计算机与电子系计 算 机 网 络
COMPUTER NETWORKS
溪 利 亚华中科技大学武昌分校教材及参考书目
谢希仁编著，计算机网络（第 五 版），电子工业出版社,2008年 2月
参考书目
[1] 胡金初,计算机网络,北京,清华大学出版社
,2004.
[2] 吴功宜,计算机网络,北京,清华大学出版社
,2003.
[3] Andrew S,Tanenbaum.熊桂喜 王小虎等译
.计算机网络（第三版）,清华大学出版社,
2000.12
学习目的及方法
目的,能够在已有的计算机基础知识、计算机系统结构和计算机原理等基础上，对 网络技术有一个系统的、全面的了解 。
当前计算机网络的主要 种类 和常用 网络协议 有较清晰的概念。
掌握以 TCP/IP协议族 为主的网络协议结构。
对当前计算机网络的 应用 有所了解。
对当前计算机网络的 新技术新发展 有所了解。
学习目的及方法
方法,讲授 +实验
实验设计,单独开设
考核方式,平时 +考试第一章 计算机网络概述主要内容计算机网络的分类4
*计算机网络的主要性能指标5
计算机网络在信息时代中的作用1
*因特网概述2
*因特网的组成3
*计算机网络的体系结构6
7
8
第一章：计算机网络概述
1.1 计算机网络在信息时代中的作用第一章：计算机网络概述
1、关于,网络,
当今社会我们所说的,网络,有哪些？
这里 所说的网络 是指,三网,,电信网络、有线电视网络、计算机网络，我们的讨论定位在 计算机网络 。
1.1 计算机网络在信息时代中的作用第一章：计算机网络概述
2、网络的功能以及在信息时代的作用
网络的功能：连通性和共享。
计算机网络作用：
以因特网为代表的计算机网络已成为仅次于全球电话网的世界第二大网络。
人们的生活、工作、学习和交往都已离不开因特网，人类已进入以网络为核心的信息时代网络。
已经成为信息社会的命脉和发展知识经济的重要基础。
1.1 计算机网络在信息时代中的作用第一章：计算机网络概述
3、未来展望
计算机处理信息的能力不断提高，尤其是计算机的多媒体处理能力
莫尔定律 (1965),每隔 18个月，计算机的性能提高一倍，而价格降低一倍
网络 带宽 日新月异
局域网,10M – 100M – 1000M
Internet
三网迅速 融合,孤岛现象逐渐消失
曾经独立发展的电信网、闭路电视网和计算机网将合而为一
信息的获取、存储、传送和处理将更为方便，有利于信息资源的共享
1.2 因特网概述第一章：计算机网络概述
1、理解网络、互联网（互连网）和因特网？
网络,由若干结点（ node）和连接这些结点的链路
（ link）组成。
互联网：,网络的网络”（ network of networks）
。
因特网,世界上最大的互连网。
结论,网络是把许多计算机连接在一起，
而因特网则把许多网络连接在一起。
1.2 因特网概述第一章：计算机网络概述
(a) (b)
网络 互联网（网络的网络）
结点链路主机因特网
(c)
1.2 因特网概述第一章：计算机网络概述
2、计算机网络的发展历程第一代计算机网络：以主机为中心这种网络系统的 缺点,如果计算机的负荷较重，会导致系统 响应时间过长 ；单机系统的 可靠性一般较低,
一旦计算机发生故障，将导致整个网络系统的瘫痪图 1.1 多用户分时系统
1.2 因特网概述第一章：计算机网络概述
2、计算机网络的发展历程第一代计算机网络：以主机为中心
特征
集中式控制形式；
面向主机，即以主机为中心；
结构上呈星型结构；
结构形式简单；
数据通信主要依赖于电话网络；
不足
主机负载重；
可靠性低。
主机终端图 1.2
1.2 因特网概述第一章：计算机网络概述
2、计算机网络的发展历程第二代计算机网络
为了 克服 第一代计算机网络的缺点,提高 网络的可靠性和可用性，人们开始研究将 多台计算机相互连接的方法 。
如何实现互联？
借鉴 电路交换 的思想，设计出了 分组交换 的新型计算机网络。
1.2 因特网概述第一章：计算机网络概述
2、计算机网络的发展历程第二代计算机网络
以分组交换网为中心主机分组交换网图 1.3 以分组交换为中心
1.2 因特网概述第一章：计算机网络概述
2、计算机网络的发展历程
第二代 计算机网络的 不足之处
标准不统一
网络体系结构的研究不成熟
网络普及程度低
第三阶段 （ 70年代中期 —80年代末期）：现代计算机网络阶段（ 计算机网络标准化阶段 ），特征是制定了统一 的不同计算机之间互连的标准，从而实现了不同厂家生产的计算机之间互连成网。
第四阶段 （ 90年代后）,新一代计算机网络 ——综合化、高速化。
1.2 因特网概述第一章：计算机网络概述
3、因特网发展的三个阶段
第一阶段 是从单个网络 ARPANET 向互联网发展的过程。
1983 年 TCP/IP 协议成为 ARPANET 上的标准协议。
人们把 1983 年作为因特网的诞生时间。
第二阶段 的特点是建成了三级结构的因特网。
三级计算机网络，分为主干网、地区网和校园网
（或企业网）。
第三阶段 的特点是逐渐形成了多层次 ISP 结构的因特网。
出现了 因特网服务提供者 ISP (Internet Service
Provider)。
1.2 因特网概述第一章：计算机网络概述
3、因特网发展的三个阶段第二阶段
NSFNET——美国国家科学基金网校园网 校园网 校园网 校园网校园网 校园网国家主干网地区网地区网地区网路由器
1.2 因特网概述第一章：计算机网络概述
3、因特网发展的三个阶段第三阶段 主机到主机的通信可能经过多种 ISP。
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 ISP
NAP NAP
A B
主机 A → 本地 ISP → 第二层 ISP → NAP → 第一层 ISP → NAP → 第二层 ISP → 本地 ISP → 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
1.3 因特网的组成从因特网的工作方式上看，可以划分为以下的两大块：
(1) 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，用来进行通信（传送数据、音频或视频）
和资源共享。
(2) 核心部分 由大量网络和连接这些网络的路由器组成。这部分是为边缘部分提供服务的（提供连通性和交换）。
第一章：计算机网络概述图 1-5 因特网的边缘部分和核心部分因特网的核心部分因特网的边缘部分主机网络 路由器
1.3 因特网的组成
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 端系统 (end system)。
如何理解,主机 A 和主机 B 进行通信”？
即“主机 A 的某个进程和主机 B 上的另一个进程进行通信”。或简称为“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通信方式通常可划分为两大类：
（ 1）客户服务器方式 C/S 方式,Client/Server方式
（ 2）对等方式 P2P 方式,Peer-to-Peer方式第一章：计算机网络概述
1、因特网的边缘部分
1.3 因特网的组成
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 服务的请求方,服务器是 服务的提供方 。
客户软件的特点、服务器软件的特点。
第一章：计算机网络概述
（ 1）客户服务器方式
1.3 因特网的组成第一章：计算机网络概述运行客户程序网络边缘网络核心运行服务器程序A B
客户服务器图 1-6 客户服务器工作模式
