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1、计算机网络计算机网络计算机网络计算机网络最基本概念之一最基本概念之一最基本概念之一最基本概念之一 理工大学理工大学 谢希仁谢希仁 2003 2003 年年中国人民中国人民中国人民中国人民解解解解 放放放放 军军军军（使用（使用 Office XP演示）演示）FF走进互联网（一）n n1.引言n n2.重要术语n n3.电路交换与分组交换n n4.IP 协议与 TCP 协议n n5.客户服务器方式n n6.结束语网络的重要性n n信息的传递要依靠网络，因此实现信息化离不开完善的网络。n n网络已成为信息社会的命脉和重要基础。计算机网络的地位n n现在有三种最主要的网络：电信网络（电话网）有线电视
2、网络计算机网络n n在这三种网络中，计算机网络的发展最快，其技术已成为信息时代的核心技术。因特网(Internet)改变了世界n n因特网是世界上最大的计算机网络，是自印刷术以来人类通信方面最大的变革。n n因特网缩短了人际交往的时间和空间，改变了人们的生活、工作、学习和交往方式，使世界发生了极大的变化。我国的情况n n1994 年4 月 20 日我国正式接入因特网。n n根据统计资料，在 2003 年 6 月：我国上网计算机数：我国上网计算机数：2572 2572 万台万台 上网用户数：上网用户数：6800 6800 万万n n1.引言n n2.重要术语计算机网络、互连网、互联网intern
3、et 与 Internet带宽与宽带n n3.电路交换与分组交换n n4.IP 协议与 TCP 协议n n5.客户服务器方式n n6.结束语FF计算机网络、互连网、互联网n n计算机网络：一些相互连接的计算机的集合。n n互连网：一些相互连接的计算机网络的集合（网络的网络）。n n互联网：就是互连网的同义词。计算机网络计算机网络计算机网络计算机网络互连网，互联网互连与互联n n1994 年全国自然科学名词审定委员会公布的名词：interconnection 互连 interconnection network 互连网络internetworking 网际互连n n1997 年 8 月全国科学技
4、术名词审定委员会在其“推荐名(一)”中：internetinternetworkinterconnection network而在注释中给出：“又称互连网”。n n因此“互联网”和“互连网”应当是同义词。互连与互联（续）互联网常见的几种计算机连网方法点对点连接（这是最简单的网络）总线网星形网集线器环形网不管哪一种计算机网络都可以用一朵云来表示计算机网络计算机网络计算机网络计算机网络使用路由器可以把不同的计算机网络互连起来网络网络网络网络网络网络网络路由器路由器路由器路由器路由器路由器 互连网(互联网)由许多网络通过路由器互连而成 互连网(互联网)是：“网络的网络”互连网互连网也可以用一朵云来表
5、示结点与链路n n可以把计算机网络抽象为结点（计算机或路由器）与链路（连接的线路）的集合。n nNode有两个译名：结点结点用于计算机网络中，表示计算机或路用于计算机网络中，表示计算机或路由器。由器。节点节点用于天线中，表示驻波电场强度为零用于天线中，表示驻波电场强度为零的点。的点。但目前这两个名词的使用比较混乱。但目前这两个名词的使用比较混乱。n n1.引言n n2.重要术语计算机网络、互连网、互联网internet 与 Internet带宽与宽带n n3.电路交换与分组交换n n4.IP 协议与 TCP 协议n n5.客户服务器方式n n6.结束语FFinternet 与 Internet
6、n ninternet 是普通名词泛指一般的互连网（互联网）n nInternet 是专有名词世界范围的互连网（互联网）使用 TCP/IP 协议族前身是美国的阿帕网 ARPANETInternet 的推荐译名是“因特网”n n使用“因特网”这个名词可体现 Internet 是专有名词。n n既然英文名词 internet 和 Internet 具有不同的意思，那么中文译名就应当反映出这种区别。“国际互联网”或“互联网”n n有人愿意用“国际互联网”或“互联网”来表示 Internet。但这是不严格的。n n例如，中国某校园网和外国某校园网互连起来就构成了“互联网”，并且是“国际互联网”，但这并
