一章计算机网络概述-PPT课件.ppt
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1、第一章 计算机网络概述本章主要介绍计算机网络的基础知识,包括计算机 网络的定义,计算机网络的发展史,计算机网络的功能,计算机网络的组成和分类;同时介绍了网络通信协议的概念以及OSI参考模型和Internet使用的TCP/IP协议。什么是计算机网络什么是计算机网络n 什么是计算机网络?广义观点认为,计算机网络是计算机技术与通信技术相结合,实现信息传送,达到资源共享的系统。n随着计算机技术和通信技术的发展,其内涵也在发展变化。从资源共享的角度出发,美国信息处理学会联合会认为,计算机网络是以能够相互共享资源(硬件、软件、数据)的方式连接起来,并各自具备独立功能的计算机系统的集合。n简捷并且被广泛接受
2、的定义:计算机网络是利用通信线路连接起来的相互独立的计算机的集合。n在理解计算机网络定义的时候,我们要注意3点:n(1)通信线路 通信线路也称为通信传输介质,可以是双绞线、电话线、同轴电缆、光纤这些线缆,也可以是微波、卫星等无线传输介质。n(2)相互独立 指网络上的任何一台计算机不能强制关闭或启动网络上的另外一台计算机,它们彼此没有主次之分。n(3)计算机的集合 所谓的计算机是指具有数据的处理和运算能力,这里是和终端相区别。计算机具有CPU,可以独立做运算和处理,但终端没有CPU,不能独立做运算和处理。n计算机网络的发展经历了从终端与计算机之间的通信,计算机之间的通信到整个世界互联通信的发展过
3、程,大致可以分成三个阶段。n计算机终端网络计算机终端网络计算机终端网络调制解调器调制解调器计算机计算机前端机前端机MMMM集中器集中器终端终端终端终端终端终端电话网电话网计算机通信网络计算机通信网络 通信子网通信子网CCPCCPCCPCCPHTTHHH资源子网资源子网计算机网络体系结构n1977年,ISO专门建立了一个委员会,在分析和消化己有网络的基础上,考虑到连网方便和灵活性等要求,提出了一种不基于特定机型、操作系统或公司的网络体系结构,即开放系统互连参考模型OSI/RM(OSIOpen System Interconnection)。但是由于OSI参考模型实现的复杂性和ARPAnet的迅速
4、发展,TCP/IP协议逐渐得到了业界的广泛认可,成为了事实上的网络连接的标准协议,目前所有厂家生产的网络产品都采用了TCP/IP协议。计算机网络的组成计算机网络的组成计 算 机 网计 算 机 网络络网 络 硬网 络 硬件件通信线路通信线路(传输介传输介质质)网 络 软网 络 软件件客客 户户 机机服服 务务 器器网网 卡卡网络互连设备网络互连设备双双 绞绞 线线同同 轴轴 电电 缆缆光光 缆缆微微 波波卫卫 星星网络传输协议网络传输协议网络操作系统网络操作系统网络管理软件网络管理软件网络应用软件网络应用软件图图1.31.3 计算机网络的组成计算机网络的组成计算机网络的功能计算机网络的功能 数据
5、通信资源共享资源:硬件、软件、数据、信道提高可靠性和可用性分布式处理计算机网络的分类计算机网络的分类计算机网络的分类方法很多,主要的方法有:根据网络的覆盖范围与规模(scale)分类。按网络拓扑结构分类。根据网络使用的传输技术分类。按网络服务的对象分类。按节点之间的关系分类。1.按介质访问协议分类。按照联网的计算机之间的距离和网络覆盖面的不同,计算机网络可分为三类:n局域网(LAN一Local Area Network),n城域网(MAN一Metropolitan Area Network),n广域网(WAN一Wide Area Network)局域网局域网(LAN)局域网:在一栋或相邻的几栋
6、大楼内。、令牌环网(token ring)、光纤分布式数据接口FDDI、无线网等。,。下图是集线器连接的双绞线以太网。集线器(h u b)广域网广域网(WAN)广域网:覆盖一个城市,国家,全球。ATM网,帧中继网,X.25包交换网,接口报文处理机互连的。,。交换机交换机交换机交换机工作站超级计算机服务器PC机因特网Internet网络的网络n起源于美国的因特网现已发展成为世界上最大的国际性计算机互联网 n网络(network)由若干结点(node)和连接这些结点的链路(link)组成。n互联网是“网络的网络”(network of networks)。n连接在因特网上的计算机都称为主机(hos
7、t)。网络与因特网n网络把许多计算机连接在一起。n因特网则把许多网络连接在一起。(a)(b)网络互联网(网络的网络)结点链路Internet 和 Internet 的区别n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。n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 协议族作为通信的规则,且其前身是美国的 ARPANET。Internet 的发展历史的发展历史年底建成4个结点的,这是第一个包交换网,也是Internet的开
8、始。包交换理论是MIT的 Leonard Kleinrock 在60年代发展的。ARPANET的 是第一个包交换路由器,由BBN公司建造,它们用租用的电话线连接。第一个IMP在1969年9月安装在UCLA,3个月后另三个安装在SRI,UCSB和Utah大学。1971年连接23个主机和15个IMP,包括MIT、Harvard等。同年AlohaNet 在Hawaii大学建立,它使用无线链路,在4个岛的计算机之间广播数据。Internet 的发展历史的发展历史(续续):研究试验阶段。ARPANET 原使用 提供主机到主机的可靠通信.。1972年 Robert Kahn 建议建立开放协议标准,1973
9、年Vinton Cerf 和 Kahn 设计了 的第一个草案,后来决定把寻径、转发和可靠传输分成两层,即 和。1972年BBN的 Ray Tomlinson发明了,选符号 连接用户名和地址。70年代中TCP/IP开始稳定。Internet 的发展历史的发展历史(续续)TCP/IP与Unix 的集成是驱动Internet的重要事件:DARPA资助项目将 TCP/IP 加到UCB的Unix,即 BSD Unix,即 Unix 的 public-domain 版本。文档标准变成运作软件,自由分发。TCP/IP 迅速繁殖,大学、公司开始建立 TCP/IP 网。.:Internet在教育、科研领域发展和
