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第一章 计算机网络概述 计算机网络工程（2007年春季） 2007年春季1计算机网络工程第一章 计算机网 络概述 计算机网络的定义 l 计算机网络是利用通信线路和通信设备，把地理上分散 、具有独立功能的多台计算机系统互相连接，按照网络 协议进行数据通信，由功能完善的网络软件，实现资源 共享的计算机系统的集合。 2007年春季2计算机网络工程第一章 计算机网络概述 计算机网络的本质 l 计算机网络的本质是把两台以上具有独立功能的计算机 互连起来，以达到资源共享的目的。它是一个独立的计 算机互连的集合体。 l 从用户的角度看，计算机网络是一个透明的数据传输机 构。 2007年春季3计算机网络工程第一章 计算机网络概述 计算机网络的分类 网络的覆盖范围 l局域网（LAN，Local Area Network） 将较小的地理区域内的计算机连接在一起的通信网络 l城域网（MAN，Metropolitan Area Network ） 覆盖范围介于局域网和广域网之间，一般在几公里到几十公里 网络的覆盖范围在一个城市内 l广域网（WAN，Wide Area Network） 覆盖的地理区域大，通常在几公里至几千、几万公里 网络可跨越市、地区、省、国家、洲洋乃至全球局域网 2007年春季4计算机网络工程第一章 计算机网络概述 LAN与WAN的对比 内容LANWAN 范围概述 较小范围计 算机通 信 远程网或公用通信网 网络覆盖 范围 20公里以内 几公里几万公里， 可跨国界、洲界 数据传输 速率 1Mbps-16Mbps-1Gbps 9.6Kbps2Mbps 45Mbps 传输 介质 有线或无线传输 介 质：同轴电缆 ， 双绞线 ，光纤 有线或无线传输 介 质和公用数据网 ： PSTN、DDN、 ISDN、光纤、卫 星、微波 信息误码 率 低高 拓扑结构 简单 ，总线 、星型 、环形、网状 复杂，网状 用户安全各单位专用无政府状态 2007年春季5计算机网络工程第一章 计算机网络概述 1.1 计算机网络工程概述 第一章计算机网络概述 2007年春季6计算机网络工程第一章 计算机网 络概述 计算机网络工程 l 计算机网络工程就是使用系统集成的方法，根据建设计 算机网络的目标和网络设计原则将计算机网络的技术、 功能、子系统结成在一起，为信息系统构建网络平台、 传输平台和基本的网络应用服务 l 计算机网络的建设涉及网络的需求分析、设计、施工、 测试、维护和管理 了解系统集成的一般规律 理解计算机网络的体系结构、协议和标准 掌握计算机网络的技术、发展的现状和趋势 2007年春季7计算机网络工程第一章 计算机网络概述 最早的计算机网络（工程） lNode 1: UCLA (30 August, hooked up 2 September) Function: Network Measurement Center System,OS: SDS SIGMA 7, SEX lNode 2: Stanford Research Institute (SRI) (1 October) Network Information Center (NIC) SDS940/Genie lNode 3: University of California Santa Barbara (UCSB) (1 November) Culler-Fried Interactive Mathematics IBM 360/75, OS/MVT lNode 4: University of Utah (December) Graphics DEC PDP-10, Tenex 2007年春季8计算机网络工程第一章 计算机网络概述 计算机网络的世界历史 l Hobbes Internet Timeline v8.2 Hobbes Internet Timeline Copyright (c)1993-2006 by Robert H Zakon /robert/internet/timeline 2007年春季9计算机网络工程第一章 计算机网络概述 Internet用户的发展 2007年春季10计算机网络工程第一章 计算机网络概述 Internet WWW服务器的发展 2007年春季11计算机网络工程第一章 计算机网络概述 海底光缆（2007年1月） l 全球海底光缆连接图 2007年春季12计算机网络工程第一章 计算机网络概述 计算机网络的中国历史 l 中国互联网络发展状况统计报告 中国互联网络信息中心（CNNIC） 每半年发布一次 