計算機網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用基礎(chǔ)1

計算機網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)及應(yīng)用2015～2016春季教師介紹:王曉娜中國石油大學(xué)（北京）信息學(xué)院軟件工程系

Email:wang_xiao_na@126.com

Office：地質(zhì)樓606

Phone

number程主要內(nèi)容計算機網(wǎng)絡(luò)的概念計算機網(wǎng)絡(luò)的體系結(jié)構(gòu)局域網(wǎng)共享式以太網(wǎng)和交換式以太網(wǎng)IP地址虛擬局域網(wǎng)地址解析協(xié)議ARP路由技術(shù)課程介紹32學(xué)時，10學(xué)時上機上機時間：第6/8/10/12/14周周二下午3：30～5：15上機地點：3教402實驗?zāi)M軟件：PacketTracer5.0模擬cisco的交換機和路由器上的實驗參考教材計算機網(wǎng)絡(luò)技術(shù)別文群，李山偉主編，高等教育出版社，2012計算機網(wǎng)絡(luò)（第6版）謝希仁，電子工業(yè)出版社講義下載公用郵箱地址wangluo_cup@20152016第一章

緒論：計算機網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)本章知識點1.1計算機網(wǎng)絡(luò)的概念1.2因特網(wǎng)概述1.3因特網(wǎng)的組成1.4交換技術(shù)1.5網(wǎng)絡(luò)的分類1.6網(wǎng)絡(luò)的拓撲結(jié)構(gòu)

所謂計算機網(wǎng)絡(luò)就是將分布在不同地理位置上的具有獨立工作能力的計算機、終端及其附屬設(shè)備用通信設(shè)備和通信線路連接起來，并配置網(wǎng)絡(luò)軟件，以實現(xiàn)計算機資源共享的系統(tǒng)。計算機網(wǎng)絡(luò)的概念1.1計算機網(wǎng)絡(luò)的概念計算機網(wǎng)絡(luò)是計算機技術(shù)與通信技術(shù)結(jié)合的產(chǎn)物，是自主計算機的互連集合。計算機網(wǎng)絡(luò)向用戶提供的最重要的功能連通性——計算機網(wǎng)絡(luò)使上網(wǎng)用戶之間都可以交換信息，好像這些用戶的計算機都可以彼此直接連通一樣。共享——即資源共享?？梢允切畔⒐蚕怼④浖蚕?，也可以是硬件共享。

計算機網(wǎng)絡(luò)的功能與應(yīng)用資源與數(shù)據(jù)共享信息交換娛樂分布式計算…1.2因特網(wǎng)(Internet)的發(fā)展進入20世紀90年代以后，以因特網(wǎng)為代表的計算機網(wǎng)絡(luò)得到了飛速的發(fā)展。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)。已成為僅次于全球電話網(wǎng)的世界第二大網(wǎng)絡(luò)。因特網(wǎng)的意義因特網(wǎng)是自印刷術(shù)以來人類通信方面最大的變革。現(xiàn)在人們的生活、工作、學(xué)習和交往都已離不開因特網(wǎng)。1.2因特網(wǎng)概述1.2.1網(wǎng)絡(luò)的網(wǎng)絡(luò)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算機互聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)(network)由若干結(jié)點(node)和連接這些結(jié)點的鏈路(link)組成。1.2因特網(wǎng)概述互聯(lián)網(wǎng)是“網(wǎng)絡(luò)的網(wǎng)絡(luò)”(networkofnetworks)。因特網(wǎng)是世界上最大的互連網(wǎng)絡(luò)。網(wǎng)絡(luò)與因特網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)把許多計算機連接在一起。因特網(wǎng)則把許多網(wǎng)絡(luò)連接在一起。注意：網(wǎng)絡(luò)互連并不只是物理上的互連，還隱含互連通信時需要的軟件。主機因特網(wǎng)連接在因特網(wǎng)上的計算機都稱為主機(host)。第一階段:從單個網(wǎng)絡(luò)ARPANET向互聯(lián)網(wǎng)發(fā)展的過程。 (ARPA－美國國防部高級研究計劃局) 1969實驗性運行，四個節(jié)點（四所大學(xué)）

