計算機導論PPT第六章-計算機網絡要點

6計算機網絡ComputerNetworks描述網絡標準、物理結構和網絡分類狀況描述作為因特網網絡模型的TCP/IP協議族定義TCP/IP協議族中各層以及它們的關系探討因特網的客戶/服務器體系結構了解三種因特網應用：電子郵件、文件傳輸、遠程登錄了解作為因特網最常見應用的萬維網及其組成區(qū)分三種因特網文檔：靜態(tài)文檔、動態(tài)文檔、活動文檔列出其他因特網應用，如視頻會議、分組探討、閑聊目標通過本章的學習，同學們應當能夠:引言網絡標準物理結構網絡分類、互聯網、因特網TCP/IP協議族及分層TCP/IP協議應用層、傳輸層、網絡層、數據鏈路層、物理層因特網的應用電子郵件、FTP、WWW其他因特網的應用6-1引言INTRODUCTION計算機網絡硬件和軟件的組合，它把數據從一個地方發(fā)送到另一個地方。硬件：把信號從網絡中的一點傳送到另一點的物理設備。軟件：由指令組成，這些指令使得從網絡獲得服務成為可能。網絡標準（評價指標）

Networkcriteria網絡必需符合一系列標準。最重要的包括：性能：多種方式度量，包括傳輸時間和響應時間。傳輸時間：信息從一個設備傳輸到另一個設備所需的時間總量。響應時間：查詢和響應的時間間隔。網絡的性能依靠很多因素，包括：用戶數、傳輸介質、硬件連接實力、軟件效率等。牢靠性：包括：發(fā)送精確性、發(fā)生故障的頻率、從故障中復原的時間、網絡健壯性等。平安：包括愛護數據，防止非授權訪問、損壞、修改，實現從數據破壞和數據丟失中復原的策略和程序。物理結構

Physicalstructures物理結構—連接類型鏈路：鏈路是數據從一個設備傳輸到另一個設備的通信通道。為了進行通信，兩個設備必需運用某種方式同時連接到同一個鏈路。網絡連接類型：點對點（兩個設備專用一個鏈路，信道容量被二者擁有）多點連接（兩個以上設備共享一個鏈路，信道容量被共享）物理結構

PhysicalstructuresFigure6.1連接類型：點對點、多點物理結構—連接類型物理結構—拓撲物理拓撲：網絡在物理上的布置方式。兩個或多個設備連接到一個鏈路，一個或多個鏈路形成拓撲。網絡拓撲：全部鏈路和設備（節(jié)點）之間關系的幾何表示?；窘Y構：網狀型、星型、總線型、環(huán)型物理結構

