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计算机通信与网络技术 本课程主要教学内容： l计算机网络的分类、协议与体系结构 l物理层 l数据链路层 l局域网 l广域网 l网络互连技术 l运输层 l应用层 对该课程的学习要求 l掌握计算机网络的基本概念，熟悉计算机网 络的基本技术，理解计算机网络的工作原理 。 l面对高速发展的网络技术，具有积极动手、 主动跟踪、继续学习的基础和能力。 课程进度安排 l10周16周，28个讲授课时，4个实 验课时 l教材：计算机网络教程，谢希仁 l考核方式：闭卷考试70%，实验20%， 作业10% 第1讲 计算机网络基础 知识 1.1 计算机网络的分类 1.1.1 计算机网络的定义 l计算机网络的精确定义并未统一。关于计算机网络 的最简单的定义是：一些互相连接的、自治的计算 机的集合。 l更准确的定义：凡是将地址位置不同，并具有独立 功能的计算机系统通过通信设备和线路连接起来， 以功能完善的网络软件实现在网络中资源共享和信 息交换的系统，称为计算机网络系统。 1.1.2 计算机网络的几种分类方法 电路交换：用模拟信道的连接在 线路上传输信息 l 电路交换要求在通信的双方之间建立一条实际的物理 通路，并且在整个通信过程中，这条通路被独占。这种 联网方式称为面向连接的（connection-oriented），过 程为“建立连接、通信、释放连接”。 缓冲存储 信息处理 和转发 输入 输出 存储交换：数字化网络；存储-转 发方式 标志：表示帧的开始和结束 地址：包括源地址和目的地址 控制：报文类型和功能 信息：传送的数据 FCS：帧校验码 标志地址信息控制FCS 标志 报文（帧） 报文交换每次是无需通过物理连接而建立通信信道的。这种 联网方式称为无连接的（connectionless）。 报文交换：不定长报文为单位 分组交换（包交换）：定常报文 为单位分组传输 集中式（星型结构） 分布式（网状结构） 1.1.2 计算机网络的几种分类方法 1.2 计算机网络的主要 性能指标 1.2.1 带宽（bandwidth） l“带宽”本来的意思是指某个信号具有的频带 宽度。带宽的单位是赫兹(Hz)、千赫(kHz)、 兆赫(MHz)等。 l对于数字信道，“带宽”是指在信道上(或一段 链路上)能够传送的数字信号的速率，即数据 率或比特率。比特(bit)是计算机中的数据的 最小单元，它也是信息量的度量单位。带宽 的单位就是比特每秒(bit/s)。 l带宽有时也称为吞吐量。 1.2.2 时延（delay） l时延(delay或latency)是指一个报文或分组从 一个网络(或一条链路)的一端传送到另一端 所需的时间。 l总时延 = 传播时延 + 发送时延 + 排队时延 三类时延的计算方法 l传播时延=信道长度/信道上电磁波的传播速率 l发送时延=数据块长度/信道带宽 l排队时延：取决于网络通信量 数据流量的强度 = La/R R=链路带宽 (b/s) L=分组长度 (bits) a=平均分组到达速率 三种时延在实际中的产生示意 1.2.3 时延带宽积和往返时延 l时延带宽积=(传播时延)*(带宽),。链路的时延带宽积 又称为以比特为单位的链路长度。 1.2.3 时延带宽积和往返时延 l往返时延RTT (Round-Trip Time)也是一个重 要的性能指标，它表示从发送端发送数据开 始，到发送端收到来自接收端的确认，总共 经历的时延。 l往返时延带宽积的意义 1.3 计算机网络的协议 1.3.1 网络协议的概念 l计算机系统互相通信是需要规则的 l规则的制定：从SNA到OSI/RM l规则的推广：TCP/IP协议簇成为事实上的国 际标准 重要的规则制定者 l美国国家标准协会（ANSI） l国际电工委员会（IEC） l国际电信联盟（ITU） l电子工业协会（EIA） l电气和电子工程师协会（IEEE） l国际标准化组织（ISO） l国家标准和技术协会（NIST） l国际商用机器公司（IBM） 什么是协议? 人际交往的协议和计算机网络协议: Hi Hi Got the time? 2:00 TCP connection req. TCP connection reply. Get /index.htm time 一.计算机协议的概念 为进行网络中的数据交换而建立的规则、 标准或约定即称为网络协议。一个网络协议 主要由以下三个要素组成： （1）语法，即数据与控制信息的结构或格式 ； （2）语义，即需要发出何种控制信息，完成 何种动作以及做出何种响应； （3）同步，即事件实现顺序的详细说明。 二.协议的特点 1.分层 网络系统体系结构是有层次的，通信协议也 被分为多个层次，在每个层次内又可分成若干子 层次，协议各层次有高低之分。 1层 N-1NN+1 外层 二.