計算機網(wǎng)絡(luò)概述,計算機教學(xué)比賽,計算機網(wǎng)絡(luò)的體系結(jié)構(gòu),電路交換,分組交換技術(shù)

第一章計算機網(wǎng)絡(luò)概述

教師：時間：2015年7月8號安徽中醫(yī)學(xué)院醫(yī)藥信息工程學(xué)院主要內(nèi)容計算機網(wǎng)絡(luò)在信息時代中的作用電路交換、分組交換技術(shù)計算機網(wǎng)絡(luò)的體系結(jié)構(gòu)一二三21世紀(jì)的一些重要特征就是數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化和信息化網(wǎng)絡(luò)現(xiàn)已成為信息社會的命脈和發(fā)展知識經(jīng)濟的重要基礎(chǔ)網(wǎng)絡(luò)是指“三網(wǎng)”，即電信網(wǎng)絡(luò)、有線電視網(wǎng)絡(luò)和計算機網(wǎng)絡(luò)。發(fā)展最快的并起到核心作用的是計算機網(wǎng)絡(luò)1.1計算機網(wǎng)絡(luò)在信息時代的作用因特網(wǎng)(Internet)的發(fā)展因特網(wǎng)商業(yè)化1986年NSF建立了NSFNET1983年ARPAnet分為ARPAnet和MILNET

1969年建立一個名為ARPANET的網(wǎng)絡(luò)

因特網(wǎng)的意義1因特網(wǎng)是自印刷術(shù)以來人類通信方面最大的變革3因特網(wǎng)縮短了人際交往的時間和空間，改變了人們的生活、工作、學(xué)習(xí)和交往方式，使世界發(fā)生了極大的變化2現(xiàn)在人們的生活、工作、學(xué)習(xí)和交往都已離不開因特網(wǎng)電路交換分組交換存儲轉(zhuǎn)發(fā)術(shù)語理解1.2電路交換、分組交換技術(shù)電路交換兩部電話機只需要用一對電線就能夠互相連接起來

更多的電話機互相連通5部電話機兩兩相連，需10對電線。N部電話機兩兩相連，需N(N–1)/2對電線。

使用交換機當(dāng)電話機的數(shù)量增多時，就要使用交換機來完成全網(wǎng)的交換任務(wù)。

…

交換機“交換”的含義在這里，“交換”(switching)的含義是：轉(zhuǎn)接——把一條電話線轉(zhuǎn)接到另一條電話線，使它們連通起來。從通信資源的分配角度來看，“交換”就是按照某種方式動態(tài)地分配傳輸線路的資源。電路交換的特點電路交換的三個階段：建立連接通信釋放連接所以,電路交換必定是面向連接的。((A通話前先撥號建立連接?？赡苤灰?jīng)過一個交換機（如A到B）可能要經(jīng)過多個交換機（如C到D）通話過程中，通信雙方一直占用所建立的連接。通話結(jié)束后，掛機釋放連接。交換機交換機交換機交換機((((((交換機交換機BCD電路交換傳送計算機數(shù)據(jù)效率低計算機數(shù)據(jù)具有突發(fā)性，這導(dǎo)致通信線路的利用率很低，浪費資源。傳統(tǒng)的電路交換的電信網(wǎng)雖然四通八達(dá)，但在戰(zhàn)爭期間，一旦正在通信的電路中有一個交換機或一條鏈路被炸毀，整個通信電路就必然中斷。如果改用迂回電路，必須要重新?lián)芴柦⑦B接，這就耽誤時間，造成很大的損失。分組交換針對電路交換的電信網(wǎng)的這一重大缺點，一種靈活的分組交換的計算機網(wǎng)絡(luò)問世了。分組交換的原理（一）在發(fā)送端，先把較長的報文(欲發(fā)送的整塊數(shù)據(jù))劃分成較短的、固定長度的數(shù)據(jù)段。報文1101000110101010110101011100010011010010假定這個報文較長不便于傳輸分組交換的原理（二）每一個數(shù)據(jù)段前面添加上首部構(gòu)成分組。數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)報文首部首部首部分組

1分組

2分組

3請注意：現(xiàn)在左邊是“前面”分組交換的原理（三）分組交換網(wǎng)以“分組”作為數(shù)據(jù)傳輸單元。依次把各分組發(fā)送到接收端（假定接收端在左邊）。數(shù)據(jù)首部分組

1數(shù)據(jù)首部分組

2數(shù)據(jù)首部分組

3分組首部的重要性每一個分組的首部都含有地址等控制信息。分組交換網(wǎng)中的結(jié)點交換機根據(jù)收到的分組的首部中的地址信息，把分組轉(zhuǎn)發(fā)到下一個結(jié)點交換機。用這樣的存儲轉(zhuǎn)發(fā)方式，最后分組就能到達(dá)最終目的地。分組交換的原理（四）接收端收到分組后剝?nèi)ナ撞窟€原成報文。數(shù)據(jù)首部分組

