北京交通大学电气工程学院 黄彧计算机通信与网络技术
—— 前言为什么要学计算机网络？
计算机网络可以为我们干什么？
商业应用
Resource sharing,hardware and information
Communication medium,Email 视频会议
E-commerce
家庭应用
访问远程信息，浏览新闻 在线图书馆 聊天室
Peer-to-peer communication
娱乐，视频点播 网络模拟游戏
电子商务，网上购物 网上访问金融机构计算机网络课程特点
计算机网络是计算机技术与通信技术相互渗透、密切结合而形成的一门交叉科学；
网络技术经几十年的发展，已经形成了自身比较完善的体系；
目前网络技术发展十分迅速，应用广泛，知识更新快。
课程目标
,计算机通信与网络技术,是电气信息类专业的选修专业基础课。主要内容以五层协议的原理参考模型为基础，以 TCP/IP协议族中的 IP和 TCP为核心，以较成熟的网络技术为主，侧重计算机网络的基本技术。
掌握计算机网络通信的基础知识，包括数据通信技术、
网络体系结构、网络协议与服务,Internet协议集以及应用。
学习用书
教材
谢希仁编著,,计算机网络教程,(第二版 ）,人民邮电出版社,2006.5
参考书
谢希仁编著,,计算机网络（第四版）,,电子工业出版社,2003.6
张曾科等主编,,计算机网络,,清华大学出版社,2006.3
Andrew S,Tanenbaum著,,COMPUTER
NETWORKS,（ Fourth Edition），清华大学出版社,2004.8
其他：文章与论文课程主要内容
第一讲 计算机网络协议与体系结构
第二讲 网络的物理层
第三讲 网络的数据链路层
第四讲 局域网
第五讲 广域网
第六讲 网络互连技术
第七讲 网络的运输层
第八讲 应用层成绩考核以闭卷进行考核，综合评定本课程的学习成绩。
平时成绩 (30%)
作业 (10%)＋教学实验 (20%)
考试成绩 (70%)
总成绩 = 平时成绩（ 30%） + 期末考试成绩（ 70%）
联系方式黄 彧电气工程学院电话,51687113
办公室：电气楼 507
电子邮件,yinhuang@bjtu.edu.cn
答疑时间：每周五上午北京交通大学电气工程学院 黄彧第一章 计算机网络概述主要内容
计算机网络的发展过程
因特网的组成
计算机网络的分类重点和难点：
三种信息交换方式计算机网络的产生
通信
计算机
1837 电报
Morse
1876 电话
Bell
1927
跨大西洋
1964
数字集成器和计算机网络计算机网络的产生和发展
早期的计算机应用模式 —— 单机
大、中、小型机 — 庞大，昂贵，资源无法共享
分散的计算机构成了一个个的信息“孤岛”
计算机网络产生始于 1950’s，产生的原因：
资源共享的需求（计算能力、外设、软件、
数据 ）
大型项目的合作（进行工程项目协作）
人与人之间的信息沟通（数据通信）
从体系结构来观察，计算机网络的发展可分为三个阶段（三代网络）：
1,以主机为中心的联机终端系统
“计算机－终端”系统
2,以通信子网为中心的主机互连
“计算机－计算机”网络
3,体系结构标准化网络层次化结构，并对每层进行了精确定义三代网络
1.以主机为中心的联机终端系统
特征：终端 (Terminal)共享主机 (Host)的软硬件资源
单台主机：执行计算和通信任务
多台终端：执行用户交互
(终端集中器 /终端服务器 )
连接方式：本地或远程
TS
T
T
T T
T
T
HOST
通信线路
T
例子：飞机订票系统
HOST(航空公司总部 )
Terminals(订票点 )
通信线路 (电话线路 )
缺点
主机负荷重 —— 数据处理＋通信
线路利用率低
集中控制方式，可靠性低
改进
终端集中器 (近 /远距 )
前端处理机（ Front-End Processor,FEP），将通信任务从主机中分离出来举例
2.以通信子网为中心的主机互连
特征
多个终端联机系统互联，形成了多主机互联网络
网络结构从“主机－终端” 转变为“主机
－主机”
HOST
