计算机网络1-计算机网络概论

第一章计算机网络概论计算机网络1——计算机网络概论全文共50页，当前为第1页。主要内容计算机网络的产生与发展计算机网络的定义和分类计算机网络1——计算机网络概论全文共50页，当前为第2页。

计算机网络的产生与发展早期的计算机网络是计算机和电话通信系统相结合的产物，是以单台计算机为中心的远程联机系统，称之为面向终端的计算机网络图1远程联机系统1.面向终端的计算机通信网计算机网络1——计算机网络概论全文共50页，当前为第3页。2.分组交换网20世纪60年代后期，计算机网络进入新的阶段：多台具有自主处理能力的计算机用通信线路连接起来，计算机之间的通信使用分组交换方式。典型网络：ARPANET主机接口报文处理机图2存储转发的计算机网络计算机网络1——计算机网络概论全文共50页，当前为第4页。接口报文处理机（interfacemessageprocessor）计算机网络1——计算机网络概论全文共50页，当前为第5页。分组交换的产生是20世纪60年代美苏冷战时期的产物。60年代，美国国防部领导的高级研究计划署ARPA(AdvancedResearchProjectAgency)提出要研制一种生存性(survivability)很强的网络。传统的电路交换(circuitswitching)的电信网有一个缺点：正在通信的电路中有一个交换机或有一条链路被炸毁，则整个通信电路就要中断。如要改用其他迂回电路，必须重新拨号建立连接。这将要延误一些时间。

计算机网络1——计算机网络概论全文共50页，当前为第6页。网络用于计算机之间的数据传送，而不是传输电话语音信号。网络能够连接不同类型的计算机，不局限于单一类型的计算机。所有的网络结点都同等重要，因而大大提高网络的生存性。计算机在进行通信时，必须有冗余的路由。网络的结构应当尽可能地简单，同时还能够非常可靠地传送数据。

ARPA提出ARPANET的设计目标计算机网络1——计算机网络概论全文共50页，当前为第7页。电路交换A和B通话经过四个交换机通话在A到B的连接上进行((((交换机交换机交换机交换机用户线用户线中继线中继线BDCA计算机网络1——计算机网络概论全文共50页，当前为第8页。电路交换举例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((((交换机交换机交换机交换机用户线用户线中继线中继线BDCA计算机网络1——计算机网络概论全文共50页，当前为第9页。电路交换的特点电路交换必定是面向连接的电路交换的三个阶段：建立连接通信释放连接计算机网络1——计算机网络概论全文共50页，当前为第10页。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计算机网络1——计算机网络概论全文共50页，当前为第11页。报文分组交换的原理（一）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计算机网络1——计算机网络概论全文共50页，当前为第12页。数据数据数据报文分组交换的原理（二）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”计算机网络1——计算机网络概论全文共50页，当前为第13页。分组交换的原理（三）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计算机网络1——计算机网络概论全文共50页，当前为第14页。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。分组交换网中的结点交换机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结点交换机。用这样的存储转发方式，最后分组就能到达最终目的地。计算机网络1——计算机网络概论全文共50页，当前为第15页。分组交换的原理（四）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收到的数据计算机网络1——计算机网络概论全文共50页，当前为第16页。数据数据数据分组交换的原理（五）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计算机网络1——计算机网络概论全文共50页，当前为第17页。分组交换网的示意图H1A分组交换网BDECH5H6H4H2H3H1向H5

发送分组H2向H6

发送分组注意分组路径的变化！结点交换机主机计算机网络1——计算机网络概论全文共50页，当前为第18页。注意分组的存储转发过程H1A分组交换网BDECH5H6H4H2H3H1

向

H5

发送分组结点交换机主机在结点交换机

A

暂存查找转发表找到转发的端口在结点交换机

C

暂存查找转发表找到转发的端口在结点交换机

E

暂存查找转发表找到转发的端口最后到达目的主机

H5计算机网络1——计算机网络概论全文共50页，当前为第19页。注意结点交换机有多个端口ABCDEH1H5H2H4H3H6高速链路

结点交换机123412341

2

3

412

3

41

2

3

4计算机网络1——计算机网络概论全文共50页，当前为第20页。结点交换机在结点交换机中的输入和输出端口之间没有直接连线。结点交换机处理分组的过程是：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。

计算机网络1——计算机网络概论全文共50页，当前为第21页。主机和结点交换机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。结点交换机对分组进行存储转发，最后把分组交付给目的主机。计算机网络1——计算机网络概论全文共50页，当前为第22页。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；充分使用链路的带宽。可靠完善的网络协议；自适应的路由选择协议使网络有很好的生存性。

计算机网络1——计算机网络概论全文共50页，当前为第23页。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。

计算机网络1——计算机网络概论全文共50页，当前为第24页。

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。

计算机网络1——计算机网络概论全文共50页，当前为第25页。ARPANET的成功

使计算机网络的概念发生根本变化

早期的面向终端的计算机网络是以单个主机为中心的星形网各终端通过通信线路共享昂贵的中心主机的硬件和软件资源。

分组交换网则是以网络为中心，主机都处在网络的外围。用户通过分组交换网可共享连接在网络上的许多硬件和各种丰富的软件资源。

计算机网络1——计算机网络概论全文共50页，当前为第26页。从主机为中心到以网络为中心主机终端以主机为中心以分组交换网为中心主机分组交换网计算机网络1——计算机网络概论全文共50页，当前为第27页。3.形成计算机网络的体系结构