10、使用。在80年代中NSF开始设计和建立横穿美国,连接5个超级计算中心和国家大气研究中心的国家主干网,并资助建立地区网。NSFNET代替ARPANET成为Internet的主干网。Internet 的发展历史的发展历史(续续)1989年NSFNET主干网从原先的 升级到T1(),连接了上千个网。1990年主干网升级到T3(),ARPANET停止运转。Internet上的应用:email,ftp,telnet 到。1988年Internet被蠕虫入侵,影响6000到60000台主机,蠕虫事件后建立了计算机应急小组(omputer mergency esponse eam)。由公司提供主干网服务,N
11、SF不能资助商业活动。因特网的组成 从因特网的工作方式上看,可以划分为以下的两大块:(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因特网的边缘部分n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)。n“主机 A 和主机 B 进行通信”,实际上是指:“运行在主机 A 上的某个程序和运行在主机 B 上的另
12、一个程序进行通信”。n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”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:n客户服务器方式(C/S 方式)即Client/Server方式 n对等方式(P2P 方式)即 Peer-to-Peer方式 1.客户服务器方式n客户(client)和服务器(server)都是指通信中所涉及的两个应用进程。n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。n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 请求服务 得到服务客户服务器客户 A 向服务
13、器 B 发出请求服务,而服务器 B 向客户 A 提供服务。2.对等连接方式 n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。n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。n双方都可以下载对方已经存储在硬盘中的共享文档。对等连接方式的特点n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。n例如主机 C 请求 D 的服务时,C 是客户,D 是服务器。但如果 C 又同时向 F提供服务,那么 C 又同时起着服务器的作用。网络边缘网络核心运行P2
14、P 程序运行P2P 程序DCEF运行P2P 程序运行P2P 程序因特网的核心部分n网络核心部分是因特网中最复杂的部分。n网络中的核心部分要向网络边缘中的大量主机提供连通性,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)。n在网络核心部分起特殊作用的是路由器(router)。n路由器是实现分组交换(packet switching)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。路由器的重要任务n路由器是实现分组交换(packet switching)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。“交换”的含义n从通信资源的分配
15、角度来看,“交换”(switching)就是按照某种方式动态地分配传输线路的资源。n按交换方式可分为三类:电路交换报文交换混合交换电路交换的特点n电路交换必定是面向连接的。n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nA 和 B 通话经过四个交换机n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nC 和 D 通话只经过一个本地交换机n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n计算机数据具有突发性。n这导致通信线路的利用率很低。报文2.分组交换的主要特点
16、 n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n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n分组交换网以“分组”作为数据传输单元。n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n每一个分组的首部都含有地址等控制信息。n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
17、点交换机。n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n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n最后,在接收端把收到的数据恢复成为原来的报文。n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1101000110101010110101011100010011010010H1H5H2H4H3H6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
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