发展展阶段段”与与“3条条发展展主主线”；计算机网算机网络发展的第一个展的第一个阶段是网段是网络技技术与理与理论的准的准备阶段，第二个段，第二个阶段是网段是网络的形成，第三个的形成，第三个阶段是网段是网络体系体系结构的研究与构的研究与协议标准化准化阶段，段，第四个第四个阶段是互段是互联网网应用、无用、无线网网络与网与网络安全安全技技术的高速的高速发展展阶段；段；81本章总结（本章总结（2 2）网网络技技术发展的第一条主展的第一条主线是从是从ARPANET到互到互联网；第二条主网；第二条主线是从无是从无线分分组网到无网到无线自自组网网与无与无线传感器网感器网络的无的无线网网络技技术；伴随着前两；伴随着前两条主条主线同同时发展的第三条主展的第三条主线是网是网络安全技安全技术；互互联网网应用的用的发展基本上可以分成展基本上可以分成3个个阶段。第段。第一一阶段互段互联网只提供基本的网网只提供基本的网络服服务功能；第二功能；第二阶段是由于段是由于Web技技术的出的出现，使互，使互联网在网在电子政子政务、电子商子商务、远程医程医疗与与远程教育等方面得到程教育等方面得到快速的快速的发展；第三展；第三阶段的特点是：基于段的特点是：基于P2P网网络的的应用将互用将互联网网应用推向一个新的用推向一个新的阶段；段；82本章总结（本章总结（3 3）从从资源共享源共享观点来看，点来看，计算机网算机网络是是“以能相互以能相互共享共享资源的方式互源的方式互联起来的自治起来的自治计算机系算机系统的的集合集合”。按照覆盖的地理范按照覆盖的地理范围，计算机网算机网络可以分可以分为3种种类型：局域网、城域网与广域网。型：局域网、城域网与广域网。计算机网算机网络拓扑是通拓扑是通过网中网中结点与通信点与通信线路之路之间的几何关系表示网的几何关系表示网络结构。构。83本章总结（本章总结（4 4）OSI参考模型定参考模型定义网网络互互联的的7层框架，并框架，并详细规定每定每层的功能，以的功能，以实现开放系开放系统环境中的互境中的互联性、互操作性与性、互操作性与应用的可移植性；用的可移植性；TCP/IP协议具有开放性、独立于特定的具有开放性、独立于特定的计算机算机硬件与操作系硬件与操作系统，可以运行在局域网、广域网，可以运行在局域网、广域网，适用于网适用于网络的互的互联，对互互联网技网技术的的发展起到展起到奠基的作用。奠基的作用。84