第一章 计算机网络概述

计算机网络ComputerNetwork前言计算机网络课程学时安排是什么？参考书有哪些？学习的方法是什么？学习的目标是什么？为什么学习计算机网络？21为什么学习计算机网络？1为增强计算机专业素质，了解网络那点事2为后续课程打基础3为考研、找工作打基础32学习目标是什么4掌握计算机网络工作的基本原理，并能运用到现实学习和生活中。3学习方法是什么5重预习抽象4参考书有哪些？648+8

学时70%卷面成绩+30%平时成绩考试3.5

学分5课程安排是什么？第1章概述1.6计算机网络的性能1.5计算机网络的类别1.4计算机网络在我国的发展1.3因特网的组成1.2因特网概述81.1计算机网络在信息时代中的作用1.7因特网的组成第1章概述

计算机网络的作用1

因特网的概述2

因特网的组成3

计算机网络在我国的发展4

计算机网络的分类5

计算机网络的性能6

计算机网络体系结构71.1计算机网络在信息时代中的作用10现在人们的生活、工作、学习和交往都已离不开因特网。111.1计算机网络在信息时代中的作用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。作用12共享可以是信息共享、软件共享，也可以是硬件共享。第1章概述

计算机网络的作用1

因特网的概述2

因特网的组成3

计算机网络在我国的发展4

计算机网络的分类5

计算机网络的性能6

计算机网络体系结构71.2因特网概述—互联网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141.2因特网概述—互联网15网络由若干结点和连接这些结点的链路组成。网络1.2因特网概述—互联网16互联网是“网络的网络”。互联网（网络的网络）网络互联网的扩展17路由器与主机18主机因特网1.2因特网概述—互联网网络抽象1919501970198019902000201019602020准计算机网络阶段单个网络ARPANET三级结构网络形成多层次ISP结构的因特网1.2因特网概述—因特网的发展1.2因特网概述—因特网的发展准计算机网络阶段1.2因特网概述—因特网的发展1单个网络ARPANET1.2因特网概述—因特网的发展1单个网络ARPANET1969年12月4个节点1971年9月40个节点1980年10月节点数激增1.2因特网概述—因特网的发展三级结构网络局域网路由器路由器路由器路由器路由器路由器路由器路由器路由器路由器路由器路由器1.2因特网概述—因特网的发展2三级结构网络形成1.2因特网概述—因特网的发展3多层次ISP结构的因特网

大公司公司本地

ISPAB主机A→本地ISP→地区ISP→主干ISP→地区ISP→本地ISP→主机B本地

ISP主干

ISP本地

ISP本地

ISP地区

ISP主干

ISP主干

ISP地区

ISP地区

ISP地区

ISP

本地

ISP本地

ISPIXP

本地

ISP校园网校园网

1.2因特网概述—因特网的发展3多层次ISP结构的因特网Numberofhosts联网主机数的增长Total500MillionTotal35BillionTotal50BillionTotal500Billion~2007年人均0.1个联网设备2010年人均5个

联网设备2013年人均7个

联网设备2020年人均70个

联网设备28从大型机到PC和移动智能终端MainframeComputing1950sPersonalComputing1980sDesktopInternetComputing1990sMobileInternetComputing2010sMiniComputing1960s大型计算机小型计算机个人计算机笔记本计算机移动智能终端(包括平板电脑）29RL+0.00dBm5.0dB/DIV第三代

传输系统

数字，

波分复用WDM1995～2008年1.6Tb/s2000万路第二代

传输系统

数字，

时分复用

1985~1995年2.5Gb/s3万路光纤传输技术的发展第一代

传输系统

模拟，

频分复用FDM50~80年代

4380路ASON下一代

传输系统

数字，

光联网OBS?OPS?DWDM、OFDMPDM、QPSKCoherentdetection第四代

传输系统

数字，

多域复用2008～16Tb/s2亿路传输能力十年扩大千倍PIF(光互联网）TDM干线带宽需求十年增加千倍80’年代56kb/s90’年代00’年代10’年代100Mb/s1Gb/s20’年代10Mb/s1Mb/s接入速率干线单波长2.5Gb/s10Gb/s100Gb/s1Tb/s

164080100波长数30全球骨干网IP流量31PB/月2010年在全球互联网流量中美国－－6337PB/月，占全球31％韩国－－2196PB/月，占全球10％中国－－1277PB/月，占全球6.3％人均互联网流量最高的国家韩国－－45.55GB/月（人均下载速度16.6Mbps）加拿大－－22.88GB/月美国－－21.10GB/月全球下载速度最快的国家(Akamai,2010年2季度)韩国－－16.6Mbps日本－－8Mbps荷兰－－6.5Mbps全球运营商提供的国际干线带宽32美国互联网流量监测机构Telegeography的数据显示，2010年国际互联网流量西欧增速66%，美国和加拿大54%，东欧和印度等地区增幅超过100%。全球增长了62%。/business/2012/05/bandwidth-explosion-as-internet-use-soars-can-bottlenecks-be-averted/WEB时代PC时代信息通信技术发展进入新时代20121959发明IC53年前1969@发明Internet43年前1979发明蜂窝电话33年前1989发明WWW23年前19993G3G标准化13年前发明PC197438年前互联网时代移动通信时代宽带移动通信时代发明计算机68年前194473年前1939发明电视46年前1966摩尔时代发明光纤LTEGUIWebCloud以计算机

