计算机网络导论

计算机网络导论

杨松波第1页，共58页，2023年，2月20日，星期四

杨松波计算机网络1概述2物理层3数据链路层4网络层5运输层6应用层第2页，共58页，2023年，2月20日，星期四

杨松波计算机网络

在信息时代的作用21世纪的一些重要特征就是数字化、网络化和信息化，它是一个以网络为核心的信息时代。网络现已成为信息社会的命脉和发展知识经济的重要基础。网络是指“三网”，即电信网络、有线电视网络和计算机网络。发展最快的并起到核心作用的是计算机网络。第3页，共58页，2023年，2月20日，星期四

杨松波因特网(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。现在人们的生活、工作、学习和交往都已离不开因特网。

-艺术

-IT-商务、教育、体育、政府第4页，共58页，2023年，2月20日，星期四

杨松波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。第5页，共58页，2023年，2月20日，星期四

杨松波因特网概述网络(network)由若干结点(node)和连接这些结点的链路(link)组成。互联网是“网络的网络”(networkofnetworks)。连接在因特网上的计算机都称为主机(host)。第6页，共58页，2023年，2月20日，星期四

杨松波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。第7页，共58页，2023年，2月20日，星期四

杨松波1.2.2因特网发展的三个阶段第一阶段是从单个网络ARPANET向互联网发展的过程。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。第8页，共58页，2023年，2月20日，星期四

杨松波Internet和Internet的区别以小写字母i

开始的internet（互联网或互连网）是一个通用名词，它泛指由多个计算机网络互连而成的网络。以大写字母I开始的的Internet（因特网）则是一个专用名词，它指当前全球最大的、开放的、由众多网络相互连接而成的特定计算机网络，它采用TCP/IP协议族作为通信的规则，且其前身是美国的ARPANET。第9页，共58页，2023年，2月20日，星期四

杨松波三级结构的因特网第二阶段的特点是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）。第10页，共58页，2023年，2月20日，星期四

杨松波多层次ISP结构的因特网第三阶段的特点是逐渐形成了多层次ISP结构的因特网。出现了因特网服务提供者ISP(InternetServiceProvider)。第11页，共58页，2023年，2月20日，星期四

杨松波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。第12页，共58页，2023年，2月20日，星期四

杨松波1.4计算机网络在我国的发展(1)中国公用计算机互联网CHINANET(2)中国教育和科研计算机网CERNET(3)中国科学技术网CSTNET(4)中国联通互联网UNINET(5)中国网通公用互联网CNCNET(6)中国国际经济贸易互联网CIETNET(7)中国移动互联网CMNET(8)中国长城互联网CGWNET（建设中）(9)中国卫星集团互联网CSNET（建设中）第13页，共58页，2023年，2月20日，星期四

杨松波第14页，共58页，2023年，2月20日，星期四

杨松波计算机网络的分类计算机网络的不同定义最简单的定义：计算机网络是一些互相连接的、自治的计算机的集合。因特网(Internet)是“网络的网络”。几种不同的类别的网络按拓扑结构分类不同作用范围的网络

从网络的使用者进行分类

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杨松波几种不同类别的网络按拓扑结构分类星型拓扑结构总线型拓扑结构环形拓扑结构网状拓扑结构混合拓扑结构第16页，共58页，2023年，2月20日，星期四

杨松波几种不同类别的网络不同作用范围的网络广域网WAN(WideAreaNetwork)城域网MAN(MetropolitanAreaNetwork)局域网LAN(LocalAreaNetwork)个人区域网PAN(PersonalAreaNetwork)

第17页，共58页，2023年，2月20日，星期四

杨松波2.不同使用者的网络从网络的使用者进行分类公用网(publicnetwork)专用网(privatenetwork)

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杨松波计算机网络的性能指标1.速率比特（bit）是计算机中数据量的单位，也是信息论中使用的信息量的单位。Bit来源于binarydigit，意思是一个“二进制数字”，因此一个比特就是二进制数字中的一个1或0。速率即数据率(datarate)或比特率(bitrate)是计算机网络中最重要的一个性能指标。速率的单位是b/s，或kb/s,Mb/s,Gb/s等速率往往是指额定速率或标称速率。第19页，共58页，2023年，2月20日，星期四

杨松波2.带宽“带宽”(bandwidth)本来是指信号具有的频带宽度，单位是赫（或千赫、兆赫、吉赫等）。现在“带宽”是数字信道所能传送的“最高数据率”的同义语，单位是“比特每秒”，或b/s(bit/s)。第20页，共58页，2023年，2月20日，星期四

杨松波常用的带宽单位更常用的带宽单位是千比每秒，即kb/s（103b/s）兆比每秒，即Mb/s（106b/s）吉比每秒，即Gb/s（109b/s）太比每秒，即Tb/s（1012b/s）请注意：在计算机界，K=210=1024M=220,G=230,T=240。

