上海市第二輕工業(yè)學(xué)校計(jì)算機(jī)教研組張杰

1、網(wǎng)絡(luò)基本概念（一）1網(wǎng)絡(luò)的重要性信息的傳遞要依靠網(wǎng)絡(luò)，因此實(shí)現(xiàn)信息化離不開完善的網(wǎng)絡(luò)。網(wǎng)絡(luò)已成為信息社會(huì)的命脈和重要基礎(chǔ)。2計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的地位現(xiàn)在有三種最主要的網(wǎng)絡(luò)：電信網(wǎng)絡(luò)有線電視網(wǎng)絡(luò)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)在這三種網(wǎng)絡(luò)中，計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展最快，其技術(shù)已成為信息時(shí)代的核心技術(shù)。3計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)、互連網(wǎng)、互聯(lián)網(wǎng)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)：一些相互連接的計(jì)算機(jī)的集合?；ミB網(wǎng)：一些相互連接的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的集合（網(wǎng)絡(luò)的網(wǎng)絡(luò)）?；ヂ?lián)網(wǎng)：就是互連網(wǎng)的同義詞。計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)互連網(wǎng)，互聯(lián)網(wǎng)4常見網(wǎng)絡(luò)拓樸結(jié)構(gòu)點(diǎn)對(duì)點(diǎn)連接總線網(wǎng)星形網(wǎng)集線器環(huán)形網(wǎng)5計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)可以表示為一朵云計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)6使用路由器

2、可以把不同的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)互連起來網(wǎng)絡(luò)網(wǎng)絡(luò)網(wǎng)絡(luò)網(wǎng)絡(luò)網(wǎng)絡(luò)網(wǎng)絡(luò)網(wǎng)絡(luò)路由器路由器路由器路由器路由器路由器 互連網(wǎng)(互聯(lián)網(wǎng))由許多網(wǎng)絡(luò)通過路由器互連而成 互連網(wǎng)(互聯(lián)網(wǎng))是：“網(wǎng)絡(luò)的網(wǎng)絡(luò)”互連網(wǎng)互連網(wǎng)也可以用一朵云來表示7結(jié)點(diǎn)與鏈路可以把計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)抽象為結(jié)點(diǎn)（計(jì)算機(jī)或路由器）與鏈路（連接的線路）的集合。Node有兩個(gè)譯名：結(jié)點(diǎn)用于計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)中，表示計(jì)算機(jī)或路由器。節(jié)點(diǎn)用于天線中，表示駐波電場(chǎng)強(qiáng)度為零的點(diǎn)。但目前這兩個(gè)名詞的使用比較混亂。8計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的帶寬是指網(wǎng)絡(luò)可通過的最高數(shù)據(jù)率，即每秒多少比特。描述帶寬也常常把“比特/秒”省略。例如，帶寬是 10 M，實(shí)際上是 10 Mb/s。這里的 M 是 106。計(jì)

3、算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的帶寬9什么是寬帶？寬帶線路：可通過較高數(shù)據(jù)率的線路。寬帶是相對(duì)的概念，并沒有絕對(duì)的標(biāo)準(zhǔn)。在目前，對(duì)于用戶接入到因特網(wǎng)的用戶線來說，每秒傳送幾個(gè)兆比特就可以算是寬帶速率。10ABAB寬帶線路窄帶線路寬帶線路：每秒有更多比特從計(jì)算機(jī) 注入到線路。注：寬帶線路和窄帶線路上比特的傳播速率是一樣的。11好比汽車運(yùn)貨寬帶線路窄帶線路寬帶和窄帶線路：車速一樣寬 帶 線 路：車距縮短12 兩部電話機(jī)只需要用一對(duì)電線就能夠互相連接起來。傳統(tǒng)電話網(wǎng)使用電路交換13如果需要將 5 部電話機(jī)兩兩相連，則需要 10 對(duì)電線。傳統(tǒng)電話網(wǎng)使用電路交換 14 交換機(jī)當(dāng)電話機(jī)的數(shù)量很大時(shí)，就必須使用電話交換機(jī)進(jìn)行連接

