计算机网络(第2版)

计算机网络

（第2版）第一章第一章概述本章主要内容网络概述；Internet结构和标准化工作；网络发展过程；网络定义和分类；网络的协议和体系结构。一、互连网络结构网络互连是指两种不同类型的网络通过路由器实现连接,图中以太网和PSTN就是两种不同类型的网络。一、互连网络结构端到端移动过程的启示不同距离和环境适合不同的运输系统。设计由多个中转站组成的路径。由对应的运输系统实现当前位置至下一个位置的移动。不同运输系统有不同的实现移动的机制（封装、标识始站和终站方式、速度、价格）AB省城A省城B互连网络端到端传输实现思路不同的通信距离适用不同类型的网络；端到端传输路径由多种不同类型的网络和互连网络的路由器组成；由每一种网络实现当前路由器至下一个路由器的通信过程；不同网络实现通信过程的机制不同,这些机制包括封装、信号传输等。一、互连网络结构网络学习的四个阶段连接在同一类型网络的两个结点之间通信过程；连接在不同类型网络的两个终端之间通信过程,即端到端通信过程；两个应用进程之间的通信过程；在应用进程通信基础上实现的应用系统。一、互连网络结构1.2Internet结构和标准化工作本节主要内容Internet结构；网络标准化工作。Internet结构接入网局域网主干网一、Internet结构Internet多级网络结构；根据作用不同可以将网络分为接入、主干和局域网；由路由器互连多个网络而成。一、Internet结构二、网络标准化工作为了实现互连,接入同一网络的设备必须遵循相同的标准；不同类型的网络有不同的标准；不同的标准化组织制定对应不同类型的网络的标准；路由器每一个接口遵循和所连接的网络的标准,具有不同标准间转换的能力。国际标准化组织ITU-T；IEEE；IETF；ISO。二、网络标准化工作1.3网络发展过程Internet发展过程体现在三个方面:从最早的ARPA网络发展成Internet的过程;从低速网络发展成高速网络的过程;从普通数据传输网络发展成统一网络的过程。电视事业的发展计算机网络的发展比较两者有极为相似的地方一、从ARPA网络到Internet发展电视事业的主要因素:电视机制造工业；电视信号传播设备；电视节目制作、播放单位。计算机网络发展的主要因素:网络终端设备制造工业；数据传输设备；网络信息制作、提供单位。20世纪90年代具备网络发展要素一、从ARPA网络到InternetInternet分成局域网、主干网和接入网;网络在Internet中的作用和地位确定速率发展过程;同一种网络在Internet中的作用不同,速率发展过程也不同。二、从低速网络到高速网络从共享到交换;10Mbps→100Mbps→1Gbps→10Gbps;传输媒体从同轴电缆到双绞线和光纤。局域网－以太网速率发展过程二、从低速网络到高速网络接入网速率发展过程拨号上网

300bps→19.2kbps→33.6kbpsADSL512Kbps→1Mbps→8Mbps以太网

10Mbps→100Mbps二、从低速网络到高速网络主干网速率发展过程ATM:622MbpsSDH:2.5Gbps和10GbpsDDN:2.048Mbps→8Mbps→34Mbps二、从低速网络到高速网络经过数据网络传输语音信号的过程

A/D转换后产生的数据是间隔均匀的。播放时用于D/A转换的数据也必须是间隔均匀的。但数据经过IP网络传输后,无论顺序,还是间隔都是随机的。三、从数据网络到统一网络数据传输网络性能要求:传输时延要短;传输时延变化（时延抖动）要小;传输可靠性要高。语音数据传输要求:发送端均匀发送数据;接收端持续播放数据。三、从数据网络到统一网络如果把数据作为车辆，把网络作为城市交通网,解决这一问题的方法:一是点到点全封闭专用车道，行驶时间完全可以控制;二是启动绿色通道,专用等待车道，避免和其他车辆一起等待,阻塞时优先通过。

