計(jì)算機(jī)概論第五講：計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)

第五講

計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)

浙江理工大學(xué)

計(jì)算機(jī)技術(shù)教研部

2010年10月31日Sunday

Review

?計(jì)算原理

?二進(jìn)制信息表示

?計(jì)算機(jī)組成

操作系統(tǒng)

2

本講主要論題

?操作系統(tǒng)

C以“中央集權(quán)制”構(gòu)成的自治系統(tǒng)；

?計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)

在分布式環(huán)境下，各“自治系統(tǒng)”的互連和信息交

換問題。

3

Overview

通信原理概述（報(bào)文交換、電路交換）

?分組交換網(wǎng)絡(luò)

網(wǎng)絡(luò)分類

網(wǎng)絡(luò)協(xié)議和模型

信道、介質(zhì)和網(wǎng)絡(luò)設(shè)備

局域網(wǎng)（IEEE802系列協(xié)議）

網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器和軟件

4

參考條目

計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)

OSI模型

分組交換

MessageSwHching

CircuitSwHching

PacketSwitching

PaulBaranandtheOriginsoftheInternet

互聯(lián)網(wǎng)

5

習(xí)題

請將報(bào)文交換、電路交換和分組交換通信

過程作一比較，并說明使用分組交換作為

計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)通信的優(yōu)勢所在。

試將人際通信過程和OSI參考模型的各層協(xié)

議作一對比，論述在人際通信過程中的物

理媒體、差錯和流量控制、會話控制、表

示是如何實(shí)現(xiàn)的。

6

文交換（MessageSwitching）

郵政網(wǎng)絡(luò)

?郵政是人類最早使用的遠(yuǎn)距離通信方式

?信件：信息的載體（Message,報(bào)文）

?信封：報(bào)文頭部（主要為地址）

?信箱、郵筒：通信系統(tǒng)的用戶終端

?郵局和分揀：通信系統(tǒng)的存儲交換機(jī)構(gòu)

?郵車：信息的傳輸工具

服務(wù)：無連接（Connectionless）；有確認(rèn)

（掛號）和無確認(rèn)服務(wù)

7

報(bào)文交換：電報(bào)網(wǎng)絡(luò)

1844年SamuelMorse發(fā)明了電報(bào)

?電報(bào)網(wǎng)絡(luò)與郵政網(wǎng)絡(luò)的不同之處是：信息

的傳輸機(jī)制由物理實(shí)體運(yùn)輸變?yōu)殡妶?bào)碼的

線路傳輸

?只傳輸信息而不能傳輸實(shí)體

工作方式在邏輯上并無不同，統(tǒng)稱為報(bào)文

交換傳輸網(wǎng)絡(luò)

8

電路交換網(wǎng)絡(luò)（電話網(wǎng)絡(luò)）

1876年貝爾發(fā)明了電話

兩大不同點(diǎn)

C不但傳輸報(bào)文，而且可以實(shí)時傳輸語音

O面向連接的通信方式

信息傳遞網(wǎng)絡(luò)由電路交換機(jī)構(gòu)組成

9

電路交換(CircuitSwitching)

10

面向連接的通信服務(wù)

(Connection-OrientedService)

面向連接的通信過程

。建立連接

。通信

拆除連接

11

面向終端的網(wǎng)絡(luò)也是電路交換網(wǎng)絡(luò)的

一種

終

上LU

M

12

報(bào)文交換和電路交換的缺點(diǎn)

?報(bào)文長度不定，傳輸時延大，不支持面向

連接的即時通信；

線路交換建立線路時間長，建立后線路獨(dú)

占，帶寬固定，不適宜于突發(fā)，多進(jìn)程多

點(diǎn)連接的數(shù)據(jù)通信，可靠性低。

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計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)

?脫胎于美國國防部的ARPANet；

?采用分組交換為其通信機(jī)制；

支持無連接和面向連接(Connection-

Oriented)的通信方太，提供有確認(rèn)和無確

認(rèn)服務(wù)。

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信息分組

分組頭數(shù)據(jù)載荷

發(fā)送方過程

15

分組交換過程

采用“泛洪法”可以保證網(wǎng)絡(luò)的高可靠性!

