計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)課件：ch1 概述-1

1、1,計算機(jī)網(wǎng)絡(luò),2,教材及參考書,教材 計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)(第4版)，Andrew S.Tanenbaum著，潘愛民譯，清華大學(xué)出版社 參考書 計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)： 自頂向下方法(第3版)，JAMES F. KUROSE KEITH W. ROSS著，陳鳴等譯，機(jī)械工業(yè)出版社 計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)與因特網(wǎng)(第4版), DOUGLAS E.COMER著 ，林生譯，機(jī)械工業(yè)出版社 用TCP/IP進(jìn)行網(wǎng)際互連 第一卷-原理、協(xié)議與結(jié)構(gòu)(第5版)，Douglas E.Comer著，林瑤等譯，電子工業(yè)出版社 TCP/IP詳解 卷一：協(xié)議，W.Richard Stevens著，范建華等譯，機(jī)械工業(yè)出版社,3,主要內(nèi)容,概述 物理層

2、 數(shù)據(jù)鏈路層 介質(zhì)訪問控制子層 網(wǎng)絡(luò)層 傳輸層 應(yīng)用層,4,Ch1 概 述,計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用 網(wǎng)絡(luò)硬件 網(wǎng)絡(luò)軟件 參考模型 網(wǎng)絡(luò)實(shí)例 網(wǎng)絡(luò)標(biāo)準(zhǔn)化,5,計算機(jī)網(wǎng)絡(luò),計算機(jī)網(wǎng)絡(luò) 用通信線路將分散在不同地點(diǎn)并具有獨(dú)立功能的多臺計算機(jī)系統(tǒng)互相連接，按照網(wǎng)絡(luò)協(xié)議進(jìn)行數(shù)據(jù)通信，實(shí)現(xiàn)資源共享的信息系統(tǒng) 通信線路 將各個計算機(jī)連接起來的傳輸介質(zhì)和互連設(shè)備 資源共享 硬件、軟件、信息資源等資源的共享 計算機(jī)之間相互獨(dú)立 連網(wǎng)的計算機(jī)不能強(qiáng)制性地控制另一臺計算機(jī) 網(wǎng)絡(luò)協(xié)議 指通信雙方關(guān)于如何進(jìn)行通信的一種約定,6,計算機(jī)網(wǎng)絡(luò),與分布式系統(tǒng)的區(qū)別 計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)：以共享資源為主要目的，各計算機(jī)獨(dú)立工作，向用戶呈現(xiàn)分散系統(tǒng)

3、 分布式系統(tǒng)：以提高整體性能為主要目的，強(qiáng)調(diào)多計算機(jī)系統(tǒng)的整體性，各計算機(jī)協(xié)調(diào)自治工作，向用戶呈現(xiàn)整體系統(tǒng)。如：萬維網(wǎng) 分布式系統(tǒng)是建立于網(wǎng)絡(luò)之上的軟件系統(tǒng)，它們的區(qū)別更多取決于軟件（特別是操作系統(tǒng)），而不是硬件,7,1.1 計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用,商業(yè)應(yīng)用 家庭應(yīng)用 移動用戶 社會問題,8,商業(yè)應(yīng)用,資源共享（resource sharing） 物理資源共享 信息共享,一個網(wǎng)絡(luò)，包括兩個客戶機(jī)、一個服務(wù)器和一個打印機(jī),9,商業(yè)應(yīng)用,強(qiáng)大的通信媒介(communication medium) E-mail 視頻會議 電子商務(wù)（e-commerce) 公司間的電子商務(wù) 公司與客戶間的電子商務(wù)等,10,

4、家庭應(yīng)用,訪問遠(yuǎn)程信息 瀏覽Web 在線圖書館等 個人間通信 電子郵件（E-mail） 即時消息（如：QQ等） 對等通信（P2P）,對等通信（P2P）,11,家庭應(yīng)用,交互式娛樂 視頻點(diǎn)播（video on demand） 網(wǎng)絡(luò)游戲 電子商務(wù) 家庭購物 訪問金融機(jī)構(gòu),12,移動用戶,無線網(wǎng)絡(luò)和移動計算并不相同,無線網(wǎng)絡(luò)和移動計算的組合,13,社會問題,不良信息發(fā)布 網(wǎng)絡(luò)犯罪,14,1.2 網(wǎng)絡(luò)硬件,計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)按距離尺寸分類 局域網(wǎng) 城域網(wǎng) 廣域網(wǎng) 因特網(wǎng),15,按距離尺寸分類,處理器間的距離 處理器所在的位置 例子,16,局域網(wǎng)（Local Area Network）,主要特征 范圍：一個建筑

