第1章计算机网络基础课件PPT课件

1、第一章概述第一章概述本章重点： 互连网结构 网络为什么在2020世纪9090年代得到飞速发展 三种交换方式 网络的协议和体系结构第1页/共58页一、互连网络结构一、互连网络结构网络互连是指两种不同类型的网络通过路由器实现连接，图中以太网和PSTN就是两种不同类型的网络。 传输网络 （PSTN） PSTN Modem 用户线 串行口 连接线 终端 A 传输网络 （以太网） 水晶头 双绞线缆 集线器 Web 服务器 PC Internet 路由器 第2页/共58页一、互连网络结构一、互连网络结构端到端移动过程的启示 不同距离和环境适合不同的运输系统。 设计由多个中转站组成的路径。 由对应的运输系统

2、实现当前位置至下一个位置的移动。 不同运输系统有不同的实现移动的机制 （封装、标识始站和终站方式、速度、价格）A AB B省城省城A A省城省城B B第3页/共58页互连网络端到端传输实现思路 不同的通信距离适用不同类型的网络； 端到端传输路径由多种不同类型的网络和互连网络的路由器组成； 由每一种网络实现当前路由器至下一个路由器的通信过程； 不同网络实现通信过程的机制不同，这些机制包括封装、信号传输等。一、互连网络结构一、互连网络结构第4页/共58页网络学习的四个阶段 连接在同一类型网络的两个结点之间通信过程； 连接在不同类型网络的两个终端之间通信过程，即端到端通信过程； 两个应用进程之间的通

3、信过程； 在应用进程通信基础上实现的应用系统。一、互连网络结构一、互连网络结构第5页/共58页1.2 网络发展过程网络发展过程InternetInternet发展过程体现在三个方面: :从最早的ARPAARPA网络发展成InternetInternet的过程; ;从低速网络发展成高速网络的过程; ;从普通数据传输网络发展成统一网络的过程。 第6页/共58页电视事业的发展电视事业的发展计算机网络的发展计算机网络的发展比比 较较两者有极为相似的地方两者有极为相似的地方一、从一、从ARPAARPA网络到网络到InternetInternet第7页/共58页发展电视事业的主要因素： 电视机制造工业；

4、电视信号传播设备； 电视节目制作、播放单位。计算机网络发展的主要因素：计算机网络发展的主要因素：n网络终端设备制造工业；网络终端设备制造工业；n数据传输设备；数据传输设备；n网络信息制作、提供单位。网络信息制作、提供单位。2020世纪世纪9090年代具备网络发展要素年代具备网络发展要素一、从ARPA网络到Internet第8页/共58页 InternetInternet分成局域网、主干网和接入网; ; 网络在InternetInternet中的作用和地位确定速率发展过程; ; 同一种网络在InternetInternet中的作用不同，速率发展过程也不同。二、从低速网络到高速网络二、从低速网络到

5、高速网络第9页/共58页 NAP Internet 主干网主干网 NAP 地区地区 ISP 网络网络 地区地区 ISP 网络网络 本地本地ISP网络网络 本地本地 ISP 网络网络 本地本地ISP网络网络 用户接入点用户接入点 校园网校园网 PSTN ADSL 路由器路由器 用户终端用户终端 Internet结结构构接入网接入网局域网局域网主干网主干网第10页/共58页 从共享到交换; ; 10Mbps100Mbps1Gbps10Gbps ;10Mbps100Mbps1Gbps10Gbps ; 传输媒体从同轴电缆到双绞线和光纤。局域网以太网速率发展过程局域网以太网速率发展过程第11页/共58页

6、接入网速率发展过程接入网速率发展过程n拨号上网拨号上网 300bps19.2kbps33.6kbps300bps19.2kbps33.6kbpsnADSLADSL 512Kbps1Mbps8Mbps 512Kbps1Mbps8Mbpsn以太网以太网 10Mbps100Mbps10Mbps100Mbps第12页/共58页主干网速率发展过程主干网速率发展过程nATM: 622MbpsATM: 622MbpsnSDH: 2.5GbpsSDH: 2.5Gbps和和10Gbps10GbpsnDDN: 2.048Mbps8Mbps34MbpsDDN: 2.048Mbps8Mbps34Mbps第13页/共5

