第五講

計算機網絡基礎

浙江理工大學

計算機技術教研部

2010年10月31日Sunday

Review

?計算原理

?二進制信息表示

?計算機組成

操作系統

2

本講主要論題

?操作系統

C以“中央集權制”構成的自治系統；

?計算機網絡

在分布式環境下，各“自治系統”的互連和信息交

換問題。

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Overview

通信原理概述（報文交換、電路交換）

?分組交換網絡

網絡分類

網絡協議和模型

信道、介質和網絡設備

局域網（IEEE802系列協議）

網絡服務器和軟件

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參考條目

計算機網絡

OSI模型

分組交換

MessageSwHching

CircuitSwHching

PacketSwitching

PaulBaranandtheOriginsoftheInternet

互聯網

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習題

請將報文交換、電路交換和分組交換通信

過程作一比較，并說明使用分組交換作為

計算機網絡數據通信的優勢所在。

試將人際通信過程和OSI參考模型的各層協

議作一對比，論述在人際通信過程中的物

理媒體、差錯和流量控制、會話控制、表

示是如何實現的。

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文交換（MessageSwitching）

郵政網絡

?郵政是人類最早使用的遠距離通信方式

?信件：信息的載體（Message,報文）

?信封：報文頭部（主要為地址）

?信箱、郵筒：通信系統的用戶終端

?郵局和分揀：通信系統的存儲交換機構

?郵車：信息的傳輸工具

服務：無連接（Connectionless）；有確認

（掛號）和無確認服務

7

報文交換：電報網絡

1844年SamuelMorse發明了電報

?電報網絡與郵政網絡的不同之處是：信息

的傳輸機制由物理實體運輸變為電報碼的

線路傳輸

?只傳輸信息而不能傳輸實體

工作方式在邏輯上并無不同，統稱為報文

交換傳輸網絡

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電路交換網絡（電話網絡）

1876年貝爾發明了電話

兩大不同點

C不但傳輸報文，而且可以實時傳輸語音

O面向連接的通信方式

信息傳遞網絡由電路交換機構組成

9

電路交換(CircuitSwitching)

10

面向連接的通信服務

(Connection-OrientedService)

面向連接的通信過程

。建立連接

。通信

拆除連接

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面向終端的網絡也是電路交換網絡的

一種

終

上LU

M

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報文交換和電路交換的缺點

?報文長度不定，傳輸時延大，不支持面向

連接的即時通信；

線路交換建立線路時間長，建立后線路獨

占，帶寬固定，不適宜于突發，多進程多

點連接的數據通信，可靠性低。

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計算機網絡

?脫胎于美國國防部的ARPANet；

?采用分組交換為其通信機制；

支持無連接和面向連接(Connection-

Oriented)的通信方太，提供有確認和無確

認服務。

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信息分組

分組頭數據載荷

發送方過程

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分組交換過程

采用“泛洪法”可以保證網絡的高可靠性!

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分組還原組裝

到達

接收分組

提取數據

組裝報文

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分組交換(PacketSwitching)

?分組交換的出現

NuclearWar,ARPANET

?分組交換的規則

HotPotatoPrinciple"燙手山芋”規則

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網絡類型

計算機網絡并沒有統一的定義，隨著網絡技術和

應用的發展，網絡的概念也在不斷的變化

比較公認的定義：計算機網絡是將地理位置不同

的多個計算機系統，通過通信設備和線路連接起

來，使用網絡軟件實現網絡中資源共享的系統

網絡中的計算機：

O具有獨立的處理能力的系統

O使用網絡是借助于網絡軟件的

它的主要目的是實現“資源共享”

