計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)第一章1

1、計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)（第 6 版）電子工業(yè)出版社 2012 年 謝希仁 編著課程內(nèi)容n第一章概述n第二章物理層n第三章數(shù)據(jù)鏈路層n第四章網(wǎng)絡(luò)層n第五章運(yùn)輸層n第六章應(yīng)用層n第七章網(wǎng)絡(luò)安全n第八章因特網(wǎng)上的音頻/視頻服務(wù)n第九章無線網(wǎng)絡(luò)和移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)n第十章下一代網(wǎng)絡(luò)第 1 章 概述1.1 計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)在信息時(shí)代中的作用1.2 因特網(wǎng)概述1.3 因特網(wǎng)的組成1.4 計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)在我國的發(fā)展1.5 計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的類別1.6 計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的性能1.7 計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的體系結(jié)構(gòu)本講內(nèi)容1.1 計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)在信息時(shí)代中的作用1.2 因特網(wǎng)概述 1.2.1 網(wǎng)絡(luò)的網(wǎng)絡(luò) 1.2.2 因特網(wǎng)發(fā)展的三個(gè)階段 1.2.3 因特網(wǎng)的標(biāo)準(zhǔn)化工作

2、1.3 因特網(wǎng)的組成 1.3.1 因特網(wǎng)的邊緣部分 1.3.2 因特網(wǎng)的核心部分1.1 計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)在信息時(shí)代的作用計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)在信息時(shí)代的作用n21 世紀(jì)的一些重要特征就是數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化和信息化，它是一個(gè)以網(wǎng)絡(luò)為核心的信息時(shí)代。n網(wǎng)絡(luò)現(xiàn)已成為信息社會的命脈和發(fā)展知識經(jīng)濟(jì)的重要基礎(chǔ)。n網(wǎng)絡(luò)是指“三網(wǎng)”，即電信網(wǎng)絡(luò)、有線電視網(wǎng)絡(luò)和計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)。n發(fā)展最快的并起到核心作用的是計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)。 一、因特網(wǎng)(Internet)的發(fā)展n進(jìn)入 20 世紀(jì) 90 年代以后，以因特網(wǎng)為代表的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)得到了飛速的發(fā)展。n已從最初的教育科研網(wǎng)絡(luò)逐步發(fā)展成為商業(yè)網(wǎng)絡(luò)。n已成為僅次于全球電話網(wǎng)的世界第二大網(wǎng)絡(luò)。 二、因特網(wǎng)的

3、意義n因特網(wǎng)是自印刷術(shù)以來人類通信方面最大的變革。n現(xiàn)在人們的生活、工作、學(xué)習(xí)和交往都已離不開因特網(wǎng)。 三、計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)向用戶提供的最重要的功能 (資源共享和信息交換)n連通性計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)使上網(wǎng)用戶之間都可以交換信息，好像這些用戶的計(jì)算機(jī)都可以彼此直接連通一樣。 n共享即資源共享。可以是信息共享、軟件共享，也可以是硬件共享。1.2 因特網(wǎng)概述1.2.1 網(wǎng)絡(luò)的網(wǎng)絡(luò)n起源于美國的因特網(wǎng)現(xiàn)已發(fā)展成為世界上最大的國際性計(jì)算機(jī)互聯(lián)網(wǎng) n網(wǎng)絡(luò)(network)由若干結(jié)點(diǎn)(node)和連接這些結(jié)點(diǎn)的鏈路(link)組成。 n互聯(lián)網(wǎng)是“網(wǎng)絡(luò)的網(wǎng)絡(luò)”(network of networks)。 n連接在因特網(wǎng)上的

4、計(jì)算機(jī)都稱為主機(jī)(host)。 (a)(b)網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)網(wǎng)（網(wǎng)絡(luò)的網(wǎng)絡(luò)）結(jié)點(diǎn)鏈路主機(jī)因特網(wǎng)注意：一、名詞“結(jié)點(diǎn)”n“結(jié)點(diǎn)”的英文名詞是 node。n雖然 node 有時(shí)也可譯為“節(jié)點(diǎn)”，但這是指像天線上的駐波的節(jié)點(diǎn)，這種節(jié)點(diǎn)很像竹竿上的“節(jié)”。n在網(wǎng)絡(luò)中的 node 的標(biāo)準(zhǔn)譯名是“結(jié)點(diǎn)”而不是“節(jié)點(diǎn)”。n但數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的樹(tree)中的 node 應(yīng)當(dāng)譯為“節(jié)點(diǎn)”。注意：二、網(wǎng)絡(luò)與因特網(wǎng)n網(wǎng)絡(luò)把許多計(jì)算機(jī)連接在一起。n因特網(wǎng)則把許多網(wǎng)絡(luò)連接在一起。 1.2.2 因特網(wǎng)發(fā)展的三個(gè)階段n第一階段是從單個(gè)網(wǎng)絡(luò) ARPANET 向互聯(lián)網(wǎng)發(fā)展的過程。 n1983 年 TCP/IP 協(xié)議成為 ARPANET 上