PhysicalstructuresFigure6-2四種物理拓撲物理結構

Physicalstructures網狀拓撲每個設備都有專用的點對點鏈路與其他每個設備相連。每個連接都能傳輸自身的數據。網狀拓撲優(yōu)點：一條鏈路不行用，不會影響整個網絡，健壯性好。缺點：結構困難，建設成本較高。應用：網狀拓撲結構一般用于Internet骨干網上，運用路由算法來計算發(fā)送數據的最佳路徑。星型拓撲每個設備都有專用的點對點鏈路，只與集線器相連。屬于集中限制型網絡。發(fā)送節(jié)點將要發(fā)送的數據發(fā)送到中心節(jié)點，再由中心節(jié)點將數據送到目的節(jié)點。優(yōu)點：限制簡潔。任何節(jié)點只和中心節(jié)點相連，易于網絡監(jiān)控和管理。故障診斷和隔離簡潔。中心節(jié)點可以逐一對連接線路進行故障檢測和定位，單個節(jié)點的故障只影響一個設備，不會影響全網。便利服務。中心節(jié)點可便利地對節(jié)點供應服務和網絡重新配置。缺點：中心節(jié)點負擔重，一旦發(fā)生故障，則全網受影響。應用：是目前局域網普遍接受的一種拓撲結構。星型拓撲總線拓撲運用多點鏈路。一根長電纜（總線）把網絡中全部設備連接在一起，即接受總線傳輸作為共用的傳輸介質。網絡中全部計算機運用分支線和連接頭與共享總線相連。優(yōu)點：安裝簡潔，骨干電纜可以放置在最有效的路徑上，通過長度不一的分支線與節(jié)點相連。缺點：總線電纜故障或斷裂將終止全部傳輸，即使故障發(fā)生在同一側的兩個設備也不能傳輸。應用：適用于較少計算機的局域網，常見的總線拓撲結構是以太網（接受共享總線型傳輸媒體方式的局域網）總線拓撲環(huán)型拓撲每個設備有專用的點對點鏈路，只與兩邊設備相連。信號沿著環(huán)按確定方向從一個設備傳輸到另一個設備。令牌（Token）沿著環(huán)形總線在計算機間依次傳遞，令牌是特殊格式的幀，本身并不包含信息，僅限制數據發(fā)送，確保在同一時刻只有一個節(jié)點能夠發(fā)送數據。優(yōu)點：簡潔安裝和重構，全部節(jié)點公允訪問網絡。缺點：環(huán)的斷裂會導致整個網絡不行用。應用：IBM引入局域網令牌環(huán)時，環(huán)型拓撲占主導地位。環(huán)型拓撲環(huán)型拓撲當環(huán)上節(jié)點都空閑時，令牌繞環(huán)行進。節(jié)點只有取得令牌后才能發(fā)送數據，因此不會發(fā)生碰撞。當設備收到要傳輸到另一個設備的信號時，由中繼器（放大）重新生成二進制位，并傳輸。網絡分類Categoriesofnetworks局域網(local-areanetworks，LANs)城域網(metropolitanareanetworks，MANs)廣域網(wide-areanetworks，WANs)

局域網(local-areanetworks，LANs)

局域網的大小局限于幾公里內，通常連接辦公室、大樓或校內里的設備。Figure6.3將8臺計算機連接到一個集線器的孤立LANFigure6.4點對點WAN和骨干WANWAN供應長距離的多媒體信息的傳輸。骨干WAN是由服務供應商運營的困難網絡，通常連接因特網服務供應商。點對點的WAN是兩個設備間的單一連線，如撥號線路或電纜線。廣域網(wide-areanetworks，WANs)

城域網大小介于LAN和WAN之間，通常須要覆蓋一個鎮(zhèn)或一個城市。MAN用來為那些須要高速連接（通常是連接因特網），且終端分布在一個城市或城市的一部分客戶服務。城域網

(metropolitanareanetworks，MANs)

互聯網internet當兩個或多個網絡連接在一起時,它們就變成互聯網,或internet(小寫的“i”).Figure6.5由WAN、LAN和路由器構成的互聯網

網絡是一組連接在一起的通信設備，互聯網是能夠相互通信的兩個或多個網絡。因特網Internet最著名的互聯網是因特網，由成千上萬個網絡組成。大多數用戶運用因特網服務供應商(ISPs)的服務，ISP是具有一臺或多臺通過高速鏈路連到因特網的服務器的組織。Figure6.6因特網的層次組織因特網是把信息資源帶到人們的指尖，并為人們所用的通信系統，影響生活的方方面面。6-2TCP/IP協議族TCP/IPPROTOCOLSUITE計算機解決問題的基礎工作是由硬件完成的。若只運用硬件，任務繁雜；若有軟件可用，任務就簡潔多了。在最高層，程序能指揮問題求解過程。實際硬件如何來完成的細微環(huán)節(jié)問題，留給了被高層調用的軟件。這可與計算機網絡供應的服務進行比較。在世界上，從一個地方到另一個地方的數據傳輸（如電子郵件的發(fā)送）可以被分解成幾個任務，每層完成一個任務。每層運用更低層的服務。在最底層，信號或信號組被從源傳輸到目的。TCP/IP為了分解完成所需的服務，創(chuàng)建了一組規(guī)則，稱為協議。這些協議允許運用不同技術的局域網和廣域網相互連接到一起，從一點向另一點傳送信息。限制因特網的一組協議稱為TCP/IP協議族。分層：分解任務、每層完成一個任務、每層運用更低層的服務。TCP/IP協議族原始的TCP/IP協議族被定義成四層：主機到網絡層、網絡層、傳輸層、應用層。如今的TCP/IP協議族通常定義成五層。Figure6.7TCP/IP協議族TCP/IP協議的分層當消息從設備A發(fā)送到設備B時涉及的層。可能經過很多路由器，路由器只運用前三層。Figure6.8TCP/IP協議族的層間交互TCP/IP協議的分層包交換與分層協議包：在網絡中，將文件和信息分解成包（Packet），在這些包上打上信息源和目的地址的電子標簽.包交換：在計算機通信中，數據是以包為單位進行傳輸的。節(jié)點在交換數據時要確定包的傳輸路徑，并處理數據在傳輸中發(fā)生的差錯。ABCDFEG6-3層(LAYERS)描述TCP/IP協議族中每一層的功能。顯示消息如何通過不同的層直至物理層以及消息是如何通過傳輸介質發(fā)送的。

