計算機網絡導論

計算機網絡導論

楊松波第1頁，共58頁，2023年，2月20日，星期四

楊松波計算機網絡1概述2物理層3數據鏈路層4網絡層5運輸層6應用層第2頁，共58頁，2023年，2月20日，星期四

楊松波計算機網絡

在信息時代的作用21世紀的一些重要特征就是數字化、網絡化和信息化，它是一個以網絡為核心的信息時代。網絡現已成為信息社會的命脈和發(fā)展知識經濟的重要基礎。網絡是指“三網”，即電信網絡、有線電視網絡和計算機網絡。發(fā)展最快的并起到核心作用的是計算機網絡。第3頁，共58頁，2023年，2月20日，星期四

楊松波因特網(Internet)的發(fā)展進入20世紀90年代以后，以因特網為代表的計算機網絡得到了飛速的發(fā)展?，F在人們的生活、工作、學習和交往都已離不開因特網。

-藝術

-IT-商務、教育、體育、政府第4頁，共58頁，2023年，2月20日，星期四

楊松波計算機網絡向用戶提供的

最重要的功能連通性——計算機網絡使上網用戶之間都可以交換信息，好像這些用戶的計算機都可以彼此直接連通一樣。共享——即資源共享?？梢允切畔⒐蚕?、軟件共享，也可以是硬件共享。第5頁，共58頁，2023年，2月20日，星期四

楊松波因特網概述網絡(network)由若干結點(node)和連接這些結點的鏈路(link)組成?；ヂ?lián)網是“網絡的網絡”(networkofnetworks)。連接在因特網上的計算機都稱為主機(host)。第6頁，共58頁，2023年，2月20日，星期四

楊松波網絡與因特網網絡把許多計算機連接在一起。因特網則把許多網絡連接在一起。第7頁，共58頁，2023年，2月20日，星期四

楊松波1.2.2因特網發(fā)展的三個階段第一階段是從單個網絡ARPANET向互聯(lián)網發(fā)展的過程。1983年TCP/IP協(xié)議成為ARPANET上的標準協(xié)議。人們把1983年作為因特網的誕生時間。第8頁，共58頁，2023年，2月20日，星期四

楊松波Internet和Internet的區(qū)別以小寫字母i

開始的internet（互聯(lián)網或互連網）是一個通用名詞，它泛指由多個計算機網絡互連而成的網絡。以大寫字母I開始的的Internet（因特網）則是一個專用名詞，它指當前全球最大的、開放的、由眾多網絡相互連接而成的特定計算機網絡，它采用TCP/IP協(xié)議族作為通信的規(guī)則，且其前身是美國的ARPANET。第9頁，共58頁，2023年，2月20日，星期四

楊松波三級結構的因特網第二階段的特點是建成了三級結構的因特網。三級計算機網絡，分為主干網、地區(qū)網和校園網（或企業(yè)網）。第10頁，共58頁，2023年，2月20日，星期四

楊松波多層次ISP結構的因特網第三階段的特點是逐漸形成了多層次ISP結構的因特網。出現了因特網服務提供者ISP(InternetServiceProvider)。第11頁，共58頁，2023年，2月20日，星期四

楊松波路由器的重要任務路由器是實現分組交換(packetswitching)的關鍵構件，其任務是轉發(fā)收到的分組，這是網絡核心部分最重要的功能。第12頁，共58頁，2023年，2月20日，星期四

楊松波1.4計算機網絡在我國的發(fā)展(1)中國公用計算機互聯(lián)網CHINANET(2)中國教育和科研計算機網CERNET(3)中國科學技術網CSTNET(4)中國聯(lián)通互聯(lián)網UNINET(5)中國網通公用互聯(lián)網CNCNET(6)中國國際經濟貿易互聯(lián)網CIETNET(7)中國移動互聯(lián)網CMNET(8)中國長城互聯(lián)網CGWNET（建設中）(9)中國衛(wèi)星集團互聯(lián)網CSNET（建設中）第13頁，共58頁，2023年，2月20日，星期四

楊松波第14頁，共58頁，2023年，2月20日，星期四

楊松波計算機網絡的分類計算機網絡的不同定義最簡單的定義：計算機網絡是一些互相連接的、自治的計算機的集合。因特網(Internet)是“網絡的網絡”。幾種不同的類別的網絡按拓撲結構分類不同作用范圍的網絡

