計算機網(wǎng)絡1-網(wǎng)絡概論

1、計算機網(wǎng)絡計算機網(wǎng)絡課程安排課程安排n學時：學時：40 學時學時n上課時間：上課時間： 工程碩士：工程碩士：9/1512/20 周六周六 上午上午9:0012:00 320501n考核方式：課程論文考核方式：課程論文平時成績：平時成績：40（每缺課一次扣（每缺課一次扣4分）分） 課程論文成績：課程論文成績：60課程論文要求課程論文要求n論文內(nèi)容：論文內(nèi)容： 結(jié)合自己所做的課題、工作或感興趣的領域，寫一篇與網(wǎng)絡相關(guān)結(jié)合自己所做的課題、工作或感興趣的領域，寫一篇與網(wǎng)絡相關(guān)的論文或綜述。的論文或綜述。 鼓勵采用全英文書寫，最低分數(shù)按鼓勵采用全英文書寫，最低分數(shù)按80分計起。分計起。 注意：嚴禁抄襲，

2、一經(jīng)發(fā)現(xiàn)論文按注意：嚴禁抄襲，一經(jīng)發(fā)現(xiàn)論文按 0 分處理。分處理。論文規(guī)范：論文規(guī)范： 按規(guī)范論文格式書寫，要求有中英文摘要，關(guān)鍵詞，參考文獻。按規(guī)范論文格式書寫，要求有中英文摘要，關(guān)鍵詞，參考文獻。 A4紙正文紙正文5號字，單倍行距，號字，單倍行距，45頁頁完成時間：完成時間： 下學期開學第一周，由班長統(tǒng)一收齊后交到自動化學院下學期開學第一周，由班長統(tǒng)一收齊后交到自動化學院3210室。室。 聯(lián)系人：袁鵬聯(lián)系人：袁鵬電話：電話EMAIL：課程內(nèi)容課程內(nèi)容n第一課：第一課：1)計算機網(wǎng)絡概論計算機網(wǎng)絡概論 2)物理層物理層n第二課：數(shù)據(jù)鏈路層第二課：數(shù)據(jù)鏈路層n第三課：

3、信道共享技術(shù)第三課：信道共享技術(shù)n第四課：局域網(wǎng)第四課：局域網(wǎng)n第五課：第五課：1）廣域網(wǎng)）廣域網(wǎng) 2）網(wǎng)絡互連）網(wǎng)絡互連n第六課：運輸層第六課：運輸層n第七課：應用層協(xié)議第七課：應用層協(xié)議n第八課：計算機網(wǎng)絡安全第八課：計算機網(wǎng)絡安全1n第九課：計算機網(wǎng)絡安全第九課：計算機網(wǎng)絡安全2第一講第一講 計算機網(wǎng)絡概論計算機網(wǎng)絡概論 n1.1 1.1 計算機網(wǎng)絡的定義、演變和發(fā)展計算機網(wǎng)絡的定義、演變和發(fā)展 1.1.1 計算機網(wǎng)絡的定義計算機網(wǎng)絡的定義 計算機網(wǎng)絡：就是利用通信設備和線路將地理位置不計算機網(wǎng)絡：就是利用通信設備和線路將地理位置不同的、功能獨立的多個計算機系統(tǒng)互連起來，以功能同的、功能