16

分組還原組裝

到達(dá)

接收分組

提取數(shù)據(jù)

組裝報(bào)文

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分組交換(PacketSwitching)

?分組交換的出現(xiàn)

NuclearWar,ARPANET

?分組交換的規(guī)則

HotPotatoPrinciple"燙手山芋”規(guī)則

18

網(wǎng)絡(luò)類型

計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)并沒有統(tǒng)一的定義，隨著網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和

應(yīng)用的發(fā)展，網(wǎng)絡(luò)的概念也在不斷的變化

比較公認(rèn)的定義：計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)是將地理位置不同

的多個計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，通過通信設(shè)備和線路連接起

來，使用網(wǎng)絡(luò)軟件實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)中資源共享的系統(tǒng)

網(wǎng)絡(luò)中的計(jì)算機(jī)：

O具有獨(dú)立的處理能力的系統(tǒng)

O使用網(wǎng)絡(luò)是借助于網(wǎng)絡(luò)軟件的

它的主要目的是實(shí)現(xiàn)“資源共享”

按跨越的地理范圍，分局域網(wǎng)、城域網(wǎng)和廣域網(wǎng)

19

局域網(wǎng)及其拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)

局域網(wǎng)，LocalAreaNetwork,LAN

?是連接較小地理范圍內(nèi)的計(jì)算機(jī)組成的網(wǎng)絡(luò)

一般在幾公里內(nèi)的區(qū)域

最早的網(wǎng)絡(luò)雛形就是局域網(wǎng)：MIT的幾個學(xué)生通過電話線

把計(jì)算機(jī)連接起來，互相交流編程的心得

LAN的配置方式---拓?fù)洌═opology）結(jié)構(gòu)

局域網(wǎng)主要有星型、總線型、環(huán)型和樹型

拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)與傳輸介質(zhì)和介質(zhì)訪問控制技術(shù)密切相

關(guān)，它影響著整個網(wǎng)絡(luò)的設(shè)計(jì)、功能以及費(fèi)用等

各方面

局域網(wǎng)絡(luò)的特性就是媒體共享訪問控制

20

星型網(wǎng)、總線型網(wǎng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)

21

環(huán)網(wǎng)、樹型網(wǎng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)

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城域網(wǎng)

MAN,MetropolitanAreaNetwork

在一個城市及周邊地區(qū)建設(shè)數(shù)據(jù)通信設(shè)

施，構(gòu)建覆蓋整個城市區(qū)域的網(wǎng)絡(luò)，以滿

足城市建設(shè)和居民對信息服務(wù)的需求

光纜為MAN主干，帶寬高，城市中設(shè)施使

用專用的光纜線路——管理和服務(wù)需要

我國的城市信息化建設(shè)在近年間發(fā)展迅

速，中、大城市都建有城域網(wǎng)

23

MAN示意圖

24

廣域網(wǎng)

WAN,WideAreaNetwork

?從地域上看，WAN的范圍沒有限制

C如Internet就是最大的廣域網(wǎng)

理論上，只要兩個以上的局域網(wǎng)實(shí)現(xiàn)互

連，所形成的網(wǎng)絡(luò)就是廣域網(wǎng)

?城域網(wǎng)也屬于廣域網(wǎng)的范疇

廣域網(wǎng)實(shí)現(xiàn)在不同網(wǎng)絡(luò)間的通信

25

WAN示意圖

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“禮2網(wǎng)絡(luò)協(xié)議和模型

?協(xié)議：行為規(guī)范，禮，約定，規(guī)程…

網(wǎng)絡(luò)及設(shè)備是基于“協(xié)議”(Protocol)的，也

就是按協(xié)議工作

?協(xié)議模型：標(biāo)準(zhǔn)和通信規(guī)程體系

?網(wǎng)絡(luò)協(xié)議大多數(shù)是在網(wǎng)絡(luò)技術(shù)發(fā)展過程中

由網(wǎng)絡(luò)設(shè)備或網(wǎng)絡(luò)軟件公司定義開發(fā)的

網(wǎng)絡(luò)模型由標(biāo)準(zhǔn)化組織制定的用于網(wǎng)絡(luò)結(jié)

構(gòu)設(shè)計(jì)

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“禮”的等級制度：OSI參考模型

OSI模型----OpenSystemInterconnectReference

Model——也被書寫為OSI/RM

?也叫七層模型

物理層(PhysicalLayer)

