第一章生活在以网络为中心的世界里

1、计算机网络实用技术梁晓计算机科学学院 网络工程教研室教学安排n总学时：48n理论课学时：30n实验上机学时：18（重要）（重要）学期成绩分布n平时成绩 10 由平时考勤、随堂测试组成 （旷课3次以上取消考试资格）n上机实验 30n期末考试 60课程主要内容n网络通信基础（第一章、第二章）n网络编址技术（第六章）n网络互连技术（第五章）n以太网及VLAN技术（第九章）n应用层服务配置技术（第二章）n网络攻击与防范第 4页计算机网络实用技术学习方法n整体上把握知识的结构，先建立基本框架，然后自上而下逐渐细化，逐步充实n对于那些尚未深入涉及的概念，要重点掌握它和其它概念的相互关系 n善于把概念分类、

2、归纳、前后贯穿n通过实践加强认识n学会通过“网络”学习网络“懂、建、管、用”“懂”理解网络原理、主要协议和标准“建”掌握组建网络的工程技术；“管”学会管理、配置和维护网络；“用”学会将网络作为知识获取和信息发布的平台协议栈与网络专才applicationtransportnetworklinkphysical开发应用软件开发系统软件研制路由器研制NIC等研制通信介质Google/BaiduMicrosoft /SunHuawei/CiscoDlink/3COMIBDN /AMP第 8页计算机网络实用技术第1章生活在以网络为中心的世界里目录n1.1 在以网络为中心的世界相互通信n1.2 通信 生

3、活中不可或缺的一部分n1.3 网络平台n1.4 Internet的体系结构n1.5 网络趋势目标n描述网络如何影响我们的日常生活.n描述数据网络在以人为本的网络中的角色.n确定任意数据网络的关键组件.n确定融合网络所带来的机遇和挑战.n描述网络体系结构的特征：容错能力、可扩展性、服务质量以及安全性.n网络如何影响我们的生活?n什么是计算机网络、因特网？n网络是怎么搭建起来的？n数据是如何传输并通过网络的？思考生活在以网络为中心的世界n互联网的全球化速度以超过人们的想象. 网络支撑着我们的生活方式当前最常用的几种通讯工具n随着 Internet 的出现和广泛使用，许多新的通信形式也应运而生，它们

4、使个人能够创建全球各地的人们都可以访问的信息。即时消息n实时 2人或多人之间 以文本的形式网络日志（博客）n基于Web页个人形式播客n基于站点 提供音频文件下载 网络支撑着我们的学习方式n通信、协作和参与是教育的基本构成单位。教育机构正在不断努力强化这些过程，以便在最大范围内最大限度地传播知识。稳定且可靠的网络能支持并丰富学生的学习体验网络支撑着我们的学习方式n数据网络除了支持课件以外，还支持行政管理，入学注册和师生通信.网络支撑着我们的工作方式n最初，数据网络的用途是在企业内部记录和管理财务信息、客户信息和员工薪酬系统。网络支撑着我们的工作方式n员工可以远程访问各种业务应用程序，就像亲临现场

5、一样.n员工无论身处何处都能相互联系并访问网络中的各种资源.网络支撑着我们的娱乐方式n我们的娱乐方式离不开数据网络提供的服务.目录n1.1 在以网络为中心的世界相互通信n1.2 通信 生活中不可或缺的一部分网络协议n1.3 网络平台n1.4 Internet的体系结构n1.5 网络趋势何为通信?n在日常生活中，沟通的形式有很多种，存在于各种环境中.成功的交流需要成功的交流需要共同的共同的规则规则，在，在网络通信中，我网络通信中，我们把这些规则称们把这些规则称为为协议协议n网络协议:p交互的对象：是网络中的设备；p所有在因特网上的通信活动全部是由协议所控制的协议定义网络实体之间信息收发的格式和顺

6、序, 以及信息发送和接收后所需采取的动作 通信质量n如果收件人理解的消息意思符合发送方意欲表达的意思，就认为个人之间的通信成功.通信质量要使计算机间通信成功需要克服许多障碍！要使计算机间通信成功需要克服许多障碍！n影响网络通信的成功与否的外部外部因素包括:发送方与接收方间的路径质量发送方与接收方间的路径质量消息必须变更形式的次数消息必须变更形式的次数消息必须重定向或重分配地址的次数消息必须重定向或重分配地址的次数通信网络中同时传输其他消息的数量通信网络中同时传输其他消息的数量制定给成功通信的时间制定给成功通信的时间n必须必须多次多次重新编码和解码的信息重新编码和解码的信息可能无法成功传输可能无

