第一章 概论
1.1 计算机网络的演变与发展
1.2 计算机网络的功能和应用
1.3 计算机网络的层次体系结构
1.4 网络通信标准化组织
1.5 计算机网络的分类
1.6 实例简介计算机网络的演变与发展 （ 1）
面向终端的计算机网络：
以单个计算机为中心的远程联机系统
例如 20世纪 60年代初的 SABRE飞机预订系统中心计算机 前端处理机远程通信线路终端控制器近程通信线路计算机网络的演变与发展 （ 2）
计算机 -计算机网络
计算机有自主处理能力,autonomous
典型代表是 DARPA资助下的 ARPANET
Host运行 网络应用程序
IMP,节点处理机 /分组交换节点
主机之间不是直接连接，而是通过 IMP互连
IMP采用存储 转发 /分组交换技术，通信线路不独占，而是统计时分复用
ARPRNET把网络分成两个部分：
通信子网,IMP和 IMP之间连接的通信线路
资源子网：向网络用户提供共享的软硬件资源的主机计算机网络的演变与发展 （ 3）
计算机 -计算机网络（续）
什么是协议和体系结构？
Protocol,计算机通信时对信息内容、信息表示以及交换过程遵循一个共同的约定。
Architecture,协议一般被分成多个层次，如何分层以及各层采用的协议总和称为体系结构
第二代计算机网络：没有统一的网络体系结构
IBM的 SNA
DEC的 DNA
ARPANET等等计算机网络的演变与发展 （ 4）
开放式标准化网络：第三代计算机网络
International Standards Organization(ISO)提出了
Open System Interconnection Basic Reference
Model(OSI/RM),OSI七层模型
ISO和国际电话电报咨询委员会 CCITT在参考模型的指导下开发了一系列的协议标准,CCITT建议
ITU-T,International Telecommunication Union下的电信标准化部，其前身为 CCITT
公用分组交换数据网,CHINAPAC
Internet,TCP/IP体系结构，事实上的国际标准计算机网络的演变与发展 （ 5）
网络计算的新时代：以网络为中心
发展趋势：
高速网络：
以太网从 10Mbps->100M?1Gbps?10Gbps
WAN,64Kbps->2Mbps->155M/622M?Gbps
（ DWDM）
多媒体信息：
数据、电话、有限电视等三 /多网合一
QoS控制：延迟、抖动、丢失等计算机网络的演变与发展 （ 6）
未来的网络结构：
IP over everything/Everything over IP
用户
BackBone
Access NetworkPOP
用户
Access Network
用户 用户
POP
POP
POP
Point of Prensence
汇聚点端用户,机顶盒、手机、计算机等什么是计算机网络？
计算机网络：
是一个复合系统，由各自具有 自主 功能而又通过 各种通信手段 连接起来以便进行 信息交换、资源共享或协同工作 的计算机组成。
计算机网络可分为
通信子网：信息的传输
资源子网：信息的处理，提供共享网络资源
局部范围内可能同时管理通信和资源子网
广域范围：通信子网由电信公司拥有计算机网络的功能和应用
网络的功能：
资源共享：设备、软件和数据
人际通信手段：电子邮件,BBS,Newsgroup
可靠性：
节省费用：
扩充
负载均衡
协同工作
应用：
各个部门各个行业都离不开网络计算机网络的层次体系结构（ 1）
层次模型：
把一个复杂的构建网络的过程分解成多个可以管理的层次
…
N＋ 1层
N层
N-1层
…
物理媒体
N-1服务
…
N＋ 1层
N层
N-1层
…
N-1/N接口
N-1层协议
N层协议
N+1层协议计算机网络的层次体系结构（ 2）
层次模型：
物理媒体实通信、其余对等层为虚通信
对等层的通信遵循该层的 协议
N层的虚通信通过 N-1/N层间 接口 处 N-1层提供的 服务 以及 N-1层的通信来实现的
分层原则：
各层的功能明确并且相互独立
层间接口清晰，跨越接口的信息量应尽可能少
层数应适中：太少导致每层协议太复杂，太多开销过大。
OSI基本参考模型（ 1）
端系统：
中继设备：低两层或三层
Application
Presentation
Session
Transport
Network
Data link
Physical
Network
Data link
Physical1
2
3
4
5
6
7 Application
Presentation
Session
Transport
Network
Data link
Physical
Data link
Physical
OSI基本参考模型（ 2）
物理层：如 RS232
在物理媒体上传输原始数据比特流：