從網絡的使用者進行分類

第15頁，共58頁，2023年，2月20日，星期四

楊松波幾種不同類別的網絡按拓撲結構分類星型拓撲結構總線型拓撲結構環(huán)形拓撲結構網狀拓撲結構混合拓撲結構第16頁，共58頁，2023年，2月20日，星期四

楊松波幾種不同類別的網絡不同作用范圍的網絡廣域網WAN(WideAreaNetwork)城域網MAN(MetropolitanAreaNetwork)局域網LAN(LocalAreaNetwork)個人區(qū)域網PAN(PersonalAreaNetwork)

第17頁，共58頁，2023年，2月20日，星期四

楊松波2.不同使用者的網絡從網絡的使用者進行分類公用網(publicnetwork)專用網(privatenetwork)

第18頁，共58頁，2023年，2月20日，星期四

楊松波計算機網絡的性能指標1.速率比特（bit）是計算機中數據量的單位，也是信息論中使用的信息量的單位。Bit來源于binarydigit，意思是一個“二進制數字”，因此一個比特就是二進制數字中的一個1或0。速率即數據率(datarate)或比特率(bitrate)是計算機網絡中最重要的一個性能指標。速率的單位是b/s，或kb/s,Mb/s,Gb/s等速率往往是指額定速率或標稱速率。第19頁，共58頁，2023年，2月20日，星期四

楊松波2.帶寬“帶寬”(bandwidth)本來是指信號具有的頻帶寬度，單位是赫（或千赫、兆赫、吉赫等）?，F在“帶寬”是數字信道所能傳送的“最高數據率”的同義語，單位是“比特每秒”，或b/s(bit/s)。第20頁，共58頁，2023年，2月20日，星期四

楊松波常用的帶寬單位更常用的帶寬單位是千比每秒，即kb/s（103b/s）兆比每秒，即Mb/s（106b/s）吉比每秒，即Gb/s（109b/s）太比每秒，即Tb/s（1012b/s）請注意：在計算機界，K=210=1024M=220,G=230,T=240。

1B=8b1B/s=8b/s(或1Bps=8bps)

1KB=1024B1KB/s=1024B/s

1MB=1024KB1MB/s=1024KB/s

第21頁，共58頁，2023年，2月20日，星期四

楊松波3.吞吐量吞吐量(throughput)表示在單位時間內通過某個網絡（或信道、接口）的數據量。吞吐量更經常地用于對現實世界中的網絡的一種測量，以便知道實際上到底有多少數據量能夠通過網絡。吞吐量受網絡的帶寬或網絡的額定速率的限制。第22頁，共58頁，2023年，2月20日，星期四

楊松波4.時延(delay或latency)時延（delay或latency）數據從網絡的一段傳送到另一端所需的時間。發(fā)送時延傳播時延處理時延排隊時延第23頁，共58頁，2023年，2月20日，星期四

楊松波6.往返時間RTT往返時間RTT（Round-TripTime）從發(fā)送方發(fā)送數據開始，到發(fā)送方收到來自接收方的確認，總共經歷的時間第24頁，共58頁，2023年，2月20日，星期四

楊松波計算機網絡體系結構的形成網絡體系結構的內容：

-激活，使用信令確保發(fā)送的通路

-進行數據分析

-發(fā)送方對接收方的就緒檢測

-文件系統(tǒng)的格式轉換

-差錯控制

-其它第25頁，共58頁，2023年，2月20日，星期四

楊松波1.7計算機網絡的體系結構

1.7.1計算機網絡體系結構的形成網絡體系結構的內容發(fā)展：第一個階段：“群雄逐鹿”各公司擁有自己的網絡體系結構

-IBM的SNA（SystemNetworkArchitecture）

-Novell

造成大公司的壟斷，技術不兼容第26頁，共58頁，2023年，2月20日，星期四

楊松波1.7計算機網絡的體系結構

1.7.1計算機網絡體系結構的形成網絡體系結構的內容發(fā)展：第二個階段：OSI“一統(tǒng)天下”

