计算机网络 第一章

1、 授课教材 4th editionandrew s. tanenbaum （第（第4版）版） 课堂讲授内容（60学时） 第一章第一章 概述概述 第二章第二章 物理层物理层 第三章第三章 数据链路层数据链路层 第四章第四章 介质访问子层介质访问子层 第五章第五章 网络层网络层 第六章第六章 传输层传输层 第七章第七章 应用层应用层 网络实验内容（20学时） 实验一、网络硬件实验实验一、网络硬件实验 实验内容：局域网的组成，网卡设置等常用基本网络命令，实验内容：局域网的组成，网卡设置等常用基本网络命令， 网络服务软件的安装和使用（包括网络服务软件的安装和使用（包括telnet , ftp 等）。等

2、）。 实验二、常用网络软件使用实验实验二、常用网络软件使用实验 实验内容：学习常用网络数据流分析软件的使用方法。实验内容：学习常用网络数据流分析软件的使用方法。 实验三、实验三、vc编程实验编程实验 实验内容：掌握实验内容：掌握vc环境下编程的基本方法，包括对话窗口环境下编程的基本方法，包括对话窗口 创建、标准控件使用、涉及线程的编程方法等。创建、标准控件使用、涉及线程的编程方法等。 实验四实验四 mfc winsock 网络编程网络编程 实验内容：学习实验内容：学习windows sockets api下的网络编程方法和下的网络编程方法和 基于基于csocket类的编程方法类的编程方法 实验

3、五、实验五、winsocket 客户端客户端/服务端编程实验服务端编程实验 实验内容：掌握基于实验内容：掌握基于winsocket 客户端客户端/服务端的编程服务端的编程 方法。方法。 实验六、网络综合实验实验六、网络综合实验 实验内容：利用提供的库函数，完成具有一定难度的实验内容：利用提供的库函数，完成具有一定难度的 网络软件，如网络软件，如web浏览器、浏览器、ftp客户端软件等。客户端软件等。 实验八、路由跟踪实验八、路由跟踪 实验内容详细介绍：实验内容详细介绍：6/ 课程安排和成绩评定 课程安排：60学时授课，20学时实验 成绩评定： 期末考试60 平时

4、作业20% 实验成绩20% 第一章 概 述 计算机网络的定义计算机网络的定义 计算机网络的发展计算机网络的发展 计算机网络的应用计算机网络的应用 网络硬件网络硬件 网络软件网络软件 参考模型（网络体系结构）参考模型（网络体系结构） 1.1 计算机网络的定义 自主计算机（自主计算机（autonomous computer）的）的 互联（互联（interconnected）集合）集合计算机计算机 网络网络 将处于不同地理位置、独立存在的计算机将处于不同地理位置、独立存在的计算机 通过通信设备和线路连接起来，利用功能完善通过通信设备和线路连接起来，利用功能完善 的网络软件（协议、信息交换方式及网络操

5、作的网络软件（协议、信息交换方式及网络操作 系统等）实现系统等）实现资源共享资源共享和和数据传输数据传输的系统。的系统。 1.2 计算机网络的发展 1.2 计算机网络的发展 计算机网络发展的三个阶段：计算机网络发展的三个阶段： 联机终端网络。联机终端网络。 计算机计算机-计算机网络。计算机网络。 体系结构标准化的互联网络。体系结构标准化的互联网络。 联机终端网络 计算机-计算机网络 体系结构标准化的互联网络体系结构标准化的互联网络 1.2 计算机网络的发展 计算模式的变化：计算模式的变化： 单用户，单用户，多用户（计算中心），分布式多用户（计算中心），分布式 处理，集群（处理，集群（clust

