zyj-第1講 計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)概述

2012-2013學(xué)年第2學(xué)期主講教師：趙玉娟計(jì)算機(jī)通信網(wǎng)絡(luò)課程的任務(wù)、目的和基本要求專業(yè)選修課，主要介紹計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的基本概念、基本原理和方法。使學(xué)生掌握計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的基本概念、基本原理、基本方法，理解網(wǎng)絡(luò)分層體系結(jié)構(gòu)、網(wǎng)絡(luò)協(xié)議設(shè)計(jì)原理與工作機(jī)理。具備一定的網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)與分析、網(wǎng)絡(luò)組建、網(wǎng)絡(luò)運(yùn)維管理等網(wǎng)絡(luò)技術(shù)應(yīng)用能力，以及較好的網(wǎng)絡(luò)工程素養(yǎng)，為從事計(jì)算機(jī)及數(shù)據(jù)通信網(wǎng)絡(luò)相關(guān)領(lǐng)域的技術(shù)研發(fā)、工程應(yīng)用等打下良好基礎(chǔ)。課程教學(xué)強(qiáng)調(diào)培養(yǎng)學(xué)生的獨(dú)立思考能力、科學(xué)思維方法和求知創(chuàng)新精神。課程相關(guān)資源教材：計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)（第3版）.吳功宜編著.清華大學(xué)出版社參考教材《計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)（第5版）》.謝希仁著.電子工業(yè)出版社，2008年《計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)（第5版）》.AndrewS.Tanenbaum

著.清華大學(xué)出版社，2012年《計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)自頂向下方法（原書第四版）》，JamesF.Kurose,Keith

W.Ross著，陳鳴等譯，人民郵電出版社，2009教材介紹AndrewS.Tanenbaum，計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)（第5版），機(jī)械工業(yè)出版社[中/英]JamesF.Kurose，計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)自頂向下方法，機(jī)械工業(yè)出版社謝希仁，計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)（第5版），電子工業(yè)出版社本課程選用教材：吳功宜，計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)（第3版），清華大學(xué)出版社