4、獨立的多個計算機系統(tǒng)互連起來，以功能完善的網(wǎng)絡軟件（即網(wǎng)絡通信協(xié)議、信息交換方式、完善的網(wǎng)絡軟件（即網(wǎng)絡通信協(xié)議、信息交換方式、網(wǎng)絡操作系統(tǒng)等）實現(xiàn)網(wǎng)絡中資源共享和信息傳遞的網(wǎng)絡操作系統(tǒng)等）實現(xiàn)網(wǎng)絡中資源共享和信息傳遞的系統(tǒng)。系統(tǒng)。 圖圖1.1 一個典型的計算機網(wǎng)絡示例一個典型的計算機網(wǎng)絡示例計算機網(wǎng)絡：計算機網(wǎng)絡： 資源子網(wǎng)通信子網(wǎng)資源子網(wǎng)通信子網(wǎng) 資源子網(wǎng)：資源子網(wǎng)： 主機主機Host終端終端 Terminal通信子網(wǎng)：通信鏈路組成通信子網(wǎng)：通信鏈路組成網(wǎng)絡節(jié)點：分組交換設備網(wǎng)絡節(jié)點：分組交換設備PSE、分組裝卸設備分組裝卸設備PAD、集中器集中器C、網(wǎng)絡控制中心網(wǎng)絡控制中心NCC、網(wǎng)間連

5、接網(wǎng)間連接器器G。統(tǒng)稱為接口住處處理機統(tǒng)稱為接口住處處理機IMP。 1.1.2 1.1.2 計算機網(wǎng)絡的演變和發(fā)展計算機網(wǎng)絡的演變和發(fā)展 n網(wǎng)絡發(fā)展三階段：網(wǎng)絡發(fā)展三階段：1.1.面向終端的網(wǎng)絡；面向終端的網(wǎng)絡；圖圖1.2 單計算機為中心的遠程聯(lián)機系統(tǒng)單計算機為中心的遠程聯(lián)機系統(tǒng) 2.2.計算機計算機網(wǎng)絡計算機計算機網(wǎng)絡 60 60年代中期，出現(xiàn)年代中期，出現(xiàn)了多臺計算機互連的系了多臺計算機互連的系統(tǒng)，開創(chuàng)了統(tǒng)，開創(chuàng)了“計算機計算機計算機計算機”通信時代，并通信時代，并存多處理中心，實現(xiàn)資存多處理中心，實現(xiàn)資源共享。美國的源共享。美國的ARPAARPA網(wǎng)，網(wǎng)，IBMIBM的的SNASNA網(wǎng)，網(wǎng)

6、，DECDEC的的DNADNA網(wǎng)都是成功的典例。這網(wǎng)都是成功的典例。這個時期的網(wǎng)絡產(chǎn)品是相個時期的網(wǎng)絡產(chǎn)品是相對獨立的，未有統(tǒng)一標對獨立的，未有統(tǒng)一標準。準。3.3.開放式標準化網(wǎng)絡開放式標準化網(wǎng)絡 由于相對獨立的網(wǎng)絡產(chǎn)品難以實現(xiàn)互連，國際標準由于相對獨立的網(wǎng)絡產(chǎn)品難以實現(xiàn)互連，國際標準化組織化組織ISO(International Standards Organization)ISO(International Standards Organization)于于19841984年頒布了一個稱為年頒布了一個稱為“開放系統(tǒng)互連基本參考模型開放系統(tǒng)互連基本參考模型”的國際標準的國際標準ISO 74

7、98ISO 7498，簡稱簡稱OSI/RMOSI/RM。即著名的即著名的OSIOSI七層模七層模型。從此，網(wǎng)絡產(chǎn)品有了統(tǒng)一標準，促進了企業(yè)的競爭，型。從此，網(wǎng)絡產(chǎn)品有了統(tǒng)一標準，促進了企業(yè)的競爭，大大加速了計算機網(wǎng)絡的發(fā)展。大大加速了計算機網(wǎng)絡的發(fā)展。 1.1.3 1.1.3 計算機網(wǎng)絡實例簡介計算機網(wǎng)絡實例簡介1.1.因特網(wǎng)因特網(wǎng)( (Internet)Internet) 1969 1969年年-ARPANETARPANET，ARMARM模型，早于模型，早于OSIOSI模型，低三模型，低三層接近層接近OSIOSI，采用采用TCP/IPTCP/IP協(xié)議。協(xié)議。 1988 1988年年-NSFN