6、er），网格（），网格（grid），）， 云（云（cloud） 国际internet 的发展史 中国internet的发展史 internet的应用 当前internet的研究热点 信息通信网的发展过程 网络的标准和标准化组织 1.2 计算机网络的发展 国际internet 的发展史 internet因特网（国际互连网） 指全球最大的、开放的，由众多网络相互连接而成的计算机网络，它由美国 阿帕网（arpanet）发展而成，主要采用tcp/ip协议。 历史 1969年起源于美国国防部高级研究计划署的arpanet 1979年，研究开发tcp/ip，80年代tcp/ip-unix 1983年，ar

7、panet（200台imp和几百台主机）分裂为民用网arpanet和军用网 milnet（160台imp），民用网arpanet划归由美国国家科学基金会（nsf， national science foundation）管理。 1986年，nsf建立nsfnet ，采用tcp/ip协议，逐渐取代arpanet，民用网 arpanet在1990年被关闭拆除。 90年代后，internet飞速发展，入网的用户数呈指数增长 93年美国政府提出建立信息高速公路（国家信息基础设施，nii，national information infrastructure），一个贯通全美各大学、研究机构、企业及 家庭

8、的全国性网络。之后， gii（global information infrastructure）在 全球掀起 1997年7月，美国提出了ngi（next generation internet） 1.2 计算机网络的发展 国际internet 的发展史 中国internet的发展史 internet的应用 当前internet的研究热点 信息通信网的发展过程 网络的标准和标准化组织 中国internet的发展史 1989年9月，国家计委向世界银行贷款建设中关村地区教育 与科研示范网络（ncfc，the national computing and networking facility of

9、 china），1992年ncfc工程全部完成。 （后改名中国科技网cstnet） 1994年5月，ncfc代表中国正式加入internet，向internic 注册cn域名。 1994年9月，中国公用计算机互联网（chinanet）建设正式 启动，96年1月正式开通。 1994年10月，中国教育科研网（cernet)开始启动。 1996年9月，中国金桥网（chinagbn)正式开通。 1997年，chinanet与cstnet、cernet、chinagbn互连互通。 参考站点 http:/ cernet的网络结构 cernet拓扑结构 科大校园网 pstn 3com switch 3300

10、 3com switch 3300 internet cisco 2509 3com cb 3500 域名服务器 e-mail服务器 www服务器 ftp服务器 bbs服务器 网管工作站 微波天线 代理服务器 1000base-lx 100base-tx 10base-tx cernet 安徽省网 微波网桥 3com switch 3300 3com cb 3500 3com switch 1100 3com switch 1100 1000 base-lx 图形工作站 modem 池 100base-fx 3com switch 3300 3com switch 3300 行政楼行政楼教学楼

11、教学楼第二实验楼第二实验楼宿舍楼（宿舍楼（1010幢）幢） 网络中心网络中心 第一实验楼第一实验楼 校园网络校园网络 光缆直连 可选系统 1.2 计算机网络的发展 国际internet 的发展史 中国internet的发展史 internet的应用 当前internet的研究热点 信息通信网的发展过程 网络的标准和标准化组织 internet internet (global infrastructure for information which uses tcp/ip communication) 信息家电 information appliance electronic commerce

12、 remote education telemedicine digital video/ audio/applications download video conferencin g remote control 传统应用 electronic mail ftp telnet www ip phone video phone interconnection of networks (intranets，vpn) 视频会议 fax tel pbx hospital telemedicine university remote learning home tel control distrib

13、uted databases 信息化社会带来的影响 人民生活丰富多彩 工业化社会物质享受，信息化社会精神享受 经济生活日益变化 产业结构的变革 社会功能不断充实 新的法律、法规急需出台 国际间合作更加密切 “地球村” 1.2 计算机网络的发展 国际internet 的发展史 中国internet的发展史 internet的应用 当前internet的研究热点 信息通信网的发展过程 网络的标准和标准化组织 当前internet的研究热点 网络安全（入侵检测，防火墙技术，虚拟专网， 电子商务） 服务质量（qos）控制 高速路由交换技术 wdm（wave division multiplexing)