應用層Applicationlayer應用層負責向用戶供應服務。

i應用層允許用戶（人或軟件）訪問網絡。它供應對電子郵件、遠程文件訪問和傳輸、閱讀萬維網等服務的支持。應用層是唯一一個大多數因特網用戶能夠看到的層。計算機間通信—兩種體系結構對等體系結構：資源對等客戶/服務器體系結構（客戶端程序和服務器端程序，S-始終運行，C-須要時運行）運行在該結構中的程序稱為進程客戶端程序和服務端程序間的通信稱為進程到進程的通信須要服務器進程服務的客戶運行客戶端程序，客戶端服務懇求進程，該服務將被服務器進程響應客戶/服務器體系結構Figure6.9應用層的通信應用層地址Application-layeraddressFigure6.10應用層地址當用戶須要向服務器發(fā)送懇求時，須要服務器應用層的地址。為了識別一個HTTP站點，運用統一資源定位符UniformResourceLocator(URL)。服務器應用層地址不是用來發(fā)送消息的，它只是幫助客戶找到服務器計算機的實際地址（通過DNS）。（類似知道人名投信）應用層地址Application-layeraddressURL構成：協議+IP地址+端口+書目+文件<協議名稱>://<主機名>:<端口>/<路徑>/…/文件名例如：://baidu:80/view/2136.html:協議名稱(超文本傳輸協議)baidu:主機名稱(指定Web服務器的IP地址或域名地址)80：端口地址view:存放書目（要訪問的文件在服務器上的位置，分級（/））2136.html:文件名稱（要訪問的文件名稱）應用層地址Application-layeraddressURL構成：協議+IP地址+端口+書目+文件在URL語法格式中，協議名稱及主機名稱是確定必需有的之外，其余像端口地址、存放書目等都可以不要。telnet代表運用遠程登錄的服務telnet://ftp通過互聯網傳輸文件ftp://ftp.microsoft/傳輸層Transportlayer傳輸層負責整個消息的進程到進程的傳輸：建立客戶和服務器計算機的傳輸層的邏輯通信。雖然物理通信是兩個物理層間的通信（通過很多可能的鏈路和路由器），但兩個應用層把傳輸層看成是負責消息傳輸的代理。傳輸層負責客戶和服務器進程間的消息的邏輯傳輸

iFigure6.11傳輸層的通信傳輸層地址（端口號）

Transport-layeraddresses(portnumbers)服務器的IP地址對于通信是必需的。但服務器可能同時運行多個進程，例如FTP和HTTP服務器進程。當消息到達服務器端時，它必需被指向正確的進程。須要另一個地址來標識服務器進程，稱為端口號。IP地址－大樓地址，端口號－房間號。傳輸層地址（端口號）

Transport-layeraddresses(portnumbers)Figure6.12傳輸層地址服務器端口地址已設定，客戶端端口號由運行客戶端進程的計算機臨時確定(d4為端口號，s4為臨時端口號).FTP：21，Telnet：23，HTTP：80，QQ：1080，SMTP：25（限制臨時端口地址范圍）多路復用和解多路復用傳輸層為不同的進程做相同的工作，從進程中收集要發(fā)出的信息(多路復用，類似門衛(wèi)收信件)，并將到達的信息分發(fā)給進程(解多路復用，類似分發(fā)信件)。運用端口號（唯一）完成多路復用和解多路復用（服務器運用眾所周知的端口號，客戶端運用臨時端口號）擁塞限制下層網絡可能發(fā)生擁塞，導致數據包丟失運用緩沖區(qū)，檢測到擁塞，暫緩發(fā)送（類似交通信號燈）傳輸層功能