5、物內(nèi)或一個校園內(nèi)，也可遠(yuǎn)到幾千米 傳輸特點(diǎn):延遲低（微妙或納秒量級），很少有傳輸錯誤 傳輸技術(shù)：10Mbps-10Gbps， 拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)： 總線型，環(huán)型，星型等,17,城域網(wǎng)（Metropolitan Area Network）,一個基于有線電視的城域網(wǎng) 無線城域網(wǎng) IEEE 802.16 (WiMax),18,廣域網(wǎng)（Wide Area Network）,跨越了一個很大的地域，通常包括一個國家或一個洲 廣域網(wǎng)包含了大量的機(jī)器稱為主機(jī)，這些主機(jī)通過通信子網(wǎng)連接起來,19,廣域網(wǎng),通信子網(wǎng)（簡稱子網(wǎng)）的功能 把消息從主機(jī)傳到另一臺主機(jī) 廣域網(wǎng)中子網(wǎng)由兩個獨(dú)立部分組成 傳輸線和交換單元,主機(jī)和通信子

6、網(wǎng)間的關(guān)系,20,互聯(lián)網(wǎng),互聯(lián)網(wǎng)（internetwork或internet） 一組相互連接起來的網(wǎng)絡(luò) Internet（因特網(wǎng)） 特定的、世界范圍內(nèi)的互聯(lián)網(wǎng),21,1.2 網(wǎng)絡(luò)硬件,計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)按距離尺寸分類 局域網(wǎng) 城域網(wǎng) 廣域網(wǎng) 因特網(wǎng) 計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)按傳輸技術(shù)分類 廣播式網(wǎng)絡(luò)(broadcast network） 點(diǎn)到點(diǎn)網(wǎng)絡(luò)(point-to-point network),22,廣播式網(wǎng)絡(luò),特點(diǎn) 只有一個通信信道，網(wǎng)上所有機(jī)器共享該信道 任何一臺機(jī)器發(fā)送的分組都可以被其他所有機(jī)器接收到 分組的地址域指明該分組應(yīng)被哪臺機(jī)器接收 一臺機(jī)器收到了一個分組后，檢查地址域；如果該分組是發(fā)送給它的，則處

7、理該分組，否則忽略該分組 關(guān)鍵技術(shù) 介質(zhì)訪問控制方法 注意 兩個以上機(jī)器同時發(fā)送會產(chǎn)生沖突,23,廣播式網(wǎng)絡(luò),廣播（broadcasting） 分組的地址域中使用一個特殊編碼，分組傳輸給網(wǎng)絡(luò)上的所有機(jī)器,24,廣播式網(wǎng)絡(luò),多播（multicasting） 分組傳輸給網(wǎng)上所有機(jī)器的一個子集,25,點(diǎn)到點(diǎn)網(wǎng)絡(luò),特點(diǎn) 一條線路連接二臺網(wǎng)絡(luò)互連設(shè)備（點(diǎn)到點(diǎn)） 二臺機(jī)器的傳輸要經(jīng)過多臺網(wǎng)絡(luò)互連設(shè)備（一般情況下） 采用存儲、轉(zhuǎn)發(fā)方式進(jìn)行信息傳輸（一般情況下） 二臺機(jī)器的傳輸有多條路徑可供選擇（一般情況下） 關(guān)鍵技術(shù) 路由選擇 ( Routing ),26,點(diǎn)到點(diǎn)網(wǎng)絡(luò),單播 只有一個發(fā)送方和一個接收方的點(diǎn)到

8、點(diǎn)傳播模式,27,1.2 網(wǎng)絡(luò)硬件,計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)按距離尺寸分類 局域網(wǎng) 城域網(wǎng) 廣域網(wǎng) 因特網(wǎng) 計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)按傳輸技術(shù)分類 廣播式網(wǎng)絡(luò)(broadcast network） 點(diǎn)到點(diǎn)網(wǎng)絡(luò)(point-to-point network) 什么傳輸技術(shù)適用于什么范圍的網(wǎng)絡(luò)？,28,無線網(wǎng)絡(luò)（Wireless Networks）,分類 系統(tǒng)互聯(lián) 通過短距離的無線電，將一臺計算機(jī)的各部件連起來（藍(lán)牙） 無線LAN（IEEE 802.11） 無線WAN（蜂窩無線網(wǎng)絡(luò)、IEEE 802.16）,(a)藍(lán)牙配置 (b)無線LAN,29,家庭網(wǎng)絡(luò)（Home Network）,家庭網(wǎng)絡(luò) 將來大多數(shù)家庭都將會建立起一個

