《计算机网络》全套PPT电子课件教案-第1章计算机网络概述.ppt

第1章 计算机网络概述,1.1.1 计算机网络的形成与发展进程,1.1 计算机网络的形成与发展,1. 第一代面向终端的计算机网络 1954年，人们开始使用一种被称作收发器的终端，将穿孔卡片上的数据从电话线路上发送到远地的计算机。后来，用户可在远地的电传打字机上输入自己的程序，而计算机算出的结果又可以从计算机传送到远地的电传打字机上打印出来。计算机技术与通信技术的结合就这样开始了。 由于当初计算机是为成批处理信息而设计的，所以当计算机与远程终端相连接时，必须在计算机上增加一个接口，并且应使这个接口对计算机系统的软、硬件的影响尽可能地小。这样，就出现了线路控制器(line controller)。早期的线路控制器只能和一条通信线路相连，同时也只能适用于某一种固定的传输速率。此时，计算机仍主要用于成批处理，这样的系统通常被称为联机系统，以区别于早期的脱机系统。,随着远程终端的增多，为避免一台计算机使用多个线路控制器，20世纪60年代初期，出现了多重线路控制器(multiline controller)，它可以和多个远程终端相连接。这种联机系统也被称为面向终端的计算机通信网。,2. 第二代面向通信的计算机网络,在20世纪60年代末期至20世纪70年代中期，在单主机联机网络的基础上，完成了计算机网络体系结构与网络协议的研究，并形成了初级计算机网络，又称为计算机-计算机网络。,3. 第三代开放式标准化计算机网络,20世纪70年代以后，随着计算机网络体系结构和计算机网络互联标准问题的解决，出现了开放系统互联参考模型及网络协议，促进了符合国际标准化的计算机网络技术的发展。这种“开放式的标准化计算机网络”目前仍被广泛应用。,4. 新一代综合性、智能化、高速网络 自20世纪90年代以来，随着internet的飞速发展，计算机网络向全面互联、高速和智能化方向发展，并且得到了广泛的应用。同时，与网络有关的技术在更大的范围内取得了很大的进展。,1.1.2 计算机网络的定义,计算机网络的精确定义到目前为止尚未统一，关于计算机网络的最简单定义是：一些互相连接的、自治的计算机系统的集合。 不同网络的规模和复杂程度是互不相同的。当前，最复杂的网络当属internet，它使用tcp/ip协议，由分布在世界不同地理位置的不同计算机网络通过路由器连接而成。因此，也可把internet看成是网络的网络。无论是简单的网络还是复杂的网络，都可以对网络作如下定义： 计算机网络是将分布在不同地理位置并具有独立功能的多个计算机系统通过通信设备和线路连接起来，以功能完善的网络软件(网络协议、信息交换方式及网络操作系统)实现网络资源共享的复合系统。 建立计算机网络的主要目的是实现资源共享。资源共享是指所有网络用户能够分享各计算机系统的全部或部分资源，这类资源被称为共享资源，共享资源包括硬件资源、软件资源和数据资源。,1.2 计算机网络的功能、特点和分类,1.2.1 计算机网络的功能,(1) 计算机网络用户之间的通信、交往。 (2) 资源共享。资源共享是建立网络的最主要目的，包括硬件资源、软件资源和数据资源的共享。 (3) 计算机网络用户之间协同工作。,常见的计算机网络应用系统有,1. 信息检索系统(irs，information retrieve system) 2. 办公自动化系统(oa，office automation) 3. 分布式控制系统(dcs，distributed control system) 4. 管理信息系统(mis，management information system),1.2.2 计算机网络的特点,计算机网络是一个多主机相连的复合系统，其结构与具有主机-终端结构的计算机系统不同，使得计算机网络有着自身的特点，主要表现在以下几方面。,1. 自主性,2. 按协议标准连接,3. 具备资源共享能力,1.2.3 计算机网络的分类,1. 按计算机网络的覆盖范围分类,2. 按传输介质的利用方式分类,计算机网络是通过传输介质来传输或控制信息的。对于传输介质的两种不同利用方式形成了两种不同的网络，即共享介质的网络和交换式网络。,(a) 共享介质局域网 (b) 交换式局域网,3. 按计算机在网络中的地位来分类,1) 基于服务器的网络 在计算机网络中，有几台计算机或设备只作为服务器为网络用户提供共享资源，而其他计算机仅作为客户机去访问服务器上的共享资源，这种网络就是基于服务器的网络。,2) 对等网络 对等网络与基于服务器的网络不同，它没有专用的服务器，网络中的每台计算机都能作为服务器，同时，又都可以作为客户机。每台计算机既可管理自身的资源和用户，同时，又可作为网络客户机去访问其他计算机中的资源。,3) 混合型网络 混合型网络是基于服务器网络和对等网络相结合的产物。,1.3 计算机网络的拓扑结构,计算机网络的拓扑结构是指计算机网络的硬件系统的连接形式，主要指的是通信子网的拓扑结构类型。 常见的计算机网络拓扑结构类型有：总线型拓扑、星型拓扑、树型拓扑、环型拓扑和网状拓扑等。,1.3.1 总线型拓扑,1.3.2 环型拓扑,1.3.3 星型拓扑,1.3.4 树型拓扑 1.3.5 网状拓扑,(a) 树型网络拓扑结构 (b) 网状网络拓扑结构,1.4 计算机网络体系结构及协议,1.4.1 网络体系结构的基本概念,1. 计算机网络协议,网络中的数据交换而建立的规则、标准或约定即为网络协议。一个网络协议由3个要素组成。,(1) 语法，即数据与控制信息的结构或格式。