计算机网络课件_第一章

因特网的端系统就是前面提到的主机。 边缘部分的功能就是利用核心部分所提
供的服务，使这样多的主机之间能够互 相通信并交换或共享信息。
在网络边缘的端系统中运行的程 序之间的通信方式可划分为两大类： 客户服务器方式和对等方式。
1．客户服务器方式
这种方式在因特网上是最常用的，也是传 统的方式。
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。
1.2.2 因特网的发展
因特网的基础结构大体上经历了三个阶段 的演进。
但这三个阶段在时间划分上并非截然分开 而是有部分重叠的，这是因为网络的演 进是逐渐的而不是突然的。
因特网发展的第一阶段
第一个分组交换网 ARPANET 最初只是一个单个的 分组交换网。
ARPA 研究多种网络互连的技术。 1983 年 TCP/IP 协议成为标准协议。 同年，ARPANET分解成两个网络：
网络接入点
NAP （对等点）
地区 ISP
地区 ISP 地区 ISP
大公司
本地 ISP 本地 ISP
公司 本地 ISP
校园网 校园网 校园网
校园网 校园网
今日的多级结构的因特网
大致上可将因特网分为以下五个接入级
网络接入点 NAP 国家主干网（主干 ISP） 地区 ISP 本地 ISP 校园网、企业网或 PC 机上网用户
C 和 D 通话只经过一个本地交换机 通话在 C 到 D 的连接上进行
中继线 A 用户线
( 交换机 C(
D(
交换机
中继线 交换机
交换机 B
(
用户线
电路交换的特点
电路交换是面向连接的，即必须经过以下三个 步骤的联网方式：
建立连接 通信 释放连接
采用电路交换时，通信过程中一直占有一条物 理通路。
主机
H6
H1
E
A
H5 C
H3
分组交换网
结点交换机有多个端口，但在输入和输出端口之 间没有直接连线
H4 H2
D
B
1 23 4
H6
1234
结点
交பைடு நூலகம்机
H1
1
A
2 3
4
H3
1
2 3
E
4
H5
12 3 4
C
高速链路
结点交换机的存储转发过程
结点交换机处理分组的过程是：
把收到的分组先放入缓存（暂时存储）； 查找转发表，找出到某个目的地址应从
1.2.3 因特网的标准化工作
因特网协会 ISOC
因特网研究部 IRTF 因特网研究指导小组
IRSG
RG … RG
因特网体系结构 研究委员会 IAB
因特网工程部 IETF
因特网工程指导小组 IESG
领域 …
领域
WG … WG WG … WG
1.3 因特网的组成
从工作方式上看，分为：
边缘部分：由所有连接在因
H3
H4 D
注意分组路径的变化！
H6
E
H2 向 H6 发送分组
C
H5
H1 向 H5 发送分组
分组交换网
分组的存储转发过程
在在结在结点H最2结点交后点交换到交换机达换机HA4目机C暂的E暂存主暂存机存 H5
查查找查找转找转发转发表发表表 结点交换机 找找到找到转到转发转发的发的端的端口D端口口
B
H1 向 H5 发送分组
报文
发送端
数据
2.对每一分组加首部
数据 数 据 首部
数据
3.每个分组在网络中以“存储—转发”的方式进行传送
B
3 21 3 2A1
D C
4.目的端按照每个分组携带的序号信息重新排列恢复原有
序列
312
321
分组交换
特点:
1.无呼叫建立和专用通路 2.存储-转发式的发送技术 3.将数据分成有大小限制的分组后 发送
注意：
客户和服务器本来都指的是计算机 进程（软件）。
运行客户程序的机器称为client，把 运行服务器程序的机器称为server。
2．对等连接方式
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。也称为P2P文件共享。
图1-7 对等连接工作方式
分组首部
Question:分组是怎样被转发到目的地的？ 答：每一个分组的首部都含有源/目的地址
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。
分组交换网的示意图
H2 结点交换机
B 主机
H1 A
立的多个计算机系统通过通信线路相互连在一起、
由专门的网络操作系统进行管理，以实现资源共
享的系统。
网络操作系统（单 机OS功能+网络通 信协议+网络资源 管理+网络服务）
通信线 路包括 通信媒 体、通 信设备 关系。