數(shù)據(jù)鏈路層(DataLinkLayer)

網(wǎng)絡(luò)層(NetworkLayer)

傳輸層(TransportLayer)

會話層(SessionLayer)

表示層(PresentationLayer)

應(yīng)用層(ApplicationLayer)

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網(wǎng)絡(luò)

網(wǎng)絡(luò)層

C

物理介質(zhì)

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物理層

?使用物理信號對0,1進(jìn)行編碼，并通過介質(zhì)發(fā)送

接收。

c媒體的物理性狀（光、電、量子）

。電氣和機(jī)械標(biāo)準(zhǔn)（電壓、插頭插座…）

00,1的物理編碼（跳變、電平、調(diào)制）

C信號控制規(guī)程（發(fā)送、接收）

基本傳輸單位：比特（bit）

比特流比特流

100011010----------100011010

—>調(diào)制接口驅(qū)動介質(zhì)—接口驅(qū)動------?解調(diào)--------?

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物理信道的重要指標(biāo)

?數(shù)據(jù)傳輸速率:：單位時間內(nèi)傳輸?shù)亩M(jìn)制位數(shù)

bps(bitpersecond)------比特率

Cbaudrate,波特率---每秒鐘傳送的脈沖數(shù)

?帶寬(Bandwidth)：信道每秒鐘傳輸?shù)臄?shù)據(jù)量

語音帶寬(VoiceBand)

中等帶寬(MediumBand)

寬帶(Broadband)

帶寬意味著“能夠達(dá)到的”，但不一定需要和傳輸

速率一致

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調(diào)制解調(diào)器

通過公用電話網(wǎng)通信線路，語音信號——模擬量

計(jì)算機(jī)數(shù)字信號——“調(diào)制”為適合電話線上傳播的

“載波”信號

VWA/VWWW

Modem進(jìn)行數(shù)學(xué)和稹擬信號的轉(zhuǎn)攪?

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網(wǎng)絡(luò)接口卡NIC

NIC插在計(jì)算機(jī)主板的擴(kuò)展槽中，通過網(wǎng)線與網(wǎng)

絡(luò)相連

主要功能：串、并數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換、數(shù)據(jù)包的裝配和拆

裝、網(wǎng)絡(luò)的存取控制即網(wǎng)絡(luò)信號的產(chǎn)生等

接入LAN的計(jì)算機(jī)，網(wǎng)卡是必須的

NIC有一個唯一的48位物理地址——MAC（介質(zhì)

址,形如“00-00-E8-51-0E-7C”

生產(chǎn)廠商

一商自行分配給網(wǎng)卡的唯一號碼

AC地址流量計(jì)量和故障定位的

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常見的物理層通信介質(zhì)

雙絞線

同軸電纜

光纖

微波

衛(wèi)星

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雙絞線

雙絞線(TwistedPairCable,TP)是網(wǎng)絡(luò)

中最常用的傳輸介質(zhì)

Q

35

同軸電纜

同軸電纜(CoaxialCable)

■屏蔽性好，抗干擾——電視傳輸所用

一同軸電纜又分粗纜和細(xì)纜

BNC接頭

本體芯保護(hù)

國^口與T形遙段)—>皎皮

芯線

金屬金屬

插針

屏蔽套筒

眼忌

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光纖

OpticalFiber,光纖，光纜

電磁絕緣性能好，頻帶寬，尸iber-oprtic

C&toIe

速度快，距離長，抗干擾保

密性能好

尸iber-ojortic

?室內(nèi)、室外

單模光纖

(SingleMode聚乙烯外護(hù)套

Fiber,SMF,2-10KM)包帶

埴充復(fù)合物

和多模光纖(MultiMode雷塑復(fù)合帶

Fiber,MMF,2KM以內(nèi))松套管光纖

鋼絲

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無線傳輸

無線傳輸

無線電短波通信

微波和衛(wèi)星通信

紅外線傳輸

1945,英國作家克拉克

(ArthurClarke)預(yù)言在地球

35860KM的高空部署3顆同步

衛(wèi)星可組成全球通信網(wǎng)

1964年有了第一顆同步電視

衛(wèi)星。克拉克被尊稱為“衛(wèi)星

通信之父”

