计算机网络ppt课件超长版全解.ppt

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1、1.1 1.1 计算机网络在信息时代中的作用计算机网络在信息时代中的作用 2121世纪的一些重要特征就是数字化、网络世纪的一些重要特征就是数字化、网络化和信息化，它是一个以化和信息化，它是一个以网络网络为为核心核心的信息的信息时代；时代；网络现已成为信息社会的命脉和发展知识网络现已成为信息社会的命脉和发展知识经济的重要经济的重要基础基础；第一章第一章 网络是指网络是指“三网三网”，即电信网络、有线电，即电信网络、有线电视网络和计算机网络；发展最快的并起到核视网络和计算机网络；发展最快的并起到核心作用的是计算机网络；心作用的是计算机网络；进入进入 20 20 世纪世纪 90 90 年代以后，以因

2、特网为年代以后，以因特网为代表的计算机网络得到了飞速的发展。代表的计算机网络得到了飞速的发展。计算机网络向用户提供的最重要的计算机网络向用户提供的最重要的功能功能 （1）连通性）连通性计算机网络使上网用户之间计算机网络使上网用户之间都可以交换信息，好像这些用户的计算机都都可以交换信息，好像这些用户的计算机都可以彼此直接连通一样；可以彼此直接连通一样；（2）共享共享即资源共享。主要包括硬件共即资源共享。主要包括硬件共享、软件共享和信息（数据）共享，尤其是享、软件共享和信息（数据）共享，尤其是数据共享，作用特别突出。数据共享，作用特别突出。1.2 1.2 因特网概述因特网概述 一、一、网络的网络网

3、络的网络 1.1.起源于美国的起源于美国的因特网因特网（Internet）现已发）现已发展成为世界上最大的国际性计算机互联网；展成为世界上最大的国际性计算机互联网；2.几个概念几个概念 （1）网络，是由若干结点网络，是由若干结点(node)(node)和连接这和连接这些结点的链路些结点的链路(link)(link)组成；组成；（2 2）互联网（互联网（internet）是）是“网络的网络网络的网络”,是由多个计算机网络互连而成的网络；是由多个计算机网络互连而成的网络；（3）连接在因特网上的计算机都称为主机连接在因特网上的计算机都称为主机(host)(host)；二、因特网发展的三个阶段二、因特

4、网发展的三个阶段 1.第一阶段第一阶段 （1）从单个网络从单个网络ARPANET向互联网发展向互联网发展;（2）19831983年年TCP/IP协议成为协议成为ARPANET上上的标准协议，人们把的标准协议，人们把19831983年年作为因特网的诞生作为因特网的诞生时间；时间；（3 3）internetinternet和和InternetInternet的区别：的区别：internetinternet（互连网）是一个（互连网）是一个通用通用名词，它名词，它泛指由多个计算机网络互连而成的网络；泛指由多个计算机网络互连而成的网络；InternetInternet（因特网）则是一个（因特网）则是一个

5、专用专用名词，名词，它是当前全球最大的、由众多网络互连而成它是当前全球最大的、由众多网络互连而成的特定计算机网络，它采用的特定计算机网络，它采用TCP/IP协议；协议；2.第二阶段第二阶段 （1）特点是建成了三级结构的因特网；）特点是建成了三级结构的因特网；（2）三级计算机网络，分为主干网、地区）三级计算机网络，分为主干网、地区网和校园网（或企业网）；网和校园网（或企业网）；3.第三阶段第三阶段 （1 1）特点是逐渐形成了多层次）特点是逐渐形成了多层次ISPISP结构的因结构的因特网；特网；（2 2）出现因特网服务提供者）出现因特网服务提供者ISP(Internet(Internet Serv

6、ice Provider)Service Provider)；一级 ISP一级 ISP第一层 ISP大公司本地 ISP大公司大公司公司本地 ISP本地 ISP校园网校园网校园网校园网第二层 ISP第二层 ISPNAPNAPAB主机主机A 本地本地 ISP 第二层第二层 ISP NAP 第一层第一层 ISP NAP 第二层第二层 ISP 本地本地 ISP 主机主机B第一层 ISP第二层 ISP本地 ISP本地 ISP本地 ISP本地 ISP第一层 ISP第一层第二层第三层本地 ISP第二层 ISP本地 ISP本地 ISP本地 ISP本地 ISP第二层 ISP本地 ISP本地 ISP第二层 ISP

