第1講 計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)基本概念

主講教師：劉宏月Tel-Mail：hautxxxylhy@126.com計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)2023/2/51CollegeofInformationScienceandTechnology,HAUT課程的任務(wù)、目的和基本要求專業(yè)必修課，主要學(xué)習(xí)計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的基本概念、基本原理和方法，理解網(wǎng)絡(luò)分層體系結(jié)構(gòu)、網(wǎng)絡(luò)協(xié)議設(shè)計原理與工作機(jī)理。具備一定的網(wǎng)絡(luò)分析與設(shè)計、網(wǎng)絡(luò)組建、運(yùn)維管理等網(wǎng)絡(luò)技術(shù)應(yīng)用能力以及較好的網(wǎng)絡(luò)工程素養(yǎng)，為從事計算機(jī)及數(shù)據(jù)通信網(wǎng)絡(luò)相關(guān)領(lǐng)域的技術(shù)研發(fā)、工程應(yīng)用等打下良好基礎(chǔ)。課程教學(xué)強(qiáng)調(diào)培養(yǎng)學(xué)生的獨(dú)立思考能力、科學(xué)思維方法和求知創(chuàng)新精神。課程相關(guān)資源教材謝希仁.計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)（第6版）.電子工業(yè)出版社，2013年.參考教材A.S.Tanenbaum.計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)（第5版）.清華大學(xué)出版社，2012年.JamesF.Kurose,KeithW.Ross著，陳鳴等譯.計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)自頂向下方法（原書第四版）.人民郵電出版社，2009.教學(xué)安排教學(xué)總學(xué)時數(shù)：64學(xué)時（52+12）教學(xué)方式：理論授課+上機(jī)實踐上課：第1周－第13周，每周2次。實驗：第6周－第11周，每周1次?？荚嚰俺煽儗W(xué)期末閉卷筆試：總分100平時成績：10%（考勤/作業(yè)）實驗成績：20%（上機(jī)操作/實驗報告）期末筆試：70%第1講計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)基本概念劉宏月河南工業(yè)大學(xué)信息科學(xué)與工程學(xué)院學(xué)習(xí)目標(biāo)本講教學(xué)內(nèi)容計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)基本概念和特點(diǎn)，Internet組成和發(fā)展，計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)分類。本講學(xué)習(xí)目標(biāo)了解網(wǎng)絡(luò)及Internet基本概念和特點(diǎn)；了解計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)常用分類。本講主要內(nèi)容計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)基本概念計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的產(chǎn)生與演變Internet組成與發(fā)展1.計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)基本概念計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)在信息時代的作用21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，它是一個以網(wǎng)絡(luò)為核心的信息時代。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)。網(wǎng)絡(luò)是指“三網(wǎng)”，即電信網(wǎng)絡(luò)、有線電視網(wǎng)絡(luò)和計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)。發(fā)展最快的并起到核心作用的是計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)。1.計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)基本概念

什么是計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)？一些互相連接的、自治的計算機(jī)的集合。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。圖1－1(a)簡單的網(wǎng)絡(luò)圖1－1(b)由網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成的互聯(lián)網(wǎng)結(jié)點(diǎn)鏈路計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)是“以相互共享資源的方式互聯(lián)起來的自治計算機(jī)系統(tǒng)的集合”。1.計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)基本概念計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)最重要的功能連通性——普遍互聯(lián)共享計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的主要特征組建計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的主要目的是實現(xiàn)計算機(jī)資源的共享互聯(lián)的計算機(jī)系統(tǒng)是自治的系統(tǒng)；聯(lián)網(wǎng)計算機(jī)之間的通信必須遵循共同的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議。1.計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)基本概念

Computernetwork、internet、Internet與Intranet計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)（computernetwork）是指用通信技術(shù)將大量獨(dú)立計算機(jī)系統(tǒng)互聯(lián)起來的集合。網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)（internet,internetworking）是將多個計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)成大型網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的技術(shù)術(shù)語。Internet或因特網(wǎng)、互聯(lián)網(wǎng)是專有名詞，專指目前廣泛應(yīng)用、覆蓋了全世界的大型網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。Intranet指一些機(jī)構(gòu)內(nèi)部的專用網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。1.計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)基本概念計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)分類不同作用范圍的網(wǎng)絡(luò)廣域網(wǎng)WAN(WideAreaNetwork)局域網(wǎng)LAN(LocalAreaNetwork)城域網(wǎng)MAN(MetropolitanAreaNetwork)個人區(qū)域網(wǎng)PAN(PersonalAreaNetwork)從網(wǎng)絡(luò)的使用者進(jìn)行分類公用網(wǎng)(publicnetwork)專用網(wǎng)(privatenetwork)1.計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)基本概念計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)涞姆诸惻c特點(diǎn)基本的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)溆形宸N：星形、環(huán)形、總線型、樹狀和網(wǎng)狀。干線耦合器環(huán)形網(wǎng)集線器星形網(wǎng)總線網(wǎng)樹形網(wǎng)

