大学计算机网络与INTRNET应用-王树森-大学教学资料课件PPT
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大学计算机网络与INTRNET应用-王树森-大学教学资料课件PPT,大学,计算机网络,intrnet,应用,利用,运用,王树森,教学,资料,课件,ppt
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计算机网络与Internet应用,王树森 主 编,中国水利水电出版社,第1章 计算机网络概论,主要内容,1.1 引言 1.2 计算机网络的定义及分类 1.3 计算机网络的发展史 1.4 网络体系结构和网络协议,1.1 引言,20世纪信息技术的发展主要表现在以下几个方面： 计算机技术的高度发展与计算机的广泛应用。 通信技术的高度发展，全球范围内的电话通信系统、光纤与无线电通信系统、卫星移动通信系统的建立和广泛应用。 计算机技术与通信技术相互渗透、密切结合推动了计算机网络的迅速发展。,1.2 计算机网络的定义及分类,计算机网络及其功能 计算机网络的定义 计算机网络是一个将物理位置上分散的、能独立工作的多台计算机通过通信线路和通信设备互连起来，在网络通信协议支撑下，以实现数据通信和资源共享为目的系统。,1.2 计算机网络的定义及分类,计算机网络的功能 （1）实现网上资源的共享。 （2）实现数据信息的快速传递。 （3）提高可靠性。 （4）提供负载均衡与分布式处理能力。 （5）集中管理。 （6）综合信息服务。,1.2 计算机网络的定义及分类,计算机网络的分类 按网络覆盖的地理范围分类 （1）微微网（Piconet） （2）个人局域网（Personal Area Network，PAN） （3）局域网（Local Area Network，LAN） （4）城域网（Metropolitan Area Network，MAN） （5）广域网（Wide Area Network，WAN) 按网络的拓扑结构分类 （1）点-点线路通信子网 （2）广播信道通信子网,1.2 计算机网络的定义及分类,点-点线路通信子网 星型网络 环型网络,1.2 计算机网络的定义及分类,树型网络 网状型网络,1.2 计算机网络的定义及分类,广播信道通信子网 总线型网络 环型总线网络 无约束型网络,1.2 计算机网络的定义及分类,按使用的传输介质分类 双绞线网络、同轴电缆网络、光纤网络、无线网络和卫星数据通信网等。 按网络的所有权分类 公用网（也称公众网） 专用网（也称私用网） 按照网络中计算机所处的地位分类 对等网络。 基于服务器的网络,1.3 计算机网络的发展史,计算机网络的产生 计算机-终端系统是计算机与通信结合的前驱，计算机-终端系统虽还称不上计算机网络，而这种系统本身也成为以后发展起来的计算机网络的组成部分。 分组交换网的出现 70年代，以美国国防部高级研究计划署的ARPANET为代表，采用崭新的“存储转发-分组交换”原理，它标志着计算机网络的兴起。,1.3 计算机网络的发展史,网络体系结构的形成 1974年，IBM从概念结构上制定了SNA，使网络的发展进入到了网络体系标准化的阶段。其他许多计算机的大型制造厂家相继发表了各自的网络体系结构的标准，以支持本公司计算机产品的联网。为使不同厂家的计算机能够互相联网通信，这就需要制定一个国际范围的标准。,1.3 计算机网络的发展史,网络协议的标准化 80年代中期，以ISO/OSI七层模型。 20世纪80年代初期，Internet成为了一个专有名词，译作“因特网”。以TCP、IP两个协议为主的一整套通信协议被称作TCP/IP协议集，有时也称作TCP/IP协议。,1.3 计算机网络的发展史,因特网及网络发展前景 Internet的产生 1980年前后，ARPANET所有的主机都转向了TCP/IP协议。