7、 从上图可以看出，因特网已演变为基于从上图可以看出，因特网已演变为基于ISP和和NAP的多层次结构网络；的多层次结构网络；相隔较远的两个主机的通信可能需要经过多相隔较远的两个主机的通信可能需要经过多个个ISP（如主机（如主机A与主机与主机B之间的通信）；之间的通信）；（3）万维网万维网 WWW 的问世的问世 因特网的迅猛发展始于因特网的迅猛发展始于2020纪纪9090年代，由欧洲年代，由欧洲原子核研究组织原子核研究组织CERN开发的万维网开发的万维网 WWW(World Wide Web)(World Wide Web)被广泛使用在因特网上，大被广泛使用在因特网上，大大方便了广大非网络专业人员

8、对网络的使用，大方便了广大非网络专业人员对网络的使用，成为因特网的这种指数级增长的主要驱动力。成为因特网的这种指数级增长的主要驱动力。1.3 1.3 因特网的组成因特网的组成 从因特网的工作方式上看，可以划分为以下从因特网的工作方式上看，可以划分为以下的两大块：的两大块：(1)(1)边缘部分：由所有连接在因特网上的主边缘部分：由所有连接在因特网上的主机组成。这部分是用户直接使用的，用来进行机组成。这部分是用户直接使用的，用来进行通信（传送数据、音频或视频）和资源共享；通信（传送数据、音频或视频）和资源共享；(2)(2)核心部分：由大量网络和连接这些网络核心部分：由大量网络和连接这些网络的路由器

9、组成。这部分是为边缘部分提供服务的路由器组成。这部分是为边缘部分提供服务的（提供连通性和交换）；的（提供连通性和交换）；因特网的核心部分因特网的边缘部分主机网络路由器因特网的边缘部分与核心部分 一、因特网的边缘部分一、因特网的边缘部分 处在因特网边缘的部分就是连接在因特网上处在因特网边缘的部分就是连接在因特网上的所有的主机，这些主机又称为的所有的主机，这些主机又称为端端系统。系统。“主机主机A和主机和主机B进行通信进行通信”，实际上是指：，实际上是指：“运行在主机运行在主机A上的某个程序和运行在主机上的某个程序和运行在主机B上的另一个程序进行通信上的另一个程序进行通信”。由于由于“进程进程”就

10、是运行着的程序，因此，也就是运行着的程序，因此，也称为称为“主机主机A的某个进程和主机的某个进程和主机B上的另一个上的另一个进程进行通信进程进行通信”。或简称为。或简称为“计算机之间通信计算机之间通信”。在网络边缘的端系统中运行的程序之间的在网络边缘的端系统中运行的程序之间的通通信方式信方式通常可划分为两大类：通常可划分为两大类：（1 1）客户服务器方式，即）客户服务器方式，即Client/Server方方式，简称式，简称C/S方式方式；（2 2）对等方式，即）对等方式，即Peer-to-PeerPeer-to-Peer方式，简方式，简称称P2P方式方式；1.1.客户服务器方式客户服务器方式

11、（1 1）概述）概述 客户客户(client)(client)和服务器和服务器(server)(server)都是指通信都是指通信中所涉及的两个应用中所涉及的两个应用进程进程；客户服务器方式所描述的是进程之间服务和客户服务器方式所描述的是进程之间服务和被服务的关系；被服务的关系；客户是服务的请求方，服务器是服务的提供客户是服务的请求方，服务器是服务的提供方。方。运行客户程序网络边缘网络核心运行服务器程序AB 请求服务 得到服务客户服务器客户 A 向服务器 B 发出请求服务，而服务器 B 向客户 A 提供服务。（2）客户软件的特点）客户软件的特点 被调用后，在打算通信时主动向远地服务器被调用后，

12、在打算通信时主动向远地服务器发起通信（请求服务），因此，客户程序必须发起通信（请求服务），因此，客户程序必须知道服务器程序的地址；知道服务器程序的地址；（3）服务器软件的特点）服务器软件的特点 一种专门用来提供某种服务的程序，可同时一种专门用来提供某种服务的程序，可同时处理多个远地或本地客户的请求；处理多个远地或本地客户的请求；系统启动后即一直不断地运行着，被动地等系统启动后即一直不断地运行着，被动地等待并接受来自各地的客户的通信请求。因此，待并接受来自各地的客户的通信请求。因此，服务器程序不需要知道客户程序的地址；服务器程序不需要知道客户程序的地址；需要强大的硬件和高级的操作系统支持；需要强

13、大的硬件和高级的操作系统支持；2.2.对等连接方式对等连接方式 （1 1）概述）概述 对等连接（对等连接（P2P）是指两个主机在通信时并）是指两个主机在通信时并不区分哪一个是服务请求方还是服务提供方；不区分哪一个是服务请求方还是服务提供方；只要两个主机都运行了对等连接软件（只要两个主机都运行了对等连接软件（P2P 软件），它们就可以进行平等的、对等连接通软件），它们就可以进行平等的、对等连接通信；信；在对等连接方式下，双方都可以下载对方已在对等连接方式下，双方都可以下载对方已经存储在硬盘中的共享文档；经存储在硬盘中的共享文档；（2）对等连接方式的特点）对等连接方式的特点 对等连接方式从本质上看