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通信衛(wèi)星

衛(wèi)星

碟型天線

收發(fā)器

計(jì)算機(jī)

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相關(guān)的物理層設(shè)備

中繼器：信號放大，實(shí)現(xiàn)介質(zhì)的延仰

中繼器

集線器：實(shí)現(xiàn)介質(zhì)的并聯(lián),形成共享總線。

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數(shù)據(jù)鏈路層

?在端到端兩點(diǎn)之間的物理信道上實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)

傳輸?shù)牟铄e和流量控制。

基本的傳輸單位：幀(frame)

幀是若干比特的集合，它是一個信息的片

段，幀與幀之間是無關(guān)聯(lián)的。幀中承載的

是網(wǎng)絡(luò)層的分組。

幀的長度由各標(biāo)準(zhǔn)制定。以太網(wǎng)幀的長度

幀頭部載荷校驗(yàn)

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重要的鏈路層設(shè)備

交換機(jī)：實(shí)現(xiàn)幀在不同MAC地址間的存

儲轉(zhuǎn)發(fā)。

端口間物理信號不沖突，由MAC地址決

o?=1y8

圜％C?畫0000口

________0。。。。\

。

。

X

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42

網(wǎng)絡(luò)層

?實(shí)現(xiàn)互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)內(nèi)主機(jī)到主機(jī)的分組傳輸

?核心問題：路由和擁塞控制

?網(wǎng)絡(luò)層基本傳輸單位：分組

分組遞交給數(shù)據(jù)鏈路層，成為“幀”的載荷。

43

IP地址

Ip地址用來標(biāo)識因特網(wǎng)中每一臺主機(jī)

IPv4地址長度為32位二進(jìn)制數(shù)，分成4個

位二進(jìn)制組，由分隔

用點(diǎn)分十進(jìn)制數(shù)來表示，每八位表示為5255

IP地址由兩部分構(gòu)成：網(wǎng)絡(luò)號、主機(jī)號

Internet的網(wǎng)絡(luò)地址主要分為三類，A、B、

C

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IP地址

1101001100000000001100000010100

0

|1VJ

\____/-------------------------____________________________________________/

Y

C類地址網(wǎng)絡(luò)號

210322420

子網(wǎng)掩碼：表示網(wǎng)絡(luò)號的長度

2552552550

域名：dns.zist.

45

路由器

Router----廣域網(wǎng)(Internet)互連設(shè)備

為經(jīng)過路由器的數(shù)據(jù)尋找一條最佳傳輸路

徑，并將該數(shù)據(jù)傳送到目的地點(diǎn)

在路由器中保存著各種傳輸路徑的相關(guān)數(shù)

據(jù)----解徑表(RoutingTable)，供廨由

時選擇使用

路由表中含有所連接網(wǎng)絡(luò)的信息、網(wǎng)上路

由器的個數(shù)、下一個路由器的名字等內(nèi)容

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Router連接網(wǎng)絡(luò)的示意圖

LAN

47

網(wǎng)關(guān)和路由器

Internet

48

域名系統(tǒng)(DNS)

網(wǎng)絡(luò)上主機(jī)標(biāo)識可表示成：IP地址和域名地

址

格式：

主機(jī)名.三級域名.二級域名.頂級域名

4口：WWW.ZStU.edU.cn(24)

頂級域名一般為機(jī)構(gòu)性域名和地理性域名P284表4J

Internet上一般每個子域都有域名服務(wù)器，

包含該子域的全體域名和地址信息，負(fù)責(zé)域

名與IP地址之間的轉(zhuǎn)換49

傳輸層協(xié)議

?主要功能：實(shí)現(xiàn)不同主機(jī)進(jìn)程之間的通信

?流量與差錯控制

?使用端口號表示不同的進(jìn)程

將進(jìn)程提交的報(bào)文切割成片段，加入控制

頭部后成為分組的載荷交網(wǎng)絡(luò)層傳輸。

50

端口示意圖

HTTP協(xié)議服務(wù)端口號：80

FTP協(xié)議服務(wù)端口號：21

標(biāo)識互聯(lián)網(wǎng)上進(jìn)程的方法：IP地址:端口號

:21

51

其它各層（并非事實(shí)標(biāo)準(zhǔn)）

?會話層：控制進(jìn)程間數(shù)據(jù)交互過程的邏輯