5、的標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議。n人們把 1983 年作為因特網(wǎng)的誕生時(shí)間。 計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的產(chǎn)生背景n是 20 世紀(jì) 60 年代美蘇冷戰(zhàn)時(shí)期的產(chǎn)物。n60 年代初，美國國防部領(lǐng)導(dǎo)的遠(yuǎn)景研究規(guī)劃局ARPA (Advanced Research Project Agency) 提出要研制一種生存性(survivability)很強(qiáng)的網(wǎng)絡(luò)。n傳統(tǒng)的電路交換(circuit switching)的電信網(wǎng)有一個(gè)缺點(diǎn)：正在通信的電路中有一個(gè)交換機(jī)或有一條鏈路被炸毀，則整個(gè)通信電路就要中斷。n如要改用其他迂回電路，必須重新?lián)芴柦⑦B接。這將要延誤一些時(shí)間。 新型網(wǎng)絡(luò)的基本特點(diǎn)n網(wǎng)絡(luò)用于計(jì)算機(jī)之間的數(shù)據(jù)傳送，而不是為了打電話。n網(wǎng)

6、絡(luò)能夠連接不同類型的計(jì)算機(jī)，不局限于單一類型的計(jì)算機(jī)。n所有的網(wǎng)絡(luò)結(jié)點(diǎn)都同等重要，因而大大提高網(wǎng)絡(luò)的生存性。n計(jì)算機(jī)在進(jìn)行通信時(shí)，必須有冗余的路由。n網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)應(yīng)當(dāng)盡可能地簡單，同時(shí)還能夠非?？煽康貍魉蛿?shù)據(jù)。 ARPANET的成功使計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的概念發(fā)生根本變化 n早期的面向終端的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)是以單個(gè)主機(jī)為中心的星形網(wǎng)n各終端通過通信線路共享昂貴的中心主機(jī)的硬件和軟件資源。 n分組交換網(wǎng)則是以網(wǎng)絡(luò)為中心，主機(jī)都處在網(wǎng)絡(luò)的外圍。n用戶通過分組交換網(wǎng)可共享連接在網(wǎng)絡(luò)上的許多硬件和各種豐富的軟件資源。 從主機(jī)為中心到以網(wǎng)絡(luò)為中心主機(jī)終端以主機(jī)為中心以分組交換網(wǎng)為中心主機(jī)分組交換網(wǎng)Internet 和 I

7、nternet 的區(qū)別n以小寫字母 i 開始的 internet（互聯(lián)網(wǎng)或互連網(wǎng)）是一個(gè)通用名詞，它泛指由多個(gè)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)互連而成的網(wǎng)絡(luò)。 n以大寫字母I開始的的 Internet（因特網(wǎng)）則是一個(gè)專用名詞，它指當(dāng)前全球最大的、開放的、由眾多網(wǎng)絡(luò)相互連接而成的特定計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)，它采用 TCP/IP 協(xié)議族作為通信的規(guī)則，且其前身是美國的 ARPANET。三級結(jié)構(gòu)的因特網(wǎng) n第二階段的特點(diǎn)是建成了三級結(jié)構(gòu)的因特網(wǎng)。 n三級計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)，分為主干網(wǎng)、地區(qū)網(wǎng)和校園網(wǎng)（或企業(yè)網(wǎng)）。 多層次 ISP 結(jié)構(gòu)的因特網(wǎng) n第三階段的特點(diǎn)是逐漸形成了多層次 ISP 結(jié)構(gòu)的因特網(wǎng)。n出現(xiàn)了因特網(wǎng)服務(wù)提供者 ISP (I

8、nternet Service Provider)。 用戶因特網(wǎng)ISP1ISP2因特網(wǎng)服務(wù)提供者用戶通過 ISP 上網(wǎng)根據(jù)提供服務(wù)的覆蓋面積大小以及所擁有的IP 地址數(shù)目的不同，ISP 也分成為不同的層次。 大公司公司本地 ISPAB主機(jī)A 本地 ISP 地區(qū) ISP 主干 ISP 地區(qū) ISP 本地 ISP 主機(jī)B本地 ISP主干 ISP本地 ISP本地 ISP地區(qū) ISP主干 ISP主干 ISP地區(qū) ISP地區(qū) ISP地區(qū) ISP本地 ISP本地 ISPIXP本地 ISP校園網(wǎng)校園網(wǎng)下面是具有三層 ISP 結(jié)構(gòu)的因特網(wǎng)的概念示意圖 到 2012 年 3 月，全球已經(jīng)有 91 個(gè)國家擁有 I