7、8页 1 7 4 2 6 5 3 1 7 2 6 5 3 7 1 4 6 2 3 5 发送端发送时序发送端发送时序 接收端接收时序接收端接收时序 播放时序播放时序 T1 T2 时间时间 4 经过数据网络传输语音信号的过程经过数据网络传输语音信号的过程 A/DA/D转换后产生的数据是转换后产生的数据是间隔均匀的。间隔均匀的。播放时用于播放时用于D/AD/A转换的数据也转换的数据也必须是间隔均匀的。必须是间隔均匀的。但数据经过但数据经过IPIP网络网络传输后，无论顺序，传输后，无论顺序，还是间隔都是随机还是间隔都是随机的。的。 A/D D/A 嘴巴嘴巴 话筒话筒 模 拟 语 音模 拟 语 音数字化

8、语音数字化语音模 拟 语 音模 拟 语 音听筒听筒 耳朵耳朵 第14页/共58页数据传输网络性能要求数据传输网络性能要求: :n传输时延要短传输时延要短; ;n传输时延变化（时延抖动）要小传输时延变化（时延抖动）要小; ;n传输可靠性要高。传输可靠性要高。语音数据传输要求语音数据传输要求: :n发送端均匀发送数据发送端均匀发送数据 ; ;n接收端持续播放数据。接收端持续播放数据。第15页/共58页 如果把数据作为车辆，把网络作为城市交通网, ,解决这一问题的方法： 一是点到点全封闭专用车道，行驶时间完全可以控制; ; 二是启动绿色通道, ,专用等待车道，避免和其他车辆一起等待, ,阻塞时优先通

9、过。 数据网络的绿色通道就是分类服务，对语音数据网络的绿色通道就是分类服务，对语音数据分配较高优先级，这种优先级将体现在所有数据分配较高优先级，这种优先级将体现在所有转发结点。转发结点。第16页/共58页小结小结 PC 互连设备 Web和信息提供者nInternet形成和发展形成和发展n高速网络高速网络n统一网络统一网络第17页/共58页1.3 计算机网络的定义和分类计算机网络的定义和分类重点： 计算机网络定义 网络分类的依据 三种交换方式的工作过程。 三种交换方式的差异和适用环境。第18页/共58页一、计算机网络定义一、计算机网络定义计算机网络的几个特征： 自治系统互连； 资源共享； 遵守统

10、一的通信标准。第19页/共58页二、网络分类二、网络分类分类网络的标准很多: : 根据网络的交换方式进行分类; ; 网络的作用范围进行分类; ;分类标准能体现网络的本质差异第20页/共58页 交换机交换机交换方式交换方式什么叫交换？有几种交换方式？它们的本质区别是什么？ 两两相连两两相连交换交换和静态固定连接相反，动态建和静态固定连接相反，动态建立两个终端之间通信线路连接立两个终端之间通信线路连接的方式叫交换。的方式叫交换。第21页/共58页 跳线跳线 PSTN 交换机交换机 电路交换方式电路交换方式两端之间物理连接不是两端之间物理连接不是固定的，必须有建立物固定的，必须有建立物理连接过程。理

11、连接过程。两端之间的物理连接是两端之间的物理连接是专用的。专用的。 虽然动态建立两个终端之间的通信线路，虽然动态建立两个终端之间的通信线路，但通信过程中一直占用该通信线路的交换方但通信过程中一直占用该通信线路的交换方式叫电路交换式叫电路交换 。二、网络分类二、网络分类第22页/共58页电路交换特点: : 通信前建立连接，结束后释放连接; ; 独占连接意味着独占通信线路的固定带宽; ; 适合传输要求时延抖动小的实时数据; ; 普通数据的突发性和间歇性会浪费占用的带宽。二、网络分类二、网络分类第23页/共58页虚电路分组交换方式虚电路分组交换方式 较长时间内4 4对终端之间平均传输速率之和小于线路

12、速率; ; 允许短时间内4 4对终端之间传输速率之和大于线路速率; ; 输出端口须有缓存功能。ABCDABCD1数据数据分组分组分组交换机分组交换机1234第24页/共58页虚电路分组交换的关键是分组交换机虚电路分组交换的关键是分组交换机 交换结构交换结构 输入队列输入队列 输出队列输出队列 输出队列输出队列 输入队列输入队列 端口端口 输入媒体输入媒体 输出媒体输出媒体 1234端口端口1 1/2 1 1/2 端口端口3 2/3 3 2/3 端口端口2 4/5 2 4/5 端口端口3 6/73 6/71/21/22/3二、网络分类二、网络分类第25页/共58页 终端终端 E 端口端口 1 2