70年代中期，ARPA開始研究多種網(wǎng)絡(luò)互連的技術(shù)

1983年TCP/IP協(xié)議成為ARPANET上的標準協(xié)議。人們把1983年作為因特網(wǎng)的誕生時間。

1984主機超過1000臺

1990ARPANET退役。1.2.2因特網(wǎng)發(fā)展的三個階段第二階段：建成了三級結(jié)構(gòu)的因特網(wǎng)三級計算機網(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)）。

NSFNET(NSF－美國國家科學(xué)基金會)

1984組建，直接采用TCP/IP協(xié)議， 采用三級層次結(jié)構(gòu)（主干網(wǎng)、地區(qū)網(wǎng)、校園網(wǎng))

1986建成，主干網(wǎng)速率：56kb/s

1989主干網(wǎng)速率：1.544Mb/s(T1速率) 1990接管了ARPANET，改名為Internet;

1993主干網(wǎng)速率：4.5Mb/s(T3速率) 1996主干網(wǎng)速率：155Mb/s 1999主干網(wǎng)速率：2.5Gb/s1.2.2因特網(wǎng)發(fā)展的三個階段

三級結(jié)構(gòu)的因特網(wǎng)各網(wǎng)絡(luò)之間需要使用路由器來連接。路由器國家主干網(wǎng)地區(qū)網(wǎng)地區(qū)網(wǎng)地區(qū)網(wǎng)校園網(wǎng)校園網(wǎng)校園網(wǎng)校園網(wǎng)校園網(wǎng)校園網(wǎng)有時在結(jié)構(gòu)圖中可不畫出路由器。第三階段：多層次ISP結(jié)構(gòu)的因特網(wǎng)出現(xiàn)了因特網(wǎng)服務(wù)提供者ISP(InternetServiceProvider)。作為主干的NSFNET已不堪重負，于是美國政府決定把因特網(wǎng)的主干網(wǎng)交給私人公司來經(jīng)營。從1993年開始，NSFNET逐漸被若干個商用的因特網(wǎng)主干網(wǎng)所代替，這些主干網(wǎng)絡(luò)的提供者稱為因特網(wǎng)服務(wù)提供商（ISP）。任何人只要向ISP支付一定的費用，就可以接入因特網(wǎng)。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。一級ISP一級ISP第一層

ISP大公司本地

ISP大公司大公司公司本地

ISP本地

ISP校園網(wǎng)校園網(wǎng)校園網(wǎng)校園網(wǎng)第二層

ISP第二層

ISPNAPNAPAB主機A→本地ISP→第二層ISP→NAP→第一層ISP→NAP→第二層ISP→本地ISP→主機B第一層

ISP第二層

ISP本地

ISP本地

ISP本地

ISP本地

ISP第一層

ISP第一層第二層第三層本地

ISP第二層

ISP本地

ISP本地

ISP本地

ISP本地

ISP第二層

ISP本地

ISP本地

ISP第二層

ISP萬維網(wǎng)WWW的問世因特網(wǎng)已經(jīng)成為世界上規(guī)模最大和增長速率最快的計算機網(wǎng)絡(luò)，沒有人能夠準確說出因特網(wǎng)究竟有多大。因特網(wǎng)的迅猛發(fā)展始于20世紀90年代。由歐洲原子核研究組織CERN開發(fā)的萬維網(wǎng)WWW(WorldWideWeb)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)動力。因特網(wǎng)的發(fā)展情況概況

網(wǎng)絡(luò)數(shù)主機數(shù)用戶數(shù)管理機構(gòu)數(shù)1980101021021001990103105106101