,(2) 语义，即需要发出何种控制信息、完成何种动作以及做出何种应答。,(3) 同步，即事件实现顺序的详细说明，又称为定时。,2. 网络分层体系结构,计算机网络体系结构描述了网络系统的各个部分应完成的功能，各部分之间的关系以及它们之间的联系方式。网络体系结构划分的基本原则是：把应用程序和网络通信管理程序分开。同时，又按照信息在网络中的传输过程，将通信管理程序分为若干个模块，将原来专用的通信接口转变为公用的、标准的通信接口。从而使得网络具有更大的灵活性，也使得网络系统的建设、扩建和升级等工作更易于实现，大大降低了网络系统运行、维护的成本和复杂度，提高了网络的性能，加快了计算机网络的发展。,1.4.2 iso/osi参考模型,1. osi参考模型的基本概念 国际标准化组织(iso，international standards organization)是世界上最著名的国际标准化组织之一，它主要由美国国家标准组织(ansi，american national standards institute)及其他国家标准组织代表组成。,开放系统互联基本参考模型称为osi参考模型，并记为osi/rm，简称为osi。,2. osi参考模型的结构与各层的功能 1) osi参考模型的结构,2) osi/rm各层的主要功能,(1) 物理层 物理层是osi参考模型的最低层，即第1层。 物理层包括设备之间物理连接的接口和用户设备和网络端设备之间的数据传输规则。 我们知道，要传输信息就要利用一些物理介质，如双绞线、同轴电缆等。但具体的物理介质并不一定要在osi的7层之内，也有人将物理介质当做第0层，因此物理介质的位置就位于物理层的下面。 物理层的任务就是为它的上层(即数据链路层)提供一个物理连接，以便透明地传输比特流，在物理层上所传输的数据单位是比特。,(2) 数据链路层 数据链路层是osi参考模型的第2层。数据链路层负责在两个相邻节点间的线路上，无差错地传输以帧为单位的数据。,(3) 网络层 网络层是osi参考模型中的第3层，它是osi参考模型中最复杂的一层，也是通信子网的最高层。它在其下两层的基础上向资源子网提供服务。,(4) 传输层 传输层是osi参考模型的第4层。一般来说，osi参考模型的低4层的主要任务是实现数据通信，高3层的主要任务是实现信息处理，而传输层位于中间，该层是通信子网和资源子网的接口和桥梁，起着承上启下的作用。通常将osi低4层称为低层，其对应的协议称为低层协议，而将传输层以上的3层称为高层，其对应的协议称为高层协议。,(5) 会话层 会话层是osi参考模型的第5层，会话层也可称为会晤层或对话层。,会话层是用户应用程序与网络之间的接口，会话层的主要任务是负责两个会话实体之间的会话连接，确保点-点的传输不会被中断，并且进行会话管理和管理数据交换，即组织和协调两个会话进程之间的通信，并对数据交换进行管理。,(6) 表示层 表示层是osi参考模型的第6层，它对来自于应用层的命令和数据进行解释，对各种语法赋予相应的含义，并按照一定的格式传送给会话层。 表示层的主要功能是处理两个通信系统中用户信息的语法表示问题。表示层将欲交换的数据从适合某一用户的抽象语法，变换为适合osi系统内部使用的传送语法。有了这样的表示层，用户就可以把精力集中在他们所要交谈的问题本身，而不必多去考虑对方的某些特性。例如，对方使用什么语言。 对传输信息的加密和解密也是表示层的一项主要任务。由于数据的安全和保密这一问题比较复杂，在osi 7层结构中，其他的一些层次也与这一问题有关。 (7) 应用层 应用层是osi参考模型的最高层，它是计算机网络用户以及各种应用程序和网络之间的接口。应用层的功能是直接向用户进程提供服务接口，完成应用进程在网络上完成的各种工作。,可以把上述的7层的最主要功能归纳如下： 应用层与用户应用进程的接口，即相当于：做什么？ 表示层数据格式的转换，即相当于：对方看起来像什么？ 会话层会话的管理与数据传输的同步，即相当于：轮到谁讲话和从何处讲？ 传输层从端到端经网络透明地传输报文，即相当于：对方在何处？ 网络层分组传输、路由选择和流量控制，即相当于：走哪条路可以到达该处？ 数据链路层在链路上无差错地传送数据帧，即相当于：每一步该怎么走？ 物理层将比特流送到物理介质上传送，即相当于：对上一层的每一步应怎样利用物理介质。,1.4.3 tcp/ip参考模型,1. tcp/ip参考模型的基本概念 1) tcp/ip参考模型的发展 tcp/ip是一组通信协议的代名词，是由一系列协议组成的协议簇。它本身指的是两个协议集：tcp传输控制协议，ip互联网际协议。在tcp/ip协议开始研究时，并没有提出参考模型的概念。tcp/ip最早是由美国国防高级研究计划局在其arpanet上实现的。1974年kahn定义了最早的tcp/ip参考模型；20世纪80年代leiner、clark等人对tcp/ip参考模型作了进一步的研究。 到目前为止，tcp/ip协议一共出现了6个版本，后3个版本是版本v4、版本v5与版本v6。目前我们使用的主要是版本v4，一般被称为ipv4。ipv6被称为下一代的ip协议，现在我国已开始推广和使用ipv6。,2) tcp/ip协议的特点 由于tcp/ip一开始用于连接异种机环境，再加上工业界很多公司都支持它，特别是在unix环境中，tcp/ip已成为其实现的一部分；由于unix的广泛使用，促进了tcp/ip的应用及普及。随着internet的迅速发展，tcp/ip协议逐渐成为事实上的网络互联的工业标准。tc