1B=8b1B/s=8b/s(或1Bps=8bps)

1KB=1024B1KB/s=1024B/s

1MB=1024KB1MB/s=1024KB/s

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杨松波3.吞吐量吞吐量(throughput)表示在单位时间内通过某个网络（或信道、接口）的数据量。吞吐量更经常地用于对现实世界中的网络的一种测量，以便知道实际上到底有多少数据量能够通过网络。吞吐量受网络的带宽或网络的额定速率的限制。第22页，共58页，2023年，2月20日，星期四

杨松波4.时延(delay或latency)时延（delay或latency）数据从网络的一段传送到另一端所需的时间。发送时延传播时延处理时延排队时延第23页，共58页，2023年，2月20日，星期四

杨松波6.往返时间RTT往返时间RTT（Round-TripTime）从发送方发送数据开始，到发送方收到来自接收方的确认，总共经历的时间第24页，共58页，2023年，2月20日，星期四

杨松波计算机网络体系结构的形成网络体系结构的内容：

-激活，使用信令确保发送的通路

-进行数据分析

-发送方对接收方的就绪检测

-文件系统的格式转换

-差错控制

-其它第25页，共58页，2023年，2月20日，星期四

杨松波1.7计算机网络的体系结构

1.7.1计算机网络体系结构的形成网络体系结构的内容发展：第一个阶段：“群雄逐鹿”各公司拥有自己的网络体系结构

-IBM的SNA（SystemNetworkArchitecture）

-Novell

造成大公司的垄断，技术不兼容第26页，共58页，2023年，2月20日，星期四

杨松波1.7计算机网络的体系结构

1.7.1计算机网络体系结构的形成网络体系结构的内容发展：第二个阶段：OSI“一统天下”

OSI七层模型-ISOISO-国际标准化组织

InternationalStandardOrganizationOSI-开放系统互连基本参考模型

OpenSystemInterconnectionReferenceModel第27页，共58页，2023年，2月20日，星期四

杨松波1.7.3具有五层协议的体系结构OSI七层体系结构：应用层、表示层、会话层、运输层、网络层、数据链路层和物理层TCP/IP是四层的体系结构：应用层、运输层、网际层和网络接口层。五层协议的体系结构：应用层、运输层、网络层、数据链路层和物理层。第28页，共58页，2023年，2月20日，星期四

杨松波1.7.3具有五层协议的体系结构OSI七层模型物理层数据链路层网络层传输层会话层表示层应用层物理层数据链路层网络层传输层会话层表示层应用层第29页，共58页，2023年，2月20日，星期四

杨松波1.7.3具有五层协议的体系结构TCP/IP体系结构网络接口层网络层IP传输层（TCP、UDP）应用层（TELNET、FTP、SMTP）第30页，共58页，2023年，2月20日，星期四

杨松波五层协议的体系结构应用层(applicationlayer)运输层(transportlayer)网络层(networklayer)数据链路层(datalinklayer)物理层(physicallayer)数据链路层5应用层4运输层3网络层2数据链路层1物理层第31页，共58页，2023年，2月20日，星期四

杨松波五层协议的体系结构物理层数据链路层网络层传输层会话层表示层应用层物理层数据链路层网络层传输层应用层网络接口层网络层IP传输层（TCP、UDP）应用层（TELNET、FTP、SMTP）第32页，共58页，2023年，2月20日，星期四

杨松波五层协议的体系结构物理层的主要任务描述为确定与传输媒体的接口的一些特性，即：机械特性指明接口所用接线器的形状和尺寸、引线数目和排列、固定和锁定装置等等。电气特性指明在接口电缆的各条线上出现的电压的范围。功能特性指明某条线上出现的某一电平的电压表示何种意义。过程特性指明对于不同功能的各种可能事件的出现顺序。第33页，共58页，2023年，2月20日，星期四

杨松波物理层下面的传输媒体传输媒体分为两类：导向传输媒体非导向传输媒体传输媒体（传输介质或传输媒介）：它是数据传输系统中在发送器和接收器之间的物理通路第34页，共58页，2023年，2月20日，星期四

杨松波导向传输媒体双绞线同轴电缆光缆第35页，共58页，2023年，2月20日，星期四

杨松波2.3.1导向传输媒体双绞线第36页，共58页，2023年，2月20日，星期四

杨松波2.3.1导向传输媒体同轴电缆第37页，共58页，2023年，2月20日，星期四

杨松波光纤的结构第38页，共58页，2023年，2月20日，星期四

杨松波非导向传输媒体无线传输所使用的频段很广。短波通信主要是靠电离层的反射，但短波信道的通信质量较差。微波在空间主要是直线传播。地面微波接力通信卫星通信第39页，共58页，2023年，2月20日，星期四