1.3 因特网的组成
对等连接 (peer-to-peer，简写为 P2P)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。
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、对等连接通信 。
双方都可以下载对方已经存储在硬盘中的共享文档
。
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客户又同时是服务器。
第一章：计算机网络概述
（ 2）对等连接方式
1.3 因特网的组成第一章：计算机网络概述网络边缘网络核心运行
P2P 程序运行
P2P 程序
D
CE
F
运行
P2P 程序运行
P2P 程序图 1-7 对等连接工作方式
1.3 因特网的组成
网络核心部分是因特网中最复杂的部分。
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）。
在网络核心部分起特殊作用的是 路由器 (router)。
路由器是实现 分组交换 (packet switching)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要的功能。
第一章：计算机网络概述
2、因特网的核心部分
1.3 因特网的组成
（ 1） 电路交换
,交换”的概念第一章：计算机网络概述
交换机
（ a）
（ b）
（ c）
图 1-8 电话机的不同方式
1.3 因特网的组成
（ 1） 电路交换
,交换”的概念所谓,交换,,这里是指 数据 在通信网络中各 结点内部的传递方式,是计算机网络领域中一个十分重要的概念和研究内容 。
从通信资源的分配角度来看,,交换,就是按照某种方式来有效,动态地分配数据传输系统的有限资源 。
第一章：计算机网络概述
1.3 因特网的组成
电路交换原理如图下所示，电路交换的基本原理是在通话之前，通过用户的 呼叫 （即拨号），由通信网络各中间结点 预先给用户分配传输信道 （数据交换通路）。用户若呼叫成功，则从主叫端到被叫端就建立了一条 物理 通路，此后双方才能互相通话。通话完毕挂机后通信系统即自动释放这条物理通路。
第一章：计算机网络概述通信网络的中间结点
X1
X3
X2
Y2
Y1
1.3 因特网的组成
电路交换过程第一步：建立连接；
第二步：交换数据；
第三步：释放连接第一章：计算机网络概述
电路交换举例
A 和 B 通话经过四个交换机
通话在 A 到 B 的连接上进行
1.3 因特网的组成第一章：计算机网络概述交换机
交换机交换机交换机用户线用户线中继线中继线
B
D
C
A
注意：在通话过程中，用户始终占有从发送端到接收端的固定传输带宽 。
图 1-9 电路交换用户始终占用端到端的通信资源
1.3 因特网的组成
电路交换的 特点
数据交换前需建立起一条从发端到收端的物理通路；
在数据交换的全部时间内用户始终占用端到端的固定传输信道；
交换双方可实时进行数据交换而不会存在任何延迟 。
第一章：计算机网络概述
1.3 因特网的组成
存在的问题
计算机之间的数据交换往往具有 突发性 和 间歇性特征,而 对电路交换而言,用户支付的费用则是按用户占用线路的时间来收费的 。
不够灵活 。 只要在通话双方建立的通路中的任何一点出了故障,就必须重新拨号建立新的连接,
这对十分紧急和重要通信是很不利的 。
结论,电路交换技术 不适合 于计算机间的数据交换 。
第一章：计算机网络概述
1.3 因特网的组成
分组交换的 概念 最初是由 巴兰 (Baran)于 1964年在美国兰德 (Rand)公司的,论分布式通信,的研究报告中提出来的 。 后在美国的分组交换网 ARPANET中正式采用,其采用 存储转发 的技术 。
第一章：计算机网络概述
（ 2）分组交换
1.3 因特网的组成
何谓,分组,？
假设我们将欲发送的整块数据称为一个报文
(message)。 那么基于分组交换的原则,在发送报文之前,应先将较长的报文划分成一个个更小的等长或变长的数据段,如图 1.6所示 。
例如,每个数据段为 1024个 bit或 512个 bit
此外,在每一个数据段前面,应加上所谓的首部
(header)说明 （ 作标记 ）,这才构成了一个 分组
（ packet）,如下图所示 。
第一章：计算机网络概述
1.3 因特网的组成第一章：计算机网络概述其中,分组又称为“包”（ packet），而分组的首部也常称为“包头”。
101010100000110001 ……………………………..,101010100000111001
首部 数据 首部 数据 首部 数据报 文分组 分组分组图 1.10 划分分组的概念
1.3 因特网的组成
何谓,分组交换,？
采用存储转发的原则,以分组为单位,在分组交换网中从一个 （ 中间 ） 结点传送到另一个 （ 中间 ） 结点 。
使用分组交换时,在传送之前不必建立一条连接,这种不先建立连接而随时可发送数据的连接方式,称为 无连接 （ connectionless） 方式 。
第一章：计算机网络概述
1.3 因特网的组成第一章：计算机网络概述图 1-11 分组交换示意图
H1
H5
H2 H4
H3
H6
发送的分组路由器
A E
DB
C
网络核心部分主机
1.3 因特网的组成
工作原理
设 H1主机有数据要发向 H5主机数据经过的中间交换结点可以是 A,C,E
通路也可以是 A,B,E通路 。
再设 H2主机有数据要发向 H6主机数据经过的中间交换结点是 B,E通路 。
第一章：计算机网络概述
1.3 因特网的组成
分组交换网特征
被传送的数据分成若干 分组 分别传送；
数据传输前 不必预先 确定分组的传输路径；
通信子网中的每个交换结点均为 共享结点,并且都具有分组的存储 /转发 以及选择合适路由的能力；
在数据通信的过程中,通信子网 断续 (动态 )分配传输带宽,使得通信线路的利用率得以大大提高；
为了提高分组交换网的可靠性,通信子网常采用 网状拓扑结构
,使得当发生网络拥塞或少数中间交换结点,链路出现故障时
,可灵活地改变路由而不致引起通信的中断或全网的瘫痪；
通信网络的 主干线路往往由一些高速链路 构成 。
第一章：计算机网络概述
1.3 因特网的组成
分组交换网存在的问题
分组在各结点存储转发时因要排队总会造成一定的 时延 。 当网络通信量过大时,这种时延可能会很大；
各分组必须携带一定的控制信息 （ 说明信息 ）,从而带来额外 开销 ；
整个分组交换网的管理和控制比较 复杂 。
第一章：计算机网络概述
1.3 因特网的组成
分组交换,报文交换,电路交换的主要区别
图 1-12 表示了电路交换和分组交换的主要区别结论：
若要连续传送大量数据,且其传送时间远大于呼叫建立时间,则采用在数据通信之前预先分配传输带宽的电路交换较为合适 。
分组交换不需要预先分配传输带宽,在传送突发数据时可提高整个网络的信道利用率 。
第一章：计算机网络概述图 1-12 三种交换的比较报文报文报文
A B C D A B C D A B C D
报文交换电路交换 分组交换
t
连接建立数据传送 报文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
1.4 计算机网络的分类第一章：计算机网络概述
计算机网络的定义
最简单的定义：计算机网络是一些互相连接的、自治的计算机的集合。
因特网 (Internet)是“网络的网络”。
从不同的角度对计算机网络进行分类。
从网络的作用范围进行分类
广域网 （ Wide Area Network）
局域网 （ Local Area Network）