为中心以软件

为中心以服务

为中心网络时代PC时代云计算时代以用户

为中心？网络共享信息共享资源共享IOT物联网时代以应用为中心大数据时代感知共享知识共享331.2因特网概述—因特网的发展移动终端功能的演进00’01’02’03’04’05’06’07’08’09’10’11’12’引入MP3装上彩屏带照像机手写输入录音功能TV功能内置游戏加速卡3G和WiFi触摸屏嵌入传感器功能加入PC功能双核处理器、GPU、遥控器四核处理器、重力感应、光线感应、

手势输入、语音搜索、语音翻译、柔性屏幕、3D、画板、投影仪、健康监测仪移动终端成为物联网节点！加速度传感器、陀螺仪传感器、亮度传感器、地磁传感器方向传感器、压力传感器、距离传感器、温度传感器、湿度传感器、核辐射传感器1.2因特网概述—因特网的发展智能终端引领后PC时代PC智能手机采用时间2001.7.182009.6.8处理器速度600MHz600MHz标准RAM256MHz256MHz储存能力40GB16/32GB显示分辨率800x600320x480外形尺寸15x15x17.14.5x2.4x0.5价格$999~$1299$599~$699智能手机的能力相当于8年前的PC！2012年3月苹果公司现任CEO库克在newiPad和AppleTV发布会上给“后PC”设备下了这样的定义：“在当今世界，个人电脑已经不是人们数字世界的核心，而仅仅是一款通往数字世界的设备。人们最常使用的设备应该更为便携、更为个性化，并且要比PC更易于使用。”智能手机是指具有独立操作系统，可以由用户自行安装软件、游戏等第三方应用程序的手机。移动数据流量超过移动话音2010年中国移动的忙时数据流量占全网41％的带宽。预测2015年全球移动数据业务比2010年增加26倍.362012年上半年移动数据业务收入占移动业务收入之比全国移动数据移动话音TotalMonthlyMobileVoiceandDataasMeasuredbyEricsson全球从2009年Q4开始移动数据流量已超过移动话音全球移动数据流量EB/月Source:CiscoVNIMobile20122016年全球移动数据流量达到10.8EB/月，年增78％，其中手机占50％平板电脑占10％（产生流量1.1EB/月）

2016年全球移动数据业务量中2/3为视频，

为2011年的25倍2016年中国产生的移动数据流量

占全球10％以上37移动互联网流量在过去18个月中，移动互联网流量增长了近10倍，目前已占互联网流量的10.1%亚太更为显著达到17.84％38Credit:IntelCorporation互联网上的一分钟发出2亿封邮件苹果的应用下载4.7万次Amazon销售8.3万美元Pandora新增6万多首歌曲Flickr有2千万次访问照片Twitter新增

320个帐户Flickr新贴3000张照片Twitter上载10万条新微博Facebook发生6百万次访问，新增28万用户Google发生2百万次搜索查询YouTubre上载30小时的视频，发生130万次观看在2015年要用5年时间才能看完

在互联网上一秒内所传的视频全球IP网一分钟传送639TB39互联网上的一天Twitter---2亿条，7TB；50亿个单词，几乎是60年来纽约时报单词量的两倍Facebook---2.5亿张照片，300TBYoutube---7万小时视频美国家安全局电话监控30TB淘宝网站---交易数千万笔，20TB全球互联网上一天的信息量可以刻满1.68亿张DVD，80万个硬盘，约为800Eb单就中文信息而言，每天产生数亿个新网页401.2因特网概述—因特网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IABWGWGWG1.2因特网概述—标准化工作草案建议标准草案标准正式标准正式标准要经过以下的四个阶段成为RFC文档在这个阶段还不是RFC文档第1章概述

计算机网络的作用1

因特网的概述2

因特网的组成3

计算机网络在我国的发展4

计算机网络的分类5

计算机网络的性能6

计算机网络体系结构71.3因特网的组成核心部分由大量网络和连接这些网络的路由器组成。。因特网边缘部分由所有连接在因特网上的主机组成。1.3因特网的组成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因特网的组成-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。1.3因特网的组成-边缘部分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1.3因特网的组成-边缘部分之C/S方式通信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/矿大徐师大1.3因特网的组成-边缘部分之C/S方式通信C/S方式通信491.3因特网的组成-边缘部分之C/S方式通信万维网(WorldWideWeb)蒂姆·伯纳斯·李