HOSTHOSTT
TT
T
T
T
T
TTT
通信线路主机－主机网络的演变
演变阶段 1
通信任务从主机中分离,由通信控制处理机
（ CCP）完成
CCP：处理主机之间通信任务的专用计算机
CCP
CCP
HOST
HOST
T
T
TT
T
T
CCP
HOST
T T
两层网络
两层网络概念的出现
由 CCP组成的传输网络 —— 通信子网,提供信息传输服务
建立在通信子网基础上的主机集合 —— 资源子网,
提供计算资源
CCP
CCP
HOST
HOST
T
T
TT
T
T
CCP
HOST
TT
T
通信子网
演变阶段 2
通信子网规模逐渐扩大
私有 → 社会公用
公用数据通信网
PSTN
X.25
优点
降低用户系统建设成本
提高通信线路利用率
兼容性好公用数据通信网
HOST
HOST
T
T
TT
T
T
HOST
T T
T
T
主机－主机网络的演变
因特网的前身 —— ARPANET
美苏冷战时期由美国军方建立的实验性网络
最初 4个节点 → 70’s的 60多个节点
地域跨越美洲、欧洲
具有现代网络的许多特征，例如：
– 分组交换
– 分层次的网络体系
– 较为完善的通信协议举例
3,体系结构标准化网络
为什么需要标准化？
不同网络设备之间的 兼容性 和 互操作性 是推动网络体系结构的标准化的原动力
而兼容性和互操作性的最终目的仍是资源共享
标准化的时机？
先制定标准再开发还是先开发再制定标准？
各厂商、研究机构、大学在网络技术、方法、
理论等方面的研究日趋成熟是基础。
网络体系结构标准化过程的演变
厂商标准,IBM-SNA,DEC-DNA等
缺点：适用范围：兼容性？
技术垄断：竞争？
标准不统一：用户利益？
国际标准（ ISO OSI/RM）
Open System Interconnection/Recommended Model(开放系统互联参考模型，简称 OSI参考模型 )
OSI参考模型是一种概念上的网络模型，规定了网络体系结构的框架,7个层次
只说明了做什么（ WHAT TO DO）而未规定怎样做（ HOW
TO DO）
太复杂，几乎没有与之完全符合的网络
事实上的标准,TCP/IP(因特网的骨干协议 )
从体系结构上看，它是 OSI参考模型的简化（ 4层）
标准化过程
4.因特网时代的到来
截止到 2000年,Internet的规模为
网络数达到 105数量级,主机数达到 107数量级,用户数 108
数量级，主干速率大于 2.5Gbit/s
美国政府资助的“下一代因特网计划”目标是
主干网的速率比现在的因特网高 1000倍
端到端的速率要达到
100Mbit/s~10Gbit/s
因特网的组成
边缘部分：连接在因特网上的主机
核心部分：网络和路由器边缘部分主机的通信方式 —— Client/Server
B
A
网络核心网络边缘运行客户程序 运行服务 器程序客户服务器边缘部分主机的通信方式
—— Peer-to-Peer,P2P
1
2
3
4
网络核心网络边缘运行 P2P
程序运行 P2P
程序运行 P2P
程序运行 P2P程序核心部分 —— 路由器 Router
网络和网络的连接依靠路由器
路由器的具体任务是转发收到的分组，
实现分组转发 Packet Switching
电路交换 Circuit Switching
交换机电路交换举例
A 和 B 通话经过四个交换机
通话在 A 到 B 的连接上进行
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
电路交换举例
C 和 D 通话只经过一个本地交换机
通话在 C 到 D 的连接上进行
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
电路交换的特点
电路交换必定是面向连接的。
电路交换的三个阶段：
建立连接
通信
释放连接
通话过程中，两个用户始终占用端到端的通信资源，线路传输效率低。
分组交换 packet-switching
存储转发 的概念：存储转发的概念最初是在 1964年 8