流量限制發(fā)送端監(jiān)控接收端接收到的數據包是否過量（確認機制）差錯限制消息在傳輸過程中可能被：損壞、丟失、重復、亂序?？梢栽诰彌_區(qū)保留消息副本，直到從接收端收到包確認。為每個包加上次序號，為每個確認加上確認號。傳輸層功能

傳輸層協議Transport-layerprotocols定義了三種傳輸層協議:UDP：用戶數據報協議（UserDatagramProtocol）TCP：傳輸限制協議（TransmissionControlProtocol）SCTP：流限制傳輸協議（StreamControlTransmissionProtocol）UDP：用戶數據報協議UserDatagramprotocolUDP也稱無連接協議，是三個協議中最簡潔的：通過給數據包增加源和目的端口號，完成多路復用和解多路復用。給包增加校驗和來進行差錯限制（是與否）。若該包被損壞，則丟棄，而不通知發(fā)送者重新發(fā)送。因缺乏序號，UDP中每個包是單獨實體（與其他無關）。不供應屬于單個消息的數據包間的邏輯連接。傳送更少的信息，速度快，效率高。主要應用：剛好性比精確性更重要的應用。實時圖像、音頻視頻在兩個傳輸層間供應邏輯連接，面對連接的協議支持傳輸層全部職責。沒有UDP快。TCP運用序號、確認號、檢驗和。在發(fā)送方運用緩沖區(qū)，供應了多路復用、解多路復用、流量限制、擁塞限制、差錯限制。TCP的牢靠性按序無差錯不丟失、不重復不適合音頻和視頻的實時傳輸，重新發(fā)送數據包會破壞數據包的同步。正確投遞數據TCP：傳輸限制協議TransmissionControlProtocol差錯限制檢測：校驗和、確認、超時訂正：重傳確認機制——帶重傳的確定確認接收方收到正確的數據后，向源站回送ACK報文發(fā)送方重傳錯誤數據（受損報文、丟失報文）序號的運用維持了連接，若數據包到達的依次出錯或丟失，都將重傳。TCP的擁塞限制TCP的擁塞表現為時延增加超時重傳機制會進一步加重網絡擁塞TCP：傳輸限制協議TransmissionControlProtocolSCTP面對連接的協議。為了一些預期的因特網服務而設計的，如因特網電話和視頻流。結合了UDP和TCP的優(yōu)點。包括適當的擁塞限制、防止泛濫和偽裝攻擊、更優(yōu)的實時性能和多歸屬性支持。應用：像UDP，SCTP適于音頻和視頻的實時傳輸。像TCP，SCTP供應差錯限制和流量限制。SCTP：流限制傳輸協議StreamControlTransmissionProtocol網絡層Thenetworklayer網絡層負責從源到目的地（主機到主機）的數據包發(fā)送，它可能跨越多個網絡（鏈路）。網絡層保證每個數據包從源到目的地。網絡層負責單個數據包從源主機到目的主機的發(fā)送

i網絡層地址Network-layeraddressesFigure6.13網絡層地址從客戶端到服務器的數據包和從服務器返回的數據包須要網絡層地址。服務器地址由服務器供應，而客戶端地址是客戶端計算機所知道的。網絡層運用路由表找到下一跳的邏輯地址，把該地址傳給數據鏈路層，運用這個邏輯地址來找下一個路由器的數據鏈路層地址。路由選擇Routing網絡層有一個特殊的職責：路由選擇。即確定數據包的部分或全部路徑。因特網是LANs,WANs,MANs的集合，因此，從源到目的的數據包發(fā)送可能是幾個發(fā)送的組合：源到路由器的發(fā)送、路由器到路由器的發(fā)送、路由器到目的地的發(fā)送。路由基于目的地址和可用的最佳路徑來選擇。路由選擇的確定是由每個路由器做出的。當路由器A收到數據包時，檢查路由表，找尋最佳路途，路由表供應了下一跳路由器B的IP，當數據包到達B時，B再做出新的確定。Figure6.14網絡層的路由選擇網絡層協議Network-layerprotocolsInternetProtocol(IP)TCP/IP協議族中,網絡層的主協議是因特網協議InternetProtocol(IP).（IPV4、IPV6）IP地址是通過一個唯一的號碼和一個名字

