计算机网络教程课件第1章

计算机网络为分布式系统的研究提供了 技术基础，而分布式系统是计算机网络 技术发展的高级阶段。
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2.网络的网络
理解网络、互联网（互连网）和因特网
网络：由若干结点（node）和连接这些结点的 链路（link）组成。
互联网：“网络的网络”（network of networks）。
因特网：世界上最大的互连网。
（1）分组交换的概念
电路交换的特点
数据交换前需建立起一条从发端到收端的物 理通路；
在数据交换的全部时间内用户始终占用端到 端的固定传输信道；
交换双方可实时进行数据交换而不会存在任 何延迟。
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（1）分组交换的概念
电路交换存在的问题
计算机之间的数据交换往往具有突发性和间歇性特征， 而对电路交换而言，用户支付的费用则是按用户占用 线路的时间来收费的。
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（1）客户服务器方式
客户(client)和服务器(server)都是指通信中 所涉及的两个应用进程。
客户服务器方式所描述的是进程之间服务和被 服务的关系。
客户是服务的请求方，服务器是服务的提供方。 客户软件的特点、服务器软件的特点。
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（1）客户服务器方式
运行客户端程序的主机
A
客户
①发出请求 ②给予响应 因特网的核心
20世纪70年代：网络体系结构与协议标准化的研究
第四阶段：Internet的广泛应用
20世纪90年代
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第一个阶段：以主机为中心
背景：
1946年世界上第一台电子数字计算机ENIAC 诞生时，计算机技术与通信技术并没有直接的 联系；
20世纪50年代初，由于美国军方的需要，美国 半自动地面防空系统（SAGE）的研究开始了 计算机技术与通信技术相结合的尝试。
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1.边缘部分
如何理解“主机 A 和主机 B 进行通信”的实质？ 即“主机 A 的某个进程和主机 B 上的另一个进 程进行通信”。或简称为“计算机之间通信”。
端系统：服务器端
端系统：客户端
互联网核心交换部分
端系统：客户端 27
1.边缘部分
在网络边缘的端系统中运行的程序之间的通信方式 通常可划分为两大类： （1）客户服务器方式 C/S 方式，Client/Server 方式 （2）对等方式 P2P 方式，Peer-to-Peer方式
因特网：世界上最大的计算机网络，结构虽然复
杂，并且在地里上覆盖了全球。
主机等
边缘部分
从工作方式上
路由器和通 信线路
核心部分
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1 .边缘部分
在结构和功能上：
边缘部分≈资源子网
边缘部分的主机之间利用核心部分提供的 服务，互相通信并交换或共享信息。
处在因特网边缘的部分的，连接在因特网上 的所有的主机，称为端系统(end system)。
背景：
随着计算机技术和通信技术的发展，网络用 户希望通过网络实现分布在不同地点的计算 机资源的共享。
同时，为了克服第一代计算机网络的缺点， 提高网络的可靠性和可用性。
这样，出现多台计算机互连的需求。
结构：分组交换网的出现
典型的研究成果是ARPANET网。
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第二个阶段：计算机-计算机网络
不够灵活。只要在通话双方建立的通路中的任何一点 出了故障，就必须重新拨号建立新的连接，这对十分 紧急和重要通信是很不利的。
结论：电路交换技术不适合于计算机 间的数据交换。
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（2）分组交换的工作原理
分组交换技术的实质就是存储转发技术。 何谓“分组” ？
假设我们将欲发送的整块数据称为一个报文(message)。那 么基于分组交换的原则，在发送报文之前，应先将较长的报文划 分成一个个更小的等长或变长的数据段,如图1-9所示。。
1.计算机网络的定义 计算机网络在发展的不同阶段或从不
同的角度，有着不同的含义和理解。目 前，关于计算机网络的定义可以分为三 类：广义的观点、资源共享的观点和用 户透明性的观点。
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广义的观点
广义的观点指出计算机网络是“在某种 协议控制下由一台或多台计算机、若干 台终端设备、数据传输设备，以及用于 终端和计算机之间或者若干台计算机之 间数据流动的通信的设备所组成的系统 的集合”。
从网络的作用范围进行分类
局域网 （Local Area Network） 广域网（Wide Area Network）：也称为远
程网。 城域网（Metropolitan Area Network） 接入网 AN (Access Network)：又称为本地
接入网或居民接入网，一般由ISP提供，是用 户能够与因特网连接的“桥梁”。
(b)五部电话机两两直接相连
图1-7 电话机的不同连接方式
交换机
……
(c)用交换机连接许多部电话
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（1）分组交换的概念
