计算机网络应用基础1

计算机网络基础及应用2015～2016春季教师介绍:王晓娜中国石油大学（北京）信息学院软件工程系

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number程主要内容计算机网络的概念计算机网络的体系结构局域网共享式以太网和交换式以太网IP地址虚拟局域网地址解析协议ARP路由技术课程介绍32学时，10学时上机上机时间：第6/8/10/12/14周周二下午3：30～5：15上机地点：3教402实验模拟软件：PacketTracer5.0模拟cisco的交换机和路由器上的实验参考教材计算机网络技术别文群，李山伟主编，高等教育出版社，2012计算机网络（第6版）谢希仁，电子工业出版社讲义下载公用邮箱地址wangluo_cup@20152016第一章

绪论：计算机网络基础本章知识点1.1计算机网络的概念1.2因特网概述1.3因特网的组成1.4交换技术1.5网络的分类1.6网络的拓扑结构

所谓计算机网络就是将分布在不同地理位置上的具有独立工作能力的计算机、终端及其附属设备用通信设备和通信线路连接起来，并配置网络软件，以实现计算机资源共享的系统。计算机网络的概念1.1计算机网络的概念计算机网络是计算机技术与通信技术结合的产物，是自主计算机的互连集合。计算机网络向用户提供的最重要的功能连通性——计算机网络使上网用户之间都可以交换信息，好像这些用户的计算机都可以彼此直接连通一样。共享——即资源共享。可以是信息共享、软件共享，也可以是硬件共享。

计算机网络的功能与应用资源与数据共享信息交换娱乐分布式计算…1.2因特网(Internet)的发展进入20世纪90年代以后，以因特网为代表的计算机网络得到了飞速的发展。已从最初的教育科研网络逐步发展成为商业网络。已成为仅次于全球电话网的世界第二大网络。因特网的意义因特网是自印刷术以来人类通信方面最大的变革。现在人们的生活、工作、学习和交往都已离不开因特网。1.2因特网概述1.2.1网络的网络起源于美国的因特网现已发展成为世界上最大的国际性计算机互联网网络(network)由若干结点(node)和连接这些结点的链路(link)组成。1.2因特网概述互联网是“网络的网络”(networkofnetworks)。因特网是世界上最大的互连网络。网络与因特网网络把许多计算机连接在一起。因特网则把许多网络连接在一起。注意：网络互连并不只是物理上的互连，还隐含互连通信时需要的软件。主机因特网连接在因特网上的计算机都称为主机(host)。第一阶段:从单个网络ARPANET向互联网发展的过程。 (ARPA－美国国防部高级研究计划局) 1969实验性运行，四个节点（四所大学）

70年代中期，ARPA开始研究多种网络互连的技术

1983年TCP/IP协议成为ARPANET上的标准协议。人们把1983年作为因特网的诞生时间。

1984主机超过1000台

1990ARPANET退役。1.2.2因特网发展的三个阶段第二阶段：建成了三级结构的因特网三级计算机网络，分为主干网、地区网和校园网（或企业网）。

NSFNET(NSF－美国国家科学基金会)

1984组建，直接采用TCP/IP协议， 采用三级层次结构（主干网、地区网、校园网)

1986建成，主干网速率：56kb/s

1989主干网速率：1.544Mb/s(T1速率) 1990接管了ARPANET，改名为Internet;

1993主干网速率：4.5Mb/s(T3速率) 1996主干网速率：155Mb/s 1999主干网速率：2.5Gb/s1.2.2因特网发展的三个阶段

三级结构的因特网各网络之间需要使用路由器来连接。路由器国家主干网地区网地区网地区网校园网校园网校园网校园网校园网校园网有时在结构图中可不画出路由器。第三阶段：多层次ISP结构的因特网出现了因特网服务提供者ISP(InternetServiceProvider)。作为主干的NSFNET已不堪重负，于是美国政府决定把因特网的主干网交给私人公司来经营。从1993年开始，NSFNET逐渐被若干个商用的因特网主干网所代替，这些主干网络的提供者称为因特网服务提供商（ISP）。任何人只要向ISP支付一定的费用，就可以接入因特网。用户因特网ISP1ISP2因特网服务提供者用户通过ISP上网根据提供服务的覆盖面积大小以及所拥有的IP地址数目的不同，ISP也分成为不同的层次。一级ISP一级ISP第一层

ISP大公司本地

ISP大公司大公司公司本地

ISP本地

ISP校园网校园网校园网校园网第二层

ISP第二层

ISPNAPNAPAB主机A→本地ISP→第二层ISP→NAP→第一层ISP→NAP→第二层ISP→本地ISP→主机B第一层

ISP第二层

ISP本地

ISP本地

ISP本地

ISP本地

ISP第一层

ISP第一层第二层第三层本地

ISP第二层

ISP本地

ISP本地

ISP本地

ISP本地

ISP第二层

ISP本地

ISP本地

ISP第二层

ISP万维网WWW的问世因特网已经成为世界上规模最大和增长速率最快的计算机网络，没有人能够准确说出因特网究竟有多大。因特网的迅猛发展始于20世纪90年代。由欧洲原子核研究组织CERN开发的万维网WWW(WorldWideWeb)被广泛使用在因特网上，大大方便了广大非网络专业人员对网络的使用，成为因特网的这种指数级增长的主要驱动力。因特网的发展情况概况