識別機器的方法。INTERNETPROTOCOL（32位）000010100001100110101100000011115（點分十進制）在消息頭部，IPv4把源和目的的IP地址加到從應用層發(fā)來的數據包中，之后數據包準備傳輸。

IPv6長度：128位，一個IP地址由8部分組成，每一部分含16個地址位，以4個16進制書寫。轉換：IPv696個0位+32位IPv40000:0000:0000:0000:0000:0000:c038:0101IPv4網絡層Network-layerprotocolsIP供應了盡力而為的服務，它不保證數據包無誤到達或依次到達?？梢赃\用TCP或本身實現差錯限制來補充IP供應的服務。類似平信和掛號信.數據鏈路層

Datalinklayer網絡層數據包從源傳輸到目的可經過多個路由器。從一個節(jié)點到另一個節(jié)點傳送數據是數據鏈路層的職責。(這個節(jié)點可以是計算機或路由器)源A確定將數據包發(fā)送到路由器R1后，用數據幀封裝數據包，在包頭增加R1的數據鏈路層地址作為目的地址，源地址是A的數據鏈路層地址，然后發(fā)送數據包每個連接到該LAN的設備都收到該包，但只有R1打開它數據鏈路層負責數據幀的節(jié)點到節(jié)點的發(fā)送

iFigure6.15數據鏈路層的通信

數據鏈路層地址Data-linklayeraddressesFigure6.16數據鏈路層地址計算機A如何知道路由器R1的數據鏈路層地址？路由器R1如何知道路由器R4的數據鏈路層地址？可以靜態(tài)或動態(tài)地找到設備的數據鏈路層地址：靜態(tài):設備創(chuàng)建兩列表，存儲網絡層和數據鏈路層地址動態(tài):設備廣播一個包含有下一設備IP地址的特定數據包，并用這個IP詢問鄰居節(jié)點，鄰居返回其數據鏈路層地址。與IP地址不同，數據鏈路層地址不是通用的。每個數據鏈路層協議可能運用不同的地址格式和大小。以太網協議（主流局域網）運用48位地址，通常被寫成十六進制格式（分成6部分，每部分2位十六進制），如：通常稱為物理地址或介質訪問限制（MAC）地址數據鏈路層地址Data-linklayeraddresses物理層Physicallayer物理層完成在物理介質上傳輸二進制流所須要的功能數據鏈路層負責從一個節(jié)點到另一個節(jié)點的幀傳送物理層負責組成幀的二進制位從一個節(jié)點到另一個節(jié)點的傳送幀中的每個位被轉化為電磁信號，通過物理介質傳播Figure6.17物理層的職責層的總結SummaryoflayersTCP/IP協議中每層的職責和每層涉及的地址如圖所示.Figure6.18因特網中的四層地址Figure6.19運用TCP/IP模型的信息交換層的總結Summaryoflayers6-4因特網應用INTERNETAPPLICATIONSE-mail：電子郵件FTP：文件傳輸TELNET：遠程登錄WWW：萬維網其他：視頻會議、分組探討、閑聊電子郵件Electronic-mailFigure6.20電子郵件體系結構郵件發(fā)送：接受簡潔郵件傳輸協議SMTP，完成MTA客戶端向服務器端發(fā)送郵件郵件接收：發(fā)送過來的Email保留在郵件服務器中，接收者運用郵件訪問協議（POP3/IMAP）可以取走郵件電子郵件Electronic-mail郵件接收：POP（郵局協議）：客戶端發(fā)送用戶名和密碼來訪問郵箱取走郵件。不足：不允許在服務器上組織Email、不允許用戶在下載郵件前檢查其內容IMAP（因特網郵件訪問協議）：更強大、更困難。優(yōu)勢：下載前可檢查Email的頭下載前可搜尋Email的內容部分下載Email在郵件服務器上創(chuàng)建或刪除郵箱電子郵件Electronic-mailFigure6.21電子郵件地址郵件地址：本地部分@域名本地部分：定義了指定文件的名字，即用戶的郵箱域名：賜予每個郵件服務器的名字，來自域名系統DNS（Domainnamesystem）電子郵件Electronic-mail多用途因特網郵件擴充協議Multi-purposeInternetMailExtension(MIME)SMTP不能為不支持7位ASCII字符的語言(如：漢、法、日、德)運用，也不能用來發(fā)送音頻或視頻多用途因特網郵件擴充協議(MIME)是補充協議，允許非ASCII數據通過SMTP傳輸。MIME不是電子郵件協議，只是SMTP的擴展，不能替代SMTPFigure6.22多用途因特網郵件擴充協議

