1、第一章 計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)概述,教師：時(shí) 間 ：2015年7月8號(hào),安徽中醫(yī)學(xué)院 醫(yī)藥信息工程學(xué)院,主要內(nèi)容,計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)在信息時(shí)代中的作用,電路交換、分組交換技術(shù),計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的體系結(jié)構(gòu),一,二,三,21 世紀(jì)的一些重要特征就是數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化和信息化,網(wǎng)絡(luò)現(xiàn)已成為信息社會(huì)的命脈和發(fā)展知識(shí)經(jīng)濟(jì)的重要基礎(chǔ),網(wǎng)絡(luò)是指“三網(wǎng)”，即電信網(wǎng)絡(luò)、有線電視網(wǎng)絡(luò)和計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)。,發(fā)展最快的并起到核心作用的是計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò),因特網(wǎng)(Internet)的發(fā)展,因特網(wǎng)的意義,1,因特網(wǎng)是自印刷術(shù)以來人類通信方面最大的變革,3,因特網(wǎng)縮短了人際交往的時(shí)間和空間，改變了人們的生活、工作、學(xué)習(xí)和交往方式，使世界發(fā)生了極大的變化,2,現(xiàn)在人

2、們的生活、工作、學(xué)習(xí)和交往都已離不開因特網(wǎng),電路交換,分組交換,存儲(chǔ)轉(zhuǎn)發(fā),術(shù)語理解,電路交換,兩部電話機(jī)只需要用一對(duì)電線就能夠互相連接起來,更多的電話機(jī)互相連通,5 部電話機(jī)兩兩相連，需 10 對(duì)電線。 N 部電話機(jī)兩兩相連，需 N(N 1)/2對(duì)電線。,使用交換機(jī),當(dāng)電話機(jī)的數(shù)量增多時(shí)，就要使用交換機(jī)來完成全網(wǎng)的交換任務(wù)。,交換機(jī),“交換”的含義,在這里，“交換”(switching)的含義是：轉(zhuǎn)接把一條電話線轉(zhuǎn)接到另一條電話線，使它們連通起來。 從通信資源的分配角度來看，“交換”就是按照某種方式動(dòng)態(tài)地分配傳輸線路的資源。,電路交換的特點(diǎn),電路交換的三個(gè)階段：,建立連接,通信,釋放連接,所以

3、,電路交換必定是面向連接的。,(,(,A,通話前先撥號(hào)建立連接。 可能只要經(jīng)過一個(gè)交換機(jī)（如 A 到 B） 可能要經(jīng)過多個(gè)交換機(jī)（如 C 到 D） 通話過程中，通信雙方一直占用所建立的連接。 通話結(jié)束后，掛機(jī)釋放連接。,(,(,(,(,(,(,B,C,D,電路交換傳送計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)效率低,計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)具有突發(fā)性，這導(dǎo)致通信線路的利用率很低，浪費(fèi)資源。 傳統(tǒng)的電路交換的電信網(wǎng)雖然四通八達(dá)，但在戰(zhàn)爭(zhēng)期間，一旦正在通信的電路中有一個(gè)交換機(jī)或一條鏈路被炸毀，整個(gè)通信電路就必然中斷。如果改用迂回電路，必須要重新?lián)芴?hào)建立連接，這就耽誤時(shí)間，造成很大的損失。,分組交換,針對(duì)電路交換的電信網(wǎng)的這一重大缺點(diǎn)，一種靈活

4、的分組交換的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)問世了。,分組交換的原理（一）,在發(fā)送端，先把較長(zhǎng)的報(bào)文(欲發(fā)送的整塊數(shù)據(jù))劃分成較短的、固定長(zhǎng)度的數(shù)據(jù)段。,報(bào)文,分組交換的原理（二）,每一個(gè)數(shù)據(jù)段前面添加上首部構(gòu)成分組。,數(shù) 據(jù),數(shù) 據(jù),數(shù) 據(jù),首部,首部,首部,請(qǐng)注意：現(xiàn)在左邊是“前面”,分組交換的原理（三）,分組交換網(wǎng)以“分組”作為數(shù)據(jù)傳輸單元。 依次把各分組發(fā)送到接收端（假定接收端在左邊）。,分組首部的重要性,每一個(gè)分組的首部都含有地址等控制信息。 分組交換網(wǎng)中的結(jié)點(diǎn)交換機(jī)根據(jù)收到的分組的首部中的地址信息，把分組轉(zhuǎn)發(fā)到下一個(gè)結(jié)點(diǎn)交換機(jī)。 用這樣的存儲(chǔ)轉(zhuǎn)發(fā)方式，最后分組就能到達(dá)最終目的地。,分組交換的原理（四）,

