湖南理工计算机网络课件引言

网络给我们带来了什么变化?

网络使我们的生活发生了许多变化.它不

但影响我们做事的方式而且也影响我们

的日常生活。

例如

>----------------

■你可以在网上发送一封电子邮件给你的商业伙伴;

-你可以在网上阅读外地城市的报纸；

-你可以在网上进行医疗研究、预订旅馆、同你

的朋友聊天等等.

学习本课程的目的

■计算机网络是如何构成的。

■硬件

■软件

・计算机网络是如何实现通信的。

-TCP/IP协议簇派

I第一章引言

而络，互联网，因特网和计算机网络？

2.计算机网络的硬件的构成及每部分的分类与作用？

3.网络中交换的信息是由谁产生的？信息单位是什么？其是如何产

生的？

4.网络中，主机间是如何实现信息（分组）交换的？

5.信息（分组）交换必须遵守什么原则？

6.什么叫协议？构成要素有哪些？构成网络的硬件中哪些要受协

议的制约？协议在这些硬件中是如何分布的？

7.什么叫做网络体系结构？目前网络体系结构有哪些种？

8.什么叫OSI模型？其特点是什么？

I第一章引言

；R^UTCP/IP协议簇，其特点是什么？

10.网络中什么叫服务？层和服务的关系有哪些？

11.服务的类型有几种？其各自特点是什么？

12.衡量计算机网络性能的参数有哪些？其各自特点是什么?

什么叫网络?

什么叫互联网?

什么叫因特网和计算机网络？

I什么叫网络？

所温勺网络就是由一组相连的通信设备构成的。

比如计算机、路由器、交换机等等。

什么叫互联网?

NetworkN

什么叫因特网和计算机网络?

最著名的互联网被称为因特网，公用的因特网是

分布于全世界的计算机网络，所谓的计算机网络

就是使计算机通过各种通信设备互相连接起来并

在计算机之间进行信息传输的网络。

博机网络定义分析

1.因特网的覆盖范围。

2.因特网的硬件构成。

3.构成网络的硬件设备之间的关系。

4.因特网的作用。

计算机网络的硬件构成要素

L计算机

2.通信设备

3.物理媒体

络的硬件构成要素□

□

工蜗络的软件构成要素

-网络操作系统

-网络协议通信软件

构成计算机网络硬件的每种设备的

分类及作用是什么?

计算机

Computernetwork

计算机的分类

统计算机：PC机、工作站、服务器

Computernetwork

计算机的分类

非传统的计算机：个人数字助手、移动电视、手提电脑、

智能电话、网络相机等等。

Computernetwork

H

口2

RI

R

2

4

网

络

中

计一端系统：因为它处在网络的边缘。

算

机-主机：因为它运行各种各样的应用程序。

的「客户机

名

称—根据主机所运行程序的不同——服务器

及

作L对等体

用［作用：被用来彼此通信。

通信设备的分类

在现代的计算机网络中，最著名的通信设备有两种：一种

是路由器，另一种是交换机。

4U,--±Z土土:

通信设备的分类

—三层通信设备（工作在网络层）：

路由器和三层交换机

通信设备—二层通信设备（工作在数据链路层）：

二层交换机、网桥

—一层通信设备（工作在物理层）：

集线器、中继器

通信设备的作用

为主机存储和转发分组

物理媒体的分类

双绞线

司轴电缆

E光纤

物理媒体

I-----微波

非导向媒体一

物理媒体的作用

HH2

................FVX

一|

局域网

1.它通过通信设备将主机连接起来，构成通信链路

物理媒体一

」2.它是信息传输的工具。

双绞线

»

最便宜的物理媒体•容易受电磁信号的干扰.

适合于短距离传输.

有绝缘体保护

不容易受电磁信号的干扰适合于长距离传输

光纤

»最贵的物理媒体。

»不容易受电磁信号的干扰。

»适合于长距离与高速传输。

计算机网络的另一种构成

■根据组成计算机网络的每种设备的功能及其所具有的数

据通信和数据处理功能，可以将计算机网络进一步划分

为：通信子网和资源子网。

■资源子网

・由主机构成，实现信息共享。

■通信子网

-由物理媒体和通信设备组成，实现主机间的分组交

换。

网络中的信息是由哪个设备产生的?

