计算机网络(第三版)第一章 计算机网络概论

1、吴功宜 编著,中国计算机学会“21世纪大学本科计算机专业系列教材” 计算机网络,一提到网络，大家想起的是什么？ 网络聊天？E-mail？网络游戏？电子商务？ 这些仅仅是网络的应用，而关于计算机网络的工作原理是最基础的知识，就由这一门课来阐述。,1、每天使用网络的时间？ A、2小时 B、4小时 C、6小时 D、无时无刻 2、使用网络做什么事情？ A、网游 B、网购 C、娱乐 D、聊天 E、发邮件 F、协同工作 3、目前每年网络工程师的缺口有多大？ A、5万 B、10万 C、20万,4、计算机专业大学生找工时笔试面试考网络知识的可能性有多大？ A、30% B、50% C 80% D 90%以上 5

2、、当学校上不了网的时候，采取的办法： A、打电话给网管 B、找高年级的师兄师姐帮忙 C、可以自己研究相关网络问题排除故障 6、了解哪些网络攻击的方式？ A、木马 B、病毒 C、ARP攻击 D、Dos攻击 E、Ddos攻击,8、希望能学到有关于计算机网络的知识？ A、了解计算机网络工作的基本原理 B、掌握小型局域网的工作原理 C、排除一般网络故障的知识 D、了解一些基本黑客攻击的原理 E、掌握网络硬件设备的配置,对物联网的认识，并举例。 在宿舍是否配置过无线路由器？ 计算机网络最底层传输的二进制数据与八卦的关系。,课程介绍,本课程的性质、地位和作用 本课程的教学目标是让学生系统地了解与掌握有关计

3、算机网络的基本概念和理论知识，掌握网络的基本应用，并了解计算机网络的最新发展和最新技术，让学生不仅了解而且掌握信息社会的基础设施，以适应信息社会的需求。通过教学，要求学生掌握基本网络理论、网络分层结构和协议、TCP/IP协议基本原理、因特网的各 种应用，掌握网络编程的基本技能。 学习讨论方式 E_mail：ping_ QQ：53409719,什么是计算机网络？ 实现网络数据传输的通信系统是如何工作的？ 如何保证网络中结点之间数据传输的正确性？ 经常使用的局域网是如何工作的？ 支持Internet工作的核心技术是什么？网络互连。 网络中计算机之间的分布式进程通信是如何实现的？ 各种Interne

4、t网络应用是如何实现的？ 如何管理和保证网络安全？,考核方法与要求 1.平时成绩：由课堂提问、讨论、作业、上机出勤记录、上机作业完成情况等成绩组成。 2.试卷成绩：卷面考试。 3.综合考核成绩：综合考核成绩由平时成绩和期末考试成绩组成，分别占课程总评成绩的30%和70%。,课程介绍,参考资料,计算机网络 第5版 谢希仁 电子工业出版社 TCP/IP网络编程技术基础 王雷 清华大学出版社 计算机网络 Andrew S. Tanenbaum 著 清华大学出版社,第1章计算机网络概论,本章学习要求：,了解：计算机网络的形成与发展过程。 掌握：计算机网络的定义与分类方法。 了解：计算机网络的组成与结构

5、的基本概念。 掌握：计算机网络拓扑构型的定义、分类与特点。 掌握：分组交换技术的基本概念。,1.1 计算机网络的形成与发展1.1.1 计算机网络发展阶段的划分,第一阶段：20世纪50年代 数据通信技术的研究与发展 第二阶段：20世纪60年代 ARPAnet与分组交换技术的研究与发展 第三阶段：20世纪70年代 网络体系结构与协议标准化的研究 广域网、局域网与分组交换技术的研究与应用 第四阶段：20世纪90年代 Internet技术的广泛应用 P2P技术的研究与发展 无线网络、物联网的研究与发展 网络与信息安全技术的研究与发展,1.1.2 计算机网络的形成,典型的研究成果是ARPAnet。,1.

6、1.3 网络体系结构与协议标准化的研究,在1969年ARPAnet的实验性阶段，研究人员就开始了TCP/IP协议雏形的研究； TCP/IP协议的成功促进了Internet的发展，Internet的发展又进一步扩大了TCP/IP协议的影响。,1.1.4 Internet的应用发展,全球信息化的发展趋势不可逆转,1.1.5 宽带网络与三网融合的研究与发展,宽带网络建设的两个关键是宽带骨干网技术和宽带接入网技术的发展； 三网融合的发展背景。,1.1.6 物联网的形成与发展,1.2 计算机网络发展的三条主线,从APANET到Internet 无线网络 网络安全技术,1.3 计算机网络的定义与分类 1.