文件傳輸協議FileTransferProtocol(FTP)FTP是因特網上最常見任務的標準機制，用于從一臺計算機到另一臺計算機拷貝文件。在兩主機間建立兩個連接：一個傳輸數據，一個限制信息。吩咐和數據的分開傳輸使FTP效率更高?？蛻舳耍河脩艚涌凇⒖蛻舳讼拗七M程、數據傳輸進程。服務器端：服務器限制進程、服務器數據傳輸進程。Figure6.23文件傳輸協議遠程登錄Remotelogin–TELNET用戶須要能在遠程站點運行不同的應用程序，并把結果返回本地站點。一種方案是為每個服務創(chuàng)建不同的客戶/服務器應用程序，但是為每個特殊應用編寫客戶/服務器程序是不行能的。TELNET（terminalnetwork）多用途客戶/服務器程序，允許用戶訪問遠程計算機的任何應用程序。允許用戶登錄遠程PC，登錄后可運用遠程PC上可用的服務，并把結果返回到本地PC(PcAnywhere)TELNET使得可以建立與遠程系統的連接，讓本地終端看起來就像是直連到遠程系統的終端一樣。Figure6.24本地登錄當用戶登錄本地分時系統時，稱為本地登錄用戶在運行終端仿真程序的終端或工作站打字時，擊鍵被終端驅動程序接收，再把字符傳給操作系統。操作系統依次說明字符組合，調用所需的應用程序或工具。遠程登錄Remotelogin–TELNETFigure6.25遠程登錄遠程登錄Remotelogin–TELNET用戶傳送擊鍵給終端驅動程序，本地操作系統接收但不說明它們，將ASCII字符傳給TELNET客戶端，轉化為網絡虛擬終端NVT中的字符，發(fā)給本地TCP/IPTELNET服務器把每個NVT轉回ASCII，傳送給偽終端驅動程序。萬維網TheWorldWideWeb(WWW)WWW：萬維網WorldWideWeb(WWW“Web”)連接分布在世界各地信息的學問庫。WWW是一種分布式客戶/服務器服務，其中，客戶運用閱讀器訪問服務器的服務。不同于因特網供應的其它服務，WWW具有敏捷性、可移植性和用戶友好等特點。WWW供應的服務分布在很多地方，稱為Web站點。超文本和超媒體

HypertextandhypermediaWWW運用超文本和超媒體的概念。超文本:在超文本環(huán)境中，信息存儲在一種用鏈接連接在一起的文檔中，一個項通過鏈接與另一個文檔相關。正在閱讀文檔的用戶可以通過選擇（點擊）鏈接到另一個文檔的項，而轉到其他文檔中。超媒體:超媒體可包含圖片、聲音、視頻等。在Web上可用的超文本或超媒體的基本單元稱為頁面。超文本和超媒體Hypertextandhypermedia例子中有5個文檔可通過鏈接相互連接在一起。Figure6.26超文本WWW組成Figure6.27閱讀器結構閱讀器：限制器（接收來自鍵盤或鼠標的輸入）、客戶端程序（存取文檔）、說明器（在屏幕上顯示文檔）Web服務器：存儲全部屬于Web站點的頁面。超文本傳輸協議(HTTP)：用來存取萬維網中數據的協議Figure6.28HTTP事務HTTP用純文本、超文本、音頻、