計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)-概論要點課件

計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)

ComputerNetworksCOURSE7/20/20231CN-Chapter1課程介紹前導(dǎo)課程:操作系統(tǒng),程序設(shè)計,計算機(jī)通信等；后續(xù)課程:與數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)相結(jié)合,支撐信息系統(tǒng)及分布信息系統(tǒng)的技術(shù).學(xué)習(xí)方法:注重概念和體系結(jié)構(gòu)vs網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的復(fù)雜性了解新的、具體的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)vs網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的抽象性7/20/20232CN-Chapter1課程介紹教材

計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)（第二版），謝希仁，電子工業(yè)出版社,1999.參考書計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)（中譯本,第三版），AndrewS.Tanenbaum,熊桂喜等譯，清華大學(xué)出版社。ComputerNetwork:AsystemApproach,2E,LarryL.Petersonetal,(中英文版).ComputerNetworksandInternets,2E,DouglasE.Comer,(中英文版).7/20/20233CN-Chapter1第一章概論1.1計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)與信息時代1.2計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展1.3計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的概念1.4計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的類型1.5計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用1.6協(xié)議與體系結(jié)構(gòu)1.7網(wǎng)絡(luò)標(biāo)準(zhǔn)7/20/20234CN-Chapter11.1計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)與信息時代18世紀(jì)-機(jī)械系統(tǒng)伴隨工業(yè)革命19世紀(jì)-蒸汽機(jī)時代20世紀(jì)-關(guān)鍵技術(shù)之一：信息收集、處理和分布21世紀(jì)－信息時代和生物技術(shù)=>計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)成為信息社會的命脈和基礎(chǔ)7/20/20235CN-Chapter11.1計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)與信息時代美國的NII：國家信息基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)；GII全球信息基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)。信息高速公路。本課程主題：計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)：系統(tǒng)、概念、結(jié)構(gòu)和設(shè)計7/20/20236CN-Chapter11.2計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展一、通信與計算機(jī)的結(jié)合聯(lián)機(jī)系統(tǒng)－主機(jī)＋遠(yuǎn)程終端＋傳輸設(shè)備＋電話線路＋電話交換。－>產(chǎn)生面向終端的計算機(jī)通信系統(tǒng)。電路交換的特點：預(yù)先分配傳輸帶寬通路需預(yù)先建立不適合突發(fā)式和間歇性的計算機(jī)數(shù)據(jù)傳統(tǒng)的電路交換技術(shù)不適合計算機(jī)數(shù)據(jù)的傳輸7/20/20237CN-Chapter11.2計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展二、分組交換網(wǎng)的出現(xiàn)“存儲轉(zhuǎn)發(fā)”概念的提出－(64.8)美國Rand公司的PaulBaran在其研究報告“論分布式通信”中提出?！胺纸M”名詞提出－(66.6)NPL的Davies。