1數(shù)據(jù)首部分組

2數(shù)據(jù)首部分組

3收到的數(shù)據(jù)分組交換的原理（五）最后，在接收端把收到的數(shù)據(jù)恢復(fù)成為原來的報文。這里我們假定分組在傳輸過程中沒有出現(xiàn)差錯，在轉(zhuǎn)發(fā)時也沒有被丟棄。數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)報文1101000110101010110101011100010011010010數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)分組交換全過程在發(fā)送端把要發(fā)送的報文分隔為較短的數(shù)據(jù)塊每個塊增加帶有控制信息的首部構(gòu)成分組（包）依次把各分組發(fā)送到接收端接收端剝?nèi)ナ撞?，抽出?shù)據(jù)部分，還原成報文數(shù)據(jù)分組11010011101?

???????00101001110報文發(fā)送端首部分組數(shù)據(jù)首部分組首部數(shù)據(jù)發(fā)送發(fā)送發(fā)送在前發(fā)送接收端數(shù)據(jù)首部數(shù)據(jù)首部數(shù)據(jù)首部11010011101?

???????00101001110分組交換網(wǎng)的示意圖H1A分組交換網(wǎng)BDECH5H6H4H2H3H1向H5

發(fā)送分組H2向H6

發(fā)送分組注意分組路徑的變化！結(jié)點交換機主機分組的存儲轉(zhuǎn)發(fā)過程H1A分組交換網(wǎng)BDECH5H6H4H2H3H1

向

H5

發(fā)送分組結(jié)點交換機主機在結(jié)點交換機

A

暫存查找轉(zhuǎn)發(fā)表找到轉(zhuǎn)發(fā)的端口在結(jié)點交換機

C

暫存查找轉(zhuǎn)發(fā)表找到轉(zhuǎn)發(fā)的端口在結(jié)點交換機

E

暫存查找轉(zhuǎn)發(fā)表找到轉(zhuǎn)發(fā)的端口最后到達(dá)目的主機

H5分組交換的優(yōu)點高效動態(tài)分配傳輸帶寬，對通信鏈路是逐段占用。靈活以分組為傳送單位和查找路由。迅速不必先建立連接就能向其他主機發(fā)送分組；充分使用鏈路的帶寬。可靠完善的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議；自適應(yīng)的路由選擇協(xié)議使網(wǎng)絡(luò)有很好的生存性。分組交換帶來的問題分組在各結(jié)點存儲轉(zhuǎn)發(fā)時需要排隊，這就會造成一定的時延。分組必須攜帶的首部（里面有必不可少的控制信息）也造成了一定的開銷。計算機網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)的形成：相互通信的兩個計算機系統(tǒng)必須高度協(xié)調(diào)工作才行，而這種“協(xié)調(diào)”是相當(dāng)復(fù)雜的?！胺謱印笨蓪嫶蠖鴱?fù)雜的問題，轉(zhuǎn)化為若干較小的局部問題，而這些較小的局部問題就比較易于研究和處理。1.3計算機網(wǎng)絡(luò)的體系結(jié)構(gòu)劃分層次的必要性計算機網(wǎng)絡(luò)中的數(shù)據(jù)交換必須遵守事先約定好的規(guī)則。這些規(guī)則明確規(guī)定了所交換的數(shù)據(jù)的格式以及有關(guān)的同步問題（同步含有時序的意思）。為進行網(wǎng)絡(luò)中的數(shù)據(jù)交換而建立的規(guī)則、標(biāo)準(zhǔn)或約定即網(wǎng)絡(luò)協(xié)議(networkprotocol)，簡稱為協(xié)議。劃分層次的概念舉例計算機

1

向計算機

2

通過網(wǎng)絡(luò)發(fā)送文件?？梢詫⒁龅墓ぷ鬟M行如下的劃分。第一類工作與傳送文件直接有關(guān)。確信對方已做好接收和存儲文件的準(zhǔn)備。雙方協(xié)調(diào)好一致的文件格式。兩個計算機將文件傳送模塊作為最高的一層。剩下的工作由下面的模塊負(fù)責(zé)。兩個計算機交換文件文件傳送模塊計算機

1計算機

2文件傳送模塊只看這兩個文件傳送模塊好像文件及文件傳送命令是按照水平方向的虛線傳送的把文件交給下層模塊進行發(fā)送把收到的文件交給上層模塊再設(shè)計一個通信服務(wù)模塊文件傳送模塊計算機

1計算機

2文件傳送模塊只看這兩個通信服務(wù)模塊好像可直接把文件可靠地傳送到對方把文件交給下層模塊進行發(fā)送把收到的文件交給上層模塊通信服務(wù)模塊通信服務(wù)模塊再設(shè)計一個網(wǎng)絡(luò)接入模塊文件傳送模塊計算機

