计算机网络B教程

计算机网络B授课教师：王凤英联系方式：教学网站：://2021年3月课程目标掌握计算机网络的根本概念、根本理论和根本方法;通过学习和习题练习，具备一定的分析问题和解决问题的能力.计算机网络课程任务对计算机网络从整体上有一个较清晰的了解;对当前计算机网络的主要种类和常用网络协议有较清晰的概念.计算机网络计算机网络课程安排总学时48，授课40学时，实验8学时〔四个实验〕授课内容：第一章～第八章实验安排：本周一次，其它3次在最后几周。计算机网络使用教材?计算机网络?清华大学出版社参考文献1谢希仁?计算机网络?(第二版)人民邮电出版社2鲁士文?计算机网络习题与解析?清华大学出版社中科院研究生院网站有典型例题分析3史美林?计算机网络复习与考试指导?高教出版社4谢希仁?计算机网络?大连理工出版社第四版5吴功宜?计算机网络?清华大学出版社计算机网络考核方式〔暂定〕书面考试(50%) 作业 (10%)实验(10%)考勤(10%)讨论课〔由学生讲为主〕(20%)计算机网络本章重点和学习目标掌握计算机网络的定义；掌握计算机网络的分层结构；掌握网络分类及拓扑结构分清6个重要概念，即实体、效劳、协议、协议数据单元、封装与拆封；掌握分组交换的根本原理。1.1什么是计算机网络图1.1计算机网络的硬件组成3计算机网络的定义本书采用如下定义：计算机网络是一些互相连接的、能共享资源的自治的计算机的集合。其它定义：利用通信设备和线路将地理位置不同的、功能独立的多个计算机系统互连起来，以功能完善的网络软件(即网络通信协议、信息交换方式及网络操作系统等)实现网络资源共享和信息传递的系统。〔侧重实现的功能〕1.2计算机网络的形成和开展

1.2.1早期的计算机网络1987年中国的第一封电子邮件通过因特网发往德国。1989年我国第一个公用的计算机网络CNPAC建成。1994年4月20日我国正式连入因特网。中国教育和科研计算机网〔ChinaEducationandResearchNetwork，CERNET〕简称教育网，始建于1994年。2004年3月，CERNET2试验网开通，这是中国第一个IPv6主干网，也是当时世界上规模最大的纯IPv6网，标志着中国下一代互联网建设拉开了序幕。1.2.2计算机网络的标准化工作1.3计算机网络的分类1.3.1按网络的覆盖范围分类一般分为4类：局域网、城域网、广域网、因特网。1．局域网〔LocalAreaNetwork，LAN〕局域网覆盖半径在几米到几千米。局域网的标准多由IEEE的802委员会制订。现在有线局域网只有一种：以太网。现在无线局域网也正在逐渐普及。2．城域网〔MetropolitanAreaNetwork，MAN〕城域网从本质上说是一种大型的局域网，一般覆盖一座城市，连接距离从几千米到几十千米。同时随着局域网覆盖范围的增大，局域网与城域网的界线变得模糊了。3．广域网〔WideAreaNetwork，WAN〕广域网覆盖的范围比城域网更广，一般连接不同城市、不同国家的网络.4．因特网〔Internet〕越来越多的网络与ARPANET连结在一起，终于形成了一个覆盖全世界的计算机网络，这个网络被命名为Internet。intranet？局域网、城域网、广域网与因特网因特网管理机构因特网名称与号码分配公司〔InternetCorporationforAssignedNamesandNumbers，ICANN〕。ICANN虽然叫做公司，但却是一个非营利性的机构，它负责世界范围内IP地址、域名等重要内容的分配与管理。中国互联网络信息中心〔ChinaInternetNetworkInformationCenter，CNNIC〕是我国的因特网管理机构，成立于1997年6月3日。1.3.2按网络的使用者分类按网络使用者类型可以将计算机网络分成公用网〔publicnetwork〕和专用网〔privatenetwork〕。公用网面向社会对所有人提供效劳。专用网为一个或几个部门所拥有，它只为拥有者提供效劳，不对外效劳。1.3.3按网络的拓扑结构分类常见的网络拓扑结构有星型、树型、总线型、环型与网状5种。1．星型拓扑结构中心节点是集线器或交换机2．树型拓扑结构对于星型拓扑结构，当计算机数量增多时无法扩充。例如，以太网交换机上有24个接口，将无法连接超过24台的计算机。这时可以使用多个交换机，并把多个交换机连接在一起，从而形成树型拓扑结构。3．总线型拓扑结构网络中所有计算机都连接在一根公共线缆上，这种结构称为总线型拓扑结构。

4．环型拓扑结构环型拓扑结构中的传输媒体从一个结点连到另一个结点，直到将所有结点连成环型。5．网状拓扑结构以上4种拓扑结构形式规整，普遍用于局域网。但对于规模大的广域网，特别是因特网，那么无法采用这些规整的拓扑结构。大规模的网络采用网状拓扑结构。网络结构比较优点缺点星型便于集中控制、易于故障定位、一台计算机故障不影响其他计算机要求中心结点有较高的可靠性；使用的线缆较多。树型无限扩充网络的节点数量。对根节点依赖太强总线这种拓扑结构能够节省线缆。存在着连线困难、故障难以定位环型线缆较少、容易安装。一台有故障整个网络不能工作，故障难定位。网状灵活复杂1.4计算机网络的分层结构

