计算机网络概述

计算机网络技术及应用教材：《计算机网络技术及应用》严耀伟王方编著人民邮电出版社主讲：计算机学院徐塞虹[e-mail]1评分标准：作业+实验50%课堂表现10%期末考试40%2第1章计算机网络概述第2章数据通信原理简介第3章Internet第4章Internet基本应用第5章局域网3第6章网络设计与维护第7章网站设计与制作第8章服务器架设与管理第9章计算机网络安全第10章实验与设计第1章计算机网络概述1.1计算机网络的基本概念1.2计算机网络的发展历程1.3计算机网络的分类1.4计算机网络的体系结构1.5计算机网络的组成1.6计算机网络应用带来的社会问题作业41.1计算机网络的基本概念21世纪是一个以网络为核心的信息时代。电信网络+电视网络+计算机网络》》融合1.1.1计算机网络的定义1.1.2计算机网络的功能1.1.3计算机网络的特点51.1.1计算机网络的定义多个分布在不同地点上、自治的计算机通过传输介质连接并通过网络软件控制，以便进行信息交换、资源共享或协同工作的系统。此定义的要点：①计算机网络中包含了多台具有独立自主功能的计算机。②这些计算机之间是相互连接的。③计算机相互连接的主要目的是资源共享（硬件、软件、数据）。6分享、分担1.1.2计算机网络的功能资源共享硬件资源:CPU、存储器、I/O设备等软件资源：如利用大型计算机进行数据处理数据资源：如企业数据库访问，文件、音乐和视频下载处理机间通信提供可靠性和安全性负荷均衡分布式处理集中式处理……71.1.3计算机网络的特点电话网、电视网所不具备的特点开放式的网络体系结构向高性能发展向智能化发展8计算机网络电话/电视网络面向的应用任意应用专项应用终端复杂简单网络简单复杂发展形式自由发展统一规划运行方式自动配置人工配置1.2计算机网络的发展历程1.2.1计算机网络的演变过程1.2.2Internet时代91.2.1计算机网络的演变过程10网络出现之前的数据共享方式11第一阶段：以单台计算机为中心的远程联机终端系统20世纪50年代数据通信技术的研究与发展IBM在1963年投入使用的飞机订票系统SABRE-1计算机网络的演变过程12第二阶段：初级计算机网络—以通信子网为中心的主机互联20世纪60年代分组交换技术的研究与发展资源子网、通信子网的两级网络结构概念的提出美国国防部高级研究计划局（AdvancedResearchProjectsAgency,ARPA）1969年8月推出的ARPA网（ARPAnet）资源子网：提供各种网络资源通信子网：为资源子网提供信息传输服务另外，通信子网规模扩大，私有公用数据通信网计算机网络的演变过程13CCP—通信控制处理机计算机网络的演变过程14第三阶段：体系结构标准化网络20世纪70年代至今不同网络设备之间的兼容性和互操作性是推动网络体系结构的标准化的原动力各厂商、研究机构、大学在网络技术、方法、理论等方面的研究日趋成熟是其基础标准化过程的两个阶段厂商标准国际标准国际标准化组织（InternationalStandardsOrganization,ISO）提出了开放系统的互连（OpenSystemInterconnection,OSI）参考模型与协议计算机网络的演变过程15第四阶段：新一代的综合性、智能化、宽带高速网络20世纪90年代至今Internet技术的研究与发展网络计算技术的研究与发展宽带城域网与接入网技术的研究与发展网络与信息安全技术的研究与发展Internet的广泛普及与应用计算机网络的演变过程1.2.2Internet时代1620世纪90年代以来，以Internet为代表的计算机网络发展迅猛，在各个领域得到普及应用，已从最初的教育科研网络逐步发展成为商业网络。internet（互联网或互连网）---通用名词，它泛指由多个计算机网络互连而成的网络。Internet（因特网）---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协议族作为通信的规则，且其前身是美国的ARPANET。Internet时代17Internet把许多计算机网络连接在一起，是网络的网络(networkofnetworks)。2010年7月15日，中国互联网络信息中心（CNNIC）发布《第26次中国互联网络发展状况统计报告》，报告显示，截止2010年6月，中国网民规模达到4.2亿，手机网民民规模更达2.77亿。时代18网络数主机数用户数管理机构数198010102102100199010310510610120001051071081022005106108109103找新数据？？注：第3章Internet介绍更详细内容1.3计算机网络的分类1.3.1按拓扑结构分类1.3.2按地理覆盖范围分类1.3.3按通信介质分类1.3.4按用途分类1.3.5其他分类方法191.3.1按拓扑结构分类20拓扑—从图论演变而来，是一种研究与大小、形状无关的点、线、面特点的方法。结点---工作站/计算机、服务器等具体设备线---网络中的电缆等通信介质网络的主要拓扑有：总线形、环形、星形、树形、网状形……实际构造时，可将不同拓扑结构混合组网按拓扑结构分类21总线型（广播式计算机网络）信息从源结点向两端扩散可靠性高，可扩展性好；但传输介质故障难以排除节点的增删不影响全网的运行按拓扑结构分类22环型信息沿环路单向从一个结点传到另一个结点控制机制简单；但扩充性差，可靠性低按拓扑结构分类星型（集中式网络）将总线型的公用总线收缩为中心结点控制管理简单，网络时延小；但可靠性低，中心结点负荷大集线器/交换机23按拓扑结构分类树型（分级集中控制式网络）比星型结构节省线路，扩充方便灵活任一结点或线路故障影响局部，级别越高处影响越大24按拓扑结构分类网状型（分布式结构）结点间路径增多，扩充方便灵活，可靠性高控制机制复杂25按拓扑结构分类混合结构网络示例261.3.2按地理覆盖范围分类27划分距离适用范围局域网10km学校、企业、网吧等城域网10km—100km一个城市地区内连接广域网几百km—几千km不同城市地区间连接按地理覆盖范围分类28局域网LAN（LocalAreaNetwork）按地理覆盖范围分类29城域网MAN（MetropolitanAreaNetwork）按地理覆盖范围分类30广域网WAN（WideAreaNetwork）Internet可以看做是一个特别的广域网，是全球计算机的互联。