网络的根本目的是 为了实现资源共享 ，资源包括硬件与 软件，如程序、数 据库、存储设备、
ARPANET——进行实验研究用的科研网 MILNET——军用计算机网络
1983~1984 年，形成了因特网 Internet。 1990 年 ARPANET 正式宣布关闭。
因特网发展的第二阶段
1986 年，NSF 建立了国家科学基金网。 NSFNET。它是一个三级计算机网络：
主干网 地区网 校园网
特网上的主机组成
核心部分：由大量网络和连
接这些网络的路由器组成
主机 网络
因特网的边缘部分 路由器
因特网的核心部分
图1-5 因特网的边缘部分与核心部分
1.3.1因特网的边缘部分
处在因特网边缘的部分就是连接在 因特网上的所有的主机。这些主机又 称为端系统 (end system)，“端” 就是“末端”的意思。
分组必须携带的首部（里面有必不可少的 控制信息）也造成了一定的开销。
两种交换的比较
电路交换
连接建立
数据传送 连接释放
报文
分组交换
A
B
C AD
B
C
D
分组交换的特点：
（1）解决电路交换长期占用线路问题 （2）将大的报文划分成小的分组后，每一
如果Internet网采用电路交换方式
H2
H3
H4
结点交换机 B
主机
H1
D
A
H8
C
H5
H7
H6
分组交换
H2 3 2 1 H3
结点交换机 B
主机
H1
321
3 2A1
H8
C
H4
H1-H5
H2-H7
D
H5
321
H7 3 2 1
H6
电路交换传送计算机数据效率低
原因： 计算机数据具有突发性。 导致通信线路的利用率很低。
回顾一下电路交换的特点
两部电话机的连接
话音
更多的电话机互相连通
使用交换机
当电话机的数量增多时，就要使用交换机 来完成全网的交换任务。
交换机
电路交换举例
A 和 B 通话经过四个交换机 通话在 A 到 B 的连接上进行
中继线 A 用户线
( 交换机 C(
D(
交换机
中继线 交换机
交换机 B
(
用户线
电路交换举例
发展最快的并起到核心作用的是计算机 网络。
计算机网络的两个重要功能：
连通性 共享
计算机网络最简单的定义
计算机网络是一些互相连接的、 能够共享资源又相互自治的计算 机的集合。
➢计算机网络的定义
相互连接的计算机之
计算机网络中的计
间不存在互为依赖的
算机通常都处于不
关系。
同的地理位置
计算机网络是指将地理位置不同且功能相对独
分组 3
首部 数 据
收到的数据
分组交换的原理（五）
最后，在接收端把收到的数据恢复成为原 来的报文。
报文 1101数00011据010101011数01010据111000100数11010据010
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。
分组交换的过程
1.将数据分成有大小限制的分组
数据
数据
首部
分组 2
首部
分组 3
首部
请注意：现在左边是“前面”
分组交换的原理（三）
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
分组 1
首部 数 据
分组 2
首部 数 据
分组 3
首部 数 据
分组交换的原理（四）
接收端收到分组后剥去首部还原成报文。
分组 1
首部 数 据
分组 2
首部 数 据
CAD 软件 (某企业)
共享信息示例
买票者1
(西安市)
买票者2
(广州市)
各次列车 车票情况: 已售座位和 未售座位
买票者4
(哈尔滨市)
买票者3
(北京市)
什么是计算机网络？ 体系结构、工作原理
网络课的主要内容:
通 信
计 算 机
计算机网络
计算机网络在信息时代的作用
网络是指“三网”，即电信网络、有线 电视网络和计算机网络。
（2）可与多个服务器进行通信。 （3）不需要特殊的硬件和很复杂的操作系统。
服务器程序：
（1）是一种专门用来提供某种服务的程序， 可同时处理多个远地或本地客户的请求。
（2）当系统启动时即自动调用并一直不断地 运行着，被动地等待并接受来自多个客户 的通信请求。
（3）一般需要强大的硬件和高级的操作系统 支持。
计算机网络的认知与应用体验
网络与网络应用无处不在，以至于我 们已经将其视为我们社会生活的一个不 可缺少的部分：
请列举你所知道的网络应用。 请列举你所知道上网方式。
计算机网络带给我们的最大的好处？
为什么需要计算机网络?