数据网络的绿色通道就是分类服务,对语音数据分配较高优先级,这种优先级将体现在所有转发结点。三、从数据网络到统一网络小结PC互连设备Web和信息提供者Internet形成和发展高速网络统一网络1.4计算机网络的定义和分类重点:计算机网络定义网络分类的依据三种交换方式的工作过程。三种交换方式的差异和适用环境。一、计算机网络定义计算机网络的几个特征:自治系统互连；资源共享；遵守统一的通信标准。二、网络分类分类网络的标准很多:根据网络的交换方式进行分类;网络的作用范围进行分类;分类标准能体现网络的本质差异交换机交换方式１．什么叫交换？２．有几种交换方式？３．它们的本质区别是什么？两两相连交换和静态固定连接相反,动态建立两个终端之间通信线路连接的方式叫交换。二、网络分类电路交换方式两端之间物理连接不是固定的,必须有建立物理连接过程。两端之间的物理连接是专用的。虽然动态建立两个终端之间的通信线路,但通信过程中一直占用该通信线路的交换方式叫电路交换。二、网络分类电路交换特点:通信前建立连接,结束后释放连接;独占连接意味着独占通信线路的固定带宽;适合传输要求时延抖动小的实时数据;普通数据的突发性和间歇性会浪费占用的带宽。二、网络分类虚电路分组交换方式较长时间内4对终端之间平均传输速率之和小于线路速率;允许短时间内4对终端之间传输速率之和大于线路速率;输出端口须有缓存功能。ABCDABCD1数据分组分组交换机1234二、网络分类虚电路分组交换的关键是分组交换机1234端口11/2端口32/3端口24/5端口36/71/21/22/3二、网络分类虚电路分组交换方式建立虚电路只是确定虚电路的传输路径。虚电路并不能独占经过的物理链路带宽。经过虚电路传输的数据必须携带虚电路标识符,用以寻找对应的传输路径。二、网络分类虚电路分组交换特点:多个连接共享通信线路的带宽;数据必须封装成分组形式,携带数据所属连接的标识信息——虚电路标识符;通信前需要建立连接,结束后释放连接;由于可以在建立连接时设置分类服务相关参数,因而比较适合语音通信;建立连接并没有独占线路,只是确定传输路径。二、网络分类数据报分组交换方式没有通路建立过程,数据必须携带源和目的地址,每一个IP分组独立寻找传输路径。二、网络分类数据报分组交换特点:没有连接,每一个分组独立选择传输路径;数据必须封装成分组形式,分组携带数据的源和目的终端地址;中间结点根据分组的目的地址选择传输路径;由于没有连接建立过程,传输分组前,对传输路径中的中间结点的情况不明,可能导致时延抖动很大。二、网络分类电路交换对应端到端全封闭车道不需要选择,独占通路,行驶时间自由控制。二、网络分类虚电路分组交换对应规定传输路径的公交线路行驶路线固定,公交车根据线路选择行驶路径,道路和别的公交线路共享,行驶时间不确定,但规划、设计公交线路时会考虑流量和道路通行能力情况。经常性发生拥塞的可能性较小。二、网络分类数据报分组交换对应自由行驶车辆自由选择行驶路径,事先无法规划流量,发生拥塞的可能性最大。二、网络分类三种交换方式的本质区别独占带宽:电路交换;共享带宽:虚电路和数据报分组交换;连接建立和释放过程:电路交换和虚电路分组交换;拥塞控制和服务质量:电路交换和虚电路分组交换。二、网络分类以网络作用范围对网络分类局域网:2∽4km2城域网:大型城市广域网:全国，乃至全球用网络作用范围分类网络的原因作用范围的大小决定网络传输技术二、网络分类小结网络在90年代飞速发展的必然性网络发展现状如何实现端到端通信过程建立端到端电路连接建立端到端虚电路连接自由选择路径电路交换结点虚电路交换结点数据报交换结点分组交换结点1.5网络协议和体系结构协议和体系结构需要分四个方面进行讨论:一是分层必要性；二是OSI体系结构；三是TCP/IP体系结构；四是OSI和TCP/IP体系结构比较；五是服务和协议的关系；六是TCP/IP体系结构数据封装过程。一、分层必要性把一个功能体分解成若干个功能子体,每一个功能子体完成一部分功能,所有功能子体一起协调完成功能体提供的功能。分层结构要求各功能子体之间是下图所示的层次结构。层次结构特点:上层是服务请求者，下层是服务提供者。层与层之间通过接口完成服务请求和服务提供。分层的含义邮政系统传递信件过程