2000105107108102

2005106108109103

1.4我國的發(fā)展情況1989.11我國第一個公用分組交換網(wǎng)CNPAC運行;1994.4我國用64kb/s專線正式連入因特網(wǎng)。5月中科院高能物理研究所設(shè)立了第一個www服務(wù)器。9月CHINANET正式啟動。目前有7大互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)與Internet相連：1.中國公用計算機互聯(lián)網(wǎng)(CHINANET)、2.中國科學(xué)技術(shù)網(wǎng)(CSNET)、3.中國教育和科研計算機網(wǎng)(CERNET)、4.中國國際經(jīng)濟貿(mào)易互聯(lián)網(wǎng)(CIENET)、5.中國聯(lián)通互聯(lián)網(wǎng)(UNINET)、6.中國網(wǎng)通公用互聯(lián)網(wǎng)(CNCNET)、7.中國移動互聯(lián)網(wǎng)(CIETNET)。

中國的高速計算機網(wǎng)絡(luò)研究計劃在2004年2月，我國的第一個下一代互聯(lián)網(wǎng)CNGI的主干網(wǎng)CERNET2試驗網(wǎng)正式開通,并提供服務(wù)。試驗網(wǎng)目前以2.5-10Gb/s的速率連接北京、上海和廣州三個CERNET核心節(jié)點，并與國際下一代互聯(lián)網(wǎng)相連接。1.2.3關(guān)于因特網(wǎng)的標準化工作因特網(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…RGWG……RG…領(lǐng)域領(lǐng)域因特網(wǎng)體系結(jié)構(gòu)研究委員會IABWGWGWG1.3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)上的主機組成。這部分是用戶直接使用的，用來進行通信（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。這些主機又稱為端系統(tǒng)(endsystem)?！爸鳈CA和主機B進行通信”，實際上是指：“運行在主機A上的某個程序和運行在主機B上的另一個程序進行通信”。即“主機A的某個進程和主機B上的另一個進程進行通信”。或簡稱為“計算機之間通信”兩種通信方式在網(wǎng)絡(luò)邊緣的端系統(tǒng)中運行的程序之間的通信方式通?？蓜澐譃閮纱箢悾嚎蛻舴?wù)器方式（C/S方式）即Client/Server方式對等方式（P2P方式）即Peer-to-Peer方式1.客戶服務(wù)器方式客戶(client)和服務(wù)器(server)都是指通信中所涉及的兩個應(yīng)用進程。客戶服務(wù)器方式所描述的是進程之間服務(wù)和被服務(wù)的關(guān)系?？蛻羰欠?wù)的請求方，服務(wù)器是服務(wù)的提供方。運行客戶程序網(wǎng)絡(luò)邊緣網(wǎng)絡(luò)核心運行服務(wù)器程序AB①請求服務(wù)②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)。客戶軟件的特點被用戶調(diào)用后運行，在打算通信時主動向遠地服務(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。不需要特殊的硬件和很復(fù)雜的操作系統(tǒng)。服務(wù)器軟件的特點一種專門用來提供某種服務(wù)的程序，可同時處理多個遠地或本地客戶的請求。系統(tǒng)啟動后即自動調(diào)用并一直不斷地運行著，被動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。一般需要強大的硬件和高級的操作系統(tǒng)支持。2.對等連接方式對等連接(peer-to-peer，簡寫為P2P)是指兩個主機在通信時并不區(qū)分哪一個是服務(wù)請求方還是服務(wù)提供方。只要兩個主機都運行了對等連接軟件（P2P軟件），它們就可以進行平等的、對等連接通信。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主機既是客戶又同時是服務(wù)器。網(wǎng)絡(luò)邊緣網(wǎng)絡(luò)核心運行P2P程序運行P2P程序DCEF運行P2P程序運行P2P程序1.3.2因特網(wǎng)的核心部分網(wǎng)絡(luò)核心部分是因特網(wǎng)中最復(fù)雜的部分。網(wǎng)絡(luò)中的核心部分要向網(wǎng)絡(luò)邊緣中的大量主機提供連通性，使邊緣部分中的任何一個主機都能夠向其他主機通信（即傳送或接收各種形式的數(shù)據(jù)）。在網(wǎng)絡(luò)核心部分起特殊作用的是路由器(router)。路由器是實現(xiàn)分組交換(packetswitching)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)路由器是實現(xiàn)分組交換(packetswitching)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。1.4計算機網(wǎng)絡(luò)的核心技術(shù)——分組交換分組交換是計算機網(wǎng)絡(luò)的核心技術(shù)，最早使用分組交換技術(shù)的網(wǎng)絡(luò)是ARPANET。60年代初，美國國防部高級研究計劃局創(chuàng)建ARPNET。創(chuàng)建ARPANET網(wǎng)絡(luò)時，電話網(wǎng)絡(luò)已經(jīng)非常普及，電話網(wǎng)絡(luò)使用電路交換技術(shù)。為什么不使用電路交換建立ARPNET呢？1.電路交換的主要特點兩部電話機只需要用一對電線就能夠互相連接起來。