杨松波数据链路层数据链路层的主要功能：链路管理:数据链路的连接、维护、释放。数据链路层使用的信道主要有以下两种类型：点对点信道。这种信道使用一对一的点对点通信方式。（PPP协议）广播信道。这种信道使用一对多的广播通信方式，因此过程比较复杂。广播信道上连接的主机很多，因此必须使用专用的共享信道协议来协调这些主机的数据发（CSMA/CD协议）第40页，共58页，2023年，2月20日，星期四

杨松波差错检测在传输过程中可能会产生比特差错：1可能会变成0而0也可能变成1。在一段时间内，传输错误的比特占所传输比特总数的比率称为误码率

BER(BitErrorRate)。误码率与信噪比有很大的关系。为了保证数据传输的可靠性，在计算机网络传输数据时，必须采用各种差错检测措施。第41页，共58页，2023年，2月20日，星期四

杨松波循环冗余检验的原理基本原理：

-若m/p=n…….r,则有（m-r）的余数为0-使用模2除法。模2的运算规则：

01010110-则有（m+r）的余数为0第42页，共58页，2023年，2月20日，星期四

杨松波CRC校验M=1101011011P=10011被除数应为：11010110110000运算MKbitP(n+1)bitM连接R(k+n)bitM.2n+R(k+n)bit第43页，共58页，2023年，2月20日，星期四

杨松波

1100001010

←

Q

(商)P(除数)→

1001111010110110000

←

2nM(被除数)

10011

10011

10011

10110

10011

10100

10011

1110

1110←R(余数)，作为FCS

循环冗余检验的原理说明110101101100001110

11010110111110第44页，共58页，2023年，2月20日，星期四

杨松波五层协议的体系结构第45页，共58页，2023年，2月20日，星期四

杨松波网络层采用的设计思路网络层向上只提供简单灵活的、无连接的、尽最大努力交付的数据报服务。网络在发送分组时不需要先建立连接。每一个分组（即IP数据报）独立发送，与其前后的分组无关（不进行编号）。网络层不提供服务质量的承诺。即所传送的分组可能出错、丢失、重复和失序（不按序到达终点），当然也不保证分组传送的时限。第46页，共58页，2023年，2月20日，星期四

杨松波网络层协议网际协议IP（InternetProtocol）是TCP/IP体系中两个最主要的协议之一。与IP协议配套使用的还有四个协议：地址解析协议ARP(AddressResolutionProtocol)逆地址解析协议RARP(ReverseAddressResolutionProtocol)网际控制报文协议ICMP(InternetControlMessageProtocol)网际组管理协议IGMP(InternetGroupManagementProtocol)第47页，共58页，2023年，2月20日，星期四

杨松波运输层的主要功能运输层为应用进程之间提供端到端的逻辑通信（但网络层是为主机之间提供逻辑通信）。运输层还要对收到的报文进行差错检测。运输层需要有两种不同的运输协议，即面向连接的TCP和无连接的UDP。

第48页，共58页，2023年，2月20日，星期四

杨松波TCP/IP的运输层有两个不同的协议：(1)用户数据报协议UDP (UserDatagramProtocol)(2)传输控制协议TCP (TransmissionControlProtocol)5.1.2运输层的两个主要协议第49页，共58页，2023年，2月20日，星期四

杨松波应用层应用层的具体内容就是规定应用进程在通信时所遵循的协议。第50页，共58页，2023年，2月20日，星期四

杨松波顶级域名TLD

(TopLevelDomain)(1)国家顶级域名nTLD：如:.cn表示中国，.us表示美国，.uk表示英国，等等。(2)通用顶级域名gTLD：最早的顶级域名是：

.com（公司和企业）

.net（网络服务机构）

.org（非赢利性组织）

.edu（美国专用的教育机构（）

.gov（美国专用的政府部门）

.mil（美国专用的军事部门）

.int（国际组织）第51页，共58页，2023年，2月20日，星期四

杨松波应用层的协议文件传送协议

FTP(FileTransferProtocol)是因特网上使用得最广泛的文件传送协议。简单文件传送协议TFTP

(TrivialFileTransferProtocol)，是一个很小且易于实现的文件传送协议。第52页，共58页，2023年，2月20日，星期四

杨松波6.3按远程终端协议TELNETTELNET是一个简单的远程终端协议，也是因特网的正式标准。用户用TELNET就可在其所在地通过TCP连接注册（即登录）到远地的另一个主机上（使用主机名或IP地址）。TELNET能将用户的击键传到远地主机，同时也能将远地主机的输出通过TCP连接返回到用户屏幕。这种服务是透明的，因为用户感觉到好像键盘和显示器