计算机网络原理 主讲教师：欧阳宏基

课程目标 (1) 了解计算机网络的产生和发展，掌握计算机网络的工作原理、协议和体系结构，并对OSI互联参考模型和TCP/IP体系结构有较深入的理解。 (2) 掌握局域网的体系结构、工作原理和组网要求，能够规划、组建、调试和维护局域网。 (3) 理解广域网的基本概念和工作原理，掌握网络层的相关协议，尤其是路由协议。

课程目标 (4) 理解传输层的功能和端口的作用，掌握传输控制协议的工作原理，尤其是TCP的连接管理、传输策略、拥塞控制等。 (5) 理解应用层常用协议的工作原理，掌握WWW、DSN、Telnet、FTP、E-Mail等网络服务。 (6) 掌握网络管理和网络安全的概念和原理，以及增强网络安全的相关措施。

参考书目 数据通信与计算机网络 中国水利出版社

学习的主要内容 第一章 概述 第二章 数据通信基础 第三章 物理层和数据链路层 第四章 局域网 第五章 广域网 第六章 网络互联 第二章 数据通信基础 第三章 物理层和数据链路层 第四章 局域网 第五章 广域网 第六章 网络互联 第七章 传输层 第八章 应用层 第九层 网络安全

第一章 概论 主要内容 第一节 计算机网络的产生和发展 第二节 计算机网络的定义与分类 第三节 计算机网络的组成 第四节 计算机网络的体系结构及网络协议概述 第五节 计算机网络的性能评价指标

21世纪的主要特征 数字化 网络化 信息化 全球化

网络的应用日益普及 访问远程信息 例如：WWW Wide Web 个人间的通信 E-Mail、视频会议、视频聊天 交互式娱乐 视频点播、网络游戏

网络的发展趋势 固定网络与移动网络正在相结合 从长远的发展方向来看，正在向“三网合一”的方向发展。 三网：电信网络、有限电视网络、计算机网络

第一节 计算机网络的产生与发展 自从1946年，第一台电子计算机诞生，计算机与通信的结合不断发展。 1952年，美国半自动化的地面防空系统是计算机技术与通信技术的首次结合。 60年代，美国航空公司的联合订票系统，是计算机与通信技术相结合的典范。 1969年，美国国防部高级计划研究局ARPA网的开通，标志着计算机网络的正式形成。

计算机网络的发展过程 第一代 面向终端的计算机网络 第二代 分组交互网 第三代 体系结构标准化的网络 第四代 因特网

第一代 面向终端的网络 1949年，研制了一种称为收发器的终端，紧接着出现了线路控制器。 计算机和终端的连接如下：

远程终端增多－ 60年代初出现了多重终端

第二代 分组交换网

三种交换方式的比较

分组交换的优点 高效:动态分配带宽，逐段占用链路 灵活：每个分组独立选择路由 迅速：不建立连接即可发送分组，使用高速链路 可靠：完善的网络协议，分布式多路由的通信子网

第三代 体系结构标准化的网络 1974年，IBM公司提出SNA-系统网络体系结构（System Network Architecture） 接着，DEC公司提出DNA-数字网络体系结构 (Digital Network Architecture) Univac公司提出DCA-数据通信体系结构 (Data Communication Architecture) 所以，1977年 ISO成立SC16开放系统互联分技术委员会，提出OSI/RM-开放系统互联/参考模型 OSI-Open System Interconnection RM-Reference Model

1980年，美国电子电气工程师协会IEEE成立了IEEE802局域网标准化委员会，指定了IEEE802系列标准。 局域网走上了标准化的道路

第四代 因特网 ARPA网从1969年建立开始发展迅速，到1984年网内主机数量超过1000台，所以1984年ARPA网一分为二。

1992年，Internet不再由美国政府管理，有成立的国际性组织－因特网协会(Internet Society)