9、XP，其中擁有 10 個(gè)以上 IXP 的國家僅有 9 個(gè)，而僅擁有一個(gè) IXP 的有 48 個(gè)國家。 萬維網(wǎng) WWW 的問世的問世n因特網(wǎng)已經(jīng)成為世界上規(guī)模最大和增長速率最快的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)，沒有人能夠準(zhǔn)確說出因特網(wǎng)究竟有多大。n因特網(wǎng)的迅猛發(fā)展始于 20 世紀(jì) 90 年代。由歐洲原子核研究組織 CERN 開發(fā)的萬維網(wǎng) WWW (World Wide Web)被廣泛使用在因特網(wǎng)上，大大方便了廣大非網(wǎng)絡(luò)專業(yè)人員對網(wǎng)絡(luò)的使用，成為因特網(wǎng)的這種指數(shù)級增長的主要驅(qū)動(dòng)力。 因特網(wǎng)的發(fā)展情況概況（統(tǒng)計(jì)到 2005 年） 網(wǎng)絡(luò)數(shù) 主機(jī)數(shù) 用戶數(shù) 管理機(jī)構(gòu)數(shù)1980 10 102 102 1001990 103

10、105 106 101 2000 105 107 108 102 2005 106 108 109 1031.2.3 關(guān)于因特網(wǎng)的標(biāo)準(zhǔn)化工作因特網(wǎng)協(xié)會 ISOC因特網(wǎng)研究指導(dǎo)小組IRSG 因特網(wǎng)研究部 IRTF 因特網(wǎng)工程部 IETF 因特網(wǎng)工程指導(dǎo)小組IESG RGWGRG領(lǐng)域領(lǐng)域因特網(wǎng)體系結(jié)構(gòu)研究委員會 IAB WGWGWG制訂因特網(wǎng)的正式標(biāo)準(zhǔn)要經(jīng)過以下的四個(gè)階段 n因特網(wǎng)草案(Internet Draft) 在這個(gè)階段還不是 RFC 文檔。n建議標(biāo)準(zhǔn)(Proposed Standard) 從這個(gè)階段開始就成為 RFC 文檔。n草案標(biāo)準(zhǔn)(Draft Standard)n因特網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)(Inte

11、rnet Standard) 各種RFC之間的關(guān)系 因特網(wǎng)草案建議標(biāo)準(zhǔn)草案標(biāo)準(zhǔn)因特網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)歷史的 RFC實(shí)驗(yàn)的 RFC提供信息的 RFC6 種 RFC1.3 因特網(wǎng)的組成 從因特網(wǎng)的工作方式上看，可以劃分為以下的兩大塊：(1) 邊緣部分 由所有連接在因特網(wǎng)上的主機(jī)組成。這部分是用戶直接使用的，用來進(jìn)行通信（傳送數(shù)據(jù)、音頻或視頻）和資源共享。(2) 核心部分 由大量網(wǎng)絡(luò)和連接這些網(wǎng)絡(luò)的路由器組成。這部分是為邊緣部分提供服務(wù)的（提供連通性和交換）。因特網(wǎng)的核心部分因特網(wǎng)的邊緣部分主機(jī)網(wǎng)絡(luò)路由器因特網(wǎng)的邊緣部分與核心部分1.3.1 因特網(wǎng)的邊緣部分n處在因特網(wǎng)邊緣的部分就是連接在因特網(wǎng)上的所有的主機(jī)。

12、這些主機(jī)又稱為端系統(tǒng)(end system)。n “主機(jī) A 和主機(jī) B 進(jìn)行通信”，實(shí)際上是指：“運(yùn)行在主機(jī) A 上的某個(gè)程序和運(yùn)行在主機(jī) B 上的另一個(gè)程序進(jìn)行通信”。n即“主機(jī) A 的某個(gè)進(jìn)程和主機(jī) B 上的另一個(gè)進(jìn)程進(jìn)行通信”?；蚝喎Q為“計(jì)算機(jī)之間通信” 兩種通信方式在網(wǎng)絡(luò)邊緣的端系統(tǒng)中運(yùn)行的程序之間的通信方式通?？蓜澐譃閮纱箢悾簄客戶服務(wù)器方式（C/S 方式） 即Client/Server方式 n對等方式（P2P 方式） 即 Peer-to-Peer方式 1. 客戶服務(wù)器方式n客戶(client)和服務(wù)器(server)都是指通信中所涉及的兩個(gè)應(yīng)用進(jìn)程。n客戶服務(wù)器方式所描述的是進(jìn)程