为在物理媒体上建立、维持和终止传输比特流的物理连接提供机械、电气、功能和过程的手段
数据链路层,比如 HDLC协议,PPP
帧同步：将比特组合成协议数据单元：帧（ frame)
通过校验、确认和反馈重传手段将原始的物理连接改造成无差错的数据链路
流量控制：防止发送方过快以致接收方来不及处理
OSI基本参考模型（ 3）
网络层,IP/X.25
如何把网络协议数据单元（分组）从源传送到目的地，通信子网的运行控制
路由协议和路由算法
拥塞控制
网际互连
运输层,TCP
第一个端到端即主机到主机的层次
为高层用户提供端到端的数据传输服务，屏蔽通信子网的存在
复用、分流
端到端的差错控制和流量控制
拥塞控制
OSI基本参考模型（ 4）
会话层,RPC/SOCKET
进程到进程之间的会话控制
会话的同步功能，插入同步点、恢复会话
表示层,ASN.1/XDR
为高层用户提供统一的数据和信息的语法表示形式
数据压缩、数据加密
各种类型的数据在不同的计算机中表示方式各不相同
OSI基本参考模型（ 5）
应用层,FTAM/MHS/FTP/WWW/…,
最高层，为特定类型的网络应用提供访问
OSI环境的手段
文件传送、电子邮件、虚拟终端层间服务（ 1）
在 N层和 N+1层的接口处，由 N层向 N+1层提供服务：
N+1层通过服务访问点 SAP访问 N层提供的服务。
SAP有一个唯一的标识地址，抽象的概念
服务原语：
请求,request 用户?服务提供者
指示,indication 服务提供者?用户
响应,response 服务用户?服务提供者
证实,confirm 服务提供者?服务用户层间服务（ 2）
服务包括：
证实服务：请求、指示、响应、证实
非证实服务：请求、指示
层次结构中的数据传送过程：
服务数据单元,SDU
协议数据单元,PDU
Internet参考模型（ 1）
TCP/IP体系结构：四层模型
分层不严格
IP是其核心
Internet特指全球范围通过 TCP/IP协议连接起来的网络
internet,互连网络子网层
IP 网际层
TCP UDP
应用层运输层
Internet参考模型（ 2）
OSI参考模型和 Internet参考模型
相同点：
层次结构
最低层面向通信子网的
运输层：第一个端到端数据传输服务层次，面向连接和无连接服务
最高层为应用层
不同点：
Internet没有表示层和会话层
Internet没有明确规定通信子网的协议
Internet中 IP是其核心，提供无连接的服务网络通信标准化组织 (1)
ISO和 ITU－ T
国际标准化组织 ISO,世界范围内促进国际标准的制定和合作
ISO标准制定的阶段和文件参见表 1.1
国际电信联盟 ITU,电信界最有影响的标准化组织
ITU-T,电信标准化部复杂电话和数据通信领域的工作，提出建议标准，其前身为 CCITT
网络通信标准化组织 (2)
因特网有关的标准化组织
IAB,Internet Architecture Board,指导
Internet研究和开发工作
多个特别任务组
Internet Engineering Task Force,IETF,IETF下面进一步分为多个工作组
RFC,Request For Comments
工作组提出,DRAFT
RFC,还包括多种类型的文档其他组织
IEC,International Electrotechnical
Commission
国际电工委员会，最早（ 1906）成立的标准化官方机构，促进电气、电子和相关技术方面的标准化和国际合作
IEEE,电气电子工程师学会,IEEE 802标准，
后被 ISO接受为国际标准?ISO 8802
EIA,美国电子工业协会,RS232
计算机网络的分类,地理范围
地理范围：
LAN局域网,0.1km
CAN校园网（园区网）,1km
MAN城域网,10km
WAN广域网,100-1000km,long haul
network
GAN全球网,>1000km,Internet
其他分类
拓扑结构：
总线、环形、星形、不规则网形
传输媒体：
双绞线、同轴电缆、光纤、无线
网络的使用范围
公用、专用网实例简介
公用分组交换网：
遵循 CCITTX.25/X.3/X.28/X.9/X.75等建议组建的数据通信网络,X.25网络
X.25给出了数据终端设备 DTE和数据电路端接设备 DCE之间的接口
分组组装拆卸器 PAD给出了非智能终端与
DCE之间的接口：规程和协议
X.75用于网际互连实例简介 --SMDS
交换式多兆比特数据服务
标准速率为 45Mbps,提供高速交换式数据通信服务
典型应用是把分布各地的 LAN互连
SMDS提供简单的无连接分组传送服务，并且提供地址过滤特性和组播服务
出过滤：检查目的地址匹配
入过滤：检查源地址匹配
出入过滤：闭合用户群，只有他们之间可以互通实例简介,ATM与 B-ISDN