7、法成功传输. .n必须必须多次多次重新分配地址和重定向的消息重新分配地址和重定向的消息可能无法成功送达可能无法成功送达. .通信质量n影响网络通信的成功与否的内部因素包括:消息的大小消息的大小消息的复杂程度消息的复杂程度消息的重要程度消息的重要程度目录n1.1 在以网络为中心的世界相互通信n1.2 通信 生活中不可或缺的一部分n1.3 网络平台网络要素网络的组成结构计算机网络的发展n1.4 Internet的体系结构n1.5 网络趋势通过网络通信n对于个人和企业来说，能与身处任意地域的任何人进行可靠通信正变得越来越重要。网络要素n下图显示了一个典型网络的各个要素，包括设备、介质和服务，它们通过

8、规则结合在一起，共同作用来发送消息。或协议，管理着消息如何发送、定向、接收和解释或协议，管理着消息如何发送、定向、接收和解释从一个设备发出，通过介质传送到另一个设备的数据从一个设备发出，通过介质传送到另一个设备的数据连接设备的工具连接设备的工具常用网络设备的图标常用网络设备的图标n为了网络的运行，网络设备必须被互联起来.网络连接可以是有线的或者是无线有线的或者是无线的规则n人类经常使用计算机程序传送和收到各种各样信息，这些应用程序需要网络提供特定的服务。：nTCP/IP协议族TCP：传输控制协议IP：网际协议消息传输过程示例n通过介质传输即时消息前，前者要将其转换为二进制比特.消息传输过程示例

9、nPC中的网络接口卡发出电信号，用于代表这些比特并将其施加到介质上，二进制比特到达第一台网络设备.消息传输过程示例n二进制比特在本地区域内从一台设备传送到另一台设备.当二进制比特离开本地区域时，通常要经过一台路由器消息传输过程示例n二进制比特传输到连接本地网络的设备，将二进制比特路由到其目的设备的过程中，可能要经过十几台甚至数百台设备处理经过十几台甚至数百台设备处理.消息传输过程示例n将二进制比特即将到达目的设备时，要再一次通过本地设备传送.消息传输过程示例n目的设备读取二进制比特并将其重新转换为可以人工读取的消息.计算机网络的定义n计算机网络的定义可以有不同的角度：广义的观点资源共享的观点用

10、户透明性的观点以能够相互共享资源的方式互联起来的自治计算机系统的集合。资源系统资源系统计算机资源：计算机硬件软件数据共享：使用本地计算机资源通过网络访问远程计算机资源网络建立的主要目的是实现计算机资源的共享计算机网络组成结构n通信子网通信结点信道构成通信子网，为资源子网提供所需的通信功能。连接设备（一般是Router）是通信结点（Node）Node负责中继转发、选路n资源子网提供网络共享的软、硬件资源。通信计算机，承担Host间通信的数据传输服务资源子网通信子网计算机网络的形成与发展n计算机网络问世至今已经有半个世纪的时间，其间经历了四个发展阶段：初级阶段 计算机网络阶段 标准或开放的计算机网

11、络高速、互连、智能化的计算机网络初级阶段：面向终端的计算机网络p 20CEN，50-60年代年代p 远程联机系统远程联机系统 p 严格意义上讲，不属于计算机网络范畴严格意义上讲，不属于计算机网络范畴p 例如例如20世纪世纪60年代初的年代初的SABRE飞机预订系统飞机预订系统计算机网络阶段：多计算机互连第 41页p 20世纪世纪60年代以实现年代以实现“资源共享资源共享”为目的多计算机互连形态为目的多计算机互连形态p 重要贡献：重要贡献：将应用与通信功能从逻辑上分离，产生了通信子网与将应用与通信功能从逻辑上分离，产生了通信子网与资源子网的概念资源子网的概念ARPAnetn20世纪60 年代初，

12、美国国防部高级研究规划局ARPA(Advanced Research Project Agency) 提出要研制一种生存性(Survivability)很强的网络ARPANet世界上第一个计算机网络是计算机网络技术发展的一个重要里程碑最终发展成为今天的Internet标准或开放的计算机网络 n网络体系结构的多样化与私有性IBM的SNA（系统网络体系结构） -1974DEC的DNA（数字网络体系结构）-1975n缺点：适用范围：兼容性技术垄断：竞争标准不统一：用户利益标准、开放的计算机网络n国际标准（ISO OSI/RM）Open System Interconnection/Recommend

13、ed Model(开放系统互联参考模型，简称OSI参考模型)OSI参考模型是一种概念上的网络模型，规定了网络体系结构的框架：7个层次只说明了做什么（What to do），而未规定怎样做（How to do）太复杂，几乎没有与之完全符合的网络n事实上的标准：TCP/IP(因特网的骨干协议)从体系结构上看，它是OSI参考模型的简化（4层）OSI vs. TCP/IP参考模型高速、互连、智能化的计算机网络n高速：主干带宽的增加达到10Gbps或更高，接入带宽可以高达1000Mbps。n互连Internet 、计算机网络、广播网络、通信网络n智能服务质量(QoS)、网络管理Internet 是指由美