月由巴兰 (|Baran)在美国兰 (Rand)公司的“论分布式通信”的研究报告中提出的。
分组 (Packet)的概念,1964年 6月，英国的国家物理实验室 NPL的戴维斯 (Davies)首次提出“分组
(Packet)”这一概念。
分组交换网 ARPANET,1969年 12月，美国的
ARPANET （ 分组交换网当时仅 4个结点）投入运行。
从此，计算机网络的发展就进入了一个 崭新的世元。
1973年英国的 NPL也开通了分组交换试验网。 1973
年法国开通其分组交换网 CYCLADES。
现在大家都公认 ARPANET为分组交换网之父，并将分组交换网的出现作为现代电信时代的开始。
数 据 数 据 数 据分组交换? 在发送端 把要发送的报文分隔为较短的数据块? 每个块增加带有控制信息的首部构成分组（包）? 依次把各分组发送到接收端
接收端剥去首部，抽出数据部分，还原成报文数 据分组
11010011101 00101001110
报文发送端首部分组数 据 首部分组首部数 据发送发送发送在前发送接收端数 据 首部 数 据 首部 数 据 首部
11010011101 00101001110
分组交换网的示意图
H1
A
分组交换网
B
D
E
C H5
H6
H4H
2
H3
H1 向 H5 发送分组
H2 向 H6 发送分组注意分组路径的变化！
结点交换机主机注意分组的 存储转发 过程
H1
A
分组交换网
B
D
E
C
H5
H6
H4H
2
H3
H1向 H5 发送分组结点交换机主机在结点交换机 A 暂存查找转发表找到转发的端口在结点交换机 C 暂存查找转发表找到转发的端口在结点交换机 E 暂存查找转发表找到转发的端口最后到达目的主机 H5
分组交换的优点
高效 动态分配传输带宽，对通信链路是逐段占用。
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分组；充分使用链路的带宽。
可靠 完善的网络协议；自适应的路由选择协议使网络有很好的生存性。
报文交换（ Message Switching）
在 20 世纪 40 年代，电报通信也采用了基于存储转发原理的 报文交换 (message
switching)。
报文交换的时延较长，从几分钟到几小时不等。现在报文交换已经很少有人使用了。
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 报文连接释放计算机网络的定义
计算机网络定义的主要观点：
从应用的观点,以相互共享资源方式连接起来，
且各自具有独立功能的计算机系统的集合 。
从物理的观点,在网络协议的控制下，由若干台计算机和数据传输设备组成的系统 。
观点 3,利用各种通信手段，把地理分散的计算机互联起来，能够互相通信且共享资源的系统 。
自治,能独立运行，不依赖于其他计算机
–,主控 -从属,类型的系统是计算机网络吗？
–,主机 -终端,系统（第一代网络）呢？
互连,以任何可能的通信连接方式
– 有线方式：铜线、光纤
– 无线方式：红外、无线电（微波）、卫星通信网络 计算机 系统计算机 系统计算机网络：相互连接的自治计算机的集合计算机网络的分类
几种不同的分类方法
从网络的交换功能进行分类
电路交换、报文交换、分组交换、混合交换
从网络的拓扑结构进行分类
集中式网络、分散式网络、分布式网络
从网络的作用范围进行分类
广域网 WAN (Wide Area Network)
局域网 LAN (Local Area Network)
城域网 MAN (Metropolitan Area Network)
接入网 AN (Access Network)
从网络的使用者进行分类
公用网、专用网广域网、城域网、接入网 以及局域网的关系
WAN
MAN MAN
AN
AN AN
AN
…
局域网
…
校园网
…
企业网
…
局域网小结
计算机网络发展过程的主要阶段
计算机网络的两种通信方式以及数据交换方法
计算机网络的分类方法
作业,P22 3,14
通信方式,C/S,P2P