1983年，ARPANET被分成军用与民用两部分，其中民用部分由美国国家科学基金会管理。,1.3 计算机网络的发展史,Internet的发展 1991年，时任美国国会参议员的戈尔率先提出建立“信息高速公路”的设想。 从1994年开始，Internet开始由以科研教育服务为主向商业性计算机网络转变。 1994年11月，美国网景公司推出了其划时代的产品Internet浏览器Netscape Navigator 1.0。 网络互联和高速计算机网络正成为新一代计算机网络的发展方向。,1.4 网络体系结构和网络协议,网络协议及分层思想 网络协议 语法 语义 定时 计算机网络中的分层思想 当需要有一个不同等级的抽象时就应当有一个相应的层次。 每一层的功能应当非常明确。 层与层的边界应选择得使通过这些边界的信息量尽量少，否则不方便。 层数太少会使每一层的协议太复杂。,1.4 网络体系结构和网络协议,网络体系结构 服务和接口 所谓服务就是网络中的各层向其相邻上层提供一组操作，是相邻两层之间的界面。 实体是系统中具有一定功能、能发送或接收信息的、活跃的元素。 同一层内的实体称为对等实体。 相邻层间的服务是通过其接口面上的服务访问点（SAP）进行的 。,1.4 网络体系结构和网络协议,数据单元 （N）协议控制信息 用户数据 协议和服务的关系 协议的实现保证了能够向上一层提供服务。 协议是“水平的”，服务是“垂直的” 。,1.4 网络体系结构和网络协议,面向连接的服务和无连接的服务 面向连接的服务 无连接的服务 服务原语 服务原语：第N层向（N+1）层提供服务或第（N+1）层请求N层提供服务，都是用一组原语（Primitive）描述的。 服务原语可划分为以下4类： 请求 指示 响应 确认,1.4 网络体系结构和网络协议,ISO-OSI/RM参考模型,1.4 网络体系结构和网络协议,TCP/IP参考模型网络访问层,计算机网络与Internet应用王树森 主 编中国水利水电出版社第1章 计算机网络概论主要内容1.1 引言1.2 计算机网络的定义及分类1.3 计算机网络的发展史1.4 网络体系结构和网络协议 1.1 引言20世纪信息技术的发展主要表现在以下几个方面：计算机技术的高度发展与计算机的广泛应用。通信技术的高度发展，全球范围内的电话通信系统、光纤与无线电通信系统、卫星移动通信系统的建立和广泛应用。计算机技术与通信技术相互渗透、密切结合推动了计算机网络的迅速发展。1.2 计算机网络的定义及分类计算机网络及其功能计算机网络的定义 计算机网络是一个将物理位置上分散的、能独立工作的多台计算机通过通信线路和通信设备互连起来，在网络通信协议支撑下，以实现数据通信和资源共享为目的系统。 1.2 计算机网络的定义及分类计算机网络的功能（1）实现网上资源的共享。（2）实现数据信息的快速传递。（3）提高可靠性。（4）提供负载均衡与分布式处理能力。（5）集中管理。（6）综合信息服务。 1.2 计算机网络的定义及分类计算机网络的分类 按网络覆盖的地理范围分类（1）微微网（Piconet）（2）个人局域网（Personal Area Network，PAN）（3）局域网（Local Area Network，LAN）（4）城域网（Metropolitan Area Network，MAN）（5）广域网（Wide Area Network，WAN)按网络的拓扑结构分类（1）点-点线路通信子网（2）广播信道通信子网 1.2 计算机网络的定义及分类点-点线路通信子网星型网络 环型网络 1.2 计算机网络的定义及分类树型网络网状型网络 1.2 计算机网络的定义及分类广播信道通信子网总线型网络 环型总线网络 无约束型网络 1.2 计算机网络的定义及分类 按使用的传输介质分类双绞线网络、同轴电缆网络、光纤网络、无线网络和卫星数据通信网等。 