计算机网络概述ppt课件.ppt
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1、,CNNIC:中国网民规模7.72亿,互联网普及率达55.8%,Email:Office: 计算机学院,计算机网络,课程简介,培养目标 :掌握计算机网络的体系结构,各层的主要协议、工作原理及相关概念、理论和技术;了解常用网络技术、网络应用及最新进展。问题分析能力:能够根据给出的实际工程案例发现问题、提出问题及分析问题 能够针对计算机领域复杂工程对系统的要求进行需求分析和描述 设计/开发解决方案:设计或开发满足特定需求的软硬件系统、模块或算法流程,并能够进行模块和系统级优化使用现代工具:能够通过图书馆、互联网及其他资源或信息检索工具,进行资料查询、文献检索,掌握运用现代信息技术和工具获取相关信息
2、的基本方法 够在计算机领域复杂工程问题的预测、建模、模拟或解决过程中,开发、选择与使用恰当的技术、软硬件及系统资源、现代工程研发工具,提高解决复杂工程问题的能力和效率 沟通能力:对计算机网络领域及其行业的国际发展趋势有初步了解,了解计算机专业相关的技术热点,并能够发表看法 计划学时 理论:40学时实验:16学时实验安排?第3、5、8、9周,周六晚上18:00-21:30 东区实验楼 SY102,教材及参考书,教材计算机网络 :原理与实践 陈鸣参考教材 计算机网络(第4,5,6版) 谢希仁COMPUTER NETWORKS (4rd Edition)Andrew S. Tanenbaum,课程要
3、求,理解为主不需要死记硬背,考试不会出现死记硬背的题目。所有同学必须记课堂笔记作为考试的复习资料。关于出勤严格执行三次不到,取消考试资格。不定时点名每次上课提问,提问时不到,就算一次缺勤(请注意,一次不到,下次被提问到的机率会陡增,两次不到,第三次提问将是必然)。关于作业必须独立完成,并按时提交(一周内)。延迟提交者视为未完成作业,无成绩。电子版与纸质版(手写)相结合,准备专门的作业本。关于上机实验必须独立完成,哪怕做得不够好。实验报告(电子版)按时提交(一周内),延迟提交者视为未完成作业,无成绩。严格杜绝抄袭、拷贝现象,一旦发现,以考试作弊处理。特别说明电子版作业的文件名命名要求:学号-姓名
4、-第n次作业.doc 例子:081410101-张三-第1次作业.doc实验报告的文件名命名要求:学号-姓名-实验报告n.doc 例子:081410101-张三-实验报告1.doc,课程要求,关于考核随堂考理论课成绩=平时成绩(40%)+闭卷考试成绩(60%)平时成绩由平时出勤/提问+课堂练习+每章课后作业构成考试重点内容会在讲课过程中透露给大家,不会超出课堂讲授内容。实验课成绩=出勤成绩(50%)+实验报告成绩(50%),第1章计算机网络概论,第1章 内容提要,1.1计算机网络定义*1.2因特网的结构1.3协议分层与服务模型*1.4分组交换网的性能指标*1.5计算机网络简史(自学、作业1)1
5、.6小结作业1:查阅和学习自己感兴趣的计算机网络热点技术(电子版),并发表自己对该项技术的看法(手写),字数=600字。(提交作业时间:2018-3-6),什么是计算机网络?,计算机网络(computer network)定义由通信信道连接的主机和网络设备的集合,以方便用户共享资源和相互通信主要特征通用性,不对特定应用优化能支持广泛、不断出现的新型应用,计算机网络用途,共享信息具有访问在共享存储设备上的数据和信息的能力协同计算组织许多计算机共同完成特定的计算任务方便通信人之间的信息沟通共享硬件访问和使用网络上的特定硬件,网络组成,网络实体可抽象为两种基本构件:结点(node)(亦称节点):计算
6、设备链路(link):物理媒体,构成网络的三种方式:直接连接,直接连接的网络由某种物理媒体直接相连所有主机组成直接连接的网络的分类物理链路与一对结点相连:点到点链路(point-to-point link)多结点共享同一物理链路:多路访问链路(multiple access),更多的主机互相连通,5 部主机两两相连5 部主机两两相连,需 10 对线。N 部主机两两相连,需 N(N 1)/2对线。当主机的数量很大时,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。,使用交换机,当主机的数量增多时,就要使用交换机来完成全网的交换任务。,交换机,交换机,用户线,构成网络的三种方式:网络云,网络