4、。傳統(tǒng)電話網(wǎng)使用電路交換 15(A通話前先撥號(hào)建立連接?？赡苤灰?jīng)過一個(gè)交換機(jī)（如 A 到 B）可能要經(jīng)過多個(gè)交換機(jī)（如 C 到 D）通話過程中，通信雙方一直占用所建立的連接。通話結(jié)束后，掛機(jī)釋放連接。電路交換的特點(diǎn)交換機(jī)交換機(jī)交換機(jī)交換機(jī)(交換機(jī)交換機(jī)BCD16計(jì)算機(jī)終端早期網(wǎng)絡(luò)采用電路交換那時(shí)計(jì)算機(jī)很少，非常昂貴。遠(yuǎn)地終端（沒有處理功能）通過通信線路（可能要經(jīng)過許多個(gè)交換機(jī)）使用處于網(wǎng)絡(luò)中心的計(jì)算機(jī)的資源。17分組交換(packet switching)的出現(xiàn)電話網(wǎng)是為電話通信設(shè)計(jì)的。電路交換的電話網(wǎng)很適合于電話通信。但計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)具有很大的突發(fā)性。使用電路交換會(huì)導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)資源嚴(yán)重浪費(fèi)。計(jì)算機(jī)

5、逐漸增多，連網(wǎng)的需求日益迫切，計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)需要使用更加有效的連網(wǎng)技術(shù)。這就導(dǎo)致分組交換的問世。18美國(guó)軍方促進(jìn)了計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展20 世紀(jì) 60 年代美蘇冷戰(zhàn)激烈。美國(guó)軍方要研制一種生存性很強(qiáng)的新型分布式網(wǎng)絡(luò)。即使少數(shù)結(jié)點(diǎn)或鏈路被摧毀，整個(gè)網(wǎng)絡(luò)仍保持暢通。這種新型的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)就是采用分組交換的、基于存儲(chǔ)轉(zhuǎn)發(fā)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)。19數(shù) 據(jù)數(shù) 據(jù)數(shù) 據(jù)分組交換 在發(fā)送端把要發(fā)送的報(bào)文分隔為較短的數(shù)據(jù)塊 每個(gè)塊增加帶有控制信息的首部構(gòu)成分組（包） 依次把各分組發(fā)送到接收端 接收端剝?nèi)ナ撞?，抽出?shù)據(jù)部分，還原成報(bào)文數(shù) 據(jù)分組11010011101 報(bào)文發(fā)送端首部分組數(shù) 據(jù)首部分組首部數(shù) 據(jù)發(fā)送發(fā)送發(fā)送在前發(fā)送接

6、收端數(shù) 據(jù)首部數(shù) 據(jù)首部數(shù) 據(jù)首部11010011101 20分組從 A 傳送到 B 的過程網(wǎng)絡(luò)網(wǎng)絡(luò)網(wǎng)絡(luò)網(wǎng)絡(luò)網(wǎng)絡(luò)網(wǎng)絡(luò)網(wǎng)絡(luò)路由器路由器路由器路由器路由器路由器AB查找路由表目 的 地 下一跳路由器查找路由表目 的 地 下一跳路由器查找路由表目 的 地 下一跳路由器基于存儲(chǔ)轉(zhuǎn)發(fā)的分組交換21協(xié)議協(xié)議(protocol)是通信雙方必須嚴(yán)格遵守的規(guī)則。協(xié)議精確地規(guī)定在網(wǎng)絡(luò)通信中使用的各種控制信息的格式、意義以及各種事件出現(xiàn)的先后順序。協(xié)議在計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)中起著非常重要的作用。22協(xié)議必須保證在任何復(fù)雜的情況下都能正確工作，因此網(wǎng)絡(luò)協(xié)議非常復(fù)雜。我們?cè)谌粘Ｉ钪兴褂玫脑S多約定，都遠(yuǎn)遠(yuǎn)達(dá)不到網(wǎng)絡(luò)協(xié)議的要求，