5、接收端收到分組后剝?nèi)ナ撞窟€原成報(bào)文。,數(shù) 據(jù),首部,數(shù) 據(jù),首部,數(shù) 據(jù),首部,收到的數(shù)據(jù),分組交換的原理（五）,最后，在接收端把收到的數(shù)據(jù)恢復(fù)成為原來的報(bào)文。 這里我們假定分組在傳輸過程中沒有出現(xiàn)差錯(cuò)，在轉(zhuǎn)發(fā)時(shí)也沒有被丟棄。,數(shù) 據(jù),數(shù) 據(jù),數(shù) 據(jù),分組交換全過程,在發(fā)送端把要發(fā)送的報(bào)文分隔為較短的數(shù)據(jù)塊 每個(gè)塊增加帶有控制信息的首部構(gòu)成分組（包） 依次把各分組發(fā)送到接收端 接收端剝?nèi)ナ撞浚槌鰯?shù)據(jù)部分，還原成報(bào)文,首部,首部,首部,發(fā) 送,發(fā) 送,接收端,數(shù) 據(jù),首部,數(shù) 據(jù),首部,數(shù) 據(jù),首部,11010011101 00101001110,分組交換網(wǎng)的示意圖,H1,A,分組交換網(wǎng),B,

6、D,E,C,H5,H6,H4,H2,H3,H1 向 H5 發(fā)送分組,H2 向 H6 發(fā)送分組,注意分組路徑的變化！,結(jié)點(diǎn)交換機(jī),主機(jī),分組的存儲(chǔ)轉(zhuǎn)發(fā)過程,H1,A,分組交換網(wǎng),B,D,E,C,H5,H6,H4,H2,H3,H1 向 H5 發(fā)送分組,結(jié)點(diǎn)交換機(jī),主機(jī),在結(jié)點(diǎn)交換機(jī) A 暫存 查找轉(zhuǎn)發(fā)表 找到轉(zhuǎn)發(fā)的端口,在結(jié)點(diǎn)交換機(jī) C 暫存 查找轉(zhuǎn)發(fā)表 找到轉(zhuǎn)發(fā)的端口,在結(jié)點(diǎn)交換機(jī) E 暫存 查找轉(zhuǎn)發(fā)表 找到轉(zhuǎn)發(fā)的端口,最后到達(dá)目的主機(jī) H5,分組交換的優(yōu)點(diǎn),高效 動(dòng)態(tài)分配傳輸帶寬，對(duì)通信鏈路是逐段占用。 靈活 以分組為傳送單位和查找路由。 迅速 不必先建立連接就能向其他主機(jī)發(fā)送分組；充分使用鏈

7、路的帶寬。 可靠 完善的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議；自適應(yīng)的路由選擇協(xié)議使網(wǎng)絡(luò)有很好的生存性。,分組交換帶來的問題,分組在各結(jié)點(diǎn)存儲(chǔ)轉(zhuǎn)發(fā)時(shí)需要排隊(duì)，這就會(huì)造成一定的時(shí)延。 分組必須攜帶的首部（里面有必不可少的控制信息）也造成了一定的開銷。,計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)的形成： 相互通信的兩個(gè)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)必須高度協(xié)調(diào)工作才行，而這種“協(xié)調(diào)”是相當(dāng)復(fù)雜的。 “分層”可將龐大而復(fù)雜的問題，轉(zhuǎn)化為若干較小的局部問題，而這些較小的局部問題就比較易于研究和處理。,劃分層次的必要性,計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)中的數(shù)據(jù)交換必須遵守事先約定好的規(guī)則。 這些規(guī)則明確規(guī)定了所交換的數(shù)據(jù)的格式以及有關(guān)的同步問題（同步含有時(shí)序的意思）。 為進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)中的數(shù)據(jù)交換而建

8、立的規(guī)則、標(biāo)準(zhǔn)或約定即網(wǎng)絡(luò)協(xié)議(network protocol)，簡(jiǎn)稱為協(xié)議。,劃分層次的概念舉例,計(jì)算機(jī) 1 向計(jì)算機(jī) 2 通過網(wǎng)絡(luò)發(fā)送文件。 可以將要做的工作進(jìn)行如下的劃分。 第一類工作與傳送文件直接有關(guān)。 確信對(duì)方已做好接收和存儲(chǔ)文件的準(zhǔn)備。 雙方協(xié)調(diào)好一致的文件格式。 兩個(gè)計(jì)算機(jī)將文件傳送模塊作為最高的一層 。剩下的工作由下面的模塊負(fù)責(zé)。,兩個(gè)計(jì)算機(jī)交換文件,文件傳送模塊,計(jì)算機(jī) 1,計(jì)算機(jī) 2,文件傳送模塊,只看這兩個(gè)文件傳送模塊 好像文件及文件傳送命令 是按照水平方向的虛線傳送的,把文件交給下層模塊 進(jìn)行發(fā)送,把收到的文件交給 上層模塊,再設(shè)計(jì)一個(gè)通信服務(wù)模塊,文件傳送模塊,計(jì)算

