清华大学计算机网络课件(第一章 网络基础)

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课程指导思想和定位
课程指导思想
计算机网络已经成为重要基础设施 国内外高校均把该课程作为计算机系主干课程 承上启下
课程定位
了解计算机网络的基本概念 掌握网络各层协议的基本工作原理及互联网络的特点和具体实现有基本印象 为后续计算机网络及应用的专题学习和研究打下基础
采用先进的网络教学手段
使用电子教案，重分利用网络学堂，发布教学信息， 进行师生讨论
开展课堂讨论和交流，激发学生的学习热情
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先进的实验装置：NetRiver 2000
科研促进教学
网络实验的特点
协议种类繁多，原理与细节缠绕 实验难度大，学生只能在应用层做协议开发实验
自主研制计算机网络实验系统NetRiver 2000
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清华大学的相关网络课程
扩大课程教学的广度
信息学院各系的计算机网络课程 面向全校的计算机网络课程
加深课程教学的深度
本课生后续网络课程 研究生网络专题课程
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课程建设规划
进一步完善课程体系
2006年，增设了《计算机网络专题训练》课程 需要统筹安排两门课的教学内容，特别是实验安排，
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教学内容的特点
实践性
坚持理论知识和实践技能并重，坚持课堂讲授和课后 训练结合
提供多层次的辅导和充分的自主实践环节，独立完成 实验
改革考试方式，强调实践环节
把科研成果应用到教学实践
基于“IPv6核心路由器”项目，研制完成了支持多层 协议开发、调试和自动测试的计算机网络实验系统
下一代互联网方面的研究成果已应用到网络课教学中， 增强了下一代网络体系结构和IPv6协议的课程内容

1个节点包含了1个宿主机和1个IMP
IMP：由小型计算机和这些计算机的传输线路组成的它们就构成了一个通信子网
IMP是在第二代计算机通信网络中出现的称为接口报文处理机（imtetface message processor）它的用途是
当某个主机上的用户要访问远地另一个主机时，主机首先将住处送至本地直接与其相连的IMP通过通信线路沿着适当的路径经若干IMP中途转接后，最终传送至远地的目标IMP并送与其直接相连的目标主机。

IMP和它们之间互联的通信线路一起负责完成主机之间的通信工作，构成了通信子网（communication）。

通过通售子网互联的主机负责运行用户应用程序，向网络用户提供可供共享的软硬件资源，它们就组成了资源子网（resource subnet）。

ARPA网采用的就是这种两级子网的结构。

中间有存储和转发的过程
下层对上层是透明的，即上层不用去关心下层是如何实现的
TCP/IP模型出现要早于OSI模型的
同轴电缆造价贵，接头多，出现问题的几率也比较大。

