计算机网络概述

计算机的起源

• 世界上第一台计算机 1946 年诞生于美国悉尼法尼亚大学

• 为了解决导弹弹道计算速度（取代人工）

• 实际上德国军方 1938 年已将计算机用于导弹弹道计算

• 人类几乎所有的发明创造首先用于打击自己的同类，尔后才造福人类

计算机和计算机网络发展的六个阶段

<1> 批处理

• 程序卡片，多人轮流使用一台电脑

<2> 分时系统

• 一个主机分时为多个终端服务(采用 UNIX OS)

<3> 计算机之间的通信

• 计算机之间直接通信

<4> 计算机网络的产生

• 美国很多大公司推出了自己的局域网。 如： 以太网，令牌网

<5> 互联网的普及

<6> 互联网时代

目前使用较为典型的网络 OS

1. UNIX

2. Windows

3. Mac OS

4. Novell

计算机网路体系结构

五层协议的体系结构

<1> 物理层

• 利用传输介质为通信的网络结点之间建立、管理和释放物理连接

• 实现比特流的透明传输，为数据链路层提供数据传输服务

• 物理层的数据传输单元是比特

<2> 数据链路层

• 在物理层提供的服务基础上，数据链路层在通信的实体间建立数据链路连接

• 数据链路层的传输单元是“数据帧”

• 采用差错控制与流量控制方法，使有差错的 物理线路变成无差错的数据链路

<3> 网络层

• 通过路由选择算法为分组通过通信子网选择最适当的路径

• 为数据在结点之间传输创建逻辑链路，实现拥塞控制、网络互连等功能

• 传输单元是分组

<4> 运输层

• 向用户提供可靠端到端（end-to-end）服务

• 处理数据包错误、数据包次序，以及其他一些关键传输问题

• 传输层向高层屏蔽了下层数据通信的细节，是计算机通信体 系结构中关键的一层

<5> 应用层

• 为应用程序提供了网络服务

• 应用层需要识别并保证通信对方的可用性，使得协同工作的应用程序之间的同步

• 建立传输错误纠正与保证数据完整性的控制机制

实体、协议、服务和服务访问点

<1> 实体(entity)

• 表示任何可发送或接收信息的硬件或软件进程

• 不同机器上同一层的实体叫做对等实体（peer entity）

<2> 协议

• 是控制两个对等实体迚行通信的规则的集合，即协议是“水平的”

• 在协议的控制下，两个对等实体间的通信使得本层能够向上一层提供服务。要实现本层协议，还需要使用下层所提供的服务

<3> 连接

• 是两个对等实体为迚行数据通信而进行的一种结合

<4> 服务

• 是各层向它的直接上层提供的一组原语或操作，是由下层向它的直接上层通过层间接口提供的，即服务是“垂直的”

• 本层的服务用户只能看见服务而无法看见下面的协议。下面的协议 对上面的服务用户是透明的

• 面向连接服务(connection-oriented)

• 面向连接服务具有连接建立、数据传输和连接释放这三个阶段

• 无连接服务(connectionless)

• 两个实体之间的通信不需要先建立好连接

• 是一种不可靠的服务。这种服务常被描述为“尽最大努力交 付”(best effort delivery)或“尽力而为”

相领两层之间的关系

面向连接服务的特点

• 面向连接服务的数据传输过程必须经过连接建立、连接维护与释放连接的三个阶段

• 面向连接服务的传输连接类似一个通信管道，发送者在一端放入数据，接收者从另一端取出数据，分组在数据传输过程中可以不用携带目的结点的地址

• 面向连接数据传输的收发数据顺序不变，传输可靠性好，但是协议复杂，通信效率不高

• 比较适合于在一定期间内要向同一目的地发送许多报文的情况

无连接服务的特点

• 无连接服务中的数据传输过程不需要经过连接建立、连接维护与释放连接的三个过程

• 无连接服务的每个分组都携带完整的目的结点地址，各分组在系统中是独立传送的

• 数据分组传输过程中，目的结点接收的数据分组可能出现乱序、重复与丢失的现象

• 无连接服务的可靠性不好，但是协议相对简单，通信效率较高

面向连接的服务并不等同于 “可靠的服务”