城域网 （ Metropolitan Area Network）
个人区域网 PAN（ Personal Area Network）
接入网 AN (Access Network)
从网络的使用者进行分类
公用网
专用网
1.5 计算机网络的主要性能指标第一章：计算机网络概述
带宽
,带宽,(bandwidth)本来是指信号具有的 频带宽度,单位是 赫 （ 或千赫,兆赫,吉赫等 ）
通信线路允许通过的 模拟信号 （ 即连续变化的信号 ） 频率范围称为线路带宽,
通信线路用来传送 数字信号 时,数据率 是衡量数字信道最重要的指标
习惯上,人们愿意将,带宽,作为 数字信道所能传送的,最高数据率,。
什么是数据率？ ——数字 信道传送 数字 信号的 速率
单位：,比特每秒,,或 b/s (bit/s)。
比特 （ bit 1/0） ——计算机中数据的最小单位,信息量的度量单位
1.5 计算机网络的主要性能指标第一章：计算机网络概述
常用的带宽单位
千比每秒,即 kb/s （ 103 b/s）
兆比每秒,即 Mb/s（ 106 b/s）
吉比每秒,即 Gb/s（ 109 b/s）
太比每秒,即 Tb/s（ 1012 b/s）
注意,在通信领域和计算机领域,对数量单位,
千,,,兆,,,吉,等的英文缩写 。
在计算机界,K = 210 = 1024 M = 220,G = 230,
T = 240
1.5 计算机网络的主要性能指标第一章：计算机网络概述
时延一个报文或分组从某网络 （ 或某链路 ） 的一端传送到另一端所需的时间,一般由 发送时延,传播时延 和 处理时延 三部分组成 。
发送时延 （ 传输时延 ）
发送数据时,数据块从结点进入到 传输媒体 所需要的时间 。
发送时延 = 数据块长度（ 比特 ）
信道带宽（ 比特 /秒 ）
这里的 信道带宽 是数据在信道上的 发送速率,即数据率。
1.5 计算机网络的主要性能指标第一章：计算机网络概述
时延
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 。
信号 传输速率 （即发送速率）和信号在信道上的 传播速率 是 完全不同的概念几个典型的电磁波传播速率：
在自由空间中的传播速率为 30万 Km/s;
在铜线电缆中的传播速率约为 23万 km/s；
在光纤中的传播速率 20.5万 km/s。
传播时延 = 信道长度（ 米 ）
信号在信道上的传播速率（ 米 /秒 ）
1.5 计算机网络的主要性能指标第一章：计算机网络概述
时延
处理时延在交换结点为存储转发而进行数据处理所花费的时间 。
数据经历的 总时延,
总时延 = 发送时延 + 传播时延 + 处理时延
1.5 计算机网络的主要性能指标第一章：计算机网络概述
三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
在发送器产生发送时延
(即传输时延 )
在队列中产生处理时延数据从结点 A 向结点 B 发送数据链路
1.6 计算机网络的体系结构第一章：计算机网络概述
计算机网络是个 非常复杂 的系统考查将两台计算机连接起来,使其之间能 互传文件 的情况 。
至少需要做的工作：
彼此间至少存在 一条物理 通路；
物理通路能为一方 激活,使数据能在通路上发送和接收；
发送方应告诉网络 如何识别 接收方；
发送方应能 得知 接收方 是否做好接收 准备；
发送方应能 得知 接收方 是否正确 收到所发数据；
差错检测和处理,应有可靠的措施保证对方计算机 最终 能够 收到正确的文件
1、计算机网络的体系结构的形成
1.6 计算机网络的体系结构第一章：计算机网络概述
如何 构造 复杂的 计算机网络？ 采用,分层处理,
的思想 。 它已成为现代计算机网络 设计 的重要原则 。
,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 。
体系结构实例,IBM的 SNA(Systems Network
Architecture),DEC的 DNA(Digital Network
Architecture)，美国国防部的 TCP/IP网络结构等
然而,…………
1、计算机网络的体系结构的形成
1.6 计算机网络的体系结构第一章：计算机网络概述
1、计算机网络的体系结构的形成
不同体系结构的计算机系统互不兼容,难以互连 。
1977年国际标准化组织 IS0成立了专门机构研究网络体系结构 。 不久,就提出了一个试图使各种计算机在世界范围内互连成网的标准框架,即著名的 开放系统互连 参 考 模 型 OSI/RM(0pen Systems Interconnection
Reference Model),简称为 OSI/RM。
这里,开放,的意思强调,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它任何系统进行通信 。
1.6 计算机网络的体系结构第一章：计算机网络概述
法律上 的国际标准 OSI 并没有得到市场的认可 。
非国际标准 TCP/IP 现在获得了最广泛的应用 。
TCP/IP 常被称为事实上的国际标准 。
1、计算机网络的体系结构的形成
1.6 计算机网络的体系结构第一章：计算机网络概述
协议：是通信双方为了实现通信所建立的标准,规则或约定 。
协议由语义,语法和时序三部分组成
语义,规定通信双方彼此,讲什么,,即确定协议元素的类型,如规定通信双方要发出什么控制信号,执行的动作和返回的应答 。
语法,规定通信双方彼此,如何讲,,即确定协议元素的格式,如数据和控制信息的格式 。
时序 （ 同步 ）,规定事件执行的顺序,即确定通信过程中通信状态的变化 。
2、网络协议的概念
1.6 计算机网络的体系结构第一章：计算机网络概述
问题,计算机网络的体系结构为什么 要 采用分层设计的思想？
复杂问题简单化的通行做法；
增加灵活性；
提供结构的易分割性；
简化实现和维护；
缩短标准化工作的进程
分层 缺点,有些功能多层重现,造成额外开销,层数多少要适当
通常每一层所要实现的 功能 是 （ 以下一种或多种 ）,
差错控制
流量控制
分段和重装
复用和分用
连接建立和释放
3、划分层次的必要性
1.6 计算机网络的体系结构第一章：计算机网络概述
定义：
一,计算机网络的各层及其协议的集合 。
二,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 。
强调,体系结构,和,实现,的区别
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
4、计算机网络体系结构的定义
1.6 计算机网络的体系结构第一章：计算机网络概述
5、五层协议的网络体系结构
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) 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
1.6 计算机网络的体系结构第一章：计算机网络概述
应用层任务：
(1) 确定进程之间通信的性质以满足用户的需求；
(2) 将应用进程经常使用的一些功能进行标准化，并提供实现这些功能所要使用的协议,例如,HTTP,SMTP和 FTP。
1.6 计算机网络的体系结构第一章：计算机网络概述
运输层任务,在 两端主机 （ 也就是源站和目的站 ） 的 进程 之间,
建立一条传输连接,以 透明 地传送 报文 。
主要关注的问题,如何在一个不太可靠的通信子网上 实现可靠的端到端 数据传输 。
协议,TCP,UDP
注意,运输层一般只存在于通信子网以外的主机中 。
