《计算机通信网 》第1章 概述-Part1

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2023SPLENG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2023SPLENG1.1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？2023LENG1.1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2023LENG1.1身边的计算机网络在享受网络效劳时，想过以下问题吗？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会丧失吗？可能的原因？……..这正是计算机网络课程要讨论的问题2023LENG1.2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开展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2023LENG1.2.1什么是计算机网络？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★2023LENG计算机网络的概念网络通信平台2023LENG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局部2023LENG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效劳计算机网络中的通信子网网络设备被称为：节点(Node)本课程绝大局部内容是通信子网局部2023LENG计算机网络的组成主机、通信设备〔节点〕、通信线路组成网络所有主机和终端组成资源子网，完成应用功能所有通信设备和线路组成通信子网，完成通信功能

〔为主机通信提供路由、数据存储与转发〕通信子网〔中继系统〕资源子网主机〔Host〕也称端系统通信节点〔Node〕也称中继节点通信线/链路〔Line/Link〕★2023LENG根本概念通信线line物理介质：如线、同轴电缆信道channel数据传输的通道一条line上可能包括一个或多个channel如：一对线上可包括话音通道：300-3400HzADSL通道：25kHz-1104kHz链路link两个点之间的通道Line一条line上包括多个通道ChannelLinkchannel★2023LENG1.2.2计算机网络的演进与开展多用户联机系统单台计算机〔主机〕为多个用户〔终端〕同时提供效劳通信线路：RS232远程联机系统计算机系统通过调制解调器连接远程终端通信：PSTN+Modem特点：主从通信以主机为核心以终端为输入输出设备联机系统不是计算机网络主机终端RS232PSTN主机终端ModemModem面向终端的联机系统2023LENG1.2.2计算机网络的演进与开展20世纪60-70年代：主机通过介质相连铜线、同轴缆、无线传输主机直接参与通信同时承担事务处理通信网络规模很小第一阶段：主机参与通信的网络主机主机主机终端1.2.2计算机网络的演进与开展20世纪80-90年代初期事务处理与通信分开事务处理主机出现专门的通信主机事务主机通过通信主机互连通信主机实现信息转发事务主机不一定要直接相连可以有更多的主机通信网络规模得到扩大第二阶段：主机功能分割的网络通信主机事务处理主机2023LENG1.2.2计算机网络的演进与开展20世纪80-90年代中期互联需求催生了标准化的进程不同的网络大量出现不同网络具有独立的运行模式如何互联？网络互联需要标准化的通信协议开放接口第三阶段：标准化的网络2023LENG1.2.2计算机网络的演进与开展20世纪90年代中后期至今各种需求〔业务、带宽〕不断增长各种技术不断开展计算机技术：PC、特定计算机通信技术：宽带、高速、光通信、无线通信网络技术：通信协议、路由协议、互联技术、组网技术等第四阶段：Internet膨胀时代2023LENG1.2.3网络连接结构网络的通信连接有多种形态点到点连接(有线、无线)多点连接(有线、无线)借助传输系统的连接网络节点(Node)2023LENG网络连接结构点到点连接Wiredorwirelessconnectionbetweentwodevices(hostorNode)P2Pconnection，同轴电缆，光纤、微波、卫星等点到点可实现长距离的连接WAN中以点到点连接为主点到点通信速率T1/T3：1.54Mbps/44.74MbpsOC-3~OC-192：155Mbps~10GbpsWDM:n*OCxP2PconnectionsWAN2023LENG网络连接结构多点连接有线的多点连接用一根电缆将多台设备连接起来，一台设备发送的数据，其它的设备都能够收到〔信道是播送性的〕总线形,环形局限于短距离(几公里范围内)无线的多点连接无线信道的播送特性，实现与多台设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WLAN11Mbps,54Mbps2023LENG网络连接结构ProvideP2PlinkviatransmissionsystemsPSTN(Modem,56Kbps)SDH/SONET(155Mbps~10Gbps)MobileTelephoneNetwork(16kbps)CATV(10Mbps)Satellite(64Kbps~54Mbps)公用交换网(PSTN)SDHAA’BB’e.g.A-A’:155MbpsB-B’:622MbpsPointtoPoint2023LENG信息区分Datanetworkvstelecommunicationnetwork应用区分专用网：银行网、航空定票网、生产线控制网通用网：Internet权属专用网公用网技术陆地网与卫星网有线网与无线网1.2.4计算机网络的分类2023LENG计算机网络的分类--物理尺度类型个域网〔PAN，PersonalAreaNetwork〕围绕在个人周围，通信范围10米左右主要形式为无线：蓝牙、红外、超宽带局域网〔LAN，LocalAreaNetwork〕房间、建筑物内、建筑物间主要形式为有线(以太网)、无线(WLAN)城域网〔MAN，MetropolitanAreaNetwork)覆盖城市范围主要形式为：电缆、其它市内通信设施广域网〔WAN，WideAreaNetwork〕大区域范围主要形式为：多个长距离点到点信道形成的拓扑结构2023LENG1.2.4计算机网络的分类广域网：WideAreaNetwork主机之间相距很远〔跨城市、甚至跨国家〕需要支持长距离通信的通信系统采用点到点的信道广域网的种类很多x.25、SDH/SONET、帧中继、ATM、微波等不同的广域网采用不同的协议通信子网中的节点完成：路由、数据存贮与转发通信子网WAN结构★2023LENG1.2.4计算机网络的分类

