1、第一章計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)概論主要內(nèi)容計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用網(wǎng)絡(luò)硬件網(wǎng)絡(luò)軟件參考模型網(wǎng)絡(luò)實(shí)例網(wǎng)絡(luò)標(biāo)準(zhǔn)化什么是計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的定義a collection of autonomous computers interconnected by a single technology 自主(autonomous)計(jì)算機(jī)：計(jì)算、存儲(chǔ)、處理互連（interconnected）：通信、共享、交互集合體（collection）：多臺(tái)計(jì)算機(jī)同種技術(shù)（single technology）分布式系統(tǒng)a collection of independent computers appears to its users as a

2、single coherent systemWorld Wide WebIn effect, a distributed system is a software system built on top of a network. 計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用商業(yè)應(yīng)用家庭應(yīng)用移動(dòng)用戶社會(huì)問題商業(yè)應(yīng)用資源共享（信息和計(jì)算機(jī)的要求）物理資源：打印機(jī)、掃描儀和CD刻錄機(jī)共享信息打破地理位置的束縛C/S模型通信媒介（滿足人的需要）電子郵件多人協(xié)同工作視頻會(huì)議電子商務(wù)基于C/S模型的網(wǎng)絡(luò)C/S模型中的請(qǐng)求和應(yīng)答家庭應(yīng)用訪問遠(yuǎn)程信息個(gè)人之間的通信即時(shí)消息聊天室對(duì)等通信（P2P）交互式娛樂視頻點(diǎn)播游戲電子商務(wù)在線商店電

3、子跳蚤市場(chǎng)對(duì)等網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)硬件局域網(wǎng)城域網(wǎng)廣域網(wǎng)無線網(wǎng)絡(luò)家庭網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)網(wǎng)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的分類按網(wǎng)絡(luò)傳輸技術(shù)劃分按網(wǎng)絡(luò)覆蓋范圍劃分按網(wǎng)絡(luò)傳輸技術(shù)劃分廣播式網(wǎng)絡(luò)只有一個(gè)通信信道網(wǎng)絡(luò)上所有的機(jī)器都共享該信道在機(jī)器之間傳送的是短消息（分組或包）分組中有一個(gè)目標(biāo)地址域沖突問題和信道分配點(diǎn)到點(diǎn)網(wǎng)絡(luò)由許多連接構(gòu)成每個(gè)連接對(duì)應(yīng)于一對(duì)機(jī)器為了將分組從源端傳送到目的地，該分組可能首先要經(jīng)過一臺(tái)或多臺(tái)中間機(jī)器可能存在多條長(zhǎng)度不同的路徑（路由）廣播式網(wǎng)絡(luò)ABCDE點(diǎn)到點(diǎn)網(wǎng)絡(luò)ABCDEFG按網(wǎng)絡(luò)覆蓋范圍劃分局域網(wǎng)范圍通常位于一個(gè)建筑物內(nèi)，或者一個(gè)校園內(nèi)，也可以遠(yuǎn)到幾千米的范圍傳輸技術(shù)可能所有的機(jī)器都連接到同一根電纜上拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)總線型

4、環(huán)型兩種廣播式局域網(wǎng)(a) Bus(b) Ring局域網(wǎng)的基本構(gòu)成主機(jī)Host外圍設(shè)備網(wǎng)絡(luò)設(shè)備網(wǎng)絡(luò)適配器NIC（Network Interface Card）通信介質(zhì)Media服務(wù)器Server客戶機(jī)Client中繼器Repeater集線器Hub交換機(jī)Switch路由器Router一個(gè)典型的局域網(wǎng)打印服務(wù)器文件服務(wù)器客戶機(jī)打印機(jī)同軸電纜（共享介質(zhì)）總線型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)以太網(wǎng)同軸電纜適配器兩個(gè)相同類型的局域網(wǎng)互連Ethernet switchLAN1EthernetLAN2Ethernet主機(jī)A主機(jī)BLAN1EthernetLAN2Token Ring兩個(gè)不同類型的局域網(wǎng)互連Token Ring網(wǎng)卡E