网络数主机数用户数管理机构数1980101021021001990103105106101

2000105107108102

2005106108109103

1.4我国的发展情况1989.11我国第一个公用分组交换网CNPAC运行;1994.4我国用64kb/s专线正式连入因特网。5月中科院高能物理研究所设立了第一个www服务器。9月CHINANET正式启动。目前有7大互联网络与Internet相连：1.中国公用计算机互联网(CHINANET)、2.中国科学技术网(CSNET)、3.中国教育和科研计算机网(CERNET)、4.中国国际经济贸易互联网(CIENET)、5.中国联通互联网(UNINET)、6.中国网通公用互联网(CNCNET)、7.中国移动互联网(CIETNET)。

中国的高速计算机网络研究计划在2004年2月，我国的第一个下一代互联网CNGI的主干网CERNET2试验网正式开通,并提供服务。试验网目前以2.5-10Gb/s的速率连接北京、上海和广州三个CERNET核心节点，并与国际下一代互联网相连接。1.2.3关于因特网的标准化工作因特网协会ISOC因特网研究指导小组IRSG因特网研究部IRTF因特网工程部IETF因特网工程指导小组IESG…RGWG……RG…领域领域因特网体系结构研究委员会IABWGWGWG1.3因特网的组成从因特网的工作方式上看，可以划分为以下的两大块：(1)边缘部分由所有连接在因特网上的主机组成。这部分是用户直接使用的，用来进行通信（传送数据、音频或视频）和资源共享。(2)核心部分由大量网络和连接这些网络的路由器组成。这部分是为边缘部分提供服务的（提供连通性和交换）。因特网的核心部分因特网的边缘部分主机网络路由器因特网的边缘部分与核心部分1.3.1因特网的边缘部分处在因特网边缘的部分就是连接在因特网上的所有的主机。这些主机又称为端系统(endsystem)。“主机A和主机B进行通信”，实际上是指：“运行在主机A上的某个程序和运行在主机B上的另一个程序进行通信”。即“主机A的某个进程和主机B上的另一个进程进行通信”。或简称为“计算机之间通信”两种通信方式在网络边缘的端系统中运行的程序之间的通信方式通常可划分为两大类：客户服务器方式（C/S方式）即Client/Server方式对等方式（P2P方式）即Peer-to-Peer方式1.客户服务器方式客户(client)和服务器(server)都是指通信中所涉及的两个应用进程。客户服务器方式所描述的是进程之间服务和被服务的关系。客户是服务的请求方，服务器是服务的提供方。运行客户程序网络边缘网络核心运行服务器程序AB①请求服务②得到服务客户服务器客户A向服务器B发出请求服务，而服务器B向客户A提供服务。客户软件的特点被用户调用后运行，在打算通信时主动向远地服务器发起通信（请求服务）。因此，客户程序必须知道服务器程序的地址。不需要特殊的硬件和很复杂的操作系统。服务器软件的特点一种专门用来提供某种服务的程序，可同时处理多个远地或本地客户的请求。系统启动后即自动调用并一直不断地运行着，被动地等待并接受来自各地的客户的通信请求。因此，服务器程序不需要知道客户程序的地址。一般需要强大的硬件和高级的操作系统支持。2.对等连接方式对等连接(peer-to-peer，简写为P2P)是指两个主机在通信时并不区分哪一个是服务请求方还是服务提供方。只要两个主机都运行了对等连接软件（P2P软件），它们就可以进行平等的、对等连接通信。双方都可以下载对方已经存储在硬盘中的共享文档。对等连接方式的特点对等连接方式从本质上看仍然是使用客户服务器方式，只是对等连接中的每一个主机既是客户又同时是服务器。网络边缘网络核心运行P2P程序运行P2P程序DCEF运行P2P程序运行P2P程序1.3.2因特网的核心部分网络核心部分是因特网中最复杂的部分。网络中的核心部分要向网络边缘中的大量主机提供连通性，使边缘部分中的任何一个主机都能够向其他主机通信（即传送或接收各种形式的数据）。在网络核心部分起特殊作用的是路由器(router)。路由器是实现分组交换(packetswitching)的关键构件，其任务是转发收到的分组，这是网络核心部分最重要的功能。路由器的重要任务路由器是实现分组交换(packetswitching)的关键构件，其任务是转发收到的分组，这是网络核心部分最重要的功能。1.4计算机网络的核心技术——分组交换分组交换是计算机网络的核心技术，最早使用分组交换技术的网络是ARPANET。60年代初，美国国防部高级研究计划局创建ARPNET。创建ARPANET网络时，电话网络已经非常普及，电话网络使用电路交换技术。为什么不使用电路交换建立ARPNET呢？1.电路交换的主要特点两部电话机只需要用一对电线就能够互相连接起来。

