第章计算机网络发展概述ppt课件

1、Computer Networksl计算机网络的根本概念l计算机网络的开展历程l计算机网络体系构造l计算机网络的规范化任务Computer Networks1.1.1 1.1.1 什么是计算机网络什么是计算机网络 计算机网络是计算机技术与通讯技术相结合计算机网络是计算机技术与通讯技术相结合的产物。的产物。 计算机网络随着计算机的开展，随着通讯技计算机网络随着计算机的开展，随着通讯技术的开展而开展。术的开展而开展。 Computer Networks第一台电子计算机第一台电子计算机 ENIACENIAC50005000次加法次加法/ /秒秒, ,体重体重2828吨吨, , 占地占地170m2 ,

2、 18800170m2 , 18800只电子只电子管管420,000,0002,300晶晶体体管管数数目目4004奔腾奔腾4Computer Networks晶晶体体管管数数单单位位时时间间执执行行的的指指令令数数百万条百万条/每秒每秒Computer NetworkslPlot of CPU transistor counts against dates of introduction. Note the logarithmic scale; the fitted line corresponds to exponential growth, with transistor count do

3、ubling every two years.Computer Networksl以太网数据传输速率的逐渐提高MbpsComputer Networks覆盖范围1 Gb/s100 Mb/s10 Mb/s1 Mb/s100 kb/s10 kb/s用户数据率PAN LAN MAN WAN802.15.4ZigBee802.15.1蓝牙802.15.3超宽带802.11g, a802.11b802.162G挪动通讯3G挪动通讯4G挪动通讯Wi-FiWiMAX802.11 n Computer NetworkslAn interconnected collection of autonomous co

4、mputers. -Andrew S. Tanenbaum lA collection of computers and other devices that are interconnected. Provide ubiquitous access to shared resources, allow remote users to communicates, perform transactions. - “Introduction to Computer Networks , CS Dept. Stanford Uni. USA Computer Networksl计算机网络就是自治的计

5、算机互连起来的集合。l 注解1：自治是指计算机可以独立进展处置的设设备l 注解2：互连是指计算机之间可以通讯。l概念的扩展l 计算机网络就是自治的计算机按照商定的规那么相互衔接起来网络，进展信息交换和数据传输，实现资源和信息共享。Computer NetworksComputer NetworksH1H5H2H4H3 H6路由器网络网络中心部分主机Computer NetworksComputer Networksl从宏观上看，网络包括：计算机系统、通讯链路和网络节点。Computer Networksl( 1 ) 硬件hardwarel终端系统或称主机，Host ：个人计算机、任务站、效力器

6、等。l中间系统或称通讯设备节点，Node：交换机、路由器、集线器、网桥、转发器、访问节点等。l接口设备：网卡、调制解调器等。l传输介质：双绞线、同轴电缆、光纤、无线电等。 Computer Networksl2软件(software)l 通讯协议：POP、TCP、UDP、IP等。l 运用软件：、MSN、阅读器、网游等。Computer Networksl计算机网络提供的效力方式多样，目的各异，但是主要是处理文字、图像、语音、图形、视频、数据等的传输、存储、显示。l计算机网络运用效力类型：l 1 共享资源访问，l 2 远程用户通讯， l 3 网上事务处置Computer Networksl从逻辑

7、上看，网络包括：资源子网和通讯子网Computer Networksl资源子网的功能：l 提供资源共享所需的硬件l 软件及数据等资源l 提供访问计算机网络和处置数据的才干l资源子网包括：l 主机系统、终端控制器、终端。Computer Networksl通讯子网的功能：l完成数据的传输l交换以及控制l提供网络通讯功能l通讯子网包括：l网络节点l通讯链路l信号变换器Computer Networksl分类规范包括：按照地理范围，拓扑构造，通讯协议，传输媒质，运用单位等。l1按照地理范围来分，包括：l 局域网LAN，l 城域网(MAN),l 广域网WAN， l 洲际网络(Internet),l 星

8、际网络Spacenet。Computer Networksl1按覆盖地理范围 划分距离传输速率局域网（LAN）几十公里以内 0.1-1G Mbps 城域网（MAN)5-50 公里 广域网(WAN)几十到几千公里 因特网几千公里星际网Computer Networks 计算机局域网LANLocal Area Network：一个重要而又活泼的领域. PC-LAN 70年代 兴起 Ethernet, Cambridge Ring 80年代 开展 Ethernet, Z-net, Omninet, C-net 90年代 成熟 Windows NT, NetWare 近10年 成熟 Wireless