分組交換的特點采用存儲轉(zhuǎn)發(fā)技術(shù)動態(tài)分配傳輸帶寬，適合于傳輸突發(fā)性計算機(jī)數(shù)據(jù)不需事先建立直通的物理信道7/20/20238CN-Chapter11.2計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展二、分組交換網(wǎng)的出現(xiàn)7/20/20239CN-Chapter11.2計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展二、分組交換網(wǎng)的出現(xiàn)資源子網(wǎng)通信之網(wǎng)7/20/202310CN-Chapter11.2計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的產(chǎn)生與發(fā)展三、ARPANET60年代中期，美國DoD要建立在核戰(zhàn)爭中生存的指揮和控制網(wǎng)絡(luò)。傳統(tǒng)的電路交換認(rèn)為不可靠。DoD屬下的ARPA(AdvancedResearchProjectsAgency)最終選擇了分組交換網(wǎng)絡(luò)。1969年12月，ARPANET投入運行。7/20/202311CN-Chapter11.2計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展三、ARPANETARPANET網(wǎng)的成功和發(fā)展使計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的概念發(fā)生了根本變化。面向終端的計算機(jī)通信系統(tǒng)發(fā)展成為計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。83年，ARPANET分解出軍用部分：MILNET。7/20/202312CN-Chapter11.2計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展三、ARPANET86年，美國國家科學(xué)基金會NFS圍繞六個大型計算機(jī)中心建立NSFNET，覆蓋全美主要大學(xué)和研究機(jī)構(gòu)。NSFNET和ARPANET互聯(lián)，連接的計算機(jī)和用戶指數(shù)增長。TCP/IP成為唯一的網(wǎng)絡(luò)標(biāo)準(zhǔn)。80年代中期，人們開始把網(wǎng)絡(luò)的集合看成是網(wǎng)際網(wǎng)internet，即Internet。7/20/202313CN-Chapter11.2計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展三、ARPANETInternet在中國又稱“因特網(wǎng)”。90年，ARPANET被新的后續(xù)網(wǎng)絡(luò)替代而正式關(guān)閉。如果一臺機(jī)器運行TCP/IP協(xié)議棧，具有IP地址、并且能夠向Internet上的所有其它機(jī)器發(fā)送IP分組，那么這臺機(jī)器就在Internet上。7/20/202314CN-Chapter11.2計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展四、網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)的形成74年，IBM的系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)SNA。77年，ISO的開放系統(tǒng)互連參考模型OSI/RM。然而OSI/RM失敗了。Internet用的是TCP/IP體系結(jié)構(gòu)。本課程將關(guān)注于TCP/IP及其應(yīng)用。7/20/202315CN-Chapter11.3計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的概念定義一：獨立自治，相互連接的計算機(jī)集合。(aninterconnectedcollectionofautonomouscomputers)

-AndrewS.Tanenbaum“ComputerNetwork”自治的計算機(jī)：非主從關(guān)系、獨立的計算機(jī)。聯(lián)機(jī)系統(tǒng)不是計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)。7/20/202316CN-Chapter11.3計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的概念定義二：以資源共享為目的，利用通信手段將地域上相對分散的若干臺獨立計算機(jī)系統(tǒng)、終端設(shè)備和數(shù)據(jù)設(shè)備連接起來，并在協(xié)議的控制下進(jìn)行數(shù)據(jù)交換的系統(tǒng)。資源子網(wǎng)通信子網(wǎng)一系列協(xié)議7/20/202317CN-Chapter11.3計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的概念分布系統(tǒng)與計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的區(qū)別分布系統(tǒng)：多個自治計算機(jī)的存在對用戶是透明的。OS選擇最優(yōu)處理器執(zhí)行任務(wù)；查找和傳送輸入文件到目的處理器；并把結(jié)果送到合適的地方。它是用建立在網(wǎng)絡(luò)之上的軟件系統(tǒng)。網(wǎng)絡(luò)：用戶必須顯式地登錄到一臺計算機(jī)上，顯式地遠(yuǎn)程提交作業(yè)和移動文件。二者區(qū)別在于軟件，而不是硬件。