13、/3 端口端口 3 3/4 端口端口 2 6/7 端口端口 3 7/8 端口端口1 12/13 端口端口3 13/14 端口端口2 16/17 端口端口3 17/18 端口端口 1 3/4 端口端口 3 23/24 端口端口 1 7/8 端口端口 3 27/28 端口端口 2 13/14 端口端口 3 15/16 端口端口 2 17/18 端口端口 3 18/19 端口端口 1 23/24 端口端口 2 33/34 端口端口 1 27/28 端口端口 2 37/38 端口端口 1 15/16 端口端口 2 35/36 端口端口 1 18/19 端口端口 2 38/39 终端终端 A 终端终端

14、B 终端终端 C 终端终端 D 分组交换机分组交换机 3 分组交换机分组交换机 1 分组交换机分组交换机 2 分组交换机分组交换机 4 1 3 1 3 1 2 1 23 2 2 虚电路分组交换方式虚电路分组交换方式建立虚电路只是确定虚电路的传输路径。建立虚电路只是确定虚电路的传输路径。虚电路并不能独占经过的物理链路带宽。虚电路并不能独占经过的物理链路带宽。经过虚电路传输的数据必须携带虚电路标识符，用经过虚电路传输的数据必须携带虚电路标识符，用以寻找对应的传输路径。以寻找对应的传输路径。二、网络分类二、网络分类第26页/共58页虚电路分组交换特点: : 多个连接共享通信线路的带宽; ; 数据必须

15、封装成分组形式，携带数据所属连接的标识信息虚电路标识符; ; 通信前需要建立连接，结束后释放连接; ; 由于可以在建立连接时设置分类服务相关参数，因而比较适合语音通信; ; 建立连接并没有独占线路，只是确定传输路径。二、网络分类二、网络分类第27页/共58页 1 4 5 8 1 4 5 8 1 4 5 8 1 4 5 8 1 2 3 4 A B C 目的终端目的终端 转发端口转发端口 A 2 B 7 C 1 目的终端目的终端 转发端口转发端口 A 2 B 5 C 5 目的终端目的终端 转发端口转发端口 A 3 B 8 C 3 目的终端目的终端 转发端转发端口口 A 1 B 7 C 1 分组交换

16、机分组交换机 数据报分组交换方式数据报分组交换方式没有通路建立过程，数据没有通路建立过程，数据必须携带源和目的地址，必须携带源和目的地址，每一个每一个IPIP分组独立寻找传分组独立寻找传输路径。输路径。二、网络分类二、网络分类第28页/共58页数据报分组交换特点: : 没有连接，每一个分组独立选择传输路径; ; 数据必须封装成分组形式，分组携带数据的源和目的终端地址; ; 中间结点根据分组的目的地址选择传输路径; ; 由于没有连接建立过程，传输分组前，对传输路径中的中间结点的情况不明，可能导致时延抖动很大。二、网络分类二、网络分类第29页/共58页 A D 电路交换对应端到端全封闭车道电路交换

17、对应端到端全封闭车道不需要选择，独占通路，行驶不需要选择，独占通路，行驶时间自由控制。时间自由控制。二、网络分类二、网络分类第30页/共58页虚电路分组交换对应规定传输路径的公交线路虚电路分组交换对应规定传输路径的公交线路 3 路， 6 路 3 路， 6 路 7 路， 9 路 3 路，6 路，7 路 3 路 3 路 6 路 6 路 7 路 7 路 9 路 9 路 7 路， 9 路 7 路， 9 路 3 路， 6 路 3 路，6 路，7 路 7 路 7 路 3 路， 9 路 3 路， 9 路 6 路 6 路 3 路，6 路，9 路 7 路 A B C D E 行驶路线固定，公交车根据线路选择行驶

18、行驶路线固定，公交车根据线路选择行驶路径，道路和别的公交线路共享，行驶时路径，道路和别的公交线路共享，行驶时间不确定，但规划、设计公交线路时会考间不确定，但规划、设计公交线路时会考虑流量和道路通行能力情况。经常性发生虑流量和道路通行能力情况。经常性发生拥塞的可能性较小。拥塞的可能性较小。二、网络分类二、网络分类第31页/共58页数据报分组交换对应自由行驶车辆数据报分组交换对应自由行驶车辆 A D B C E E A B C D E A B C D C C D E A B A A B B A C D E B C D E C D E 自由选择行驶路径，事先无法规划流量，发自由选择行驶路径，事先无法