14、，光通信， 全光网络 云计算 物联网 1.2 计算机网络的发展 国际internet 的发展史 中国internet的发展史 internet的应用 当前internet的研究热点 信息通信网的发展过程 网络的标准和标准化组织 1.2 计算机网络的发展 国际internet 的发展史 中国internet的发展史 internet的应用 当前internet的研究热点 信息通信网的发展过程 网络的标准和标准化组织 网络的标准和标准化组织 1.标准化的必要性及类型 事实标准：没有正式规划，由一些大厂商产品形成的标准。 法规标准：由一些权威标准化组织制定的标准。 2. 最有影响的国际标准化组织 国

15、际电信联盟itu（如h.323，g.723.1等）() 国际标准化组织iso () 电气电子工程协会ieee（如ieee 802）() 3.internet的标准化组织 internet工程任务组ietf（如请求评注rfc）() internet研究任务组irtf 4.其他组织 各种论坛forum（如atm forum，http:/） 美国国家标准协会ansi 地区标准化组织（如欧洲、日本的一些标准） 1.3 计算机网络的应用 用于企业（校园、机构）的网络

16、用于企业（校园、机构）的网络专用网络专用网络 实现资源共享（程序、设备、数据）实现资源共享（程序、设备、数据） 提供高可靠性（多机系统、集群）提供高可靠性（多机系统、集群） 获得高性能价格比（客户服务器模式）获得高性能价格比（客户服务器模式） 可扩充性（按需增减计算资源）可扩充性（按需增减计算资源） 多媒体通信（视频会议）多媒体通信（视频会议） 服务于公众的网络服务于公众的网络商业运营网络商业运营网络 访问远程信息（访问远程信息（e-commerce、www ） 个人间通信（个人间通信（e-mail、qq、msn） 交互式娱乐（交互式娱乐（vod、online tv、game） 1.4 网络硬

17、件 计算机网络的分类计算机网络的分类 按网络数据的传输技术（广播网络和按网络数据的传输技术（广播网络和 点到点网络）点到点网络） 按网络的规模（局域网、城域网、广按网络的规模（局域网、城域网、广 域网）域网） 计算机网络的分类（1） 计算机网络的两种传输技术计算机网络的两种传输技术 广播广播（broadcast）：）：共享信道，所有节点处于 一条广播信道上，没有路由问题。 点到点点到点（point to point）：）：一条通信线路连接 着通信的两台设备，路由是关键问题。 互联网互联网同一行星同一行星10000km 同一洲同一洲1000km 广域网广域网 同一国家同一国家100km 城域网城

18、域网同一城市同一城市10km 同一园区同一园区1km 同一建筑物同一建筑物100m局域网局域网 同一房间同一房间10m 多机系统多机系统同一系统同一系统1m 数据流机器数据流机器同一电路板同一电路板0.1m 多个处理器的位置多个处理器的位置处理器间的距离处理器间的距离 图图1-2 按连接距离分类的相互联接的多处理机系统按连接距离分类的相互联接的多处理机系统 计算机网络的分类（2） 局域网（local area network） 一间房间或一幢建筑到几幢建筑范围，广播传一间房间或一幢建筑到几幢建筑范围，广播传 输，速率高，多采用简单基本的拓扑结构。输，速率高，多采用简单基本的拓扑结构。 计算机计

19、算机 电缆电缆 图图1-3 两种广播式网络两种广播式网络 (a)(b) 计算机计算机 10mb/s 4mb/s 或或 16mb/s 1mb=1 000 000bit 城域网（metropolitan area network） 一个或部分城市范围。一个或部分城市范围。ieee 802.6的的dqdb （distributed queue dual bus）就是）就是man的一个标准，的一个标准， 双总线，串接所有计算机。现多采用双总线，串接所有计算机。现多采用lan技术，如千技术，如千 兆以太网。兆以太网。 计算机计算机 头端头端 总线总线a 总线总线b 总线总线b上的流向上的流向 总线总线a