局域网LocalAreaNetwork早期的局域网小范围〔几公里〕播送信道规那么、简单拓扑典型的LANEthernet、Token-Ring专门机构制定标准IEEE802会:pp.63★2023LENG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个主机发送多个主机同时发送会冲突竞争发送数据传输无方向性一个主机发送、其他主机都收到同时只能一个主机发送得到令牌发送、无冲突数据传送具有方向性一个主机发送、其他主机都收到星/树结构为逻辑总线结构具有总线网络的特点★2023LENG现今LAN的拓扑现今的LAN主要是Ethernet交换机互联形成点到点信道、Mesh结构通信子网〔主机之间的通信由交换机转发〕一般交换机具有了广域接口LAN与WAN的范围越来越模糊交换机通信子网★2023LENG1.2.4计算机网络的分类无线网络：WirelessNetwork通常分为有中心结构和无中心结构两种对等(AdHoc)结构：主机之间处于平等的位置，相互直接通信有中心(基站式)的结构：主机之间的通信必须由中心点转发对等结构中心点有中心的结构★2023LENG接入网如何接入到网络上去？住宅接入企业网(园区网)接入移动接入关心的内容接入的速率(bitpersecond)独享还是共享接入2023LENG接入网住宅接入ADSL：asymmetricdigitalsubscriberline住宅到网络〔上行〕：可达1Mbps网络到住宅〔下行〕：可达8MbpsLAN接入：Ethernet，100Mbps与其它住宅用户共享到ISP的通信能力拨号接入56KmodemISDN接入128kbpsHFC：光纤/同轴电缆混合CATV信道，上行10Mbps，下行1MbpsISP2023LENG接入网企业网(园区网)接入企业网络内部：LAN接入到ISPLAN：100M、1000M专线接入(FR，DDN，光纤〕园区网ISP2023LENG接入网移动接入共享无线信道接入WirelessLANsIEEE802.11b，11MbpsIEEE802.11g，54MbpsWideareawirelessaccesswirelessaccesstoISProuterviacellularnetworkAPAccessPointISPnetwrok2023LENG1.2.4计算机网络的分类不同计算机网络的共同特性不同的网络具有不同的通信模式和协议同一个网络具有相同的协议主机之间可以直接通过介质连接也可以通过通信子网连接能够相互通信★2023LENGInternet是什么网络？是一种网际网或叫互联的网络是一种逻辑网络由IP协议将各种计算机网络互联起来路由器+计算机网络★★广域网局域网城域网Internet是一个广域网、城域网和局域网的互联网络2023LENGInternet网络结构National/internationalBackboneprovider(NBPs)Interconnected(peer)witheachotherviaNetworkAccessPoints(NAPs)WANRegionalISP(InternetServiceProvider)ConnectintoNBPLANLocalISPConnectintoRegionalISPAccessNetwork(接入网)BackboneISPISPNBPANBPBNAPNAPregionalISPregionalISPlocalISPlocalISPInternetPhysicalstructure2023LENGInternetBackbone2023LENG形象化的Internet★2023LENG1.2.5计算机网络的应用