1.4.1分层的目的与意义分而治之----孙子兵法大而化小，小而化了。把大和〔或〕复杂的问题，分解成相对简单的假设干小问题，解决之。应用--淄博寄信到济南划分层次的概念举例

计算机1向计算机2通过网络发送文件。把功能模块分层次两个计算机将文件传送模块作为最高的一层。剩下的工作由下面的模块负责。两个计算机交换文件

文件传送模块计算机

1计算机

2文件传送模块只看这两个文件传送模块好似文件及文件传送命令是按照水平方向的虚线传送的把文件交给下层模块进行发送把收到的文件交给上层模块再设计一个通信效劳模块文件传送模块计算机

1计算机

2文件传送模块只看这两个通信效劳模块好似可直接把文件可靠地传送到对方把文件交给下层模块进行发送把收到的文件交给上层模块通信效劳模块通信效劳模块再设计一个网络接入模块

文件传送模块计算机

1计算机

2文件传送模块通信效劳模块通信效劳模块网络接入模块网络接入模块通信网络网络接口网络接口网络接入模块负责做与网络接口细节有关的工作例如，规定传输的帧格式，帧的最大长度等。分层的必要性相互通信的两个计算机系统必须高度协调工作才行，而这种“协调〞是相当复杂的。“分层〞可将庞大而复杂的问题，转化为假设干较小的局部问题，而这些较小的局部问题就比较易于研究和处理。协议分层的好处

各层之间是独立的。每一层只需知道下一层可以提供给自己的功能并会使用即可，每一层的功能单一且独立。结构上可分割开。灵活性好。当任何一层发生变化时，只要层与层的关系不变，其他层就不会受到影响。易于实现和维护。各层功能单独实现，方便修改。能促进标准化工作。每层的功能相对单一层数多少要适当

假设层数太少，就会使每一层的协议太复杂。层数太多又会在描述和综合各层功能时困难较大。1.4.2计算机网络的5层结构计算机网络的总体结构称为体系结构〔architecture〕。1.OSI体系结构国际标准化组织ISO提出了OSI/RM〔OpenSystemsInterconnectionReferenceModel，开放系统互联参考模型〕，简称为OSI，其标准编号为ISO7498。ISO一贯的风格是大而全，OSI分为7层，庞大复杂，事无巨细，企图解决所有能够想到的问题。2.TCP/IP体系结构因特网的体系结构称为TCP/IP体系结构,由4层组成，它与OSI截然不同。TCP/IP体系结构注重实用，非常简单。国际标准、国家标准、企业标准、事实标准？3.5层体系结构图1.9实用的5层体系结构OSI、5层体系结构与TCP/IP体系结构

OSI、5层体系结构与TCP/IP体系结构比较体系结构类型标准类型层数优点缺点备注OSI体系结构国际标准7概念清楚，理论较完整过于复杂，不实用生不逢时TCP/IP体系结构事实标准4简单、实用底层的概念不明晰已成事实5层体系结构理想化标准5概念较清楚，简单、实用理想化综合OSI和TCP/IP的优点五层体系结构各层功能1．物理层计算机网络只需要能传输大量的0与1即可。物理层的任务就是传输位流。2．数据链路层〔datalinklayer，简称为链路层〕数据链路层的任务是负责相邻结点间的通信。3．网络层〔networklayer〕网络层的任务是为数据在网络中选择一条适宜的路径。4．运输层〔transportlayer，运输层也称为传输层〕一台计算机中能够同时运行多个程序，这种运行着的程序称为进程，如一个浏览器、一个QQ聊天窗口。运输层的任务是负责不同计算机中两个进程间的通信—端到端的通信。5．应用层〔applicationlayer〕应用层就是为了让用户能够使用网络，如浏览网页、QQ聊天、收发电子邮件、利用BT下载电影、玩网络游戏，这些提供实用功能的程序称为应用。1.4.3计算机网络中的重要概念1．实体实体〔entity〕指计算机网络中参与发送或接收数据的硬件或软件进程。网卡、浏览器窗口都是实体。不同的层有不同的实体，位于不同计算机中同一层内的实体称为对等实体。2．效劳除物理层外，每层的实体需要其下一层实体的帮助才能完成数据的传输。这种下层实体为上层实体提供的帮助称为效劳〔service〕。效劳通常通过函数调用来实现。例如，运输层实体提供了C语言的发送函数send〔〕与接收函数recv〔〕，应用层实体需要收发数据时直接调用这两个函数就可以了。3．协议位于不同计算机内的同层对等实体也需要很多规那么才能正常通信。协议〔protocol〕规定了两个对等实体进行通信时的数据格式，以及在收发数据时和其他事件发生时应进行的操作。因特网有两个最重要的协议：TCP和IP，这两个协议构成了因特网的骨架，因特网的体系结构才称为TCP/IP体系结构。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效劳IP