8、ET NSFNET ，OSIOSI模型，采用標準的模型，采用標準的TCP/IPTCP/IP協(xié)議，成為協(xié)議，成為InternetInternet的主干網(wǎng)。的主干網(wǎng)。 兩種服務公司：進入因特網(wǎng)產(chǎn)品服務公司兩種服務公司：進入因特網(wǎng)產(chǎn)品服務公司ISPISP，因因特網(wǎng)信息服務公司特網(wǎng)信息服務公司ICPICP。 2.2.公用數(shù)據(jù)網(wǎng)公用數(shù)據(jù)網(wǎng)PDN(Public Data Network)PDN(Public Data Network) 計算機網(wǎng)絡中負責完成節(jié)點間通信任務的通信子計算機網(wǎng)絡中負責完成節(jié)點間通信任務的通信子網(wǎng)稱為公用數(shù)據(jù)網(wǎng)。如英國的網(wǎng)稱為公用數(shù)據(jù)網(wǎng)。如英國的PSSPSS、法國的法國的TRANS

9、PACTRANSPAC、加拿大的加拿大的DATAPACDATAPAC、美國的美國的TELENETTELENET、歐共體的歐共體的EURONETEURONET、日本的日本的DDX-PDDX-P等都是公用數(shù)據(jù)網(wǎng)。我國的公用數(shù)據(jù)網(wǎng)等都是公用數(shù)據(jù)網(wǎng)。我國的公用數(shù)據(jù)網(wǎng)CHINAPAC(CNPAC)CHINAPAC(CNPAC)于于19891989年開通服務。年開通服務。 這些公用數(shù)據(jù)網(wǎng)對于外部用戶提供的界面大都采用這些公用數(shù)據(jù)網(wǎng)對于外部用戶提供的界面大都采用了國際標準，即國際電報電話咨詢委員會了國際標準，即國際電報電話咨詢委員會CCITTCCITT制定的制定的X.25X.25建議。建議。 X.25 X.

10、25是為同一個網(wǎng)絡上用戶進行相互通信而設計的。是為同一個網(wǎng)絡上用戶進行相互通信而設計的。而現(xiàn)在的而現(xiàn)在的X.75X.75是為各種網(wǎng)絡上用戶進行相互通信而設是為各種網(wǎng)絡上用戶進行相互通信而設計的。計的。X.75X.75取代了取代了X.25X.25。3.3.SNA(System Network Architecture)SNA(System Network Architecture) SNA SNA是是IBMIBM公司的計算機網(wǎng)絡產(chǎn)品設計規(guī)范。公司的計算機網(wǎng)絡產(chǎn)品設計規(guī)范。 1974 1974年年SNASNA適用于面向終端的計算機網(wǎng)絡；適用于面向終端的計算機網(wǎng)絡；19761976年年SNASNA適

11、用于樹型適用于樹型( (帶樹根帶樹根) )的計算機網(wǎng)絡；的計算機網(wǎng)絡；19791979年年SNASNA適用于分布式適用于分布式( (不帶根不帶根) )的網(wǎng)絡；的網(wǎng)絡；19851985年年SNASNA可支持與局域網(wǎng)組成的任意拓撲結(jié)可支持與局域網(wǎng)組成的任意拓撲結(jié)構(gòu)的網(wǎng)絡。構(gòu)的網(wǎng)絡。SNASNA雖早于雖早于OSI,OSI,但底層卻很相似。但底層卻很相似。 1.1.硬件資源共享硬件資源共享2.2.軟件資源共享軟件資源共享3.3.用戶間信息交換用戶間信息交換 1.2.1 計算機網(wǎng)絡的功能1.2.2 1.2.2 計算機網(wǎng)絡的分類計算機網(wǎng)絡的分類1.1.按網(wǎng)絡的分布范圍分類按網(wǎng)絡的分布范圍分類: :廣域網(wǎng)廣