1.3因特网的组成-边缘部分之C/S方式通信浏览器图标1.3因特网的组成-边缘部分之P2P方式通信对等连接(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。1.3因特网的组成-边缘部分之P2P方式通信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P2P技术1.3因特网的组成-边缘部分之P2P方式通信P2P应用1.3因特网的组成-核心部分网络核心部分是因特网中最复杂的部分。提供连通性。在网络核心部分起特殊作用的是路由器。1.3因特网的组成-核心部分核心部分的三种数据交换方式电路交换报文交换分组交换1.3因特网的组成-核心部分之电路交换

一对电线N(N–1)/21.3因特网的组成-核心部分之电路交换…

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。交换的含义就是转接，即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。1.3因特网的组成-核心部分之电路交换电路交换的三个阶段：建立连接通信释放连接1.3因特网的组成-核心部分之电路交换电路交换的三个阶段：建立连接通信释放连接1.3因特网的组成-核心部分之电路交换计算机数据具有突发性。这导致通信线路的利用率很低。缺点:1.3因特网的组成-核心部分之分组交换首先，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。报文1101000110101010110101011100010011010010数据数据数据报文1.3因特网的组成-核心部分之分组交换数据数据数据报文然后，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

31.3因特网的组成-核心部分之分组交换然后，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。数据首部分组

1数据首部分组

2数据首部分组

31.3因特网的组成-核心部分之分组交换每一个分组的首部都含有地址等控制信息。中间结点根据分组首部中的地址信息，把分组转发到下一个结点首部1.3因特网的组成-核心部分之分组交换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1.3因特网的组成-核心部分之分组交换数据数据数据最后，在接收端把收到的数据恢复成为原来的报文。报文11010001101010101101010111000100110100101.3因特网的组成-核心部分之分组交换H1H5H2H4H3H6路由器网络网络核心部分主机1.3因特网的组成-核心部分之分组交换H1H5H2H4H3H6发送的分组路由器AEDBC网络核心部分主机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1.3因特网的组成-核心部分之分组交换70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711.3因特网的组成-核心部分之分组交换路由器的功能根据数据包的目的IP地址，进行选择合适的路径，转发数据包。去徐师大从哪条路走呢？1.3因特网的组成-核心部分之分组交换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也造成了一定的开销。优点缺点三种交换的比较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74第1章概述

计算机网络的作用1

因特网的概述2

因特网的组成3

计算机网络在我国的发展4

计算机网络的分类5

计算机网络的性能6

计算机网络体系结构71.4计算机网络在我国的发展19851995200020052010201519902020网路探索蓄势待发应运而起网络大潮繁荣与未来第一阶段：网路探索（1987年～1994年）1987年9月14日，北京计算机应用技术研究所钱天白发出了中国第一封电子邮件。“AcrosstheGreatWallwecanreacheverycornerintheworld.

”越过长城，走向世界

钱天白

77第二阶段

蓄势待发（1993年－1996年）四大Internet主干网的相继建设，开启了铺设中国信息高速公路的历程。网络名称运行管理单位完成时间业务性质CSTNET中国科学院1994.4科技CHINANET邮电部1995.5商业CERNET国家教委1995.11教育GBNET电子部1996.9商业78第三阶段

应运而起：（1996年－1998年）中国互联网进入了一个空前活跃的时期，应用和政府管理齐头并进。1997年2月，瀛海威是最早、最大的民营ISP、ICP。

1998年3月，163.net开通了容量为30万用户的中国第一个免费中文电子邮件系统，

79第四阶段

网络大潮：（1999年—2002年底）中国互联网进入普及和应用的快速增长期。网络扩建：中国移动推出GPRS业务、中国联通公用计算机互联网(UNINET)正式开通。2000年4月和7月，新浪、网易、搜狐网登陆纳斯达克80第五阶段

繁荣与未来（2003年～至今）应用多元化阶段到来，互联网逐步走向繁荣。门户网站：搜狐、网易、新浪电子商务：淘宝、当当、卓越、凡客、美团、京东网络游戏：巨人网络、网易、盛大社区：腾讯空间、人人网等81第1章概述

计算机网络的作用1

因特网的概述2

因特网的组成3

计算机网络在我国的发展4

计算机网络的分类5

计算机网络的性能6

计算机网络体系结构71.5计算机网络的分类—之区域划分01020304区域划分广域网城域网局域网个人区域网1.5计算机网络的分类—之使用者划分公用网(publicnetwork)专用网(privatenetwork)