7、3.1 计算机网络定义的基本内容,资源共享观点的定义：以能够相互共享资源的方式互连起来的自治计算机系统的集合。 网络建立的主要目的是实现计算机资源的共享； 互连的计算机是分布在不同地理位置的多台独立的“自治计算机系统”； 连网计算机在通信过程中必须遵循相同的网络协议。,两台计算机之间有明确的主从关系？ 一台带有多个远程打印机的计算机系统是否为计算机网络？ 最简单的网络和最复杂的网络？,1.3.2 计算机网络的分类,计算机网络的分类方法主要的是以网络的覆盖范围与规模进行分类：,局域网（ local area network ， LAN）； 城域网（metropolitan area networ

8、k， MAN）； 广域网（wide area network ， WAN ）。,局域网的技术特点,提供高数据传输速率（10Mb/s100Gb/s）、低误码率的高质量数据传输环境； 一般属于一个单位所有，易于建立、维护与扩展； 从介质访问控制方法的角度，局域网可分为 共享介质式局域网与交换式局域网两类。,局域网的应用领域,城域网的技术特点,城域网是介于广域网与局域网之间的一种高速网络； 城域网设计的目标是要满足几十公里范围内的大量企业、机关、公司的多个局域网互连的需求； 实现大量用户之间的数据、语音、图形与视频等多种信息的传输功能；,广域网的技术特点,广域网也称为远程网； 覆盖的地理范围从几十公

9、里到几千公里； 覆盖一个国家、地区，或横跨几个洲，形成国际性的远程网络； 通信子网主要使用分组交换技术； 它将分布在不同地区的计算机系统互连起来，达到资源共享的目的。,1.4 计算机网络的组成与结构,计算机网络要完成数据处理与数据通信两大基本功能。 早期计算机网络主要是广域网，它从逻辑功能上分为资源子网和通信子网两个部分： 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。,资源子网和通信子网两个部分的结构示意图,1.4.1 资源子网的概念,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（host） 大型机、中型机、小型机、工作

10、站或微机 终端（terminal） 用户访问网络的界面,1.4.2 通信子网的概念,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； 通信控制处理机在网络拓扑结构中被称为网络结点； 通信控制处理机作为与资源子网的主机、终端的连接的接口，将主机和终端连入网内； 通信控制处理机作为通信子网中的分组存储转发结点，完成分组的接收、校验、存储、转发等功能；,1.4.3 现代网络结构的变化,随着微型计算机的广泛应用，大量的微型计算机是通过局域网连入广域网，而局域网与广域网、广域网与广域网的互连是通过路由器实现的； 在Internet中，用户计算机需要通过校园网、

11、企业网或ISP联入地区主干网，地区主干网通过国家主干网联入国家间的高速主干网，这样就形成一种由路由器互联的大型、层次结构的互联网络。,用户,因特网,ISP1,ISP2,因特网 服务提供者,用户通过 ISP 上网,根据提供服务的覆盖面积大小以及所拥有的 IP 地址数目的不同，ISP 也分成为不同的层次。,一级 ISP,一级 ISP,第一层 ISP,大公司,本地 ISP,大公司,大公司,公司,本地 ISP,本地 ISP,第二层 ISP,第二层 ISP,NAP,NAP,A,B,主机A 本地 ISP 第二层 ISP NAP 第一层 ISP NAP 第二层 ISP 本地 ISP 主机B,第一层 ISP,

12、第二层 ISP,本地 ISP,本地 ISP,本地 ISP,本地 ISP,第一层 ISP,第一层,第二层,第三层,本地 ISP,第二层 ISP,本地 ISP,本地 ISP,本地 ISP,本地 ISP,第二层 ISP,本地 ISP,本地 ISP,第二层 ISP,1.5 计算机网络的拓扑结构1.5.1 计算机网络拓扑的定义,计算机网络拓扑主要是指通信子网的拓扑构型; 拓扑设计对网络性能、系统可靠性与通信费用都有重大影响。,1.5.2 计算机网络拓扑的分类,星状； 环状； 总线型； 树状； 网状。,1.6 分组交换技术的基本概念,计算机网络中的数据交换技术 线路交换（circuit exchangin