7、不是 Internet。n n许多文献和资料同时使用具有不同意义的名词 internet 和 Internet。如果把 Internet 译为“互联网”，那么 internet 将没有合适的译名。n n1.引言n n2.重要术语计算机网络、互连网、互联网internet 与 Internet带宽与宽带n n3.电路交换与分组交换n n4.IP 协议与 TCP 协议n n5.客户服务器方式n n6.结束语FFn n计算机网络的带宽是指网络可通过的最高数据率，即每秒多少比特。n n描述带宽也常常把“比特/秒”省略。例如，带宽是例如，带宽是 10 M 10 M，实际上是，实际上是 10 Mb/s 1
8、0 Mb/s。这里的这里的 M M 是是 10 106 6。计算机网络的带宽什么是宽带？n n宽带线路：可通过较高数据率的线路。n n宽带是相对的概念，并没有绝对的标准。n n在目前，对于用户接入到因特网的用户线来说，每秒传送几个兆比特就可以算是宽带速率。对宽带传输的错误概念n n有些人愿意用“汽车在公路上跑”来比喻“比特在网络上传输”，认为宽带传输的好处就是传输更快，好比汽车在高速公路上可以跑得更快一样。n n对于这种比喻一定要谨慎对待。常见的错误是混淆了两种速率n n在网络中有两种不同的速率：信号（即电磁波）在传输媒体上的传播速率信号（即电磁波）在传输媒体上的传播速率（米（米/秒，或公里秒
9、，或公里/秒）秒）计算机向网络发送比特的速率（比特计算机向网络发送比特的速率（比特/秒）秒）n n这两种速率的意义和单位完全不同。n n宽带传输：计算机向网络发送比特的速率较高。ABAB宽带线路窄带线路在宽带线路上比特传播得快 在窄带线路上比特传播得慢 错误的概念A AB BA AB B宽带线路窄带线路宽带线路：每秒有更多比特从计算机 注入到线路。宽带线路和窄带线路上比特的传播速率是一样的。正确的概念比喻：汽车运货宽带线路窄带线路宽带和窄带线路：车速一样宽带线路：车距缩短另一种错误概念“宽带”相当于“多车道”多车道公路是并行传输100101110100100111010001011010通信线
10、路上通常都是串行传输n n1.引言n n2.重要术语n n3.电路交换与分组交换电路交换分组交换存储转发n n4.IP 协议与 TCP 协议n n5.客户服务器方式n n6.结束语FF 两部电话机只需要用一对电线就能够互相连接起来。传统电话网使用电路交换但若要将 5 部电话机两两相连，则需要 10 对电线。传统电话网使用电路交换 交换机当电话机的数量很大时，就必须使用电话交换机进行连接。传统电话网使用电路交换 A1.通话前先拨号建立连接。可能只要经过一个交换机（如 A 到 B）可能要经过多个交换机（如 C 到 D）2.通话过程中，通信双方一直占用所建立的连接。3.通话结束后，挂机释放连接。电路
11、交换的特点交换机交换机交换机交换机交换机交换机BCD计算机终端早期的计算机网络采用电路交换那时计算机很少，非常昂贵。远地终端（没有处理功能）通过通信线路（可能要经过许多个交换机）使用处于网络中心的计算机的资源。n n1.引言n n2.重要术语n n3.电路交换与分组交换电路交换分组交换存储转发n n4.IP 协议与 TCP 协议n n5.客户服务器方式n n6.结束语FF分组交换(packet switching)的出现n n电话网是为电话通信设计的。电路交换的电话网很适合于电话通信。n n但计算机数据具有很大的突发性。使用电路交换会导致网络资源严重浪费。n n计算机逐渐增多，连网的需求日益迫