9、LAN Computer Networks LAN特点：特点： 1. 地理范围有限，地理范围有限，0.1 km10 km； 2. 带宽高，数据传输率带宽高，数据传输率 1Mbps100 Mbps； 3. 传输可靠，误码率传输可靠，误码率 10-710-12； 4. 构造简单构造简单, 总线、环型及星型拓扑构造；总线、环型及星型拓扑构造； 5. 单一组织所拥有和运用。单一组织所拥有和运用。 Computer NetworkslTime taken by light lEarth Jupiter(木星) : 32.7 minl Earth Saturn(土星): 76.7 minlEarth Pl

10、uto(冥王星): 5.5 hoursComputer NetworkslInterPlaNetary Backbone NetworklInterPlaNetary External NetworklPlaNetary NetworkComputer NetworksComputer Networksl2 按照拓扑构造分类l 网络的衔接形状衔接方式称为网络拓扑构造。留意：拓扑构造有物理与逻辑之分。总线型星型Computer Networksl环形 树型Computer Networks其它分类规范还有：按通讯介质 按通讯传输方式 按传输速率 按网络控制方式 按网络环境 Computer Ne

11、tworksl1.数据传输速率l 1每秒钟传输的编码前的数字数据的二进制比特数。单位：bit/s, bps, b/s.l 2 扩展表示方法：l aKbps，Mbps，Gbps等l bByte/s, Word/s等l cPacket/s (PPS)。l l Computer Networksl2.带宽和宽带l (1) 信道带宽 信道上可以正常经过的模拟的物理信号的频率范围，也就是最大频率和最小频率之差。单位是Hz。l 2速率带宽 链路的最大传输速率，单位为bps。l 3宽带，相对于窄带而已，通常是指采用新技术，实现高速率的传输。Computer Networksl3.吞吐量(Throughput

12、l1对网络、设备、端口、虚电路或其他设备，单位时间内胜利地传送数据的数量。l2单位时间内穿过网络的数据量。可用比特数，帧数，分组数来描画。l3good throughput l 有效吞吐量。Computer Networksl4.时延l 一个数据块帧、分组、报文段从链路或者网络的一端传送到另外一端所需求的时间。通常时延有四个部分组成。l 1发送时延l 2传播时延l 3转发时延：排队时延+处置时延l 4接纳时延Computer Networks4.时延发送时延 传输时延发送数据时，数据块从结点进入到传输媒体所需求的时间。也就是从发送数据帧的第一个比特算起，到该帧的最后一个比特发送终了所需的时间。

13、Computer Networks4.时延传播时延 电磁波在信道中需求传播一定的间隔而破费的时间。 信号传输速率即发送速率和信号在信道上的传播速率是完全不同的概念。Computer Networks4.时延转发时延：处置时延 交换结点为存储转发而进展一些必要的处置所破费的时间。 排队时延 结点缓存队列中分组排队所阅历的时延。排队时延的长短往往取决于网络中当时的通讯量。Computer Networksl4.时延l四种时延产生从结点 A 向结点 B 发送数据1 0 1 1 0 0 1发送器队列在链路上产生传播时延结点 B结点 A在发送器产生传输时延(即发送时延)在结点 A 中产生处置时延和排队时

14、延数据链路Computer Networksl5.时延带宽积传播时延链路带宽时延带宽积 = 传播时延 带宽l链路的时延带宽积又称为以比特为单位的链路长度。 时延带宽积Computer Networks6 误码率 BER 表示计算机网络和数据通讯系统的可靠性。 Computer Networks7 往返时间RTT RTT表示从发送方开场发送数据的时候开场计时，到发送方收到来自接纳方确实认时终止计时，期间所需求的时间。RTT反映了端到端通讯的各个环节的一切时延。Computer Networks8.利用率信道利用率指出某信道有百分之几的时间是被利用的有数据经过。完全空闲的信道的利用率是零。网络利用