第1章概述

计算机网络的作用1

因特网的概述2

因特网的组成3

计算机网络在我国的发展4

计算机网络的分类5

计算机网络的性能6

计算机网络体系结构71.6计算机网络的性能—性能指标1.速率

速率即数据率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1.6计算机网络的性能—性能指标2.带宽数字信道所能传送的“最高数据率”。b/s、kb/s,Mb/s,Gb/s等bps、kbps、mbps、gbps等1.6计算机网络的性能—性能指标每秒

106

个比特时间1

01

0

111

s带宽为1Mb/s时间每秒

4

106

个比特0.25s带宽为4Mb/s1.6计算机网络的性能—性能指标之吞吐量3.吞吐量表示在单位时间内通过某个网络的数据量1.6计算机网络的性能—性能指标之吞吐量1.6计算机网络的性能—性能指标之时延数据经历的总时延就是发送时延、传播时延、处理时延和排队时延之和：总时延=发送时延+传播时延+处理时延+处理时延1.6计算机网络的性能—性能指标之时延电磁波在信道中需要传播一定的距离而花费的时间。发送数据时，数据帧从结点进入到传输媒体所需要的时间结点缓存队列中分组排队所经历的时延。发送时延传播时延排队时延交换结点为存储转发而进行一些必要的处理所花费的时间。处理时延

1.6计算机网络的性能—性能指标之时延1011001…发送器队列在链路上产生传播时延结点

B结点

A在发送器产生发送时延(即传输时延)在结点

A中产生处理时延和排队时延数据链路1.6计算机网络的性能—性能指标之时延发送时延发送时延=数据帧长度（b）发送速率（b/s）1.6计算机网络的性能—性能指标之时延传播时延=信道长度（米）信号在信道上的传播速率（米/秒）传播时延1.6计算机网络的性能—性能指标之时延排队时延1.6计算机网络的性能—性能指标之时延处理时延1.6计算机网络的性能—性能指标之时延带宽积

5.时延带宽积链路的时延带宽积又称为以比特为单位的链路长度（传播）时延链路带宽时延带宽积=传播时延

带宽1.6计算机网络的性能—性能指标之利用率则是全网络的信道利用率的加权平均值。指出某信道有百分之几的时间是被利用的。完全空闲的信道的利用率是零。信道利用率网络利用率6.利用率1.6计算机网络的性能—性能指标时延

D利用率

U10D0时延急剧增大1.6计算机网络的性能—非性能指标费用质量标准化可靠性可扩展性和可升级性易于管理和维护第1章概述

计算机网络的作用1

因特网的概述2

因特网的组成3

计算机网络在我国的发展4

计算机网络的分类5

计算机网络的性能6

计算机网络体系结构71.7计算机网络的体系结构—分层和参考模型PK

实际通信在最底层完成下层向上层提供服务下层向上层提供服务1.7计算机网络的体系结构—分层和参考模型收信人写信人邮局服务部门邮局转运部门用户的领域服务领域通信领域123邮局服务部门213邮局转运部门

实际通信在最底层完成下层向上层提供服务1.7计算机网络的体系结构—分层和参考模型1.7计算机网络的体系结构—分层和参考模型各层之间是独立的。灵活性好。结构上可分割开。易于实现和维护。能促进标准化工作。分层的好处1.7计算机网络的体系结构—分层和参考模型OSI/RM七层结构TCP/IP四层结构两种国际标准1.7计算机网络的体系结构—分层和参考模型网络协议，简称为协议，是为进行网络中的数据交换而建立的规则、标准或约定1.7计算机网络的体系结构—网络协议语法语意时序结构或格式

具体的含义实现的顺序网络协议三要素1.7计算机网络的体系结构—网络协议英文协议旗语协议1.7计算机网络的体系结构—网络协议1.7计算机网络的体系结构—网络协议计算机网络体系结构是计算机网络的各层及其协议的集合。沙漏计时器形状的

TCP/IP协议族HTTPSMTPDNSRTPTCPUDPIP网际层网络接口层运输层应用层………网络接口

1网络接口

2网络接口

3EverythingoverIPIP

可为各式各样的应用程序提供服务IPoverEverythingIP

可应用到各式各样的网络上1131.7计算机网络的体系结构1.7计算机网络的体系结构综合OSI和TCP/IP的优点，采用采取折中的办法应用层(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物理层主机

1

向主机

2

发送数据5432154321主机

1AP2AP1主机

2应用进程数据先传送到应用层加上应用层首部，成为应用层

PDU应用层PDU再传送到运输层加上运输层首部，成为运输层报文运输层报文再传送到网络层加上网络层首部，成为IP数据报（或分组）IP数据报再传送到数据链路层加上链路层首部和尾部，成为数据链路层帧数据链路层帧再传送到物理层最下面的物理层把比特流传送到物理媒体物理传输媒体电信号（或光信号）在物理媒体中传播从发送端物理