计算机网络基础.ppt

1,计算机网络,2,课程介绍,计算机网络的理论基础看，由于其跨越计算机和通信两个领域，理论比较高深，初学者难以在较短时间内彻底了解其体系和方法。局域网作为计算机网络的基础，在我国的信息化建设中得到越来越广泛的应用，更好地理解和使用局域网有助于计算机网络的学习。开设计算机网络课程有助于将计算机网络的基础理论与工程实践相结合，提高其实际动手能力；能巩固其理论基础并加深对理论的理解，并在此基础上，用正确的理论指导实践活动。,3,理论与实验、项目设计相结合的教学方法, 注重实践教学。针对本课程的需要,开设多个实验，和项目设计，能全面覆盖网络管理技术课程的知识点，使学生能通过实验实践，把抽象的理论知识转变为对实际系统的感性认识，更牢固地掌握所学知识。并,本课程特点,4,学习方法,从整体上去把握知识的结构，先建立基本框架，然后自下而上逐渐细化，逐步充实。 对于那些尚未深入涉及的概念，要点是掌握它在当前框架中的位置，着重掌握它和其它概念的相互关系 要重视理论和实验的结合 善于把教材前后贯穿,5,第一章 计算机网络基础,Chapter 1,6,学习目标和重点与难点,学习目标 理解计算机网络的基本概念、分类、功能、拓扑结构 掌握数据通信的几个基本概念 掌握数据传输的类型、方式、同步技术、交换技术 掌握OSI七层模型的功能 掌握TCP/IP模型的各层功能和局域网的介质访问控制方式 重点与难点 掌握OSI七层模型的功能 掌握TCP/IP模型的各层功能和局域网的介质访问控制方式,7,面向终端的计算机通信网,1.1 计算机网络概述,1.1.1 计算机网络的形成和发展,资源集中在一台主机上，远程终端共享主机资源,8,分组交换网 网络为通信子网和资源子网 采用分组交换方式,网络体系结构的形成 国际标准化组织于1979年提出了OSI模型，对网络体系结构思想的发展起到了积极的推动作用,Internet的普及与高速网络技术的发展 Internet的出现与普及，推动了网络技术的发展 宽带综合业务数据网、高速局域网、异步传输模式等技术逐渐成熟起来，并得到应用,9,功能 资源共享 数据通讯 提高可靠性 协同处理 分散负荷,1.1.2 计算机网络的定义与功能,定义,计算机网络是由多个具有自主功能的计算机系统，通过各种通信手段相互连接，进行信息交流、资源共享和协同工作的集合。,10,计算机网络的二级结构,1.1.3 计算机网络的组成,通信子网负责数据通信,资源子网提供各种软、硬件资源,11,按网络的覆盖范围分类 局域网、城域网和广域网 按数据传播的方式分类 点到点传播的网络、广播式传播的网络 按其他方法分类 按网络的拓扑结构分类 星型网、环形网、总线型网、网状网、混合网。 按网络的数据传输速率分类 窄带网、宽带网 按运营方式分类 公用网、专用网 按传输介质分类 光纤网、卫星通信网、无线通信网等,1.1.4 计算机网络的分类,12,1.1.5 计算机网络的拓扑结构,基本术语,13,星型结构,所有结点与中央结点连接 结构简单、控制简单 结点出现故障易于隔离 中央结点的可靠性致关重要,14,环型结构,通信控制分散在各个结点，提高了可靠性 各结点共享环路 采用令牌控制，重负载时吞吐量较大,15,网状结构,端结点之间存在多条通路，需选择路径 可靠性高 通信控制复杂,16,总线结构,结构简单，可靠性好 各结点共用总线，广播式传输 扩充性好，增减结点容易 总线长度有限,17,数据和信息 数据是携带含义的实体。数据的含义就是信息，数据是信息的载体，信息是数据的解释，是数据所要表达的内容。,1.2 数据通信基础,1.2.1 基本概念,模拟信号和数字信号 模拟信号是随时间连续变化的信号；数字信号在时间上和幅度上都是不连续的,18,雪 六角形 凉 白色,信息,数据,信号,19,信息：人对雪花和马的认识 数据：文字，二进制数，十进制数 信号：电压，光，磁场强度,20,模拟数据和数字数据 以连续值的形式出现的数据是模拟数据，例温度、压力、声音 以离散值的形式出现的数据是数字数据 ，例整数、文字的数字编码 比特 一个二进制位叫一个比特（bit） 信道 用于一路信号传输的通道，称为信道，一条物理线路常可以被划分为多个信道,21,带宽 信道所能传送的信号的频率范围称为信道的带宽 ，带宽常被用来衡量通信系统传输数据的能力 数据传输速率 每秒传输的二进制数据的位数（比特数）称为数据传输速率，常被用来衡量通信系统传输数据的能力 延迟 数据从发送端到接收端所经过的时间,22,面向连接与无连接 面向连接的通信由3个过程组成 建立连接 传输数据 撤消连接 无连接的通信在传输数据之前不需要建立联系，发送方可以随时发送数据，但数据中要携带目的地的地址，网络按照目的地地址把数据传送到目的地。