OSI七層模型-ISOISO-國際標準化組織

InternationalStandardOrganizationOSI-開放系統(tǒng)互連基本參考模型

OpenSystemInterconnectionReferenceModel第27頁，共58頁，2023年，2月20日，星期四

楊松波1.7.3具有五層協(xié)議的體系結構OSI七層體系結構：應用層、表示層、會話層、運輸層、網絡層、數據鏈路層和物理層TCP/IP是四層的體系結構：應用層、運輸層、網際層和網絡接口層。五層協(xié)議的體系結構：應用層、運輸層、網絡層、數據鏈路層和物理層。第28頁，共58頁，2023年，2月20日，星期四

楊松波1.7.3具有五層協(xié)議的體系結構OSI七層模型物理層數據鏈路層網絡層傳輸層會話層表示層應用層物理層數據鏈路層網絡層傳輸層會話層表示層應用層第29頁，共58頁，2023年，2月20日，星期四

楊松波1.7.3具有五層協(xié)議的體系結構TCP/IP體系結構網絡接口層網絡層IP傳輸層（TCP、UDP）應用層（TELNET、FTP、SMTP）第30頁，共58頁，2023年，2月20日，星期四

楊松波五層協(xié)議的體系結構應用層(applicationlayer)運輸層(transportlayer)網絡層(networklayer)數據鏈路層(datalinklayer)物理層(physicallayer)數據鏈路層5應用層4運輸層3網絡層2數據鏈路層1物理層第31頁，共58頁，2023年，2月20日，星期四

楊松波五層協(xié)議的體系結構物理層數據鏈路層網絡層傳輸層會話層表示層應用層物理層數據鏈路層網絡層傳輸層應用層網絡接口層網絡層IP傳輸層（TCP、UDP）應用層（TELNET、FTP、SMTP）第32頁，共58頁，2023年，2月20日，星期四

楊松波五層協(xié)議的體系結構物理層的主要任務描述為確定與傳輸媒體的接口的一些特性，即：機械特性指明接口所用接線器的形狀和尺寸、引線數目和排列、固定和鎖定裝置等等。電氣特性指明在接口電纜的各條線上出現的電壓的范圍。功能特性指明某條線上出現的某一電平的電壓表示何種意義。過程特性指明對于不同功能的各種可能事件的出現順序。第33頁，共58頁，2023年，2月20日，星期四

楊松波物理層下面的傳輸媒體傳輸媒體分為兩類：導向傳輸媒體非導向傳輸媒體傳輸媒體（傳輸介質或傳輸媒介）：它是數據傳輸系統(tǒng)中在發(fā)送器和接收器之間的物理通路第34頁，共58頁，2023年，2月20日，星期四

楊松波導向傳輸媒體雙絞線同軸電纜光纜第35頁，共58頁，2023年，2月20日，星期四

楊松波2.3.1導向傳輸媒體雙絞線第36頁，共58頁，2023年，2月20日，星期四

楊松波2.3.1導向傳輸媒體同軸電纜第37頁，共58頁，2023年，2月20日，星期四

楊松波光纖的結構第38頁，共58頁，2023年，2月20日，星期四

楊松波非導向傳輸媒體無線傳輸所使用的頻段很廣。短波通信主要是靠電離層的反射，但短波信道的通信質量較差。微波在空間主要是直線傳播。地面微波接力通信衛(wèi)星通信第39頁，共58頁，2023年，2月20日，星期四

楊松波數據鏈路層數據鏈路層的主要功能：鏈路管理:數據鏈路的連接、維護、釋放。數據鏈路層使用的信道主要有以下兩種類型：點對點信道。這種信道使用一對一的點對點通信方式。（PPP協(xié)議）廣播信道。這種信道使用一對多的廣播通信方式，因此過程比較復雜。廣播信道上連接的主機很多，因此必須使用專用的共享信道協(xié)議來協(xié)調這些主機的數據發(fā)（CSMA/CD協(xié)議）第40頁，共58頁，2023年，2月20日，星期四

楊松波差錯檢測在傳輸過程中可能會產生比特差錯：1可能會變成0而0也可能變成1。在一段時間內，傳輸錯誤的比特占所傳輸比特總數的比率稱為誤碼率

BER(BitErrorRate)。誤碼率與信噪比有很大的關系。為了保證數據傳輸的可靠性，在計算機網絡傳輸數據時，必須采用各種差錯檢測措施。第41頁，共58頁，2023年，2月20日，星期四