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计算机网络技术与应用简明教程
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计算机网络的发展阶段
• 1.面向终端的计算机网络 • 2.计算机-计算机网络 • 3.开放式标准化网络 • 4.网络计算的新时代
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计算机网络技术与应用简明教程
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1.面向终端的计算机网络
• 早期的计算机价格昂贵，是一种宝贵的资 源 ，只有少数的计算中心才拥有这种宝贵 的资源，要使用计算机的用户不得不千里 迢迢的到计算中心去上机 。
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计算机网络技术与应用简明教程
教学重点
• 计算机网络的定义和功能 • 计算机网络的分类 • 计算机网络的通信基础
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计算机网络技术与应用简明教程
教学过程
• 计算机网络的形成与发展 • 计算机网络定义和功能 • 计算机网络的分类 • 计算机网络的通信基础
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计.1计算机网络的形成与发展
• 计算机网络的发展经历了一个由简单到复 杂的过程，从解决远程信息收集和处理的 联机系统开始，发展到以资源共享为目的 的计算机群。计算机网络发展的同时又促
进了计算机技术和通信技术的发展，使之 渗透到社会生活中的各个领域。其发展过 程可归结为以下四个主要阶段。
给美国许多大学和公司，以促进多台计算
机互连的网络研究，最终导致一个实验性 的4节点网络开始运行并投入使用。ARPA
网后来扩展到连接数百台计算机，从欧洲 到夏威夷，地理范围跨越了半个地球。
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减轻问题的复杂程度 在各层分别定义标准接口， 在各层分别定义标准接口，各层相对独立 能有效刺激网络技术革新 便于研究和教学
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授人以鱼不如授人以渔
OSI七层参考模型 七层参考模型
开放系统互连参考模型
7.应用层 7.应用层
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面向用户应用
主机 通信装置 通信线路
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终 端
通信装置
以传输信息为目的而连接起来， 以传输信息为目的而连接起来，以实现远程信息处理或进一步 达到资源共享的计算机系统
授人以鱼不如授人以渔
计算机网络的发展
第二代计算机网络
20世纪 年代后期 世纪60年代后期 世纪 实现远程资源共享 以通信子网为中心 分组交换网络 分层的网络协议
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20世纪 年代以广泛使用的 类线缆为基础的 世纪80年代以广泛使用的 世纪 年代以广泛使用的3类线缆为基础的 10BASE-T网络出现 网络出现 支持16Mbit/s的令牌环网 的令牌环网 支持 支持10BASE-T、100BASE-T 、 支持 使用与5类线缆相同的介质， 使用与 类线缆相同的介质，但要经过更严格的 类线缆相同的介质 端接和线缆测试， 端接和线缆测试，支持吉比特以太网 支持1Gbit/s的以太网，也可用6类线缆建立 支持 的以太网，也可用 类线缆建立 的以太网 10Gbit/s的网络 的网络
授人以鱼不如授人以渔
数据链路层
数据链路的建立、 数据链路的建立、拆除 对数据进行检错、 对数据进行检错、纠错 将数据分成帧， 将数据分成帧，以数据帧为单位进行传输 典型设备
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网桥：连接两个局域网，在各种传输介质中转发数据信号， 网桥：连接两个局域网，在各种传输介质中转发数据信号，扩 展网络的距离， 展网络的距离，有效地限制两个介质系统中无关紧要的通信 交换机：按每一个包中的MAC地址相对简单地决策信息转发 ， 交换机：按每一个包中的 地址相对简单地决策信息转发 转发延迟小，将网络分成小的冲突网域， 转发延迟小，将网络分成小的冲突网域，为每个工作站提供更 高的带宽

1.2 计算机网络的定义与功能
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资源共享
所谓资源共享就是共享网络上的硬件资源、软件资源和信息资源。 1）硬件资源
计算机的许多硬件设备是十分昂贵的，例如可以进行复杂运算的巨型计算机，海量存 储器，高速激光打印机，大型绘图仪和一些特殊的外设等。这些硬件设备不可能为每个用 户所独自拥有。因此，共享硬件资源就是让连接在网络上的用户可以共享使用网络上各种 不同类型的硬件设备。 共享硬件资源的好处是显而易见的。网上一个低性能的计算机，可以通过网络使用不 同类型的设备，既解决了部分资源贫乏的问题，同时也有效地利用了现有的资源，充分提 高了资源利用率。
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第一代计算机
第二代计算机
第三代计算机
第四代计算机
网络
网络
网络
网络
面向终端的计 算机网络
以通信子网 为 中心的网络
标准化网络
以下一代 Internet 为 中心的新一代网络
1.1 计算机网络的产生与发展
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1
第一代计算机网络——面向终端的计算机网络
第一代计算机网络也称面向 终端的计算机网络，是以单机 为中心的通信系统。这样的系 统中除了一台中心计算机（主 机），其余终端均不具备自主 处理功能。面向终端的计算机 网络在结构上有三种形式。
了解计算机网络的发展历史。
掌握计算机网络的定义和功能。
掌握计算机网络的组成与拓扑结构。
学 习 目 标
熟悉计算机网络的分类和应用。
了解计算机网络发展的新技术。
1.1 计算机网络的产生与发展
计算机网络是计算机技术与通信技术相结合的产物。纵观计算机网络的发展历史可以发 现，计算机网络和其他事物的发展一样，也经历了从简单到复杂，从低级到高级的过程。在 这一过程中，计算机技术与通信技术紧密结合，相互促进，共同发展，最终产生了计算机网 络。 从1946年世界上第一台计算机ENIAC的诞生到现在网络的全面普及，计算机网络的 发展大体可以分为以下4个阶段。