网络应用模型Client-ServerModel〔C/SModel)客户－效劳器模型Peer-to-PeerModel(P2PModel)对等模型2023LENG客户端-效劳器〔C/S〕模式典型的网络应用都是由两个局部组成:客户端和效劳器一般客户端从效劳器请求效劳效劳器向客户端提供所请求的效劳requestreply2023LENGC/SModelDNS84To:84,请求Web主页from:84,Web主页内容t2023LENGC/SModelWeb浏览时我们需要两种效劳器：DNS效劳器用以解析Web站点的域名与地址多个Web效劳器Client在多个Web效劳器间游动，浏览信息绝大局部网络的应用都采用C/S模型包括：电子商务、、游戏、QQ等C/S模型的主要形态为Browser/Server(B/S)静态/动态页面、交互式页面2023LENG效劳器的两种工作方式循环方式(iterativemode)——在计算机中一次只运行一个效劳器进程。当有多个客户进程请求效劳时，效劳器进程就按请求的先后顺序依次做出响应。并发方式(concurrent)——在计算机中同时运行多个效劳器进程，而每一个效劳器进程都对某个特定的客户进程做出响应。2023LENGP2PModel不存在固定的客户和效劳器角色BT应用、网络BT应用P2P通话非P2P通话解析号码2023LENG网络应用程序:一些术语进程(Process):主机中运行中的程序.在同一主机中,两个进程通常使用进程间通信(由OS管理).而运行在不同主机上的进程那么使用应用层协议进行通信用户代理〔Useragent〕:软件进程,是介于用户和网络之间的接口实现应用级协议Web:浏览器E-mail:Outlook、Foxmail流媒体:mediaplayer2023LENG域名系统DNS

(DomainNameSystem)2023LENG因特网的域名结构任何一个连接在因特网上的主机或路由器，都有一个唯一的层次结构的名字，即域名。域名的结构由假设干个分量组成，各分量之间用点隔开：….三级域名.二级域名.顶级域名各分量分别代表不同级别的域名。2023LENG顶级域名TLD

(TopLevelDomain)(1)国家顶级域名nTLD：如:表示中国，.us表示，.uk表示英国，等等。(2)通用顶级域名gTLD：最早的顶级域名是：表示公司企业.net表示网络效劳机构.org表示非赢利性组织.edu表示教育机构〔专用〕.gov表示政府部门〔专用〕.mil表示事部门〔专用〕2023LENG因特网的名字空间comnetorgedugovmilcoopbizinfoaerointcnuk…hkjsshbjorgnetgoveducomac…pkufudanswufeuestc…树根cctvibmhpmot…顶级域名二级域名三级域名mailteacher四级域名mailscie……seu2023LENG授权域名效劳器

因特网划分为假设干个域名效劳器管辖区(zone)，并在各管辖区中设置相应的授权域名效劳器。comyabcwvxu根域名服务器域

管辖区的授权域名效劳器管辖区管辖区管辖区的授权域名服务器t2023LENG……递归查询comabcxyzabcxy因特网uvwxyz顶级域名效劳器本地域名效劳器

授权域名效劳器“树根〞顶级域名效劳器y……本地域名效劳器

授权域名效劳器

本地域名效劳器

授权域名效劳器

②③④⑤⑥⑦⑧

①的

IP

地址是什么？2023LENG递归与迭代相结合的查询

④⑤⑥⑦根域名效劳器本地域名效劳器

本地域名效劳器本地域名效劳器

②③①I)=?⑧I)=(5)2023LENG文件传送协议FTP将文件从一台计算机中复制到另一台可能相距很远的计算机中。看似简单，其实困难。原因是众多的计算机厂商的文件系统多达数百种，差异很大。计算机存储数据的格式不同。文件的目录结构和文件命名的规定不同。对于相同的文件存取功能，操作系统使用的命令不同。访问控制方法不同。2023LENGFTP特点文件传送协议FTP只提供文件传送的一些根本的效劳，它使用TCP可靠的传输效劳。主要功能是减少或消除在不同操作系统下处理文件的不兼容性。FTP使用客户/效劳器方式。一个FTP效劳器进程可同时为多个客户进程提供效劳。FTP的效劳器进程由两大局部组成：一个主进程，负责接受新的请求；另外有假设干个附属进程，负责处理单个请求。2023LENG效劳器主进程翻开端口〔缺省端口号为21〕，使客户进程能够连接上。等待客户进程发出连接请求。启动附属进程处理客户进程发来的请求。附属进程处理完毕后即终止，但附属进程在运行期间还可能创立其他子进程。回到等待状态，继续接受其他客户进程发来的请求。主进程与附属进程的处理是并发地进行。2023LENGFTP使用的两个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效劳器端因特网控制连接数据连接2023LENG电子邮件把邮件发送到ISP的邮件效劳器，放在收信人邮箱中，收信人可随时上网到ISP的邮件效劳器进行读取。使用方便，传递迅速，费用低廉可传送文字信息、声音和图像等2023LENG电子邮件主要组成构件用户代理UA(UserAgent)是用户与电子邮件系统的接口。用户代理的功能：撰写、显示和处理。邮件效劳器的功能是发送和接收邮件，同时向发信人报告邮件传送的情况〔已交付、被拒绝、丧失等〕。邮件效劳器需要使用两个不同的协议。简单邮件传送协议SMTP用于发送邮件。邮局协议POP(PostOfficeProtocol)用于接收邮件。2023LENG电子邮件传输主要流程