信息的名称是什么？

信息的单位是什么？

■主机产生了信息。

■网络中信息的名称为报文。所谓报文也就是主机

要发送出去的数据。

■报文的基本单位是分组。

在发送端把要发送的报文分隔为较短的数据块

分组是如何从一台主机传输到另一台主机的

I（从一个网络传输到另一个网络）？

■分组是依靠通信设备的存储转发机制从一台主机

传输到另一台主机的（从一个网络传输到另一个

网络）。

路由表

目的地下一跳路由器

路由表

网络

路由器

路由器

网络

网络中分组交换必须遵守什么原则?

协议

协议产生的原因

■在计算机网络中，实体就是能够发送或接收信息的硬件

或软件进程。比如网络服务器、计算机或交换机、路

由器、防火墙等等。通信就发生在不同的实体之间。

-然而，两个实体不但要求能发送比特流而且也希望彼此

能够相互理解比特流的含义，为了使通信能够进行，实

体必须遵守协议。

协议的作用

-网络中包含两个或多个通信的远程实体之间的所

有活动都要受协议的控制。

-协议控制着网络中信息的发送和接收。

-不同的协议用来完成不同的通信任务。

-当两台主机彼此通信的时候，它们必须遵守相同

的协议。

什么叫协议？

■一个协议就是控制数据通信的一组规则。一个

协议定义了通信的内容，通信方法，通信时间。

■构成协议的要素有语法，语义和同步。

s什么叫语法、语义、同步？

-语法：规定由协议的控制信息和传输的数据所组成的传

输信息应遵循的格式。

-语义：对构成协议的各个协议元素的解释，不同的协议

元素规定了通信双方所要表达的不同含义。

-同步：规定实体之间通信的操作执行的顺序，使两个实

体之间有序地进行合作，共同完成传输的任务。

网络中哪些硬件设备受协议的控制?

协■在主机和通信设备中是如何存在的?

■协议在主机和通信设备中是逐层存在的

DNS,FTP,SMTP...

TCP,UDP

IP,ICMP...

PPP，HDLC...

什么叫做网络体系结构?

■讦算机网络的体系结构(architecture)是计算机网络的

各层及其协议的集合。

-体系结构就是这个计算机网络及其部件所应完成的功能

的精确定义。

■实现(implementation)是遵循这种体系结构的前提下用

何种硬件或软件完成这些功能的问题。

■体系结构是抽象的，而实现则是具体的，是真正在运行

的计算机硬件和软件。

到目前为止，网络体系结构有哪些?

■有两种基本的网络体系结构，一种是OSI模型

另一种是TCP/IP协议簇。还有IPX/SPX、

NetBEUI等。

IOSI模型

4----------------

问题：哪个组织建立了OSI模型？

■国际标准化组织一ISO(TheInternational

Standards)是一个致力于建立全世界标准的跨国

组织。

■覆盖网络通信各个方面的一个ISO标准就是OSI

(OpenSystemsInterconnection)模型。

IOSI模型有哪些特点？

-OSI模型是为网络系统设计的允许在各种计算

机系统之间通信的分层的体系结构。

-它包含各自独立但彼此相互关联的七层。每一

层都定义了实现网络通信的一部分。

-但这种模型从来没有真正实现过。

OSI模型

CT

___zd

7应用层--------------A处理网络应用

6表不层■数据表示

5会话层----------*主机间通信

4传输层----------►端到端的连接

3网络层“A寻址和最短路径

2数据链路层----------介质访问（接入）

1物理层.二进制传输

4什么叫做PDU?

-墨si模型中，对等层之间交换的信息单元叫做

协议数据单元(PDU：ProtocolDataUnit),每

一层协议数据单元都有通用名称，即每一层英文

单词的首字母加上PDU构成。

■但为了防止重复，OSI模型中，自传输层向下，

每一层也分别拥有自己的专有名称。

挛I模型每一层PDU的通用名称

Applicationlayer——APDU

Presentationlayer-------PPDU

Sessionlayer------>SPDU

Transportlayer-------TPDU

Networklayer-------NPDU

DataLinklayer——-DPDU

Physicallayer——-PPDU

»OSI模型PDU的专有名称

Applicationlayer>APDU

PresentationlayerAPPDU

Sessionlayer>SPDU

TransportlayerASegment:报文段

NetworklayerAPacket：数据报

DataLinklayerAFrame：帧

Physicallayer>bit：比牛寺流

SI模型每一层的PDU如何形成的?