13、之間服務(wù)和被服務(wù)的關(guān)系。n客戶是服務(wù)的請求方，服務(wù)器是服務(wù)的提供方。運(yùn)行客戶程序網(wǎng)絡(luò)邊緣網(wǎng)絡(luò)核心運(yùn)行服務(wù)器程序AB 請求服務(wù) 得到服務(wù)客戶服務(wù)器客戶 A 向服務(wù)器 B 發(fā)出請求服務(wù)，而服務(wù)器 B 向客戶 A 提供服務(wù)。客戶軟件的特點(diǎn) n被用戶調(diào)用后運(yùn)行，在打算通信時(shí)主動(dòng)向遠(yuǎn)地服務(wù)器發(fā)起通信（請求服務(wù)）。因此，客戶程序必須知道服務(wù)器程序的地址。n不需要特殊的硬件和很復(fù)雜的操作系統(tǒng)。 服務(wù)器軟件的特點(diǎn) n一種專門用來提供某種服務(wù)的程序，可同時(shí)處理多個(gè)遠(yuǎn)地或本地客戶的請求。n系統(tǒng)啟動(dòng)后即自動(dòng)調(diào)用并一直不斷地運(yùn)行著，被動(dòng)地等待并接受來自各地的客戶的通信請求。因此，服務(wù)器程序不需要知道客戶程序的地址。n

14、一般需要強(qiáng)大的硬件和高級的操作系統(tǒng)支持。2. 對等連接方式 n對等連接(peer-to-peer，簡寫為 P2P)是指兩個(gè)主機(jī)在通信時(shí)并不區(qū)分哪一個(gè)是服務(wù)請求方還是服務(wù)提供方。n只要兩個(gè)主機(jī)都運(yùn)行了對等連接軟件（P2P 軟件），它們就可以進(jìn)行平等的、對等連接通信。n雙方都可以下載對方已經(jīng)存儲在硬盤中的共享文檔。 對等連接方式的特點(diǎn)n對等連接方式從本質(zhì)上看仍然是使用客戶服務(wù)器方式，只是對等連接中的每一個(gè)主機(jī)既是客戶又同時(shí)是服務(wù)器。n例如主機(jī) C 請求 D 的服務(wù)時(shí)，C 是客戶，D 是服務(wù)器。但如果 C 又同時(shí)向 F提供服務(wù)，那么 C 又同時(shí)起著服務(wù)器的作用。網(wǎng)絡(luò)邊緣網(wǎng)絡(luò)核心運(yùn)行P2P 程序運(yùn)行P

15、2P 程序DCEF運(yùn)行P2P 程序運(yùn)行P2P 程序1.3.2 因特網(wǎng)的核心部分n網(wǎng)絡(luò)核心部分是因特網(wǎng)中最復(fù)雜的部分。n網(wǎng)絡(luò)中的核心部分要向網(wǎng)絡(luò)邊緣中的大量主機(jī)提供連通性，使邊緣部分中的任何一個(gè)主機(jī)都能夠向其他主機(jī)通信（即傳送或接收各種形式的數(shù)據(jù)）。n在網(wǎng)絡(luò)核心部分起特殊作用的是路由器(router)。n路由器是實(shí)現(xiàn)分組交換(packet switching)的關(guān)鍵構(gòu)件，其任務(wù)是轉(zhuǎn)發(fā)收到的分組，這是網(wǎng)絡(luò)核心部分最重要的功能。 路由器的重要任務(wù)n路由器是實(shí)現(xiàn)分組交換(packet switching)的關(guān)鍵構(gòu)件，其任務(wù)是轉(zhuǎn)發(fā)收到的分組，這是網(wǎng)絡(luò)核心部分最重要的功能。 1. 電路交換的主要特點(diǎn)n兩部

16、電話機(jī)只需要用一對電線就能夠互相連接起來。 更多的電話機(jī)互相連通n5 部電話機(jī)兩兩相連，需 10 對電線。nN 部電話機(jī)兩兩相連，需 N(N 1)/2 對電線。n當(dāng)電話機(jī)的數(shù)量很大時(shí)，這種連接方法需要的電線對的數(shù)量與電話機(jī)數(shù)的平方成正比。 使用交換機(jī)n當(dāng)電話機(jī)的數(shù)量增多時(shí)，就要使用交換機(jī)來完成全網(wǎng)的交換任務(wù)。 交換機(jī)“交換”的含義n在這里，“交換”(switching)的含義就是轉(zhuǎn)接把一條電話線轉(zhuǎn)接到另一條電話線，使它們連通起來。n從通信資源的分配角度來看，“交換”就是按照某種方式動(dòng)態(tài)地分配傳輸線路的資源。 電路交換的特點(diǎn)n電路交換必定是面向連接的。 n電路交換的三個(gè)階段：n建立連接n通信n釋