1.6 计算机网络的体系结构第一章：计算机网络概述
网络层任务,负责为 分组交换网上 的不同主机提供通信 。
主要关注的问题,如何寻找恰当路由；如何平滑网络流量等 。
数据链路层任务,在两个 相邻结点间 的线路上 无差错 地传送以 帧 为单位的数据 。
主要关注的问题,如何把一条有可能出差错的实际链路,改造成让网络层向下看起来好像是一条 不出差错 的链路 。
1.6 计算机网络的体系结构第一章：计算机网络概述
物理层任务,实现 透明 地 比特 流传送。
主要关注的问题,用多大的电压代表,1” 或,0” ；当发送端发出比特,1”时，在接收端如何识别出这是比特,1”而不是比特,0”；连接传输媒体的插头应当有多少只引脚以及各个引脚应如何连接等。
注意,构成传输媒体的一些物理介质，如双绞线、同轴电缆、
光缆等，并不在物理层之内而是在物理层的下面，因此也有人把物理介质层当作第 0。
1.6 计算机网络的体系结构第一章：计算机网络概述
6、基于网络体系结构的数据传递过程
AP1
5
4
3
1
AP2
5
4
3
22
1010011001111 比特流 001110101010101
H2 数据 T2
H3 数据
H4 数据
H5 数据应用程序 数据物理传输媒体数据在各层之间的传输过程计算机 A 计算机 B
1.6 计算机网络的体系结构第一章：计算机网络概述
6、基于网络体系结构的数据传递过程
5
4
3
2
1
5
4
3
2
1
3
2
1
3
2
1
A BX Y
中间交换结点 X 中间交换结点 Y
主机 B主机 A
数据在各结点之间的传输过程
1.6 计算机网络的体系结构第一章：计算机网络概述
7、数据传递的基本规则
对等实体之间的通信都是遵守 同层协议 进行的，只存在一层是物理通信，其余各层之间的通信都是虚拟通信。
目标计算机上的 第 N层 软件必须恰好接收由发送计算机上的第 N层 软件所发送的数据。
层间通信遵循 层间协议 。
整套通信协议的实现称为 协议栈 。数据从发送方向下通过协议栈的每一层，又从接收方向上通过协议栈的每一层。每一层在把数据传送到低一层之前在数据前面附加一些控制信息，称为 协议头部,接收方收到数据之后先分析相应头部的信息，然后卸掉头部提交上一层。
1.6 计算机网络的体系结构第一章：计算机网络概述
实体实体 (entity)是指任何可以发送或接收信息的 硬件或软件 进程。
服务所谓,服务,,这里是指为保证网络中第 I层 对等层 的正确通信,较其低一层应提供的支撑,而这种支撑又是通过较其低层协议的执行来实现的 。
注意,协议和服务在概念上是很不一样的 。
8、若干名词术语
1.6 计算机网络的体系结构第一章：计算机网络概述
协议,是控制两个对等实体进行通信的规则的 集合
,协议”与“服务”的区别协议是,水平的,，是控制对等实体之间通信的规则。
服务是,垂直的,，是由下层向上层通过层间接口提供的。
8、若干名词术语
1.6 计算机网络的体系结构第一章：计算机网络概述
服务原语所谓,服务原语,是指网络 相邻层间 进行交互时所要 交换 的一些必要的 命令 。
服务访问点所谓,服务访问点 SAP”（ Service Access Point
）是指 同一系统 内相邻两层的实体进行交互 (即交换信息 )的 地方 。
8、若干名词术语
1.6 计算机网络的体系结构第一章：计算机网络概述
协议数据单元所谓“协议数据单元 PDU”（ Protocol Data Unit
）是指在各对等层实体之间，为实现该层协议所交换的 信息单元 。
基于上述概念，任何网络结点的 相邻两层之间的关系 可概括为下图所示。
8、若干名词术语
1.6 计算机网络的体系结构第一章：计算机网络概述
相邻两层之间的关系
8、若干名词术语协 议交换原语服 务 用 户提 供 服 务服 务 提 供 者第 n 层第 n + 1 层服 务 用 户
SAP SAP
交换原语
1.6 计算机网络的体系结构第一章：计算机网络概述
面向连接服务服务特征
数据交换之前，必须先建立连接。当数据交换结束后，则应释放这个连接。即面向连接服务一般要经历连接建立、数据传输和连接释放三个阶段；
数据传送是按序收发；
属可靠服务。
适用处：
面向连接服务比较适合于在一定时期内要向同一目的地发送 许多报文 的情况 。
9、面向连接服务与无连接服务
1.6 计算机网络的体系结构第一章：计算机网络概述
无连接服务服务特征
两个实体之间的通信不需要先建立好一个连接；
不需要通信的两个实体同时是活跃的（即处于激活态 )；
不能防止报文的丢失、重复或失序；
属不可靠服务。
适用处：
无连接服务的优点是灵活方便和比较迅速,因而特别适合于传送少量零星的报文 。
9、面向连接服务与无连接服务
1.6 计算机网络的体系结构第一章：计算机网络概述
ISO/OSI七层协议
10,OSI参考模型和 TCP/IP参考模型物理层链路层网络层传输层会话层表示层应用层物理层链路层网络层传输层会话层表示层应用层接收信息的进程发送信息的进程七层参考模型图数据流的物理传输层间的逻辑通信每一层执行功能并将信息送往下一层每一层执行功能并将信息送往上一层
1.6 计算机网络的体系结构第一章：计算机网络概述
ISO/OSI七层协议 ——各层功能
10,OSI参考模型和 TCP/IP参考模型应用层表示层会话层运输层网络层链路层物理层应用程序,FTP,E-mail,Telnet
数据结构表示、数据转换、加密、压缩进程管理、双工、半双工、单工、断点续发将数据传给正确的应用程序，提供可靠的数据传输将包传给正确的主机，数据分组、路由选择将数据组成帧，差错控制、流量控制、媒体访问控制规定物理信号、接口、信号形式、速率
1.6 计算机网络的体系结构第一章：计算机网络概述
TCP/IP 的体系结构
10,OSI参考模型和 TCP/IP参考模型应用层网络接口层网际层 IP
(各种应用层协议如
TELNET,FTP,
SMTP 等 )
运输层 (TCP或 UDP)
1.6 计算机网络的体系结构第一章：计算机网络概述
TCP/IP 四层协议的表示方法举例
10,OSI参考模型和 TCP/IP参考模型应用层运输层网际层网络接口层主机 A 主机 B
路由器网络 2网络 1
应用层运输层网际层网络接口层网际层网络接口层
4
3
2
1
1.6 计算机网络的体系结构第一章：计算机网络概述
IP over Everything，
Everything over IP
10,OSI参考模型和 TCP/IP参考模型
HTTP SMTP DNS RTP
TCP UDP
IP网际层网络接口层运输层应用层
…网络接口 1 网络接口 2 网络接口 3
1.6 计算机网络的体系结构第一章：计算机网络概述
OSI七层模型与 TCP/IP四层模型的比较
10,OSI参考模型和 TCP/IP参考模型应用层表示层会话层传输层网络层数据链路层物理层应用层传输层互联网层网络接口层
Telnet FTP HTTP SMTP
TCP UDP
IP ICMP ARP RARP
以太网 令牌环 ATM
Hardware
TCP/IP
模型
OSI
模型小结第一章：计算机网络概述本讲从计算机网络在信息社会所起的作用开始,
介绍了计算机网络的发展,分类,以及衡量网络的两个重要指标,着重分析了计算机网络的体系结构,使大家对计算机网络有一个整体的认识,为后面章节学习打下基础 。
思考与练习第一章：计算机网络概述课后练习
1-02
1-03
1-19
1-22
COMPUTER NETWORKS
溪 利 亚华中科技大学武昌分校教材及参考书目
谢希仁编著，计算机网络（第 五 版），电子工业出版社,2008年 2月
参考书目
[1] 胡金初,计算机网络,北京,清华大学出版社
,2004.
