第一章-生活在以网络为中心的世界里

1计算机网络任课老师：何中越电话Q:765778580E-mail:hezhongyue@课程目标《计算机网络》是一门专业基础课程。本课程的目的是使学生掌握计算机网络的有关基础知识和基本原理，掌握通用的计算机网络体系结构，从理论的高度掌握计算机网络的设计与运行原理。思科如今思科系统公司已成为公认的全球网络互联解决方案的领先厂商，其提供的解决方案是世界各地成千上万的公司、大学、企业和政府部门建立互联网的基础，用户遍及电信、金融、服务、零售等行业以及政府部门和教育机构等。同时，思科系统公司也是建立网络的中坚力量，目前互联网上近80%的信息流量经由思科系统公司的产品传递。思科已经成为毋庸置疑的网络领导者.思科认证有CCNA、CCDA、CCNP、CCDP、CCSP、CCIP、CCVP、CCIE（又分为针对路由和交换；语音；存储网络；安全；电信运营商）等多种不同级别、不同内容、不同方向的各种认证。课程特点系统的知识体系大学期间学完CCNA全部课程和CCNP部分课程(网络工程)本课程为该系统的第一门课程工程化的教学内容课程内容结合最实用和最流行的技术实验结合具体的设备和网络完善的教学资料思科配套电子教材思科网院AC网站练习和考试课程介绍总学时：48(理论)+16(实验)教材：《CCNAExploration:网络基础知识》课程特点基本概念多、抽象概念多新知识、新术语多涉及内容广实践应用性强学时分配理论学习：48学时实验：16学时第一章：生活在以网络为中心的世界---5学时第二章：网络通信-----5学时第三章：应用层----7学时第四章：传输层----7学时第五章：网络层---4学时第六章：网络编址----8学时第七章：数据链路层---4学时第八章：物理层---2学时第九章：以太网---6学时课程体系结构网络基本认识通信基础知识应用层传输层网络层数据链路层局域网技术物理层TOPDOWNDOWNTOP

课程网站计算机网络精品课程网站/C876/Asp/Root/Index.asp思科教务系统网站http://学习建议从整体上去把握知识的结构，先建立基本框架，然后自上而下逐渐细化，逐步充实。对于那些尚未深入涉及的概念，要点是掌握它在当前框架中的位置，着重掌握它和其它概念的相互关系善于把概念分类、归纳、对比。善于把概念前后贯穿。参考书籍《计算机网络》（第5版）谢希仁

编著电子工业出版社《计算机网络》Andrews.Tanenbaum著清华大学出版社《计算机网络-自顶向下方法》（第四版）JamesF.KuroseKeithW.Ross著高等教育出版社协议栈与网络专才applicationtransportnetworklinkphysical开发应用软件开发系统软件研制路由器研制NIC等研制通信介质Google/BaiduMicrosoft/SunHuawei/CiscoDlink/3COMIBDN/AMP成绩笔试:闭卷70%平时表现（考勤、随堂提问、作业、随堂测验等）：15%实验（每次实验结束后需提交实验报告）：15%计算机网络的认知与应用体验网络与网络应用无处不在，以至于我们已经将其视为我们社会生活的一个不可缺少的部分。请列举你所知道的网络应用。请列举你所知道上网方式。问题：为什么计算机网络技术和应用会如此迅速地发展呢？计算机网络的迅速发展驱动因素：技术驱动和市场驱动技术驱动

微电子技术日新月异(摩尔定律)