N-ISDN,传输音频、数据、传真等
B信道：传送用户信息,D信道主要用于传送信令信息，也可以用于传送用户信息
基本速率接口 BRI,2B+D（ 192kbps）,一线通服务
主要速率接口 PRI：
23B+D,1.544Mbps T1
30B+D,2.048Mbps E1
B-ISDN,传输音频、视频、数据、传真
信元交换：结合分组交换和电路交换的优点
53 fixed-size cell
无流量控制、差错控制等额外开销
可达 155M/622M/2.5Gbps
Internet的发展过程（ 1）
1961-1972,早期分组交换网络
ARPANET,IMP节点处理机
1972-1980,网络互连 internetworking
把各个网络互连起来,DARPA资助下提出 TCP/IP协议
TCP/IP的设计原则：
自主,minimalism autonomous
尽力递交服务,Best-effort service
无状态路由器,stateless router,不需要维护 per-flow状态
分布式控制,decentralized control
Internet的发展过程（ 2）
1980-1990,Internet的膨胀
从 200台主机?10万台
NSFNET：
美国国家科学基金资助，连接全美 6个超级计算机中心，
最早 56kbps速率
1990年主干速率 1.544Mbps
1990- Internet商业化
WWW的出现
ANSNET（ Advanced Networks and Services）,商业结合的产物
1992年主干升级为 T3:45Mbps
Internet的发展过程（ 3）
NREN,国家研究和教育网络,1993
Gigabit
NII,信息高速公路
IPV6：
NGI,Next Generation Internet,美国政府，
1996年
Internet2,大学和研究机构。
Internet的主要功能
以 TCP/IP协议互连起来的全球性网络
采用 TCP/IP协议
Internet上的主机有一个 4字节的 IP地址，可向 Internet上的任何机器发送 IP分组
DNS,www.fudan.edu.cn
传统应用,Telnet,FTP,Email,News
WWW,欧洲粒子物理研究中心的科学家 CERN研制
HTTP,HTML,URL
多媒体应用：音频、视频习题
1.15
1.16
1.18
1.1 计算机网络的演变与发展
1.2 计算机网络的功能和应用
1.3 计算机网络的层次体系结构
1.4 网络通信标准化组织
1.5 计算机网络的分类
1.6 实例简介计算机网络的演变与发展 （ 1）
面向终端的计算机网络：
以单个计算机为中心的远程联机系统
例如 20世纪 60年代初的 SABRE飞机预订系统中心计算机 前端处理机远程通信线路终端控制器近程通信线路计算机网络的演变与发展 （ 2）
计算机 -计算机网络
计算机有自主处理能力,autonomous
典型代表是 DARPA资助下的 ARPANET
Host运行 网络应用程序
IMP,节点处理机 /分组交换节点
主机之间不是直接连接，而是通过 IMP互连
IMP采用存储 转发 /分组交换技术，通信线路不独占，而是统计时分复用
ARPRNET把网络分成两个部分：
通信子网,IMP和 IMP之间连接的通信线路
资源子网：向网络用户提供共享的软硬件资源的主机计算机网络的演变与发展 （ 3）
计算机 -计算机网络（续）
什么是协议和体系结构？
Protocol,计算机通信时对信息内容、信息表示以及交换过程遵循一个共同的约定。
Architecture,协议一般被分成多个层次，如何分层以及各层采用的协议总和称为体系结构
第二代计算机网络：没有统一的网络体系结构
IBM的 SNA
DEC的 DNA
ARPANET等等计算机网络的演变与发展 （ 4）
开放式标准化网络：第三代计算机网络
International Standards Organization(ISO)提出了
Open System Interconnection Basic Reference
Model(OSI/RM),OSI七层模型
ISO和国际电话电报咨询委员会 CCITT在参考模型的指导下开发了一系列的协议标准,CCITT建议
ITU-T,International Telecommunication Union下的电信标准化部，其前身为 CCITT
公用分组交换数据网,CHINAPAC
Internet,TCP/IP体系结构，事实上的国际标准计算机网络的演变与发展 （ 5）
网络计算的新时代：以网络为中心
发展趋势：
高速网络：
以太网从 10Mbps->100M?1Gbps?10Gbps
WAN,64Kbps->2Mbps->155M/622M?Gbps
（ DWDM）
多媒体信息：