[2] 吴功宜,计算机网络,北京,清华大学出版社
,2003.
[3] Andrew S,Tanenbaum.熊桂喜 王小虎等译
.计算机网络（第三版）,清华大学出版社,
2000.12
学习目的及方法
目的,能够在已有的计算机基础知识、计算机系统结构和计算机原理等基础上，对 网络技术有一个系统的、全面的了解 。
当前计算机网络的主要 种类 和常用 网络协议 有较清晰的概念。
掌握以 TCP/IP协议族 为主的网络协议结构。
对当前计算机网络的 应用 有所了解。
对当前计算机网络的 新技术新发展 有所了解。
学习目的及方法
方法,讲授 +实验
实验设计,单独开设
考核方式,平时 +考试第一章 计算机网络概述主要内容计算机网络的分类4
*计算机网络的主要性能指标5
计算机网络在信息时代中的作用1
*因特网概述2
*因特网的组成3
*计算机网络的体系结构6
7
8
第一章：计算机网络概述
1.1 计算机网络在信息时代中的作用第一章：计算机网络概述
1、关于,网络,
当今社会我们所说的,网络,有哪些？
这里 所说的网络 是指,三网,,电信网络、有线电视网络、计算机网络，我们的讨论定位在 计算机网络 。
1.1 计算机网络在信息时代中的作用第一章：计算机网络概述
2、网络的功能以及在信息时代的作用
网络的功能：连通性和共享。
计算机网络作用：
以因特网为代表的计算机网络已成为仅次于全球电话网的世界第二大网络。
人们的生活、工作、学习和交往都已离不开因特网，人类已进入以网络为核心的信息时代网络。
已经成为信息社会的命脉和发展知识经济的重要基础。
1.1 计算机网络在信息时代中的作用第一章：计算机网络概述
3、未来展望
计算机处理信息的能力不断提高，尤其是计算机的多媒体处理能力
莫尔定律 (1965),每隔 18个月，计算机的性能提高一倍，而价格降低一倍
网络 带宽 日新月异
局域网,10M – 100M – 1000M
Internet
三网迅速 融合,孤岛现象逐渐消失
曾经独立发展的电信网、闭路电视网和计算机网将合而为一
信息的获取、存储、传送和处理将更为方便，有利于信息资源的共享
1.2 因特网概述第一章：计算机网络概述
1、理解网络、互联网（互连网）和因特网？
网络,由若干结点（ node）和连接这些结点的链路
（ link）组成。
互联网：,网络的网络”（ network of networks）
。
因特网,世界上最大的互连网。
结论,网络是把许多计算机连接在一起，
而因特网则把许多网络连接在一起。
1.2 因特网概述第一章：计算机网络概述
(a) (b)
网络 互联网（网络的网络）
结点链路主机因特网
(c)
1.2 因特网概述第一章：计算机网络概述
2、计算机网络的发展历程第一代计算机网络：以主机为中心这种网络系统的 缺点,如果计算机的负荷较重，会导致系统 响应时间过长 ；单机系统的 可靠性一般较低,
一旦计算机发生故障，将导致整个网络系统的瘫痪图 1.1 多用户分时系统
1.2 因特网概述第一章：计算机网络概述
2、计算机网络的发展历程第一代计算机网络：以主机为中心
特征
集中式控制形式；
面向主机，即以主机为中心；
结构上呈星型结构；
结构形式简单；
数据通信主要依赖于电话网络；
不足
主机负载重；
可靠性低。
主机终端图 1.2
1.2 因特网概述第一章：计算机网络概述
2、计算机网络的发展历程第二代计算机网络
为了 克服 第一代计算机网络的缺点,提高 网络的可靠性和可用性，人们开始研究将 多台计算机相互连接的方法 。
如何实现互联？
借鉴 电路交换 的思想，设计出了 分组交换 的新型计算机网络。
1.2 因特网概述第一章：计算机网络概述
2、计算机网络的发展历程第二代计算机网络
以分组交换网为中心主机分组交换网图 1.3 以分组交换为中心
1.2 因特网概述第一章：计算机网络概述
2、计算机网络的发展历程
第二代 计算机网络的 不足之处
标准不统一
网络体系结构的研究不成熟
网络普及程度低
第三阶段 （ 70年代中期 —80年代末期）：现代计算机网络阶段（ 计算机网络标准化阶段 ），特征是制定了统一 的不同计算机之间互连的标准，从而实现了不同厂家生产的计算机之间互连成网。
第四阶段 （ 90年代后）,新一代计算机网络 ——综合化、高速化。
1.2 因特网概述第一章：计算机网络概述
3、因特网发展的三个阶段
第一阶段 是从单个网络 ARPANET 向互联网发展的过程。
1983 年 TCP/IP 协议成为 ARPANET 上的标准协议。
人们把 1983 年作为因特网的诞生时间。
第二阶段 的特点是建成了三级结构的因特网。
三级计算机网络，分为主干网、地区网和校园网
（或企业网）。
第三阶段 的特点是逐渐形成了多层次 ISP 结构的因特网。
出现了 因特网服务提供者 ISP (Internet Service
Provider)。
1.2 因特网概述第一章：计算机网络概述
3、因特网发展的三个阶段第二阶段
NSFNET——美国国家科学基金网校园网 校园网 校园网 校园网校园网 校园网国家主干网地区网地区网地区网路由器
1.2 因特网概述第一章：计算机网络概述
3、因特网发展的三个阶段第三阶段 主机到主机的通信可能经过多种 ISP。
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 ISP
NAP NAP
A B
主机 A → 本地 ISP → 第二层 ISP → NAP → 第一层 ISP → NAP → 第二层 ISP → 本地 ISP → 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
1.3 因特网的组成从因特网的工作方式上看，可以划分为以下的两大块：
(1) 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，用来进行通信（传送数据、音频或视频）
和资源共享。
(2) 核心部分 由大量网络和连接这些网络的路由器组成。这部分是为边缘部分提供服务的（提供连通性和交换）。
第一章：计算机网络概述图 1-5 因特网的边缘部分和核心部分因特网的核心部分因特网的边缘部分主机网络 路由器
1.3 因特网的组成
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 端系统 (end system)。
如何理解,主机 A 和主机 B 进行通信”？
即“主机 A 的某个进程和主机 B 上的另一个进程进行通信”。或简称为“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通信方式通常可划分为两大类：
（ 1）客户服务器方式 C/S 方式,Client/Server方式
（ 2）对等方式 P2P 方式,Peer-to-Peer方式第一章：计算机网络概述
1、因特网的边缘部分
1.3 因特网的组成
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 服务的请求方,服务器是 服务的提供方 。
客户软件的特点、服务器软件的特点。
第一章：计算机网络概述
（ 1）客户服务器方式
1.3 因特网的组成第一章：计算机网络概述运行客户程序网络边缘网络核心运行服务器程序A B
客户服务器图 1-6 客户服务器工作模式
1.3 因特网的组成
对等连接 (peer-to-peer，简写为 P2P)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。