5、thernet網(wǎng)卡10Base T主機(jī)A主機(jī)B路由器城域網(wǎng)基于有線電視的城域網(wǎng)廣域網(wǎng)的基本構(gòu)成廣域網(wǎng)（WAN）跨越了一個(gè)很大的地理區(qū)域國(guó)家、洲WAN包含了大量的機(jī)器（主機(jī)），它們通過通信子網(wǎng)連接起來通信部分（通信傳輸子網(wǎng)）由傳輸線路和交換單元構(gòu)成的主干網(wǎng)傳輸線路：光纖、微波和衛(wèi)星信道等交換單元：路由器和交換機(jī)等應(yīng)用部分（用戶資源子網(wǎng)）由主機(jī)構(gòu)成的局域網(wǎng)廣域網(wǎng)組成示意圖通信傳輸子網(wǎng)用戶資源子網(wǎng)從發(fā)送方到接收方之間的分組流互聯(lián)網(wǎng)存在許多互不兼容網(wǎng)絡(luò)軟件和硬件不同使用網(wǎng)關(guān)（gateway）進(jìn)行連接和轉(zhuǎn)換互聯(lián)網(wǎng)（internet）：一組相互連接起來的網(wǎng)絡(luò)連接一個(gè)LAN和一個(gè)WAN連接兩個(gè)LAN工業(yè)界的

6、觀點(diǎn)互聯(lián)網(wǎng)：不同的組織出資構(gòu)建了一個(gè)網(wǎng)絡(luò)的不同部分，并且各自維護(hù)自己的那一部分如果不同的部分使用了不同的底層技術(shù)，那么它們?yōu)椴煌木W(wǎng)絡(luò)網(wǎng)絡(luò)軟件網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)各層的設(shè)計(jì)問題面向連接和無連接服務(wù)服務(wù)原語網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)：層和協(xié)議的集合協(xié)議體系結(jié)構(gòu)(protocol architecture)協(xié)議：通信雙方關(guān)于如何進(jìn)行通信的一種約定協(xié)議分層：為了降低設(shè)計(jì)的復(fù)雜度，增加網(wǎng)絡(luò)的可擴(kuò)展性，有利于新業(yè)務(wù)的導(dǎo)入分層的原則：將相似的功能集中在同一層內(nèi)，必要時(shí)可將層的功能再分成子塊，層數(shù)不宜過多，以避免層間接口的開銷變大。當(dāng)功能差別較大時(shí)應(yīng)分層處理各層只對(duì)相鄰的上下層定義接口協(xié)議棧（protocol stack)：一個(gè)

7、特定的系統(tǒng)所使用的一組協(xié)議（每一層一個(gè)或幾個(gè)協(xié)議）層、協(xié)議和接口層(layer)協(xié)議(protocol)服務(wù)(service或業(yè)務(wù))接口（interface)原語(primitive)層、協(xié)議和接口層(layer)協(xié)議(protocol)服務(wù)(service或業(yè)務(wù))接口（interface)原語(primitive)不同機(jī)器中對(duì)應(yīng)的層稱為對(duì)等實(shí)體（peer entity)層、協(xié)議和接口層(layer)協(xié)議(protocol)服務(wù)(service或業(yè)務(wù))接口（interface)原語(primitive)第n層的通信規(guī)則和功能由該層的協(xié)議描述層、協(xié)議和接口層(layer)協(xié)議(protocol)

8、服務(wù)(service或業(yè)務(wù))接口（interface)原語(primitive)相鄰上下層之間都有接口，接口定義下層向上層提供的服務(wù)。層、協(xié)議和接口層(layer)協(xié)議(protocol)服務(wù)(service或業(yè)務(wù))接口（interface)原語(primitive)服務(wù)由一組原語描述。如果協(xié)議位于操作系統(tǒng)中，則這些服務(wù)原語通常是一些系統(tǒng)調(diào)用。哲學(xué)家翻譯秘書結(jié)構(gòu)Example information flow supporting virtual communication in layer 5數(shù)據(jù)單元的名稱與關(guān)系業(yè)務(wù)接入點(diǎn)SAP協(xié)議數(shù)據(jù)單元PDUN層的PDU=N層PCI+N層SDUN層的SD

