计算机网络

计算机网络 计算机网络与因特网首都师范大学信息工程学院刘羽

联系方式 • 刘羽 • 邮件 • Nikinana@vip.163.com • 主页 • http://liuyu.ie.cnu.edu.cn • 联系电话 • 13910111452 首都师范大学信息工程学院刘羽

考核 • 平时成绩 30% • 作业 10% • 考勤 10% • 实验 10% • 期末考试 70% 首都师范大学信息工程学院刘羽

路线图 • 计算机网络与因特网 2 • 应用层* 4 • 传输层* 2 • 网络层与网络互联* 6 • 链路层与局域网* 3 • 物理层 1 首都师范大学信息工程学院刘羽

实验内容 • 网络基本命令 • 侦听技术与数据包捕获 • 主要协议侦听与分析首都师范大学信息工程学院刘羽

本节内容 • 计算机网络和因特网 • 计算机网络的发展过程 • 计算机网络的体系结构 • 计算机网络的标准化 • 分组交换 • 计算机网络的分类首都师范大学信息工程学院刘羽

计算机网络与因特网 • 什么是网络 • 什么是计算机网络 • 什么是因特网 • 计算机网络在社会中的应用首都师范大学信息工程学院刘羽

什么是网络 • 网络——点和线 • 一般意义的网络——三网 • 电信网络(电话、传真等) • 有线电视网络(电视信号) • 计算机网络(因特网) 首都师范大学信息工程学院刘羽

什么是计算机网络 • 端系统和通信链路 • 端系统 • 计算机、路由器、交换机等 • 通信链路 • 不同类型的物理介质 • 计算机网络研究端系统如何通过通信链路进行通信首都师范大学信息工程学院刘羽

router workstation server mobile local ISP regional ISP company network 因特网 • 计算机网络的重要代表 • Internet——因特网 • 世界范围的互联网 • internet——互联网首都师范大学信息工程学院刘羽

计算机网络在社会中的应用 • 21 世纪的一些重要特征就是数字化、网络化和信息化，它是一个以网络为核心的信息时代。 • 网络现已成为信息社会的命脉和发展知识经济的重要基础。 • 发展最快的并起到核心作用的是计算机网络。首都师范大学信息工程学院刘羽

计算机网络的发展过程 • 分组交换时代 1961-1972 • 分组交换与电路交换 • 因特网时代 1972- • 专用网络过于网络互连 1972-1980 • 网络的高速发展 1980-1990 • 因特网爆炸 1990- • 我国计算机网络的发展 • 计算机网络的标准化问题首都师范大学信息工程学院刘羽

分组交换时代 1961-1972 • 60 年代初，美国国防部领导的远景研究规划局ARPA (Advanced Research Project Agency) 提出要研制一种生存性(survivability)很强的网络。 • 网络用于计算机之间的数据传送，而不是为了打电话。 • 网络能够连接不同类型的计算机，不局限于单一类型的计算机。 • 所有的网络结点都同等重要，因而大大提高网络的生存性。 • 计算机在进行通信时，必须有冗余的路由。 • 网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。首都师范大学信息工程学院刘羽

因特网时代 1972- • 第一个分组交换网ARPAnet最初只是一个单一的封闭的分组交换网。 • 70年代早期到中期，除了ARPAnet之外还有一些分组交换网络 • ALOHAnet 一个将夏威夷岛大学连接到一起的微波网络 • Telenet, BBN基于ARPAnet技术的商用分组交换网 • Cyclades，法国分组交换网 • IBM的SNA(1966-1974) 它与ARPANET并行工作 • 1973年，Robert Metcalfe的博士论文奠定了以太网的基础，导致了所谓局域网的巨大发展 • Vinton Cerf和Robert Kahn [Cerf 1974]完成互联网络的先驱性工作，术语“网络互联(internetting)”就是用来描述这项工作首都师范大学信息工程学院刘羽

网络的激增 • 20世纪70年代末已有大约200台主机与ARPAnet相连 • 80年代初，BITNET开始提供电子邮件和文件传输 • 1983年1月1日TCP/IP 协议成为标准协议，替代原有的NCP协议 [RFC 801] • 同年，ARPANET分解成两个网络： • ARPANET——进行实验研究用的科研网 • MILNET——军用计算机网络 • 1983~1984 年，形成了因特网Internet。首都师范大学信息工程学院刘羽

路由器 地区网地区网地区网三级结构的因特网 • 各网络之间需要使用路由器来连接。 • 有时在结构图中可不画出路由器。国家主干网校园网校园网校园网校园网校园网校园网首都师范大学信息工程学院刘羽

地区网 地区网地区网三级结构的因特网 • 主机到主机的通信可能要经过多种网络。国家主干网校园网校园网校园网校园网校园网校园网首都师范大学信息工程学院刘羽

因特网爆炸 • 1990 年ARPANET正式宣布关闭。 • Tim Berners-Lee 于1989-1991在CERN发明了WEB [Berners-Lee 1989]，研制了HTML、HTTP、WEB服务器和浏览器的厨师版本 • Marc Andreesen 1993年发布了他们的浏览器,后来成为Netscape浏览器 • Microsoft 1996年开始开发浏览器，开始和Netscape竞争浏览器市场 • 20世纪末21世纪初，DSL技术、无线网络Wi-Fi、P2P等得到发展 • VOD等多媒体技术逐步出现首都师范大学信息工程学院刘羽