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、对等连接通信 。
双方都可以下载对方已经存储在硬盘中的共享文档
。
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客户又同时是服务器。
第一章：计算机网络概述
（ 2）对等连接方式
1.3 因特网的组成第一章：计算机网络概述网络边缘网络核心运行
P2P 程序运行
P2P 程序
D
CE
F
运行
P2P 程序运行
P2P 程序图 1-7 对等连接工作方式
1.3 因特网的组成
网络核心部分是因特网中最复杂的部分。
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）。
在网络核心部分起特殊作用的是 路由器 (router)。
路由器是实现 分组交换 (packet switching)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要的功能。
第一章：计算机网络概述
2、因特网的核心部分
1.3 因特网的组成
（ 1） 电路交换
,交换”的概念第一章：计算机网络概述
交换机
（ a）
（ b）
（ c）
图 1-8 电话机的不同方式
1.3 因特网的组成
（ 1） 电路交换
,交换”的概念所谓,交换,,这里是指 数据 在通信网络中各 结点内部的传递方式,是计算机网络领域中一个十分重要的概念和研究内容 。
从通信资源的分配角度来看,,交换,就是按照某种方式来有效,动态地分配数据传输系统的有限资源 。
第一章：计算机网络概述
1.3 因特网的组成
电路交换原理如图下所示，电路交换的基本原理是在通话之前，通过用户的 呼叫 （即拨号），由通信网络各中间结点 预先给用户分配传输信道 （数据交换通路）。用户若呼叫成功，则从主叫端到被叫端就建立了一条 物理 通路，此后双方才能互相通话。通话完毕挂机后通信系统即自动释放这条物理通路。
第一章：计算机网络概述通信网络的中间结点
X1
X3
X2
Y2
Y1
1.3 因特网的组成
电路交换过程第一步：建立连接；
第二步：交换数据；
第三步：释放连接第一章：计算机网络概述
电路交换举例
A 和 B 通话经过四个交换机
通话在 A 到 B 的连接上进行
1.3 因特网的组成第一章：计算机网络概述交换机
交换机交换机交换机用户线用户线中继线中继线
B
D
C
A
注意：在通话过程中，用户始终占有从发送端到接收端的固定传输带宽 。
图 1-9 电路交换用户始终占用端到端的通信资源
1.3 因特网的组成
电路交换的 特点
数据交换前需建立起一条从发端到收端的物理通路；
在数据交换的全部时间内用户始终占用端到端的固定传输信道；
交换双方可实时进行数据交换而不会存在任何延迟 。
第一章：计算机网络概述
1.3 因特网的组成
存在的问题
计算机之间的数据交换往往具有 突发性 和 间歇性特征,而 对电路交换而言,用户支付的费用则是按用户占用线路的时间来收费的 。
不够灵活 。 只要在通话双方建立的通路中的任何一点出了故障,就必须重新拨号建立新的连接,
这对十分紧急和重要通信是很不利的 。
结论,电路交换技术 不适合 于计算机间的数据交换 。
第一章：计算机网络概述
1.3 因特网的组成
分组交换的 概念 最初是由 巴兰 (Baran)于 1964年在美国兰德 (Rand)公司的,论分布式通信,的研究报告中提出来的 。 后在美国的分组交换网 ARPANET中正式采用,其采用 存储转发 的技术 。
第一章：计算机网络概述
（ 2）分组交换
1.3 因特网的组成
何谓,分组,？
假设我们将欲发送的整块数据称为一个报文
(message)。 那么基于分组交换的原则,在发送报文之前,应先将较长的报文划分成一个个更小的等长或变长的数据段,如图 1.6所示 。
例如,每个数据段为 1024个 bit或 512个 bit
此外,在每一个数据段前面,应加上所谓的首部
(header)说明 （ 作标记 ）,这才构成了一个 分组
（ packet）,如下图所示 。
第一章：计算机网络概述
1.3 因特网的组成第一章：计算机网络概述其中,分组又称为“包”（ packet），而分组的首部也常称为“包头”。
101010100000110001 ……………………………..,101010100000111001
首部 数据 首部 数据 首部 数据报 文分组 分组分组图 1.10 划分分组的概念
1.3 因特网的组成
何谓,分组交换,？
采用存储转发的原则,以分组为单位,在分组交换网中从一个 （ 中间 ） 结点传送到另一个 （ 中间 ） 结点 。
使用分组交换时,在传送之前不必建立一条连接,这种不先建立连接而随时可发送数据的连接方式,称为 无连接 （ connectionless） 方式 。
第一章：计算机网络概述
1.3 因特网的组成第一章：计算机网络概述图 1-11 分组交换示意图
H1
H5
H2 H4
H3
H6
发送的分组路由器
A E
DB
C
网络核心部分主机
1.3 因特网的组成
工作原理
设 H1主机有数据要发向 H5主机数据经过的中间交换结点可以是 A,C,E
通路也可以是 A,B,E通路 。
再设 H2主机有数据要发向 H6主机数据经过的中间交换结点是 B,E通路 。
第一章：计算机网络概述
1.3 因特网的组成
分组交换网特征
被传送的数据分成若干 分组 分别传送；
数据传输前 不必预先 确定分组的传输路径；
通信子网中的每个交换结点均为 共享结点,并且都具有分组的存储 /转发 以及选择合适路由的能力；
在数据通信的过程中,通信子网 断续 (动态 )分配传输带宽,使得通信线路的利用率得以大大提高；
为了提高分组交换网的可靠性,通信子网常采用 网状拓扑结构
,使得当发生网络拥塞或少数中间交换结点,链路出现故障时
,可灵活地改变路由而不致引起通信的中断或全网的瘫痪；
通信网络的 主干线路往往由一些高速链路 构成 。
第一章：计算机网络概述
1.3 因特网的组成
分组交换网存在的问题
分组在各结点存储转发时因要排队总会造成一定的 时延 。 当网络通信量过大时,这种时延可能会很大；
各分组必须携带一定的控制信息 （ 说明信息 ）,从而带来额外 开销 ；
整个分组交换网的管理和控制比较 复杂 。
第一章：计算机网络概述
1.3 因特网的组成
分组交换,报文交换,电路交换的主要区别
图 1-12 表示了电路交换和分组交换的主要区别结论：
若要连续传送大量数据,且其传送时间远大于呼叫建立时间,则采用在数据通信之前预先分配传输带宽的电路交换较为合适 。
分组交换不需要预先分配传输带宽,在传送突发数据时可提高整个网络的信道利用率 。
第一章：计算机网络概述图 1-12 三种交换的比较报文报文报文
A B C D A B C D A B C D
报文交换电路交换 分组交换
t
连接建立数据传送 报文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
1.4 计算机网络的分类第一章：计算机网络概述
计算机网络的定义
最简单的定义：计算机网络是一些互相连接的、自治的计算机的集合。
因特网 (Internet)是“网络的网络”。
从不同的角度对计算机网络进行分类。
从网络的作用范围进行分类
广域网 （ Wide Area Network）
局域网 （ Local Area Network）
城域网 （ Metropolitan Area Network）