實(shí)驗(yàn)安排實(shí)驗(yàn)安排：第11-15周，周四第1大節(jié)；電子郵箱：zhaoyujuan@教學(xué)安排教學(xué)時數(shù)：54學(xué)時（44/10）教學(xué)方式：理論授課+上機(jī)實(shí)踐考試及成績：學(xué)期末閉卷筆試；總分100平時成績：10%（考勤/作業(yè)）實(shí)驗(yàn)成績：20%（上機(jī)操作/實(shí)驗(yàn)報(bào)告）期末筆試：70%第1章計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)概述學(xué)習(xí)目標(biāo)學(xué)習(xí)目標(biāo)：了解網(wǎng)絡(luò)及Internet基本概念和特點(diǎn)，了解計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)常用分類，了解計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的性能指標(biāo)。本章要點(diǎn)：計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)基本概念和特點(diǎn)，Internet組成和發(fā)展，計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)分類。計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的性能指標(biāo)。目錄計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)基本概念計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的產(chǎn)生和演變計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的性能指標(biāo)1計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)基本概念什么是計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)？計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)是“以相互共享資源的方式互聯(lián)起來的自治計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的集合”。網(wǎng)絡(luò)(network)由若干結(jié)點(diǎn)(node)和連接這些結(jié)點(diǎn)的鏈路(link)組成。結(jié)點(diǎn)鏈路廣義觀點(diǎn)的定義：以傳輸信息為目的，用通信線路將多個計(jì)算機(jī)連接起來的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的集合。資源共享觀點(diǎn)的定義：以相互共享資源的方式互聯(lián)起來的自治計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的集合用戶透明性觀點(diǎn)的定義：存在著一個能為用戶自動管理資源的網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)，由它調(diào)用完成用戶任務(wù)所需要的資源，而整個網(wǎng)絡(luò)像一個大的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)一樣對用戶是透明的。1計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)基本概念計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的主要特征：組建計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的主要目的是實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)資源的共享；互聯(lián)的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)是自治的系統(tǒng)；聯(lián)網(wǎng)計(jì)算機(jī)之間的通信必須遵循共同的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議。1計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)基本概念Computernetwork、internet、Internet與Intranet的區(qū)別與聯(lián)系：計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)（computernetwork）是指用通信技術(shù)將大量獨(dú)立計(jì)算機(jī)系統(tǒng)互聯(lián)起來的集合。網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)（internet,internetworking）是將多個計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)成大型網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的技術(shù)術(shù)語。Internet或因特網(wǎng)、互聯(lián)網(wǎng)是專有名詞，專指目前廣泛應(yīng)用、覆蓋了全世界的大型網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。Intranet指一些內(nèi)部的專用網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。1計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)基本概念計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)分類不同作用范圍的網(wǎng)絡(luò)廣域網(wǎng)WAN(WideAreaNetwork)城域網(wǎng)MAN(MetropolitanAreaNetwork)局域網(wǎng)LAN(LocalAreaNetwork)個人區(qū)域網(wǎng)PAN(PersonalAreaNetwork)1計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)基本概念計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)分類從網(wǎng)絡(luò)的使用者進(jìn)行分類公用網(wǎng)(publicnetwork)專用網(wǎng)(privatenetwork)1計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)基本概念計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)涞亩x因特網(wǎng)中各種網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)都會具備某一種網(wǎng)絡(luò)拓?fù)渌灿械奶卣?。為了研究?fù)雜的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，需要掌握網(wǎng)絡(luò)拓?fù)洌╪etworktopology）的基本知識。理解網(wǎng)絡(luò)拓?fù)渲R，需要注意以下幾個問題：拓?fù)鋵W(xué)是幾何學(xué)的一個分支，它是從圖論演變過來的。計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)涫峭ㄟ^網(wǎng)中節(jié)點(diǎn)與通信線路之間的幾何關(guān)系表示網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)涫侵竿ㄐ抛泳W(wǎng)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。1計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)基本概念計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)涞姆诸惻c特點(diǎn)基本的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)溆形宸N：星形、環(huán)形、總線型、樹狀和網(wǎng)狀干線耦合器環(huán)形網(wǎng)集線器星形網(wǎng)總線網(wǎng)樹形網(wǎng)目錄計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)基本概念計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的產(chǎn)生和演變計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的性能指標(biāo)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的產(chǎn)生和演變1.以主機(jī)為中心的聯(lián)機(jī)終端網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)缺點(diǎn)：主機(jī)負(fù)荷重——數(shù)據(jù)處理＋通信； 線路利用率低。改進(jìn)：終端集中器； 前端處理機(jī)（FEP)，或稱通信控制處理機(jī)（CCP）。例子：飛機(jī)訂票系統(tǒng)HOST(航空公司總部)Terminals(訂票點(diǎn))通信線路(電話線路)2.以通信子網(wǎng)為中心的主機(jī)互連特征多個終端聯(lián)機(jī)系統(tǒng)的互聯(lián)，形成了多主機(jī)為中心的網(wǎng)絡(luò)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)從“主機(jī)-終端”轉(zhuǎn)變?yōu)椤爸鳈C(jī)-主機(jī)”有兩種連接形式：計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的產(chǎn)生和演變CCP負(fù)責(zé)網(wǎng)絡(luò)上的通信控制和處理，由它們組成了帶有通信功能的內(nèi)層網(wǎng)絡(luò)，即通信子網(wǎng)主機(jī)負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)處理，它們構(gòu)成了網(wǎng)絡(luò)的資源子網(wǎng)。2.以通信子網(wǎng)為中心的主機(jī)互連例子：因特網(wǎng)的前身——ARPANet（高級研究計(jì)劃局）分組交換技術(shù)的誕生早期的線路交換廣泛應(yīng)用于電話線路；1964年提出的分組交換，適用于計(jì)算機(jī)通信網(wǎng)的數(shù)據(jù)傳輸，也是現(xiàn)代因特網(wǎng)技術(shù)的基礎(chǔ)之一。計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的產(chǎn)生和演變3.具有層次化體系結(jié)構(gòu)的標(biāo)準(zhǔn)化網(wǎng)絡(luò)為什么需要標(biāo)準(zhǔn)化？不同網(wǎng)絡(luò)設(shè)備之間的兼容性和互操作性是推動網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)的標(biāo)準(zhǔn)化的原動力標(biāo)準(zhǔn)化過程的演變 廠商標(biāo)準(zhǔn)：IBM-SNA（系統(tǒng)化網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)），DEC-DNA（數(shù)字網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)）缺點(diǎn)：適用范圍（同樣存在兼容性的問題）

