计算机网络与通信Where there is a will, there is a way. 有志者，事竟成 .1计算机网络与通信 总学时：46学时 教材：计算机网络实用教程（第2版）郭秋萍 北京航空航天大学出版社 考核方式：闭卷 成绩评定：平时成绩（20%）+ 笔试（80%）平时成绩考勤（5%） 作业（5%）+ 实验（5%）课堂表现（5%） 主讲教师：徐荣华2第1章 计算机网络概述1.1 计算机网络的形成与发展1.2 计算机网络的定义和构成1.3 计算机网络的功能与分类3 计算机网络是计算机技术和通信技术紧密结合的产物。 计算机网络的发展可分为以下4个阶段： 第 1 代 面向终端的星形网络第 2 代 以通信子网为中心第 3 代 网络体系结构与协议标准化第 4 代 高速化、综合化Return1.1 计算机网络的形成与发展4第 2 代 以通信子网为中心 通信子网：数据处理 用户子网：数据通信 交换技术：线路交换技术 分组交换技术线路交换，又称电路交换。Return5线路交换： 连网方式：面向连接必须经过“建立连接通信释放连接”三个步骤6回顾一下电路交换的特点 两部电话机只需要用一对电线就能够互 相连接起来。 7更多的电话机互相连通 5 部电话机两两相连，需 10 对电线。 N 部电话机两两相连，需 N(N 1)/2对电线。 当电话机的数量很大时，这种连接方法需要的电线 对的数量与电话机数的平方成正比。 8使用交换机 当电话机的数量增多时，就要使用交换 机来完成全网的交换任务。 交换机9“交换”的含义 在这里，“交换”(switching)的含义是： 转接把一条电话线转接到另一条电话线 ，使它们连通起来。 从通信资源的分配角度来看，“交换”就 是按照某种方式动态地分配传输线路的 资源。 10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11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BDCA12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BDCA13电路交换传送计算机数据效率低 计算机数据具有突发性。 这导致通信线路的利用率很低。14报文分组交换的原理（一） 在发送端，先把较长的报文划分成较短 的、固定长度的数据段。 1101000110101010110101011100010011010010假定这个报文较长 不便于传输15数 据数 据数 据报文分组交换的原理（二） 每一个数据段前面添加上首部构成分组。首部首部首部分组 1分组 2分组 3请注意：现在左边是“前面”16分组交换的原理（三） 分组交换网以“分组”作为数据传输单元 。 依次把各分组发送到接收端（假定接收 端在左边）。数 据首部分组 1数 据首部分组 2数 据首部分组 317分组首部的重要性 每一个分组的首部都含有地址等控制信 息。 分组交换网中的结点交换机根据收到的 分组的首部中的地址信息，把分组转发 到下一个结点交换机。 用这样的存储转发方式，分组就能传送 到最终目的地。18分组交换的原理（四） 接收端收到分组后剥去首部还原成报文。数 据首部分组 1数 据首部分组 2数 据首部分组 3收到的数据19数 据数 据数 据分组交换的原理（五） 最后，在接收端把收到的数据恢复成为 原来的报文。 这里我们假定分组在传输过程中没有出 现差错，在转发时也没有被丢弃。报文110100011010101011010101110001001101001020请注意首部的位置 接收端在发送端的左方时，首部往往画在 分组的左方。 接收端在发送端的右方时，首部往往画在 分组的右方。数 据首部分组接 收 端发 送 端传送方向数 据首部分组接 收 端发 送 端传送方向21分组交换网的示意图H1A分组交换网BDECH5H6H4H2H3H1 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22注意分组的存储转发过程H1A分组交换网BDECH5H6H4H2H3H1 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 H523注意结点交换机有多个端口ABCDE H1H5H2H4H3H6高速链路结点 交换机1 2 3 41 2 3 41 2 3 41 2 3 41 2 3 424结点交换机 在结点交换机中的输入和输出端口之间 没有直接连线。 结点交换机处理分组的过程是： 把收到的分组先放入缓存（暂时存储）； 查找转发表，找出到某个目的地址应从哪个 端口转发； 把分组送到适当的端口转发出去。 25主机和结点交换机的作用不同 主机是为用户进行信息处理的，并向网 络发送分组，从网络接收分组。 结点交换机对分组进行存储转发，最后 把分组交付给目的主机。26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。 