12、域網(wǎng)WANWAN、局域網(wǎng)局域網(wǎng)LANLAN、城域網(wǎng)城域網(wǎng)MANMAN2.2.按網(wǎng)絡的交換方式分類按網(wǎng)絡的交換方式分類: :電路交換、報文交換、分組交換電路交換、報文交換、分組交換3.3.按網(wǎng)絡的拓撲結(jié)構(gòu)分類按網(wǎng)絡的拓撲結(jié)構(gòu)分類: :星形、總線、環(huán)形、樹形、網(wǎng)形星形、總線、環(huán)形、樹形、網(wǎng)形4.4.按網(wǎng)絡的傳輸媒體分類按網(wǎng)絡的傳輸媒體分類: :雙絞線、同軸電纜、光纖、無線雙絞線、同軸電纜、光纖、無線5.5.按網(wǎng)絡的信道分類按網(wǎng)絡的信道分類: :窄帶、寬帶窄帶、寬帶6.6.按網(wǎng)絡的用途分類按網(wǎng)絡的用途分類: :教育、科研、商業(yè)、企業(yè)教育、科研、商業(yè)、企業(yè) 1.2.3 1.2.3 計算機網(wǎng)絡的應用計算

13、機網(wǎng)絡的應用1.1.辦公自動化辦公自動化OA(Office Automation)OA(Office Automation)2.2.電子數(shù)據(jù)交換電子數(shù)據(jù)交換EDI(Electronic Data Interchange)EDI(Electronic Data Interchange)3.3.遠程交換遠程交換( (Telecommuting)Telecommuting)4.4.遠程教育遠程教育( (Distance Education)Distance Education)5.5.電子銀行電子銀行6.6.電子公告板系統(tǒng)電子公告板系統(tǒng)BBS(Bulletin Board System)BBS(Bu

14、lletin Board System)7.7.證券及期貨交易證券及期貨交易8.8.廣播分組交換廣播分組交換9.9.校園網(wǎng)校園網(wǎng)( (Campus Network)Campus Network)10.10.信息高速公路信息高速公路11.11.企業(yè)網(wǎng)企業(yè)網(wǎng)12.12.智能大廈和結(jié)構(gòu)化綜合布線系統(tǒng)智能大廈和結(jié)構(gòu)化綜合布線系統(tǒng) 1.2.4 1.2.4 計算機網(wǎng)絡的標準制定機構(gòu)計算機網(wǎng)絡的標準制定機構(gòu)1.1.國際標準化組織國際標準化組織( (ISO)ISO)2.2.國際電報電話咨詢委員會國際電報電話咨詢委員會( (CCITT)CCITT)3.3.美國國家標準局美國國家標準局( (NBS)NBS)4.4

15、.美國國家標準學會美國國家標準學會( (ANSI)ANSI)5.5.歐洲計算機制造商協(xié)會歐洲計算機制造商協(xié)會( (ECMA)ECMA)1.3 OSI OSI協(xié)議體系結(jié)構(gòu)協(xié)議體系結(jié)構(gòu)1.3.1 網(wǎng)絡體系結(jié)構(gòu)的形成網(wǎng)絡體系結(jié)構(gòu)的形成 歷史：歷史： 早期，早期， 不分層的網(wǎng)絡系統(tǒng)；不分層的網(wǎng)絡系統(tǒng)；1974年，年，IBM SNA網(wǎng)絡體系結(jié)構(gòu)；網(wǎng)絡體系結(jié)構(gòu)；1977-1983 ISO 7498國際標準，又記為國際標準，又記為OSI/RM；我國的相應標準是我國的相應標準是GB 9387。 特點：開放標準特點：開放標準 開放：只要遵循開放：只要遵循OSI標準，一個系統(tǒng)就標準，一個系統(tǒng)就可以和任何一個也遵循