14、仍然是使用客户服对等连接方式从本质上看仍然是使用客户服务器方式，只是对等连接中的每一个主机既是务器方式，只是对等连接中的每一个主机既是客户又同时是服务器；客户又同时是服务器；例如，主机例如，主机C 请求请求D的服务时，的服务时，C是客户，是客户，D D 是服务器。但如果是服务器。但如果C又同时向又同时向F提供服务，那么提供服务，那么C又同时起着服务器的作用又同时起着服务器的作用；网络边缘网络核心运行P2P 程序运行P2P 程序DCEF运行P2P 程序运行P2P 程序 二、因特网的核心部分、因特网的核心部分 （1 1）网络核心部分是因特网中最复杂的部）网络核心部分是因特网中最复杂的部分；分；（2

15、 2）网络中的核心部分要向网络边缘中的）网络中的核心部分要向网络边缘中的大量主机提供连通性，使边缘部分中的任何一大量主机提供连通性，使边缘部分中的任何一个主机都能够向其他主机通信（即传送或接收个主机都能够向其他主机通信（即传送或接收各种形式的数据）；各种形式的数据）；（3 3）在网络核心部分起特殊作用的是）在网络核心部分起特殊作用的是路由路由器器；路由器是实现分组交换的关键构件，其任；路由器是实现分组交换的关键构件，其任务是转发收到的分组，这是网络核心部分最重务是转发收到的分组，这是网络核心部分最重要的功能。要的功能。1.1.电路交换的概念电路交换的概念 两部电话机只需要用两部电话机只需要用一

16、对一对电线就能够互相连电线就能够互相连接起来；接起来；更多的电话机互相连通时，例如，更多的电话机互相连通时，例如，5 5 部电话机部电话机两两相连，需两两相连，需 1010 对电线；对电线；N 部电话机两两相连，需部电话机两两相连，需 N(N 1)/2 对电线对电线;当电话机的数量很大时，这种连接方法需要的当电话机的数量很大时，这种连接方法需要的电线对的数量与电话机数的平方成正比。电线对的数量与电话机数的平方成正比。当电话机的数量增当电话机的数量增多多时，就要使用时，就要使用交换机交换机来完来完成全网的交换任务；成全网的交换任务；交换机 电路交换的特点：电路交换的特点：（1 1）电路交换必定是

17、）电路交换必定是面向连接面向连接的；的；（2 2）电路交换的）电路交换的三个三个阶段：阶段：建立连接建立连接 通信通信 释放连接释放连接电路交换举例电路交换举例1：A 和和 B 通话经过四个交换通话经过四个交换机，机，通话在通话在 A 到到 B 的连接上进行；的连接上进行；交换机交换机交换机交换机用户线用户线用户线用户线中继线中继线中继线中继线BDCA电路交换举例电路交换举例2 2：C 和和 D通话只经过一个本地通话只经过一个本地交换机，通话在交换机，通话在 C 到到 D 的连接上进行；的连接上进行；交换机交换机交换机交换机用户线用户线用户线用户线中继线中继线中继线中继线BDCA 电路交换传送

18、计算机数据电路交换传送计算机数据效率效率低，是因为低，是因为计算机通信的数据具有突发性，导致通信线计算机通信的数据具有突发性，导致通信线路的利用率很低。路的利用率很低。2.分组交换的概念分组交换的概念 在发送端，先把较在发送端，先把较长长的报文的报文划分划分成较成较短短的、的、固定长度固定长度的数据段；的数据段；报文1101000110101010110101011100010011010010假定这个报文较长不便于传输在每一个数据段前面添加上在每一个数据段前面添加上首部首部构成分组构成分组数 据数 据数 据报文首部首部首部分组 1分组 2分组 3请注意：现在左边是请注意：现在左边是“前面前面

19、”第二步，分组交换网以第二步，分组交换网以“分组分组”作为数据传作为数据传输单元；输单元；依次依次把各分组发送到接收端（假定把各分组发送到接收端（假定接收端在左边）。接收端在左边）。数 据首部分组 1数 据首部分组 2数 据首部分组 3 每一个每一个分组分组的首部都含有的首部都含有地址地址等控制信息等控制信息;分组交换网中的结点分组交换网中的结点交换机交换机根据收到的分根据收到的分组的首部中的地址信息，把分组组的首部中的地址信息，把分组转发转发到下一到下一个结点交换机；个结点交换机；用这样的用这样的存储转发存储转发方式，最后分组就能到方式，最后分组就能到达最终目的地；达最终目的地；H1H5H2