更多的电话机互相连通5部电话机两两相连，需10对电线。N部电话机两两相连，需N(N–1)/2对电线。当电话机的数量很大时，这种连接方法需要的电线对的数量与电话机数的平方成正比。

使用交换机当电话机的数量增多时，就要使用交换机来完成全网的交换任务。…

交换机“交换”的含义在这里，“交换”(switching)的含义就是转接——把一条电话线转接到另一条电话线，使它们连通起来。从通信资源的分配角度来看，“交换”就是按照某种方式动态地分配传输线路的资源。

电路交换举例•A和B通话经过四个交换机•通话在A到B的连接上进行A用户线中继线交换机中继线交换机B交换机C交换机

用户线

D•C和D通话只经过一个本地交换机•通话在C到D的连接上进行电路交换的特点面向连接的特性电路交换的三个阶段：建立连接通信释放连接通信资源的独占性电路交换传送计算机数据效率低计算机数据具有突发性。这导致通信线路的利用率很低。报文

分组交换的主要特点采用存储转发技术在发送端，先把较长的报文划分成较短的、固定长度的数据段。1101000110101010110101011100010011010010假定这个报文较长不便于传输数据数据数据报文添加首部构成分组每一个数据段前面添加上首部构成分组。首部首部首部分组

1分组

2分组

3请注意：现在左边是“前面”分组交换的传输单元分组交换网以“分组”作为数据传输单元。依次把各分组发送到接收端（假定接收端在左边）。数据首部分组

1数据首部分组

2数据首部分组

3分组首部的重要性每一个分组的首部都含有地址等控制信息。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。用这样的存储转发方式，最后分组就能到达最终目的地。收到分组后剥去首部接收端收到分组后剥去首部还原成报文。数据首部分组

1数据首部分组

2数据首部分组

3收到的数据数据数据数据最后还原成原来的报文最后，在接收端把收到的数据恢复成为原来的报文。这里我们假定分组在传输过程中没有出现差错，在转发时也没有被丢弃。报文1101000110101010110101011100010011010010分组交换网的示意图H1A互联网BDECH5H6H4H2H3H1向H5

发送分组H2向H6

发送分组注意分组路径的变化！路由器主机网络核心部分注意分组的存储转发过程H1A互联网BDECH5H6H4H2H3H1

向

H5

发送分组路由器主机在路由器

E

暂存查找转发表找到转发的端口最后到达目的主机

H5在路由器

C

暂存查找转发表找到转发的端口在路由器

A

暂存查找转发表找到转发的端口路由器在路由器中的输入和输出端口之间没有直接连线。路由器处理分组的过程是：把收到的分组先放入缓存（暂时存储）；查找转发表，找出到某个目的地址应从哪个端口转发；把分组送到适当的端口转发出去。

主机和路由器的作用不同主机是为用户进行信息处理的，并向网络发送分组，从网络接收分组。路由器对分组进行存储转发，最后把分组交付目的主机。分组交换的优点高效动态分配传输带宽，对通信链路是逐段占用。灵活以分组为传送单位和查找路由。迅速不必先建立连接就能向其他主机发送分组。可靠

保证可靠性的网络协议；分布式的路由选择协议使网络有很好的生存性。分组交换带来的问题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。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。存储转发原理

并非完全新的概念在20世纪40年代，电报通信也采用了基于存储转发原理的报文交换(messageswitching)。报文交换的时延较长，从几分钟到几小时不等。现在报文交换已经很少有人使用了。三种交换的比较P1P2P3P4P1P2P3P4P3P4报文报文报文ABCDABCDABCD报文交换电路交换分组交换t连接建立数据传送报文P2P1连接释放数据传送的特点比特流直达终点报文报文报文分组分组分组存储转发存储转发存储转发存储转发1.5计算机网络的分类计算机网络的分类方法主要的是以下两种：根据网络所使用的传输技术分类根据网络的覆盖范围与规模分类

1.按网络传输技术进行分类通信信道的类型有两类：

广播通信信道点-点通信信道相应的计算机网络也可以分为两类：

广播式网络（broadcastnetworks）点-点式网络（point-to-pointnetworks）

2.按网络的覆盖范围进行分类

按覆盖的地理范围进行分类，计算机网络可以分为以下三类：局域网（localareanetwork

，

LAN）城域网（metropolitanareanetwork

，

MAN）广域网（wideareanetwork，WAN）局域网LANLAN是在一个有限的地理范围（十几公里以内）内将计算机、外部设备和网络互连设备连接在一起的网络系统，常用于一座大楼、一个学校或一个企业内。常见的局域网有以太网（包括快速以太网、千兆位以太网、万兆位以太网）、FDDI、ATM等。LAN特点：距离短、延迟小、数据速率高、传输可靠LAN设备LAN设备：线缆、网卡、HUB、Switch、RouterHUB交换机路由器ATM交换机城域网MAN城域网覆盖范围介于LAN和WAN之间，城域网是在一个城市或地区范围内连接起来的网络系统，距离通常在几十公里之内。城域网的技术特点城域网是介于广域网与局域网之间的一种高速网络；