Applicationlayer>APDU

PresentationlayerAPPDU

Sessionlayer>SPDU

TransportlayerASegment:报文段

NetworklayerAPacket：数据报

DataLinklayerAFrame：帧

Physicallayer>bit：比牛寺流

1

发送端:接收端:

_a________\拆封

封装

L7data77L7data

6

L7dataH6HL7dataH6

55

L6dataL6data

L5data44L5data

L4data33L4data

L3dataH222T2L3dataH2

00010111111011111111110000000000011000101111110111111111100000000000

TCP/IP协议簇

■TCP/IP是“TransmissionControlProtocol/

InternetProtocol”的缩写。

■TCP/IP是由DOD(USDepartmentof

Defense)研发的。

TCP/IP协议簇结构

5应用层

4传输层

3网络层

2数据链路层

1物理层

TCP/IP协议簇结构

TCP/IP协议簇每一层PDU的名称

-通用名称与OSI模型对应层次的专用名称相同。

■专用名称：

■应用层一报文

■传输层一报文段/用户数据报

・网络层一数据报

・数据链路层一帧

-物理层一比特流

从层次上来看各层PDU的流动

■如果主机要加入因特网，那它必须使用TCP/IP

协议簇。

-一旦主机安装了操作系统，TCP/IP协议簇的上

三层将存在于主机中（依靠软件实现），而它的

下二层将存在于主机的网卡中（依靠硬件实

现）。

在TCP/IP协议簇中，每一层的协议有哪些？

层和服务

L下层总是为上层服务的，某一层协议的实现必须依靠其

下层协议所提供的服务。

N+lN+1

Service

NN

层和服务

2.在某个协议的控制下，对等实体之间的通信使得本层向

上一层提供服务。如果某一层协议实现，它必须依靠下

一层提供的服务。

N+1

服务

N-1

层和服务

3■网的实现是水平的（在对等层之间实现的）；服务的实现是垂

直的（在上下层之间实现的）。

层和服务

袅一层并不是所有的功能都被称为服务,只有被上层

4.

看得见的功能才称为“服务”O（某一层中只有为来自

上层PDU加上自己的首部形成本层PDU的过程才被称为

服务）。

----------对等层----------

N<--------------->N

服务,对等层一,服务

N-1<--------------->N-1

■在TCP/IP协议簇中，哪些协议实现的功能

被称为服务？

TCP、UDP、IP

在网络中存在几种类型的服务？

无连接服务

面向连接服务

次什么说网络是为应用进程服务的?

■网络是为人类服务的。人类想要通过网络实现自

己的思想，它必须通过在网络某种体系结构的应

用层上编写程序实现，所以说，网络是为应用进

程服务的。

什么叫做无连接服务?

■泰实体之

,,童耀立任何连接。

即发送方

Q>O

无连接服务

H2

发送进程接收进程

传输层

网络层网络层I

数据链路层数据链路层I

物理层物理层物理层

有关无连接服务的说明

~T^

■无连接服务只有一个过程即数据传输。

-当两个实体进行通信时，其下层的相关资源不需事先保

留，随机动态分配。

-不需要彼此通信的两个实体是同时活跃的。只有当发送

方发送的时候，它才是活跃的。此时接收方无需活跃。

只有当接收方接收报文时，它才是活跃的。

无连接服务的特点

■优点：方便和快捷。

-缺点：不能避免报文的丢失、重复或失序。

-结论：无连接服务是一种不可靠服务。它的服务

只是尽力而为。

什么叫面向连接服务?

■面向连接服务是指两个实体在通信时，必

须首先建立连接，然后进行数据传输，数

据传输结束后要释放连接。

面向连接示意图

H2

―

SendingprocessReceivingprocess

▲A

Applicaticn

ortlayerTransportr

ntlayerinmnInternetla■er

nklayerDatalir

si;allayersicaPhysic:1kye

有关面向连接的说明

i------------

■面向连接包括三个过程：连接建立、数据传输、

连接释放（终止）。

■实现面向连接的两个实体必须是同时活跃的。

面向连接服务的特点

i——

■优点：传输数据安全，不容易丢失和失序。

■缺点：需要时间建立连接，所以传输速度

较慢。

■结论：面向连接服务是一种可靠服务。

物理通信和逻辑通信

■为了研究TCP/IP协议簇的每一层，我们必

须掌握两种类型的通信，也就是物理通信

和逻辑通信。

物理通信

■物理通信是主机彼此通信时所经历的真实路径，

它是指发送端主机最高层的数据逐层向下传输，

经通信设备转发到目的主机，然后报文再逐层向

上传输到目的主机的最高层。

I物理通信

H2

Receivingprocess

Sendingptocess

Application1:yerAppicationlayer

TransportlayerTrsnsportlayer

InternetlayrnternetlayjrIiternetlayc*Intirnetlayer

Datalinkla，er>atalinkerDatalinklayrDttalinklayer

■

Physicalla^erPhysicallayjrIhysicallayePlysicallayer

为什么研究物理通信?