20、H4H3H6发送的分组路由器AEDBC通信子网主机接收端收到分组后接收端收到分组后剥去首部剥去首部还原成报文还原成报文数 据首部分组 1数 据首部分组 2数 据首部分组 3收到的数据最后，在接收端把收到的数据恢复成为最后，在接收端把收到的数据恢复成为原来原来的报文的报文；数 据数 据数 据报文1101000110101010110101011100010011010010这里假定这里假定分组分组在传输过程中没有出现差错，在传输过程中没有出现差错，在转发时也没有被丢弃。在转发时也没有被丢弃。3.因特网的核心部分因特网的核心部分 （1）因特网的核心部分是由许多网络和把）因特网的核心部分是由许多网络

21、和把它们互连起来的它们互连起来的路由器路由器组成，而主机处在因特组成，而主机处在因特网的边缘部分；网的边缘部分；（2）在因特网核心部分的路由器之间一般）在因特网核心部分的路由器之间一般都用都用高速链路高速链路相连接，而在网络边缘的主机接相连接，而在网络边缘的主机接入到核心部分则通常以相对较低速率的链路相入到核心部分则通常以相对较低速率的链路相连接；连接；（3）主机的用途是为用户进行信息处理，）主机的用途是为用户进行信息处理，并可以和其他主机通过网络交换信息；路由器并可以和其他主机通过网络交换信息；路由器的用途是用来转发分组的，即进行分组交换。的用途是用来转发分组的，即进行分组交换。H1H5H2

22、H4H3H6路由器网络网络核心部分主机H1H5H2H4H3H6发送的分组路由器AEDBC网络核心部分主机分组交换网的示意图分组交换网的示意图H1A互联网BDECH5H6H4H2H3H1 向 H5 发送分组H2 向 H6 发送分组注意分组路径的变化！路由器主机分组的存储转发过程分组的存储转发过程H1A互联网BDECH5H6H4H2H3H1 向 H5 发送分组路由器主机在路由器 A 暂存查找转发表找到转发的端口在路由器 C 暂存查找转发表找到转发的端口在路由器 E 暂存查找转发表找到转发的端口最后到达目的主机 H5 （4）路由器）路由器 在路由器中的输入和输出端口之间没有直接在路由器中的输入和输出

23、端口之间没有直接连线；连线；路由器处理分组的过程是：把收到的分组先路由器处理分组的过程是：把收到的分组先放入放入缓存缓存（暂时存储），查找（暂时存储），查找转发转发表，找出到表，找出到某个目的地址应从哪个端口转发，然后把分组某个目的地址应从哪个端口转发，然后把分组送到适当的端口转发出去；送到适当的端口转发出去；主机和路由器的作用不同。主机是为用户进主机和路由器的作用不同。主机是为用户进行信息处理的，并向网络发送分组，从网络接行信息处理的，并向网络发送分组，从网络接收分组；路由器对分组进行收分组；路由器对分组进行存储转发存储转发，最后把，最后把分组交付目的主机。分组交付目的主机。（5）分组交换的

24、优点）分组交换的优点 高效，动态分配传输带宽，对通信链路是逐高效，动态分配传输带宽，对通信链路是逐段占用；段占用；灵活，以分组为传送单位和查找路由；灵活，以分组为传送单位和查找路由；迅速，不必先建立连接就能向其他主机发送迅速，不必先建立连接就能向其他主机发送分组；分组；可靠，保证可靠性的网络协议；分布式的路可靠，保证可靠性的网络协议；分布式的路由选择协议使网络有很好的生存性。由选择协议使网络有很好的生存性。（6）分组交换带来的问题）分组交换带来的问题 分组在各结点存储转发时需要排队，这就会分组在各结点存储转发时需要排队，这就会造成一定的造成一定的时延时延；分组必须携带的首部（里面有必不可少的控

25、分组必须携带的首部（里面有必不可少的控制信息）也造成了一定的开销；制信息）也造成了一定的开销；4.4.报文交换报文交换 （1 1）早在）早在2020世纪世纪4040年代，电报通信也采用了年代，电报通信也采用了基于存储转发原理的报文交换，因此，基于存储转发原理的报文交换，因此，存储转存储转发原理不是新概念；发原理不是新概念；（2）报文交换的）报文交换的时延较长时延较长，从几分钟到几，从几分钟到几小时不等，现在报文交换已很少有人使用了；小时不等，现在报文交换已很少有人使用了；三种交换的比较三种交换的比较 P1P2P3P4P1P2P3P4P3P4报文报文报文A B C D A B C DA B C