按跨越的地理范圍，分局域網、城域網和廣域網

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局域網及其拓撲結構

局域網，LocalAreaNetwork,LAN

?是連接較小地理范圍內的計算機組成的網絡

一般在幾公里內的區域

最早的網絡雛形就是局域網：MIT的幾個學生通過電話線

把計算機連接起來，互相交流編程的心得

LAN的配置方式---拓撲（Topology）結構

局域網主要有星型、總線型、環型和樹型

拓撲結構與傳輸介質和介質訪問控制技術密切相

關，它影響著整個網絡的設計、功能以及費用等

各方面

局域網絡的特性就是媒體共享訪問控制

20

星型網、總線型網拓撲結構

21

環網、樹型網拓撲結構

22

城域網

MAN,MetropolitanAreaNetwork

在一個城市及周邊地區建設數據通信設

施，構建覆蓋整個城市區域的網絡，以滿

足城市建設和居民對信息服務的需求

光纜為MAN主干，帶寬高，城市中設施使

用專用的光纜線路——管理和服務需要

我國的城市信息化建設在近年間發展迅

速，中、大城市都建有城域網

23

MAN示意圖

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廣域網

WAN,WideAreaNetwork

?從地域上看，WAN的范圍沒有限制

C如Internet就是最大的廣域網

理論上，只要兩個以上的局域網實現互

連，所形成的網絡就是廣域網

?城域網也屬于廣域網的范疇

廣域網實現在不同網絡間的通信

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WAN示意圖

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“禮2網絡協議和模型

?協議：行為規范，禮，約定，規程…

網絡及設備是基于“協議”(Protocol)的，也

就是按協議工作

?協議模型：標準和通信規程體系

?網絡協議大多數是在網絡技術發展過程中

由網絡設備或網絡軟件公司定義開發的

網絡模型由標準化組織制定的用于網絡結

構設計

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“禮”的等級制度：OSI參考模型

OSI模型----OpenSystemInterconnectReference

Model——也被書寫為OSI/RM

?也叫七層模型

物理層(PhysicalLayer)

數據鏈路層(DataLinkLayer)

網絡層(NetworkLayer)

傳輸層(TransportLayer)

會話層(SessionLayer)

表示層(PresentationLayer)

應用層(ApplicationLayer)

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網絡

網絡層

C

物理介質

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物理層

?使用物理信號對0,1進行編碼，并通過介質發送

接收。

c媒體的物理性狀（光、電、量子）

。電氣和機械標準（電壓、插頭插座…）

00,1的物理編碼（跳變、電平、調制）

C信號控制規程（發送、接收）

基本傳輸單位：比特（bit）

比特流比特流

100011010----------100011010

—>調制接口驅動介質—接口驅動------?解調--------?

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物理信道的重要指標

?數據傳輸速率:：單位時間內傳輸的二進制位數

bps(bitpersecond)------比特率

Cbaudrate,波特率---每秒鐘傳送的脈沖數

?帶寬(Bandwidth)：信道每秒鐘傳輸的數據量

語音帶寬(VoiceBand)

中等帶寬(MediumBand)

寬帶(Broadband)

帶寬意味著“能夠達到的”，但不一定需要和傳輸

速率一致

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調制解調器

通過公用電話網通信線路，語音信號——模擬量

計算機數字信號——“調制”為適合電話線上傳播的

“載波”信號

VWA/VWWW

Modem進行數學和稹擬信號的轉攪?

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網絡接口卡NIC

NIC插在計算機主板的擴展槽中，通過網線與網

絡相連

主要功能：串、并數據轉換、數據包的裝配和拆

裝、網絡的存取控制即網絡信號的產生等

接入LAN的計算機，網卡是必須的

NIC有一個唯一的48位物理地址——MAC（介質

址,形如“00-00-E8-51-0E-7C”

生產廠商

一商自行分配給網卡的唯一號碼

AC地址流量計量和故障定位的

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常見的物理層通信介質

雙絞線

同軸電纜

光纖

微波

衛星

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雙絞線

雙絞線(TwistedPairCable,TP)是網絡

中最常用的傳輸介質

Q

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同軸電纜

同軸電纜(CoaxialCable)