20、上的流向上的流向 图图1-4 dqdb城域网的结构城域网的结构 广域网（wide area network） 不同城市、省或国家的范围，由通信子网和资源子网构不同城市、省或国家的范围，由通信子网和资源子网构 成，采用点到点传输和分组交换，不规则拓扑结构。成，采用点到点传输和分组交换，不规则拓扑结构。 子网子网路由器路由器 主机主机 局域网局域网 图图1-6 主机和子网之间的关系主机和子网之间的关系 图图1-6 点到点子网的一些可能拓扑结构点到点子网的一些可能拓扑结构 (a)星型；星型；(b)环型；环型；(c)树型；树型；(d)完整型；完整型；(e)相切型；相切型；(f)不规则型不规则型 互联网

21、 无线网（wireless network） 无线网络和移动式计算的差别无线网络和移动式计算的差别 适用适用适用适用移动式办公室；用于存储账目的移动式办公室；用于存储账目的pda 不适用不适用适用适用老式的和不具备布线条件的建筑物内老式的和不具备布线条件的建筑物内 适用适用不适用不适用在旅馆里使用移动式计算机；火车维护在旅馆里使用移动式计算机；火车维护 不适用不适用不适用不适用办公室里的固定工作站办公室里的固定工作站 移动式计算移动式计算无线网无线网应用场所应用场所 图图1-7 无线网络和移动式计算的结合无线网络和移动式计算的结合 1.5 网络软件 协议分层协议分层 各层的设计问题各层的设计问

22、题 接口和服务接口和服务 面向连接的服务和无连接的服务面向连接的服务和无连接的服务 服务原语服务原语 服务与协议的关系服务与协议的关系 1.5 网络软件 协议分层（协议分层（divide and conquer） 为了减少协议设计的复杂性，大多数网络都按为了减少协议设计的复杂性，大多数网络都按层层 （ layer ）的方式来组织，每层向它的上一层提供）的方式来组织，每层向它的上一层提供 一定的一定的服务服务。 一台机器的第一台机器的第n层与另一台机器上的第层与另一台机器上的第n层进行对话，层进行对话， 对话的规则就是对话的规则就是第第n层协议层协议（protocol）。）。 不同机器对应层中的

23、实体叫不同机器对应层中的实体叫对等进程对等进程（peer），正），正 是对等进程利用协议进行通信。是对等进程利用协议进行通信。 图图1-9 层、协议和接口层、协议和接口 主机主机1主机主机2 1/2层接口 3/4层接口 2/3层接口 4/5层接口 第5层协议 第4层协议 第3层协议 第2层协议 第1层协议 物理介质物理介质 第第5层层第第5层层 第第4层层第第4层层 第第3层层第第3层层 第第2层层第第2层层 第第1层层第第1层层 图图1-11 支持第支持第5层虚拟通信的例子层虚拟通信的例子 层层 5 4 3 2 1 第第5层协议层协议 第第4层协议层协议 第第3层协议层协议 源机器源机器 第

24、第2层协层协 议议 目的机器目的机器 各层的设计问题 寻址方式（寻址方式（addressing）：标识特定的收发者。）：标识特定的收发者。 数据传输的规则：数据传输的规则： 单工通信（单工通信（simplex）：单向。）：单向。 半双工通信（半双工通信（half-duplex）：双向，但不能同时。）：双向，但不能同时。 全双工通信（全双工通信（full-duplex）：双向，且可同时。）：双向，且可同时。 差错控制（差错控制（error control）：检错，纠错，策略。）：检错，纠错，策略。 保序（保序（sequencing） 流量控制（流量控制（flow control） 报文的分割（报

25、文的分割（disassembling）及组合（）及组合（reassembling） 多路复用（多路复用（multiplexing） 路由选择（路由选择（routing） 接口和服务 实体（实体（entity）：每层中的活动元素（如进程或接口电路）。：每层中的活动元素（如进程或接口电路）。 对等实体对等实体（peer entity）：）：不同开放系统上同一层中的实体。不同开放系统上同一层中的实体。 协议（协议（protocol）：）：某层上通信的规则。某层上通信的规则。 协议栈（协议栈（protocol stack）：）：各层协议按层次顺序排列的协议序各层协议按层次顺序排列的协议序 列。列。 服