按网络的所有权分类公用网（也称公众网）专用网（也称私用网）按照网络中计算机所处的地位分类对等网络。基于服务器的网络 1.3 计算机网络的发展史计算机网络的产生计算机-终端系统是计算机与通信结合的前驱，计算机-终端系统虽还称不上计算机网络，而这种系统本身也成为以后发展起来的计算机网络的组成部分。分组交换网的出现70年代，以美国国防部高级研究计划署的ARPANET为代表，采用崭新的“存储转发-分组交换”原理，它标志着计算机网络的兴起。1.3 计算机网络的发展史网络体系结构的形成1974年，IBM从概念结构上制定了SNA，使网络的发展进入到了网络体系标准化的阶段。其他许多计算机的大型制造厂家相继发表了各自的网络体系结构的标准，以支持本公司计算机产品的联网。为使不同厂家的计算机能够互相联网通信，这就需要制定一个国际范围的标准。1.3 计算机网络的发展史网络协议的标准化80年代中期，以ISO/OSI七层模型。20世纪80年代初期，Internet成为了一个专有名词，译作“因特网”。以TCP、IP两个协议为主的一整套通信协议被称作TCP/IP协议集，有时也称作TCP/IP协议。1.3 计算机网络的发展史因特网及网络发展前景Internet的产生 1980年前后，ARPANET所有的主机都转向了TCP/IP协议。1983年，ARPANET被分成军用与民用两部分，其中民用部分由美国国家科学基金会管理。1.3 计算机网络的发展史Internet的发展1991年，时任美国国会参议员的戈尔率先提出建立“信息高速公路”的设想。从1994年开始，Internet开始由以科研教育服务为主向商业性计算机网络转变。1994年11月，美国网景公司推出了其划时代的产品Internet浏览器Netscape Navigator 1.0。网络互联和高速计算机网络正成为新一代计算机网络的发展方向。1.4 网络体系结构和网络协议网络协议及分层思想网络协议语法语义定时计算机网络中的分层思想当需要有一个不同等级的抽象时就应当有一个相应的层次。每一层的功能应当非常明确。层与层的边界应选择得使通过这些边界的信息量尽量少，否则不方便。层数太少会使每一层的协议太复杂。1.4 网络体系结构和网络协议网络体系结构服务和接口所谓服务就是网络中的各层向其相邻上层提供一组操作，是相邻两层之间的界面。实体是系统中具有一定功能、能发送或接收信息的、活跃的元素。同一层内的实体称为对等实体。相邻层间的服务是通过其接口面上的服务访问点（SAP）进行的 。 1.4 网络体系结构和网络协议数据单元（N）协议控制信息用户数据协议和服务的关系协议的实现保证了能够向上一层提供服务。协议是“水平的”，服务是“垂直的” 。1.4 网络体系结构和网络协议面向连接的服务和无连接的服务面向连接的服务无连接的服务服务原语服务原语：第N层向（N+1）层提供服务或第（N+1）层请求N层提供服务，都是用一组原语（Primitive）描述的。服务原语可划分为以下4类：请求指示响应确认1.4 网络体系结构和网络协议ISO-OSI/RM参考模型1.4 网络体系结构和网络协议TCP/IP参考模型网络访问层计算机网络与Internet应用 王树森,第2章 物理层,计算机网络与Internet应用 王树森,主要内容,2.1 物理层接口 2.2 传输介质 2.3 物理层通信技术 2.4 物理层通信设备 2.5 信道复用技术,计算机网络与Internet应用 王树森,2.1 物理层接口,物理层基本概念 物理层是OSI网络参考模型的最低层 物理层接口模型 将具有一定数据处理能力和具有发送、接收数据能力的设备叫做数据终端设备（DTE） 把介于DTE与传输介质之间的设备称为数据电路端接设备（ DCE） 物理层接口特性 机械特性 电气特性 功能特性 规程特性,计算机网络与Internet应用 王树森,2.1 物理层接口,接口标准,物理接口标准有EIA RS-232C、EIA RS-449及RS-422与RS-423接口标准。