计算机网络技术 王宇新 大连理工大学.

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1 计算机网络技术 王宇新 大连理工大学

2 第一章 计算机网络概论 第二节 ARPANET的设计思想 （覆盖教材 节部分内容）

3 基本要求 1 2 3 4 了解ARPANET的产生原因和设计思想； 理解通信网络方案设计的两个基本问题； 掌握分组交换技术的工作原理；
了解TCP/IP与ARPANET的关系；

4 计算机网络的形成与发展 过程中有三个标志性的网络： ARPANET、NSFNET与Internet。
(D)ARPA，(Defense Advanced Research Project Agency) 美国国防部高级研究计划署 ARPANET，一个专门用于传输军事命令与控制 信息的网络

5 1. ARPANET的研究 可靠、容错 容侵 研究背景： 现代通信技术：电报、电话、无线电通信 军方需要一个专用军事网络，“可生存系统”
通信网络方案的设计要解决两个基本问题： 网络拓扑结构 数据传输方式 可靠、容错 容侵 计算机系统受到攻击后还能够完成关键任务。可靠、容错、容侵

6 网络拓扑结构设计思路 第一种方案基于星形结构 — 集中式和非集中式（星-星）的拓扑构型
— 集中式和非集中式（星-星）的拓扑构型 所有结点都与一个中心结点相连，结点发送的数据都要通过中心结点转发。如果遭到破坏，造成整个网络瘫痪。 星-星结构难以避免其固有缺点。

7 第二种方案：分布式网络的拓扑构型 高度分布与具有容错能力的网状结构 没有中心交换结点，每个节点与相邻结点连接，构成网状结构。
如果有结点损坏，数据可通过其他路径传输。

8 1980年的APPANET（100多个结点）

9 …    数据传输方式：电话交换网 交换机 两部电话机互相连接只需一对电线。 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。 当电话机的数量增多时, 就要使用交换机来完成全网的交换任务。   …  交换机

10 线路交换举例 A 和 B 通话经过四个交换机： 通话在 A 到 B 的连接上进行 C 和 D 通话只经过一个本地交换机：
( 交换机 用户线 中继线 B D C A 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 10

11 数据传输方式为什么不能采用电话交换网？ 电话交换网（用于传输语音信号）： 一种低速模拟信号传输过程，误码率高；
呼叫过程10~20s，相对整个通话过程可接受。 计算机的数据传输： 要求准确传输每个bit； 一般是突发性的，真正用于传输的时间很短，线路大多数时间空闲。

12 分组交换技术的基本设计思路 分组交换技术的3个重要的概念： 分组：数据预分成多个固定格式分组； 存储转发：中间节点先存储再转发；
路由选择：转发节点选择合适的（路由选择算法）传输路径。 在分布式网络中采用分组交换的数据传输方式

13 报文与报文分组 数据通过通信子网传输时有报文(message)与报文分 组(packet)两种方式：
报文传输：不管发送数据的长度是多少，都把 它当作一个逻辑单元发送； 报文分组传输：限制一次传输数据的最大长度 ，如果数据超过规定的最大长度，发送结点就 将它分成多个报文分组发送。

14 报文与报文分组 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，最后分组就能到达最终目的地。

15 报文分组交换 (亦称包交换) 在分组交换网络中，交换单元是大小可变的数据块，称为分组。
在每个节点，分组将被暂时储存，然后按照分组头中的信息规定的路线发送。  通常把采用分组交换(包交换)方式的计算机网络称为分组交换网。 对于数据通信来说，更好的解决方法称为分组交换，早期为报文交换。 更长的单元传输被分解为多个分组，它们通过网络节点到节点地传送；分组的最大允许长度由网络确定。