楊松波循環(huán)冗余檢驗的原理基本原理：

-若m/p=n…….r,則有（m-r）的余數為0-使用模2除法。模2的運算規(guī)則：

01010110-則有（m+r）的余數為0第42頁，共58頁，2023年，2月20日，星期四

楊松波CRC校驗M=1101011011P=10011被除數應為：11010110110000運算MKbitP(n+1)bitM連接R(k+n)bitM.2n+R(k+n)bit第43頁，共58頁，2023年，2月20日，星期四

楊松波

1100001010

←

Q

(商)P(除數)→

1001111010110110000

←

2nM(被除數)

10011

10011

10011

10110

10011

10100

10011

1110

1110←R(余數)，作為FCS

循環(huán)冗余檢驗的原理說明110101101100001110

11010110111110第44頁，共58頁，2023年，2月20日，星期四

楊松波五層協(xié)議的體系結構第45頁，共58頁，2023年，2月20日，星期四

楊松波網絡層采用的設計思路網絡層向上只提供簡單靈活的、無連接的、盡最大努力交付的數據報服務。網絡在發(fā)送分組時不需要先建立連接。每一個分組（即IP數據報）獨立發(fā)送，與其前后的分組無關（不進行編號）。網絡層不提供服務質量的承諾。即所傳送的分組可能出錯、丟失、重復和失序（不按序到達終點），當然也不保證分組傳送的時限。第46頁，共58頁，2023年，2月20日，星期四

楊松波網絡層協(xié)議網際協(xié)議IP（InternetProtocol）是TCP/IP體系中兩個最主要的協(xié)議之一。與IP協(xié)議配套使用的還有四個協(xié)議：地址解析協(xié)議ARP(AddressResolutionProtocol)逆地址解析協(xié)議RARP(ReverseAddressResolutionProtocol)網際控制報文協(xié)議ICMP(InternetControlMessageProtocol)網際組管理協(xié)議IGMP(InternetGroupManagementProtocol)第47頁，共58頁，2023年，2月20日，星期四

楊松波運輸層的主要功能運輸層為應用進程之間提供端到端的邏輯通信（但網絡層是為主機之間提供邏輯通信）。運輸層還要對收到的報文進行差錯檢測。運輸層需要有兩種不同的運輸協(xié)議，即面向連接的TCP和無連接的UDP。

第48頁，共58頁，2023年，2月20日，星期四

楊松波TCP/IP的運輸層有兩個不同的協(xié)議：(1)用戶數據報協(xié)議UDP (UserDatagramProtocol)(2)傳輸控制協(xié)議TCP (TransmissionControlProtocol)5.1.2運輸層的兩個主要協(xié)議第49頁，共58頁，2023年，2月20日，星期四

楊松波應用層應用層的具體內容就是規(guī)定應用進程在通信時所遵循的協(xié)議。第50頁，共58頁，2023年，2月20日，星期四

楊松波頂級域名TLD

(TopLevelDomain)(1)國家頂級域名nTLD：如:.cn表示中國，.us表示美國，.uk表示英國，等等。(2)通用頂級域名gTLD：最早的頂級域名是：

.com（公司和企業(yè)）

.net（網絡服務機構）

.org（非贏利性組織）

.edu（美國專用的教育機構（）

.gov（美國專用的政府部門）

.mil（美國專用的軍事部門）

.int（國際組織）第51頁，共58頁，2023年，2月20日，星期四

楊松波應用層的協(xié)議文件傳送協(xié)議

FTP(FileTransferProtocol)是因特網上使用得最廣泛的文件傳送協(xié)議。簡單文件傳送協(xié)議TFTP

(TrivialFileTransferProtocol)，是一個很小且易于實現的文件傳送協(xié)議。第52頁，共58頁，2023年，2月20日，星期四

楊松波6.3按遠程終端協(xié)議TELNETTELNET是一個簡單的遠程終端協(xié)議，也是因特網的正式標準。用戶用TELNET就可在其所在地通過TCP連接注冊（即登錄）到遠地的另一個主機上（使用主機名或IP地址）。TELNET能將用戶的擊鍵傳到遠地主機，同時也能將遠地主機的輸出通過TCP連接返回到用戶屏幕。這種服務是透明的，因為用戶感覺到好像鍵盤和顯示器