1計算機

2文件傳送模塊通信服務(wù)模塊通信服務(wù)模塊網(wǎng)絡(luò)接入模塊網(wǎng)絡(luò)接入模塊通信網(wǎng)絡(luò)網(wǎng)絡(luò)接口網(wǎng)絡(luò)接口網(wǎng)絡(luò)接入模塊負(fù)責(zé)做與網(wǎng)絡(luò)接口細(xì)節(jié)有關(guān)的工作例如，規(guī)定傳輸?shù)膸袷剑瑤淖畲箝L度等。五層協(xié)議的體系結(jié)構(gòu)應(yīng)用層(applicationlayer)運輸層(transportlayer)網(wǎng)絡(luò)層(networklayer)數(shù)據(jù)鏈路層(datalinklayer)物理層(physicallayer)數(shù)據(jù)鏈路層5應(yīng)用層4運輸層3網(wǎng)絡(luò)層2數(shù)據(jù)鏈路層1物理層5432154321計算機

1AP2AP1計算機

2應(yīng)用進程數(shù)據(jù)先傳送到應(yīng)用層加上應(yīng)用層首部，成為應(yīng)用層

PDU5432154321計算機

1AP2AP1計算機

2應(yīng)用層PDU再傳送到運輸層加上運輸層首部，成為運輸層報文5432154321計算機

1AP2AP1計算機

2運輸層報文再傳送到網(wǎng)絡(luò)層加上網(wǎng)絡(luò)層首部，成為IP數(shù)據(jù)報（或分組）5432154321計算機

1AP2AP1計算機

2IP數(shù)據(jù)報再傳送到數(shù)據(jù)鏈路層加上鏈路層首部和尾部，成為數(shù)據(jù)鏈路層幀5432154321計算機

1AP2AP1計算機

2數(shù)據(jù)鏈路層幀再傳送到物理層最下面的物理層把比特流傳送到物理媒體應(yīng)用層(applicationlayer)5432154321物理傳輸媒體計算機

1AP2AP1電信號（或光信號）在物理媒體中傳播從發(fā)送端物理層傳送到接收端物理層計算機

25432154321計算機

1AP2AP1計算機

2物理層接收到比特流，上交給數(shù)據(jù)鏈路層5432154321計算機

1AP2AP1計算機

2數(shù)據(jù)鏈路層剝?nèi)撞亢蛶膊咳〕鰯?shù)據(jù)部分，上交給網(wǎng)絡(luò)層5432154321計算機

1AP2AP1計算機

2網(wǎng)絡(luò)層剝?nèi)ナ撞?，取出?shù)據(jù)部分上交給運輸層5432154321計算機

1AP2AP1計算機

2運輸層剝?nèi)ナ撞?，取出?shù)據(jù)部分上交給應(yīng)用層5432154321計算機

1AP2AP1計算機

2應(yīng)用層剝?nèi)ナ撞?，取出?yīng)用程序數(shù)據(jù)上交給應(yīng)用進程5432154321計算機

1AP2AP1計算機

2我收到了

AP1

發(fā)來的應(yīng)用程序數(shù)據(jù)！5432154321計算機

1AP2AP1計算機

2應(yīng)用程序數(shù)據(jù)應(yīng)用層首部H510100110100101比特流110101110101注意觀察加入或剝?nèi)ナ撞浚ㄎ膊浚┑膶哟螒?yīng)用程序數(shù)據(jù)H5應(yīng)用程序數(shù)據(jù)H4H5應(yīng)用程序數(shù)據(jù)H3H4H5應(yīng)用程序數(shù)據(jù)H4運輸層首部H3網(wǎng)絡(luò)層首部H2鏈路層首部T2鏈路層尾部5432154321計算機

1AP2AP1計算機

210100110100101比特流110101110101計算機2的物理層收到比特流后交給數(shù)據(jù)鏈路層H2T2H3H4H5應(yīng)用程序數(shù)據(jù)H3H4H5應(yīng)用程序數(shù)據(jù)5432154321計算機

1AP2AP1計算機

2數(shù)據(jù)鏈路層剝?nèi)撞亢蛶膊亢蟀褞臄?shù)據(jù)部分交給網(wǎng)絡(luò)層H2T2H3H4H5應(yīng)用程序數(shù)據(jù)H4H5應(yīng)用程序數(shù)據(jù)H3H4H5應(yīng)用程序數(shù)據(jù)5432154321計算機

1AP2AP1計算機

2網(wǎng)絡(luò)層剝?nèi)シ纸M首部后把分組的數(shù)據(jù)部分交給運輸層H5應(yīng)用程序數(shù)據(jù)H