7、云交换结点(switching node)形成了交换网,交换网可视为一朵网络云网络云抽象将网络云内部结点和网络云外部结点分开,第1章 计算机网络概论,计算机网络:原理与实践,15,网络云表示任何类型的网络通常采用分组交换技术主机间接连通的第一种方法,构成网络的三种方式:网络云互联,网络云互联递归地连接网络云形成更大规模的网络,有很好的扩展性由网络云构建成网络称为互联网,或网络的网络,当前使用TCP/IP的国际互联网写成Internet即因特网技术术语internet即互联网连接两个或多个网络云的结点称路由器主机间接连通的第二种方法,传递数据的方法,电路交换(circuit switching)
8、主要用于电话网,在发送方和接收方之间通过多台交换机建立一条连接(电路circuit)报文交换分组交换(packet switching)主要用于计算机网络,电路交换,A 和B、C和D经过交换机通话三阶段建立连接通信释放连接,(,(,(,(,交换机,用户线,D,C,A,电路交换不适合计算机通信电路交换传送计算机数据效率低计算机数据具有突发性,报文交换(message switching),报文在分段的连接上进行存储转发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,M,交换机E,交换机F,B,D,C,A,报文,分组交换,在发送端,先把较长的报文划分成较短的、固定长度的数
9、据段。,数 据,数 据,数 据,每一个数据段前面添加上首部构成分组。,首部,首部,首部,请注意:现在左边是“前面”,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)。,接收端收到分组后剥去首部还原成报文。,数 据,首部,数 据,首部,数 据,首部,收到的数据,数 据,数 据,数 据,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。,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
10、传送到最终目的地,路由器E,路由器F,路由器G,路由器H,B,D,C,A,分组交换网的示意图,H1,A,分组交换网,B,D,E,C,H5,H6,H4,H2,H3,H1 向 H5 发送分组,H2 向 H6 发送分组,注意分组路径的变化!,网络的核心部件结点交换机,主机,链路,注意分组的存储转发过程,H1,A,分组交换网,B,D,E,C,H5,H6,H4,H2,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,补充:按拓扑结构分,拓
11、扑结构:总线星型树型环型网状,总线型结构,优点:结构简单缺点:单点故障可能会影响全网,星型结构,优点:扩展方便缺点:对中心节点的依赖较大,树型结构,优点:扩展方便缺点:对非叶子节点的依赖大,环形结构,优点:结构简单,扩展方便缺点:单点故障可能会影响全网,网状结构,优点:扩展方便缺点:冗余太多,网络服务,网络服务是向用户所提供的有用网络功能,由运行在网络中不同主机上的网络应用程序协作提供网络为分布于主机中的应用程序进程提供了通信基础设施应用程序运行在端系统上,而不运行在交换机和路由器上因特网成功的因素: 在网络边缘用软件实现,方便地增加 新的网络应用功能,提问,计算机网络定义网络实体可抽象成什么
12、基本构件?构成网络的三种方式传递数据的方法包括哪三种?分组交换的原理和过程计算机网络的拓扑结构,第1章:内容提要,1.1计算机网络定义1.2因特网的结构1.3协议分层与服务模型1.4分组交换网的性能指标1.5计算机网络简史1.6小结,以主机为中心的联机终端网络系统,20世纪60s以前特征共享主机资源单台主机计算、通信多台终端用户交互本地、远程连接结构此结构的网络至今仍在使用,示例:美国的飞机订票系统SABRE-11 HOST2000 Terminal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改进多点通信,近距终端集中器,近/远距前端处理机通信任务分离,主机主机网络,20世纪6
13、0s 20世纪70s特征单主机终端网络的互联,形成多主机为中心的网络网络结构从“主机终端” 转变为“主机主机”结构,主机主机网络的演变(阶段1),通信任务从主机中分离CCP-通信控制处理机 (Communication Control Processor)专门处理主机之间的通信任务,主机主机网络的演变(阶段2 ),通信部件规模扩大,私有社会公用公用数据通信网PSTN(公共交换电话网络)Public Switched Telephone NetworkX.25X.25交换网是第一个面向连接的网络,也是第一个公共数据网络优点降低用户系统建设成本通信线路利用率高兼容性好,因特网组成,网络边缘(edg