26、D报文交换电路交换分组交换t连接建立数据传送报文P2P1连接释放数据传送的特点比特流直达终点报文报文报文分组 分组 分组存储转发存储转发存储转发存储转发 三、计算机网络的产生背景三、计算机网络的产生背景 1.概述概述 （1）是是2020世纪世纪6060年代美苏冷战时期的产物年代美苏冷战时期的产物;（2 2）传统的电路交换的电信网有一个缺点传统的电路交换的电信网有一个缺点:正在通信的电路中有一个交换机或有一条链路正在通信的电路中有一个交换机或有一条链路被炸毁，则整个通信电路就要中断；被炸毁，则整个通信电路就要中断；（3）如要改用其他迂回电路，必须重新拨如要改用其他迂回电路，必须重新拨号建立连接，

27、这将要延误一些时间；号建立连接，这将要延误一些时间；（4）网络用于计算机之间的数据传送，网络用于计算机之间的数据传送，网网络的结构应当尽可能地简单，同时还能够非常络的结构应当尽可能地简单，同时还能够非常可靠地传送数据。可靠地传送数据。2.2.ARPANET使网络的概念发生变化使网络的概念发生变化 （1）早期的面向终端的计算机网络是以单个）早期的面向终端的计算机网络是以单个主机为中心的星形网，各终端通过通信线路共主机为中心的星形网，各终端通过通信线路共享昂贵的中心主机的硬件和软件资源；享昂贵的中心主机的硬件和软件资源；（2 2）分组交换网则是以网络为中心，主机分组交换网则是以网络为中心，主机都处

28、在网络的外围；用户通过分组交换网可共都处在网络的外围；用户通过分组交换网可共享连接在网络上的许多硬件、软件和数据资源；享连接在网络上的许多硬件、软件和数据资源；从主机为中心到以网络为中心从主机为中心到以网络为中心主机主机终端终端以主机为中心以分组交换网为中心心主机主机分组交换网分组交换网1.4 1.4 计算机网络在我国的发展计算机网络在我国的发展(1)(1)中国公用计算机互联网中国公用计算机互联网 CHINANET(2)(2)中国教育和科研计算机网中国教育和科研计算机网 CERNET(3)(3)中国科学技术网中国科学技术网 CSTNET(4)(4)中国联通互联网中国联通互联网 UNINET(5

29、)(5)中国网通公用互联网中国网通公用互联网 CNCNET(6)(6)中国国际经济贸易互联网中国国际经济贸易互联网 CIETNET(7)(7)中国移动互联网中国移动互联网 CMNET(8)(8)中国长城互联网中国长城互联网 CGWNET（建设中）（建设中）(9)(9)中国卫星集团互联网中国卫星集团互联网 CSNET（建设中）（建设中）1.5 1.5 计算机网络的分类计算机网络的分类 一、一、不同作用范围的网络不同作用范围的网络 广域网广域网 WAN(Wide Area Network)(Wide Area Network)局域网局域网 LAN(Local Area Network)(Local

30、 Area Network)城域网城域网 MAN(Metropolitan Area Network)(Metropolitan Area Network)个人区域网个人区域网 PAN(Personal Area Network)(Personal Area Network)二、二、不同使用者的网络不同使用者的网络 公用网公用网 (public network)(public network)专用网专用网 (private network)(private network)1.6 计算机网络的性能计算机网络的性能 一、计算机网络的性能指标一、计算机网络的性能指标 1.1.速率速率 （1 1）比

31、特（）比特（bitbit），一个比特就是二进制数），一个比特就是二进制数字中的一个字中的一个 1 1 或或 0 0；（2 2）速率，即数据率或比特率，是计算机网）速率，即数据率或比特率，是计算机网络中最重要的一个性能指标；速率的单位是络中最重要的一个性能指标；速率的单位是 b/s，或，或kb/s,Mb/s,Gb/s 等；等；2.2.带宽，本来是指信号的频带宽度，带宽，本来是指信号的频带宽度，现在现在指指数字信道所能传送的数字信道所能传送的“最高数据率最高数据率”，单位是，单位是“比特每秒比特每秒 b/s”；3.3.吞吐量吞吐量 （1 1）吞吐量表示在单位时间内通过某个网吞吐量表示在单位时间内通