拓?fù)鋵W(xué)是幾何學(xué)的一個分支，它是從圖論演變過來的。計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)涫峭ㄟ^網(wǎng)中節(jié)點(diǎn)與通信線路之間的幾何關(guān)系表示網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)涫侵竿ㄐ抛泳W(wǎng)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。本講主要內(nèi)容計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)基本概念計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的產(chǎn)生與演變Internet組成與發(fā)展2.計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的產(chǎn)生和演變計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)發(fā)展的三條主線主線1：ARPANET--TCP/IP--Internet主線2：無線分組網(wǎng)--無線自組網(wǎng)--無線傳感器網(wǎng)絡(luò)主線3：網(wǎng)絡(luò)安全技術(shù)2.計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的產(chǎn)生和演變（1）以主機(jī)為中心的聯(lián)機(jī)終端網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)缺點(diǎn)：主機(jī)負(fù)荷重——數(shù)據(jù)處理＋通信；線路利用率低。改進(jìn)：終端集中器； 前端處理機(jī)(FEP)或稱通信控制處理機(jī)(CCP)。例子：飛機(jī)訂票系統(tǒng)HOST(航空公司總部)Terminals(訂票點(diǎn))通信線路(電話線路)（2）以通信子網(wǎng)為中心的主機(jī)互連多個終端聯(lián)機(jī)系統(tǒng)互聯(lián)，形成了多主機(jī)為中心的網(wǎng)絡(luò)。網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)從“主機(jī)--終端”轉(zhuǎn)變?yōu)椤爸鳈C(jī)--主機(jī)”有兩種連接形式：2.計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的產(chǎn)生和演變CCP（通信控制處理機(jī)）負(fù)責(zé)網(wǎng)絡(luò)上的通信控制和處理，由它們組成了帶有通信功能的內(nèi)層網(wǎng)絡(luò)，即通信子網(wǎng)；主機(jī)負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)處理，它們構(gòu)成了網(wǎng)絡(luò)的資源子網(wǎng)。（2）以通信子網(wǎng)為中心的主機(jī)互連例子：因特網(wǎng)的前身——ARPANet（高級研究計劃局）分組交換技術(shù)的誕生早期的線路交換廣泛應(yīng)用于電話線路；1964年提出的分組交換，適用于計算機(jī)通信網(wǎng)的數(shù)據(jù)傳輸，也是現(xiàn)代因特網(wǎng)技術(shù)的基礎(chǔ)之一。2.計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的產(chǎn)生和演變（3）具有層次化體系結(jié)構(gòu)的標(biāo)準(zhǔn)化網(wǎng)絡(luò)為什么需要標(biāo)準(zhǔn)化？不同網(wǎng)絡(luò)設(shè)備之間的兼容性和互操作性是推動網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)的標(biāo)準(zhǔn)化的原動力。標(biāo)準(zhǔn)化過程的演變廠商標(biāo)準(zhǔn)：IBM-SNA（系統(tǒng)化網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)）DEC-DNA（分布式網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)）缺點(diǎn)：適用范圍（同樣存在兼容性的問題）技術(shù)壟斷（很容易形成壟斷）標(biāo)準(zhǔn)不統(tǒng)一（影響了用戶的利益）2.計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的產(chǎn)生和演變（3）具有層次化體系結(jié)構(gòu)的標(biāo)準(zhǔn)化網(wǎng)絡(luò)標(biāo)準(zhǔn)化的時機(jī)各廠商、研究機(jī)構(gòu)、大學(xué)在網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、方法、理論等方面的研究日趨成熟是其基礎(chǔ)。國際標(biāo)準(zhǔn)OpenSystemInterconnection/ReferenceModel(開放系統(tǒng)互聯(lián)參考模型，簡稱OSI參考模型)；事實上的標(biāo)準(zhǔn)：TCP/IP(因特網(wǎng)的骨干協(xié)議)。2.計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的產(chǎn)生和演變（4）Internet的應(yīng)用與高速網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展Internet對推動世界科學(xué)、文化、經(jīng)濟(jì)和社會的發(fā)展產(chǎn)生了不可估量的作用。高速網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展引起了人們越來越多的注意。1993年，美國政府宣布了國家信息基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)計劃，即信息高速公路。隨后，很多國家也紛紛開始制定各自的信息高速公路的建設(shè)計劃。2.計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的產(chǎn)生和演變本講主要內(nèi)容計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)基本概念計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的產(chǎn)生與演變Internet組成與發(fā)展3.Internet組成與發(fā)展主機(jī)因特網(wǎng)Internet3.Internet組成與發(fā)展