16、同一標準的其他可以和任何一個也遵循同一標準的其他系統(tǒng)進行通信。系統(tǒng)進行通信。 OSI模型是所有標準的標準，但又是一模型是所有標準的標準，但又是一個不能實現(xiàn)的標準。個不能實現(xiàn)的標準。1.3.2 劃分層次的重要性劃分層次的重要性 1.3.2.1 分層的好處分層的好處1.各層相互獨立各層相互獨立2.靈活性好靈活性好3.結(jié)構(gòu)上可以分開結(jié)構(gòu)上可以分開4.易于實現(xiàn)與維護易于實現(xiàn)與維護5.能促進標準化能促進標準化 1.3.2.2 分層的問題分層的問題1. 嚴格按照分層模型編寫的軟件其效率極低。嚴格按照分層模型編寫的軟件其效率極低。2.有些功能在不同層重復出現(xiàn)。有些功能在不同層重復出現(xiàn)。1.3.2.3 劃分層

17、次的原則劃分層次的原則 1)1)每層的功能應是明確的，并且是相互獨立的。當某一層的每層的功能應是明確的，并且是相互獨立的。當某一層的具體實現(xiàn)方法更新時，只要保持上、下層的接口不變，便不具體實現(xiàn)方法更新時，只要保持上、下層的接口不變，便不會對鄰居產(chǎn)生影響。會對鄰居產(chǎn)生影響。2)2)層間接口必須清晰，跨越接口的信息量應盡可能少。層間接口必須清晰，跨越接口的信息量應盡可能少。 3) 3)層數(shù)應適中。若層數(shù)太少，則造成每一層的協(xié)議太復雜；層數(shù)應適中。若層數(shù)太少，則造成每一層的協(xié)議太復雜；若層數(shù)太多，則體系結(jié)構(gòu)過于復雜，使描述和實現(xiàn)各層功能若層數(shù)太多，則體系結(jié)構(gòu)過于復雜，使描述和實現(xiàn)各層功能變得困難。變

18、得困難。 1.3.2.4 網(wǎng)絡的體系結(jié)構(gòu)的特點網(wǎng)絡的體系結(jié)構(gòu)的特點 1)以功能作為劃分層次的基礎。以功能作為劃分層次的基礎。2)第第n層的實體在實現(xiàn)自身定義的功能時，只能層的實體在實現(xiàn)自身定義的功能時，只能使用第使用第n-1層提供的服務。層提供的服務。3)第第n層在向第層在向第n+1層提供的服務時，此服務不層提供的服務時，此服務不僅包含第僅包含第n層本身的功能，還包含由下層服務層本身的功能，還包含由下層服務提供的功能。提供的功能。4)僅在相鄰層間有接口，且所提供服務的具體實僅在相鄰層間有接口，且所提供服務的具體實現(xiàn)細節(jié)對上一層完全屏蔽?，F(xiàn)細節(jié)對上一層完全屏蔽。 1.4 層次結(jié)構(gòu)層次結(jié)構(gòu)1.OS

19、I七層模型七層模型2.原理體系結(jié)構(gòu)原理體系結(jié)構(gòu)綜合綜合TCP IP結(jié)構(gòu)和結(jié)構(gòu)和OSI模型，推薦的學習模型。模型，推薦的學習模型。 3. 模型的使用模型的使用 各層功能簡要介紹各層功能簡要介紹1) 物理層物理層 定義了為建立、維護和拆除物理鏈路所需定義了為建立、維護和拆除物理鏈路所需的機械的、電氣的、功能的和規(guī)程的特性，其的機械的、電氣的、功能的和規(guī)程的特性，其作用是使原始的數(shù)據(jù)比特流能在物理媒體上傳作用是使原始的數(shù)據(jù)比特流能在物理媒體上傳輸。具體涉及接插件的規(guī)格、輸。具體涉及接插件的規(guī)格、“0”、“1”信信號的電平表示、收發(fā)雙方的協(xié)調(diào)等內(nèi)容。號的電平表示、收發(fā)雙方的協(xié)調(diào)等內(nèi)容。2) 數(shù)據(jù)鏈路層