32、过某个网络（或信道、接口）的数据量；络（或信道、接口）的数据量；（2）吞吐量受网络的带宽或网络的额定速）吞吐量受网络的带宽或网络的额定速率的限制；率的限制；4.4.时延时延 （1 1）传输时延（发送时延），发送数据时，）传输时延（发送时延），发送数据时，数据块从结点进入到传输媒体所需要的时间。数据块从结点进入到传输媒体所需要的时间。也就是从发送数据帧的第一个比特算起，到该也就是从发送数据帧的第一个比特算起，到该帧的最后一个比特发送完毕所需的时间。帧的最后一个比特发送完毕所需的时间。（2 2）传播时延，电磁波在信道中需要传播）传播时延，电磁波在信道中需要传播一定的距离而花费的时间；一定的距离而花

33、费的时间；发送时延=数据块长度（比特）信道带宽（特/秒）传播时延=信道长度（米）信号在信道上传播速率（米/秒）信号传输速率（即发送速率）和信号在信道上信号传输速率（即发送速率）和信号在信道上的传播速率是完全不同的概念；的传播速率是完全不同的概念；（3 3）处理时延，交换结点为存储转发而进）处理时延，交换结点为存储转发而进行一些必要的处理所花费的时间；行一些必要的处理所花费的时间；（4 4）排队时延，结点缓存队列中分组排队）排队时延，结点缓存队列中分组排队所经历的时延；排队时延的长短往往取决于网所经历的时延；排队时延的长短往往取决于网络中当时的通信量；络中当时的通信量；数据经历的总时延就是发送时

34、延、传播时延、数据经历的总时延就是发送时延、传播时延、处理时延和排队时延之和：处理时延和排队时延之和：总时延=发送时延+传播时延+处理时延+排队时延四种时延所产生的地方四种时延所产生的地方 1 0 1 1 0 0 1发送器队列在链路上产生传播时延结点 B结点 A在发送器产生传输时延(即发送时延)数据从结点从结点 A 向结点向结点 B 发送数据发送数据链路在结点 A 中产生处理时延和排队时延 （5 5）容易产生的错误概念容易产生的错误概念 对于高速网络链路，我们提高的仅仅是数据对于高速网络链路，我们提高的仅仅是数据的发送速率而不是比特在链路上的传播速率；的发送速率而不是比特在链路上的传播速率；提

35、高链路带宽减小了数据的发送时延；提高链路带宽减小了数据的发送时延；二、计算机网络的非性能特征二、计算机网络的非性能特征 1.1.费用费用 2.2.质量质量 3.3.标准化标准化 4.4.可靠性可靠性 5.5.可扩展性和可升级性可扩展性和可升级性 6.6.易于管理和维护易于管理和维护1.7 计算机网络的体系结构计算机网络的体系结构 一、计算机网络体系结构的形成一、计算机网络体系结构的形成 1.1.相互通信的两个计算机系统必须高度协调相互通信的两个计算机系统必须高度协调工作才行，而这种工作才行，而这种“协调协调”是相当复杂的；是相当复杂的；2.2.应用应用“分层分层”的办法可将庞大而复杂的问的办法

36、可将庞大而复杂的问题，转化为若干较小的局部问题，而这些较小题，转化为若干较小的局部问题，而这些较小的局部问题就比较易于研究和处理；的局部问题就比较易于研究和处理；3.3.关于开放系统互连参考模型关于开放系统互连参考模型OSI/RM；目；目前有前有两种国际标准：两种国际标准：（1）法律上的国际标准法律上的国际标准 OSI并没有得到市并没有得到市场的认可；场的认可；（2 2）非国际标准）非国际标准TCP/IP现在获得了最广泛现在获得了最广泛的应用；的应用；TCP/IP被称为事实上的国际标准。被称为事实上的国际标准。二、二、划分层次的必要性划分层次的必要性 1.1.计算机网络中的数据交换必须遵守事先

37、约计算机网络中的数据交换必须遵守事先约定好的规则；定好的规则；（1 1）这些规则明确规定了所交换的数据的格这些规则明确规定了所交换的数据的格式以及有关的同步问题（同步含有时序的意思）式以及有关的同步问题（同步含有时序的意思）；（2）网络协议，简称协议，是为进行网络网络协议，简称协议，是为进行网络中的数据交换而建立的规则、标准或约定；中的数据交换而建立的规则、标准或约定；2.2.网络协议的组成要素网络协议的组成要素 （1 1）语法：数据与控制信息的结构或格式）语法：数据与控制信息的结构或格式;（2 2）语义：需要发出何种控制信息，完成何）语义：需要发出何种控制信息，完成何种动作以及做出何种响应；

