计 算 机 网 络 B Computer Networks 大 连 理 工 大 学 电 信 学 部 信 息 与 通 信 工 程 学 院 王 波 bowang@dlut.edu.cn
1. 个 人 简 介 王 波 99 年 9 月, 大 连 理 工 电 子 与 信 息 工 程, 本 科 03 年 9 月, 保 送 信 号 与 信 息 处 理 专 业, 硕 士 05 年 9 月, 攻 读 博 士 学 位, 师 从 孔 祥 维 教 授 10 年 8 月, 管 理 科 学 与 工 程 方 向 博 士 后, 师 从 胡 祥 培 教 授 10 年 9 月 至 今 在 信 息 与 通 信 工 程 学 院 任 教, 讲 师 Email:bowang@dlut.edu.cn Page: http://ice.dlut.edu.cn/wangbo/index.html Location: 创 新 园 大 厦 A514 有 任 何 问 题 意 见 或 建 议, 随 时 与 我 联 系 Location
1. 个 人 简 介 负 责 课 程 本 科 生, 四 年 级, 计 算 机 网 络 B,, 必 修 本 科 生, 四 年 级, 计 算 机 网 络 训 练, 必 修 本 科 生, 四 年 级, 密 码 与 通 信 安 全, 选 修 研 究 生, 一 年 级, 网 络 通 信, 选 修
1. 团 队 介 绍 孔 祥 维 教 授 郭 艳 卿 副 教 授 李 明 副 教 授 王 波 讲 师 研 究 方 向 多 媒 体 信 息 处 理 图 像 检 索 和 媒 体 计 算 多 媒 体 信 息 安 全 数 字 图 像 取 证 数 字 图 像 隐 密 及 隐 密 分 析 社 会 化 媒 体 计 算 无 线 通 信 安 全
2. 教 学 安 排 课 程 介 绍 : 专 业 必 修 课,6-17, 周,48, 学 时,3, 学 分 授 课 时 间 及 地 点 : 6-17 周 周 一 5 6 节 ( 建 筑 馆 105 ) 6-17 周 周 四 1 2 节 ( 建 筑 馆 105 )
3. 教 学 目 的 较 全 面 地 掌 握 与 计 算 机 网 络 相 关 的 通 信 基 础 知 识 网 络 协 议 现 代 网 络 技 术 及 应 用, 为 网 络 及 其 产 品 的 开 发 应 用 和 进 一 步 的 学 习 打 下 基 础 有 机 会 将 在 授 课 过 程 中 分 享 一 些 我 个 人 在 学 习 和 科 研 工 作 的 经 验 和 感 受, 供 即 将 走 入 工 作 岗 位 或 继 续 深 造 的 同 学 们 参 考
4. 教 材 参 考 书 课 件 计 算 机 网 络 谢 希 仁 第 3 版 大 连 理 工 大 学 出 版 社 第 4 版 电 子 工 业 出 版 社 计 算 机 网 络 第 3 版 清 华 大 学 出 版 社 熊 桂 喜 王 小 虎 译 计 算 机 网 络 技 术 西 安 电 子 科 技 大 学 出 版 社 蔡 莞 东 网 络 技 术 及 应 用 清 华 大 学 出 版 社
4. 教 材 参 考 书 ( 续 ) Compute Networks V.3 清 华 大 学 出 版 社 网 络 工 程 师 教 程 清 华 大 学 出 版 社 全 国 计 算 机 技 术 与 软 件 专 业 水 平 考 试 网 络 资 料 检 索 ISO: 国 际 标 准 化 组 织 CCITT/ITU-T : 国 际 电 报 电 话 咨 询 委 员 会 / 国 际 电 信 联 盟 IEEE: 国 际 电 气 电 子 工 程 师 协 会 ATM TCP/IP 等 论 坛
5. 学 习 与 考 核 学 习 方 法 : 平 时 认 真 听 课 ; 独 自 完 成 作 业 考 核 内 容 : 课 上 所 讲 课 后 作 业 作 业 : 课 后 作 业 随 堂 作 业 答 疑 和 考 试 : 课 余 时 间 讨 论, 电 子 邮 件 答 疑 安 排 1 2 次 习 题 课 统 一 闭 卷 考 试
5. 课 程 特 点 知 识 面 较 广 涉 及 面 广, 知 识 点 多 难 度 不 大 : 难 的 不 会, 会 的 不 难 与 其 他 课 程 的 交 叠 : 与 其 他 课 程 知 识 点 的 交 叠
6. 上 一 年 度 成 绩 统 计
