1、計算機網(wǎng)絡(luò),第一章 概述,主要內(nèi)容,什么是計算機網(wǎng)絡(luò) 計算機網(wǎng)絡(luò)的分類 廣播網(wǎng)與點到點網(wǎng) 局域網(wǎng)、城域網(wǎng)和廣域網(wǎng) 計算機網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu) 計算機網(wǎng)絡(luò)參考模型 OSI參考模型 TCP/IP參考模型,計算機網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展,1969年，第一個真正意義上的計算機網(wǎng)絡(luò)ARPANET誕生，它使用56Kbps鏈路連接了4個節(jié)點。 1974年，TCP/IP協(xié)議問世，其核心技術(shù)隨Unix操作系統(tǒng)免費發(fā)布。 20世紀70年代末至80年代初，各種各樣的網(wǎng)絡(luò)應(yīng)運而生。 1986年，美國國家科學(xué)基金會（NSF）開始籌建面向全美大學(xué)的NSFNET，NSFNET的正式營運以及實現(xiàn)與其它已有和新建網(wǎng)絡(luò)的連接開始真正成為因特網(wǎng)的基礎(chǔ)。

2、 1990年至1995年，因特網(wǎng)完成商業(yè)化過程。 1991年，萬維網(wǎng)（World Wide Web）問世。 20世紀90年代后期開始，因特網(wǎng)進入爆炸式發(fā)展時期。 未來的網(wǎng)絡(luò)將朝著更快、更好、更靈活和更安全的方向發(fā)展。,1. 什么是計算機網(wǎng)絡(luò),簡單地說 ，計算機網(wǎng)絡(luò)是指由單一技術(shù)連接起來的一群計算機。 計算機網(wǎng)絡(luò)的組成： 計算機：稱主機或端系統(tǒng)，運行應(yīng)用程序，是信息的源頭和終點。 通信鏈路：提供端系統(tǒng)之間的連通性。端系統(tǒng)之間可以通過通信鏈路直接相連，也可以通過交換設(shè)備間接相連。 通信協(xié)議：通信雙方必須共同遵守的約定和通信規(guī)則，協(xié)議實現(xiàn)通常由硬件和軟件配合完成。 網(wǎng)絡(luò)軟件：包括網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)和應(yīng)用軟

3、件。,端系統(tǒng)之間的連接,網(wǎng)絡(luò)的互連,何謂不同的網(wǎng)絡(luò)？ 采用不同的技術(shù) 位于不同的管理域內(nèi) 不同的獨立網(wǎng)絡(luò)通過交換設(shè)備形成互連網(wǎng)絡(luò)（internet）。,2. 計算機網(wǎng)絡(luò)的分類,按照網(wǎng)絡(luò)傳輸技術(shù)分類： 廣播網(wǎng) 點對點網(wǎng) 按照網(wǎng)絡(luò)規(guī)模分類： 局域網(wǎng) 城域網(wǎng) 廣域網(wǎng) 注：網(wǎng)絡(luò)規(guī)模通常以網(wǎng)上相距最遠的兩臺計算機之間的距離來衡量。,廣播網(wǎng)與點到點網(wǎng),廣播網(wǎng)： 所有計算機共享一條通信信道。 每個節(jié)點發(fā)送的數(shù)據(jù)包可被所有其它節(jié)點接收到，但只有接收者處理數(shù)據(jù)包，其它節(jié)點將數(shù)據(jù)包丟棄。 需要解決共享信道的分配問題。 點到點網(wǎng)： 一條通信信道只連接一對設(shè)備。 源和目的節(jié)點之間通常不存在直接的數(shù)據(jù)通路。 需要解決路

4、由選擇問題。,局域網(wǎng)、城域網(wǎng)和廣域網(wǎng),局域網(wǎng)LAN： 將小范圍內(nèi)的計算機及外設(shè)互聯(lián)起來用于資源共享和信息交換的私有網(wǎng)絡(luò)，范圍在幾公里以內(nèi)。 特點： 傳輸距離短：意味著傳輸延遲小且有界； 數(shù)據(jù)速率高：運行在10Mbps至10Gbps，甚至更高； 誤碼率低 傳統(tǒng)局域網(wǎng)通常采用廣播技術(shù)，使用雙絞線及同軸電纜按總線或環(huán)形拓撲進行組網(wǎng)； 目前主流的交換式以太網(wǎng)采用點到點傳輸技術(shù)，使用雙絞線或光纖按星形拓撲進行組網(wǎng)。,局域網(wǎng)、城域網(wǎng)和廣域網(wǎng)（續(xù)）,城域網(wǎng)MAN： 覆蓋一個城市的范圍（約幾十公里），其目標是在較大的地理區(qū)域內(nèi)提供數(shù)據(jù)、聲音和圖像的集成服務(wù)。 有線電視網(wǎng)是城域網(wǎng)的例子； 重點要解決服務(wù)質(zhì)量與網(wǎng)