20、數(shù)據(jù)鏈路層 比特流被組織成數(shù)據(jù)鏈路協(xié)議數(shù)據(jù)單元比特流被組織成數(shù)據(jù)鏈路協(xié)議數(shù)據(jù)單元(通常稱為幀通常稱為幀)，并以其為單位進行傳輸，幀中，并以其為單位進行傳輸，幀中包含地址、控制、數(shù)據(jù)及校驗碼等信息。包含地址、控制、數(shù)據(jù)及校驗碼等信息。 數(shù)據(jù)鏈路層的主要作用是通過校驗、確認數(shù)據(jù)鏈路層的主要作用是通過校驗、確認和反饋重發(fā)等手段，將不可靠的物理鏈路改造和反饋重發(fā)等手段，將不可靠的物理鏈路改造成對網(wǎng)絡層來說無差錯的數(shù)據(jù)鏈路。數(shù)據(jù)鏈路成對網(wǎng)絡層來說無差錯的數(shù)據(jù)鏈路。數(shù)據(jù)鏈路層還要協(xié)調(diào)收發(fā)雙方的數(shù)據(jù)傳輸速率，即進行層還要協(xié)調(diào)收發(fā)雙方的數(shù)據(jù)傳輸速率，即進行流量控制，以防止接收方因來不及處理發(fā)送方流量控制，以防

21、止接收方因來不及處理發(fā)送方來的高速數(shù)據(jù)而導致緩沖器溢出及線路阻塞。來的高速數(shù)據(jù)而導致緩沖器溢出及線路阻塞。3)網(wǎng)絡層網(wǎng)絡層 數(shù)據(jù)以網(wǎng)絡協(xié)議數(shù)據(jù)單元數(shù)據(jù)以網(wǎng)絡協(xié)議數(shù)據(jù)單元(分組分組)為單位進為單位進行傳輸。行傳輸。 網(wǎng)絡層關(guān)心的是通信子網(wǎng)的運行控制，主網(wǎng)絡層關(guān)心的是通信子網(wǎng)的運行控制，主要解決如何使數(shù)據(jù)分組跨越通信子網(wǎng)從源傳送要解決如何使數(shù)據(jù)分組跨越通信子網(wǎng)從源傳送到目的地的問題，這就需要在通信子網(wǎng)中進行到目的地的問題，這就需要在通信子網(wǎng)中進行路由選擇。另外，為避免通信子網(wǎng)中出現(xiàn)過多路由選擇。另外，為避免通信子網(wǎng)中出現(xiàn)過多的分組而造成網(wǎng)絡阻塞，需要對流入的分組數(shù)的分組而造成網(wǎng)絡阻塞，需要對流入的

22、分組數(shù)量進行控制。當分組要跨越多個通信子網(wǎng)才能量進行控制。當分組要跨越多個通信子網(wǎng)才能到達目的地時，還要解決網(wǎng)際互連的問題。到達目的地時，還要解決網(wǎng)際互連的問題。4)運輸層運輸層 是第一個端是第一個端-端，也即主機端，也即主機-主機的層次。主機的層次。運輸層提供的端到端的透明數(shù)據(jù)運輸服務，使運輸層提供的端到端的透明數(shù)據(jù)運輸服務，使高層用戶不必關(guān)心通信子網(wǎng)的存在，由此用統(tǒng)高層用戶不必關(guān)心通信子網(wǎng)的存在，由此用統(tǒng)一的運輸原語書寫的高層軟件便可運行于任何一的運輸原語書寫的高層軟件便可運行于任何通信子網(wǎng)上。運輸層還要處理端到端的差錯控通信子網(wǎng)上。運輸層還要處理端到端的差錯控制和流量控制問題。制和流量控制問題。 5)會話層會話層 是進程是進程-進程的層次，其主要功能是組織進程的層次，其主要功能是組織和同步不同的主機上各種進程間的通信和同步不同的主機上各種進程間的通信(也稱也稱為對話為對話)。會話層負責在兩個會話層實體之間。會話層負責在兩個會話層實體之間進行對話連接的建立和拆除。在半雙工情況下，進行對話連接的建立和拆除。在