12、切，计算机网络需要使用更加有效的连网技术。n n这就导致分组交换的问世。美国军方促进了计算机网络的发展n n20 世纪 60 年代美苏冷战激烈。n n美国军方要研制一种生存性很强的新型分布式网络。即使少数结点或链路被摧毁，整个网络仍保持即使少数结点或链路被摧毁，整个网络仍保持畅通。畅通。n n这种新型的计算机网络就是采用分组交换的、基于存储转发计算机网络。数 据数 据数 据分组交换F 在发送端把要发送的报文分隔为较短的数据块F 每个块增加带有控制信息的首部构成分组（包）F 依次把各分组发送到接收端F 接收端剥去首部，抽出数据部分，还原成报文数 据分组11010011101 1101001110
13、1 00101001110 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 11010011101 00101001110 00101001110n n1.引言n n2.重要术语n n3.电路交换与分组交换电路交换分组交换存储转发n n4.IP 协议与 TCP 协议n n5.客户服务器方式n n6.结束语FF分组从 A 传送到 B 的过程网络网络网络网络网络网络网络路由器路由器路由器路由器路由器路由器AB查找路由表目 的 地 下一跳路由器查找路由表目 的 地 下一跳路由器查找路由表目 的 地 下一跳
14、路由器这就是基于存储转发的分组交换n n1.引言n n2.重要术语n n3.电路交换与分组交换n n4.IP 协议与 TCP 协议协议的概念IP 协议TCP 协议n n5.客户服务器方式n n6.结束语FF协议n n在计算机网络中，协议(protocol)是通信双方必须严格遵守的规则。协议也就是网络协议。n n协议精确地规定在网络通信中使用的各种控制信息的格式、意义以及各种事件出现的先后顺序。n n协议在计算机网络中起着非常重要的作用。n n协议必须保证在任何复杂的情况下都能正确工作，因此网络协议非常复杂。n n我们在日常生活中所使用的许多约定，都远远达不到网络协议的要求，因此经常会使约定失败
15、。n n总之，网络协议必须考虑如何对付各种异常情况的出现。下面看一个例子。网络协议非常复杂蓝军联合进攻白军必胜蓝军单独进攻白军必败明日正午进攻?同意收到“同意”收到：收到“同意”协议无法保证必胜！分层次的网络体系结构n nOSI 的七层网络体系结构已经过时n nTCP/IP 的四层网络体系结构已成主流n n使用五层原理体系结构来阐明网络的工作原理较为合适5 54 43 32 21 1数据链路层应用层运输层网际层物理层Application layerTransport layerInternet layerData link layerPhysical layerTCP/IP 的体系结构网络接
16、口层IP各种应用层协议HTTP,FTP,SMTP,DNS 等TCP网际层运输层UDP应用层TCP:传输控制协议(Transmission ControlProtocol)IP:网际协议UDP:用户数据报协议(User DatagramProtocol)5432154321H3物 理 传 输 媒 体数 据 部 分数 据 部 分数 据 部 分数 据 部 分10100110100101 比 特 流 11 010111010T2计算机 1 1H5H4H2首部尾部AP2AP1应 用 程 序 数 据计算机 2 2比特帧IP数据报IP分组TCP报文段UDP报文段n n1.引言n n2.重要术语n n3.电路
17、交换与分组交换n n4.IP 协议与 TCP 协议协议的概念IP 协议TCP 协议n n5.客户服务器方式n n6.结束语FFIP 协议n n因特网的 IP 协议最重要，它为分组在互连网中的发送、传输和接收制定了详尽的规则。n nIP 是 Internet Protocol 的缩写，中文标准译名是“网际协议”。n n使用 IP 协议的互连网络常称为：IP IP 网络，或网络，或IP IP 网。网。n n在 IP 网络传送的分组常称为：IP IP 分组，或分组，或IP IP 数据报数据报(IP datagram)(IP datagram)。构造路由表n n在因特网中，路由器之间不断地互相通告路由