26、务（服务（service）：）：低层向相邻高层提供的通信能力。低层向相邻高层提供的通信能力。 接口（接口（interface）：）：相邻层之间的边界。相邻层之间的边界。 服务访问点（服务访问点（sap）：）：位于接口上的具体地点（地址）。位于接口上的具体地点（地址）。 服务提供者（服务提供者（service provider）：）：服务中的底层实体。服务中的底层实体。 服务用户（服务用户（service user）：）：服务中的高层实体。服务中的高层实体。 图图1-12 出于接口两边的两层之间的关系出于接口两边的两层之间的关系 第第 n + 1 层层 接口接口 第第 n 层层 报头报头 pci

27、 sap = 服务接入点服务接入点 idu = 接口数据单元接口数据单元 sdu = 服务数据单元服务数据单元 pdu = 协议数据单元协议数据单元 ici = 接口控制信息接口控制信息 pci = 协议控制信息协议控制信息 第第n层实体在它层实体在它 们的第们的第n层协议层协议 里交换里交换 n - pdu 面向连接的服务和无连接的服务 面向连接的服务（面向连接的服务（connection-oriented service）：）： 象打电话一样分为三个阶段，建立连接；使用连接；象打电话一样分为三个阶段，建立连接；使用连接； 释放连接。释放连接。 无连接服务（无连接服务（connectionl

28、ess service）：）： 象寄邮件一样，每个报文都独立寻址，独立路由。象寄邮件一样，每个报文都独立寻址，独立路由。 服务质量（服务质量（quality of service）：）： 服务质量的好坏（可靠性），最终取决于是否有确认服务质量的好坏（可靠性），最终取决于是否有确认 （acknowledge），但确认的过程会增加额外的开销），但确认的过程会增加额外的开销 和延迟。和延迟。 数据查询问答 挂号邮件有确认的数据报 电子方式的函件不可靠的数据报 无连接的服务无连接的服务 数字化的声音不可靠的连接 远程登录可靠的字节流 页码序列可靠的消息流 面向连接的服务面向连接的服务 应用例子应用例子

29、服务类型服务类型连接类型连接类型 图图1-13 6种不同类型的服务种不同类型的服务 服务原语 服务在形式上是由一组原语（或操作）来描述的，服务在形式上是由一组原语（或操作）来描述的， 这些原语供用户和其他实体访问该服务。这些原语供用户和其他实体访问该服务。 服务原语分为服务原语分为4 4种类型：种类型： 返回对先前请求的响应返回对先前请求的响应 证实证实（confirm） 一个实体希望响应一个事件一个实体希望响应一个事件 响应响应（response） 通知一个实体，有某个事件发生通知一个实体，有某个事件发生 指示指示（indication） 一个实体希望得到完成某些操作的服务一个实体希望得到完

30、成某些操作的服务 请求请求（request） 含含 义义原原 语语 图图1-14 4类服务类服务原语原语 服务原语工作示例 1. coennct.request：呼叫方请求建立连接呼叫方请求建立连接 2. connect.indication：被呼叫方指示有人请求建立连接被呼叫方指示有人请求建立连接 3. connect.response：被呼叫方表示接受被呼叫方表示接受/拒绝建立连接拒绝建立连接 请求请求 4. connect.confirm：通知呼叫方建立连接的请求是否被通知呼叫方建立连接的请求是否被 接受接受 5. data.request：请求发送数据请求发送数据 6. data.indication：指示数据的到达指示数据的到达 7. disconnect.request：请求释放连接请求释放连接 8. disconnect.indication：指示对方释放了连接指示对方释放了连接 服务与协议的关系 服务是各层向它上层提供的一组原语，定义了服务是各层向它上层提供的一组原语，定义了 两层之间的接口。两层之间的接口。 协议