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计算机网络原理计算机系赵青松联系方式email:qszhao@njau.edu.cn办公室电话:84396350办公室地址：综合楼A510参考书目计算机网络自顶向下方法(第4版)（美）库罗斯等著，陈鸣译机械工业出版社计算机网络（第4版)AndrewS.Tanenbaum潘爱民译清华大学出版社第1章概述1.1计算机网络在信息时代中的作用1.2因特网概述1.3因特网的组成1.4计算机网络在我国的发展1.5计算机网络的类别1.6计算机网络的性能1.7计算机网络的体系结构1.1计算机网络在信息时代的作用21世纪的一些重要特征就是数字化、网络化和信息化，它是一个以网络为核心的信息时代。网络是指“三网”，即电信网络、有线电视网络和计算机网络。发展最快的并起到核心作用的是计算机网络。因特网(Internet)的发展进入20世纪90年代以后，以因特网为代表的计算机网络得到了飞速的发展。已从最初的教育科研网络逐步发展成为商业网络。已成为仅次于全球电话网的世界第二大网络。计算机网络向用户提供的最重要的功能连通性——计算机网络使上网用户之间都可以交换信息，好像这些用户的计算机都可以彼此直接连通一样。共享——即资源共享。可以是信息共享、软件共享，也可以是硬件共享。1.2因特网概述1.2.1网络的网络网络(network)由若干结点(node)和连接这些结点的链路(link)组成。(a)网络结点链路网络与因特网互联网(互连网)是“网络的网络”(networkofnetworks)。互联网是网络和网络通过路由器连起来。(b)互联网（网络的网络）网络与因特网因特网是世界是最大的互连网。连接在因特网上的计算机都称为主机(host)。主机因特网1.2.2因特网发展的三个阶段是20世纪60年代美苏冷战时期的产物。60年代初，美国国防部领导的远景研究规划局ARPA(AdvancedResearchProjectAgency)提出要研制一种生存性(survivability)很强的网络。传统的电路交换(circuitswitching)的电信网有一个缺点：正在通信的电路中有一个交换机或有一条链路被炸毁，则整个通信电路就要中断。ARPANET的成功使计算机网络的概念发生根本变化早期的面向终端的计算机网络是以单个主机为中心的星形网各终端通过通信线路共享昂贵的中心主机的硬件和软件资源。分组交换网则是以网络为中心，主机都处在网络的外围。用户通过分组交换网可共享连接在网络上的许多硬件和各种丰富的软件资源。从主机为中心到以网络为中心主机终端以主机为中心以分组交换网为中心主机分组交换网因特网发展的第一个阶段第一阶段是从单个网络ARPANET向互联网发展的过程。1969年,世界上出现第一个分组交换网ARPANET。1983年TCP/IP协议成为ARPANET上的标准协议。人们把1983年作为因特网的诞生时间。internet和Internet的区别以小写字母i开始的internet（互联网或互连网）是一个通用名词，它泛指由多个计算机网络互连而成的网络。internet和Internet的区别以大写字母I开始的的Internet（因特网）则是一个专用名词，它指当前全球最大的、开放的、由众多网络相互连接而成的特定计算机网络，它采用TCP/IP协议作为通信的规则，且其前身是美国的ARPANET。因特网发展的第二个阶段第二阶段的特点是建成了三级结构的因特网。1985年，建成NSFNET，取代ARPANET，成为Internet主干网。NSFNET是一个三级网络，分为主干网、地区网和校园网（或企业网）。Internet的接入除了科研院所，开始大量的公司接入。因特网发展的第三个阶段第三阶段的特点是逐渐形成了多层次ISP结构的因特网。从1993年，NSFNET被商用的因特网主干网替代。出现了因特网服务提供者ISP(InternetServiceProvider)。用户因特网ISP1ISP2因特网服务提供者用户通过ISP上网根据提供服务的覆盖面积大小以及所拥有的IP地址数目的不同，ISP也分成为不同的层次。一级ISP一级ISP第一层ISP大公司本地ISP大公司大公司公司本地ISP本地ISP校园网校园网校园网校园网第二层ISP第二层ISPNAPNAPAB主机A→本地ISP→第二层ISP→NAP→第一层ISP→NAP→第二层ISP→本地ISP→主机B第一层ISP第二层ISP本地ISP本地ISP本地ISP本地ISP第一层ISP第一层第二层第三层本地ISP第二层ISP本地ISP本地ISP本地ISP本地ISP第二层ISP本地ISP本地ISP第二层ISP万维网的问世因特网的迅猛发展始于20世纪90年代。由欧洲原子核研究组织CERN开发的万维网(WorldWideWeb)被广泛使用在因特网上，大大方便了广大非网络专业人员对网络的使用，成为因特网的这种指数级增长的主要驱动力。因特网的未来NGI：美国政府的下一代因特网计划。Internet2是UCAID（120多个大学会员）的一项研究计划。1.2.3关于因特网的标准化工作因特网的标准化对因特网的发展起到非常重要的作用。因特网制定标准的特色是面向公众。1.2.3关于因特网的标准化工作因特网协会ISOC因特网研究指导小组IRSG因特网研究部IRTF因特网工程部IETF因特网工程指导小组IESG…RGWG……RG…领域领域因特网体系结构研究委员会IABWGWGWG什么是RFC所有的因特网标准都是以RFC的形式在因特网上发表。RFC(RequestForComments)的意思是“请求评论”。制订因特网的正式标准要经过以下的四个阶段因特网草案(InternetDraft)——在这个阶段还不是RFC文档。建议标准(ProposedStandard)——从这个阶段开始就成为RFC文档。