,1EIA RS-232C接口标准,2EIA RS-449及RS-422与RS-423接口标准,计算机网络与Internet应用 王树森,2.2 传输介质,双绞线,双绞线分为非屏蔽双绞线UTP（Unshilded Twisted Pair）和 屏蔽双绞线STP（Shielded Twisted Pair）两种.,（a）屏蔽双绞线 （b）非屏蔽双绞线,计算机网络与Internet应用 王树森,2.2 传输介质,同轴电缆 基带同轴电缆 宽带同轴电缆,绝缘体,外皮,网状铜线,铜或铝 质导体,图为同轴电缆,计算机网络与Internet应用 王树森,2.2 传输介质,光纤,玻璃包层,光纤（内核）,保护外套（壳）,图为光纤,计算机网络与Internet应用 王树森,2.2 传输介质,无线传输 微波通信 卫星通信,计算机网络与Internet应用 王树森,2.3 物理层通信技术,信道与信号 信号 信息、数据和信号 模拟信号 数字信号 模拟信号的数字化 基带信号和宽带信号,计算机网络与Internet应用 王树森,2.3 物理层通信技术,信道 单向通信 双向交替通信 双向同时通信,计算机网络与Internet应用 王树森,2.3 物理层通信技术,模拟通信与数字通信 模拟通信 数字通信 调制与编码技术 数字数据用模拟信号表示 数字数据的表示采用数字信号的编码方法,曼彻斯特编码,差分曼彻斯特编码,计算机网络与Internet应用 王树森,2.3 物理层通信技术,模拟数据的表示采用数字信号传输时的编码方法,模拟信号数字化的三个步骤如下：,（a）采样,（b）量化,（c）编码,脉码调制（PCM）原理,计算机网络与Internet应用 王树森,2.4 物理层通信设备,中继器 工作于OSI的物理层，是局域网上所有节点的中心，它的作用是放大信号、补偿信号衰减、支持远距离的通信。,中继器R连接两个以太网,计算机网络与Internet应用 王树森,2.4 物理层通信设备,集线器,集线器,集线器（Hub）是一种特殊的中继器，可作为多个网段的互连设备,计算机网络与Internet应用 王树森,2.5 信道复用技术,频分复用技术（FDM）,图为调幅,计算机网络与Internet应用 王树森,2.5 信道复用技术,时分复用技术（TDM）,时分多路复用示意图,计算机网络与Internet应用 王树森,2.5 信道复用技术,波分复用技术（WDM）,光纤1 的波谱,光纤1,功 率,波长,共享光纤 的波谱,光纤3,功 率,波长,光纤3 的波谱,功 率,波长,光纤4,光纤4 的波谱,功 率,波长,光栅,光纤2,光纤2 的波谱,功 率,波长,光栅,共享光纤,波分复用的物理原理,第2章 物理层 主要内容2.1 物理层接口2.2 传输介质2.3 物理层通信技术2.4 物理层通信设备2.5 信道复用技术2.1 物理层接口物理层基本概念物理层是OSI网络参考模型的最低层 物理层接口模型将具有一定数据处理能力和具有发送、接收数据能力的设备叫做数据终端设备（DTE）把介于DTE与传输介质之间的设备称为数据电路端接设备（ DCE） 物理层接口特性机械特性电气特性功能特性规程特性2.1 物理层接口接口标准物理接口标准有EIA RS-232C、EIA RS-449及RS-422与RS-423接口标准。1EIA RS-232C接口标准2EIA RS-449及RS-422与RS-423接口标准2.2 传输介质双绞线双绞线分为非屏蔽双绞线UTP（Unshilded Twisted Pair）和屏蔽双绞线STP（Shielded Twisted Pair）两种.