14、e): 应用与主机网络核心(core): 路由器(网络的网络),接入网(access network):连接两者的通信链路,第1章 计算机网络概论,计算机网络:原理与实践,43,因特网结构特点,“端到端原则(end-to-end arguments)”边缘智能,核心简单将复杂的网络处理功能(如差错控制、流量控制功能、安全保障和应用等)置于网络边缘相对简单的分组交付功能(如分组的选路和转发功能)置于网络核心位于网络边缘的端系统的强大计算能力,用软件方式处理大量复杂的控制和应用逻辑,位于网络核心的路由器尽可能简单,以高速地转发分组,因特网边缘,端系统 (主机):运行应用程序例如Web, 电子邮件在
15、“网络边缘”客户(client) /服务器(server)模式:客户主机请求,从总是打开的服务器接收服务例如Web浏览器/服务器;电子邮件客户/服务器,对等(peer-to-peer, P2P)模式:最小限度(或不)使用专用服务器 例如BitTorrent, Skype,接入网(access network),将端系统连接到其边缘路由器(edge router)的物理链路及设备的集合,因特网核心:网络的网络,由许多路由器形成的网状网,大致为等级制在中心: “第一层”ISP(如UUNet, BBN/Genuity, Sprint, AT&T), 覆盖国家/国际互相视为对等,第一层 ISP,第一层
16、 ISP,第一层 ISP,第一层提供商专门互联公共网络接入点(NAP),因特网核心:网络的网络,“第二层” ISP: 较小的(常为区域的) ISP(如中国电信、中国网通、中国移动)与一个或更多的第一层ISP相连,也可能与其他第二层ISP相连大公司和内容提供商(如谷歌) 直接与区域ISP甚至第一层ISP相连,第一层ISP,第一层 ISP,第一层ISP,因特网核心:网络的网络,“第三层” ISP和本地ISP 最后一跳(“接入”)网络(最靠近端系统),第一层 ISP,第一层 ISP,第一层 ISP,网络核心: 少量的良好互联的大型网络内容提供商(如Google): 将其数据中心与因特网连接,常绕过第
17、一层ISP、区域ISP,因特网核心:网络的网络,分组通过因特网核心,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),广域网、城域网、接入网以及局域网的关系,城域网,城域网,接入网,接入网,接入网,接入网,接入网,接入网,广域网,局域网,局域网,校园网,企业网,从网络的使用者进行分类,从网络的使用者进行分类公用网 (public network) 专用网 (private network),
18、第1章:内容提要,1.1计算机网络定义1.2因特网的结构1.3协议分层与服务模型1.4分组交换网的性能指标1.5计算机网络简史1.6小结,什么是协议?,人类协议vs. 计算机网络协议:,问题: 其他人类协议?,Hi,Hi,网络协议,为进行网络中的数据交换而建立的规则、标准或约定即称为网络协议(network protocol)约会看电影的例子网络协议3要素:语法 :数据与控制信息的结构或格式语义:发出何种控制信息,完成何种动作以及做出何种响应定时:事件实现顺序的详细说明,协议“分层”,网络是复杂的!有许多“组件”主机路由器各种媒体的链路应用协议硬件,软件,问题: 是否存在某种组织网络结构的方式
19、,使之协调工作?,网络中采用“分而治之”的方法,网络设计存在巨大复杂性,要采用科学有效的方法对付复杂系统最为有效的方法:“分而治之”例子:秦始皇统一中国后(BC221)的治理办法网络中如何“分而治之”:找出相对独立的重要功能梳理功能间关系,使一个功能为另一功能提供服务相近功能仅在一个层次中实现,并尽可能位于较高层次,复杂系统的例子,两名大公司总裁签署合同过程:,层次: 每一层实现一种服务 经其层内功能依赖下层提供的服务,垂直通信水平通信,为何要分层?,处理复杂系统:简化系统设计一个分层的体系结构允许通过定义良好的接口,将大而复杂的系统划分为不同层次模块化易于维护、系统的更新改变各层服务实现对系
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