协议很复杂

<5> 著名的协议举例

        占据两个山顶的蓝军与驻扎在这山谷的白军作战。        力量对比是：一个山顶上的蓝军打不过白军，但两个山顶的蓝军协同作战就可战胜白军。一个山顶上的蓝军拟于次日正午向白军发起攻击。于是发送电文给另一山顶上的友军。但通信线路很不好，电文出错的可能性很大。因此要求收到电文的友军必须发送确认电文。但确认电文也可能出错。        试问能否设计出一种协议，使得蓝军能实现协同作战因而一定(即 100 %)取得胜利？

这样的协议显然无法实现！

TCP / IP 的体系结构

• TCP / IP 协议的体系结构

  
  
  

• TCP / IP 协议的表示方法

  
  
  

• 现在因特网使用的 TCP / IP 体系结构

  
  
  

• TCP / IP 协议族

  
  
  

Everything over IPIP over EverythingIP 可为各式各样的应用程序提供服务

互联网应用层的客户 - 服务器方式

• TCP / IP 的应用层协议使用的 客户 - 服务器 方式

• 计算机的进程(process)就是运行着的计算机程序。为解决具体应用问题而彼此通信的进程称为 "应用进程"

• 应用层的具体内容就是规定应用进程在通信时所遵循的协议

• 客户(client)和服务器(server)都是指通信中所涉及的两个应用进程

• 客户 - 服务器方式所描述的是进程之间服务和被服务的关系

• 客户是服务请求方，服务器是服务提供方

• 客户进程和服务器进程使用 TCP / IP 协议进行通信

  
  
  

• 功能较强的计算机可同时运行多个服务器进程

  
  
  

后序

<1> 小写和大写开头的英文名字 internet 和 Internet 有何区别？

• internet：互联网，是一个通用名词，泛指由多个计算机网络互连而成的网络，协议无特指

• Internet：因特网，是一个专用名词，指当前全球最大的、开放的、由众多网络相互连接而成的特定计算机网络；特指采用 TCP/IP 协议的互联网络

• Internet 实际上是 internet 的双向应用

<2> 电路交换、报文交换和分组交换的主要区别

• 电路交换是建立一条临时的专用通路，使用完以后拆除链接，适合打数据量的实时通信

• 报文交换不在通信节点建立通路，将信息组合成报文，采用虚储-转发机制，线路的利用率高，但延迟大

• 分组交换是数据包定长的报文交换，交换节点的缓冲区可减小，传播时延也更小；一般分为数据包、虚电路、信元交换

<3> 网络协议与网络服务的区别

• 定义上的区别

• 网络协议为计算机网络中进行数据交换而建立的规则、标准或约定的集合。协议是规则，约定，而服务是功能，本领

• 层次上的区别

• 网络协议是由于网络节点之间联系的复杂性，在制定协议时，通常把复杂成分分解成一些简单成分，然后再将它们复合起来。协议是通信双方对等层之间才有的，是水平方向上的关系

• 服务则是通信某一端上下层之间才有的，是垂直方向上的关系，而且是自下向上提供的

• 水平与垂直的区别

• 协议是“水平的”，即协议是控制两个对等实体进行通信的规则

• 服务是“垂直的”，即服务是由下层通过层间接口向上层提供的。上层使用所提供的服务必须与下层交换一些命令，这些命令在 OSI 中称为服务原语

它们复合起来。协议是通信双方对等层之间才有的，是水平方向上的关系- 服务则是通信某一端上下层之间才有的，是垂直方向上的关系，而且是自下向上提供的

• 水平与垂直的区别

• 协议是“水平的”，即协议是控制两个对等实体进行通信的规则

• 服务是“垂直的”，即服务是由下层通过层间接口向上层提供的。上层使用所提供的服务必须与下层交换一些命令，这些命令在 OSI 中称为服务原语