6. 上 一 年 度 成 绩 统 计 二 考 通 过 率 : 33/35
第 一 章 网 络 通 信 概 述 1 2 3 4 人 类 通 信 历 史 的 简 要 回 顾 计 算 机 网 络 的 相 关 概 念 计 算 机 网 络 的 性 能 指 标 常 见 的 计 算 机 网 络 结 构
1. 人 类 通 信 历 史 的 简 要 回 顾 远 古 时 期 : 简 单 语 言 和 洞 穴 壁 画 千 百 年 来 : 语 言 烽 火 和 印 刷 品 1837 年,Samuel, Morse 发 明 电 报 1876 年,Alexander, Graham Bell 发 明 电 话 1973 年,Martin, Kooper 发 明 手 机
1. 人 类 通 信 历 史 的 简 要 回 顾 远 古 时 期 : 简 单 语 言 和 洞 穴 壁 画 千 百 年 来 : 语 言 烽 火 和 印 刷 品 1837 年,Samuel, Morse 发 明 电 报 1876 年,Alexander, Graham Bell 发 明 电 话 1973 年,Martin, Kooper 发 明 手 机
1. 人 类 通 信 历 史 的 简 要 回 顾 1939(1942 1942) ) 年, 世 界 上 第 一 台 计 算 机 ABC 问 世 ( 与 ENIAC(1945 1945) ) 的 世 界 第 一 台 计 算 机 之 争 ) 1949 年, 第 一 台 冯 诺 依 曼 计 算 机 EVDAC 1947 年, 晶 体 管 问 世, 计 算 机 与 通 信 紧 密 联 系 20 世 纪 60 年 代, 美 国 国 防 部 组 建 ARPANET,, 成 为 互 联 网 的 始 祖 20 世 纪 90 年 代 至 今, 计 算 机 网 络 飞 速 发 展, 已 深 入 人 类 社 会 的 每 个 角 落
1. 人 类 通 信 历 史 的 简 要 回 顾 计 算 机 网 络 的 产 生 背 景 它 是 20 世 纪 60 年 代 美 苏 冷 战 时 期 的 产 物 60 年 代 初, 美 国 国 防 部 领 导 的 远 景 研 究 规 划 局 ARPA (Advanced Research Project Agency) 提 出 要 研 制 一 种 生 存 性 (survivability) 很 强 的 网 络 传 统 采 用 电 路 交 换 (circuit switching) 的 电 信 网 有 一 个 缺 点 : 正 在 通 信 的 电 路 中 有 一 个 交 换 机 或 有 一 条 链 路 被 炸 毁, 则 整 个 通 信 电 路 将 中 断
1. 人 类 通 信 历 史 的 简 要 回 顾 计 算 机 网 络 的 产 生 背 景 它 是 20 世 纪 60 年 代 美 苏 冷 战 时 期 的 产 物 60 年 代 初, 美 国 国 防 部 领 导 的 远 景 研 究 规 划 局 ARPA (Advanced Research Project Agency) 提 出 要 研 制 一 种 生 存 性 (survivability) 很 强 的 网 络 采 用 分 组 交 换 (packet switching) 的 新 型 网 络 可 以 将 数 据 组 装 到 报 文 中 使 用 一 条 通 信 链 路 与 多 台 机 器 通 信, 而 且 每 个 报 文 可 以 独 立 于 其 他 报 文 进 行 路 由
1. 人 类 通 信 历 史 的 简 要 回 顾 计 算 机 网 络 发 展 的 几 个 阶 段 第 一 代 : 面 向 终 端 的 计 算 机 网 络 上 世 纪 60 年 代 由 美 国 国 防 部 高 级 研 究 计 划 署 开 发 采 用 分 组 交 换, 连 接 四 所 大 学 的 4 台 大 型 计 算 机 第 二 代 : 以 共 享 资 源 为 目 标 的 网 络 1986 年, 美 国 国 家 自 然 科 学 基 金 会 建 立 国 家 科 学 基 金 网 NSFNET, 覆 盖 全 美 主 要 大 学 和 研 究 所 三 级 结 构 : 主 干 网 地 区 网 和 校 园 网 ( 或 企 业 网 ) 第 三 代 : 标 准 化 的 计 算 机 网 络 第 三 代 : 标 准 化 的 计 算 机 网 络 1993 年,NSFNET 被 多 个 商 用 因 特 网 主 干 网 代 替 具 有 多 级 结 构 的 复 杂 因 特 网 逐 渐 形 成 由 因 特 网 协 会 (ISOC) 进 行 标 准 化 管 理