（a）屏蔽双绞线 （b）非屏蔽双绞线2.2 传输介质同轴电缆基带同轴电缆宽带同轴电缆绝缘体外皮网状铜线铜或铝质导体图为同轴电缆2.2 传输介质光纤玻璃包层光纤（内核）保护外套（壳）图为光纤2.2 传输介质无线传输微波通信卫星通信2.3 物理层通信技术信道与信号信号信息、数据和信号模拟信号数字信号模拟信号的数字化基带信号和宽带信号 2.3 物理层通信技术信道单向通信双向交替通信双向同时通信 2.3 物理层通信技术模拟通信与数字通信模拟通信数字通信调制与编码技术数字数据用模拟信号表示数字数据的表示采用数字信号的编码方法曼彻斯特编码差分曼彻斯特编码2.3 物理层通信技术模拟数据的表示采用数字信号传输时的编码方法模拟信号数字化的三个步骤如下：（a）采样（b）量化（c）编码脉码调制（PCM）原理2.4 物理层通信设备中继器 工作于OSI的物理层，是局域网上所有节点的中心，它的作用是放大信号、补偿信号衰减、支持远距离的通信。 中继器R连接两个以太网2.4 物理层通信设备集线器集线器集线器（Hub）是一种特殊的中继器，可作为多个网段的互连设备 2.5 信道复用技术频分复用技术（FDM）图为调幅2.5 信道复用技术时分复用技术（TDM）时分多路复用示意图2.5 信道复用技术波分复用技术（WDM）光纤1的波谱光纤1功率波长共享光纤的波谱光纤3功率波长光纤3的波谱功率波长光纤4光纤4的波谱功率波长光栅光纤2光纤2的波谱功率波长光栅共享光纤波分复用的物理原理第3章 数据链路层,计算机网络与Internet应用 王树森,主要内容,3.1 数据链路层的基本概念 3.2 简单停等协议,3.3 连续ARQ协议,3.4 面向比特的链路控制规程HDLC,3.5 实用数据链路协议,计算机网络与Internet应用 王树森,3.1 数据链路层的基本概念,数据链路层采用差错控制、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。,计算机网络与Internet应用 王树森,3.1 数据链路层的基本概念,数据链路层需要具备以下基本功能： （1）链路管理。 （2）帧的装配与分解。 （3）帧同步。 （4）流量控制与顺序控制。 （5）差错控制。 （6）将数据和控制信息区分开。 （7）透明传输。 （8）寻址。,计算机网络与Internet应用 王树森,3.1 数据链路层的基本概念,为网络层提供的服务 无连接服务 面向连接的服务 成帧 字符计数法 带字符填充的首尾界符法 带位填充的首尾标志法 和物理层编码违例法,计算机网络与Internet应用 王树森,3.1 数据链路层的基本概念,差错检测和纠正 处理差错有两种基本策略： 纠错码 使用检错码,计算机网络与Internet应用 王树森,3.2 简单停等协议,理想化的数据传输,计算机网络与Internet应用 王树森,3.2 简单停等协议,具有最简单流量控制的数据链路层协议,计算机网络与Internet应用 王树森,3.2 简单停等协议,实用的停止等待协议 实用的停等协议既需要差错控制又需要流量控制。,计算机网络与Internet应用 王树森,3.3 连续ARQ协议,连续ARQ协议 基本工作原理如下： （1）允许发送方不等确认帧返回就连续发送多个数据帧。 （2）接收方只按序号接收数据帧，不按序号到来的帧将被丢弃。 （3）确认帧中包含着正确收到的帧的序号和期望下次收到的帧的序号。 （4）在发送方发送完一帧后都要设置该帧的超时计时器。,计算机网络与Internet应用 王树森,3.3 连续ARQ协议,连续ARQ协议说明 （1）接收方只按序号接收数据帧。 （2）节点A在每发送完一个数据帧时都要设置超时计时器。 选择重传ARQ协议 使用连续ARQ协议时，如果错误率很高的话，将会浪费大量带宽。为进一步提高信道的利用率，可设法只重传出现差错的数据帧或者是计时器超时的数据帧，这就是选择重传（Selective Repeat）ARQ协议。