internet和Internet的區(qū)別以小寫字母i

開始的internet(互聯(lián)網(wǎng)或互連網(wǎng))是一個通用名詞，它泛指由多個計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)互連而成的網(wǎng)絡(luò)。以大寫字母I開始的的Internet（因特網(wǎng)）則是一個專用名詞，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。3.Internet組成與發(fā)展

因特網(wǎng)的產(chǎn)生1969年美國國防部建立ARPANet網(wǎng)用于軍事通信實驗。1983年ARPANet分解成兩部分：民用科研網(wǎng)(ARPANet)和軍用計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)（MILNet）。1986年NSFNet(NationalScienceFoundation)建立，NSFNet接管ARPANet并改名Internet。該網(wǎng)絡(luò)由13個主干結(jié)點(diǎn)構(gòu)成，主干結(jié)點(diǎn)向下連接各個地區(qū)網(wǎng)，再連到各個大學(xué)的校園網(wǎng)，采用TCP/IP作為統(tǒng)一的通信協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)。最初，NSFNet的主干網(wǎng)的速率不高，僅為56kbit/s。1991年后，Internet轉(zhuǎn)為商用。3.Internet組成與發(fā)展Internet發(fā)展第一階段，起源于ARPANET。1983年（作為因特網(wǎng)的誕生時間）TCP/IP協(xié)議成為ARPANET上的標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議。第二階段的特點(diǎn)是建成了三級結(jié)構(gòu)的因特網(wǎng)

——主干網(wǎng)、地區(qū)網(wǎng)和校園網(wǎng)（或企業(yè)網(wǎng)）。第三階段的特點(diǎn)是逐漸形成了多層次ISP（InternetServiceProvider，因特網(wǎng)服務(wù)提供者）結(jié)構(gòu)。3.Internet組成與發(fā)展一級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(jī)A→本地ISP→第二層ISP→NAP→第一層ISP→NAP→第二層ISP→本地ISP→主機(jī)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圖1-4基于ISP的多層結(jié)構(gòu)的因特網(wǎng)概念示意圖3.Internet組成與發(fā)展因特網(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

…RGWG……RG…領(lǐng)域領(lǐng)域因特網(wǎng)體系結(jié)構(gòu)研究委員會IAB

WGWGWG3.Internet組成與發(fā)展制訂因特網(wǎng)正式標(biāo)準(zhǔn)要經(jīng)過以下四個階段：因特網(wǎng)草案(InternetDraft)——在這個階段還不是RFC文檔。建議標(biāo)準(zhǔn)(ProposedStandard)——從這個階段開始就成為RFC文檔。草案標(biāo)準(zhǔn)(DraftStandard)因特網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)(InternetStandard)Internet組成邊緣部分：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。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）。3.Internet組成與發(fā)展因特網(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3.Internet組成與發(fā)展Internet工作模式客戶(Client)/服務(wù)器(Server)模式（C/S模式）客戶和服務(wù)器都是指通信中所涉及的兩個應(yīng)用進(jìn)程?？蛻舴?wù)器模式所描述的是進(jìn)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(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AB①請求服務(wù)②得到服務(wù)客戶服務(wù)器圖1-6客戶服務(wù)器工作方式客戶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)。3.Internet組成與發(fā)展Internet工作模式對等連接(peer-to-peer)模式（P2P模式）是指兩個主機(jī)在通信時并不區(qū)分哪一個是服務(wù)請求方哪一個是服務(wù)提供方。只要兩個主機(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。雙方都可以下載對方存儲在硬盤中的共享文檔。網(wǎng)絡(luò)邊緣網(wǎng)絡(luò)核心運(yùn)行P2P程序運(yùn)行P2P程序DCEF運(yùn)