9、U=N+1層的PDU協(xié)議控制信息PCIPCIPCIPDU業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)單元SDU編址機(jī)制如何標(biāo)識(shí)發(fā)送方和接收方（進(jìn)程）數(shù)據(jù)傳輸?shù)囊?guī)則單向？雙向？每個(gè)連接對(duì)應(yīng)多少邏輯信道及其優(yōu)先級(jí)錯(cuò)誤控制檢錯(cuò)、糾錯(cuò)收到？未收到？亂序流量控制拆分報(bào)文和重組多路復(fù)用路由各層的設(shè)計(jì)問題服務(wù)（service)面向連接的服務(wù)首先要在信源與信宿之間建立連接，然后在此連接上通信，最后拆除連接通常，數(shù)據(jù)位都會(huì)按照發(fā)送的順序到達(dá)無連接的服務(wù)將每個(gè)數(shù)據(jù)單元打包，在包頭添加地址信息，每個(gè)數(shù)據(jù)包獨(dú)自尋路，同一數(shù)據(jù)流的包可能經(jīng)由不同的路徑到達(dá)目的地，到達(dá)的順序也可能顛倒可靠服務(wù)讓接收方向發(fā)送方確認(rèn)收到的每一條消息，因而發(fā)送方可以保證報(bào)文已經(jīng)到

10、達(dá)接收方確認(rèn)過程引入傳輸延時(shí)不可靠服務(wù)沒有確認(rèn)面向連接的服務(wù)和無連接服務(wù)服務(wù)原語（ Service Primitives )服務(wù)原語分為4種類型：請(qǐng)求(request):一個(gè)實(shí)體請(qǐng)求做某項(xiàng)服務(wù)指示(indication)：一個(gè)實(shí)體被告知做某項(xiàng)服務(wù)響應(yīng)(response)：一個(gè)實(shí)體發(fā)出響應(yīng)證實(shí)(confirm)：請(qǐng)求得到響應(yīng)原語一般都攜帶參數(shù)。證實(shí)型（confirmed）和非證實(shí)型（unconfirmed）服務(wù)的區(qū)別：證實(shí)型服務(wù)包含所有4種服務(wù)原語。非證實(shí)型服務(wù)只包含請(qǐng)求和指示2種服務(wù)原語。N+1層協(xié)議實(shí)體N層協(xié)議實(shí)體N-1層協(xié)議實(shí)體響應(yīng)指示N+1層協(xié)議實(shí)體N層協(xié)議實(shí)體N-1層協(xié)議實(shí)體請(qǐng)求證實(shí)使

11、用的服務(wù)提供的服務(wù)Service PrimitivesFive service primitives for implementing a simple connection-oriented serviceService Primitives Packets sent in a simple client-server interaction on a connection-oriented network.服務(wù)原語工作示意圖N+1層N+1層N層requestindicationresponseconfirm計(jì)算機(jī)A計(jì)算機(jī)B服務(wù)原語工作示例1 COENNCT.request dial2 CO

12、NNECT.indication ring3 CONNECT.response pick up4 CONNECT.confirm ringing stops5 DATA.request say something6 DATA.indication hears voice7 DISCONNECT.request caller hangs up8 DISCONNECT.indication busy tone服務(wù)和協(xié)議的關(guān)系參考模型OSI參考模型TCP/IP參考模型OSI參考模型與TCP參考模型的比較OSI模型OSImnemonicsAllPeopleSeemToNeedDataProcessin

13、gPleaseDoNotThrowSausagePizzaAway應(yīng)用層表示層會(huì)話層傳輸層網(wǎng)絡(luò)層數(shù)據(jù)鏈路層物理層定于1983年，1995年修訂OSI模型PDU: Protocol Data Unit 協(xié)議數(shù)據(jù)單元幀分組物理層：纜線，信號(hào)的編碼，網(wǎng)絡(luò)接插件的電、機(jī)械接口數(shù)據(jù)鏈路層：成幀，差錯(cuò)控制、流量控制，物理尋址，媒體訪問控制網(wǎng)絡(luò)層：路由、轉(zhuǎn)發(fā)，擁塞控制傳輸層：為會(huì)話層提供與下面網(wǎng)絡(luò)無關(guān)的可靠消息傳送機(jī)制 會(huì)話層： 負(fù)責(zé)建立（或清除）在兩個(gè)通信的表示層之間的通信通道，包括交互管理、同步，異常報(bào)告。表示層： 在兩個(gè)應(yīng)用層之間的傳輸過程中負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)的表示語法應(yīng)用層：處理應(yīng)用進(jìn)程之間所發(fā)送和接收的數(shù)據(jù)