技術(shù)壟斷（很容易形成壟斷）

標(biāo)準(zhǔn)不統(tǒng)一（影響了用戶的利益）計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的產(chǎn)生和演變3.具有層次化體系結(jié)構(gòu)的標(biāo)準(zhǔn)化網(wǎng)絡(luò)標(biāo)準(zhǔn)化的時機(jī)各廠商、研究機(jī)構(gòu)、大學(xué)在網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、方法、理論等方面的研究日趨成熟是其基礎(chǔ)國際標(biāo)準(zhǔn)OpenSystemInterconnection/ReferenceModel(開放系統(tǒng)互聯(lián)參考模型，簡稱OSI參考模型)事實(shí)上的標(biāo)準(zhǔn)：TCP/IP(因特網(wǎng)的骨干協(xié)議)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的產(chǎn)生和演變4.Internet的應(yīng)用與高速網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展Internet對推動世界科學(xué)、文化、經(jīng)濟(jì)和社會的發(fā)展有著不可估量的作用。同時，高速網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展也引起了人們越來越多的注意。1993年，美國政府宣布了國家信息基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)計(jì)劃，即信息高速公路。隨后，很多國家也紛紛開始制定各自的信息高速公路的建設(shè)計(jì)劃。計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的產(chǎn)生和演變1969年美國國防部建立的ARPANet網(wǎng)用于軍事實(shí)驗(yàn)。1984年ARPANet分解成兩部分：民用科研網(wǎng)（ARPANet）和軍用計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)（MILNet）。1986年NSFNet（NationalScienceFoundation，美國國家科學(xué)基金會）建立，NSFNet接管ARPANet并改名Internet。該網(wǎng)絡(luò)由美國13個主干結(jié)點(diǎn)構(gòu)成，主干結(jié)點(diǎn)向下連接各個地區(qū)網(wǎng)，再連到各個大學(xué)的校園網(wǎng)，采用TCP/IP作為統(tǒng)一的通信協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)。最初，NSFNet的主干網(wǎng)的速率不高，僅為56kbit/s。之前，Internet被嚴(yán)格限制在科技、教育和軍事領(lǐng)域，目的促進(jìn)科學(xué)技術(shù)和教育的發(fā)展而建立的；1991年后，Internet轉(zhuǎn)為商用。