15、率那么是全网络的信道利用率的加权平均值。信道利用率并非越高越好。 Computer Networksl费用l质量l规范化l可靠性l可扩展性和可晋级性 l易于管理和维护Computer Networks网络产生的推进力通讯开展的需求计算机的广泛运用集成电路开展的有力支持公司、科研院所、组织参与并制定了技术规范Computer Networks1 1计算机网络的前身计算机网络的前身 早期的计算机网络是计算机和通讯系统相早期的计算机网络是计算机和通讯系统相结合的产物结合的产物, , 是以单台计算机为中心的远程是以单台计算机为中心的远程联机系统。联机系统。 5050年代中期出现的：年代中期出现的： 美

16、国地面防空系统美国地面防空系统SAGE SAGE 美国航空公司飞机票预定系统美国航空公司飞机票预定系统SABER-ISABER-I 可以看成现代计算机网络的前身。可以看成现代计算机网络的前身。Computer Networksl远程联机系统Computer Networksl分组交换网的出现l 60年代后期,多台有自主处置才干的计算机用通讯线路衔接, 通讯运用分组交换方式，现代计算机网络诞生了，其中以ARPANET为重要里程碑。现代计算机网络中心思想是：l 存储转发store and forward l 分组交换packet switching Computer Networksl存储转发的计

17、算机网络Computer Networks第一台第一台IMP 1969.5.1安装安装在加州大学洛杉矶分校，稍在加州大学洛杉矶分校，稍后其他后其他3台分别安装在斯坦福台分别安装在斯坦福研讨院、加州大学圣巴巴拉研讨院、加州大学圣巴巴拉分校和犹他大学。分校和犹他大学。Internet的雏形到的雏形到1969年底就是这区年底就是这区区区4个结点。个结点。 Leonard . Kleinrock是是第一个发表分组交换技术的第一个发表分组交换技术的研讨生，后来进展研讨生，后来进展Internet的研讨任务。的研讨任务。 Computer Networks 计算机网络体系构造: 功能层次、协议、效力 SN

18、A, DNA等 70-80年代，封锁 ISO/OSI规范 83年，开放系统互连根本参考 模型OSI/RM (Open System Interconnection Basic Reference Model)，OSI国际规范 TCP/IP体系构造 80年代初，ARPANET运用TCP/IP, 支持网络互联，开展成为InternetComputer Networksl因特网Internet l 互联网(internet)与因特网(Internet)的效力：l 电子邮件、文件效力、远程登陆、信息阅读检索、网络新闻、.Computer Networksl2. 新一代Internetl 主要特点：更快

19、、更大、更平安、更高QoS、 AnyTime &AnyWhere& Freel 2019美国国家科学基金会，NGI，vBNS。美国 l 大学Internet2协会, Abilene , 速率2.5Gb/s。l 中国高速互联研讨实验网NSFCNet，国家863中 l 国高速信息示范网CAINONet, 中科院中国先进l 互联网CAINet。l IPv6 , 128位；IP over DWDM，光互联网。Computer Networksl 3. 内联网 Intranet l 因特网技术和工具(TCP/IP协议, WWW技术等构造企业内部网。 l 与内联网相对应的称为外联网 Extranet 。C

20、omputer Networksl计算机网络的产生和开展特别是Internet的开展在现代科学技术史上具有艰苦的意义和深远的影响。 l 到2019年底，全球Internet用户达6.55亿，比2019年同期增长30%，其中中国用户达5560万结合国贸易开展会议报告 2019。 Computer Networksl我国上网计算机数由2019.1的29.9万台添加到2019.1的2083万台(CNNIC 2019.1)Computer Networksl我国上网用户数由2019.1的62万添加到2019.1的5910万(CNNIC 2019.1)Computer Networksl1.3.1 IS

21、O/OSI体系构造体系构造l 1977年年ISO成立专门的分委员会努成立专门的分委员会努力于网络体系构造的规范化制定。力于网络体系构造的规范化制定。l 1983年发布了年发布了ISO7498 即即OSI/RM规范规范Computer Networks端系统端系统同层协议通讯介质(n-1)(n)(n+1)分层目的分层目的: 1. 简化相关的网络操作和设计简化相关的网络操作和设计 2. 提供即插即用的兼容性和不同厂商集成的规范接口提供即插即用的兼容性和不同厂商集成的规范接口 3. 使工程师能专注于设计和优化不同网络互联设备的互操作性使工程师能专注于设计和优化不同网络互联设备的互操作性 4. 防止一

