《计算机通信网 》第章 概述ar

计算机通信网

ComputerNetworks本教案参考资料：《计算机网络》Tanenbaum第3、4版《计算机网络》谢希仁第4版毛玉明，马立香，段景山老师课件2009SPLENG第1章概述1.1身边的计算机网络1.2计算机网络概要1.3计算机网络体系结构1.4OSI互连参考模型1.5典型的计算机网络2009SPLENG1.1身边的计算机网络你经常在使用网络网络浏览收发Email下载/上传文件网络游戏………..WebServerMailServerFileServerNetwork想象一下，没有网络生活将会变得怎样？2009LENG1.1身边的计算机网络想象没网络的情景可以照常的生活，但却相对闭塞信息可以传递，却很有限计算机是一个个信息的“孤岛”我们难以想象在全球范围内搜索感兴趣的信息一个重要事件在几个小时内传遍全球银行卡在各处ATM机上取钞票成千上万的人在同一个场景中玩游戏……网络带给我们很多新东西2009LENG1.1身边的计算机网络在享受网络服务时，想过下列问题吗？当mail发到mailserver时计算机里究竟做了哪些操作？Mail是怎样离开计算机发送出去的？Mail经过了网络中哪些设备？这些设备作了那些操作？Mail怎么刚好到达mailserver，而不到达别的地方？Mailserver又如何处理？Mail会丢失吗？可能的原因？……..这正是计算机网络课程要讨论的问题2009LENG1.2计算机网络概述1.2.1什么是计算机网络？1.2.2计算机网络的演进与发展1.2.3计算机网络连接结构1.2.4计算机网络的分类1.2.5计算机网络的应用1.2.6计算机网络研究的问题2009LENG1.2.1什么是计算机网络？一种简洁的定义：一些自治计算机的互联集合计算机：收发和处理数字信号的设备一种广义概念：如PC、便携机等自治：非主从，对等，有独立操作系统互联/互连：计算机之间能相互通信物理上通过介质或通信系统连接逻辑上通过协议互通主从关系键盘：输入终端、打印机:输出主机主机RS232、UTP等主机典型通信：超级终端文件传送对等关系★2009LENG计算机网络的概念网络通信平台2009LENG计算机网络的概念相互通信的计算机主要功能：信息资源处理、共享形成遍布网络中的信息资源：资源子网计算机称为：主机(Host)留意教材中所说的：“Internet或万维网都不是计算机网”Internet是对已有的网络通信平台的功能扩充万维网属于资源子网的中的一部分2009LENG计算机网络的概念网络通信平台由网络设备、通信信道构成的多种网状拓扑结构，为计算机间提供通信服务计算机网络中的通信子网网络设备被称为：节点(Node)本课程绝大部分内容是通信子网部分2009LENG计算算机机网网络络的的组组成成主机机、、通通信信设设备备（（节节点点））、、通通信信线线路路组组成成网网络络所有有主主机机和和终终端端组组成成资资源源子子网网，，完完成成应应用用功功能能所有通通信设设备和和线路路组成成通信信子网网，完完成通通信功功能（为主主机通通信提提供路路由、、数据据存储储与转转发））通信子子网（中继继系统统）资源子子网主机（（Host）也称端端系统统通信节节点（（Node）也称中中继节节点通信线线/链链路（（Line/Link））★2009LENG基本概念通信线line物理介质：：如电话线线、同轴电电缆信道channel数据传输的的通道一条line上可能能包括一个或多个个channel如：一对电电话线上可可包括话音通道：：300-3400HzADSL通通道：25kHz-1104kHz链路link两个点之间间的通道Line一条line上包括多个通道ChannelLinkchannel★2009LENG1.2.2计算机机网络的演演进与发展展多用户联机机系统单台计算机机（主机））为多个用用户（终端端）同时提提供服务通信线路：：RS232远程联机系系统计算机系统统通过调制制解调器连连接远程终终端通信：PSTN+Modem特点：主从从通信以主机为核核心以终端为输输入输出设设备联机系统不不是计算机机网络主机终端RS232PSTN主机终端ModemModem面向终端的的联机系统统2009LENG1.2.2计算机机网络的演演进与发展展20世纪60-70年代：主机通过介介质相连铜线、同轴轴缆、无线线传输主机直接参参与通信同时承担事务处理通信网络规模很很小第一阶段：：主机参与与通信的网网络主机主机主机终端1.2.2计算机机网络的演演进与发展展20世纪80-90年代初期期事务处理与与通信分开开事务处理主主机出现专门的的通信主机机事务主机通通过通信主主机互连通信主机实实现信息转转发事务主机不不一定要直直接相连可以有更多多的主机通通信网络规模得得到扩大第二阶段：：主机功能能分割的网网络通信主机事务处理主主机2009LENG1.2.2计算机机网络的演演进与发展展20世纪80-90年代中期期互联需求催催生了标准准化的进程程不同的网络络大量出现现不同网络具具有独立的的运行模式式如何互联？？网络互联需需要标准化化的通信协协议开放接口第三阶段：：标准化的的网络2009LENG1.2.2计算机机网络的演演进与发展展20世纪90年代中中后期至今今各种需求（（业务、带带宽）不断断增长各种技术不不断发展计算机技术术：PC、、特定计算算机通信技术：：宽带、高高速、光通通信、无线线通信网络技术：：通信协议议、路由协协议、互联联技术、组网技术等等第四阶段：：Internet膨胀时代代2009LENG1.2.3网络连连接结构网络的通信信连接有多多种形态点到点连接接(有线、、无线)多点连接(有线、无无线)借助传输系系统的连接接网络节点(Node)2009LENG网络连接结结构点到点连接接Wiredorwirelessconnectionbetweentwodevices(hostorNode)P2Pconnection，同轴轴电缆，光光纤、微波波、卫星等等点到点可实实现长距离离的连接WAN中以以点到点连连接为主点到点通信信速率T1/T3：1.54Mbps/44.74MbpsOC-3~OC-192：155Mbps~10GbpsWDM:n*OCxP2PconnectionsWAN2009LENG网络连接结结构多点连接有线的多点点连接用一根电缆缆将多台设设备连接起起来，一台台设备发送送的数据，，其它的设设备都能够够收到（信信道是广播播性的）总线形,环环形局限于短距距离(几几公里范围围内)无线的多点点连接无线信道的的广播特性性，实现与与多台设备备的通信电缆总线形Ethernet(10Mbps,100Mbps)环形总线形TokenRing(4Mbps,16Mbps)到有线网络络WLAN11Mbps,54Mbps2009LENG网络连接结结构ProvideP2PlinkviatransmissionsystemsPSTN(Modem,56Kbps)SDH/SONET(155Mbps~10Gbps)MobileTelephoneNetwork(16kbps)CATV(10Mbps)Satellite(64Kbps~54Mbps)公用电话交交换网(PSTN)SDHAA’BB’e.g.A-A’’:155MbpsB-B’:622MbpsPointtoPoint2009LENG信息区分Datanetworkvstelecommunicationnetwork应用区分专用网：银银行网、航航空定票网网、生产线线控制网通用网：Internet权属专用网公用网技术陆地网与卫卫星网有线网与无无线网1.2.4计算机机网络的分分类2009LENG计算机网络络的分类--物理尺尺度类型个域网（PAN，PersonalAreaNetwork）围绕在个人人周围，通通信范围10米左右右主要形式为为无线：蓝蓝牙、红外外、超宽带带局域网（LAN，LocalAreaNetwork）房间、建筑筑物内、建建筑物间主要形式为为有线(以以太网)、、无线(WLAN)城域网（MAN，MetropolitanAreaNetwork)覆盖城市范范围主要形式为为：电缆、、其它市内内通信设施施广域网（WAN，WideAreaNetwork）大区域范围围主要形式为为：多个长长距离点到到点信道形形成的拓扑扑结构2009LENG1.2.4计算机机网络的分分类广域网：WideAreaNetwork主机之间相相距很