overEverything允许IP

在各式各样的网络构成的互联网上运行EverythingoverIPIPoverEverything

4．协议数据单元计算机网络中每层实体都有自己处理数据的单位。这种某层实体处理数据的单位称为该层的协议数据单元〔ProtocolDataUnit，PDU〕。物理层的PDU就是位；数据链路层的PDU称为帧〔frame〕；网络层的PDU称为数据报〔datagram〕；运输层的PDU称为报文段〔segment〕；应用层的PDU称为报文〔message〕。另外，无论哪一层的PDU，都可以笼统地用分组〔packet〕或包来称呼。5．封装与拆封应用层在数据上加上控制信息形成自己的PDU，把PDU交给运输层实体。运输层实体在应用层PDU的外面加上自己的控制信息形成运输层的PDU，再交给网络层。网络层、数据链路层的实体同样处理，直至物理层，数据才真正传输出去。在上层实体交付的PDU外面加上控制信息形本钱层PDU的过程称为封装〔encapsulation〕。拆封封装是自上而下，而拆封是自下而上收到本层PDU后，首先查看其中的控制信息，再去掉控制信息得到上层PDU，交付给上层实体，直至应用层。去掉本层PDU控制信息从而得到上层PDU的过程称为拆封〔decapsulation〕或解封装。因为控制信息通常置于上层PDU的前面，所以也形象地称为首部〔header〕。协议中最重要的内容就是规定首部的格式，以及查看首部后要进行的操作。PDU中除首部的局部称为数据，数据显然就是来自上层的PDU。封装与拆封的过程如图1.11所示。图1.11封装与拆封的过程计算机1向计算机2发送数据

5432154321计算机

1AP2AP1计算机

21、应用进程数据先传送到应用层应用程序数据应用层首部H5应用程序数据2、加上应用层首部，成为应用层PDU计算机1向计算机2发送数据

5432154321计算机

1AP2AP1计算机

21、应用层PDU再传送到运输层2、加上运输层首部，成为报文段(message)H5应用程序数据H4运输层首部H5应用程序数据计算机1向计算机2发送数据

5432154321计算机

1AP2AP1计算机

21、运输层报文再传送到网络层2、加上网络层首部，成为IP数据报(packet)H4H5应用程序数据H3网络层首部H4H5应用程序数据计算机1向计算机2发送数据

5432154321计算机

1AP2AP1计算机

21、IP数据报再传送到数据链路层2、加上链路层首部和尾部，成为数据链路层帧H3H4H5应用程序数据H2链路层首部T2链路层尾部H3H4H5应用程序数据计算机1向计算机2发送数据

5432154321计算机

1AP2AP1计算机

21、数据链路层帧再传送到物理层2、最下面的物理层把比特流传送到物理媒体计算机1向计算机2发送数据

应用层(applicationlayer)5432154321物理传输媒体计算机

1AP2AP1电信号〔或光信号〕在物理媒体中传播从发送端物理层传送到接收端物理层计算机

2计算机1向计算机2发送数据

5432154321计算机

1AP2AP1计算机

21、物理层接收到比特流，上交给数据链路层比特流H3H4H5应用程序数据H2T2计算机1向计算机2发送数据

5432154321计算机

1AP2AP1计算机

21、数据链路层剥去帧首部和帧尾部2、取出数据局部，上交给网络层H3H4H5应用程序数据H2T2H3H4H5应用程序数据计算机1向计算机2发送数据

5432154321计算机

1AP2AP1计算机

21、网络层剥去首部，取出数据局部上交给运输层H3H4H5应用程序数据H4H5应用程序数据计算机1向计算机2发送数据

5432154321计算机

1AP2AP1计算机

21、运输层剥去首部，取出数据局部上交给应用层H4H5应用程序数据H5应用程序数据计算机1向计算机2发送数据

5432154321计算机

1AP2AP1计算机

21、应用层剥去首部，取出应用程序数据上交给应用进程H5应用程序数据应用程序数据计算机1向计算机2发送数据

5432154321计算机

1AP2AP1计算机

2我收到了

AP1

发来的应用程序数据！计算机1向计算机2发送数据

5432154321计算机

1AP2AP1计算机

2应用程序数据应用层首部H5比特流注意观察参加或剥去首部〔尾部〕的层次应用程序数据H5应用程序数据H4H5应用程序数据H3H4H5应用程序数据H4运输层首部H3网络层首部H2链路层首部T2链路层尾部计算机1向计算机2发送数据

5432154321计算机

1AP2AP1计算机

2比特流计算机2的物理层收到比特流后交给数据链路层H2T2H3H4H5应用程序数据H3H4H5应用程序数据计算机1向计算机2发送数据

5432154321计算机

1AP2AP1计算机

2数据链路层剥去帧首部和帧尾部后把帧的数据局部交给网络层H2T2H3H4H5应用程序数据H4H5应用程序数据H3H4H5应用程序数据计算机1向计算机2发送数据