协议的特点 2.协调配合 每一层和相邻层有接口，较低层通过接口 向它的上一层提供服务，但这一服务的实现 细节对上层是屏蔽的。 较高层又是在较低层提供的低级服务的基 础上实现更高级的服务。 1.4 计算机网络的原理 体系结构 学习计算机网络后的收获 l大三的上半年开了一门网络课，讲了一堆的 东西，现在只记得有网络的7层结构和一些晦 涩的名词。以至于工作以后经常分不清某某 协议是那个层的，互相之间是些什么关系。 特别是TCP/IP 被叫的越来越响亮以后，一直 想把它和7层结构做个比较，可是越弄越糊涂 。 l 1.4.1 原理体系结构（因特网协议栈） l应用层: 支持网络应用 lftp, smtp, http l传输层: 主机进程间的数据传递 ltcp, udp l网络层: 将数据报从信源传递到信宿 lip, 路由选择协议 l链路层: 数据在网络上的相邻结点间 的传输 lppp, ethernet l物理层: 信道上传送的位流 application transport network link physical 数据传递过程 1.4.2 实体、协议、服务和服务访问点 l实体：任何可发送或接收信息的硬件或软件进程。 l协议：控制两个对等实体进行通信的规则集合。 l服务：“垂直的”，即服务是由下层向上层通过层间 接口提供的。 l服务访问点SAP：在同一系统中相邻两层的实体进 行交互(即交换信息)的地方。 分层: 逻辑通信 application transport network link physical application transport network link physical application transport network link physical application transport network link physical network link physical 每个层次: l分布的运行 l“实体” 在每个 节点上实现该层 的功能 l实体实现动作, 与对等实体交换 信息 分层: 逻辑通讯，如传输层 l从应用层取得数 据 l加上地址,校验信 息形成 “数据报” l向对等实体( peer)发送数据报 l等待对等体在接 收后的应答 l比喻: 邮局服务 application transport network link physical application transport network link physical application transport network link physical application transport network link physical network link physical data data data transport transport ack 分层: 物理通信 application transport network link physical application transport network link physical application transport network link physical application transport network link physical network link physical data data 协议分层和数据的封装 每个层次都从上层取得数据 l加上首部信息形成新的数据单元 l将新的数据单元传递给下一层次 application transport network link physical application transport network link physical source destination M M M M Ht HtHn HtHnHl M M M M Ht HtHn HtHnHl message segment datagram frame 1.4.3 面向连接服务与无连接服务 l面向连接服务具有连接建立、数据传输和连 接释放这三个阶段。 l不需要通信的两个实体同时是活跃的(即处于 激活态)。 l数据报(datagram)。 l证实交付(confirmed delivery)。 l请求回答(request-reply)。 1.5 OSI与TCP/IP体系结构的比较 lOSI参考模型中采用了七个层次的体系结构 ，将原理体系结构中的应用层再划分为应用 层、表示层和会话层。 OSI网络体系介绍 物理层 数据链路层 网络层 运输层 会话层 表示层 应用层 网络接口层 网络层IP 运输层TCP,UDP 应用层 OSI与TCP/IP体系结构对比 在一些问题的处理上，TCP/IP与 OSI是很不相同的 lTCP/IP一开始就考虑到多种异构网的互连 问题。 lTCP/IP一开始就对面向连接服务和无连接 服务