7/20/202318CN-Chapter11.4計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的類型一、按交換功能分類電路交換、報文交換、分組交換、混合交換。二、按傳輸技術(shù)分類廣播網(wǎng)絡(luò)網(wǎng)絡(luò)上所有機(jī)器共享通信信道7/20/202319CN-Chapter11.4計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的類型小型本地網(wǎng)絡(luò)一般用廣播網(wǎng)絡(luò)。本身具有BroadcastingandMulticasting能力.點到點網(wǎng)絡(luò)機(jī)器按點連接構(gòu)成的網(wǎng)絡(luò)。大規(guī)模網(wǎng)絡(luò)通常使用這種形式。三、按拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)分類星、環(huán)、樹、全連通、相切環(huán)、不規(guī)則7/20/202320CN-Chapter11.4計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的類型點到點網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)7/20/202321CN-Chapter11.4計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的類型常見的廣播式網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu):(a)bus;(b)ring7/20/202322CN-Chapter11.4計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的類型四、按規(guī)模分類7/20/202323CN-Chapter11.4計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的類型四、按規(guī)模分類LAN(LocalAreaNetwork)-局域網(wǎng)。MAN（MetropolitanAreaNetwork)-城域網(wǎng)。范圍處于廣域網(wǎng)和局域網(wǎng)之間。WAN(WideAreaNetwork)-廣域網(wǎng)。7/20/202324CN-Chapter11.4計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的類型五、按信道性質(zhì)分類有線網(wǎng)絡(luò)：雙絞、電纜、光纜無線網(wǎng)絡(luò)（wireless）無線網(wǎng)絡(luò)與移動計算的聯(lián)系和區(qū)別：移動計算可以不用無線網(wǎng)絡(luò)，e.g.Hotel無線網(wǎng)絡(luò)不僅僅支持移動計算：大樓里固定計算機(jī)的聯(lián)網(wǎng)。7/20/202325CN-Chapter11.5計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的用途一、公司用途資源共享(sharing)－程序、設(shè)備、數(shù)據(jù)高可靠性(reliability)－文件和數(shù)據(jù)的多址備份；計算機(jī)資源的可替代。性價比高(savingmoney)－計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)與大型機(jī)系統(tǒng)。7/20/202326CN-Chapter11.5計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的用途一、公司用途可擴(kuò)展性(scalability)－計算機(jī)能力和用戶數(shù)量的擴(kuò)展。與面向終端的系統(tǒng)相比，網(wǎng)絡(luò)的擴(kuò)展有明顯優(yōu)勢。交流媒介(communicationmedium)－雇員之間協(xié)作工作。7/20/202327CN-Chapter11.5計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的用途二、個人通信遠(yuǎn)程信息存?。瓕h(yuǎn)程數(shù)據(jù)庫和Web信息的存取。個人之間的通信－Email,視頻會議，IP電話等。交互娛樂－VoD、交互直播電視、觀眾遠(yuǎn)程參與的娛樂節(jié)目、多人實時仿真游戲。7/20/202328CN-Chapter11.6協(xié)議與體系結(jié)構(gòu)1.6.1分層的網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)復(fù)雜的計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)，其結(jié)構(gòu)最好采用層次式。每一層建立在下層之上。層的目的是向上層提供一定的服務(wù)，屏蔽底層的細(xì)節(jié)。計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)各層及其協(xié)議的集合稱為網(wǎng)絡(luò)的體系結(jié)構(gòu)(architecture)。7/20/202329CN-Chapter11.6.1分層的網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)示例：（郵局的例子）7/20/202330CN-Chapter11.6.1分層的網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)示例：7/20/202331CN-Chapter11.6.2網(wǎng)絡(luò)的原理體系結(jié)構(gòu)1.