2007年1月，CNNIC-第19次中国互联网络发展状况统计报告 2007年春季13计算机网络工程第一章 计算机网络概述 网络用户（中国大陆） l 2007年1月 网民总人数为13,700万人，95%置信度下的置信区间为 【13,362万，14,038万】 l 2004年7月 上网用户总人数为8,700万，95%置信度下的置信区间为 【8,167万，9,233万】 2007年春季14计算机网络工程第一章 计算机网络概述 国际出口带宽（中国大陆） l 国际出口带宽总量为256,696M，连接的国家有美国、俄 罗斯、法国、英国、德国、日本、韩国、新加坡等 l 按运营商划分： 中国公用计算机互联网（CHINANET）135,321M 中国网络通信集团（宽带中国CHINA169网） 89,665M 中国科技网（CSTNET） 17,510M 中国教育和科研计算机网（CERNET） 4,796M 中国移动互联网（CMNET） 5,750M 中国联通互联网（UNINET） 3,652M 中国国际经济贸易互联网（CIETNET） 2M 2007年春季15计算机网络工程第一章 计算机网络概述 IPv4地址数量（中国大陆） l 中国大陆IPv4地址总数为： 98,015,744个，合5A+215B+154C 单单位名称地址量折合数 中国电信集团公 司 36,090,8 80 2A+38B+180 C 中国网络通信集 团公司 20,316,1 60 1A+54B 中国教育和科研 计算机网 12,184,0 64 185B+234C 2007年春季16计算机网络工程第一章 计算机网络概述 中国教育科研网CERNET 2007年春季17计算机网络工程第一章 计算机网络概述 北京大学网络介绍 l （非公开文档） 2007年春季18计算机网络工程第一章 计算机网络概述 1.2 计算机网络体系结构 第一章计算机网络概述 2007年春季19计算机网络工程第一章 计算机网 络概述 协议 l 协议是通信双方关于通信如何进行达成的一致 l 协议是关于通信双方通信过程的一组约定和规则 l 协议就是计算机网络中实体之间有关通信规则约定的集 合 2007年春季20计算机网络工程第一章 计算机网络概述 协议的三要素 l 语法（Syntax） 数据与控制信息的格式、数据编码、信号电平 l 语义（Semantics） 控制信息的内容，需要做出的动作及响应 l 时序（Timing） 事件先后顺序和速度匹配。控制什么时候交流信息、讲话顺序、 讲话速度等 2007年春季21计算机网络工程第一章 计算机网络概述 OSI参考模型 l 1984年，ISO公布了“开放系统互连基本参考模型”的 正式文件（国际标准ISO7498），称为OSI参考模型 OSI/RM(Open System Interconnection /Reference Model) l 历史 1970年代末，CCITT和ISO分别开始研究 1983年，CCITT和ISO分别发表 The Basic Reference Model for Open Systems Interconnection，分别描述了“七层模型” 1984年， CCITT和ISO达成共识 2007年春季22计算机网络工程第一章 计算机网络概述 OSI参考模型的几点说明 l OSI是1983年ISO提出的关于如何把开放系统连接起来， 使各种网络能够互连的建议 l OSI是一种实现异构系统互连的分层结构，它是国际标 准，可以使不同的系统、不同的网络、不同厂家的网络 设备实现互连 l ISO只是提出一个概念性和功能性的框架，它本身并没 有精确定义各层协议，只是描述各层的功能 2007年春季23计算机网络工程第一章 计算机网络概述 OSI七层模型 应用层 表示层 会话层 传输层 网络层 数据链路层 物理层 应用层 表示层 会话层 传输层 网络层 数据链路层 物理层 传输介质 5 2 3 4 1 6 7 2007年春季24计算机网络工程第一章 计算机网络概述 OSI七层模型 应用层 物理层 数据链 路层 网络层 传输层 会话层 表示层 应用层 物理层 数据链 路层 网络层 传输层 会话层 表示层 发送进程接收进程 应用层协议 表示层协议 会话层协议 传输层协议 物理层 数据链 路层 网络层 主机A 主机B 路由器 路由器 物理层 数据链 路层 网络层 通信子网 物理介质物理介质 2007年春季25计算机网络工程第一章 计算机网络概述 物理层（第1层） l 定义了电气的、机械的、有关程序 的和功能的技术规范，目的是为了 激活、维护和去激活终端系统之间 的物理链接 所有的数据传输介质 物理连接器 物理拓扑结构 信号发送和编码方法 数据传输设备 物理接口 错误信号检测方式 应用层 表示层 会话层 传输层 网络层 数据链路层 物理层 5 2 3 4 1 6 7 2007年春季26计算机网络工程第一章 计算机网络概述 数据链路层（第2层） l 提供物理链路上的可靠的数据传输 。 