,计算机网络与Internet应用 王树森,3.3 连续ARQ协议,滑动窗口技术 1滑动窗口的基本思想 2发送窗口的工作原理 发送窗口（Sending Window）用来对发送方进行流量控制，发送窗口的大小WT代表在还没有收到对方确认信息的情况下，发送方最多可以发送数据帧的个数。 3接收窗口的工作原理 在接收方设置接收窗口（Receiving Window）是为了控制可以接收哪些数据帧而不可以接收哪些帧。,计算机网络与Internet应用 王树森,3.4 面向比特的链路控制规程HDLC,HDLC的配置和数据传输方式 1三种类型的站 （1）主站 （2）次站 （3）复合站 2两种链路配置,计算机网络与Internet应用 王树森,3.4 面向比特的链路控制规程HDLC,（1）非平衡配置 （2）平衡配置 3三种数据传输方式 （1）非平衡配置正常响应方式 （2）非平衡配置异步响应方式 （3）平衡配置异步平衡方式,计算机网络与Internet应用 王树森,3.4 面向比特的链路控制规程HDLC,HDLC 的帧结构 HDLC帧的分类 ： （1）信息帧。 （2）监督帧。 （3）无编号帧。,计算机网络与Internet应用 王树森,3.5 实用数据链路协议,Internet中的数据链路协议PPP .点到点通信主要用在以下两种情况下： （1）数以千计的机构有一个或多个局域网，连接一个路由器（或网桥）；每个局域网都由若干台主机（个人计算机、用户工作站、服务器等）组成。 （2）数百万的单台计算机通过调制解调器和拨号电话线直接与因特网相连。,计算机网络与Internet应用 王树森,3.5 实用数据链路协议,2PPP：点对点协议,计算机网络与Internet应用 王树森,3.5 实用数据链路协议,ATM中的数据链路层 1ATM技术 异步传输模式 （Asychronous Transfer Mode，ATM）技术是异步时分复用技术和分组交换技术相结合产生的技术。,计算机网络与Internet应用 王树森,3.5 实用数据链路协议,ATM参考模型 ATM参考模型由三层组成，即物理层、ATM层和ATM适配层。 ATM中的数据链路层 （1）信元的传输。 （2）信元接收。,第3章 数据链路层主要内容3.1 数据链路层的基本概念3.2 简单停等协议 3.3 连续ARQ协议 3.4 面向比特的链路控制规程HDLC 3.5 实用数据链路协议3.1 数据链路层的基本概念数据链路层采用差错控制、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。3.1 数据链路层的基本概念数据链路层需要具备以下基本功能： （1）链路管理。 （2）帧的装配与分解。 （3）帧同步。 （4）流量控制与顺序控制。 （5）差错控制。 （6）将数据和控制信息区分开。 （7）透明传输。 （8）寻址。 3.1 数据链路层的基本概念为网络层提供的服务 无连接服务 面向连接的服务成帧 字符计数法带字符填充的首尾界符法带位填充的首尾标志法和物理层编码违例法 3.1 数据链路层的基本概念差错检测和纠正处理差错有两种基本策略：纠错码使用检错码3.2 简单停等协议 理想化的数据传输3.2 简单停等协议 具有最简单流量控制的数据链路层协议3.2 简单停等协议 实用的停止等待协议实用的停等协议既需要差错控制又需要流量控制。 3.3 连续ARQ协议 连续ARQ协议基本工作原理如下：（1）允许发送方不等确认帧返回就连续发送多个数据帧。（2）接收方只按序号接收数据帧，不按序号到来的帧将被丢弃。（3）确认帧中包含着正确收到的帧的序号和期望下次收到的帧的序号。（4）在发送方发送完一帧后都要设置该帧的超时计时器。3.3 连续ARQ协议 连续ARQ协议说明（1）接收方只按序号接收数据帧。（2）节点A在每发送完一个数据帧时都要设置超时计时器。