22、个区域的网络变化影响另一个区域的网络防止一个区域的网络变化影响另一个区域的网络. 5. 把复杂的网络衔接问题分解成小的简单的问题把复杂的网络衔接问题分解成小的简单的问题,易于设计和操作易于设计和操作.Computer Networksl根据不同的层次笼统的分层逻辑层次概念l每层有一个定义明确的功能l每层功能选择有助于规范的制定l各层边境的选择应尽能够减少跨层通讯量l层不能太少，以免每层功能复杂，也不能太多， 以免构造复杂Computer Networks 层号层号中文名称中文名称英文名称英文名称英文缩写英文缩写7应用层应用层Application LayerA6表示层表示层Presentati

23、on LayerP5会话层会话层 Session LayerS4传输层传输层Transport LayerT3网络层网络层Network LayerN2数据链路层数据链路层Data Link LayerDL1物理层物理层Physical Layer PHComputer Networks 协议栈协议栈协议栈协议栈Computer Networks1. 实体实体entity 每一层中实现该层功能的软件或者硬件每一层中实现该层功能的软件或者硬件 对等实体对等实体peer entities 2. 协议协议protocol 某一个层次中指点对等实体之间通讯的规那么，某一个层次中指点对等实体之间通讯的规

24、那么， 包含包含三要素：三要素： 语法语法syntax：传输的信息的格式。：传输的信息的格式。 语义语义semantics：协议中各个元素的含义的解释。：协议中各个元素的含义的解释。 同步同步synchronization操作顺序操作顺序 / 定时定时timing) :速率匹配和设置序号速率匹配和设置序号 Computer Networks 3. 协议数据单元协议数据单元PDU (Protocol Data Unit) 对等实体之间传送的数据单元对等实体之间传送的数据单元 4. 效力效力service 同一个协议栈中同一个协议栈中N层实体向层实体向N1层提层提供某种功能的机制。供某种功能的机制

25、。5. 恳求恳求request 同一个协议栈中同一个协议栈中N1层实体向层实体向N层发出层发出提供某种功能的需求提供某种功能的需求Computer Networks6. 效力访问点效力访问点SAPService Access Point 在同一节点中，相邻两层的实体相互作在同一节点中，相邻两层的实体相互作用的地方用的地方 7. 效力原语效力原语(service primitive) 在同一节点中相邻两层的实体相互作用在同一节点中相邻两层的实体相互作用时候一系列不可分割的操作。时候一系列不可分割的操作。 Computer Networksl网络层对等实体通讯的例子网络层对等实体通讯的例子Comp

26、uter Networks ISO/OSI: 总体上由三个层面组成：总体上由三个层面组成： OSI / RM （总体框（总体框架）架） 各各 层层 的的 服服 务务 （垂直关系）（垂直关系） 各各 层层 的的 协协 议议 （水平关系）（水平关系）运用层表示层会话层传输层网络层数据链路层物理层主机层关怀的是运用程序处置与数据传输相关的问题Computer Networks主机A主机B运用层表示层会话层传输层网络层数据链路层物理层运用层表示层会话层传输层网络层数据链路层物理层数据段数据报数据帧比 特数据0101101010110001Computer Networks物理层物理层 无构造的比特流无

27、构造的比特流bit stream。编码解码，。编码解码，机械、电气、功能和过程的特性机械、电气、功能和过程的特性 。2. 数据链路层数据链路层 帧帧frame)。链路建立与释放，帧的封装与。链路建立与释放，帧的封装与解封解封 ，传输透明性，过失与流量控制，传输透明性，过失与流量控制 。 3. 网络层网络层 分组包，分组包，packet)。虚电路和数据报两种传。虚电路和数据报两种传输效力，路由选择与更新，拥塞控制。输效力，路由选择与更新，拥塞控制。Computer Networks4. 传输层传输层 报文报文message。传输衔接建立与撤除，。传输衔接建立与撤除， 流量与拥塞控制，流量与拥塞控

28、制， 过失控制，过失控制， 网络效力质量网络效力质量. 5. 会话层会话层 控制、协调运用进程间的对话，同步。控制、协调运用进程间的对话，同步。 6. 表示层表示层 信息经传输意义不变信息经传输意义不变, 部分语法和传输语法。部分语法和传输语法。 7. 运用层运用层 面向用户，面向用户，VTP, FTAM, J TM, RDA, MHS.Computer Networks物理层物理层通讯介质链路层链路层Bit流Bit流l功能：相邻结点间二进制位功能：相邻结点间二进制位Bit“1和和“0的传输数据，规范了传的传输数据，规范了传输介质的电气、机械等。独一由纯硬件构成的层。输介质的电气、机械等。独一