13、g） 存储转发（store-and-forward exchanging）交换 存储转发交换技术 报文（message exchanging ） 报文分组交换（packet exchanging ）,线路交换方式,交换方式,存储转发交换方式,报文交换方式,报文分组交换方式,数据报交换方式,虚电路交换方式,1.6.2线路交换通信的三个阶段,线路建立阶段 通过源节点请求完成交换网中相应节点的连接过程，这个过程建立起一条由源节点到目的节点传输通道。 数据传输阶段 线路建立完成后，就可以在这条临时的专用线路上传输数据。 线路拆除阶段 在完成数据传输后，源节点发出释放请求信息，请求终止通信，若目的节点接

14、受释放请求，则发回释放应答信息。在线路拆除阶段，各节点相应地拆除该线路的对应连接，释放由该线路占用的节点和信道资源。,线路交换过程示意图,线路交换传送计算机数据效率低,计算机数据具有突发性。 这导致通信线路的利用率很低。,1.6.3存储转发交换,存储转发交换（Store and Forward Switching） 发送的数据与目的地址、源地址、控制信息按照一定格式组成一个数据单元(报文或报文分组)进入通信子网； 通信子网中的结点是通信控制处理机，它负责完成数据单元的接收、差错校验、存储、路选和转发功能。,报文,分组交换的主要特点,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。,数

15、据,数 据,数 据,添加首部构成分组,每一个数据段前面添加上首部构成分组。,首部,首部,首部,请注意：现在左边是“前面”,分组交换的传输单元,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）。,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。 分组交换网中的结点交换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。,收到分组后剥去首部,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,数 据,首部,收到的数据,数 据,数 据,数 据,最后还原成原来的报文,最后，在接收

16、端把收到的数据恢复成为原来的报文。 这里我们假定分组在传输过程中没有出现差错，在转发时也没有被丢弃。,存储转发方式的优点,由于通信子网中的通信控制处理机可以存储分组，多个分组可以共享通信信道，线路利用率高； 通信子网中通信控制处理机具有路选功能，可以动态选择报文分组通过通信子网的最佳路径； 可以平滑通信量，提高系统效率； 通过通信控制处理机可以对不同通信速率的线路进行转换，也可以对不同的数据代码格式进行变换。,1.6.4 数据报方式,数据报是报文分组存储转发的一种形式。 与线路交换方式相比，在数据报方式中，分组传送之间不需要预先在源主机与目的主机之间建立“线路连接”. 源主机所发送的每一个分组

17、都可以独立地选择一条传输路径。 每个分组在通信子网中可能是通过不同的传输路径到达目的主机。 通信子网把进网的任一分组都当作单独的“小报文”来处理，而不管它属于哪个报文的分组，就像报文交换中把一份报文进行单独处理一样。这种分组交换方式简称为数据报传输方式，作为基本传输单位的“小报文”被称为数据报（datagram）。,46,1.6.6 面向连接服务与无连接服务,通信子网的服务是指通信子网对主机间数据传输的效率和可靠性所提供的保证机制； 通信服务可以分为两大类： 面向连接服务（connect-oriented service）； 无连接服务（connectless service）。,47,理解网

18、络服务需要注意的问题,面向连接服务与无连接服务对实现服务的传输可靠性与协议复杂性有很大的影响； 根据主机间数据传输的可靠性要求和效率的不同，设计者可以选择面向连接服务与无连接服务的类型； 在网络数据传输的各层，如物理层、数据链路层、网络层与传输层都会涉及面向连接服务与无连接服务的问题。,48,面向连接服务的特点,面向连接服务的数据传输过程必须经过连接建立、连接维护与释放连接的三个过程； 面向连接服务的在数据传输过程中，各报文或分组可以不携带目的结点的地址； 面向连接服务的传输连接类似一个通信管道，发送者在一端放入数据，接收者从另一端取出数据； 面向连接数据传输的收发数据顺序不变，传输可靠性好，但是协议复杂，通信效率不高。,49,无连接服务的特点,无连接服务的每个分组都携带完整的目的结点地址，各分组在系统中是独立传送的； 无连接服务中的数据传输过程不需要经过连接建立、连接维护与释放连接的三个过程