16 三种交换的比较 线路交换 报文交换 分组交换 报 文 连接 建立 报 文 数据 传送 报文 连接 释放 报 文 t A B C D
P1 连接 建立 P2 P1 P3 P2 P4 P1 P3 P2 报 文 P4 数据 传送 报文 P3 P4 连接 释放 报 文 t A B C D A B C D A B C D 比特流直达终点 报文 报文 报文 分组 分组 分组 数据 传送 的特点 存储 转发 存储 转发 存储 转发 存储 转发 16

17 提供数据报服务的特点 网络随时接收主机发送的分组（即数据报） 网络为每个分组独立地选择路由。 H2 H4 D B H6 E H1 A H5
路径可能变化 H6 E H1 A H5 C 传输过程中，每个分组单独处理，称为数据报 每个数据报带有完整的目的地址，选择自己的路由 每个数据报都带有分组序号，以便重组，因为它们到达的顺序不定 差错和流量控制由主机负责 H3 分组交换网

18 分组交换的优点 灵活、高效：以分组为传送单位，查找路由，有利于提高路由器检错、重传的效率，提高路由器存储空间的利用率。
迅速、可靠：不必先建立连接就能向其他主机发送报文分组。可以根据链路通信状态、网络拓扑变化，为不同分组动态选择传输路径，减少分组传输延迟。使网络有很好的生存性。 灵活、高效：以分组为传送单位，查找路由，有利于提高路由器检错、重传的效率，提高路由器存储空间的利用率。动态分配传输带宽，对通信链路是逐段占用。 迅速、可靠：不必先建立连接就能向其他主机发送报文分组。保证可靠性的网络协议，可以根据链路通信状态、网络拓扑变化，为不同分组动态选择传输路径，减少分组传输延迟。分布式的路由选择协议使网络有很好的生存性。 生存性用于计算机方面有诸多研究，指计算机系统受到攻击后还能够完成关键任务的能力，与传统的安全性不同，后者研究重点为防侵，前者研究重点为如何容侵。 18

19 ARPANET设计思想 提出通信子网和资源子网的概念 通信子网—负责数据通信处理的通信控制处理机与通信线路
资源子网—负责数据处理的主计算机与终端 IMP：接口报文处理机 HOST：主机 每个IMP通过速率56kbps的传输线与多个IMP连接起来。IMP设备就是路由器的雏形。

20 ARPANET设计思想 通信子网结构与分组交换原理示意图 IMP将主机和终端连入网内； IMP完成分组接收、校验、存储、转发功能； P6

21 ARPANET最早4个结点的结构 (1969年) 斯坦福研究院 加州大学洛山矶分校 加州大学 桑塔芭芭拉分校 犹他大学

22 1971年的APPANET（40个结点）

23 1980年的APPANET（100多个结点）

24 ARPANET是计算机网络技术发展的一个重要里程碑，对计算机网络理论与技术的发展起到重大奠基作用。主要贡献表现在：
开展了对计算机网络定义与分类方法的研究。 提出资源子网与通信子网的二级网络结构概念。 研究了分组交换的协议与实现技术。 研究了层次型网络体系结构的模型与协议体系。 开展了TCP/IP协议与网络互联技术的研究。

25 2. TCP/IP协议研究与发展 注意与术语Internet的区别
“网络互联” (internet/internetworking) 研究，将不同类型的网络互联起来。需要克服异构网络在分组长度、格式、分组头与传输速率上的差异。 注意与术语Internet的区别 70~80年代网络技术发展迅速，出现大量计算机网络：军用网、研究试验网络、公共服务网络、校园网等； 注意与Internet的区别。

26 ARPANET的协议结构

27 1977年10月，ARPANET研究人员决定将初期的网络协议分为传输控制协议（TCP）与互联网络协议（IP）；
新的TCP/IP协议集成到BSD UNIX中。1983年1月，ARPNET想TCP/IP协议的转换全部结束。 Berkly Software Distribution = BSD

28 小结 ARPANET的产生原因和设计思想 通信网络方案设计的两个基本问题 分组交换技术的工作原理 TCP/IP与ARPANET的关系