19、规划流量，发生拥塞的可能性最大。生拥塞的可能性最大。二、网络分类二、网络分类第32页/共58页三种交换方式的本质区别 独占带宽：电路交换; ; 共享带宽：虚电路和数据报分组交换; ; 连接建立和释放过程：电路交换和虚电路分组交换; ; 拥塞控制和服务质量：电路交换和虚电路分组交换。二、网络分类二、网络分类第33页/共58页以网络作用范围对网络分类以网络作用范围对网络分类局域网：局域网：24km24km2 2城域网：大型城市城域网：大型城市广域网：全国，乃至全球广域网：全国，乃至全球用网络作用范围分类网络的原因用网络作用范围分类网络的原因作用范围的大小决定网络传输技术作用范围的大小决定网络传输技

20、术二、网络分类二、网络分类第34页/共58页小结小结网络在网络在9090年代飞速发展的必然性年代飞速发展的必然性网络发展现状网络发展现状如何实现端到端通信过程如何实现端到端通信过程v建立端到端电路连接建立端到端电路连接v建立端到端虚电路连接建立端到端虚电路连接v自由选择路径自由选择路径v电路交换结点电路交换结点v虚电路交换结点虚电路交换结点v数据报交换结点数据报交换结点分组交换结点分组交换结点第35页/共58页作业作业 作业：1.2、1.4。第36页/共58页1.4 网络协议和体系结构网络协议和体系结构协议和体系结构需要分四个方面进行讨论： 一是分层必要性， 二是OSIOSI体系结构， 三是T

21、CP/IPTCP/IP体系结构 四是TCP/IPTCP/IP成功的原因 五是TCP/IPTCP/IP封装数据过程第37页/共58页一、分层必要性一、分层必要性把一个功能体分解成若干个功能子体，每一个功能子体完把一个功能体分解成若干个功能子体，每一个功能子体完成一部分功能，所有功能子体一起协调完成功能体提供的功能。成一部分功能，所有功能子体一起协调完成功能体提供的功能。分层结构要求各功能子体之间是下图所示的层次结构。分层结构要求各功能子体之间是下图所示的层次结构。层次结构特点：层次结构特点：上层是服务请求者，下层是上层是服务请求者，下层是服务提供者。服务提供者。层与层之间通过接口完成服层与层之间

22、通过接口完成服务请求和服务提供。务请求和服务提供。 N+1层层 N 层层 接口接口 服务请求服务请求 提供服务提供服务 分层的含义分层的含义第38页/共58页邮政系统传递信件过程邮政系统传递信件过程 运输规则运输规则铁路信纸信信袋长沙求职过程地址、邮编、分发规则发信人邮局南京站收信人邮局长沙站上海站长沙信纸信信袋铁路南京南京长沙长沙第39页/共58页邮政系统的几点启示： 寄信人不是直接将信提交给收信人，南京邮局不是直接将信提交给长沙邮局。 层与层之间存在接口，上一层向下一层请求服务，最终由最低层实现信件的实际运输过程。 每一层都需要重新封装，封装的目的是适合这一层传输。 两端同一层是对等的，对

23、等层之间有约定。一、分层必要性一、分层必要性第40页/共58页邮局邮局寄信人寄信人火车站火车站邮政系统必须分层的原因邮政系统必须分层的原因 提出服提出服务请求务请求提供服务提供服务提供服务提供服务提出服提出服务请求务请求 通信双方必须要经过邮政系统才能完成通信，必须按邮政系统要求的规范来封装信件。邮政系统完成投递过程，寄信人和邮局之间存在接口。 邮局双方必须要借助铁路运输系统来运输信件，邮局必须按照铁路运输系统的要求来封装信袋。铁路运输系统完成信袋运输过程，邮局和火车站之间存在接口。第41页/共58页运输规则运输规则铁路信纸信信袋长沙求职过程地址、邮编、分发规则发信人邮局南京站收信人邮局长沙站

24、上海站长沙信纸信信袋铁路南京南京长沙长沙TCP/IP体系结构第42页/共58页分层必要性总结 一是借助公共传输系统必须清晰地提供和公共传输系统之间的接口； 二是分层符合软件设计规范； 三是分层可以屏蔽低层的差异； 四是分层可以独立发展传输网络技术。第43页/共58页与分层有关的术语协议与分层有关的术语协议协议主要由三个要素组成 语法：规定了相互交换的信息的结构和格式。 语义：规定了相互交换的信息种类，接收方应该作出的反应。 同步：规定了各个事件的发生顺序。 第44页/共58页协议三个要素的说明协议三个要素的说明在求职过程中: : 语法：信件使用的文字类型和书写格式。 语义：根据接收到的信件内容