存储介质的量和质发生了根本性变化操作系统及其相关支撑工具的发展多媒体技术与用户界面的技术进步计算机体系结构的发展市场驱动人们希望共享信息并渴望这种共享不受时间与空间的限制计算机网络的迅速发展今后的战争将是网络上的战争今后的经济将绝大部分是网络上的经济今后的工业生产将会通过分布在世界各地的网络来控制和管理今后的娱乐也将是离不开网络的学习计算机网络的原因生活在以网络为中心的世界互联网的全球化速度已超过人们的想象.第1章生活在以网络为中心的世界里目标描述网络如何影响我们的日常生活.描述数据网络在以人为本的网络中的角色.确定任意数据网络的关键组件.确定融合网络所带来的机遇和挑战.描述网络体系结构的特征：容错能力、可扩展性、服务质量以及安全性.目录1.3在以网络为中心的世界相互通信1.4通信–生活中不可或缺的一部分1.5网络平台1.6Internet的体系结构补充：分组交换技术的基本概念1.7网络趋势1.3在以网络为中心的世界相互通信1.3.1网络支撑着我们的生活方式人类生活的所有基本要素中，与他人交流的需求仅次于维持生命的需求.1.3.1网络支撑着我们的生活方式Internet正以令人难以置信的速度成为我们日常生活中不可或缺的一部分.1.3.2当前最常用的几种通讯工具随着Internet的出现和广泛使用，许多新的通信形式也应运而生，它们使个人能够创建全球各地的人们都可以访问的信息。即时消息实时2人或多人之间以文本的形式网络日志（博客）基于Web页个人形式播客基于站点

提供音频文件下载

1.3.3网络支撑着我们的学习方式通信、协作和参与是教育的基本构成单位。教育机构正在不断努力强化这些过程，以便在最大范围内最大限度地传播知识。稳定且可靠的网络能支持并丰富学生的学习体验。1.3.3网络支撑着我们的学习方式思科的网络学院便是全球在线学习的一例应用典范。教师可根据提供的课程提纲并制定完成此课程内容的初始进度表。不同地点的学生可以同时使用文档，同时发言.1.3.3网络支撑着我们的学习方式数据网络除了支持课件以外，还支持行政管理，入学注册和师生通信.1.3.4网络支撑着我们的工作方式最初，数据网络的用途是在企业内部记录和管理财务信息、客户信息和员工薪酬系统。1.3.4网络支撑着我们的工作方式员工可以远程访问各种业务应用程序，就像亲临现场一样.员工无论身处何处都能相互联系并访问网络中的各种资源.1.3.5网络支撑着我们的娱乐方式我们的娱乐方式离不开数据网络提供的服务.不论哪种应用，网络的作用都可以归结为：数据通信和资源共享资源共享是目的，数据通信是方式1.4通信–生活中不可或缺的一部分1.4.1何为通信?在日常生活中，沟通的形式有很多种，存在于各种环境中.1.4.2通信质量如果收件人理解的消息意思符合发送方意欲表达的意思，就认为个人之间的通信成功.1.4.2通信质量要使计算机间通信成功需要克服许多障碍！影响网络通信的成功与否的外部因素包括:发送方与接收方间的路径质量消息必须变更形式的次数消息必须重定向或重分配地址的次数通信网络中同时传输其他消息的数量制定给成功通信的时间1.4.2通信质量影响网络通信的成功与否的内部因素包括:消息的大小消息的复杂程度消息的重要程度究竟怎么通信？怎么保证通信的质量呢？网络平台的设计。。。1.5网络作为一个平台1.5.1通过网络通信对于个人和企业来说，能与身处任意地域的任何人进行可靠通信正变得越来越重要。1.5.2网络要素下图显示了一个典型网络的各个要素，包括设备、介质和服务，它们通过规则结合在一起，共同作用来发送消息。或协议，管理着消息如何发送、定向、接收和解释从一个设备发出，通过介质传送到另一个设备的数据连接设备的工具1.5.2网络要素为了网络的运行，网络设备必须被互联起来.网络连接可以是有线的或者是无线的1.5.2网络要素人类经常使用计算机程序传送和收到各种各样信息，这些应用程序需要网络提供特定的服务。1.5.2网络要素通过介质传输即时消息前，前者要将其转换为二进制比特.1.5.2网络要素PC中的网络接口卡发出电信号，用于代表这些比特并将其施加到介质上，二进制比特到达第一台网络设备.1.5.2网络要素二进制比特在本地区域内从一台设备传送到另一台设备.当二进制比特离开本地区域时，通常要经过一台路由器1.5.2网络要素二进制比特传输到连接本地网络的设备，将二进制比特路由到其目的设备的过程中，可能要经过十几台甚至数百台设备处理.1.5.2网络要素将二进制比特即将到达目的设备时，要再一次通过本地设备传送.1.5.2网络要素目的设备读取二进制比特并将其重新转换为可以人工读取的消息.1.5.2网络要素常用网络设备的图标表示：1.5.3融合网络多项服务-多个网络传统的电话、广播、电视和计算机数据网络都各自拥有单独的四个基本网络要素。1.5.3融合网络融合网络技术进步使得我们可将这些单独的网络合并到一个平台—即定义为融合网络的平台1.5.3融合网络智能信息网络展望未来什么是计算机网络数以百万计的互联计算设备:主机,终端系统PC工作站,服务器PDA电话,智能家电运行网络应用程序通信链路光纤,铜缆,无线电,卫星路由器:将数据分组(数据块)通过网络转发localISPcompanynetworkregionalISProuterworkstationservermobile计算机网络的定义计算机网络的定义可以有不同的角度：广义的观点资源共享的观点用户透明性的观点以能够相互共享资源的方式互联起来的自治计算机系统的集合。资源系统计算机资源：计算机硬件软件数据共享：使用本地计算机资源通过网络访问远程计算机资源网络建立的主要目的是实现计算机资源的共享计算机网络的形成与发展计算机网络发展阶段的划分计算机网络问世至今已经有半个世纪的时间，其间经历了四个发展阶段：初级阶段计算机网络阶段标准或开放的计算机网络高速、互连、智能化的计算机网络计算机网络发展阶段的划分1.初级阶段：面向终端的计算机网络：