38、种动作以及做出何种响应；（3 3）同步：事件实现顺序的详细说明；）同步：事件实现顺序的详细说明；3.3.划分层次的概念举例划分层次的概念举例 例，主机例，主机 1 向主机向主机 2 通过网络发送文件通过网络发送文件 可以将要做的工作进行如下的划分：可以将要做的工作进行如下的划分：第一类工作与传送文件直接有关第一类工作与传送文件直接有关 （1 1）确信对方已做好接收和存储文件准备；）确信对方已做好接收和存储文件准备；（2 2）双方协调好一致的文件格式；）双方协调好一致的文件格式；其次，两个主机将文件传送模块作为最高的其次，两个主机将文件传送模块作为最高的一层，剩下的工作由下面的模块负责：一层，剩

39、下的工作由下面的模块负责：两个主机交换文件两个主机交换文件 文件传送模块主机 1主机 2文件传送模块只看这两个文件传送模块好像文件及文件传送命令是按照水平方向的虚线传送的把文件交给下层模块进行发送把收到的文件交给上层模块再设计一个通信服务模块再设计一个通信服务模块 文件传送模块主机 1主机 2文件传送模块只看这两个通信服务模块好像可直接把文件可靠地传送到对方把文件交给下层模块进行发送把收到的文件交给上层模块通信服务模块通信服务模块再设计一个网络接入模块再设计一个网络接入模块 文件传送模块主机 1主机 2文件传送模块通信服务模块通信服务模块网络接入模块网络接入模块通信网络网络接口网络接口网络接入

40、模块负责做与网络接口细节有关的工作例如，规定传输的帧格式，帧的最大长度等。4.分层的好处分层的好处 （1）各层之间是独立的；各层之间是独立的；（2 2）灵活性好；）灵活性好；（3 3）结构上可分割开；）结构上可分割开；（4 4）易于实现和维护；）易于实现和维护；（5 5）能促进标准化工作；）能促进标准化工作；5.5.计算机网络的体系结构计算机网络的体系结构 （1 1）计算机网络的体系结构是计算机网络）计算机网络的体系结构是计算机网络的各层及其协议的集合；的各层及其协议的集合；（2 2）体系结构就是这个计算机网络及其部）体系结构就是这个计算机网络及其部件所应完成的功能的精确定义；件所应完成的功能

41、的精确定义；（3 3）实现是遵循这种体系结构的前提下用）实现是遵循这种体系结构的前提下用何种硬件或软件完成这些功能的问题；何种硬件或软件完成这些功能的问题；（4 4）体系结构是抽象的，而实现则是具体）体系结构是抽象的，而实现则是具体的，是真正在运行的计算机硬件和软件。的，是真正在运行的计算机硬件和软件。三、具有五层协议的体系结构三、具有五层协议的体系结构 TCP/IP是四层的体系结构：应用层、运输是四层的体系结构：应用层、运输层、网际层和网络接口层；层、网际层和网络接口层；但由于网络接口层并没有具体内容。因此往但由于网络接口层并没有具体内容。因此往往采取折中的办法，即综合往采取折中的办法，即综

42、合OSI 和和 TCP/IP 的的优点，采用一种只有五层协议的体系结构。优点，采用一种只有五层协议的体系结构。1.五层协议的体系结构五层协议的体系结构 应用层运输层网络层数据链路层物理层数据链路层5 应用层4 运输层3 网络层2 数据链路层1 物理层主机主机 1 1 向主机向主机 2 2 发送数据发送数据 5432154321主机 1AP2AP1主机 2应用进程数据先传送到应用层加上应用层首部，成为应用层 PDU主机主机 1 1 向主机向主机 2 2 发送数据发送数据 5432154321主机 1AP2AP1主机 2应用层 PDU 再传送到运输层加上运输层首部，成为运输层报文主机主机 1 1

43、向主机向主机 2 2 发送数据发送数据 5432154321主机 1AP2AP1主机 2运输层报文再传送到网络层加上网络层首部，成为 IP 数据报（或分组）主机主机 1 1 向主机向主机 2 2 发送数据发送数据 5432154321主机 1AP2AP1主机 2IP 数据报再传送到数据链路层加上链路层首部和尾部，成为数据链路层帧主机主机 1 1 向主机向主机 2 2 发送数据发送数据 5432154321主机 1AP2AP1主机 2数据链路层帧再传送到物理层最下面的物理层把比特流传送到物理媒体主机主机 1 1 向主机向主机 2 2 发送数据发送数据 应用层应用层(application lay

44、er)(application layer)5432154321物理传输媒体主机 1AP2AP1电信号（或光信号）在物理媒体中传播从发送端物理层传送到接收端物理层主机 2主机主机 1 1 向主机向主机 2 2 发送数据发送数据 5432154321主机 1AP2AP1主机 2物理层接收到比特流，上交给数据链路层主机主机 1 1 向主机向主机 2 2 发送数据发送数据 5432154321主机 1AP2AP1主机 2数据链路层剥去帧首部和帧尾部取出数据部分，上交给网络层主机主机 1 1 向主机向主机 2 2 发送数据发送数据 5432154321主机 1AP2AP1主机 2网络层剥去首部，取出数