分组交换技术中“交换”的概念源于电路交换技术 。
X1
Y1
X2
…
X3
Y2
图1-8 电话交换的基本原理
电路交换过程： 第一步：建立连接； 第二步：交换数据； 第三步：释放连接。
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1.1.3 计算机网络的功能
资源共享：是计算机网络最具吸引力的功能， 用户可以共享网络中各种硬件和软件资源，使 网络中各地区的资源互通有无、分工协作，从 而提高系统资源的利用率。
数据通信：是计算机网络的基本功能之一，用 以实现计算机与终端或计算机与计算机之间传 送各种信息。
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1.2计算机网络的组成
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问题：
计算机网络是如何产 生和发展的？
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1.1.1 计算机网络的产生与发展
第一阶段：以主机为中心的计算机网络
20世纪50年代：数据通信技术的研究与发展
第二阶段：计算机-计算机网络
20世纪60年代中期到20世纪70年代中期： ARPANET 与分组交换技术的研究与发展
第三阶段：网络体系结构标准化阶段
问题：
计算机网络是如何构 成的？
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1.2.1 计算机网络的组成
计算机网络
主机等
从功能看
数据处理
路由器和通 信线路
数据通信
从逻辑上看
资源子网
通信子网
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资源子网 （网特网的边缘部分）
通信子网 （因特网的核心部分）
网络A
网络C
网络B
网络E
网络D
图1-4 计算机网络的结构（因特网的组成） 24
1.2.2 因特网的组成
结构：以主机为中心计算机网络的出现
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第一个阶段：以主机为中心
特征
集中式控制形式；
面向主机，即以主机为中心；
结构上呈星型结构；
结构形式简单； 数据通信主要依赖于电话网络；
终端
终端
不足
终端
主机负载重； 可靠性低。
中央主机
终端
终端
图1-1 以计算机为中心的计算机网络
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第二个阶段：计算机-计算机网络
结论：网络是把许多计算机连接在一起， 而因特网则把许多网络连接在一起。
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结点 链路
网络A 网络E
网络C 网络B
网络D
（a）网络（计算机的集合）
（b）互连网络(网络的网络)
图1-3 网络、互联网、因特网的概念
主机
主机 因特网
主机
主机
主机
主机 主机
（c）因特网（最大的互联网）
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问题：
计算机网络可以为我 们做什么？
国际标准化组织（ISO）正式制订开放系统互连 参考模型（OSI）。
这里“开放”的意思强调：只要遵循OSI标准， 一个系统就可以和位于世界上任何地方的、也 遵循这同一标准的其它任何系统进行通信。
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第四阶段：Internet的广泛应用
因特网的形成：NII → GII
NII：Nation Information Infrastructure GII：Global Information Infrastructure
2212计算机网络23从功能看数据处理数据通信资源子网从逻辑上看通信子网121主机等路由器和通信线路24资源子网网特网的边缘部分通信子网因特网的核心部分图14计算机网络的结构因特网的组成网络a网络e网络c网络d网络b25122因特网
第一章 计算机网络概述
本章解决的问题是：
计算机网络是如何产生和发展的？ 什么是计算机网络？ 如何理解网络、互联网（互连网）和因
运行服务器程序的主机
B
服务器
图1-5 客户服务器工作方式
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（2）对等方式 P2P 方式
对等连接(peer-to-peer，简写为 P2P)是指两个 主机在通信时并不区分哪一个是服务请求方还是服 务提供方。
只要两个主机都运行了对等连接软件(P2P 软件)， 它们就可以进行平等的、对等连接通信。
在结构和功能上，因特网的核心部分类似于 计算机网络的通信子网，是因特网中最复杂 的部分，负责向网络边缘中的大量主机提供 连通性。
因特网边缘部分核心设备是路由器。 路由器是实现分组交换的关键构建，负责将
收到的分组进行转发，提供全网的连通性。
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（1）分组交换的概念
“交换”的概念
(aБайду номын сангаас两部电话机直接相连
例如，每个数据段为1024个bit或512个bit
此外，在每一个数据段前面，应加上所谓的首部(header)说明 （作标记），这才构成了一个分组（packet），如下图所示。
报文
101100110101000 ………………… 011001100111001