因特網(wǎng)的產(chǎn)生和發(fā)展名詞解析ISP（InternetServiceProvider，因特網(wǎng)服務(wù)提供商）萬維網(wǎng)WWW(WorldWideWeb)在因特網(wǎng)上的廣泛使用，大大方便了廣大非網(wǎng)絡(luò)專業(yè)人員對網(wǎng)絡(luò)的使用，成為因特網(wǎng)的這種指數(shù)級增長的主要驅(qū)動力。1996年，美國的一些研究機(jī)構(gòu)和34所大學(xué)提出研制和創(chuàng)建新一代因特網(wǎng)的設(shè)想，即“下一代因特網(wǎng)計(jì)劃（NGI計(jì)劃）”我國互聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用的發(fā)展我國互聯(lián)網(wǎng)發(fā)展?fàn)顩r數(shù)據(jù)由中國互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)信息中心（CNNIC）組織調(diào)查、統(tǒng)計(jì)。調(diào)查統(tǒng)計(jì)的內(nèi)容主要包括：中國網(wǎng)民人數(shù)、互聯(lián)網(wǎng)普及率，以及網(wǎng)民結(jié)構(gòu)特征、上網(wǎng)條件、上網(wǎng)行為、互聯(lián)網(wǎng)基礎(chǔ)資源等方面的基本情況。2013年1月15日，中國互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)信息中心（CNNIC）在京發(fā)布了《第31次中國互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)發(fā)展?fàn)顩r統(tǒng)計(jì)報(bào)告》。網(wǎng)民規(guī)模增速放緩，手機(jī)網(wǎng)民增幅明顯；家庭接入網(wǎng)絡(luò)比例超九成，手機(jī)微博用戶近三分之二；網(wǎng)購和團(tuán)購保持高增長率，手機(jī)端商務(wù)應(yīng)用迅速擴(kuò)張。CERNet簡介中國教育和科研計(jì)算機(jī)網(wǎng)CERNET是由國家投資建設(shè)，教育部負(fù)責(zé)管理，清華大學(xué)等高等學(xué)校承擔(dān)建設(shè)和管理運(yùn)行的全國性學(xué)術(shù)計(jì)算機(jī)互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)。它主要面向教育和科研單位，是全國最大的公益性互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)。CERNET分四級管理，分別是全國網(wǎng)絡(luò)中心；地區(qū)網(wǎng)絡(luò)中心和地區(qū)主結(jié)點(diǎn)；省教育科研網(wǎng)；校園網(wǎng)。CERNET全國網(wǎng)絡(luò)中心設(shè)在清華大學(xué)，負(fù)責(zé)全國主干網(wǎng)的運(yùn)行管理。28計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)發(fā)展的三條主線主線1ARPANET----TCP/IP----Internet主線2無線分組網(wǎng)----無線自組網(wǎng)----無線傳感器網(wǎng)絡(luò)主線3網(wǎng)絡(luò)安全技術(shù)目錄計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)基本概念計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的產(chǎn)生和演變計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的性能指標(biāo)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的主要性能指標(biāo)帶寬（bandwidth）原指某個信號具有的頻帶寬度，單位是赫茲（用于傳送模擬信號）；當(dāng)傳送數(shù)字信號時，人們將“寬帶”作為數(shù)字信道所能傳送的“最高數(shù)據(jù)傳輸速率”的同義詞。單位：bit/s（bps）；常用單位：kbit/s、Mbit/s、Gbit/s、Tbit/s描述帶寬也常常把“比特/秒”省略；例如，“線路的帶寬是10M”，實(shí)際指10Mb/s；比較：計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)中的數(shù)據(jù)傳輸單位M指的是106計(jì)算機(jī)系統(tǒng)內(nèi)的數(shù)據(jù)存儲單位M指的是220延時(delay或latency)延時是描述網(wǎng)絡(luò)性能的重要參數(shù)之一。網(wǎng)絡(luò)延時包括發(fā)送延時、傳播延時、排隊(duì)延時與處理延時。發(fā)送延時:發(fā)送數(shù)據(jù)時，數(shù)據(jù)塊從結(jié)點(diǎn)進(jìn)入到傳輸媒體所需要的時間。也就是從發(fā)送數(shù)據(jù)幀的第一個比特算起，到該幀的最后一個比特發(fā)送完畢所需的時間。發(fā)送延時=數(shù)據(jù)塊長度（比特）信道帶寬（比特/秒）延時(delay或latency)傳播延時：電磁波在信道中需要傳播一定的距離而花費(fèi)的時間。信號發(fā)送速率和信號在信道上的傳播速率是完全不同的概念。傳播延時=信道長度（米）信號在信道上的傳播速率（米/秒）三種延時所產(chǎn)生的地方從結(jié)點(diǎn)A向結(jié)點(diǎn)B發(fā)送數(shù)據(jù)1011001…發(fā)送器隊(duì)列在鏈路上產(chǎn)生傳播延時結(jié)點(diǎn)

B結(jié)點(diǎn)

A在發(fā)送器產(chǎn)生發(fā)送延時在結(jié)點(diǎn)

A中產(chǎn)生處理延時和排隊(duì)延時數(shù)據(jù)鏈路延時(delay或latency)處理延時：交換結(jié)點(diǎn)為存儲轉(zhuǎn)發(fā)而進(jìn)行一些必要的處理所花費(fèi)的時間。數(shù)據(jù)經(jīng)歷的總延時就是發(fā)送延時、傳播延時、處理延時之和：注意：在總延時中，究竟是哪一種延時占主導(dǎo)地位，需要具體問題具體分析?？傃訒r=發(fā)送延時+傳播延時+排隊(duì)延時+處理延時舉例說明：例1：有一個長度為100M字節(jié)（M=220）的待發(fā)送數(shù)據(jù)塊在帶寬為1Mbps（M=220）的信道上，發(fā)送延時為： 100×1048576×8÷106bps

=838.9s（約14min）若用光纖將這個數(shù)據(jù)塊傳送至1000km遠(yuǎn)的計(jì)算機(jī)，傳播延時: 106÷（2.0×108m/s）=5ms本例中，總延時主要由發(fā)送延時來決定，舉例說明：例2：待發(fā)送的數(shù)據(jù)僅為1個字節(jié)（8bit）在1Mbps的信道上，發(fā)送延時為： 8÷106bps=8μm當(dāng)傳播延時同樣為