5、絡(luò)安全的問題。,局域網(wǎng)、城域網(wǎng)和廣域網(wǎng)（續(xù)）,廣域網(wǎng)WAN： 通常覆蓋一個國家或一個洲（一百公里以上）； 由端系統(tǒng)和通信子網(wǎng)兩部分組成： 端系統(tǒng)：歸用戶所有，負責數(shù)據(jù)處理； 通信子網(wǎng)：歸通信公司所有，負責數(shù)據(jù)傳輸，典型地由傳輸線路和交換單元兩部分組成： 大多數(shù)廣域網(wǎng)（衛(wèi)星網(wǎng)除外）的通信子網(wǎng)采用點到點傳輸技術(shù)。 早期的廣域網(wǎng)普遍存在傳輸時延長、數(shù)據(jù)速率低及誤碼率高的缺點；現(xiàn)在的廣域網(wǎng)主干已達到10Gbps及以上速率，且誤碼率非常非常低。,3. 計算機網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu),計算機網(wǎng)絡(luò)的分層設(shè)計方法 將網(wǎng)絡(luò)按照功能劃分成一系列層次，每一層都為上層提供某些特定的服務(wù)，并向上層屏蔽實現(xiàn)這些服務(wù)的細節(jié)； 分層設(shè)計

6、的好處： 簡化網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn) 易于系統(tǒng)維護和升級,計算機網(wǎng)絡(luò)的分層模型,一些概念,實體：每一層上的活動元素，可以為硬件或軟件。 對等實體：不同系統(tǒng)中位于同一層上的實體；不同系統(tǒng)之間的通信實際上就是各對等實體之間的通信。 協(xié)議：對等實體之間通信應(yīng)當遵循的規(guī)則的集合。 服務(wù)接口：位于相鄰層之間，定義了上層調(diào)用下層服務(wù)的原語操作。 對等接口：位于對等實體之間，定義了對等實體間交換的消息格式和含義。 網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)：網(wǎng)絡(luò)的層次劃分及協(xié)議統(tǒng)稱為網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)。,協(xié)議圖,封裝和多路復(fù)用,封裝： 下層實體將欲傳輸?shù)纳蠈訑?shù)據(jù)單元加上頭部或尾部形成本層的協(xié)議數(shù)據(jù)單元，這稱為封裝。 封裝過程在協(xié)議圖的每一層被不

7、斷重復(fù)，接收端則按相反順序進行解封裝（即去掉頭部或尾部）。 多路復(fù)用： 多個高層實體調(diào)用同一個低層服務(wù)的方式稱為多路復(fù)用； 接收端的低層協(xié)議實體通過檢查消息頭部的解多路復(fù)用關(guān)鍵字，將消息發(fā)送到正確的高層實體。,4. 計算機網(wǎng)絡(luò)參考模型,OSI參考模型 TCP/IP參考模型,4.1 OSI參考模型,OSI參考模型（續(xù)）,物理層：在物理媒體上傳輸原始的數(shù)據(jù)比特流。 數(shù)據(jù)鏈路層：檢測和糾正物理鏈路上的傳輸錯誤，流量控制。 網(wǎng)絡(luò)層：將分組從源節(jié)點傳送到目的節(jié)點，主要功能包括路由選擇、擁塞控制、網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)和記帳。 傳輸層：為上層用戶提供不依賴于具體網(wǎng)絡(luò)的端到端數(shù)據(jù)傳輸服務(wù)，這是第一個端到端的層次。 會話層

8、：為端到端進程間的會話提供各種服務(wù)，如對話控制、令牌管理、同步等。 表示層：為上層用戶提供數(shù)據(jù)或信息語法的表示變換。 應(yīng)用層：為用戶提供各種應(yīng)用服務(wù)，如文件傳輸、電子郵件等。,主機 1 向主機 2 發(fā)送數(shù)據(jù),5,4,3,2,1,5,4,3,2,1,主機 1,AP2,AP1,主機 2,應(yīng)用進程數(shù)據(jù)先傳送到應(yīng)用層,加上應(yīng)用層首部，成為應(yīng)用層 PDU,主機 1 向主機 2 發(fā)送數(shù)據(jù),5,4,3,2,1,5,4,3,2,1,主機 1,AP2,AP1,主機 2,應(yīng)用層 PDU 再傳送到運輸層,加上運輸層首部，成為運輸層報文,主機 1 向主機 2 發(fā)送數(shù)據(jù),5,4,3,2,1,5,4,3,2,1,主機 1