29、由纯硬件构成的层。 l 协议要处理的问题协议要处理的问题: 定义定义“1和和“0的电平、确定一比特继的电平、确定一比特继续时间、续时间、 双向或单向传送，全双工或半双工、通讯插座上针数以及针双向或单向传送，全双工或半双工、通讯插座上针数以及针的陈列和用途、物理介质的陈列和用途、物理介质Computer Networks链路层链路层Bit传输信道TxDDSRDTRRxDRTSCTSGNDRS232DB9控制/指示控制/指示BitsBitsFemaleMale物理层机械、电气、功能、过程Computer Networks功能功能:把可靠性较低的物理信道转变成可靠性较高的逻辑把可靠性较低的物理信道转

30、变成可靠性较高的逻辑信道，完成信道，完成物理寻址、网络拓扑构造、衔接规那么、过失控制、帧物理寻址、网络拓扑构造、衔接规那么、过失控制、帧的有序传输和流量控制等的有序传输和流量控制等功能。确保相邻结点间帧功能。确保相邻结点间帧Frame的正确传送。的正确传送。 协议要处理的问题：成帧和拆帧协议要处理的问题：成帧和拆帧 、检错和纠错、检错和纠错、 流流量控制、信道分配量控制、信道分配MAC 介质访问控制子层介质访问控制子层 MAC地址：其存储在网络接口卡中，每一网络接口地址：其存储在网络接口卡中，每一网络接口卡独一的卡独一的MAC地址。地址。 网卡网卡MAC + 物理层物理层 网络层数据链路层网络

31、层数据链路层数据链路Bit 传输信道 Computer Networks报文分段报文重组l功能:确保源结点和目的结点间分组Packet的正确传送。l 处理的问题:选路、拥塞控制、计费问题。l 实例：IP协议、IPX协议Computer Networks功能功能:确保源结点某进程到目的结点另一进程间的报文段正确传确保源结点某进程到目的结点另一进程间的报文段正确传送。屏送。屏蔽详细网络的细节，屏蔽不同网络的差别，为上层提供与详细蔽详细网络的细节，屏蔽不同网络的差别，为上层提供与详细网络无关的网络无关的通讯效力。通讯效力。 协议要处理的问题：协议要处理的问题： *确定提供效力形：面向衔接效力确定提供

32、效力形：面向衔接效力 、 无衔接的效力无衔接的效力 *流量控制流量控制 *主机用户改善传输质量力所能及的一层。主机用户改善传输质量力所能及的一层。 *传输层提供的效力相当于操作系统的系统调用。传输层提供的效力相当于操作系统的系统调用。 网络(1)网络(n)网络层网络层传输层网络(2)主机A主机B传输层网络(3)网络层主机C传输层Computer Networks作用：管理主机与主机之间通讯活动称为会晤，在传输层作用：管理主机与主机之间通讯活动称为会晤，在传输层实现端端通讯的根底上，为上层提供加强的通讯功能实现端端通讯的根底上，为上层提供加强的通讯功能 协议处理的问题协议处理的问题:会话的顺序、

33、会话的顺序、 处理同步问题、活动管理、处理同步问题、活动管理、会话层提供面向衔接或无衔接的效力。会话层提供面向衔接或无衔接的效力。会晤层会晤层主机A主机B主机C会晤层通讯子网Computer Networksl作用：将运用程序要传送的文字和图像图形数据转换层计算机作用：将运用程序要传送的文字和图像图形数据转换层计算机可以解释的类型。可以解释的类型。l处理的问题：处理的问题： 处理笼统数据构造的管理、以便异种机互连、处理笼统数据构造的管理、以便异种机互连、 数数据的紧缩和解压、据的紧缩和解压、 加密和解密。加密和解密。l特点：出于不同目的，发前和收后要改动传送信息的方式特点：出于不同目的，发前和

34、收后要改动传送信息的方式l实例：实例：Little(Big) Endianl Different machine architectures sometimes store data using different byte orders. For example, Intel-based machines store data in the reverse order of Macintosh (Motorola) machines. Intels byte order, called “little-Endian, is also the reverse of the network standard “big-Endian order. The fol