H2

Receivingprocess

Sendingptocess

Application1:yerApplicationlayer

TransportlayerTrsnsportlayer

InternetlayrnternetlayjrIiternetlayc*Intirnetlayer

Datalinkla，er>atalinkerDatalinklayrDttalinklayer

■

Physicalla^erPhysicallayjrIhysicallayePlysicallayer

辑通信

-逻辑通信是主机所遵循某种网络体系结构同层之

间的通信。

■它是非真实路径。

信？

H2

Receivingprocess

Sendingprocess

ApplicationlayerApplicationlayer

TransportlayerTransportlayer

InternetlayerInternetlayerInternetlayerInternetlayer

DatalinklayerDatalinklayer.一4DatalinklayerDatalinklayer

PhysicallayerPhysicallayerPhysicallayerPhysicallayer

L特点：真实路径

物理通信一

11—L发送端：自顶向下

一方向一

「接收端：自底向上

通信类型

一特点：虚拟路径

逻辑通信一

L方向一水平的

端系统如何加入因特网?

■端系统通过ISP加入因特网。

User

什么叫ISP?

■ISP(lnternetServiceProvider)被称为因

特网服务提供商，它是由一个或多个交换

机和许多通信链路组成的网络。

图L8宽带运营商网络结构

本地ISP第三层

本地ISP'、'、、、

//乐地ISP、L第二层

、本地ISP'、'、、、

二层ISP、J、,

第一层「大公司

，本地ISP/大公司、本地ISP

'、、第二层ISR\

，本地ISP，

「本地ISP

AP

二层ISaZ

、本地ISP\本地ISP,，

层IS二层I

大公司本地ISP/

ISP

本地ISP

本地ISP

公司

AB

主机A—本地ISP一第二层ISP-NAPT第一层ISP-NAP一第二层ISP一本地ISP—主机B

什么是NAP?

■NAP（NetworkAccessPoint）称为网络接入点。

-它是通达因特网主干线的点。

-它也是ISP互相连接的点。NAP可用作主要业务提供者

的数据互换点。1999年初NAP和城域交换局（MAE）

被统称为公共因特网交换点（IXP）ISP与NAP是服务

器与连接线的关系。

■首先，个人用户必须购买一个网卡。

■其次，个人用户向本地ISP申请一个IP地址。

俾位如何加入因特网必须具备鹏条件?

-首先要上网的主机必须装有网卡。

-其次如果一个单位长期需要大量IP地址，它应该

向中国互联网信息中心申请.中国互联网信息中

心的网址是：。如果一个单位需

要少量IP地址.它就向本地ISP申请即可。

描绘网络性能的几个参数

■速率

"****期

■市宽

■宽印

■吞吐量

■时延

速率

■网络中的速率是指连接到网络中的主机通过物理

信道传输数据的速度。所以它也被称为数据率或

比特率。

对速率定义分析

1.速率是用来衡量主机性能的。

2.速率的基本单位是b/s或bpso

3.速率的其它单位kb/s,Mb/s,Gb/s。

000101101110111111111100000000000

■定义1:带宽原意是指信号具有的频带宽度。

■分析：

1.一个信号是由不同频率成分构成的。

2.单位：赫兹(HZ)o

■定义2：计算机网络的带宽是指网络可通过的最

高数据率，即每秒多少比特。

■分析：

1.带宽的基本单位:b/s或bps。

2.带宽的其它单位：kb/s,Mb/s,Gb/s。

■例如，带宽是10M,实际上是10Mb/s。

■这里的M是106。

《常用的带宽单位

-矗用的带宽单位是

・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=1024,

M=22。,G=23。,T=240o

数字信号流随时间的变化

-在时间轴上信号的宽度随带宽的增大而变窄。

1|LlS

带宽为||1|0|1|0|1||1|时间

1MJS|ILZlI__CZZJ”

k--------------------每秒106个比特-----------------

0.25JLIS

每秒4x106个比特

+么是宽带？

-宽带线路：可通过较高数据率的线路。

-宽