層次劃分OSI七層體系結(jié)構(gòu)：復(fù)雜不實用，但概念清楚。相反，TCP/IP：協(xié)議廣泛使用，但是模型不完整。－>綜合的一種五層原理體系結(jié)構(gòu)。7/20/202332CN-Chapter11.6.2網(wǎng)絡(luò)的原理體系結(jié)構(gòu)原理體系結(jié)構(gòu)7/20/202333CN-Chapter11.6.2網(wǎng)絡(luò)的原理體系結(jié)構(gòu)物理層：在物理信道上透明傳輸原始比特機(jī)械、電氣、過程特性數(shù)據(jù)單位：bit數(shù)據(jù)鏈路層在相鄰節(jié)點提供無差錯的數(shù)據(jù)傳輸功能幀損壞、丟失和重復(fù)問題；流量控制問題LAN中的共享信道訪問（介質(zhì)控制子層）數(shù)據(jù)單位：Frame7/20/202334CN-Chapter11.6.2網(wǎng)絡(luò)的原理體系結(jié)構(gòu)網(wǎng)絡(luò)層子網(wǎng)的運行控制。仍然是機(jī)器之間的關(guān)系，但是涉及到源到目的之間的網(wǎng)絡(luò)。路由選擇問題（從源到目的）擁塞控制通信子網(wǎng)互連廣播網(wǎng)絡(luò)中，路由選擇問題很簡單，因此網(wǎng)絡(luò)層很弱，甚至不存在數(shù)據(jù)單位：Packet7/20/202335CN-Chapter11.6.2網(wǎng)絡(luò)的原理體系結(jié)構(gòu)傳送層在不同主機(jī)的進(jìn)程之間提供可靠的、有效的數(shù)據(jù)傳輸流量控制問題（與低層不同）報文較長時，先分割為若干分組，交下層（網(wǎng)絡(luò)層）傳輸?？煽康亩说蕉朔?wù)1－3層：Chained；4層以上：End-end。數(shù)據(jù)單位：Message7/20/202336CN-Chapter11.6.2網(wǎng)絡(luò)的原理體系結(jié)構(gòu)應(yīng)用層為用戶的應(yīng)用進(jìn)程提供服務(wù)提供應(yīng)用進(jìn)程所需的信息交換和遠(yuǎn)地操作應(yīng)用層不是解決用戶各種具體應(yīng)用的協(xié)議。例如：FTP，Telnetetc.7/20/202337CN-Chapter11.6.2網(wǎng)絡(luò)的原理體系結(jié)構(gòu)2.概念：實體、協(xié)議、服務(wù)、SAP實體（Entity）－任何可發(fā)送或接收信息的硬件或軟件進(jìn)程。協(xié)議（Protocol）－控制二個對等實體進(jìn)行通信的的規(guī)則和約定(rulesandconventions)語法：定義交換信息的格式語義：收發(fā)方的操作及過程。7/20/202338CN-Chapter11.6.2網(wǎng)絡(luò)的原理體系結(jié)構(gòu)7/20/202339CN-Chapter11.6.2網(wǎng)絡(luò)的原理體系結(jié)構(gòu)7/20/202340CN-Chapter11.6.2網(wǎng)絡(luò)的原理體系結(jié)構(gòu)對等(peer)層和對等實體－在網(wǎng)絡(luò)層次結(jié)構(gòu)中任何的二個同等層。處于對等層中的實體為對等實體。接口（Interface）－位于相鄰二層之間。定義下層向上層提供的原語操作和服務(wù)。服務(wù)（Service）－二個對等實體的通信使得本層能夠向上層提供服務(wù)。7/20/202341CN-Chapter11.6.2網(wǎng)絡(luò)的原理體系結(jié)構(gòu)協(xié)議是“水平”的；服務(wù)是“垂直”的。服務(wù)原語－通過層間交換一些命令，上層使用下層提供的服務(wù)。這些命令稱為服務(wù)原語。

Request,Indication,Response,Confirm服務(wù)訪問點（SAP）－同一系統(tǒng)中相鄰二層實體交互的地方。n層SAP就是n+1層可以訪問n層服務(wù)的地方。7/20/202342CN-Chapter11.6.2網(wǎng)絡(luò)的原理體系結(jié)構(gòu)SAP－一種邏輯接口；Socket概念；從SAP獲取服務(wù)。服務(wù)提供者和服務(wù)用戶(serviceproviderandserviceuser)－如果第n層向第n+1層提供服務(wù)，那么第n層為服務(wù)提供者，第n+1層為服務(wù)用戶。

7/20/202343CN-Chapter11.6.2網(wǎng)絡(luò)的原理體系結(jié)構(gòu)7/20/202344CN-Chapter11.6.2網(wǎng)絡(luò)的原理體系結(jié)構(gòu)7/20/202345CN-Chapter11.6.2網(wǎng)絡(luò)的原理體系結(jié)構(gòu)接口數(shù)據(jù)單元IDU：n+1層實體通過SAP把一個IDU傳遞給n層實體。IDU由SDU和接口控制信息ICI組成（例如SDU中的字節(jié)數(shù)）。服務(wù)數(shù)據(jù)單元SDU：是跨過網(wǎng)絡(luò)傳遞給對等實體，然后向上交給n+1層的信息。即(N)服務(wù)所要傳送的邏輯數(shù)據(jù)單元。協(xié)議數(shù)據(jù)單元PDU：對等層實體之間，為實現(xiàn)該層協(xié)議所交換的信息單元。