27分组交换带来的问题 分组在各结点存储转发时需要排队，这 就会造成一定的时延。 分组必须携带的首部（里面有必不可少 的控制信息）也造成了一定的开销。 28三种交换的比较 P1 P2 P3 P4P1 P2 P3 P4P3 P4报 文报 文报 文A B C D A B C DA 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P2P1连接释放29ARPANET的成功使 计算机网络的概念发生根本变化 早期的面向终端的计算机网络是以单个 主机为中心的星形网 各终端通过通信线路共享昂贵的中心主机的 硬件和软件资源。 分组交换网则是以网络为中心，主机都 处在网络的外围。 用户通过分组交换网可共享连接在网络上的 许多硬件和各种丰富的软件资源。 30从主机为中心到以网络为中心主机终端以主机为中心以分组交换网为中心主机分组交换网31第 3 代 网络体系结构与协议标准化国际标准化组织ISO：提出“开放系统互连参考模型”OSI/RMReturn32 计算机网络在我国的发展 1989.11：我国第一个公用分组交换网CNPAC建成运行。 在此基础上，1993.9 建成新的中国公用分组交换网。 20世纪80年代后期：公安、银行、军队以及其他一些部门也相继建立了各自的专用计算机广域网。 除了上述的广域网外，从80年代起，国内的很多单位陆续建立了大量的局域网。 自20世纪90年代起，我国陆续建造了基于因特网技术的、可以和因特网互连的9个全国范围的公用计算机网络。Return33(1) 中国公用计算机互联网 CHINANET (2) 中国教育和科研计算机网 CERNET (3) 中国科学技术网 CSTNET (4) 中国联通互联网 UNINET (5) 中国网通公用互联网 CNCNET (6) 中国国际经济贸易互联网 CIETNET (7) 中国移动互联网 CMNET (8) 中国长城互联网 CGWNET（建设中） (9) 中国卫星集团互联网 CSNET（建设中） 34Internet 在我国的发展历史1987.9：北京计算机应用技术研究所与德国卡尔斯鲁厄大学（ Karlruhe University）合作，建成CANET中国科技网，它是我国第一 个Internet电子邮件服务结点，并于1990年10月正式向Internet信息中 心InterNIC注册了我国的顶级域cn。 1987年1993年，我国与Internet的连接仅是电子函件的转发联接， 并只在少数高校和科研机构提供电子邮件服务。 1994年3月，Internet管理委员会正式批准中国进入Internet，中国政 府也批准Internet与中国连通。 1994年，我国第一条Internet专线在中国科学院高能物理研究所正式接 通。 1994年4月，中科院计算机网络信息中心正式接入Internet。 1987-1993是Internet在中国的起步阶段，通过拨号使用Internet的电 子邮件系统 1994到1997，我国4大主干网路陆续建成并投入运行 1997年，四大主干网实现了互连互通，Internet在中国进入快速发展和 广泛应用的新阶段。 35表1-3是中国互联网络信息中心公布的我国最近几年来因特网的发展情况。Return361.2 计算机网络的定义和构成1.2.1 计算机网络的定义 计算机网络的精确定义并未统一。 计算机网络：通过通信设施（通信网络），将地理上分布的具有自治功能的多个计算系统互连起来，实现信息交换、资源共享、互操作和协同处理的系统。 详见课本：P4计算机网络 联网的主机 通信线路和网络设备 网络协议 37 最简单的计算机网络就只有两台计算机和连接它们的一条链路。 最复杂的计算机网络就是因特网。它由非常多的计算机网络通过许多路由器互连而成。因此因特网也称为“网络的网络”(network of networks)。381.2.2 计算机网络的构成节点：访问节点、转接节点、混合节点 链路：物理链路、逻辑链路（具有数据传输控制能力） 1. 从拓扑结构看： 节点 链路392. 从逻辑功能看：通信子网 资源子网 通信子网：又称“传输系统”。服务于“通信”。负责：信息的传输和交换。用户子网：又称“资源子网”。服务于“用户”。负责：信息处理。 （1） 通信子网 构成：通信处理设备 通信线路 包括：通信处理机、交换机、通信控制器、通信接口板、调制解调器 有线方式传输介质：光纤电缆、同轴电缆、双绞线等 无线方式传输介质：无线电、红外线、微波（地面微波、卫星微波） 分类：结合型、公用型、专用型（2）用户子网构成：用户设备 用户应用软件系统 等包括：用户主机、用户终端、终端集中器、终端控制器 Return401.3 计算机网络的功能与分类 资源共享 分布处理 网络服务 网络应用1.3.1 计算机网络的功能411.3.2 计算机网络的分类1从网络的交换功能进行分类电路交换网、报文交换网、分组交换网、ATM交换网等。2从网络的连接方式进行分类全连通型网络、交换型网络、广播型网络。3从网络的覆盖范围进行分类局域网LAN、广域网WAN、城域网MAN。42