校园网 校园网校园网校园网校园网多级结构的因特网 • 主机到主机的通信可能经过多种ISP。大公司大公司地区 ISP 网络接入点 NAP （对等点）网络接入点 NAP （对等点）主干服务提供者地区 ISP 地区 ISP 地区 ISP 大公司本地 ISP 本地 ISP 本地 ISP 公司首都师范大学信息工程学院刘羽

今日的多级结构的因特网 • 大致上可将因特网分为以下五个接入级 • 网络接入点NAP • 国家主干网（主干ISP） • 地区ISP • 本地ISP • 校园网、企业网或 PC 机上网用户首都师范大学信息工程学院刘羽

我国计算机网络的发展 • 1987年9月20日钱天白教授利用意大利分组交换网ITAPAC在北京的PAD向德国科尔斯鲁厄大学发送E-Mail • 1989年9月，国家计委组织教育与科研示范网(NCFC),由北大、清华、中科院共同建设。1992年完成。 • 1990年10月，中国正式在DDN-NIC注册cn域名首都师范大学信息工程学院刘羽

我国计算机网络的发展 • 1994年1月4日，NCFC通过美国Sprint公司联入64Kb/s的专线，实现了Internet互联。 • 1994年开始组建我国四大互联网。 • 中国金桥信息网 CHINAGBN 国家计委 • 中国公用计算机互联网 CHINANET 邮电部 • 中国教育科研网 CERNET 教育部 • 中国科技网 CSTNET 中科院首都师范大学信息工程学院刘羽

我国计算机网络的发展 • 1996年以后，我国互联网发展进入应用平台建设和增值业务开发阶段 • 1997年6月3日，根据国务院信息化工作领导小组办公室决定，中国科学院在中科院网络信息中心组建中国互联网络信息中心CNNIC，同时国务院成立中国互联网络信息中心工作委员会。首都师范大学信息工程学院刘羽

我国计算机网络的发展 • 截止1997年10月31日，上网计算机29.9万台，上网用户62万人，CN域名4066个，网站1500个，国际出口带宽 18.64Mb/s • 截止2004年1月15日，上网计算机3089万台，上网用户7950万，CN域名34万个，网站59.55万，国际出口带宽27216Mb/s，连接美国、加拿大、澳大利亚、英国、德国、法国、日本、韩国等首都师范大学信息工程学院刘羽

计算机网络的体系结构 • 体系结构与参考模型 • ISO的OSI • TCP/IP与五层模型 • 层次结构与协议 • 实体、协议、服务与服务访问点 • 面向连接服务与无连接服务 • 客户端与服务器模式首都师范大学信息工程学院刘羽

计算机网络体系结构的形成 • 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“协调”是相当复杂的。 • “分层”可将庞大而复杂的问题，转化为若干较小的局部问题，而这些较小的局部问题就比较易于研究和处理。首都师范大学信息工程学院刘羽

关于开放系统互连参考模型OSI/RM • 只要遵循 OSI 标准，一个系统就可以和位于世界上任何地方的、也遵循这同一标准的其他任何系统进行通信。 • 在市场化方面 OSI 却失败了。 • OSI 的专家们在完成 OSI 标准时没有商业驱动力； • OSI 的协议实现起来过分复杂，且运行效率很低； • OSI 标准的制定周期太长，因而使得按 OSI 标准生产的设备无法及时进入市场； • OSI 的层次划分并也不太合理，有些功能在多个层次中重复出现。首都师范大学信息工程学院刘羽

两种国际标准 • 法律上的(de jure)国际标准 OSI 并没有得到市场的认可。 • 是非国际标准 TCP/IP 现在获得了最广泛的应用。 • TCP/IP 常被称为事实上的(de facto) 国际标准。首都师范大学信息工程学院刘羽

各种应用服务 OSI与TCP/IP体系结构 OSI 的体系结构 TCP/IP 的体系结构 TCP/IP的三个服务层次 7 6 5 4 3 2 1 应用层应用层 (各种应用层协议如 TELNET, FTP, SMTP 等) 表示层会话层运输服务 (可靠或不可靠) 运输层运输层(TCP或UDP) 无连接分组交付服务网络层网际层 IP 数据链路层网络接口层物理层首都师范大学信息工程学院刘羽

TCP/IP四层协议的表示方法举例 主机A 主机B 应用层运输层网际层网络接口层应用层运输层网际层网络接口层 4 3 2 1 路由器网际层网络接口层网络1 网络2 首都师范大学信息工程学院刘羽

IP over Everything IP可应用到各式各样的网络上 Everything over IP IP可为各式各样的应用程序提供服务沙漏计时器形状的TCP/IP协议族 … … 应用层 HTTP SMTP DNS RTP TCP UDP 运输层网际层 IP 网络接口层 … 网络接口3 网络接口2 网络接口1 首都师范大学信息工程学院刘羽