7/20/202346CN-Chapter11.6.2網(wǎng)絡(luò)的原理體系結(jié)構(gòu)接口處層之間的關(guān)系7/20/202347CN-Chapter11.6.2網(wǎng)絡(luò)的原理體系結(jié)構(gòu)7/20/202348CN-Chapter11.6.2網(wǎng)絡(luò)的原理體系結(jié)構(gòu)N-SDUN-SDUN-PDUN-PDUN-PDUN-PDUN-PDUN-PDUN-SDUN-SDUN-SDUN-SDUsegmentationreassemblyN層SDU太大BlockingunblockingN層SDU太小7/20/202349CN-Chapter11.6.2網(wǎng)絡(luò)的原理體系結(jié)構(gòu)3.面向連接服務(wù)與無連接服務(wù)(1)面向連接服務(wù)（模擬電信系統(tǒng)）三個階段：建立連接、數(shù)據(jù)傳輸、釋放連接。服務(wù)類型可靠的面向連接服務(wù)報文序列：保持報文界限，e.g.頁序列字節(jié)流：沒有報文界限，e.g.遠(yuǎn)程登錄不可靠的面向連接服務(wù)（e.g.音頻流）7/20/202350CN-Chapter11.6.2網(wǎng)絡(luò)的原理體系結(jié)構(gòu)(2)無連接服務(wù)（模擬郵政系統(tǒng)）兩實體通信前，不需先建立連接。服務(wù)類型不可靠數(shù)據(jù)報(datagram-telegram)－不可靠無連接服務(wù)。（Besteffortdelivery）e.g.電子信函。證實交付－可靠的數(shù)據(jù)報服務(wù)。每個報文得到一個應(yīng)答。e.g.掛號郵件。請求回答－發(fā)送端發(fā)送一個包含請求的數(shù)據(jù)報，應(yīng)答數(shù)據(jù)報中包含回答。e.g.數(shù)據(jù)庫查詢。7/20/202351CN-Chapter11.6.3TCP/IP系統(tǒng)結(jié)構(gòu)四層：應(yīng)用、傳送、網(wǎng)際和網(wǎng)絡(luò)接口層。7/20/202352CN-Chapter11.6.3TCP/IP系統(tǒng)結(jié)構(gòu)應(yīng)用層為應(yīng)用提供服務(wù)。e.g.Telnet,FTP,SMTP。傳送層又稱主機(jī)到主機(jī)層。面向連接的TCP(TransmissionControlProtocol)無連接的UDP(UserDatagramProtocol)數(shù)據(jù)單位：message,stream.7/20/202353CN-Chapter11.6.3TCP/IP系統(tǒng)結(jié)構(gòu)網(wǎng)際層無連接的網(wǎng)際協(xié)議IP(InternetProtocol)數(shù)據(jù)單位：packetICMP,ARP,RARP網(wǎng)絡(luò)接口層－無具體說明。只是說主機(jī)必須通過某些協(xié)議連接到網(wǎng)絡(luò)上，以發(fā)送IP包。7/20/202354CN-Chapter11.6.3TCP/IP系統(tǒng)結(jié)構(gòu)TCP/IP模型中的協(xié)議和網(wǎng)絡(luò)7/20/202355CN-Chapter11.6.4OSI體系結(jié)構(gòu)七層體系結(jié)構(gòu)。在前面的原理體系結(jié)構(gòu)中的應(yīng)用層下增加兩個層次：會話層和表示層會話層－建立通信會話session，管理對話dialogue。例如：會話是單向的、雙向的，還是同時進(jìn)行的，非同時進(jìn)行的？會話中斷任何恢復(fù)？（e.g.傳大文件時）7/20/202356CN-Chapter11.6.4OSI體系結(jié)構(gòu)表示層－不象底層關(guān)心比特的可靠傳輸，它關(guān)心信息的語法和語義。例如，以標(biāo)準(zhǔn)的協(xié)商好的格式對數(shù)據(jù)編碼。交換的數(shù)據(jù)在不同的國家、地區(qū)，不同的機(jī)器上，其格式是不同的。為了使這些計算機(jī)能夠互相通信，交換的數(shù)據(jù)必須以一種抽象的方式定義，需要格式轉(zhuǎn)換。7/20/202357CN-Chapter11.6.4OSI體系結(jié)構(gòu)OSI參考模型7/20/202358CN-Chapter11.6.4OSI體系結(jié)構(gòu)OSI模型是任何使用的？7/20/202359CN-Chapter11.7網(wǎng)絡(luò)標(biāo)準(zhǔn)兩類標(biāo)準(zhǔn)：事實標(biāo)準(zhǔn)defacto(fromthefact)：已有但是沒有任何正式規(guī)劃的標(biāo)準(zhǔn)。例如：IBMPC，TCP/IP法律標(biāo)準(zhǔn)dejure(bylaw)：由某個權(quán)威標(biāo)準(zhǔn)化團(tuán)體采納的正式合法標(biāo)準(zhǔn)。國際標(biāo)準(zhǔn)化權(quán)威機(jī)構(gòu)：政府；民間。7/20/202360CN-Chapter11.7網(wǎng)絡(luò)標(biāo)準(zhǔn)一、電信業(yè)標(biāo)準(zhǔn)化組織ITU(InternationalTelecommunicationUnion)國際電信聯(lián)盟。三個分部：無線電通信(ITU-R)電信標(biāo)準(zhǔn)(ITU-T)電話和數(shù)據(jù)通信發(fā)展(ITU-D)56－93年，ITU-T稱為CCITT。7/20/2