数据交换方法：电路交换、报文交换,分组交换谢 谢！
—— 前言为什么要学计算机网络？
计算机网络可以为我们干什么？
商业应用
Resource sharing,hardware and information
Communication medium,Email 视频会议
E-commerce
家庭应用
访问远程信息，浏览新闻 在线图书馆 聊天室
Peer-to-peer communication
娱乐，视频点播 网络模拟游戏
电子商务，网上购物 网上访问金融机构计算机网络课程特点
计算机网络是计算机技术与通信技术相互渗透、密切结合而形成的一门交叉科学；
网络技术经几十年的发展，已经形成了自身比较完善的体系；
目前网络技术发展十分迅速，应用广泛，知识更新快。
课程目标
,计算机通信与网络技术,是电气信息类专业的选修专业基础课。主要内容以五层协议的原理参考模型为基础，以 TCP/IP协议族中的 IP和 TCP为核心，以较成熟的网络技术为主，侧重计算机网络的基本技术。
掌握计算机网络通信的基础知识，包括数据通信技术、
网络体系结构、网络协议与服务,Internet协议集以及应用。
学习用书
教材
谢希仁编著,,计算机网络教程,(第二版 ）,人民邮电出版社,2006.5
参考书
谢希仁编著,,计算机网络（第四版）,,电子工业出版社,2003.6
张曾科等主编,,计算机网络,,清华大学出版社,2006.3
Andrew S,Tanenbaum著,,COMPUTER
NETWORKS,（ Fourth Edition），清华大学出版社,2004.8
其他：文章与论文课程主要内容
第一讲 计算机网络协议与体系结构
第二讲 网络的物理层
第三讲 网络的数据链路层
第四讲 局域网
第五讲 广域网
第六讲 网络互连技术
第七讲 网络的运输层
第八讲 应用层成绩考核以闭卷进行考核，综合评定本课程的学习成绩。
平时成绩 (30%)
作业 (10%)＋教学实验 (20%)
考试成绩 (70%)
总成绩 = 平时成绩（ 30%） + 期末考试成绩（ 70%）
联系方式黄 彧电气工程学院电话,51687113
办公室：电气楼 507
电子邮件,yinhuang@bjtu.edu.cn
答疑时间：每周五上午北京交通大学电气工程学院 黄彧第一章 计算机网络概述主要内容
计算机网络的发展过程
因特网的组成
计算机网络的分类重点和难点：
三种信息交换方式计算机网络的产生
通信
计算机
1837 电报
Morse
1876 电话
Bell
1927
跨大西洋
1964
数字集成器和计算机网络计算机网络的产生和发展
早期的计算机应用模式 —— 单机
大、中、小型机 — 庞大，昂贵，资源无法共享
分散的计算机构成了一个个的信息“孤岛”
计算机网络产生始于 1950’s，产生的原因：
资源共享的需求（计算能力、外设、软件、
数据 ）
大型项目的合作（进行工程项目协作）
人与人之间的信息沟通（数据通信）
从体系结构来观察，计算机网络的发展可分为三个阶段（三代网络）：
1,以主机为中心的联机终端系统
“计算机－终端”系统
2,以通信子网为中心的主机互连
“计算机－计算机”网络
3,体系结构标准化网络层次化结构，并对每层进行了精确定义三代网络
1.以主机为中心的联机终端系统
特征：终端 (Terminal)共享主机 (Host)的软硬件资源
单台主机：执行计算和通信任务
多台终端：执行用户交互
(终端集中器 /终端服务器 )
连接方式：本地或远程
TS
T
T
T T
T
T
HOST
通信线路
T
例子：飞机订票系统
HOST(航空公司总部 )
Terminals(订票点 )
通信线路 (电话线路 )
缺点
主机负荷重 —— 数据处理＋通信
线路利用率低
集中控制方式，可靠性低
改进
终端集中器 (近 /远距 )
前端处理机（ Front-End Processor,FEP），将通信任务从主机中分离出来举例
2.以通信子网为中心的主机互连
特征
多个终端联机系统互联，形成了多主机互联网络
网络结构从“主机－终端” 转变为“主机
－主机”
HOST
HOSTHOSTT
TT
T