9、機(jī) 1,計(jì)算機(jī) 2,文件傳送模塊,只看這兩個(gè)通信服務(wù)模塊 好像可直接把文件 可靠地傳送到對(duì)方,把文件交給下層模塊 進(jìn)行發(fā)送,把收到的文件交給 上層模塊,通信服務(wù)模塊,通信服務(wù)模塊,再設(shè)計(jì)一個(gè)網(wǎng)絡(luò)接入模塊,文件傳送模塊,計(jì)算機(jī) 1,計(jì)算機(jī) 2,文件傳送模塊,通信服務(wù)模塊,通信服務(wù)模塊,網(wǎng)絡(luò)接入模塊,網(wǎng)絡(luò)接入模塊,通信網(wǎng)絡(luò),網(wǎng)絡(luò) 接口,網(wǎng)絡(luò) 接口,網(wǎng)絡(luò)接入模塊負(fù)責(zé)做與網(wǎng)絡(luò)接口細(xì)節(jié)有關(guān)的工作 例如，規(guī)定傳輸?shù)膸袷?，幀的最大長(zhǎng)度等。,五層協(xié)議的體系結(jié)構(gòu),應(yīng)用層(application layer) 運(yùn)輸層(transport layer) 網(wǎng)絡(luò)層(network layer) 數(shù)據(jù)鏈路層(data

10、link layer) 物理層(physical layer),數(shù)據(jù)鏈路層,5 應(yīng)用層,4 運(yùn)輸層,3 網(wǎng)絡(luò)層,2 數(shù)據(jù)鏈路層,1 物理層,5,4,3,2,1,5,4,3,2,1,計(jì)算機(jī) 1,AP2,AP1,計(jì)算機(jī) 2,應(yīng)用進(jìn)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,5,4,3,2,1,5,4,3,2,1,計(jì)算機(jī) 1,AP2,AP1,計(jì)算機(jī) 2,應(yīng)用層 PDU 再傳送到運(yùn)輸層,加上運(yùn)輸層首部，成為運(yùn)輸層報(bào)文,5,4,3,2,1,5,4,3,2,1,計(jì)算機(jī) 1,AP2,AP1,計(jì)算機(jī) 2,運(yùn)輸層報(bào)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(bào)（或分組）,5,4,3,2,1,

11、5,4,3,2,1,計(jì)算機(jī) 1,AP2,AP1,計(jì)算機(jī) 2,IP 數(shù)據(jù)報(bào)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,5,4,3,2,1,5,4,3,2,1,計(jì)算機(jī) 1,AP2,AP1,計(jì)算機(jī) 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,應(yīng)用層(application layer),5,4,3,2,1,5,4,3,2,1,物理傳輸媒體,計(jì)算機(jī) 1,AP2,AP1,電信號(hào)（或光信號(hào)）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,計(jì)算機(jī) 2,5,4,3,2,1,5,4,3,2,1,計(jì)算機(jī) 1,AP2,AP1,計(jì)算機(jī) 2,物理層接收到比特流，上交給數(shù)據(jù)鏈

12、路層,5,4,3,2,1,5,4,3,2,1,計(jì)算機(jī) 1,AP2,AP1,計(jì)算機(jī) 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,5,4,3,2,1,5,4,3,2,1,計(jì)算機(jī) 1,AP2,AP1,計(jì)算機(jī) 2,網(wǎng)絡(luò)層剝?nèi)ナ撞?，取出?shù)據(jù)部分 上交給運(yùn)輸層,5,4,3,2,1,5,4,3,2,1,計(jì)算機(jī) 1,AP2,AP1,計(jì)算機(jī) 2,運(yùn)輸層剝?nèi)ナ撞浚〕鰯?shù)據(jù)部分 上交給應(yīng)用層,5,4,3,2,1,5,4,3,2,1,計(jì)算機(jī) 1,AP2,AP1,計(jì)算機(jī) 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(jìn)程,5,4,3,2,1,5,4,3,2,1,計(jì)算機(jī) 1,AP2,AP1,計(jì)算機(jī) 2

13、,我收到了 AP1 發(fā)來的 應(yīng)用程序數(shù)據(jù)！,5,4,3,2,1,5,4,3,2,1,計(jì)算機(jī) 1,AP2,AP1,計(jì)算機(jī) 2,應(yīng) 用 程 序 數(shù) 據(jù),10100110100101 比 特 流 110101110101,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),5,4,3,2,1,5,4,3,2,1,計(jì)算機(jī) 1,AP2,AP1,計(jì)算機(jī) 2,10100110100101 比 特 流 110101110101,計(jì)算機(jī) 2 的物理層收到比特流后 交給數(shù)據(jù)鏈路層,5,4,3,2,1,5,4,3,2,1,計(jì)算機(jī) 1,AP2,AP1,計(jì)算機(jī) 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,H3,5,4,3,2,1,5,4,3,2,1,計(jì)算機(jī) 1,AP2,AP1,計(jì)算機(jī) 2,網(wǎng)絡(luò)層剝?nèi)シ纸M首部后 把分組的數(shù)據(jù)部分交給運(yùn)輸層,H4,5,4,3,2,1,5,4,3,2,1,