7、因此經(jīng)常會(huì)使約定失敗。總之，網(wǎng)絡(luò)協(xié)議必須考慮如何對(duì)付各種異常情況的出現(xiàn)。下面看一個(gè)例子。網(wǎng)絡(luò)協(xié)議非常復(fù)雜23藍(lán)軍聯(lián)合進(jìn)攻白軍必勝藍(lán)軍單獨(dú)進(jìn)攻白軍必?cái)∶魅照邕M(jìn)攻?同意收到“同意”收到：收到“同意”協(xié)議無法保證必勝！24分層次的網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)OSI 的七層網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)已經(jīng)過時(shí)TCP/IP 的四層網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)已成主流使用五層原理體系結(jié)構(gòu)來闡明網(wǎng)絡(luò)的工作原理較為合適2554321數(shù)據(jù)鏈路層應(yīng)用層運(yùn)輸層網(wǎng)際層物理層Application layerTransport layerInternet layerData link layerPhysical layer26TCP/IP 的體系結(jié)構(gòu)網(wǎng)絡(luò)接口層IP

8、各種應(yīng)用層協(xié)議HTTP, FTP, SMTP, DNS 等TCP網(wǎng)際層運(yùn)輸層UDP應(yīng)用層TCP: 傳輸控制協(xié)議(Transmission ControlProtocol)IP: 網(wǎng)際協(xié)議UDP: 用戶數(shù)據(jù)報(bào)協(xié)議(User DatagramProtocol)275432154321H3物 理 傳 輸 媒 體數(shù) 據(jù) 部 分?jǐn)?shù) 據(jù) 部 分?jǐn)?shù) 據(jù) 部 分?jǐn)?shù) 據(jù) 部 分101 比 特 流 11 010111010T2計(jì)算機(jī) 1H5H4H2首部尾部AP2AP1應(yīng) 用 程 序 數(shù) 據(jù)計(jì)算機(jī) 2比特幀IP數(shù)據(jù)報(bào)IP分組TCP報(bào)文段UDP報(bào)文段28IP 協(xié)議因特網(wǎng)的 IP 協(xié)議最重要，它為分組在互連網(wǎng)中的發(fā)送、

9、傳輸和接收制定了詳盡的規(guī)則。IP 是 Internet Protocol 的縮寫，中文標(biāo)準(zhǔn)譯名是“網(wǎng)際協(xié)議”。使用 IP 協(xié)議的互連網(wǎng)絡(luò)常稱為：IP 網(wǎng)絡(luò)，或IP 網(wǎng)。在 IP 網(wǎng)絡(luò)傳送的分組常稱為：IP 分組，或IP 數(shù)據(jù)報(bào) (IP datagram)。29構(gòu)造路由表在因特網(wǎng)中，路由器之間不斷地互相通告路由信息。路由器根據(jù)所掌握的路由信息構(gòu)造出自己的路由表。路由器之間交換路由信息都要遵守有關(guān)的路由選擇協(xié)議。當(dāng)網(wǎng)絡(luò)狀況發(fā)生變化時(shí)，路由器中的路由表能夠自動(dòng)進(jìn)行更新，從而保證了正確地轉(zhuǎn)發(fā)分組。30路由器之間不斷交換路由信息路由器之間不斷交換路由信息的過程對(duì)用戶是透明的（用戶看不見）31IP 網(wǎng)絡(luò)的

10、生存性很強(qiáng)當(dāng) IP 網(wǎng)絡(luò)中的某些路由器或鏈路被破壞時(shí)，路由器可以自動(dòng)調(diào)整路由，使得網(wǎng)絡(luò)一直保持連通。這種路由的動(dòng)態(tài)調(diào)整過程對(duì)用戶是透明的（即用戶感覺不到）。32IP 網(wǎng)絡(luò)當(dāng)部分結(jié)點(diǎn)或鏈路被摧毀時(shí)分組交換仍可保持網(wǎng)絡(luò)暢通路由器33IP 網(wǎng)絡(luò)的重要特點(diǎn)每一個(gè)分組獨(dú)立選擇路由。發(fā)往同一個(gè)目的地的分組，后發(fā)送的有可能先收到（即可能不按順序接收）。當(dāng)網(wǎng)絡(luò)中的通信量過大時(shí)，路由器就來不及處理分組，于是要丟棄一些分組。因此， IP 網(wǎng)絡(luò)不保證分組的可靠地交付。IP 網(wǎng)絡(luò)提供的服務(wù)被稱為： 盡最大努力服務(wù)(best effort service)34和傳統(tǒng)的電信網(wǎng)相比較電信網(wǎng)向用戶（即電話機(jī)）提供的服務(wù)質(zhì)量有