远（（跨城市、、甚至跨国国家）需要支持长长距离通信信的通信系系统采用点到点点的信道广域网的种种类很多x.25、、SDH/SONET、帧中中继、ATM、微微波等不同的广域域网采用不不同的协议议通信子网中中的节点完完成：路由、数据据存贮与转转发通信子网WAN结构★2009LENG1.2.4计算机机网络的分分类局域网LocalAreaNetwork早期的局域域网小范围（几几公里）广播信道规则、简单单拓扑典型的LANEthernet、、Token-Ring专门机构制制定标准IEEE802委员员会:pp.63★2009LENG早期LAN的拓扑HUB星形结构HUB树形结构总线结构环形结构同时只能一一个主机发发送多个主机同同时发送会会冲突竞争发送数据传输无无方向性一个主机发发送、其他他主机都收收到同时只能一一个主机发发送得到令牌发发送、无冲冲突数据传送具具有方向性性一个主机发送送、其他主机机都收到星/树结构为为逻辑总线结结构具有总线网络络的特点★2009LENG现今LAN的的拓扑现今的LAN主要是Ethernet交换机互联形形成点到点信道、、Mesh结结构通信子网（主主机之间的通通信由交换机机转发）一般交换机具具有了广域接接口LAN与WAN的范围越越来越模糊交换机通信子网★2009LENG1.2.4计计算机网络络的分类无线网络：WirelessNetwork通常分为有中中心结构和无无中心结构两两种对等(AdHoc)结结构：主机之之间处于平等等的位置，相相互直接通信信有中心(基站站式)的结构构：主机之间间的通信必须须由中心点转转发对等结构中心点有中心的结构★2009LENG接入网如何接入到网网络上去？住宅接入企业网(园区区网)接入移动接入关心的内容接入的速率(bitpersecond)独享还是共享享接入2009LENG接入网住宅接入ADSL：asymmetricdigitalsubscriberline住宅到网络（（上行）：可可达1Mbps网络到住宅（（下行）：可可达8MbpsLAN接入：：Ethernet，100Mbps与其它住宅用用户共享到ISP的通信信能力拨号接入56KmodemISDN接入入128kbpsHFC：光纤纤/同轴电缆缆混合CATV信道道，上行10Mbps，下行行1MbpsISP2009LENG接入网企业网(园区区网)接入企业网络内部部：LAN接入到ISPLAN：100M、1000M专线接入(FR，DDN，光纤）园区网ISP2009LENG接入网移动接入共享无线信道道接入WirelessLANsIEEE802.11b，11MbpsIEEE802.11g，54MbpsWideareawirelessaccesswirelessaccesstoISProuterviacellularnetworkAPAccessPointISPnetwrok2009LENG1.2.4计计算机网络络的分类不同计算机网网络的共同特特性不同的网络具具有不同的通通信模式和协协议同一个网络具具有相同的协协议主机之间可以直接通过过介质连接也可以通过通通信子网连接接能够相互通信信★2009LENGInternet是什么么网络？是一种网际网网或叫互联的的网络是一种逻辑网网络由IP协议将将各种计算机机网络互联起起来路由器+计计算机网络络★★广域网局域网城域网Internet是一一个广域网、、城域网和局局域网的互联联网络2009LENGInternet网络络结构National/internationalBackboneprovider(NBPs)Interconnected(peer)witheachotherviaNetworkAccessPoints(NAPs)WANRegionalISP(InternetServiceProvider)ConnectintoNBPLANLocalISPConnectintoRegionalISPAccessNetwork(接入网)BackboneISPISPNBPANBPBNAPNAPregionalISPregionalISPlocalISPlocalISPInternetPhysicalstructure2009LENGInternetBackbone2009LENG形象化的Internet★2009LENG1.2.5计计算机网络络的应用网网络应用模型型Client-ServerModel（（C/SModel)客户－服务器器模型Peer-to-PeerModel(P2PModel)对等模型2009LENG客户端-服务务器（C/S）模式典型的网络应应用都是由两两个部分组成成:客户端和服务器一般客户端从从服务器请求求服务服务器向客户户端提供所请请求的服务requestreply2009LENGC/SModelDNS84To:84,请请求Web主主页from:84,Web主主页内容t2009LENGC/SModelWeb浏览览时我们需要要两种服务器器：DNS服务器器用以解析Web站点的域域名与地址多个Web服服务器Client在多个Web服务器间间游动，浏览览信息绝大部分网络络的应用都采采用C/S模模型包括：电子商商务、电话、、游戏、QQ等C/S模型的的主要形态为为Browser/Server(B/S)静态/动态页页面、交互式式页面2009LENG服务器的两种种工作方式循环方式(iterativemode)——在计算算机中一次只只运行一个服服务器进程。。当有多个客客户进程请求求服务时，服服务器进程就就按请求的先先后顺序依次次做出响应。。并发方式(concurrent)——在计计算机中同时时运行多个服服务器进程，，而每一个服服务器进程都都对某个特定定的客户进程程做出响应。。2009LENGP2PModel不存在固定的的客户和服务务器角色BT应用、网网络电话BT应用P2P通话非P2P通话话解析电话号码码2009LENG网络应用程序序:一些术术语进程(Process):主机中运行中中的程序.在同一主机中中,两个进进程通常使用用进程间通信信(由OS管理).而运行在不同同主机上的进进程则使用应应用层协议进进行通信用户代理（Useragent）:软件进程,是是介于用户户和网络之间间的接口实现应用级协协议Web:浏浏览器E-mail:Outlook、Foxmail流媒体:mediaplayer2009LENG域名系统DNS(DomainNameSystem)2009LENG因特网的域名名结构任何一个连接接在因特网上上的主机或路路由器，都有有一个唯一的层次结构的的名字，即域名。域名的结构由由若干个分量量组成，各分分量之间用点隔开：….三级域名.二级域名.顶级域名各分量分别代代表不同级别别的域名。2009LENG顶级域名TLD(TopLevelDomain)(1)国家家顶级域名nTLD：：如:.cn表示中中国，.us表示美国国，.uk表表示英国，，等等。(2)通用用顶级域名gTLD：：最早的顶级级域名是：.com表表示公司企业业.net表表示示网络络服务务机构构.org表表示示非赢赢利性性组织织.edu表表示示教育育机构构（美美国专专用））.gov表表示示政府府部门门（美美国专专用））.mil表表示示军事事部门门（美美国专专用））2009LENG因特网网的名名字空空间comnetorgedugovmilcoopbizinfoaerointcnuk…hkjsshbjorgnetgoveducomac…pkufudanswufeuestc…树根cctvibmhpmot…顶级域域名二级域域名三级域域名mailteacher四级域域名mailscie……seu2009LENG授权域域名服服务器器因特网网划分分为若若干个个域名名服务务器管辖区区(zone)，，并在在各管管辖区区中设设置相相应的的授权域域名服服务器器。comyabcwvxu根域名服务器域

管辖辖区区的授授权权域域名名服服务务器器管辖区管辖区管辖区的授权域名服务器t2009LENG……递归归查查询询comabcxyzabcxy因特特网网顶顶级级域名名服服务务器器本地地域域名名服服务务器器授权权域域名名服服务务器器“树树根根””顶顶级级域名名服服务务器器y……本地地域域名名服服务务器器授权权域域名名服服务务器器本地地域域名名服服务务器器授权权域域名名服服务务器器②③④⑤⑥⑦⑧①的

IP