9、網(wǎng)絡(luò)環(huán)境，家庭中的每一個設(shè)備都具備與其他設(shè)備通信的能力，通過Internet可以訪問所有這些設(shè)備 家庭網(wǎng)絡(luò)的屬性 網(wǎng)絡(luò)與設(shè)備必須易于安裝 網(wǎng)絡(luò)與設(shè)備必須易于操作 低的價格 網(wǎng)絡(luò)需要具備足夠的傳輸能力 安全性和可靠性非常重要,30,1.3 網(wǎng)絡(luò)軟件,協(xié)議層次 接口與服務(wù) 各層的設(shè)計問題 面向連接的服務(wù)和無連接的服務(wù) 服務(wù)和協(xié)議的關(guān)系,31,提出背景計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的復(fù)雜性、異質(zhì)性 多種通信媒介有線、無線 不同種類的設(shè)備主機(jī)、路由器、交換機(jī)、復(fù)用設(shè)備、 不同的操作系統(tǒng)Unix、Windows 不同的軟/硬件、接口和通信約定（協(xié)議） 不同的應(yīng)用環(huán)境固定、移動 不同種類業(yè)務(wù)分時、交互、實(shí)時 寶貴的投資和積累

10、有形、無形 用戶業(yè)務(wù)的延續(xù)性不允許出現(xiàn)大的跌宕起伏 它們互相交織，形成了非常復(fù)雜的系統(tǒng)應(yīng)用環(huán)境。,1.3.1 協(xié)議層次,32,對于復(fù)雜的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，用什么方法能合理地組織網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)，以達(dá)到： 結(jié)構(gòu)清晰 簡化設(shè)計與實(shí)現(xiàn) 便于更新與維護(hù) 較強(qiáng)的獨(dú)立性和適應(yīng)性,解決：分而治之！ 一個生活中的例子：,1.3.1 協(xié)議層次,33,哲學(xué)家-翻譯-秘書結(jié)構(gòu),34,哲學(xué)家-翻譯-秘書結(jié)構(gòu),消息,選擇語言,選擇傳真,35,哲學(xué)家-翻譯-秘書結(jié)構(gòu),消息,選擇語言,選擇傳真,一系列的步驟 層次的觀點(diǎn)： 每層實(shí)現(xiàn)一種特定的服務(wù) 通過自己內(nèi)部的功能 依賴自己的下層提供的服務(wù),36,哲學(xué)家-翻譯-秘書結(jié)構(gòu),消息,選擇語言,

11、選擇傳真,每層都向上一層提供特定的服務(wù) 每層都把實(shí)現(xiàn)服務(wù)的細(xì)節(jié)對上一層屏蔽 一方的第n層與另一方的第n層對話 對應(yīng)層的實(shí)體稱為對等體 對話中用到的規(guī)則和約定統(tǒng)稱為第n層協(xié)議 每層都通過接口享受下一層提供的服務(wù),37,問題： 兩個哲學(xué)家之間、兩個翻譯之間，他們是在直接通信嗎？ 翻譯、秘書各向誰提供什么樣的服務(wù)？ 一方的哲學(xué)家與翻譯、翻譯與秘書之間的接口改變對另一方有影響嗎？ 一方換翻譯/秘書對通信有影響嗎？,消息,選擇語言,選擇傳真,哲學(xué)家-翻譯-秘書結(jié)構(gòu),38,1.3.1 協(xié)議層次,舉例2：郵政特快專遞模型,39,層次化方法在其它領(lǐng)域的應(yīng)用,程序設(shè)計 把一個大的程序分解為若干個層次的小模塊來實(shí)