T
T
T
TTT
通信线路主机－主机网络的演变
演变阶段 1
通信任务从主机中分离,由通信控制处理机
（ CCP）完成
CCP：处理主机之间通信任务的专用计算机
CCP
CCP
HOST
HOST
T
T
TT
T
T
CCP
HOST
T T
两层网络
两层网络概念的出现
由 CCP组成的传输网络 —— 通信子网,提供信息传输服务
建立在通信子网基础上的主机集合 —— 资源子网,
提供计算资源
CCP
CCP
HOST
HOST
T
T
TT
T
T
CCP
HOST
TT
T
通信子网
演变阶段 2
通信子网规模逐渐扩大
私有 → 社会公用
公用数据通信网
PSTN
X.25
优点
降低用户系统建设成本
提高通信线路利用率
兼容性好公用数据通信网
HOST
HOST
T
T
TT
T
T
HOST
T T
T
T
主机－主机网络的演变
因特网的前身 —— ARPANET
美苏冷战时期由美国军方建立的实验性网络
最初 4个节点 → 70’s的 60多个节点
地域跨越美洲、欧洲
具有现代网络的许多特征，例如：
– 分组交换
– 分层次的网络体系
– 较为完善的通信协议举例
3,体系结构标准化网络
为什么需要标准化？
不同网络设备之间的 兼容性 和 互操作性 是推动网络体系结构的标准化的原动力
而兼容性和互操作性的最终目的仍是资源共享
标准化的时机？
先制定标准再开发还是先开发再制定标准？
各厂商、研究机构、大学在网络技术、方法、
理论等方面的研究日趋成熟是基础。
网络体系结构标准化过程的演变
厂商标准,IBM-SNA,DEC-DNA等
缺点：适用范围：兼容性？
技术垄断：竞争？
标准不统一：用户利益？
国际标准（ ISO OSI/RM）
Open System Interconnection/Recommended Model(开放系统互联参考模型，简称 OSI参考模型 )
OSI参考模型是一种概念上的网络模型，规定了网络体系结构的框架,7个层次
只说明了做什么（ WHAT TO DO）而未规定怎样做（ HOW
TO DO）
太复杂，几乎没有与之完全符合的网络
事实上的标准,TCP/IP(因特网的骨干协议 )
从体系结构上看，它是 OSI参考模型的简化（ 4层）
标准化过程
4.因特网时代的到来
截止到 2000年,Internet的规模为
网络数达到 105数量级,主机数达到 107数量级,用户数 108
数量级，主干速率大于 2.5Gbit/s
美国政府资助的“下一代因特网计划”目标是
主干网的速率比现在的因特网高 1000倍
端到端的速率要达到
100Mbit/s~10Gbit/s
因特网的组成
边缘部分：连接在因特网上的主机
核心部分：网络和路由器边缘部分主机的通信方式 —— Client/Server
B
A
网络核心网络边缘运行客户程序 运行服务 器程序客户服务器边缘部分主机的通信方式
—— Peer-to-Peer,P2P
1
2
3
4
网络核心网络边缘运行 P2P
程序运行 P2P
程序运行 P2P
程序运行 P2P程序核心部分 —— 路由器 Router
网络和网络的连接依靠路由器
路由器的具体任务是转发收到的分组，
实现分组转发 Packet Switching
电路交换 Circuit Switching
交换机电路交换举例
A 和 B 通话经过四个交换机
通话在 A 到 B 的连接上进行
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
电路交换举例
C 和 D 通话只经过一个本地交换机
通话在 C 到 D 的连接上进行
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
电路交换的特点
电路交换必定是面向连接的。
电路交换的三个阶段：
建立连接
通信
释放连接
通话过程中，两个用户始终占用端到端的通信资源，线路传输效率低。
分组交换 packet-switching
存储转发 的概念：存储转发的概念最初是在 1964年 8