地址是什么？2009LENG递归归与与迭迭代代相相结结合合的的查查询询④⑤⑥⑦根域域名名服服务务器器本地地域域名名服服务务器器本地地域域名名服服务务器器本地地域域名名服服务务器器②③①IP()=?⑧IP()=(5)2009LENG文件件传传送送协协议议FTP将文文件件从从一一台台计计算算机机中中复复制制到到另另一一台台可可能能相相距距很很远远的的计计算算机机中中。。看似似简简单单，，其其实实困困难难。。原原因因是是众众多多的的计计算算机机厂厂商商的的文文件件系系统统多多达达数数百百种种，，差差别别很很大大。。计算算机机存存储储数数据据的的格格式式不不同同。。文件件的的目目录录结结构构和和文文件件命命名名的的规规定定不不同同。。对于于相相同同的的文文件件存存取取功功能能，，操操作作系系统统使使用用的的命命令令不不同同。。访问问控控制制方方法法不不同同。。2009LENGFTP特特点点文件件传传送送协协议议FTP只只提提供供文文件件传传送送的的一一些些基基本本的的服服务务，，它它使使用用TCP可可靠靠的的传传输输服服务务。。主要要功功能能是是减减少少或或消消除除在在不不同同操操作作系系统统下下处处理理文文件件的的不不兼兼容容性性。。FTP使使用用客户户/服服务务器器方方式式。一一个个FTP服服务务器器进进程程可可同同时时为为多多个个客客户户进进程程提提供供服服务务。。FTP的的服服务务器器进进程程由由两两大大部部分分组组成成：：一一个个主进进程程，负负责责接接受受新新的的请请求求；；另另外外有有若若干干个个从属属进进程程，负负责责处处理理单单个个请请求求。。2009LENG服务务器器主主进进程程打开开端端口口（（缺缺省省端端口口号号为为21）），，使使客客户户进进程程能能够够连连接接上上。。等待待客客户户进进程程发发出出连连接接请请求求。。启动从属进进程处理客客户进程发发来的请求求。从属进进程处理完完毕后即终终止，但从从属进程在在运行期间间还可能创创建其他子子进程。回到等待状状态，继续续接受其他他客户进程程发来的请请求。主进进程与从属属进程的处处理是并发发地进行。。2009LENGFTP使使用的两个个TCP连接控制进程数据传送进程用户界面控制进程数据传送进程客户端服务器端因特网控制连接数据连接2009LENG电子邮件把邮件发送送到ISP的邮邮件服务器器，放在收收信人邮箱箱中，收信信人可随时时上网到ISP的的邮件服服务器进行行读取。使用方便，，传递迅速速，费用低低廉可传送文字字信息、声声音和图像像等2009LENG电子邮件主主要组成构构件用户代理UA(UserAgent)是是用户与电电子邮件系系统的接口口。用户代理的的功能：撰撰写、显示示和处理。。邮件服务器器的功能是是发送和接接收邮件，，同时向发发信人报告告邮件传送送的情况（（已交付、、被拒绝、、丢失等））。邮件服务器器需要使用用两个不同同的协议。。简单邮件传传送协议SMTP用于发发送邮件。。邮局协议POP(PostOfficeProtocol)用用于接收邮邮件。2009LENG电子邮件传传输主要流流程发送方邮件缓存接收端邮件服务器器用户代理SMTPSMTPPOP3发送端邮件服务器器用户代理用户邮箱接收方用户代理用户代理邮件服务器邮件服务器SMTPSMTPPOP3(发送邮件件)(发送邮件件)（发送邮件件）(发送邮件件)(读取邮件件)(读取邮件件)(TCP连连接)(TCP连连接)(TCP连连接)因特网2009LENG简单邮件传传送协议SMTPSMTP所所规定的的是在两个个相互通信信的SMTP进进程之间应应如何交换换信息。负责发送邮邮件的SMTP进进程就是是SMTP客户户，而负责责接收邮件件的SMTP进进程就是SMTP服务器器。SMTP通通信的三三个阶段连接建立：：在发送主主机的SMTP客客户和接接收主机的的SMTP服务务器之间建建立的。邮件传送连接释放：：邮件发送送完毕后，，SMTP应释放放TCP连接。。2009LENG邮件读取协协议POP3邮局协议POP非常简单、、功能有限限，现在使使用第三个个版本POP3。。POP也使使用用客客户户服服务务器器的的工工作作方方式式。。在接接收收邮邮件件的的用用户户PC机中中必必须须运运行行POP客户户程程序序，，而而在在用用户户所所连连接接的的ISP的邮件服务器器中则运行POP服务器程序。。