1. 人 类 通 信 历 史 的 简 要 回 顾 计 算 机 网 络 的 主 要 功 能 1 硬 件 资 源 共 享 在 全 网 范 围 内 对 处 理 资 源 存 储 资 源 输 入 输 出 资 源 等 昂 贵 设 备 的 共 享 2 软 件 资 源 共 享 通 过 网 络 用 户 对 数 据 库 等 资 源 的 共 享, 从 而 避 免 重 复 劳 动 和 数 据 资 源 的 重 复 存 储 3 用 户 信 息 交 换 通 过 计 算 机 网 络, 用 户 可 以 进 行 传 输 电 子 邮 件 发 布 新 闻 消 息 进 行 电 子 商 务 等 活 动, 从 而 为 各 地 的 用 户 提 供 了 强 有 力 的 通 信 手 段 资 源 共 享 是 网 络 的 核 心 功 能 数 据 通 信 是 共 享 资 源 的 基 础
1. 人 类 通 信 历 史 的 简 要 回 顾 现 今 所 指 的 网 络 是 指 三 网,, 即 电 信 网 络 有 线 电 视 网 络 和 计 算 机 网 络 本 课 程 主 要 讨 论 的 是 计 算 机 网 络 进 入 20 世 纪 90 年 代 以 后, 以 因 特 网 为 代 表 的 计 算 机 网 络 得 到 了 飞 速 的 发 展 已 从 最 初 的 教 育 科 研 网 络 逐 步 发 展 成 为 商 业 网 络 已 成 为 仅 次 于 全 球 电 话 网 的 世 界 第 二 大 网 络
1. 人 类 通 信 历 史 的 简 要 回 顾 新 型 网 络 的 基 本 特 点 网 络 用 于 计 算 机 之 间 的 数 据 传 送, 而 不 是 为 了 打 电 话 ; 网 络 能 够 连 接 不 同 类 型 的 计 算 机, 不 局 限 于 单 一 类 型 的 计 算 机 ; 所 有 的 网 络 结 点 ( 非 节 点 ) 都 同 等 重 要, 因 而 大 大 提 高 网 络 的 生 存 性 ; 计 算 机 在 进 行 通 信 时, 必 须 有 冗 余 的 路 由 ; 网 络 的 结 构 应 当 尽 可 能 地 简 单, 同 时 还 能 够 非 常 可 靠 地 传 送 数 据
第 一 章 网 络 通 信 概 述 1 2 3 4 人 类 通 信 历 史 的 简 要 回 顾 计 算 机 网 络 的 相 关 概 念 计 算 机 网 络 的 性 能 指 标 常 见 的 计 算 机 网 络 结 构
2. 计 算 机 网 络 的 相 关 概 念 计 算 机 网 络 把 多 台 计 算 机 按 一 定 的 拓 扑 结 构, 用 通 信 介 质 连 接 起 来, 在 网 络 操 作 系 统 的 管 理 下 进 行 通 信 并 实 现 资 源 共 享 和 数 据 处 理
2. 计 算 机 网 络 的 相 关 概 念 几 种 不 同 的 分 类 方 法 计 算 机 网 络 的 分 类 从 网 络 的 交 换 功 能 进 行 分 类 从 网 络 的 作 用 范 围 进 行 分 类 从 网 络 的 使 用 者 进 行 分 类 从 网 络 功 能 进 行 分 类
2. 计 算 机 网 络 的 相 关 概 念 从 网 络 的 交 换 功 能 分 类 电 路 交 换 报 文 交 换 分 组 交 换 混 合 交 换
2. 计 算 机 网 络 的 相 关 概 念 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) 接 入 网 指 的 是 多 种 宽 带 接 入 技 术 如 xdsl, 基 于 有 线 电 视 网 络 的 宽 带 接 入 技 术, 光 纤 到 户 技 术 等
2. 计 算 机 网 络 的 相 关 概 念 广 域 网 (WAN( WAN) 城 域 网 (MAN( MAN) 局 域 网 (LAN( LAN)
2. 计 算 机 网 络 的 相 关 概 念 广 域 网 (WAN( WAN) 城 域 网 (MAN( MAN) 局 域 网 (LAN( LAN) 接 入 网 (AN( AN) 城 域 网 广 域 网 城 域 网 接 入 网 接 入 网 接 入 网 接 入 网 接 入 网 接 入 网 局 域 网 校 园 网 企 业 网 局 域 网