个人区域网 PAN（ Personal Area Network）
接入网 AN (Access Network)
从网络的使用者进行分类
公用网
专用网
1.5 计算机网络的主要性能指标第一章：计算机网络概述
带宽
,带宽,(bandwidth)本来是指信号具有的 频带宽度,单位是 赫 （ 或千赫,兆赫,吉赫等 ）
通信线路允许通过的 模拟信号 （ 即连续变化的信号 ） 频率范围称为线路带宽,
通信线路用来传送 数字信号 时,数据率 是衡量数字信道最重要的指标
习惯上,人们愿意将,带宽,作为 数字信道所能传送的,最高数据率,。
什么是数据率？ ——数字 信道传送 数字 信号的 速率
单位：,比特每秒,,或 b/s (bit/s)。
比特 （ bit 1/0） ——计算机中数据的最小单位,信息量的度量单位
1.5 计算机网络的主要性能指标第一章：计算机网络概述
常用的带宽单位
千比每秒,即 kb/s （ 103 b/s）
兆比每秒,即 Mb/s（ 106 b/s）
吉比每秒,即 Gb/s（ 109 b/s）
太比每秒,即 Tb/s（ 1012 b/s）
注意,在通信领域和计算机领域,对数量单位,
千,,,兆,,,吉,等的英文缩写 。
在计算机界,K = 210 = 1024 M = 220,G = 230,
T = 240
1.5 计算机网络的主要性能指标第一章：计算机网络概述
时延一个报文或分组从某网络 （ 或某链路 ） 的一端传送到另一端所需的时间,一般由 发送时延,传播时延 和 处理时延 三部分组成 。
发送时延 （ 传输时延 ）
发送数据时,数据块从结点进入到 传输媒体 所需要的时间 。
发送时延 = 数据块长度（ 比特 ）
信道带宽（ 比特 /秒 ）
这里的 信道带宽 是数据在信道上的 发送速率,即数据率。
1.5 计算机网络的主要性能指标第一章：计算机网络概述
时延
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 。
信号 传输速率 （即发送速率）和信号在信道上的 传播速率 是 完全不同的概念几个典型的电磁波传播速率：
在自由空间中的传播速率为 30万 Km/s;
在铜线电缆中的传播速率约为 23万 km/s；
在光纤中的传播速率 20.5万 km/s。
传播时延 = 信道长度（ 米 ）
信号在信道上的传播速率（ 米 /秒 ）
1.5 计算机网络的主要性能指标第一章：计算机网络概述
时延
处理时延在交换结点为存储转发而进行数据处理所花费的时间 。
数据经历的 总时延,
总时延 = 发送时延 + 传播时延 + 处理时延
1.5 计算机网络的主要性能指标第一章：计算机网络概述
三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
在发送器产生发送时延
(即传输时延 )
在队列中产生处理时延数据从结点 A 向结点 B 发送数据链路
1.6 计算机网络的体系结构第一章：计算机网络概述
计算机网络是个 非常复杂 的系统考查将两台计算机连接起来,使其之间能 互传文件 的情况 。
至少需要做的工作：
彼此间至少存在 一条物理 通路；
物理通路能为一方 激活,使数据能在通路上发送和接收；
发送方应告诉网络 如何识别 接收方；
发送方应能 得知 接收方 是否做好接收 准备；
发送方应能 得知 接收方 是否正确 收到所发数据；
差错检测和处理,应有可靠的措施保证对方计算机 最终 能够 收到正确的文件
1、计算机网络的体系结构的形成
1.6 计算机网络的体系结构第一章：计算机网络概述
如何 构造 复杂的 计算机网络？ 采用,分层处理,
的思想 。 它已成为现代计算机网络 设计 的重要原则 。
,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 。
体系结构实例,IBM的 SNA(Systems Network
Architecture),DEC的 DNA(Digital Network
Architecture)，美国国防部的 TCP/IP网络结构等
然而,…………
1、计算机网络的体系结构的形成
1.6 计算机网络的体系结构第一章：计算机网络概述
1、计算机网络的体系结构的形成
不同体系结构的计算机系统互不兼容,难以互连 。
1977年国际标准化组织 IS0成立了专门机构研究网络体系结构 。 不久,就提出了一个试图使各种计算机在世界范围内互连成网的标准框架,即著名的 开放系统互连 参 考 模 型 OSI/RM(0pen Systems Interconnection
Reference Model),简称为 OSI/RM。
这里,开放,的意思强调,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它任何系统进行通信 。
1.6 计算机网络的体系结构第一章：计算机网络概述
法律上 的国际标准 OSI 并没有得到市场的认可 。
非国际标准 TCP/IP 现在获得了最广泛的应用 。
TCP/IP 常被称为事实上的国际标准 。
1、计算机网络的体系结构的形成
1.6 计算机网络的体系结构第一章：计算机网络概述
协议：是通信双方为了实现通信所建立的标准,规则或约定 。
协议由语义,语法和时序三部分组成
语义,规定通信双方彼此,讲什么,,即确定协议元素的类型,如规定通信双方要发出什么控制信号,执行的动作和返回的应答 。
语法,规定通信双方彼此,如何讲,,即确定协议元素的格式,如数据和控制信息的格式 。
时序 （ 同步 ）,规定事件执行的顺序,即确定通信过程中通信状态的变化 。
2、网络协议的概念
1.6 计算机网络的体系结构第一章：计算机网络概述
问题,计算机网络的体系结构为什么 要 采用分层设计的思想？
复杂问题简单化的通行做法；
增加灵活性；
提供结构的易分割性；
简化实现和维护；
缩短标准化工作的进程
分层 缺点,有些功能多层重现,造成额外开销,层数多少要适当
通常每一层所要实现的 功能 是 （ 以下一种或多种 ）,
差错控制
流量控制
分段和重装
复用和分用
连接建立和释放
3、划分层次的必要性
1.6 计算机网络的体系结构第一章：计算机网络概述
定义：
一,计算机网络的各层及其协议的集合 。
二,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 。
强调,体系结构,和,实现,的区别
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
4、计算机网络体系结构的定义
1.6 计算机网络的体系结构第一章：计算机网络概述
5、五层协议的网络体系结构
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) 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
1.6 计算机网络的体系结构第一章：计算机网络概述
应用层任务：
(1) 确定进程之间通信的性质以满足用户的需求；
(2) 将应用进程经常使用的一些功能进行标准化，并提供实现这些功能所要使用的协议,例如,HTTP,SMTP和 FTP。
1.6 计算机网络的体系结构第一章：计算机网络概述
运输层任务,在 两端主机 （ 也就是源站和目的站 ） 的 进程 之间,
建立一条传输连接,以 透明 地传送 报文 。
主要关注的问题,如何在一个不太可靠的通信子网上 实现可靠的端到端 数据传输 。
协议,TCP,UDP