20CEN，50-60年代远程联机系统严格意义上讲，不属于计算机网络范畴例如20世纪60年代初的SABRE飞机预订系统第57页

20世纪60年代以实现“资源共享”为目的多计算机互连形态重要贡献：将应用与通信功能从逻辑上分离，产生了通信子网与资源子网的概念2.计算机网络阶段：多计算机互连计算机网络发展阶段的划分以通信子网为中心的主机互联特征多个终端主机系统互联，形成了多主机互联网络网络结构从“主机－终端”转变为“主机－主机”HOSTHOSTHOSTTTTTTTTTTT通信线路主机－主机网络的演变演变阶段1通信任务从主机中分离，由通信控制处理机（CCP）完成CCP：处理主机之间完成通信任务的专用计算机CCPCCPHOSTHOSTTTTTTTCCPHOSTTT两层网络概念的出现由CCP组成的传输网络——通信子网，提供信息传输服务建立在通信子网基础上的主机集合——资源子网，提供计算资源CCPCCPHOSTHOSTTTTTTTCCPHOSTTTT通信子网两层网络的概念结构CCCHHH资源子网通信子网在通信子网上可有多个资源子网，共享通信子网的服务HH例子因特网的前身——ARPANETAdvancedResearchProjectsAgencynet世界上第一个计算机网络出现在20世纪60年代后期，美苏冷战时期由美国军方建立的实验性网络是计算机网络技术发展的一个重要里程碑最终发展成为今天的Internet最初4个节点→20世纪70年代的60多个节点地域跨越美洲、欧洲具有现代网络的许多特征，例如：分组交换分层次的网络体系较为完善的通信协议计算机网络发展阶段的划分3.标准或开放的计算机网络网络体系结构的多样化与私有性IBM的SNA（系统网络体系结构）-1974DEC的DNA（数字网络体系结构）-1975缺点：适用范围：兼容性技术垄断：竞争标准不统一：用户利益计算机网络发展阶段的划分3.标准、开放的计算机网络呼唤网络体系结构的标准化与兼容性国际标准:ISO的OSI/RM（开放系统互连参考模型）-1977/1983OpenSystemInterconnection/RecommendedModel(开放系统互联参考模型，简称OSI参考模型)OSI参考模型是一种概念上的网络模型，规定了网络体系结构的框架：七个层次只说明了做什么（WHATTODO）而没有规定怎样做（HOWTODO）太复杂，几乎没有与之完全符合的网络实际标准:TCP/IP(因特网的骨干协议)从体系结构上看，它是OSI参考模型的简化（四个层次）推动了计算机网络的高速发展：因特网(Internet)与以太网(ETHERNET)计算机网络发展阶段的划分4高速、互连、智能化的计算机网络高速：主干带宽的增加达到10Gbps或更高，接入带宽可以高达1000Mbps。互连InternetⅡ、计算机网络、广播网络、通信网络智能服务质量(QoS)、网络管理InternetⅡ是指由美国120多所大学、协会、公司和政府机构共同努力建设的网络，它的目的是满足高等教育与科研的需要，开发下一代互联网高级网络应用项目。Question?在同学们对计算机网络有了初步的认识之后，请同学们思考一个非常重要的问题