1.3.2 几 种 不 同 的 分 类 方 法 ( 三 ) 从 网 络 的 使 用 者 进 行 分 类 公 用 网 (public network) 专 用 网 (private network)
1.3.2 几 种 不 同 的 分 类 方 法 ( 三 ) 从 网 络 功 能 进 行 分 类 资 源 子 网 通 信 子 网
2. 计 算 机 网 络 的 相 关 概 念 资 源 子 网 实 现 资 源 共 享 功 能 的 设 备 及 其 软 件 的 集 合 由 服 务 器 或 节 点 计 算 机 主 机 组 成 用 于 提 供 共 享 资 源 及 处 理 数 据 通 信 子 网 实 现 网 络 通 信 功 能 的 设 备 及 其 软 件 的 集 合 由 通 信 线 路 通 信 设 备 ( 通 信 计 算 机 路 由 器 交 换 机 等 ) 组 成 用 于 数 据 传 输 转 发, 不 改 变 用 户 传 输 数 据 的 内 容
2. 计 算 机 网 络 的 相 关 概 念 资 源 子 网 与 通 信 子 网 CCP: Communication Control Processor
2. 计 算 机 网 络 的 相 关 概 念 三 网 合 一 指 电 信 网 有 线 电 视 网 和 计 算 机 网 的 融 合 四 网 合 一
2. 计 算 机 网 络 的 相 关 概 念 网 路 拓 扑 (Network Topology) 是 指 用 传 输 介 质 互 连 各 种 设 备 的 物 理 布 局 是 网 络 中 结 点 与 通 信 线 路 的 总 和 可 反 映 出 网 络 中 各 实 体 间 的 结 构 关 系
2. 计 算 机 网 络 的 相 关 概 念 回 顾 一 下 电 路 交 换 (Circuit Switching) 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 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
2. 计 算 机 网 络 的 相 关 概 念 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 在 这 里,, 交 换 (switching) 的 含 义 是 : 交 换 机 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
2. 计 算 机 网 络 的 相 关 概 念 电 路 交 换 的 特 点 电 路 交 换 必 定 是 面 向 连 接 (connection-oriented) 的 电 路 交 换 的 三 个 阶 段 : 建 立 连 接 通 信 释 放 连 接 在 通 话 的 全 部 时 间 内, 通 话 的 两 个 用 户 始 终 占 用 端 到 端 的 固 定 传 输 带 宽 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
2. 计 算 机 网 络 的 相 关 概 念 分 组 交 换 (Packet Switching) 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 报 文 1101000110101010110101011100010011010010 每 一 个 数 据 段 前 面 添 加 上 首 部 构 成 分 组 首 部 报 文 数 据 数 据 数 据 分 组 1 首 部 分 组 2 首 部 请 注 意 : 现 在 左 边 是 前 面 分 组 3 假 定 这 个 报 文 较 长 不 便 于 传 输
2. 计 算 机 网 络 的 相 关 概 念 分 组 交 换 的 原 理 ( 二 ) 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 ) 分 组 1 首 部 数 分 组 首 部 的 重 要 性 据 首 部 分 组 2 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 数 据 首 部 分 组 3 数 据