18、信息。n n路由器根据所掌握的路由信息构造出自己的路由表。n n路由器之间交换路由信息都要遵守有关的路由选择协议。n n当网络状况发生变化时，路由器中的路由表能够自动进行更新，从而保证了正确地转发分组。路由器之间不断交换路由信息（这里没有画出路由器之间的网络以及连接在网络上的计算机）因特网的路由器之间不断交换路由信息的复杂过程对用户是透明的（用户看不见）IP 网络的生存性很强n n当 IP 网络中的某些路由器或链路被破坏时，路由器可以自动调整路由，使得网络一直保持连通。n n这种路由的动态调整过程对用户是透明的（即用户感觉不到）。IP 网络网络当部分结点或链路被摧毁时当部分结点或链路被摧毁时分
19、组交换仍可保持网络畅通分组交换仍可保持网络畅通路由器路由器IP 网络的重要特点n n每一个分组独立选择路由。n n发往同一个目的地的分组，后发送的有可能先收到（即可能不按顺序接收）。n n当网络中的通信量过大时，路由器就来不及处理分组，于是要丢弃一些分组。n n因此，IP 网络不保证分组的可靠地交付。n nIP 网络提供的服务被称为：尽最大努力服务(best effort service)和传统的电信网相比较n n电信网向用户（即电话机）提供的服务质量有保证。n n连接在电信网上的电话机几乎没有智能，因此全部的服务质量由电信网完成。电路交换的电信网电信网电信网向用户电话机提供可靠交付分组交换的
20、因特网TCP TCP 协议协议协议协议带有 TCP 协议的计算机向用户程序提供可靠交付丢弃丢弃丢弃丢弃丢弃丢弃分组交换的因特网 不保证可靠交付TCPTCPTCPTCP因特网的设计思路n n通信必须是可靠的。但应当由谁负责可靠交付？因特网和传统电信网的思路不同。n n严格地讲，计算机通信是在计算机上运行的程序之间的通信。所以实现可靠通信最终应当是让计算机程序之间的通信可靠。n n因特网认为，IP 协议没有必要提供可靠服务（这样做可以使网络简单、灵活性好、价格便宜）。在计算机中增加 TCP 协议就可以实现计算机程序之间的可靠通信。n n1.引言n n2.重要术语n n3.电路交换与分组交换n n4
21、.IP 协议与 TCP 协议协议的概念IP 协议TCP 协议n n5.客户服务器方式n n6.结束语FFTCP 协议的用途n nTCP 是 Transmission Control Protocol 的缩写，中文译名是传输控制协议。n nTCP 协议驻留在用户计算机中，它的作用是保证应用程序之间端到端的可靠通信。TCP 协议的主要功能n nTCP 给要传送的每一个字节的数据都进行编号。接收端在收到数据后必须向发送端发送确认信接收端在收到数据后必须向发送端发送确认信息。息。若发送端在规定的时间内没有收到对方的确认，若发送端在规定的时间内没有收到对方的确认，就重传这部分数据。就重传这部分数据。n
22、n当网络中的通信量过大时，TCP 就告诉发送端要放慢发送数据。这叫做流量控制。核心协议 TCP/IPn n因特网使用的协议很多，但其中最为重要的协议就是 IP 和 TCP。n n分组在因特网中传送要使用 IP 协议。计算机数据传输的可靠性由 TCP 协议来保证。n n通常用 TCP/IP 这样的记法表示以 TCP 和 IP 为核心的协议族。因特网应用程序TCP 协议保证了应用程序之间的可靠通信应用程序IP 协议控制分组在因特网的传输但因特网不保证可靠交付最重要的两个协议：IP 和 TCP 解释一些的现象n n为什么有时从因特网下载文件特别慢？可能的原因是：因特网中某处的通信量突然增可能的原因是
23、：因特网中某处的通信量突然增大，路由器来不及处理到来的分组。于是丢弃大，路由器来不及处理到来的分组。于是丢弃这些分组。这些分组。TCP TCP 发现少了一些分组，就进行重发现少了一些分组，就进行重传，产生了时延。传，产生了时延。n n为什么有时发送电子邮件总是失败？可能的原因是因特网中的某处的通信量特别大，可能的原因是因特网中的某处的通信量特别大，路由器大量丢弃分组。即使路由器大量丢弃分组。即使 TCP TCP 协议进行重传，协议进行重传，但重传后的分组还是被丢弃。所发送的邮件分但重传后的分组还是被丢弃。所发送的邮件分组无法到达接收方。组无法到达接收方。n n1.引言n n2.重要术语n n3