月由巴兰 (|Baran)在美国兰 (Rand)公司的“论分布式通信”的研究报告中提出的。
分组 (Packet)的概念,1964年 6月，英国的国家物理实验室 NPL的戴维斯 (Davies)首次提出“分组
(Packet)”这一概念。
分组交换网 ARPANET,1969年 12月，美国的
ARPANET （ 分组交换网当时仅 4个结点）投入运行。
从此，计算机网络的发展就进入了一个 崭新的世元。
1973年英国的 NPL也开通了分组交换试验网。 1973
年法国开通其分组交换网 CYCLADES。
现在大家都公认 ARPANET为分组交换网之父，并将分组交换网的出现作为现代电信时代的开始。
数 据 数 据 数 据分组交换? 在发送端 把要发送的报文分隔为较短的数据块? 每个块增加带有控制信息的首部构成分组（包）? 依次把各分组发送到接收端
接收端剥去首部，抽出数据部分，还原成报文数 据分组
11010011101 00101001110
报文发送端首部分组数 据 首部分组首部数 据发送发送发送在前发送接收端数 据 首部 数 据 首部 数 据 首部
11010011101 00101001110
分组交换网的示意图
H1
A
分组交换网
B
D
E
C H5
H6
H4H
2
H3
H1 向 H5 发送分组
H2 向 H6 发送分组注意分组路径的变化！
结点交换机主机注意分组的 存储转发 过程
H1
A
分组交换网
B
D
E
C
H5
H6
H4H
2
H3
H1向 H5 发送分组结点交换机主机在结点交换机 A 暂存查找转发表找到转发的端口在结点交换机 C 暂存查找转发表找到转发的端口在结点交换机 E 暂存查找转发表找到转发的端口最后到达目的主机 H5
分组交换的优点
高效 动态分配传输带宽，对通信链路是逐段占用。
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分组；充分使用链路的带宽。
可靠 完善的网络协议；自适应的路由选择协议使网络有很好的生存性。
报文交换（ Message Switching）
在 20 世纪 40 年代，电报通信也采用了基于存储转发原理的 报文交换 (message
switching)。
报文交换的时延较长，从几分钟到几小时不等。现在报文交换已经很少有人使用了。
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 报文连接释放计算机网络的定义
计算机网络定义的主要观点：
从应用的观点,以相互共享资源方式连接起来，
且各自具有独立功能的计算机系统的集合 。
从物理的观点,在网络协议的控制下，由若干台计算机和数据传输设备组成的系统 。
观点 3,利用各种通信手段，把地理分散的计算机互联起来，能够互相通信且共享资源的系统 。
自治,能独立运行，不依赖于其他计算机
–,主控 -从属,类型的系统是计算机网络吗？
–,主机 -终端,系统（第一代网络）呢？
互连,以任何可能的通信连接方式
– 有线方式：铜线、光纤
– 无线方式：红外、无线电（微波）、卫星通信网络 计算机 系统计算机 系统计算机网络：相互连接的自治计算机的集合计算机网络的分类
几种不同的分类方法
从网络的交换功能进行分类
电路交换、报文交换、分组交换、混合交换
从网络的拓扑结构进行分类
集中式网络、分散式网络、分布式网络
从网络的作用范围进行分类
广域网 WAN (Wide Area Network)
局域网 LAN (Local Area Network)
城域网 MAN (Metropolitan Area Network)
接入网 AN (Access Network)
从网络的使用者进行分类
公用网、专用网广域网、城域网、接入网 以及局域网的关系
WAN
MAN MAN
AN
AN AN
AN
…
局域网
…
校园网
…
企业网
…
局域网小结
计算机网络发展过程的主要阶段
计算机网络的两种通信方式以及数据交换方法
计算机网络的分类方法
作业,P22 3,14
通信方式,C/S,P2P
数据交换方法：电路交换、报文交换,分组交换谢 谢！