l 数据链路层关心物理寻址、网络拓 扑结构、线路规程、错误通告、帧 的顺序传递和流量控制 应用层 表示层 会话层 传输层 网络层 数据链路层 物理层 5 2 3 4 1 6 7 2007年春季27计算机网络工程第一章 计算机网络概述 数据链路层PDU数据帧 lStart Frame Field标识起始的标识串 lAddress Field源MAC地址/目标MAC地址 lType/Length Field有些传输方式标识帧的类型/帧长度 lData Field正常的数据/Padding Bytes/LLC控制字节 lFCS FieldFrame Check Sequence CRC（Cyclic Redundancy Check） lStop Frame Field标识终止的标识串 2007年春季28计算机网络工程第一章 计算机网络概述 数据链路层的子层 l 逻辑链路控制层（LLC，Logical Link Control） lIEEE建立了逻辑链路控制子层LLC，使得数据链路层的一部分 可以从现有的传输技术中独立出来进行工作 lLLC向上为网络层提供各种服务，向下与各种传输技术进行有 效的通讯。 l 介质访问控制层（MAC，Media Access Control） l定义为了使主机能够访问物理传输介质时所应该遵循的协议 l确定在一个共享介质环境中（冲突域）哪台计算机可以允许进 行数据的传输 2007年春季29计算机网络工程第一章 计算机网络概述 网络层（第3层） l 提供两个终端系统之间的连接和路 径选择 l 路由选择是在网络层发生的 应用层 表示层 会话层 传输层 网络层 数据链路层 物理层 5 2 3 4 1 6 7 2007年春季30计算机网络工程第一章 计算机网络概述 网络层 l路径选择发生在OSI的第三层 l确定一条通向目的地址的路径 l利用网络的拓扑结构信息进行路由选择 l确定路由器应该从哪个端口进行转发数据 2007年春季31计算机网络工程第一章 计算机网络概述 传输层（第4层） l 负责两个端节点之间的可靠网络通 信 l 提供机制来建立、维护和终止虚电 路，保证数据传输的可靠性，传输 错误的检测和恢复，以及信息流量 控制 应用层 表示层 会话层 传输层 网络层 数据链路层 物理层 5 2 3 4 1 6 7 2007年春季32计算机网络工程第一章 计算机网络概述 会话层（第5层） l 此层建立、管理和终止应用程序的 会话 l 管理表示层实体之间的数据交换 l会话层在应用程序之间，建立会话、管理会话并 终止会话 l两台主机相互通讯的时候，负责两台主机的同步 化，包括开始、停止和重新同步 l两台主机通讯实际上是由很多的迷你会话组成（ mini-conversations） l每一台主机扮演双重角色，既是要求服务的客户 端，又是提供服务的服务器 l判定某一台主机在某一时刻扮演的是什么角色， 称为对话控制（dialogue control） 应用层 表示层 会话层 传输层 网络层 数据链路层 物理层 5 2 3 4 1 6 7 2007年春季33计算机网络工程第一章 计算机网络概述 表示层（第6层） l 此层保证某系统应用层发出的信息 能被另一系统的应用层读懂 l 主要功能是信息转换，信息压缩， 加密，及数据格式和结构 应用层 表示层 会话层 传输层 网络层 数据链路层 物理层 5 2 3 4 1 6 7 2007年春季34计算机网络工程第一章 计算机网络概述 数据的格式化 l 文字 lEBCDIC Extended Binary Coded Decimal Interchange Code lASCIIAmerican Standard Code for Information Interchange l 图像 lTIFF lJPEG l 声音和影像 lMIDI lMPEG lQuickTime 2007年春季35计算机网络工程第一章 计算机网络概述 应用层（第7层） l 不提供服务给OSI的其他层 l 为处于OSI模型之外的应用程序（如 电子邮件、文件传输和终端仿真） 提供服务 l应用层是最接近用户的OSI层，它决定了是否存 在足够的资源进行系统之间的通讯 l应用层不向其他OSI各层提供服务，应用层为OSI 模型范围以外的应用程序提供服务 l应用层通过网络应用程序，如浏览器、电子邮件 