17、放連接電路交換舉例nA 和 B 通話經(jīng)過四個(gè)交換機(jī)n通話在 A 到 B 的連接上進(jìn)行電路交換傳送計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)效率低n計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)具有突發(fā)性。n這導(dǎo)致通信線路的利用率很低。報(bào)文2. 分組交換的主要特點(diǎn) n在發(fā)送端，先把較長的報(bào)文劃分成較短的、固定長度的數(shù)據(jù)段。 1101000110101010110101011100010011010010假定這個(gè)報(bào)文較長不便于傳輸數(shù) 據(jù)數(shù) 據(jù)數(shù) 據(jù)報(bào)文添加首部構(gòu)成分組n每一個(gè)數(shù)據(jù)段前面添加上首部構(gòu)成分組。首部首部首部分組 1分組 2分組 3請注意：現(xiàn)在左邊是“前面”分組交換的傳輸單元n分組交換網(wǎng)以“分組”作為數(shù)據(jù)傳輸單元。n依次把各分組發(fā)送到接收端（假定接收端在左

18、邊）。數(shù) 據(jù)首部分組 1數(shù) 據(jù)首部分組 2數(shù) 據(jù)首部分組 3分組首部的重要性n每一個(gè)分組的首部都含有地址等控制信息。n分組交換網(wǎng)中的結(jié)點(diǎn)交換機(jī)根據(jù)收到的分組的首部中的地址信息，把分組轉(zhuǎn)發(fā)到下一個(gè)結(jié)點(diǎn)交換機(jī)。n用這樣的存儲轉(zhuǎn)發(fā)方式，最后分組就能到達(dá)最終目的地。收到分組后剝?nèi)ナ撞縩接收端收到分組后剝?nèi)ナ撞窟€原成報(bào)文。數(shù) 據(jù)首部分組 1數(shù) 據(jù)首部分組 2數(shù) 據(jù)首部分組 3收到的數(shù)據(jù)數(shù) 據(jù)數(shù) 據(jù)數(shù) 據(jù)最后還原成原來的報(bào)文n最后，在接收端把收到的數(shù)據(jù)恢復(fù)成為原來的報(bào)文。n這里我們假定分組在傳輸過程中沒有出現(xiàn)差錯(cuò)，在轉(zhuǎn)發(fā)時(shí)也沒有被丟棄。報(bào)文110100011010101011010101110001001

19、1010010因特網(wǎng)的核心部分n因特網(wǎng)的核心部分是由許多網(wǎng)絡(luò)和把它們互連起來的路由器組成，而主機(jī)處在因特網(wǎng)的邊緣部分。n在因特網(wǎng)核心部分的路由器之間一般都用高速鏈路相連接，而在網(wǎng)絡(luò)邊緣的主機(jī)接入到核心部分則通常以相對較低速率的鏈路相連接。n主機(jī)的用途是為用戶進(jìn)行信息處理的，并且可以和其他主機(jī)通過網(wǎng)絡(luò)交換信息。路由器的用途則是用來轉(zhuǎn)發(fā)分組的，即進(jìn)行分組交換的。 H1H5H2H4H3H6路由器網(wǎng)絡(luò)網(wǎng)絡(luò)核心部分主機(jī)H1H5H2H4H3H6發(fā)送的分組路由器AEDBC網(wǎng)絡(luò)核心部分主機(jī)分組交換網(wǎng)的示意圖H1A互聯(lián)網(wǎng)BDECH5H6H4H2H3H1 向 H5 發(fā)送分組H2 向 H6 發(fā)送分組注意分組路徑的變化！路由器主機(jī)注意分組的存儲轉(zhuǎn)發(fā)過程H1A互聯(lián)網(wǎng)BDECH5H6H4H2H3H1 向 H5 發(fā)送分組路由器主機(jī)在路由器 E 暫存查找轉(zhuǎn)發(fā)表找到轉(zhuǎn)發(fā)的端口最后到達(dá)目的主機(jī) H5在路由器 C 暫存查找轉(zhuǎn)發(fā)表找到轉(zhuǎn)發(fā)的端口在路由器 A 暫存查找轉(zhuǎn)發(fā)表找到轉(zhuǎn)發(fā)的端口路由器n在路由器