■屏蔽性好，抗干擾——電視傳輸所用

一同軸電纜又分粗纜和細纜

BNC接頭

本體芯保護

國^口與T形遙段)—>皎皮

芯線

金屬金屬

插針

屏蔽套筒

眼忌

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光纖

OpticalFiber,光纖，光纜

電磁絕緣性能好，頻帶寬，尸iber-oprtic

C&toIe

速度快，距離長，抗干擾保

密性能好

尸iber-ojortic

?室內、室外

單模光纖

(SingleMode聚乙烯外護套

Fiber,SMF,2-10KM)包帶

埴充復合物

和多模光纖(MultiMode雷塑復合帶

Fiber,MMF,2KM以內)松套管光纖

鋼絲

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無線傳輸

無線傳輸

無線電短波通信

微波和衛星通信

紅外線傳輸

1945,英國作家克拉克

(ArthurClarke)預言在地球

35860KM的高空部署3顆同步

衛星可組成全球通信網

1964年有了第一顆同步電視

衛星。克拉克被尊稱為“衛星

通信之父”

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通信衛星

衛星

碟型天線

收發器

計算機

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相關的物理層設備

中繼器：信號放大，實現介質的延仰

中繼器

集線器：實現介質的并聯,形成共享總線。

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數據鏈路層

?在端到端兩點之間的物理信道上實現數據

傳輸的差錯和流量控制。

基本的傳輸單位：幀(frame)

幀是若干比特的集合，它是一個信息的片

段，幀與幀之間是無關聯的。幀中承載的

是網絡層的分組。

幀的長度由各標準制定。以太網幀的長度

幀頭部載荷校驗

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重要的鏈路層設備

交換機：實現幀在不同MAC地址間的存

儲轉發。

端口間物理信號不沖突，由MAC地址決

o?=1y8

圜％C?畫0000口

________0。。。。\

。

。

X

rnnrrmnrni111北irn

mnrTTnrmi

rm【一i】innrrm彳近mQE嬲焉

42

網絡層

?實現互聯網絡內主機到主機的分組傳輸

?核心問題：路由和擁塞控制

?網絡層基本傳輸單位：分組

分組遞交給數據鏈路層，成為“幀”的載荷。

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IP地址

Ip地址用來標識因特網中每一臺主機

IPv4地址長度為32位二進制數，分成4個

位二進制組，由分隔

用點分十進制數來表示，每八位表示為5255

IP地址由兩部分構成：網絡號、主機號

Internet的網絡地址主要分為三類，A、B、

C

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IP地址

1101001100000000001100000010100

0

|1VJ

\____/-------------------------____________________________________________/

Y

C類地址網絡號

210322420

子網掩碼：表示網絡號的長度

2552552550

域名：dns.zist.

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路由器

Router----廣域網(Internet)互連設備

為經過路由器的數據尋找一條最佳傳輸路

徑，并將該數據傳送到目的地點

在路由器中保存著各種傳輸路徑的相關數

據----解徑表(RoutingTable)，供廨由

時選擇使用

路由表中含有所連接網絡的信息、網上路

由器的個數、下一個路由器的名字等內容

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Router連接網絡的示意圖

LAN

47

網關和路由器

Internet

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域名系統(DNS)

網絡上主機標識可表示成：IP地址和域名地

址

格式：

主機名.三級域名.二級域名.頂級域名

4口：WWW.ZStU.edU.cn(24)

頂級域名一般為機構性域名和地理性域名P284表4J

Internet上一般每個子域都有域名服務器，

包含該子域的全體域名和地址信息，負責域

名與IP地址之間的轉換49

傳輸層協議

?主要功能：實現不同主機進程之間的通信

?流量與差錯控制

?使用端口號表示不同的進程

將進程提交的報文切割成片段，加入控制

頭部后成為分組的載荷交網絡層傳輸。

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端口示意圖

HTTP協議服務端口號：80

FTP協議服務端口號：21

標識互聯網上進程的方法：IP地址:端口號

:21

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其它各層（并非事實標準）

?會話層：控制進程間數據交互過程的邏輯