2. 计 算 机 网 络 的 相 关 概 念 分 组 交 换 的 原 理 ( 三 ) 接 收 端 收 到 分 组 后 剥 去 首 部 还 原 成 报 文 分 组 1 首 部 收 到 的 数 据 数 据 首 部 最 后, 在 接 收 端 把 收 到 的 数 据 恢 复 成 为 原 来 的 报 文 报 文 分 组 2 数 数 据 数 据 数 据 1101000110101010110101011100010011010010 据 首 部 分 组 3 数 据 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
2. 计 算 机 网 络 的 相 关 概 念 分 组 交 换 的 原 理 ( 四 ) 在 一 个 分 组 中 首 部 是 非 常 重 要 的 正 是 由 于 分 组 的 首 部 含 有 诸 如 目 的 地 址 源 地 址 等 重 要 控 制 信 息, 每 一 个 分 组 才 能 在 分 组 交 换 网 中 独 立 的 选 择 路 由 因 此, 分 组 交 换 的 特 征 是 基 于 标 记 的 不 先 建 立 连 接 而 随 时 可 发 送 数 据 的 连 网 方 式, 称 为 无 连 接 方 式
2. 计 算 机 网 络 的 相 关 概 念 分 组 交 换 网 的 示 意 图 结 点 交 换 机 H2 B H 4 D 注 意 分 组 路 径 的 变 化! 主 机 H 6 H 1 A E H 2 向 H 6 发 送 分 组 C H 5 H 1 向 H 5 发 送 分 组 H 3 分 组 交 换 网
H 1 向 H 5 发 送 分 组 结 点 交 换 机 主 机 2. 计 算 机 网 络 的 相 关 概 念 H 1 A H2 B 注 意 分 组 的 存 储 转 发 过 程 H 4 D E 在 结 点 交 换 机 A 暂 存 在 结 查 点 找 交 转 换 发 机 表 C 暂 存 找 到 转 发 的 端 口 在 结 查 点 找 交 转 换 发 机 表 E 暂 存 找 H到 转 发 的 端 口 6 查 找 转 发 表 找 到 转 发 的 端 口 最 后 到 达 目 的 主 机 H 5 C H 5 H 3 分 组 交 换 网
2. 计 算 机 网 络 的 相 关 概 念 注 意 结 点 交 换 机 有 多 个 端 口 H 2 H 4 B 1 2 3 4 D 1 2 3 4 H 6 结 点 交 换 机 E 4 H 1 H 5 A 1 2 3 4 H 3 1 2 3 4 C 1 2 3 高 速 链 路
2. 计 算 机 网 络 的 相 关 概 念 几 点 说 明 (1) H1 A( 暂 存 查 找 转 发 表 找 到 转 发 的 端 口 4) C 的 端 口 1( 暂 存 查 找 转 发 表 找 到 转 发 的 端 口 3) E 的 端 口 4( 暂 存 转 发 ) H5) H5 (2) 只 有 当 分 组 正 在 链 路 A C 传 送 时, 该 分 组 才 占 用 链 路 A C 的 资 源 (3) 如 在 某 一 分 组 的 传 送 过 程 中, 链 路 A C 的 通 信 量 太 大, A 可 将 转 发 的 端 口 设 为 1,, 则 形 成 A B E H5 的 传 输 路 径
2. 计 算 机 网 络 的 相 关 概 念 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 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
2. 计 算 机 网 络 的 相 关 概 念 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 分 组 交 换 带 来 的 问 题 分 组 在 各 结 点 存 储 时 就 会 带 来 时 延 如 果 分 组 过 的 结 点 太 多, 即 使 线 路 上 只 有 一 个 分 组 在 传 输, 时 延 也 很 大 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 尤 其 在 网 络 通 信 量 过 大 时 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