14、国是指由美国120多所大学、协会、公司和政府机构共同多所大学、协会、公司和政府机构共同努力建设的网络，它的目的是满足高等教育与科研的需要，开发努力建设的网络，它的目的是满足高等教育与科研的需要，开发下一代互联网高级网络应用项目。下一代互联网高级网络应用项目。融合网络n传统方式：多项服务，多个网络传统的电话、广播、电视和计算机数据网络都各自拥有单独的四个基本网络要素。n融合网络技术进步使得我们可将这些单独的网络合并到一个平台融合网络n智能信息网络n展望未来目录n1.1 在以网络为中心的世界相互通信n1.2 通信 生活中不可或缺的一部分n1.3 网络平台n1.4 Internet的体系结构容错能力

15、可扩展性服务质量(QoS)安全性n1.5 网络趋势网络体系结构n指在概念模式上如何构建一个物理网络。nInternet的设计特性：容错能力可扩展性服务质量(QoS)安全性容错能力n具备容错能力的网络将可限制硬件或软件故障的影响，并能在发生此类故障后迅速恢复。第 51页计算机网络实用技术具备容错能力的网络结构n早期网络底层结构是面向电路交换连接的网络电路交换 两部电话机只需要用一对电线就能够互相连接起来。但若要将 5 部电话机两两相连，则需要 10 对电线。 电路交换 交换机当电话机的数量很大时，就必须使用电话交换机进行连接。 交换(switching)：按照某种方式动态的分配传输路线资源AnS

16、tep 1: 通话前先拨号建立连接。 可能只要经过一个交换机（如 A 到 B） 可能要经过多个交换机（如 C 到 D）nStep 2: 通话过程中，通信双方一直占用所建立的连接。nStep 3: 通话结束后，挂机释放连接。交换机交换机交换机交换机交换机交换机BCD电路交换电路交换电路交换n通话的双方有一条为他们双方所独享的信道、时延小；非常适合于语音通信。n是否能够用于计算机网络？可靠性较差在通信的全部时间内用户始终占用端到端的固定传输带宽，引起效率低的问题！计算机数据具有突发性！不合适！数 据数 据数 据F 在发送端把要发送的报文分隔为较短的数据块F 每个块增加带有控制信息的首部构成分组（包

17、）F 依次把各分组发送到接收端F 接收端剥去首部，抽出数据部分，还原成报文数 据分组报文发送端首部分组数 据首部分组首部数 据发送发送发送在前发送接收端数 据首部数 据首部数 据首部分组首部的重要性n每一个分组的首部都含有地址等控制信息。n分组交换网中的路由器根据收到的分组的首部中的地址信息，把分组转发到下一个路由器。n用这样的存储转发方式，最后分组就能到达最终目的地。分组的存储转发过程H1A分组交换网分组交换网BDECH5H6H4H2H3H1 向向 H5 发送分组发送分组路由器路由器主机主机在路由器在路由器A 暂存暂存查找转发表查找转发表找到转发的端口找到转发的端口在路由器在路由器C 暂存暂

18、存查找转发表查找转发表找到转发的端口找到转发的端口在路由器在路由器E 暂存暂存查找转发表查找转发表找到转发的端口找到转发的端口最后到达目的主机最后到达目的主机 H5分组交换网示意图H1A分组交换网BDECH5H6H4H2H3H1 向向 H5 发送分组发送分组H2 向向 H6 发送分组发送分组注意分组路径的变化！路由器主机分组交换带来的问题n分组在各结点存储转发时需要排队，这就会造成一定的时延。 n分组必须携带的首部（里面有必不可少的控制信息）也造成了一定的开销。分组交换网络可扩展性网络体系结构nInternet 能迅速扩展而不会严重影响用户感受到的性能，这是构建 Internet 的基础协议和底层技术的目标功能之一。服务质量 (QoS)提供服务质量n网络必须提供安全、可预测、可衡量的服务，有时还需要确保可靠的服务。 提供服务质量n根据数据类型排队可以使语音数据的优先级高于交易数据，使交易数据的优先级高于web数据. 提供服务质量n服务质量机制促进了队列管理策略的建立，可以针对不同的应用程序数据分类执行不同的主次优先级。提供网络安全保障 提供网络安全保障n网络基础架构、服务以及连入网络的计算机上的数据是极为重要的个人和企业资产。 提供网络安全保障n网络中采取的安全措施包括:防止未经授权地披露或窃取信息防止未