25、，做出对应反应。 同步：单位招聘流程。 第45页/共58页 将计算机网络各层及其协议的集合称为网络的体系结构； 最早用于定义网络体系结构的是国际标准化组织（ISOISO）提出的开放系统互连/ /参考模型（OSI/RMOSI/RM）。 它将网络功能划分成7 7层，分别是物理层、链路层、网络层、运输层、会话层、表示层和应用层。 二、二、OSIOSI体系结构体系结构第46页/共58页OSI体系结构各层功能体系结构各层功能应用层运输层网络层表示层会话层链路层物理层7654321分层是为了简化系统功能的实现分层是为了简化系统功能的实现每一层的功能相对独立每一层的功能相对独立层之间存在接口，用于实现请求和

26、服务层之间存在接口，用于实现请求和服务第47页/共58页 3 终端终端 E 终端终端 A 终端终端B 终端终端 C 终端终端 D 分组交换机分组交换机 3 分组交换机分组交换机 1 分组交换机分组交换机 2 分组交换机分组交换机 4 1 1 1 3 1 24 2 2 2 3 终端终端 F 物理链路物理链路 物理链路物理链路 3 二、二、OSIOSI体系结构体系结构物理层的功能是实现物理链物理层的功能是实现物理链路上传输的信号同步。路上传输的信号同步。链路层的功能是实现点对点链路层的功能是实现点对点或多点接入的可靠传输，涉或多点接入的可靠传输，涉及帧定界、差错控制等。及帧定界、差错控制等。网络层

27、实现连接在不同物理网络层实现连接在不同物理链路上的两个终端之间通信。链路上的两个终端之间通信。涉及交换方式和路由。涉及交换方式和路由。OSIOSI体系用于描述同一类型体系用于描述同一类型网络的各层功能！网络的各层功能！第48页/共58页对等层和协议说明对等层和协议说明 网络层网络层 链路层链路层 物理层物理层 网络层网络层 链路层链路层 物理物理层层 应用层应用层 表示层表示层 会话层会话层 运输层运输层 网络层网络层 链路层链路层 物理层物理层 应用层应用层 表示层表示层 会话层会话层 运输层运输层 网络层网络层 链路层链路层 物理层物理层 终端终端 A 终端终端 B 路由器路由器 路由器路

28、由器 终端终端 A 至终端至终端 B 实际传输通路实际传输通路 对等层对等层和协议和协议 对等层是指在体对等层是指在体系结构中处于同系结构中处于同一地位，起相同一地位，起相同作用的功能层。作用的功能层。协议是同层对等协议是同层对等实体之间为进行实体之间为进行通信而制定的规通信而制定的规范。范。第49页/共58页 OSIOSI体系结构的作用OSI/RMOSI/RM体系结构的最大好处是清楚定义了网络中每一层的功能，层与层之间接口和下层为上层提供的服务。无论对网络设计者，还是对网络学习者都提供了清晰的思路 。二、OSI体系结构第50页/共58页实现网络互连的两种方式实现网络互连的两种方式以程序可移植

29、性来对照网络互连，得出两种实现程序可移植性的方法。 一是采用标准的硬件结构、标准的指令系统。 二是各自发展硬件结构和指令系统，但发明一种独立于硬件结构和指令系统的语言：高级语言，通过编译系统将高级语言翻译成机器语言，每一种指令系统对应一种翻译系统。第51页/共58页对应到网络互连，已存在两种实现网络互连的方法。 一是标准的物理层。链路层。 二是独立发展传输网络，但发明独立于传输网络的互连协议IPIP。通过IP over XIP over X（X X指各种类型的传输网络）技术实现IPIP分组经过X X传输网络的过程。前一种对应OSIOSI，后一种对应TCP/IPTCP/IPOSI体系结构无法实现的原因体系结构无法实现的原因第52页/共58页三、三、TCP/IPTCP/IP体系结构体系结构 TCP/IP TCP/IP体系结构体系结构 TCP/IPTCP/IP体系结构是由多层协议组成的，由于其形状很像一个栈结构，因此，常用TCP/IPTCP/IP协议栈来表示它的TCP/IPTCP/IP体系结构，有的文献也用TCP