2009LENG邮件读取协议议IMAP协协议(InternetMessageAccessProtocol)用户在自己的的PC机机上就可以操操纵ISP的邮件服服务器的邮箱箱，就像在本本地操纵一样样。IMAP是是一个联机协协议。当用户户PC机机上的IMAP客户户程序打开IMAP服服务器的邮邮箱时，就可可看到邮件的的首部。若用用户需要打开开某个邮件，，则该邮件才才传到用户的的计算机上。。2009LENG1.3网络络通信计算机的通信信功能可与网络中的的任意位置的的计算机通信信可同时与多台台计算机进行行通信浏览网页、下下载文件、QQ对话、……网络的通信功功能单播：把数据送到另另一个指定的的计算机上广播：把数据送到所所有计算机上上(限定在一一定范围)多播：把数据送到指指定的某一组组计算机上IE1网络2009LENG对比：传统的的电话网话机通信功能能与任意其它话话机通话但不能同时与与多个话机通通话顶多：三方通通话电话网通信功功能基于话路(话话音电路)的的通信网话路的交叉连连接，形成通通路无法进行广播播、多播本地电话局长途电话局程控交换机2009LENG计算机通信的的过程与对方计算机机的通信横向的信息交换信息传输通过过网络实现纵向的信息传递WebServer收到用户的请请求网页的内容(可能分多次次传送)time网络应用网络网络应用数据传输数据传输等效逻辑结构图HostHost2009LENG应用的通信Web请求求Web内容容应用关心通信信服务的数据丢失一些应用（如如语音）容忍忍少量的数据据丢失其它应应用(如FTP等等)需需要数数据传传输100%可可靠通信能能力一些应应用（（如多多媒体体）需需要定定量的的通信信能力力其它应应用(如FTP等等)需需要通通信能能力是是弹性性的(尽可可能地地大)时间限限制一些应应用（（如IP电电话，，游戏戏等））在很很小的的通信信延时时下才才能有有效使使用2009LENGTransportservicerequirementsofcommonappsApplicationfiletransfere-mailWebdocumentsreal-timeaudio/videostoredaudio/videointeractivegamesfinancialappsDatalossnolossnolossloss-tolerantloss-tolerantloss-tolerantloss-tolerantnolossBandwidthelasticelasticelasticaudio:5Kb-1Mbvideo:10Kb-5MbsameasabovefewKbpsupelasticTimeSensitivenononoyes,100msecyes,fewsecsyes,100msecyesandno2009LENG网络的的通信信TrafficsofsomeapplicationDataratetWeb浏浏览，，突发发速率率，每每次点点击触触发流流量RatelimitAudio，低低平稳稳流量量，约约10KbpstVideo，高高平稳稳流量量，约约800KbpstttFTP，，弹性流流量，试试图尽可可能大游戏，突突发小流流量，2009LENG1.3.1计算算机网络络的重要要性能指指标带宽（Bandwidth））物理层面面带宽：信信道/线线路允许许通过的的信号频频带宽度度，或称称通频带带单位Hz链路层面面（计算算机网络络的带宽宽概念））网络通信信链路所所能传送送数据的的能力，，即数据据最高传传输率，，单位bps混称“带带宽”，，如IEEE802.11g无线线局域网网的带宽宽为54Mbps受频带宽宽度和信信噪比（（Shannon定定理）约约束由每个信信号所占占时间长长度、信信号的编编码调制制方式决决定。吞吐量（（Throughput）表表示线路路/信道道的测量量特性★2009LENG计算机网网络的重重要性能能指标端到端的的时延（（delay））指数据从从一个端端系统通通过网络络（或链链路）到到另一个个端系统统所需要要的时间间时延包括括:发送时延延传播时延延处理时延延总时延=发发送时延延+传