按地理覆盖范围分类31城域网城域网接入网接入网接入网接入网接入网接入网广域网局域网局域网校园网企业网……广域网、城域网、接入网以及局域网的关系1.3.3按通信介质分类32有线网络无线网络：传输介质主要有微波、红外线和激光等1.3.4按用途分类33公用网（PublicNetwork）：又称公用数据通信网。通常是由政府的电信部门建立和管理，有偿使用。专用网(PrivateNetwork)：由某些机构或企业为自身工作需要建立和管理。1.3.5其他分类方法34按传输技术广播式网络：所有的计算机都共享一个公共通信信道，任意时刻只能有一台计算机发送数据。点到点式网络：每条物理线路连接一对计算机，若两台计算机之间没有直接连接的线路，则通过中间结点的接收、存储与转发，直至目的结点。按传输速率低速网中速网高速网1.4计算机网络的体系结构意义：计算机网络是一个复杂的计算机及通信系统的集合，建立一个好的网络体系结构（NetworkArchitecture）是系统地有效解决网络中各个结点之间交换数据和协同工作等一系列问题的需要。解决方案：层次模型+各层协议3536计算机网络的体系结构邮政系统分层模型37计算机网络的体系结构N+1NN-1321N+1NN-1321P1P2P3PN-1PNPN+1消息系统A系统B对等层之间虚拟通信协议是对等层之间信息交互的规则下层通过接口向上层提供服务实际通信在最底层完成各层相对独立，灵活性好有利于标准化计算机网络的体系结构1.4.1OSI参考模型1.4.2TCP/IP参考模型1.4.3本课程采用的体系结构模型381.4.1OSI参考模型39国际标准化组织（InternationalStandardOrganization，ISO）于20世纪80年代初提出了OSI参考模型，也称OSI/RM（OpenSystemInterconnectionReferenceModel,OSI/RM），这个关于网络体系结构的标准定义了网络互连的基本参考模型。OSI参考模型是具有七个层次的框架。OSI标准的制定周期过长，且层次划分有不合理之处，协议过于复杂，导致在市场化中失败。OSI参考模型40应用层表示层会话层传输层网络层数据链路层物理层主机A网络层数据链路层物理层路由器1网络层数据链路层物理层路由器n应用层表示层会话层运输层网络层数据链路层物理层主机B7654321应用层协议表示层协议会话层协议传输层协议P3P2P1P3P2P1内部子网协议数据单元APDUPPDUSPDUTPDU分组帧位通信子网PDU：协议数据单元传输层—段(Segment)网络层—分组/包(Package)数据链路层—帧(Frame)物理层—位/比特(bit)OSI参考模型41应用层(ApplicationLayer)：确定应用程序进程之间通信的性质。表示层(PresentationLayer)：主要解决用户信息的语法表示问题。它将欲交换的数据从适合于某一用户的抽象语法，转换为适合于OSI系统内部使用的传送语法，即提供格式化的表示和转换数据服务，如数据的压缩和解压缩，加密和解密等。会话层(SessionLayer)：提供包括访问验证和会话管理(建立、保持、拆除)以及设置连接方式(单工/全双工/半双工)等功能。与传输层功能有所重叠。OSI参考模型42传输层(TransportLayer)：提供建立、维护和取消传输连接的功能，负责可靠地传输数据(流量控制、错误恢复服务)。网络层(NetworkLayer)：网络层的任务就是选择合适的网间路由和交换结点，确保数据及时传送。数据链路层(DataLinkLayer)：负责在两个相邻结点间的线路上，无差错的传送以帧为单位的数据。每一帧包括一定数量的数据和一些必要的控制信息。物理层(PhysicalLayer)：规定通信设备的机械的、电气的、功能的和过程的特性，用以建立、维护和拆除物理链路连接。OSI参考模型43应用层与用户应用进程的接口“做什么”表示层数据格式的转换“对方看起来象什么”会话层会话管理与数据传输同步“该谁讲话”“从哪儿讲起”传输层端到端可靠的数据传输“对方在哪儿”网络层分组传送，路由选择，流量控制“走哪条路可以到达对方”数据链路层相邻结点间无差错地传送帧“每一步该怎么走”物理层在物理媒体上透明传输位流“怎样利用物理媒体”OSI参考模型44应用层物理层数据链路层网络层传输层会话层表示层应用层物理层数据链路层网络层传输层会话层表示层发送进程接收进程比特(PPDU)数据帧(DPDU)数据分组(NPDU)TPDUSPDUPPDUAPDU交换数据单元名称主机A主机B数据数据数据数据数据数据数据T2H2H3用户数据H7H6H5H4实际数据传输路线图2-4OSI参考模型中的数据传输PDU：协议数据单元传输层—段(Segment)网络层—分组/包(Package)数据链路层—帧(Frame)物理层—位/比特(bit)1.4.2TCP/IP参考模型451983年，TCP/IP成为Internet采用的协议标准，是事实上的工业标准。TCP/IP是一种异构网络互连的通信协议，它同样也适用于在一个局域网中实现异种机的互连通信。TCP/IP是四层的体系结构（实际三层）。TCP/IP参考模型46TCP/IP参考模型47TCP/IP协议族应用层