9、,AP2,AP1,主機 2,運輸層報文再傳送到網(wǎng)絡(luò)層,加上網(wǎng)絡(luò)層首部，成為 IP 數(shù)據(jù)報（或分組）,主機 1 向主機 2 發(fā)送數(shù)據(jù),5,4,3,2,1,5,4,3,2,1,主機 1,AP2,AP1,主機 2,IP 數(shù)據(jù)報再傳送到數(shù)據(jù)鏈路層,加上鏈路層首部和尾部，成為數(shù)據(jù)鏈路層幀,主機 1 向主機 2 發(fā)送數(shù)據(jù),5,4,3,2,1,5,4,3,2,1,主機 1,AP2,AP1,主機 2,數(shù)據(jù)鏈路層幀再傳送到物理層,最下面的物理層把比特流傳送到物理媒體,主機 1 向主機 2 發(fā)送數(shù)據(jù),應(yīng)用層(application layer),5,4,3,2,1,5,4,3,2,1,物理傳輸媒體,主機 1,AP

10、2,AP1,電信號（或光信號）在物理媒體中傳播 從發(fā)送端物理層傳送到接收端物理層,主機 2,主機 1 向主機 2 發(fā)送數(shù)據(jù),5,4,3,2,1,5,4,3,2,1,主機 1,AP2,AP1,主機 2,物理層接收到比特流，上交給數(shù)據(jù)鏈路層,主機 1 向主機 2 發(fā)送數(shù)據(jù),5,4,3,2,1,5,4,3,2,1,主機 1,AP2,AP1,主機 2,數(shù)據(jù)鏈路層剝?nèi)撞亢蛶膊?取出數(shù)據(jù)部分，上交給網(wǎng)絡(luò)層,主機 1 向主機 2 發(fā)送數(shù)據(jù),5,4,3,2,1,5,4,3,2,1,主機 1,AP2,AP1,主機 2,網(wǎng)絡(luò)層剝?nèi)ナ撞浚〕鰯?shù)據(jù)部分 上交給運輸層,主機 1 向主機 2 發(fā)送數(shù)據(jù),5,4,3,

11、2,1,5,4,3,2,1,主機 1,AP2,AP1,主機 2,運輸層剝?nèi)ナ撞?，取出?shù)據(jù)部分 上交給應(yīng)用層,主機 1 向主機 2 發(fā)送數(shù)據(jù),5,4,3,2,1,5,4,3,2,1,主機 1,AP2,AP1,主機 2,應(yīng)用層剝?nèi)ナ撞?，取出?yīng)用程序數(shù)據(jù) 上交給應(yīng)用進程,主機 1 向主機 2 發(fā)送數(shù)據(jù),5,4,3,2,1,5,4,3,2,1,主機 1,AP2,AP1,主機 2,我收到了 AP1 發(fā)來的 應(yīng)用程序數(shù)據(jù)！,主機 1 向主機 2 發(fā)送數(shù)據(jù),5,4,3,2,1,5,4,3,2,1,主機 1,AP2,AP1,主機 2,應(yīng) 用 程 序 數(shù) 據(jù),10100110100101 比 特 流 11010

12、1110101,注意觀察加入或剝?nèi)ナ撞浚ㄎ膊浚┑膶哟?應(yīng) 用 程 序 數(shù) 據(jù),主機 1 向主機 2 發(fā)送數(shù)據(jù),5,4,3,2,1,5,4,3,2,1,主機 1,AP2,AP1,主機 2,10100110100101 比 特 流 110101110101,計算機 2 的物理層收到比特流后 交給數(shù)據(jù)鏈路層,主機 1 向主機 2 發(fā)送數(shù)據(jù),5,4,3,2,1,5,4,3,2,1,主機 1,AP2,AP1,主機 2,數(shù)據(jù)鏈路層剝?nèi)撞亢蛶膊亢?把幀的數(shù)據(jù)部分交給網(wǎng)絡(luò)層,H2,T2,H3,主機 1 向主機 2 發(fā)送數(shù)據(jù),5,4,3,2,1,5,4,3,2,1,主機 1,AP2,AP1,主機 2,網(wǎng)絡(luò)

13、層剝?nèi)シ纸M首部后 把分組的數(shù)據(jù)部分交給運輸層,H4,主機 1 向主機 2 發(fā)送數(shù)據(jù),5,4,3,2,1,5,4,3,2,1,主機 1,AP2,AP1,主機 2,運輸層剝?nèi)笪氖撞亢?把報文的數(shù)據(jù)部分交給應(yīng)用層,應(yīng) 用 程 序 數(shù) 據(jù),H5,應(yīng) 用 程 序 數(shù) 據(jù),主機 1 向主機 2 發(fā)送數(shù)據(jù),5,4,3,2,1,5,4,3,2,1,主機 1,AP2,AP1,主機 2,應(yīng)用層剝?nèi)?yīng)用層 PDU 首部后 把應(yīng)用程序數(shù)據(jù)交給應(yīng)用進程,主機 1 向主機 2 發(fā)送數(shù)據(jù),5,4,3,2,1,5,4,3,2,1,主機 1,AP2,AP1,主機 2,我收到了 AP1 發(fā)來的 應(yīng)用程序數(shù)據(jù)！,4.2 TCP/IP參考模型,TCP/IP參考模型將網(wǎng)絡(luò)劃分成四個層次： 應(yīng)用層：包含