,23,1.2.2 数据传输的类型,基带传输 基带传输是在数字信道上直接传送基带信号 传输类型: 数字信号传输数字数据 模拟信号传输数字数据 数据编码方法 不归零码 差分不归零码 曼彻斯特编码 差分曼彻斯特编码,24,数字数据的编码,25,频带传输 通常是指在电话网上传输数据 调制与解调 调制是用交流信号承载信息的过程，即用要发送的信息调制载波 解调是从载波中还原发送的信息的过程,3种基本调制形式 幅移键控（ASK）即调幅 频移键控（FSK）即调频 相移键控（PSK）即调相,26,3种调制技术的波形,27,模拟信号传输数字数据,脉冲编码调制（PCM，Pulse Code Modulation）是波形编码中最重要的一种方式，在光纤通信、数字微波通信、卫星通信等均获得了极为广泛的应用，现在的数字传输系统大多采用PCM体制。PCM最初并不是用来传送计算机数据的，采用它是为了解决电话局之间中继线不够，使一条中继线不只传送一路而是可以传送几十路电话。PCM过程主要由采样、量化与编码三个步骤组成。,28,模拟话音,采样时钟,PAM 信号,PCM 信号,采样电路,量化和编码,数字化声音,-话音信道带宽 2倍话音最大频率) -量化级数：256级 (8位二进制码表示) -数据率：8000次/s*8bit = 64Kb/s 每路PCM信号的速率 = 64000bps,编码后的信号称为PCM（Pulse Coded Modulation）信号（脉码调制信号）,29,PCM转换过程举例,3.2,3.9,2.8,3.4,1.2,4.2,3,4,3,3,1,4,011,100,011,011,001,100,原始信号,PAM脉冲,PCM 脉冲 （有量化误差）,011100011011001100,PCM 输出,30,1.2.3 信息的传输方式,通信方式 单工通信,31,半双工通信,全双工通信,32,串行传输 把每个二进制位按顺序排列成串，形成比特流，逐位在信道上传送,传输方式,33,并行传输 多个比特以成组的方式在多个并行的信道上同时传输,34,1.2.4数据同步技术 同步是指通信的收发双方发送和接收数据在时间 基准上必须保持一致。 同步方法分为异步方式和同步方式。,同步传输方式,35,异步传输方式,36,传统的数据交换方式有电路交换和存储交换。,1.25 数据交换技术,电路交换 电路交换要经过3个阶段 建立通路 传输数据 撤消通路,数据交换,37,主机B,主机C,主机D,结点A,结点B,结点E,结点F,结点G,结点C,结点D,通信子网,主机A,38,39,缺点 线路的利用率比较低 不适合少量的突发性数据的传输 要求收发双方不“忙”，有相同的数据传输速率 不能完成编码格式、通信规程等方面的转换 中间结点不具备差错控制能力 当网络通信量很大时，会使线路的连接失败,优点 传输的实时性好，适合实时性要求高的交互式信息的传输。,40,存储转发交换 分为报文交换和报文分组交换 特点 信道的利用率高 可以对数据单元进行差错检查和纠正 每个结点可以动态选择路径，不存在呼叫失败 可以平衡网络的流量分布，提高网络的整体性能 没有呼叫请求的等待时间，对于数据量小和突发性数据的传输有比较高的效率 结点可以进行数据编码、传输速率的转换等工作 每个结点要有一定的处理和存储能力 实时性比电路交换差,41,报文交换,主要缺点 由于报文一般都比较长，延迟比较大，对结点存储能力的要求也比较高 产生差错后要重传整个报文，降低了传输的效率，增加了延迟,42,报文分组交换(简称分组交换) 特点 减少了延迟 出现误码后，只重发有误码的分组 在接收下一个分组的同时，就可以转发上 一个分组，提高了吞吐量 由于分组比较短，可以存储在内存中，减 少了存储时间 技术实现比较复杂,43,数据报方式,44,虚电路方式,45,网络中的问题,设备如何连接进入网络？ 在线路上怎么传输数据？ 什么时间传输数据？ 多少数据？ 传递给谁？ 线路与设备什么交接数据？ 怎么识别其他设备的数据？ 怎样保证正确接收数据？,需要规则和约定或说明,体系结构,46,协议组成要素 语法 用户数据与控制信息的数据结构形式或格式。 