、FTP、Telnet，提供了一个可以直接访问OSI其 他各层的界面 l也可以通过重定向，提供一个间接访问的界面 应用层 表示层 会话层 传输层 网络层 数据链路层 物理层 5 2 3 4 1 6 7 2007年春季36计算机网络工程第一章 计算机网络概述 TCP/IP 2007年春季37计算机网络工程第一章 计算机网络概述 局域网模型 2007年春季38计算机网络工程第一章 计算机网络概述 IEEE 电气和电子工程师协会 Institute of Electrical and Electronics Engineers l 计算机网络的标准是由IEEE制定的 l IEEE标准（包括IEEE 802.3和IEEE802.5）是目前应用 最广泛的LAN标准 2007年春季39计算机网络工程第一章 计算机网络概述 局域网模型（IEEE 802） 802.10 安全与加密 802.1 局域网概述、体系结构、网络互连与网络管理 802.2 逻辑链路控制 LLC 802.3 CSMA/CD 物理层 802.4 令牌 总线 物理层 802.5 令牌环 物理层 802. 6 城域网 物理层 802.9 语音数 据综合 局域网 802.11 无线 局域网 802.12 100VG- AnyLAN 802.7 宽带技术 802.8 光纤技术 数据 链路层 物理层 2007年春季40计算机网络工程第一章 计算机网络概述 IEEE 802标准 l IEEE802.1局域网概述、体系结构、网络管理和 网络互联 l IEEE802.2逻辑链路控制 LLC l IEEE802.3CSMA/CD访问方法和物理层规范 lIEEE802.3CSMA/CD 10BASE-5/10BASE-2/10BASE-F/10BASE-T lIEEE802.3u100Mbps快速以太网标准 lIEEE802.3z 光纤介质1Gbps以太网标准规范 lIEEE802.3ae 光纤介质10Gbps以太网标准规范 2007年春季41计算机网络工程第一章 计算机网络概述 IEEE 802标准 l IEEE802.4Token Passing BUS（令牌总线） l IEEE802.5Token Ring（令牌环）访问方法和物 理层规范 l IEEE802.6城域网访问方法和物理层规范 l IEEE802.7宽带技术咨询和物理层课题与建议实 施 l IEEE802.8光纤技术咨询和物理层课题 l IEEE802.9综合声音/数据服务的访问方法和物理 层规范 l IEEE802.10安全与加密访问方法和物理层规范 2007年春季42计算机网络工程第一章 计算机网络概述 IEEE 802标准 l IEEE802.11无线局域网访问方法和物理层规范 l IEEE802.12100VG-AnyLAN的按需优先 （Demand priority）介质访问控制方 法和物理层规范 2007年春季43计算机网络工程第一章 计算机网络概述 IEEE 802.11局域网协议 协议层标准内 容 MAC层 802.11MACWLAN公共MAC机制 802.11e增强802.11MAC机制，提供：QoS、服务类别 ，考虑增强DCF和PCF的效率。 802.11f 访问点间协议 (Inter-Access Point Protocol, IAPP)，规定访问点间必要的交换信息，以支持802.11分 布式系统功能，并使不同厂商的访问点兼容。 802.11i增强的安全和认证机制 物理层 802.11IR红外线传输 802.11FHSS2.4GHz ISM频段跳频扩频 802.11DSSS2.4GHz ISM频段直接序列扩频（Barker码） 802.11b高速率扩展2.4GHz ISM频段DSSS(Barker码,CCK)，PBCC(可选) 802.11a高速率扩展5GHz UNII频段OFDM 802.11g高速率扩展2.4GHz ISM频段OFDMCCK, PBCC(可选)，DSSSOFDM(可选) 802.11d 管制域更新。定义物理层需求(信道化、跳频模式等)和其它需求，以便802.11WLAN能在当前标准不支 持的新管理区域(国家)工作 802.11h 增强802.11 MAC和802.11a物理层，包括频谱和发射功率管理，提供动态信道选择和发射功率控制机 制(主要用于欧洲) 802.11/WNG无线下一代研究，研究802.11标准与ETSI-BRAN和ARIB MMAC均接受的全球一致的WLAN公共接口 其它 802.11/RRM SG研究通过无线资源管理增强802.11标准的性能 802.11/HT SG研究对802.11标准增强