24、.电路交换与分组交换n n4.IP 协议与 TCP 协议n n5.客户服务器方式n n6.结束语FF客户服务器方式 n n在 TCP/IP 的应用层协议使用的是客户服务器方式。n n在网络环境下，许多问题的解决往往是通过位于不同主机中的多个进程之间的通信和协同工作来完成的。n n这些为了解决具体的应用问题而彼此通信的进程就称为“应用进程”。n n进程就是运行中的程序。客户进程与服务器进程的关系n n客户(client)和服务器(server)都是指通信中所涉及的两个应用进程。n n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。n n当 A 进程需要B进程的服务时就主动呼叫B进程，在这种情
25、况下，A 是客户而 B 是服务器。n n可能在下一次通信中，B 需要 A 的服务，此时，B 是客户而 A 是服务器。客户与服务器n n客户是服务请求方，服务器是服务提供方。服务请求方服务请求方服务提供方服务提供方客户客户(client)服务器服务器(server)客户软件的特点n n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。n n被用户调用并在用户的计算机上运行，在打算通信时主动向远地服务器发起通信。n n可与多个服务器进行通信。n n不需要特殊的硬件和很复杂的操作系统。服务器软件的特点n n是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。n n在共享计算机
26、上运行。当系统启动时即自动调用并一直不断地运行着。n n被动地等待并接受来自多个客户的通信请求。n n一般需要强大的硬件和高级的操作系统支持。数据链路层物理层运输层网络层数据链路层物理层运输层网络层 发起连接建立请求应用层应用层客户服务器因特网 接受连接建立请求计算机A计算机B数据链路层物理层运输层网络层数据链路层物理层运输层网络层数据链路层物理层运输层网络层应用层应用层应用层计算机A计算机B计算机C客户1服务器1服务器2客户2因特网应当注意n n使用计算机的人是使用计算机的人是“用户用户”(user)”(user)而不是而不是“客户客户”(client)”(client)。n n客户和服务器
27、都指的是进程，即计算机软件。客户和服务器都指的是进程，即计算机软件。n n由于运行服务器进程的机器往往有许多特殊的要求，由于运行服务器进程的机器往往有许多特殊的要求，因此人们经常将主要运行服务器进程的机器（硬件）因此人们经常将主要运行服务器进程的机器（硬件）不严格地称为服务器。不严格地称为服务器。n n例如，例如，“这台机器是服务器。这台机器是服务器。”意思是：意思是：“这台机器这台机器（硬件）主要是用来运行服务器进程（软件）。（硬件）主要是用来运行服务器进程（软件）。”n n因此，服务器因此，服务器(server)(server)一词有时指的是软件，但也有一词有时指的是软件，但也有时指的是硬
28、件。时指的是硬件。n n1.引言n n2.重要术语n n3.电路交换与分组交换n n4.IP 协议与 TCP 协议n n5.客户服务器方式n n6.结束语FF结束语n n因特网(Internet)是世界范围的、互连起来的计算机网络，它使用 TCP/IP 协议族，并且它的前身是美国阿帕网 ARPANET。n n计算机网络的带宽是网络可通过的最高数据率。n n因特网使用基于存储转发的分组交换，并使用 IP 协议传送 IP 分组。结束语（续）n n路由器把许多网络互连起来，构成了互连网。路由器收到分组后，根据路由表查找出下一跳路由器的地址，然后转发分组。n n路由器根据与其他路由器交换的路由信息构造出自己的路由表。n nIP 网络提供尽最大努力服务，不保证可靠交付。结束语（续）n nTCP 协议保证计算机程序之间的、端到端的可靠交付。n n在 TCP/IP 的应用层协议使用的是客户服务器方式。n n客户和服务器都是进程（即软件）。客户是服务请求方，服务器是服务提供方。n n服务器有时也指“运行服务器软件”的机器。