语义 需要发出何种控制信息、完成何种动作以及 做出何种应答。 时序 事件发生的时序关系。,1.3 网络体系结构,1.3.1 网络协议与体系结构的概念,在通信过程中必须遵守事先规定好的规则，即网络协议。,47,1.3.2 协议的层次化,优点 简化了协议，便于实现、调试和维护 各层相互独立，某一层只需知道下一层通过接口所提供的服务，而不需了解其实现的细节 功能的追加和变更，限定在相关的层中，使得功能扩充比较灵活性 结构上可分割开，各层都可以选则最适合的实现技术,48,1.3.3 OSI参考模型,国际标准化组织于1979年公布了开放系统互连参考模型OSI OSI模型分为7层，在同一个结点上，下层为上层提供服务，在两个结点之间，对等层之间通过该层协议进行通信,49,1.3.4 OSI参考模型中的数据传输,服务数据单元（SDU） 用户数据（上层传来的数据单元）。 协议数据单元（PDU） 对等实体之间传送的数据。由SDU和本层的控制信息组成。,50,51,TCP/IP模型是异种网络互连的唯一协议体系，适用于不同机型（从PC到巨型机）、不同类型的网络（从局域网到广域网）。,Network Access,TCP/IP参考模型,52,OSI与TCP/IP的比较,53,不同之处,OSI模型包括了七层，TCP/IP模型只有四层。 TCP/IP将OSI中的上三层合并成了一个应用层，将OSI中的下二层合并成了一个网络存取层 TCP/IP由于层次更少显得比OSI更简洁 TCP/IP作为从INTERNET上发展起来的协议，已成了网络互连的事实标准。 目前还没有按OSI实现的网络产品，OSI模型仅作为理论的参考模型被广泛使用。,54,TCP/IP的应用层协议,物 理 层,网络接口层,传 输 层,网 络 层,应 用 层,55,TCP/IP的传输层协议,网络接口层,传 输 层,网 络 层,应 用 层,56,TCP/IP网络层协议,网络接口层,传 输 层,网 络 层,应 用 层,57,TCP/IP协议栈,58,1.4 局域网的定义和组成,局域网LAN(Local Area Network),是一种在有限的地理范围内将大量PC机及各种设备互连一起实现数据传输和资源共享的计算机网络。,59,1.4.2 局域网的分类,按拓扑结构分，局域网可分成总线型、树型、环型和星型。按使用介质分，可分为有线网和无线网两类。 有线网中包括双绞线、同轴电缆和光纤网，而无线网指用红外、微波作为传输介质的局域网。在有线局域网中，又可分成基带网和宽带网，基带网一般采用同轴电缆（50）或双绞线作为传输介质。,60,1.42 局域网介质访问控制方式,载波侦听多路访问/冲突检测法 令牌环访问控制方式 令牌总线访问控制方式,返回本章首页,61,载波侦听多路访问/冲突检测法,载波侦听多路访问（CSMA，Carrier Sense Multiple Access）是一种适合于总线结构的具有信道检测功能的分布式介质访问控制方法，其控制手段称之为“载波侦听”。 实际上，当一个站开始发送信息时，检测到本次发送有无冲突的时间很短，它不超过该站点与距离该站点最远站点信息传输时延的2倍。假设A站点与距离A站最远B站点的传输时延为T（图4-1所示），那么2T就作为一个时间单位。,62,CSMA/CD又被称之为“先听后讲，边听边讲”，其具体工作过程概括如下： （1）先侦听信道，如果信道空闲则发送信息。 （2）如果信道忙，则继续侦听，直到信道空闲时立即发送。 （3）发送信息后进行冲突检测，如发生冲突，立即停止发送，并向总线上发出一串阻塞信号（连续几个字节全1），通知总线上各站点冲突已发生，使各站点重新开始侦听与竞争。 （4）已发出信息的各站点收到阻塞信号后，等待一段随机时间，重新进入侦听发送阶段。 CSMA/CD发送过程可描述如图4-2所示。,63,令牌环访问控制方式,令牌环是一种适用于环形网络的分布式介质访问控制方式，已由IEEE802委员会建议成为局域网控制协议标准之一，即IEEE802.5标准。 在令牌环网中，令牌也叫通行证，它具有特殊的格式和标记。令牌有“忙（Busy）”和“空闲（Free）”两种状态。 具有广播特性的令牌环访问控制方式，还能使多个站点接收同一个信息帧，同时具有对发送站点自动应答的功能。其访问控制过程如图4-3所示。,64,图4-3 传送过程,返回本节,65,令牌总线访问控制方式,令牌总线访问控制方式