注意,运输层一般只存在于通信子网以外的主机中 。
1.6 计算机网络的体系结构第一章：计算机网络概述
网络层任务,负责为 分组交换网上 的不同主机提供通信 。
主要关注的问题,如何寻找恰当路由；如何平滑网络流量等 。
数据链路层任务,在两个 相邻结点间 的线路上 无差错 地传送以 帧 为单位的数据 。
主要关注的问题,如何把一条有可能出差错的实际链路,改造成让网络层向下看起来好像是一条 不出差错 的链路 。
1.6 计算机网络的体系结构第一章：计算机网络概述
物理层任务,实现 透明 地 比特 流传送。
主要关注的问题,用多大的电压代表,1” 或,0” ；当发送端发出比特,1”时，在接收端如何识别出这是比特,1”而不是比特,0”；连接传输媒体的插头应当有多少只引脚以及各个引脚应如何连接等。
注意,构成传输媒体的一些物理介质，如双绞线、同轴电缆、
光缆等，并不在物理层之内而是在物理层的下面，因此也有人把物理介质层当作第 0。
1.6 计算机网络的体系结构第一章：计算机网络概述
6、基于网络体系结构的数据传递过程
AP1
5
4
3
1
AP2
5
4
3
22
1010011001111 比特流 001110101010101
H2 数据 T2
H3 数据
H4 数据
H5 数据应用程序 数据物理传输媒体数据在各层之间的传输过程计算机 A 计算机 B
1.6 计算机网络的体系结构第一章：计算机网络概述
6、基于网络体系结构的数据传递过程
5
4
3
2
1
5
4
3
2
1
3
2
1
3
2
1
A BX Y
中间交换结点 X 中间交换结点 Y
主机 B主机 A
数据在各结点之间的传输过程
1.6 计算机网络的体系结构第一章：计算机网络概述
7、数据传递的基本规则
对等实体之间的通信都是遵守 同层协议 进行的，只存在一层是物理通信，其余各层之间的通信都是虚拟通信。
目标计算机上的 第 N层 软件必须恰好接收由发送计算机上的第 N层 软件所发送的数据。
层间通信遵循 层间协议 。
整套通信协议的实现称为 协议栈 。数据从发送方向下通过协议栈的每一层，又从接收方向上通过协议栈的每一层。每一层在把数据传送到低一层之前在数据前面附加一些控制信息，称为 协议头部,接收方收到数据之后先分析相应头部的信息，然后卸掉头部提交上一层。
1.6 计算机网络的体系结构第一章：计算机网络概述
实体实体 (entity)是指任何可以发送或接收信息的 硬件或软件 进程。
服务所谓,服务,,这里是指为保证网络中第 I层 对等层 的正确通信,较其低一层应提供的支撑,而这种支撑又是通过较其低层协议的执行来实现的 。
注意,协议和服务在概念上是很不一样的 。
8、若干名词术语
1.6 计算机网络的体系结构第一章：计算机网络概述
协议,是控制两个对等实体进行通信的规则的 集合
,协议”与“服务”的区别协议是,水平的,，是控制对等实体之间通信的规则。
服务是,垂直的,，是由下层向上层通过层间接口提供的。
8、若干名词术语
1.6 计算机网络的体系结构第一章：计算机网络概述
服务原语所谓,服务原语,是指网络 相邻层间 进行交互时所要 交换 的一些必要的 命令 。
服务访问点所谓,服务访问点 SAP”（ Service Access Point
）是指 同一系统 内相邻两层的实体进行交互 (即交换信息 )的 地方 。
8、若干名词术语
1.6 计算机网络的体系结构第一章：计算机网络概述
协议数据单元所谓“协议数据单元 PDU”（ Protocol Data Unit
）是指在各对等层实体之间，为实现该层协议所交换的 信息单元 。
基于上述概念，任何网络结点的 相邻两层之间的关系 可概括为下图所示。
8、若干名词术语
1.6 计算机网络的体系结构第一章：计算机网络概述
相邻两层之间的关系
8、若干名词术语协 议交换原语服 务 用 户提 供 服 务服 务 提 供 者第 n 层第 n + 1 层服 务 用 户
SAP SAP
交换原语
1.6 计算机网络的体系结构第一章：计算机网络概述
面向连接服务服务特征
数据交换之前，必须先建立连接。当数据交换结束后，则应释放这个连接。即面向连接服务一般要经历连接建立、数据传输和连接释放三个阶段；
数据传送是按序收发；
属可靠服务。
适用处：
面向连接服务比较适合于在一定时期内要向同一目的地发送 许多报文 的情况 。
9、面向连接服务与无连接服务
1.6 计算机网络的体系结构第一章：计算机网络概述
无连接服务服务特征
两个实体之间的通信不需要先建立好一个连接；
不需要通信的两个实体同时是活跃的（即处于激活态 )；
不能防止报文的丢失、重复或失序；
属不可靠服务。
适用处：
无连接服务的优点是灵活方便和比较迅速,因而特别适合于传送少量零星的报文 。
9、面向连接服务与无连接服务
1.6 计算机网络的体系结构第一章：计算机网络概述
ISO/OSI七层协议
10,OSI参考模型和 TCP/IP参考模型物理层链路层网络层传输层会话层表示层应用层物理层链路层网络层传输层会话层表示层应用层接收信息的进程发送信息的进程七层参考模型图数据流的物理传输层间的逻辑通信每一层执行功能并将信息送往下一层每一层执行功能并将信息送往上一层
1.6 计算机网络的体系结构第一章：计算机网络概述
ISO/OSI七层协议 ——各层功能
10,OSI参考模型和 TCP/IP参考模型应用层表示层会话层运输层网络层链路层物理层应用程序,FTP,E-mail,Telnet
数据结构表示、数据转换、加密、压缩进程管理、双工、半双工、单工、断点续发将数据传给正确的应用程序，提供可靠的数据传输将包传给正确的主机，数据分组、路由选择将数据组成帧，差错控制、流量控制、媒体访问控制规定物理信号、接口、信号形式、速率
1.6 计算机网络的体系结构第一章：计算机网络概述
TCP/IP 的体系结构
10,OSI参考模型和 TCP/IP参考模型应用层网络接口层网际层 IP
(各种应用层协议如
TELNET,FTP,
SMTP 等 )
运输层 (TCP或 UDP)
1.6 计算机网络的体系结构第一章：计算机网络概述
TCP/IP 四层协议的表示方法举例
10,OSI参考模型和 TCP/IP参考模型应用层运输层网际层网络接口层主机 A 主机 B
路由器网络 2网络 1
应用层运输层网际层网络接口层网际层网络接口层
4
3
2
1
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IP over Everything，
Everything over IP
10,OSI参考模型和 TCP/IP参考模型
HTTP SMTP DNS RTP
TCP UDP
IP网际层网络接口层运输层应用层
…网络接口 1 网络接口 2 网络接口 3
1.6 计算机网络的体系结构第一章：计算机网络概述
OSI七层模型与 TCP/IP四层模型的比较
10,OSI参考模型和 TCP/IP参考模型应用层表示层会话层传输层网络层数据链路层物理层应用层传输层互联网层网络接口层
Telnet FTP HTTP SMTP
TCP UDP
IP ICMP ARP RARP
以太网 令牌环 ATM
Hardware
TCP/IP
模型
OSI
模型小结第一章：计算机网络概述本讲从计算机网络在信息社会所起的作用开始,
介绍了计算机网络的发展,分类,以及衡量网络的两个重要指标,着重分析了计算机网络的体系结构,使大家对计算机网络有一个整体的认识,为后面章节学习打下基础 。
思考与练习第一章：计算机网络概述课后练习
1-02
1-03
1-19
1-22