更多的電話機互相連通5部電話機兩兩相連，需10對電線。N部電話機兩兩相連，需N(N–1)/2對電線。當電話機的數(shù)量很大時，這種連接方法需要的電線對的數(shù)量與電話機數(shù)的平方成正比。

使用交換機當電話機的數(shù)量增多時，就要使用交換機來完成全網(wǎng)的交換任務(wù)?！?/p>

交換機“交換”的含義在這里，“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。從通信資源的分配角度來看，“交換”就是按照某種方式動態(tài)地分配傳輸線路的資源。

電路交換舉例?A和B通話經(jīng)過四個交換機?通話在A到B的連接上進行A用戶線中繼線交換機中繼線交換機B交換機C交換機

用戶線

D?C和D通話只經(jīng)過一個本地交換機?通話在C到D的連接上進行電路交換的特點面向連接的特性電路交換的三個階段：建立連接通信釋放連接通信資源的獨占性電路交換傳送計算機數(shù)據(jù)效率低計算機數(shù)據(jù)具有突發(fā)性。這導(dǎo)致通信線路的利用率很低。報文

分組交換的主要特點采用存儲轉(zhuǎn)發(fā)技術(shù)在發(fā)送端，先把較長的報文劃分成較短的、固定長度的數(shù)據(jù)段。1101000110101010110101011100010011010010假定這個報文較長不便于傳輸數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)報文添加首部構(gòu)成分組每一個數(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分組交換網(wǎng)以“分組”作為數(shù)據(jù)傳輸單元。依次把各分組發(fā)送到接收端（假定接收端在左邊）。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分組首部的重要性每一個分組的首部都含有地址等控制信息。分組交換網(wǎng)中的路由器根據(jù)收到的分組的首部中的地址信息，把分組轉(zhuǎn)發(fā)到下一個路由器。用這樣的存儲轉(zhuǎn)發(fā)方式，最后分組就能到達最終目的地。收到分組后剝?nèi)ナ撞拷邮斩耸盏椒纸M后剝?nèi)ナ撞窟€原成報文。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文最后，在接收端把收到的數(shù)據(jù)恢復(fù)成為原來的報文。這里我們假定分組在傳輸過程中沒有出現(xiàn)差錯，在轉(zhuǎn)發(fā)時也沒有被丟棄。報文1101000110101010110101011100010011010010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！路由器主機網(wǎng)絡(luò)核心部分注意分組的存儲轉(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)的端口最后到達目的主機

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)的端口路由器在路由器中的輸入和輸出端口之間沒有直接連線。路由器處理分組的過程是：把收到的分組先放入緩存（暫時存儲）；查找轉(zhuǎn)發(fā)表，找出到某個目的地址應(yīng)從哪個端口轉(zhuǎn)發(fā)；把分組送到適當?shù)亩丝谵D(zhuǎn)發(fā)出去。