五层协议的体系结构 • 应用层(application layer) • 运输层(transport layer) • 网络层(network layer) • 数据链路层(data link layer) • 物理层(physical layer) 5 应用层 4 运输层 3 网络层数据链路层 2 数据链路层 1 物理层首都师范大学信息工程学院刘羽

划分层次的必要性 • 计算机网络中的数据交换必须遵守事先约定好的规则。 • 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）。 • 为进行网络中的数据交换而建立的规则、标准或约定即网络协议(network protocol)，简称为协议。首都师范大学信息工程学院刘羽

网络协议的组成要素 • 语法数据与控制信息的结构或格式。 • 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。 • 同步事件实现顺序的详细说明。首都师范大学信息工程学院刘羽

划分层次的概念举例 • 计算机1向计算机2通过网络发送文件。 • 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。 • 确信对方已做好接收和存储文件的准备。 • 双方协调好一致的文件格式。 • 两个计算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。首都师范大学信息工程学院刘羽

两个计算机交换文件 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计算机1 计算机2 文件传送模块文件传送模块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首都师范大学信息工程学院刘羽

再设计一个通信服务模块 计算机1 计算机2 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文件传送模块文件传送模块通信服务模块通信服务模块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首都师范大学信息工程学院刘羽

再设计一个网络接入模块 计算机1 计算机2 文件传送模块文件传送模块通信服务模块通信服务模块网络接口网络接口通信网络网络接入模块网络接入模块网络接入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。首都师范大学信息工程学院刘羽

分层的好处 • 各层之间是独立的。 • 灵活性好。 • 结构上可分割开。 • 易于实现和维护。 • 能促进标准化工作。首都师范大学信息工程学院刘羽

层数多少要适当 • 若层数太少，就会使每一层的协议太复杂。 • 层数太多又会在描述和综合各层功能的系统工程任务时遇到较多的困难。首都师范大学信息工程学院刘羽

计算机网络的体系结构 • 计算机网络的体系结构(architecture)是计算机网络的各层及其协议的集合。 • 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。 • 实现(implementation)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。 • 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。首都师范大学信息工程学院刘羽

实体、协议、服务和服务访问点 • 实体(entity) 表示任何可发送或接收信息的硬件或软件进程。 • 协议是控制两个对等实体进行通信的规则的集合。 • 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。 • 要实现本层协议，还需要使用下层所提供的服务。首都师范大学信息工程学院刘羽

实体、协议、服务和服务访问点（续） • 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透明的。 • 协议是“水平的”，即协议是控制对等实体之间通信的规则。 • 服务是“垂直的”，即服务是由下层向上层通过层间接口提供的。 • 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 SAP (Service Access Point)。首都师范大学信息工程学院刘羽

协议 交换原语交换原语提供服务 SAP SAP 服务提供者实体、协议、服务和服务访问点（续）服务用户服务用户第 n + 1 层第 n 层首都师范大学信息工程学院刘羽

协议很复杂 • 协议必须将各种不利的条件事先都估计到，而不能假定一切情况都是很理想和很顺利的。 • 必须非常仔细地检查所设计协议能否应付所有的不利情况。 • 应当注意：事实上难免有极个别的不利情况在设计协议时并没有预计到。在出现这种情况时，协议就会失败。因此实际上协议往往只能应付绝大多数的不利情况。首都师范大学信息工程学院刘羽

面向连接服务与无连接服务 • 面向连接服务(connection-oriented) • 面向连接服务具有连接建立、数据传输和连接释放这三个阶段。 • 无连接服务(connectionless) • 两个实体之间的通信不需要先建立好连接。 • 是一种不可靠的服务。这种服务常被描述为“尽最大努力交付”(best effort delivery)或“尽力而为”。首都师范大学信息工程学院刘羽

应用层的客户-服务器方式 • 在 TCP/IP 的应用层协议使用的是客户-服务器方式 • 计算机的进程(process)就是运行着的计算机程序。 • 为解决具体应用问题而彼此通信的进程称为“应用进程”。 • 应用层的具体内容就是规定应用进程在通信时所遵循的协议。首都师范大学信息工程学院刘羽

客户和服务器 • 客户(client)和服务器(server)都是指通信中所涉及的两个应用进程。 • 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。 • 客户是服务请求方，服务器是服务提供方。首都师范大学信息工程学院刘羽

客户软件的特点 • 在进行通信时临时成为客户，但它也可在本地进行其他的计算。 • 被用户调用并在用户计算机上运行，在打算通信时主动向远地服务器发起通信。 • 可与多个服务器进行通信。 • 不需要特殊的硬件和很复杂的操作系统。首都师范大学信息工程学院刘羽

服务器软件的特点 • 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。 • 在共享计算机上运行。当系统启动时即自动调用并一直不断地运行着。 • 被动等待并接受来自多个客户的通信请求。 • 一般需要强大的硬件和高级的操作系统支持。首都师范大学信息工程学院刘羽

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