首部
数据 分组
………………… 首部
数据
分组
广域网也称为远程网； 覆盖的地理范围从几十公里到几千公里； 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。
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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；
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资源共享的观点
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。 计算机网络建立的目的是实现计算机资源的 共享； 互联的计算机是分布在不同地理位置，具有 独立处理能力的自主计算机； 互联计算机之间的通信必须遵循共同的网络 协议。
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用户透明性的观点
分布式计算机系统中“存在着一个能为 用户自动管理资源的网络操作系统，由 它调用完成用户任务所需要的资源，而 整个网络像一个大的计算机系统一样对 用户是透明的。”
Internet应用：WWW、电子邮件、FTP 等。
Internet的广泛应用和高速网络技术的发 展，使得移动网络、网络多媒体计算、网 络并行计算、存储区域网、云计算和物联 网等正在成为新的网络研究热点。
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问题：
什么是计算机网络？ 如何理解网络、互联网 （互连网）和因特网?
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1.1.2 计算机网络的定义
主机
主机 主机
分组交换网
主机
主机
主机
主机
图1-2 以分组交换为中心的计算机网络
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第二个阶段：计算机-计算机网络
不足之处
网络普及程度低，网络体系结构的研究 不成熟，标准不统一。
主机
主机 主机
分组交换网
主机
主机
主机
主机
图1-2 以分组交换为中心的计算机网络
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第三阶段：网络体系结构标准化阶段
OSI
图1-9 分组的概念
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（2）分组交换的工作原理
何谓“分组交换” ？
所谓分组交换就是采用存储转发的原则，以分组为 单位，在分组交换网中从一个（中间）结点传送到
另一个（中间）结点。
H2
H3
B
C
H1
A
D
H4
E
F
H5
H7
H6
图1-10 分组交换示意图
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（2）分组交换的工作原理
从以上所述可知，采用存储转发的分组交 换，实质上是采用了在数据通信的过程中 断续（或动态）分配传输带宽的策略。
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局域网的技术特点
覆盖有限的地理范围，它适用于公司、 机关、校园、工厂等有限范围内的计算 机、终端与各类信息处理设备连网的需 求；
提 供 高 数 据 传 输 速 率 （ 10Mbps ～ 10Gbps）、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；
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广域网的技术特点
双方都可以下载对方已经存储在硬盘中的共享文档。 对等连接方式从本质上看仍然是使用客户服务器方
式，只是对等连接中的每一个主机既是客户又同时 是服务器。
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（2）对等方式 P2P 方式
运行P2P程序的主机
A
B
运行P2P程序的主机
因特网的核心
运行P2P程序的主机
C
图1-6 对等连接工作方式
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2.核心部分
这对传送突发式的计算机数据非常合适， 使得通信线路的利用率大大提高了。
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1.3 计算机网络的分类 问题：
计算机网络可以分为 哪几种类型？
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1.3 计算机网络的分类
计算机网络的分类方法主要是以下两种： 根据网络的覆盖范围与规模分类 根据网络的使用者分类
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1.3.1 不同覆盖范围的网络
特网？ 计算机网络可以为我们做什么？ 计算机网络是如何构成的？ 计算机网络可以分为哪几种类型？ 如何衡量计算机网络的性能？ 计算机网络未来的发展趋势如何？
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1.1 计算机网络的基本概念
问题： 计算机网络是如何产生和发展的？ 什么是计算机网络？ 如何理解网络、互联网（互连网）和因
特网？ 计算机网络可以为我们做什么？