草案标准(DraftStandard)因特网标准(InternetStandard)各种RFC之间的关系因特网草案建议标准草案标准因特网标准历史的RFC实验的RFC提供信息的RFC6种RFC1.3因特网的组成(1)边缘部分由所有连接在因特网上的主机组成。这部分是用户直接使用的，用来进行通信（传送数据、音频或视频）和资源共享。(2)核心部分由大量网络和连接这些网络的路由器组成。这部分是为边缘部分提供服务的（提供连通性和交换）。因特网的核心部分因特网的边缘部分主机网络路由器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。“主机A和主机B进行通信”，实际上是指：“运行在主机A上的某个程序(进程)和运行在主机B上的另一个程序(进程)进行通信”。简称为“计算机之间通信”。两种通信方式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：客户服务器方式（C/S方式）即Client/Server方式对等方式（P2P方式）即Peer-to-Peer方式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。运行客户程序网络边缘网络核心运行服务器程序AB客户服务器客户A向服务器B发出请求服务，而服务器B向客户A提供服务。客户软件的特点被用户调用后运行，在打算通信时主动向远地服务器发起通信（请求服务）。因此，客户程序必须知道服务器程序的地址。不需要特殊的硬件和很复杂的操作系统。服务器软件的特点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。系统启动后即自动调用并一直不断地运行着，被动地等待并接受来自各地的客户的通信请求。一般需要强大的硬件和高级的操作系统支持。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。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。双方都可以下载对方已经存储在硬盘中的共享文档。网络边缘网络核心运行P2P程序运行P2P程序DCEF运行P2P程序运行P2P程序对等连接方式的特点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。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。在网络核心部分起特殊作用的是路由器(router)。路由器是实现分组交换(packetswitching)的关键构件，其任务是转发收到的分组，这是网络核心部分最重要的功能。1.电路交换的主要特点两部电话机只需要用一对电线就能够互相连接起来。更多的电话机互相连通5部电话机两两相连，需10对电线。N部电话机两两相连，需N(N–1)/2对电线。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。交换机电路交换的特点电路交换必定是面向连接的。电路交换的三个阶段：建立连接通信释放连接电路交换举例A和B通话经过四个交换机通话在A到B的连接上进行交换机交换机交换机交换机用户线用户线中继线中继线BDCA电路交换举例C和D通话只经过一个本地交换机通话在C到D的连接上进行交换机交换机交换机交换机用户线用户线中继线中继线BDCA电路交换传送计算机数据效率低计算机数据具有突发性。这导致通信线路的利用率很低。往往传送数据的时间不到10%甚至1%。报文2.分组交换的主要特点在发送端，先把较长的报文划分成较短的、固定长度的数据段。1101000110101010110101011100010011010010假定这个报文较长不便于传输数据数据数据报文添加首部构成分组每一个数据段前面添加上首部构成分组。首部首部首部分组1分组2分组3请注意：现在左边是“前面”分组交换的传输单元分组交换网以“分组”作为数据传输单元。依次把各分组发送到接收端（假定接收端在左边）。数据首部分组1数据首部分组2数据首部分组3分组首部的重要性每一个分组的首部都含有地址等控制信息。分组交换网中的路由器根据收到的分组的首部中的地址信息，查找路由表,把分组转发到下一个路由器。用这样的存储转发方式，最后分组就能到达最终目的地。收到分组后剥去首部接收端收到分组后剥去首部还原成报文。数据首部分组1数据首部分组2数据首部分组3收到的数据数据数据数据最后还原成原来的报文最后，在接收端把收到的数据恢复成为原来的报文。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。报文1101000110101010110101011100010011010010因特网的核心部分H1H5H2H4H3H6路由器网络网络核心部分主机H1H5H2H4H3H6发送的分组路由器AEDBC网络核心部分主机分组交换网的示意图H1A互联网BDECH5H6H4H2H3H1向H5发送分组H2向H6发送分组注意分组路径的变化！路由器主机注意分组的存储转发过程H1A互联网BDECH5H6H4H2H3H1向H5发送分组路由器主机在路由器E暂存查找转发表找到转发的端口最后到达目的主机H5在路由器C暂存查找转发表找到转发的端口在路由器A暂存查找转发表找到转发的端口路由器路由器处理分组的过程是：把收到的分组先放入缓存（暂时存储）；查找转发表(路由表)，找出到某个目的地址应从哪个端口转发；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。可靠保证可靠性的网络协议；分布式的路由选择协议使网络有很好的生存性。分组交换的缺点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。分组交换不像电路交换通过连接来保证通信时所需的各种资源,无法确保通信时带宽。