主機和路由器的作用不同主機是為用戶進行信息處理的，并向網(wǎng)絡(luò)發(fā)送分組，從網(wǎng)絡(luò)接收分組。路由器對分組進行存儲轉(zhuǎn)發(fā)，最后把分組交付目的主機。分組交換的優(yōu)點高效動態(tài)分配傳輸帶寬，對通信鏈路是逐段占用。靈活以分組為傳送單位和查找路由。迅速不必先建立連接就能向其他主機發(fā)送分組。可靠

保證可靠性的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議；分布式的路由選擇協(xié)議使網(wǎng)絡(luò)有很好的生存性。分組交換帶來的問題分組在各結(jié)點存儲轉(zhuǎn)發(fā)時需要排隊，這就會造成一定的時延。分組必須攜帶的首部（里面有必不可少的控制信息）也造成了一定的開銷。存儲轉(zhuǎn)發(fā)原理

并非完全新的概念在20世紀40年代，電報通信也采用了基于存儲轉(zhuǎn)發(fā)原理的報文交換(messageswitching)。報文交換的時延較長，從幾分鐘到幾小時不等?，F(xiàn)在報文交換已經(jīng)很少有人使用了。三種交換的比較P1P2P3P4P1P2P3P4P3P4報文報文報文ABCDABCDABCD報文交換電路交換分組交換t連接建立數(shù)據(jù)傳送報文P2P1連接釋放數(shù)據(jù)傳送的特點比特流直達終點報文報文報文分組分組分組存儲轉(zhuǎn)發(fā)存儲轉(zhuǎn)發(fā)存儲轉(zhuǎn)發(fā)存儲轉(zhuǎn)發(fā)1.5計算機網(wǎng)絡(luò)的分類計算機網(wǎng)絡(luò)的分類方法主要的是以下兩種：根據(jù)網(wǎng)絡(luò)所使用的傳輸技術(shù)分類根據(jù)網(wǎng)絡(luò)的覆蓋范圍與規(guī)模分類

1.按網(wǎng)絡(luò)傳輸技術(shù)進行分類通信信道的類型有兩類：

廣播通信信道點-點通信信道相應(yīng)的計算機網(wǎng)絡(luò)也可以分為兩類：

廣播式網(wǎng)絡(luò)（broadcastnetworks）點-點式網(wǎng)絡(luò)（point-to-pointnetworks）

2.按網(wǎng)絡(luò)的覆蓋范圍進行分類

按覆蓋的地理范圍進行分類，計算機網(wǎng)絡(luò)可以分為以下三類：局域網(wǎng)（localareanetwork

，

LAN）城域網(wǎng)（metropolitanareanetwork

，

MAN）廣域網(wǎng)（wideareanetwork，WAN）局域網(wǎng)LANLAN是在一個有限的地理范圍（十幾公里以內(nèi)）內(nèi)將計算機、外部設(shè)備和網(wǎng)絡(luò)互連設(shè)備連接在一起的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，常用于一座大樓、一個學(xué)?；蛞粋€企業(yè)內(nèi)。常見的局域網(wǎng)有以太網(wǎng)（包括快速以太網(wǎng)、千兆位以太網(wǎng)、萬兆位以太網(wǎng)）、FDDI、ATM等。LAN特點：距離短、延遲小、數(shù)據(jù)速率高、傳輸可靠LAN設(shè)備LAN設(shè)備：線纜、網(wǎng)卡、HUB、Switch、RouterHUB交換機路由器ATM交換機城域網(wǎng)MAN城域網(wǎng)覆蓋范圍介于LAN和WAN之間，城域網(wǎng)是在一個城市或地區(qū)范圍內(nèi)連接起來的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，距離通常在幾十公里之內(nèi)。城域網(wǎng)的技術(shù)特點城域網(wǎng)是介于廣域網(wǎng)與局域網(wǎng)之間的一種高速網(wǎng)絡(luò)；