4.因特网时代因特网的基础结构大体上经历了三个阶段的演进。但这三个阶段在时间划分上并非截然分开而是有部分重叠的，这是因为网络的演进是逐渐的而不是突然的。计算机网络1——计算机网络概论全文共50页，当前为第28页。因特网发展的第一阶段第一个分组交换网ARPANET最初只是一个单个的分组交换网。ARPA研究多种网络互连的技术。1983年TCP/IP协议成为标准协议。同年，ARPANET分解成两个网络：ARPANET——进行实验研究用的科研网MILNET——军用计算机网络1983~1984年，形成了因特网

Internet。1990年ARPANET正式宣布关闭。

计算机网络1——计算机网络概论全文共50页，当前为第29页。因特网发展的第二阶段1986年，NSF建立了国家科学基金网NSFNET

是一个三级计算机网络：

主干网地区网校园网1991

年，美国政府决定将因特网的主干网转交给私人公司来经营，并开始对接入因特网的单位收费。1993年因特网主干网的速率提高到45Mb/s。

计算机网络1——计算机网络概论全文共50页，当前为第30页。三级结构的因特网各网络之间需要使用路由器来连接。有时在结构图中可不画出路由器。校园网校园网校园网校园网校园网校园网国家主干网地区网地区网地区网路由器计算机网络1——计算机网络概论全文共50页，当前为第31页。三级结构的因特网主机到主机的通信可能要经过多种网络。校园网校园网校园网校园网校园网校园网国家主干网地区网地区网地区网计算机网络1——计算机网络概论全文共50页，当前为第32页。因特网发展的第三阶段从1993年开始，由美国政府资助的NSFNET逐渐被若干个商用的ISP网络所代替。1994年开始创建了4个网络接入点NAP(NetworkAccessPoint)，分别由4个电信公司经营。NAP就是用来交换因特网上流量的结点。在NAP中安装有性能很好的交换设施。到本世纪初，美国的NAP的数量已达到十几个。从1994年到现在，因特网逐渐演变成多级结构网络。

计算机网络1——计算机网络概论全文共50页，当前为第33页。多级结构的因特网大公司地区ISP网络接入点NAP（对等点）公司校园网主干服务提供者校园网校园网校园网校园网本地ISP地区

ISP地区

ISP地区

ISP本地ISP本地ISP大公司大公司网络接入点NAP（对等点）主机到主机的通信可能经过多种ISP。计算机网络1——计算机网络概论全文共50页，当前为第34页。目前多级结构的因特网大致上可将因特网分为以下五个接入级网络接入点NAP国家主干网（主干ISP）地区ISP本地ISP校园网、企业网或PC机上网用户计算机网络1——计算机网络概论全文共50页，当前为第35页。计算机网络的定义与分类2.1计算机网络的不同定义计算机网络定义是：计算机网络是用通信线路将分散在不同地点并具有独立功能的多台计算机系统互相连接，按照网络协议进行数据通信，实现资源共享的信息系统。计算机网络1——计算机网络概论全文共50页，当前为第36页。计算机网络（computernetwork）是计算机技术和通信技术相结合的产物。世界上第一台电子数字计算机于1946年诞生，称为电子数字集成器和计算器ENIAC（ElectronicNumericalIntegratorAndComputer）ENIAC计算机网络1——计算机网络概论全文共50页，当前为第37页。计算机网络的组成硬件部分计算机（PC、大型计算机、客户机或工作站、服务器）接口设备（NIC、modem）传输媒体或传输媒介（双绞线、同轴电缆、光纤、无线电、卫星电路）软件部分通信协议（CSMA/CD、TCP/IP、UDP、PPP）应用软件（WWW、E-mail）计算机网络1——计算机网络概论全文共50页，当前为第38页。2.2计算机网络的分类

计算机网络的分类有很多种方法，可以从不同的角度和特征进行划分按拓扑结构

可分为总线、星状、树状、环状、网状网等。按数据交换方式

可分为电路交换网、分组交换网、帧中继交换网、信元交换网等。按使用者或交换媒体分类等方式最常用最有意义的是按网络覆盖的地域范围划分，因为网络覆盖的地域范围大小影响到网络诸多方面的特征，如传输速度、拓扑结构、使用的技术和网络设备等计算机网络1——计算机网络概论全文共50页，当前为第39页。计算机网络按覆盖的地域范围分类：局域网：LAN,一般地理范围在10km以内。广域网：WAN，地域范围可达100公里以上，甚至数千公里，可以覆盖一个地区、一个国家、一个洲甚至更大，又称为远程网。城域网：规模介于LAN和WAN之间，局限在一个城市的范围内，一般在5km~50km的范围内。计算机网络1——计算机网络概论全文共50页，当前为第40页。局域网的特点短距离工作具有较高的带宽，信息传输速率高，一般为10~100Mb/s，随着技术的发展，信息传输速率在不断提高。数据传输可靠，误码率低，通常为10-7~10-12大多数LAN采用总线、环形及星形拓扑结构，结构简单，易于实现一般为广播网络通常是由单一组织所拥有和使用，不受公共网络所属机构的规定约束，容易进行设备的更新和使用最新技术不断增强网络的功能。计算机网络1——计算机网络概论全文共50页，当前为第41页。广域网的特点一般由主机和通信子网组成，通信子网由通信线路交换结点组成，往往是电信部门提供的公共通信网。一般为点对点网络，一条通信线路只连接一对结点，一端的结点发送的数据只有惟一的另一端结点接收。多使用分组交换技术通信协议重点在网络层，除分组转发还有路由选择问题网络拓扑比较复杂、不规整