计算机网络由哪些部件组成？计算机网络的组成与结构从资源构成的角度讲，计算机网络由硬件和软件组成硬件包括各种主机、终端等用户端设备，以及交换机、路由器等通信控制处理设备软件则由各种系统程序和应用程序以及大量的数据资源组成。从功能角度来看待计算机网络的组成，计算机网络划分为资源子网和通信子网。计算机网络的组成与结构资源子网—负责数据处理的主计算机与终端；通信子网—负责数据通信处理的通信控制处理机与通信线路。

通信子网 通信结点＋信道构成通信子网，为资源子网提供所需的通信功能。连接设备（一般是Router）是通信结点（Node）Node负责中继转发Node负责选路资源子网 提供网络共享的软、硬件资源。通信计算机，承担Host间通信的数据传输服务资源子网通信子网资源子网（网络的边缘）资源子网的组成主机终端终端控制器外设软件资源信息资源主机通信----进程通信客户服务器方式和对等方式通信子网（网络的核心）通信子网由通信控制处理机、通信线路与其他通信设备组成，完成网络数据传输、转发等通信处理任务；通信控制处理器网络结点；将主机和终端连入网内作为通信子网中的分组存储转发结点通信线路提供通信信道多种通信线路：电话线、双绞线、同轴电缆、光纤、微波、卫星通信信道从因特网的工作方式上看，可以划分为以下的两大块：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。通信子网（网络的核心）计算机网络的类别计算机网络有多种分类标准：按通信所使用的介质，分为有线网络和无线网络；按使用网络的对象，分为公众网络和专用网络；按照网络管理方式，分为对等网络和客户/服务器网络；按网络传输技术，分为广播式网络和点到点式网络按地理覆盖范围，分为广域网、城域网、局域网和个人局域网1.6Internet的体系结构1.6.1网络体系结构容错能力网络体系结构：从功能上来描述计算机网络结构！具备容错能力的网络结构早期网络底层结构是面向电路交换连接的网络传统电话网使用电路交换

两部电话机只需要用一对电线就能够互相连接起来。具备容错能力的网络结构传统电话网使用电路交换但若要将5部电话机两两相连，则需要10对电线。

具备容错能力的网络结构

…

交换机当电话机的数量很大时，就必须使用电话交换机进行连接。

传统电话网使用电路交换具备容错能力的网络结构电路交换（1）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电路交换（2）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电路交换（3）优点通话的双方有一条为他们双方所独享的信道、时延小、透明传输。缺点可靠性差。在通信的全部时间内用户始终占用端到端的固定传输带宽。引起效率低的问题。在建立连接时，时延较长，不适合传输计算机数据。比如建立连接的时间一般为10s。具备容错能力的网络结构为了解决容错能力的问题，网络发展为包交换无连接网络分组交换（1）在发送端，先把较长的报文划分成较短的、固定长度的数据分组(数据包)。1101000110101010110101011100010011010010假定这个报文较长不便于传输分组交换（2）每一个数据段前面添加上首部构成分组。数据数据数据报文首部首部首部分组

1分组

2分组

3请注意：现在左边是“前面”分组交换（3）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分组交换（4）接收端收到分组后剥去首部还原成报文。数据首部数据首部分组

2数据首部分组

3分组交换（5）最后，在接收端把收到的数据恢复成为原来的报文。报文1101000110101010110101011100010011010010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。分组交换网中的通信控制处理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。分组交换是基于标记的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。数据数据数据分组交换在发送端把要发送的报文分隔为较短的数据块每个块增加带有控制信息的首部构成分组（包）依