发送方邮件缓存接收端邮件效劳器用户代理SMTPSMTPPOP3发送端邮件效劳器用户代理用户邮箱接收方用户代理用户代理邮件效劳器邮件效劳器SMTPSMTPPOP3(发送邮件)(发送邮件)〔发送邮件〕(发送邮件)(读取邮件)(读取邮件)(TCP连接)(TCP连接)(TCP连接)因特网2023LENG简单邮件传送协议SMTPSMTP所规定的是在两个相互通信的SMTP进程之间应如何交换信息。负责发送邮件的SMTP进程就是SMTP客户，而负责接收邮件的SMTP进程就是SMTP效劳器。SMTP通信的三个阶段连接建立：在发送主机的SMTP客户和接收主机的SMTP效劳器之间建立的。邮件传送连接释放：邮件发送完毕后，SMTP应释放TCP连接。2023LENG邮件读取协议POP3邮局协议

POP

非常简单、功能有限，现在使用第三个版本POP3。POP

也使用客户效劳器的工作方式。在接收邮件的用户

PC

机中必须运行

POP

客户程序，而在用户所连接的

ISP

的邮件效劳器中那么运行

POP

效劳器程序。

2023LENG邮件读取协议IMAP协议

(InternetMessageAccessProtocol)

用户在自己的PC机上就可以操纵ISP的邮件效劳器的邮箱，就像在本地操纵一样。IMAP是一个联机协议。当用户PC机上的IMAP客户程序翻开IMAP效劳器的邮箱时，就可看到邮件的首部。假设用户需要翻开某个邮件，那么该邮件才传到用户的计算机上。

2023LENG1.3网络通信计算机的通信功能可与网络中的任意位置的计算机通信可同时与多台计算机进行通信浏览网页、下载文件、QQ对话、…网络的通信功能单播：把数据送到另一个指定的计算机上播送：把数据送到所有计算机上(限定在一定范围)多播：把数据送到指定的某一组计算机上IE1网络2023LENG比照：传统的网话机通信功能与任意其它话机通话但不能同时与多个话机通话顶多：三方通话网通信功能基于话路(话音电路)的通信网话路的交叉连接，形成通路无法进行播送、多播本地局长途局程控交换机2023LENG计算机通信的过程与对方计算机的通信横向的信息交换信息传输通过网络实现纵向的信息传递WebServer收到用户的请求网页的内容(可能分屡次传送)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HostHost2023LENG应用的通信Web请求Web内容应用关心通信效劳的数据丧失一些应用〔如语音〕容忍少量的数据丧失其它应用(如FTP等)需要数据传输100%可靠通信能力一些应用〔如多媒体〕需要定量的通信能力其它应用(如FTP等)需要通信能力是弹性的(尽可能地大)时间限制一些应用〔如IP，游戏等〕在很小的通信延时下才能有效使用2023LENGTransportservicerequirementsofcommonappsApplicatione-mailWebdocumentsreal-timeaudio/videostoredaudio/videointeractivegamesfinancialappsDatalossnolossnolossloss-tolerantloss-tolerantloss-tolerantloss-tolerantnolossBandwidthelasticelasticelasticaudio:5Kb-1Mbvideo:10Kb-5MbsameasabovefewKbpsupelasticTimeSensitivenononoyes,100msecyes,fewsecsyes,100msecyesandno2023LENG网络的通信TrafficsofsomeapplicationDataratetWeb浏览，突发速率，每次点击触发流量RatelimitAudio，低平稳流量，约10KbpstVideo，高平稳流量，约800KbpstttFTP，弹性流量，试图尽可能大游戏，突发小流量，2023LENG1.3.1计算机网络的重要性能指标带宽〔Bandwidth〕物理层面带宽：信道/线路允许通过的信号频带宽度，或称通频带单位Hz链路层面〔计算机网络的带宽概念〕网络通信链路所能传送数据的能力，即数据最高传输率，单位bps混称“带宽〞，如IEEE802.11g无线局域网的带宽为54Mbps受频带宽度和信噪比〔Shannon定理〕约束由每个信号所占时间长度、信号的编码调制方式决定。吞吐量〔Throughput〕表示线路/信道的测量特性★2023LENG计算机网络的重要性能指标端到端的时延〔delay〕指数据从一个端系统通过网络〔或链路〕到另一个端系统所需要的时间时延包括:发送时延传播时延处理时延总时延=发送时延+传播时延+处理时延★2023LENG计算机网络的重要性能指标端到端的时