共享资源
• 共享硬件 • 共享软件 • 共享信息
多个不同地点的用户可以共享 使用同一地点的打印机等硬件 不同地点的用户可以使用另一 地点计算机系统中的软件
1991 年，美国政府决定将因特网的主干网转交 给私人公司来经营，并开始对接入因特网的 单位收费。
1993 年因特网主干网的速率提高到 45 Mb/s （T3 速率）。
三级结构的因特网
各网络之间需要使用路由器来连接。
路由器
国家主干网
地区网
地区网
地区网
校园网 校园网 校园网 校园网 校园网 校园网
有时在结构图中可不画出路由器。
最主要的特征
客户是服务请求方，服务器是服务提 供方。
服务请求方和服务提供方都要使用网 络核心部分所提供的服务。
图1-6 客户服务器工作方式
在实际应用中，客户程序和服务器程 序通常还具有以下一些主要特点。
客户程序：
（1）被用户调用后运行，在打算通信时主动 向远地服务器发起通信（请求服务）。
多个不同地点的用户可以同时 对某些数据进行操作
共享硬件示例
办公楼有若干办公室,是否每一部门都要配备 打印机呢?
否!
部门1
部门2
共享软件示例
本地没有某一CAD软件,但在其他地方有CAD软件, 我们要进行产品设计是否一定要买CAD软件呢?
CAD
设计者1 软件
不一定!
(某大学)
可以在本地利用另一地点 的软件资源进行各种工作
1.2 因特网概述
1.2.1 网络的网络
网络：由若干结点和连接这些结点的链路组成
简单网络
1.2 因特网概述
1.2.1 网络的网络
互联网：网络的网络
因特网：世界上最大的互连网络
主机
因特网
主机
各种 网络
因特网
(a)
(a) 表示因特网的方法
(b)
(b) 因特网是“网络的网络”
图1-1 因特网
•网络把许多计算机连接在一起， •而互联网则把许多网络连接在一起。 •因特网是世界上最大的互联网
NAP 就是用来交换因特网上流量的结点。在NAP 中安装有性能很好的交换设施。到本世纪初， 美国的 NAP 的数量已达到十几个。
从 1994 年到现在，因特网逐渐演变成多级结构 网络。
多级结构的因特网
主机到主机的通信可能经过多种 ISP。
大公司
大公司 地区 ISP
网络接入点
NAP （对等点）
主干服务 提供者
所以，在计算机网络中采用“分组交换”
分组交换的原理（一）
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。
报文
1101000110101010110101011100010011010010
假定这个报文较长 不便于传输
分组交换的原理（二）
每一个数据段前面添加上 首部构成分组。
报文
数据 分组 1
哪个端口转发； 把分组送到适当的端口转发出去。
分组交换的优点
高效 动态分配传输带宽，对通信链路 是逐段占用。
灵活 以分组为传送单位和查找路由。 迅速 不必先建立连接就能向其他主机
发送分组；充分使用链路的带宽。 可靠 完善的网络协议；自适应的路由
选择协议使网络有很好的生存性。
分组交换带来的问题
分组在各结点存储转发时需要排队，这就 会造成一定的时延。
三级结构的因特网
主机到主机的通信可能要经过多种网络。
国家主干网
地区网
地区网
地区网
校园网 校园网 校园网 校园网 校园网 校园网
因特网发展的第三阶段
从1993年开始，由美国政府资助的 NSFNET逐渐 被若干个商用的 ISP 网络所代替。
1994 年开始创建了 4 个网络接入点 NAP (Network Access Point)，分别由 4 个电信 公司经营。
1.3.2 因特网的核心部分
网络核心部分是因特网中最复杂的部分。 网络核心部分向网络边缘中的主机提供服
务，使边缘部分中的任何一个主机都能够 向其他主机通信（即传送或接收各种形式 的数据）。
1.3.2 因特网的核心部分
核心部件——路由器 早期计算机网络使用电路交换 2. 20世纪60年代出现分组交换