11、保證。連接在電信網(wǎng)上的電話機(jī)幾乎沒有智能，因此全部的服務(wù)質(zhì)量由電信網(wǎng)完成。35電路交換的電信網(wǎng)電信網(wǎng)電信網(wǎng)向用戶電話機(jī)提供可靠交付36分組交換的因特網(wǎng)TCP 協(xié)議帶有 TCP 協(xié)議的計(jì)算機(jī)向用戶程序提供可靠交付丟棄丟棄丟棄分組交換的因特網(wǎng) 不保證可靠交付TCPTCP37TCP 協(xié)議的用途TCP 是 Transmission Control Protocol 的縮寫，中文譯名是傳輸控制協(xié)議。TCP 協(xié)議駐留在用戶計(jì)算機(jī)中，它的作用是保證應(yīng)用程序之間端到端的可靠通信。38TCP 協(xié)議的主要功能TCP 給要傳送的每一個(gè)字節(jié)的數(shù)據(jù)都進(jìn)行編號(hào)。接收端在收到數(shù)據(jù)后必須向發(fā)送端發(fā)送確認(rèn)信息。若發(fā)送端在規(guī)定的

12、時(shí)間內(nèi)沒有收到對(duì)方的確認(rèn)，就重傳這部分?jǐn)?shù)據(jù)。當(dāng)網(wǎng)絡(luò)中的通信量過大時(shí)，TCP 就告訴發(fā)送端要放慢發(fā)送數(shù)據(jù)。這叫做流量控制。39核心協(xié)議 TCP/IP因特網(wǎng)使用的協(xié)議很多，但其中最為重要的協(xié)議就是 IP 和 TCP。分組在因特網(wǎng)中傳送要使用 IP 協(xié)議。計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃杂?TCP 協(xié)議來保證。通常用 TCP/IP 這樣的記法表示以 TCP 和 IP 為核心的協(xié)議族。40因特網(wǎng)應(yīng)用程序TCP 協(xié)議保證了應(yīng)用程序之間的可靠通信應(yīng)用程序IP 協(xié)議控制分組在因特網(wǎng)的傳輸?shù)蛱鼐W(wǎng)不保證可靠交付最重要的兩個(gè)協(xié)議：IP 和 TCP 41客戶與服務(wù)器客戶是服務(wù)請(qǐng)求方，服務(wù)器是服務(wù)提供方。 服務(wù)請(qǐng)求方服務(wù)提供

13、方客戶(client)服務(wù)器(server)42數(shù)據(jù)鏈路層物理層運(yùn)輸層網(wǎng)絡(luò)層數(shù)據(jù)鏈路層物理層運(yùn)輸層網(wǎng)絡(luò)層 發(fā)起連接建立請(qǐng)求應(yīng)用層應(yīng)用層客戶服務(wù)器因特網(wǎng) 接受連接建立請(qǐng)求計(jì)算機(jī)A計(jì)算機(jī)B43數(shù)據(jù)鏈路層物理層運(yùn)輸層網(wǎng)絡(luò)層數(shù)據(jù)鏈路層物理層運(yùn)輸層網(wǎng)絡(luò)層數(shù)據(jù)鏈路層物理層運(yùn)輸層網(wǎng)絡(luò)層應(yīng)用層應(yīng)用層應(yīng)用層計(jì)算機(jī)A計(jì)算機(jī)B計(jì)算機(jī)C客戶1服務(wù)器1服務(wù)器2客戶2因特網(wǎng)44結(jié)束語因特網(wǎng)(Internet)是世界范圍相互連接起來的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)，使用 TCP/IP 協(xié)議族，其前身是美國(guó)阿帕網(wǎng) ARPANET。計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的帶寬是網(wǎng)絡(luò)可通過的最高數(shù)據(jù)率。因特網(wǎng)使用基于存儲(chǔ)轉(zhuǎn)發(fā)的分組交換，并使用 IP 協(xié)議傳送 IP 分組。45結(jié)束語（續(xù)）路由器把許多網(wǎng)絡(luò)互連起來，構(gòu)成了互連網(wǎng)。路由