数据、电话、有限电视等三 /多网合一
QoS控制：延迟、抖动、丢失等计算机网络的演变与发展 （ 6）
未来的网络结构：
IP over everything/Everything over IP
用户
BackBone
Access NetworkPOP
用户
Access Network
用户 用户
POP
POP
POP
Point of Prensence
汇聚点端用户,机顶盒、手机、计算机等什么是计算机网络？
计算机网络：
是一个复合系统，由各自具有 自主 功能而又通过 各种通信手段 连接起来以便进行 信息交换、资源共享或协同工作 的计算机组成。
计算机网络可分为
通信子网：信息的传输
资源子网：信息的处理，提供共享网络资源
局部范围内可能同时管理通信和资源子网
广域范围：通信子网由电信公司拥有计算机网络的功能和应用
网络的功能：
资源共享：设备、软件和数据
人际通信手段：电子邮件,BBS,Newsgroup
可靠性：
节省费用：
扩充
负载均衡
协同工作
应用：
各个部门各个行业都离不开网络计算机网络的层次体系结构（ 1）
层次模型：
把一个复杂的构建网络的过程分解成多个可以管理的层次
…
N＋ 1层
N层
N-1层
…
物理媒体
N-1服务
…
N＋ 1层
N层
N-1层
…
N-1/N接口
N-1层协议
N层协议
N+1层协议计算机网络的层次体系结构（ 2）
层次模型：
物理媒体实通信、其余对等层为虚通信
对等层的通信遵循该层的 协议
N层的虚通信通过 N-1/N层间 接口 处 N-1层提供的 服务 以及 N-1层的通信来实现的
分层原则：
各层的功能明确并且相互独立
层间接口清晰，跨越接口的信息量应尽可能少
层数应适中：太少导致每层协议太复杂，太多开销过大。
OSI基本参考模型（ 1）
端系统：
中继设备：低两层或三层
Application
Presentation
Session
Transport
Network
Data link
Physical
Network
Data link
Physical1
2
3
4
5
6
7 Application
Presentation
Session
Transport
Network
Data link
Physical
Data link
Physical
OSI基本参考模型（ 2）
物理层：如 RS232
在物理媒体上传输原始数据比特流：
为在物理媒体上建立、维持和终止传输比特流的物理连接提供机械、电气、功能和过程的手段
数据链路层,比如 HDLC协议,PPP
帧同步：将比特组合成协议数据单元：帧（ frame)
通过校验、确认和反馈重传手段将原始的物理连接改造成无差错的数据链路
流量控制：防止发送方过快以致接收方来不及处理
OSI基本参考模型（ 3）
网络层,IP/X.25
如何把网络协议数据单元（分组）从源传送到目的地，通信子网的运行控制
路由协议和路由算法
拥塞控制
网际互连
运输层,TCP
第一个端到端即主机到主机的层次
为高层用户提供端到端的数据传输服务，屏蔽通信子网的存在
复用、分流
端到端的差错控制和流量控制
拥塞控制
OSI基本参考模型（ 4）
会话层,RPC/SOCKET
进程到进程之间的会话控制
会话的同步功能，插入同步点、恢复会话
表示层,ASN.1/XDR
为高层用户提供统一的数据和信息的语法表示形式
数据压缩、数据加密
各种类型的数据在不同的计算机中表示方式各不相同
OSI基本参考模型（ 5）
应用层,FTAM/MHS/FTP/WWW/…,
最高层，为特定类型的网络应用提供访问
OSI环境的手段
文件传送、电子邮件、虚拟终端层间服务（ 1）
在 N层和 N+1层的接口处，由 N层向 N+1层提供服务：
N+1层通过服务访问点 SAP访问 N层提供的服务。
SAP有一个唯一的标识地址，抽象的概念
服务原语：
请求,request 用户?服务提供者
指示,indication 服务提供者?用户
响应,response 服务用户?服务提供者
证实,confirm 服务提供者?服务用户层间服务（ 2）
服务包括：
证实服务：请求、指示、响应、证实
非证实服务：请求、指示
层次结构中的数据传送过程：
服务数据单元,SDU
协议数据单元,PDU
Internet参考模型（ 1）
TCP/IP体系结构：四层模型
分层不严格
IP是其核心
Internet特指全球范围通过 TCP/IP协议连接起来的网络
internet,互连网络子网层
IP 网际层
TCP UDP
应用层运输层
Internet参考模型（ 2）
OSI参考模型和 Internet参考模型
相同点：
层次结构
最低层面向通信子网的
运输层：第一个端到端数据传输服务层次，面向连接和无连接服务
最高层为应用层
不同点：
Internet没有表示层和会话层
Internet没有明确规定通信子网的协议