运输规则运输规则铁路信纸信信袋长沙求职过程地址、邮编、分发规则发信人邮局南京站收信人邮局长沙站上海站长沙信纸信信袋铁路南京长沙一、分层必要性邮政系统的几点启示:寄信人不是直接将信提交给收信人，南京邮局不是直接将信提交给长沙邮局。层与层之间存在接口，上一层向下一层请求服务，最终由最低层实现信件的实际运输过程。每一层都需要重新封装，封装的目的是适合这一层传输。两端同一层是对等的，对等层之间有约定。一、分层必要性邮局寄信人火车站邮政系统必须分层的原因

提出服务请求提供服务提供服务提出服务请求通信双方必须要经过邮政系统才能完成通信,必须按邮政系统要求的规范来封装信件。邮政系统完成投递过程,寄信人和邮局之间存在接口。邮局双方必须要借助铁路运输系统来运输信件,邮局必须按照铁路运输系统的要求来封装信袋。铁路运输系统完成信袋运输过程,邮局和火车站之间存在接口。一、分层必要性

通过浏览器访问Web服务器的过程运输规则运输规则铁路信纸信信袋长沙求职过程地址、邮编、分发规则发信人邮局南京站收信人邮局长沙站上海站长沙信纸信信袋铁路南京长沙邮政系统传递信件过程TCP/IP体系结构分层必要性总结一是借助公共传输系统必须清晰地提供和公共传输系统之间的接口；二是分层符合软件设计规范；三是分层可以屏蔽低层的差异；四是分层可以独立发展传输网络技术。一、分层必要性与分层有关的术语－协议协议主要由三个要素组成语法:规定了相互交换的信息的结构和格式。语义:规定了相互交换的信息种类，接收方应该作出的反应。同步:规定了各个事件的发生顺序。一、分层必要性协议三个要素的说明在求职过程中:语法:信件使用的文字类型和书写格式。语义:根据接收到的信件内容，做出对应反应。同步:单位招聘流程。一、分层必要性将计算机网络各层及其协议的集合称为网络的体系结构；最早用于定义网络体系结构的是国际标准化组织（ISO）提出的开放系统互连/参考模型（OSI/RM）。它将网络功能划分成7层,分别是物理层、链路层、网络层、运输层、会话层、表示层和应用层。二、OSI体系结构OSI体系结构各层功能应用层运输层网络层表示层会话层链路层物理层7654321分层是为了简化系统功能的实现每一层的功能相对独立层之间存在接口,用于实现请求和服务二、OSI体系结构二、OSI体系结构OSI体系对应的网络结构物理层的功能是实现物理链路上传输的信号同步。链路层的功能是实现点对点或多点接入的可靠传输,涉及帧定界、差错控制等。网络层实现连接在不同物理链路上的两个终端之间通信。涉及交换方式和路由。OSI体系用于描述同一类型网络的各层功能！对等层和协议说明对等层是指在体系结构中处于同一地位,起相同作用的功能层。协议是同层对等实体之间为进行通信而制定的规范。二、OSI体系结构OSI体系结构的作用OSI/RM体系结构的最大好处是清楚定义了网络中每一层的功能,层与层之间接口和下层为上层提供的服务。无论对网络设计者,还是对网络学习者都提供了清晰的思路。二、OSI体系结构实现网络互连的两种方式以程序可移植性来对照网络互连，得出两种实现程序可移植性的方法。一是采用标准的硬件结构、标准的指令系统。二是各自发展硬件结构和指令系统，但发明一种独立于硬件结构和指令系统的语言:高级语言，通过编译系统将高级语言翻译成机器语言，每一种指令系统对应一种翻译系统。二、OSI体系结构对应到网络互连,已存在两种实现网络互连的方法。一是标准的物理层。链路层。二是独立发展传输网络,但发明独立于传输网络的互连协议IP。通过IPoverX（X指各种类型的传输网络）技术实现IP分组经过X传输网络的过程。前一种对应OSI,后一种对应TCP/IPOSI体系结构无法实现的原因二、OSI体系结构三、TCP/IP体系结构TCP/IP体系结构TCP/IP体系结构是由多层协议组成的,由于其形状很像一个栈结构,因此,常用TCP/IP协议栈来表示它的TCP/IP体系结构,有的文献也用TCP/IP协议族来表示它的TCP/IP体系结构。应用层运输层网络层表示层会话层数据链路层物理层7654321OSI的体系结构应用层网络接口层网际层IP(各种应用层协议如TELNET,FTP,SMTP等)运输层(TCP

或

UDP)TCP/IP的体系结构没有了表示层,将会话