12、現(xiàn)，如操作系統(tǒng)，抽象數(shù)據(jù)類型、數(shù)據(jù)封裝及面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計。 郵政系統(tǒng) 郵遞員、郵政分局、郵政總局、郵政運(yùn)輸 銀行系統(tǒng) 物流系統(tǒng) ,40,1.3.1 協(xié)議層次,分層的好處 每一層不需要知道下一層是如何實(shí)現(xiàn)的，只需要知道層間的接口和所提供的服務(wù) 當(dāng)某一層協(xié)議發(fā)生改變時不影響上下層協(xié)議 結(jié)構(gòu)上分開，各層可采用最適合的技術(shù) 易于實(shí)現(xiàn)和維護(hù) 促進(jìn)標(biāo)準(zhǔn)化,41,計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)的定義,計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)中也采用了分層方法。把復(fù)雜的問題劃分為若干個較小的、單一的局部問題，在不同層上予以解決。 網(wǎng)絡(luò)的層次結(jié)構(gòu)方法要解決的問題： 網(wǎng)絡(luò)應(yīng)該具有哪些層次？每一層的功能是什么？（分層與功能） 各層之間的關(guān)系是怎樣的？它們?nèi)?/p>

13、何進(jìn)行交互？（服務(wù)與接口） 通信雙方的數(shù)據(jù)傳輸要遵循哪些規(guī)則？（協(xié)議）,42,計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)中，層和協(xié)議的集合被稱為計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)。 換句話說：體系結(jié)構(gòu)包括兩個內(nèi)容：分層結(jié)構(gòu)與每層的協(xié)議。 每層實(shí)現(xiàn)的細(xì)節(jié)和層間的接口規(guī)范并不屬于網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)的內(nèi)容。 最早的網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)源于IBM的SNA； 其它的網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)還有DEC的DNA等 由國際化標(biāo)準(zhǔn)組織ISO制定的網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)國際標(biāo)準(zhǔn)是OSI/RM； 實(shí)際中應(yīng)用最廣泛的是TCP/IP體系結(jié)構(gòu) 事實(shí)上的標(biāo)準(zhǔn),計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)的定義,43,協(xié)議,人際交流的協(xié)議: 人類之間 “現(xiàn)在幾點(diǎn)了?” “10點(diǎn).” 說明發(fā)送的消息 說明接收到某消息后所應(yīng)采取的行動

14、說明動作的次序,通信協(xié)議: 計算機(jī)之間 網(wǎng)絡(luò)中所有的通信活動都是由協(xié)議所控制,協(xié)議： 定義網(wǎng)絡(luò)實(shí)體間發(fā)送和接收報文的格式、順序以及當(dāng)傳送和接收消息時應(yīng)采取的行動。（語義、語法和時序）,44,人相互交流的協(xié)議和通信協(xié)議之間的對比,45,通信協(xié)議的三要素,語義 對協(xié)議中各協(xié)議元素的含義的解釋，例如： 在HDLC協(xié)議中，標(biāo)志Flag(7EH)表示報文的開始和結(jié)束 在BSC協(xié)議中，SOH(01H)表示報文的開始，STX(02H)表示報文正文的開始，ETX(03H)表示報文正文的結(jié)束 語法 協(xié)議元素與數(shù)據(jù)的組合格式，即報文格式。例如： 時序 通信過程中，通信雙方操作的執(zhí)行順序和規(guī)則,BSC,HDLC,4

15、6,t,t,時序例,47,1.3.1 協(xié)議層次,協(xié)議 計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的同等層次中，通信雙方進(jìn)行信息交換時必須遵守的規(guī)則和約定 第n層協(xié)議 一臺機(jī)器上的第n層與另一臺機(jī)器上的第n層進(jìn)行對話，對話中用到的規(guī)則和約定合起來稱為第n層協(xié)議,48,1.3.1 協(xié)議層次,對等體 不同機(jī)器里包含對應(yīng)層的實(shí)體，對等體用協(xié)議進(jìn)行通信 接口 定義了下層向上層提供哪些原語操作和服務(wù) 網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu) 層和協(xié)議的集合 協(xié)議棧 一個特定系統(tǒng)所使用的一組協(xié)議（每層一個協(xié)議） 注 物理介質(zhì)上進(jìn)行的是實(shí)通信 對等體間進(jìn)行的是虛擬通信,層、協(xié)議和接口,49,對等層通信的實(shí)質(zhì),網(wǎng)絡(luò)分層體系結(jié)構(gòu)原理禁止不同主機(jī)的對等層之間進(jìn)行直接通信。(想一想，為什么?),實(shí)際上，每一層必須依靠下層提供的服務(wù)來與另一臺主機(jī)的對等層通信。 上層使