Internet中 IP是其核心，提供无连接的服务网络通信标准化组织 (1)
ISO和 ITU－ T
国际标准化组织 ISO,世界范围内促进国际标准的制定和合作
ISO标准制定的阶段和文件参见表 1.1
国际电信联盟 ITU,电信界最有影响的标准化组织
ITU-T,电信标准化部复杂电话和数据通信领域的工作，提出建议标准，其前身为 CCITT
网络通信标准化组织 (2)
因特网有关的标准化组织
IAB,Internet Architecture Board,指导
Internet研究和开发工作
多个特别任务组
Internet Engineering Task Force,IETF,IETF下面进一步分为多个工作组
RFC,Request For Comments
工作组提出,DRAFT
RFC,还包括多种类型的文档其他组织
IEC,International Electrotechnical
Commission
国际电工委员会，最早（ 1906）成立的标准化官方机构，促进电气、电子和相关技术方面的标准化和国际合作
IEEE,电气电子工程师学会,IEEE 802标准，
后被 ISO接受为国际标准?ISO 8802
EIA,美国电子工业协会,RS232
计算机网络的分类,地理范围
地理范围：
LAN局域网,0.1km
CAN校园网（园区网）,1km
MAN城域网,10km
WAN广域网,100-1000km,long haul
network
GAN全球网,>1000km,Internet
其他分类
拓扑结构：
总线、环形、星形、不规则网形
传输媒体：
双绞线、同轴电缆、光纤、无线
网络的使用范围
公用、专用网实例简介
公用分组交换网：
遵循 CCITTX.25/X.3/X.28/X.9/X.75等建议组建的数据通信网络,X.25网络
X.25给出了数据终端设备 DTE和数据电路端接设备 DCE之间的接口
分组组装拆卸器 PAD给出了非智能终端与
DCE之间的接口：规程和协议
X.75用于网际互连实例简介 --SMDS
交换式多兆比特数据服务
标准速率为 45Mbps,提供高速交换式数据通信服务
典型应用是把分布各地的 LAN互连
SMDS提供简单的无连接分组传送服务，并且提供地址过滤特性和组播服务
出过滤：检查目的地址匹配
入过滤：检查源地址匹配
出入过滤：闭合用户群，只有他们之间可以互通实例简介,ATM与 B-ISDN
N-ISDN,传输音频、数据、传真等
B信道：传送用户信息,D信道主要用于传送信令信息，也可以用于传送用户信息
基本速率接口 BRI,2B+D（ 192kbps）,一线通服务
主要速率接口 PRI：
23B+D,1.544Mbps T1
30B+D,2.048Mbps E1
B-ISDN,传输音频、视频、数据、传真
信元交换：结合分组交换和电路交换的优点
53 fixed-size cell
无流量控制、差错控制等额外开销
可达 155M/622M/2.5Gbps
Internet的发展过程（ 1）
1961-1972,早期分组交换网络
ARPANET,IMP节点处理机
1972-1980,网络互连 internetworking
把各个网络互连起来,DARPA资助下提出 TCP/IP协议
TCP/IP的设计原则：
自主,minimalism autonomous
尽力递交服务,Best-effort service
无状态路由器,stateless router,不需要维护 per-flow状态
分布式控制,decentralized control
Internet的发展过程（ 2）
1980-1990,Internet的膨胀
从 200台主机?10万台
NSFNET：
美国国家科学基金资助，连接全美 6个超级计算机中心，
最早 56kbps速率
1990年主干速率 1.544Mbps
1990- Internet商业化
WWW的出现
ANSNET（ Advanced Networks and Services）,商业结合的产物
1992年主干升级为 T3:45Mbps
Internet的发展过程（ 3）
NREN,国家研究和教育网络,1993
Gigabit
NII,信息高速公路
IPV6：
NGI,Next Generation Internet,美国政府，
1996年
Internet2,大学和研究机构。
Internet的主要功能
以 TCP/IP协议互连起来的全球性网络
采用 TCP/IP协议
Internet上的主机有一个 4字节的 IP地址，可向 Internet上的任何机器发送 IP分组
DNS,www.fudan.edu.cn
传统应用,Telnet,FTP,Email,News
WWW,欧洲粒子物理研究中心的科学家 CERN研制
HTTP,HTML,URL
多媒体应用：音频、视频习题
1.15
1.16
1.18