14、中包含的信息內(nèi)容。TCP/IP參考模型主機(jī)至網(wǎng)絡(luò)層（或網(wǎng)絡(luò)接口層），在TCP/IP模型中很少提及。TCP/IP參考模型互連網(wǎng)層：提供非連接的分組交換功能TCP/IP參考模型傳輸層：提供可靠的面向連接的傳輸層協(xié)議TCP和不可靠的非連接傳輸層協(xié)議UDP。TCP/IP參考模型應(yīng)用層：向用戶提供應(yīng)用服務(wù)。如FTP，TELNET等TCP/IP參考模型OSI與TCP/IP模型的比較相同點(diǎn)：1.都是基于獨(dú)立的協(xié)議棧概念。2.兩者都有功能相似的應(yīng)用層、傳輸層、網(wǎng)絡(luò)層。不同點(diǎn)：1.在OSI模型中，嚴(yán)格地定義了服務(wù)、接口、協(xié)議；在TCP/IP模型中，并沒有嚴(yán)格區(qū)分服務(wù)、接口與協(xié)議。2.OSI模型支持非連接和面向連

15、接的網(wǎng)絡(luò)層通信，但在傳輸層只支持面向連接的通信；TCP/IP模型只支持非連接的網(wǎng)絡(luò)層通信，但在傳輸層有支持非連接和面向連接的兩種協(xié)議可供用戶選擇。3.TCP/IP模型中不區(qū)分、甚至不提起物理層和數(shù)據(jù)鏈路層。OSI模型和協(xié)議的缺點(diǎn)Why OSI did not take over the worldBad timingBad technologyBad implementationsBad politicsBad TimingThe apocalypse of the two elephants.TCP/IP參考模型的缺點(diǎn)Problems:Service, interface, and prot

16、ocol not distinguishedNot a general modelHost-to-network “l(fā)ayer” not really a layerNo mention of physical and data link layersMinor protocols deeply entrenched, hard to replaceHybrid Model網(wǎng)絡(luò)實(shí)例Internet面向連接的網(wǎng)絡(luò)X.25Frame RelayATM以太網(wǎng)無線LAN802:11The ARPANET(a) Structure of the telephone system.(b) Barans p

17、roposed distributed switching system.The ARPANET (2)The original ARPANET designThe ARPANET (3)Growth of the ARPANET (a) December 1969. (b) July 1970.(c) March 1971. (d) April 1972. (e) September 1972. 1988年的NSFNET骨干網(wǎng)Internet UsageTraditional applications (1970 1990) E-mailNewsRemote loginFile transf

18、erTodays VisionEverything is digital: voice, video, music, picturesEverything is on-line: bank statement, medical record, books, airline schedule, weather, highway traffic, toaster, refrigerator Everyone is connected: doctor, teacher, broker, mother, son, friends, enemiesWhat is Next?Electronic comm

19、ercevirtual enterpriseInternet entertainmentinteractive sitcomWorld as a small villagecommunity organized according to interestsenhanced understanding among diverse groupsElectronic democracylittle people can voice their opinions to the whole worldbridge the gap between information haves and have no

20、sElectronic terrorismhacker can bring the whole world to its kneeIndustrial PlayersTelephone companiesown long-haul and access communication links, customersCable companiesown access linksWireless/Satellite companiesalternative communication linksUtility companies: power, water, railwayown right of

21、way to lay down more wiresMedium companiesown contentInternet Service ProvidersEquipment companiesswitches/routers, chips, optics, computersSoftware companiesInternet 的成功經(jīng)驗(yàn)有遠(yuǎn)見的政府不斷支持：1969有風(fēng)險(xiǎn)的企業(yè)參與和投入：NFS：MCI、IBMvBNS：MCI；Abilene: Qwest，CISCO聯(lián)合協(xié)作的開放式研究：IETF/RFC教育和科研的示范網(wǎng)絡(luò)為起點(diǎn)具有實(shí)驗(yàn)物理學(xué)的研究特點(diǎn)ARPAnet、NSF、ANS、vBNS簡(jiǎn)單實(shí)用的技術(shù)路線：TCP/IPArchitecture of the InternetATM 虛電路ATM 信元（cell）ATM參考模型The ATM Reference Model (2)The ATM layers and su