因特网标准都是以请求评论的方式（Request For Comment）发表。 （1）普通RFC文档 （2）建议标准 （3）草案标准 （4）因特网标准

第二节 计算机网络的定义与分类 一 计算机网络的定义 二 计算机网络的分类

计算机网络的定义 1.广义观点：利用通信线路将多态具有自主能力的计算机连接起来所形成的集合。 2. 资源共享观点：以能够相互共享资源的方式所连接的自治计算机系统的集合。 3.用户透明性观点：存在着一个能够为用户自动管理资源的网络操作系统，由它调用用户任务所需要的资源，而整个网就像一个大的计算机系统对用户是透明的。

理解计算机网络的概念，应区分以下几点： 1.网络中的计算机是功能独立的，或“自主”的。 2.计算机网络的概念不能和分布式系统的概念混淆。 3.计算机网络不能和多终端分时系统不同。

计算机网络的定义：

计算机网络的分类 一. 按网络的覆盖范围和规模分类 二. 按网络的传输技术分类 三. 按网络的拓结构分类 四. 按网络的所有权性质分类 五. 按网络的通信特性分类

按网络的覆盖范围和规模

按传输技术分类 广播网络 很多主机共享一个传输路径 广播 多播 点到点网络 任意两个主机之间有多个连接 有多个路由，通过路由算法得到路径

规模较小、距离较近的网络采用广播网络 规模较大、距离很远的网络采用点到点网络

按网络的拓扑结构分类 是指计算机网络的硬件系统的连接形式即网络的硬件布局，通常用不同的拓扑来描述对物理设备进行布线的不同方案。 最常用的网络拓扑有： •总线型 •环型 •星形 •网状 •混合

按网络的拓扑结构分类

1.5 计算机网络的拓扑结构 总线型   星形 网状 环型

按网络的所有权性质分类 专用网是政府部门或一个公司经营组建，不允许其它部门和单位使用。 共用网是由电信部门组建，一般由政府部门或管理部门管理控制，网络中的传输和转接装置可供任何部门使用，可连接众多的计算机和终端。

按网络的通信特性分类 资源共享网络 一个计算机系统的资源可供其它计算机使用。 分布式计算机网络 各计算机进行相互协调工作和交换信息，以完成一个更大的任务。 远程通信网络 目的是用户较经济的使用远程的主机

最常用的分类方式

局域网(LAN) 覆盖范围较小 一般采用广播传输技术 传播速度一般在10-100MBps或更高

局域网的拓扑结构

总线型

令牌环

星型拓扑

星型环

星型总线

城域网(MAN)

DQDB

广域网(WAN)

通信子网被称为： 点到点子网 存储转发子网 分组交换子网 几乎所有的广域网( 卫星除外)都采用存储转发子网 如果分组是大小固定的，就称为信元。

点到点子网当中路由器的拓扑结构

其它广域网－卫星或地面无线系统

无线网络

互联网

计算机网络的组成 一 硬件和软件的组成 二 资源子网和通信子网

硬件和软件的组成 硬件：主机、交换设备、路由器等。 软件：网络操作系统、支持软件、应用软件、协议等。

网络硬件 主机 硬件设备 网卡NIC 、中继器Repeater、集线器HUB、网桥Brige、交换机Switch、路由器Router等 。 传输介质 双绞线Twisted Pair、同轴电缆Coaxial Cable 光纤Fiber Optics 、微波MicroWave等。

资源子网与通信子网

第四节 网络体系结构及协议 一 网络体系结构概述 二 OSI参考模型 三 TCP/IP体系结构 四 国际上著名的标准化组织

网络体系结构概述 设计一个网络 首先－>硬件 其次－>软件 协议 协议分层 协议体系结构 协议栈

协议 协议：为进行网络中的数据交换而建立起来的规则、标准或约定。包括三要素： (1) 语法－怎么说，即数据与控制信息的结构或格式。 (2) 语意－说什么，需要发出何种控制信息，完成何种动作以及作出何种反映。 (3) 时序－何时说，事件实现顺序的详细说明。