SMTP协议
简单邮件传输协议，用于发送电子邮件。
03 计算机网络拓扑结构
总线型拓扑结构
总线型拓扑结构
将所有计算机连接到一个单一的、共享的通信通道上，这 种通道被称为总线。
01
优点
结构简单，易于安装和维护，成本低。
02
03
缺点
可扩展性差，因为每增加一台计算机 都需要重新配置总线，且如果总线发 生故障，整个网络将无法工作。
第二阶段
计算机-计算机网络。20世纪60年代中期，美国国防部 ARPANET实验奠定了现代计算机通信的基础。
第三阶段
国际标准化的计算机网络。20世纪70年代末到80年代初 ，计算机网络的标准逐渐统一，形成了国际标准。
第四阶段
互联网和全球信息高速公路建设。20世纪90年代中期开 始，互联网技术得到了飞速的发展和应用，全球信息高速 公路建设加速。
计算机网络的主要功能
计算机网络的主要功能包括资源共享、信息交换、分布式处理、集中管理和远程通信等。
计算机网络的组成
计算机网络通常由硬件和软件两部分组成，硬件包括各种计算机、传输介质、通信设备和 网络连接设备等，软件则包括操作系统、应用软件和通信协议等。
计算机网络发展历程
第一阶段
面向终端的计算机网络。20世纪50年代初，美国地面防 空系统将多个雷达终端连接起来，以实现信息共享。
计算机网络基础ppt电子课件-第1 章计算机网络概论
目录
• 计算机网络概述 • 计算机网络组成 • 计算机网络拓扑结构 • 计算机网络应用 • 网络安全
01 计算机网络概述
计算机网络定义
计算机网络定义
计算机网络是指将地理位置不同的具有独立功能的多台计算机及其外部设备，通过通信线 路连接起来，在网络操作系统，网络管理软件及网络通信协议的管理和协调下，实现资源 共享和信息传递的计算机系统。

3．数据通信的质量指标
数据通信的目的就是为了及时有效地传递信息。传递衡量数据传输的质量标准是从 有效性和可靠性两方面来考虑的。
⑴
有效性
有效性是指在给定的信道内所能传输的信息量大小。有效性越高的系统性能越好。 通常衡量有效性的指标是信息传输速率。在计算机数据通信中，用比特每秒（bit/s） 来表示传输速率。 ⑵ 可靠性
共享打印 机 打印服务器 客户机 客户机
文件服务 器
客户机
图1.2 基于服务器的网络
如果网络中有多于十个用户，那么就应该考虑使用基于服务器的网络。 基于服务器的网络中的客户机可以使用目前所流行的所有操作系统，如： Windows 98、Windows NT、Windows 2000、Linux或OS/2等。
1.1.2 计算机网络的应用 在多维化发展的趋势下，许多网络应用的形式不断涌现，如： 1.网页浏览——这是网络应用最多地地方。任何人只要能连到Internet网上就能 浏览网页，看到社会新闻，企业信息等。 2.电子邮件——这应该是普遍地一种网络交流方式之一。和传统地邮递系统相比， 大大提高了效率，节省了成本。 3.网上交易——就是通过网络做生意。其中有一些是要通过网络直接结算，运用 电子货币。这就要求网络的安全性要比较高。 4.视频点播——这是一项新兴的娱乐或学习项目，在智能小区、酒店或学校应用 较多。它的形式跟电视选台有些相似，不同的是节目内容是通过网络传递的。 5.联机会议——也称视频会议，顾名思义就是通过网络开会，实现了异地会议。 它与视频点播的不同在于所有参与者都需主动向外发送本地图像。实现数据、图像、 声音地实时传送，对网络的处理速度提出了较高的要求。
1.1.3 计算机网络的组成
计算机网络的基本功能可分为数据处理和数据通信。因此，对应的结构也可以 分为两部分，为通信子网和资源子网。