45、据部分上交给运输层主机主机 1 1 向主机向主机 2 2 发送数据发送数据 5432154321主机 1AP2AP1主机 2运输层剥去首部，取出数据部分上交给应用层主机主机 1 1 向主机向主机 2 2 发送数据发送数据 5432154321主机 1AP2AP1主机 2应用层剥去首部，取出应用程序数据上交给应用进程主机主机 1 1 向主机向主机 2 2 发送数据发送数据 5432154321主机 1AP2AP1主机 2我收到了 AP1 发来的应用程序数据！主机主机 1 1 向主机向主机 2 2 发送数据发送数据 5432154321主机 1AP2AP1主机 2应 用 程 序 数 据应用层首部H

46、510100110100101 比 特 流 110101110101注意观察加入或剥去首部（尾部）的层次应 用 程 序 数 据H5应 用 程 序 数 据H4H5应 用 程 序 数 据H3H4H5应 用 程 序 数 据H4运输层首部H3网络层首部H2链路层首部T2链路层尾部主机主机 1 1 向主机向主机 2 2 发送数据发送数据 5432154321主机 1AP2AP1主机 210100110100101 比 特 流 110101110101计算机 2 的物理层收到比特流后交给数据链路层H2T2H3H4H5应 用 程 序 数 据H3H4H5应 用 程 序 数 据主机主机 1 1 向主机向主机 2

47、 2 发送数据发送数据 5432154321主机 1AP2AP1主机 2数据链路层剥去帧首部和帧尾部后把帧的数据部分交给网络层H2T2H3H4H5应 用 程 序 数 据H4H5应 用 程 序 数 据H3H4H5应 用 程 序 数 据主机主机 1 1 向主机向主机 2 2 发送数据发送数据 5432154321主机 1AP2AP1主机 2网络层剥去分组首部后把分组的数据部分交给运输层H5应 用 程 序 数 据H4H5应 用 程 序 数 据主机主机 1 1 向主机向主机 2 2 发送数据发送数据 5432154321主机 1AP2AP1主机 2运输层剥去报文首部后把报文的数据部分交给应用层应 用

48、程 序 数 据H5应 用 程 序 数 据主机主机 1 1 向主机向主机 2 2 发送数据发送数据 5432154321主机 1AP2AP1主机 2应用层剥去应用层 PDU 首部后把应用程序数据交给应用进程主机主机 1 1 向主机向主机 2 2 发送数据发送数据 5432154321主机 1AP2AP1主机 2我收到了 AP1 发来的应用程序数据！四、实体、协议、服务和服务访问点四、实体、协议、服务和服务访问点 1.1.实体，表示任何可发送或接收信息的硬实体，表示任何可发送或接收信息的硬件或软件进程；件或软件进程；2.2.协议是控制两个对等实体进行通信的规协议是控制两个对等实体进行通信的规则的集

49、合；则的集合；（1 1）在协议的控制下，两个对等实体间的）在协议的控制下，两个对等实体间的通信使得本层能够向上一层提供服务；通信使得本层能够向上一层提供服务；（2 2）要实现本层协议，还需要使用下层所）要实现本层协议，还需要使用下层所提供的服务；提供的服务；3.3.本层的服务用户只能看见服务而无法看见本层的服务用户只能看见服务而无法看见下面的协议；下面的协议对上面的服务用户是下面的协议；下面的协议对上面的服务用户是透明的；透明的；（1 1）协议是）协议是“水平的水平的”，即协议是控制对等，即协议是控制对等实体之间通信的规则；实体之间通信的规则；（2 2）服务是）服务是“垂直的垂直的”，即服务是

50、由下层向，即服务是由下层向上层通过层间接口提供的；上层通过层间接口提供的；（3 3）同一系统相邻两层的实体进行交互的地）同一系统相邻两层的实体进行交互的地方，称为服务访问点方，称为服务访问点 SAP实体、协议、服务和服务访问点的关系协议(n+1)SAPSAP交换原语交换原语实体实体(n+1)服务提供者第 n 层第 n+1 层实体实体(n+1)服务用户实体实体(n)实体实体(n)协议(n)4.4.协议的复杂性协议的复杂性 （1 1）协议必须把所有不利的条件事先都估）协议必须把所有不利的条件事先都估计到，而不能假定一切都是正常的和非常理想计到，而不能假定一切都是正常的和非常理想的状态；的状态；（2