协议分层

网络体系结构 计算机网络的各层及协议的结合称为计算机网络体系结构，换句话说，体系结构是计算机网络及其部件所完成的构能的精确定义。 体系结构是抽象的，存在于纸上，而其实现是具体的，是真正在运行的软件和硬件。

主要的网络体系结构

OSI参考模型

OSI模型的由来 网络不断的商业化 网络设备生产商越来越多 但不同厂商之间的设备不能兼容 ISO为了解决兼容性问题，于1984年提出了OSI参考模型。 OSI是概念化的网络参考模型

高三层的功能

低四层功能（数据流层）

TCP/IP体系结构 TCP/IP一开始就考虑到多种异构网的互联，采用可靠和非可靠的传输，便于管理

五层体系结构

数据封装

数据解封装

各层设计问题 每一层都能识别发送方和接收方的机制 设计决策与数据传输的规则有关 差错控制 能够解决可能出现的顺序错误 要能够解决发送快、接收慢的问题 要保证所有的进程都能接收任意长的报文 使得多路复用和解多路复用是透明的 当源端到目的端有多条通路时，能够选择合适的路由

四 国际上几个著名的标准化组织 1.国际标准化组织ISO 2.国际电话电报咨询委员会CCITT 3.欧洲计算机制造商协会ECMA 4.IEEE802局域网标准委员会 5.美国国家标准协会ANSI

国际标准化组织ISO 成立于1947年，是世界上最大的标准化组织，目前有89个委员会，我国于1947年加入。 ISO由各技术委员会组成，其中TC97委员会是“信息系统处理技术委员会”，负责信息技术的标准化工作。 TC97委员会下设16个分技术委员会和一个直属工作组，其中SC16为数据通信分委员会，SC16致力于以网络的开放系统互联为目标指定标准化工作。

国际电话电报咨询委员会CCITT

欧洲计算机制造商协会EMCA 由欧洲经营计算机的厂商组合，包括美国公司在欧洲的分部。 专门致力于计算机标准的系统开发，虽然ECMA是ISO和CCITT的无表决权成员，但是它的建议对ISO和CCITT都有重要的影响。

IEEE802 美国电器电子工程师委员会于1980年2月成立局域网标准委员会。 已经制定了802.1-802.17各项标准。 其中802.2到802.5已经纳入到ISO中。 IEEE802是局域网标准的最权威指定者。

美国国家标准协会ANSI ANSI是由制造商、用户、通信公司组成的非政府性的组织。 是美国自发的标准情报交换组织，是美国政府指定的ISO投票组织。 美国的电子工业协会EIA和IEEE都是ANSI的成员。

第五节 网络的性能评价指标 一、带宽 二、时延 三、时延带宽积

带宽 带宽：指网络的传输速率、在单位时间内传输的数据量。 带宽的单位是比特每秒，btps(bits per second)。 计算机网络的带宽越大，它的吞吐量也越大，数据在网络中传输的速度也越快，网络的性能也越好。

时延 时延：计算机网路中将一个报文或分组从一端传输到另一端所经历的时间。 总时延＝发送时延＋传播时延＋处理时延。

发送时延 是指数据块的第一个比特从结点进入发送器开始到最后一个比特位发送完毕所历经的时间。 发送时延＝信道长度(bits)/信道带宽(bps)

传播时延 是指电磁波在两端点的信道中传播所经历的时间。 传播时延＝信道长度(M)/信号传播速度(M/S)

信号传播速度 电磁波在空气的中传播速度：3.0×105KM/S 电磁波在同轴电缆中的传播速度: 2.3×105KM/S

处理时延 网络中的交换节点，在对报文进行接收、存储、处理、转发所经历的时间。 处理时延的长短取决于当时网络的通信量以及处理节点的性能有关。

时延带宽积 就是把传播时延和带宽进行相乘。 时延带宽积＝传播时延×带宽 时延带宽积的含义是表示有多少比特数据正在线路上传输。 时延带宽积作为计算机网络性能评价指标的意义在于：对于一条正在传播数据的链路，只有在链路的管道都充满比特时，链路才被充分利用。

小结