1.1.1 计算机网络的形成与发展
以太网
路由器
路由器
通信子网
路由器
路由器
以太网
以太网
路由器
路由器
以太网
图 1-3 现代计算机网络逻辑结构示意图
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病原体侵 入机体 ，消弱 机体防 御机能 ，破坏 机体内 环境的 相对稳 定性， 且在一 定部位 生长繁 殖，引 起不同 程度的 病理生 理过程
1.1.2 计算机网络的定义
Modem
利用调制解调器的结构示意图
主机
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病原体侵 入机体 ，消弱 机体防 御机能 ，破坏 机体内 环境的 相对稳 定性， 且在一 定部位 生长繁 殖，引 起不同 程度的 病理生 理过程
1.1.1 计算机网络的形成与发展
⑶ 集线器结构：把终端发来的信息收集起来，并把用户的作 业信息存人集中器中,然后再用高速线路将数据信息传给前端处 理机，最后提交给主机。
1.1.3 计算机网络的主要功能
3、分布处理 把要处理的任务分散到各个计算机上运行，而不是集中在
一台大型计算机上。这样，不仅可以降低软件设计的复杂性， 而且还可以大大提高工作效率和降低成本。
4、集中管理 对地理位置分散的组织和部门,可通过计算机网络来实现集 中管理,如数据库情报检索系统、交通运输部门的定票系统、军 事指挥系统等。
目前，全球以Internet为核心的高速计算机互联网络已经 形成，Internet已经成人类最重要的、最大的知识宝库。网 络互联和高速计算机网络就成为第四代计算机网络。
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病原体侵 入机体 ，消弱 机体防 御机能 ，破坏 机体内 环境的 相对稳 定性， 且在一 定部位 生长繁 殖，引 起不同 程度的 病理生 理过程

语义：需要发出何种控制信息，以及完成的动作 与做出的响应。包括用于协调同步和差错处理的 控制信息;
how to do）。
定时：对事件实现顺序的详细说明。包括速度匹 配和排序等。
when to do）。
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《计算机网络技术》-韩毅刚
OSI参考模型
数据流 应用层 应用层协议 数据流 应用层 表示层协议
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网状拓扑特点
优点：
系统可靠性高 扩展容易
缺点：
结构复杂、控制复杂、网络协议复杂 建设成本高
实例
广域网
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混合型拓扑
端接器
端接器
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混合型拓扑特点
优点
取长补短 故障诊断和隔离方便 易于扩展 安装方便
多个主机通过通信线路互联
Mainframe host
ARPANET
1969年12月，第一个计算机网络 Internet前身
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计算机网络的第三阶段
互联互通阶段
20世纪70年代末至90年代 统一的网络体系结构 ISO的OSI（开放系统互连）体系结构 TCP/IP体系结构
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城域网
MAN（ Metropolitan Area Networks） 介于LAN与WAN之间
城市范围
私有或公有网络 高速率 大范围
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城域网技术举例
传统
FDDI DQDB
目前
以太网 MSTP RPR
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为衡量国家经济发展水平的重要标志之一。
现在人们的生活、工作、学习和交往都己离不开计算机网络。设想如果在某一天我们的计
算机网络突然出现故障不能工作了，那时会出现什么结果呢?第一我们将无法购买飞机票或火车票，
因为售票员无法知道还有多少票可供出售；也无法出售飞机票和火车票。第二我们也无法到银行存
钱或取钱，无法交纳水电和煤气费等；股市交易都将停止。第三在图书馆也无法检索需要的图书和
➢ 协议元素与数据的组合格式，即报文格式。例如：
HDLC Flag Address Ctrl
Data
FCSS Flag
BSC SOH HEAD STX
TEXT
ETX BCC
时序（Timing）：
➢ 通信过程中，通信双方操作的执行顺序和规则
任务三、计算机网络的功能
计算机网络的功能可归纳为资源共享、提供 人际通信手段、提高可靠性、节省费用、便 于扩充、分组负荷及协同处理等方面。这些 方面的功能本身也是相辅相成的。
资料。第四人们既不能上网查询有关的资料，也无法使用电子邮件和朋友及时交流信息。由此可以
看出，人们的生活越是依赖于计算机网络，计算机网络对于人们的生活、工作、学习也就越重要。
既然计算机网络对于人们如此重要，那么我们有必要学习、掌握计算机网络基本知识和基本理论，
为进一步更好应用计算机网络打下良好基础，我们首先认识计算机网络，掌握它的发展、定义、组
计算机网络技术基础
第一模块 计算机网络概述
一、学习任务分析
计算机网络是计算机技术和通信技术相结合的系统，是存储、传播和共享信息的工具。经过
几十年的发展，计算机网络已成为目前信息化社会中经济社会生活的必要工具，成为人们之间信息
交流的最佳平台。计算机网络的应用影响和改变了人们的工作、学习和生活方式，网络发展水平成