选择重传ARQ协议使用连续ARQ协议时，如果错误率很高的话，将会浪费大量带宽。为进一步提高信道的利用率，可设法只重传出现差错的数据帧或者是计时器超时的数据帧，这就是选择重传（Selective Repeat）ARQ协议。 3.3 连续ARQ协议 滑动窗口技术 1滑动窗口的基本思想2发送窗口的工作原理 发送窗口（Sending Window）用来对发送方进行流量控制，发送窗口的大小WT代表在还没有收到对方确认信息的情况下，发送方最多可以发送数据帧的个数。 3接收窗口的工作原理 在接收方设置接收窗口（Receiving Window）是为了控制可以接收哪些数据帧而不可以接收哪些帧。 3.4 面向比特的链路控制规程HDLCHDLC的配置和数据传输方式 1三种类型的站（1）主站（2）次站（3）复合站 2两种链路配置3.4 面向比特的链路控制规程HDLC（1）非平衡配置（2）平衡配置 3三种数据传输方式（1）非平衡配置正常响应方式（2）非平衡配置异步响应方式（3）平衡配置异步平衡方式 3.4 面向比特的链路控制规程HDLCHDLC 的帧结构HDLC帧的分类 ：（1）信息帧。（2）监督帧。 （3）无编号帧。 3.5 实用数据链路协议Internet中的数据链路协议PPP.点到点通信主要用在以下两种情况下： （1）数以千计的机构有一个或多个局域网，连接一个路由器（或网桥）；每个局域网都由若干台主机（个人计算机、用户工作站、服务器等）组成。（2）数百万的单台计算机通过调制解调器和拨号电话线直接与因特网相连。 3.5 实用数据链路协议2PPP：点对点协议3.5 实用数据链路协议ATM中的数据链路层1ATM技术 异步传输模式 （Asychronous Transfer Mode，ATM）技术是异步时分复用技术和分组交换技术相结合产生的技术。 3.5 实用数据链路协议ATM参考模型 ATM参考模型由三层组成，即物理层、ATM层和ATM适配层。ATM中的数据链路层（1）信元的传输。（2）信元接收。第4章 局域网技术,主要内容,4.1 局域网概述 4.2 局域网体系结构 4.3 传统局域网技术 4.4 局域网的互联设备 4.5 现代局域网技术,4.1 局域网概述,局域网 局域网（LAN）:在较小区域内互联各种通信设备的一种通信网络。 局域网的特点 地域范围比较小 遵循ISO的OSI开放七层协议参考模型 可以使用高速传输媒质 局域网与传输媒质的接口相对简单 建网周期短、易扩充、易管理，建网费用比较低廉,4.1 局域网概述 局域网提供的服务 资源共享 数据传送和电子邮件 提高计算机系统的可靠性 易于分布处理,4.1 局域网概述,局域网的分类 按拓扑结构分类 按传输介质分类 按介质访问控制方法分类 按网络使用的技术分类,4.1 局域网概述,1号节点,2号节点,n-1号节点,n号节点,信道,信道接口,ALOHA方法 纯ALOHA,时隙ALOHA,1,1,5,3,2,4,发送成功,发生冲突,发生冲突,发生冲突,发生冲突,发送成功,发送成功,时间,站n,站n-1,站2,站1,1,5,发送成功,发送成功,发送成功,发生冲突,发送成功,发送成功,站n,站n-1,站2,站1,t,4.1 局域网概述,4.1 局域网概述,2 CSMA和CSMA/CD技术 非坚持CSMA 1-坚持CSMA算法 P-坚持CSMA,4.2 局域网体系结构 IEEE 802参考模型 局域网参考模型,局域网的物理层 接口的电气特性 接口连接器和传输媒体的机械特性 接口电路及其功能 信令的方式和速率,4.2 局域网体系结构,4.2 局域网体系结构 IEEE 802标准系列,4.2 局域网体系结构 LLC子层,4.2 局域网体系结构 LLC帧格式,4.2 局域网体系结构 MAC子层 媒体访问控制协议 局域网是使用广播信道的网络，局域网上的节点从原理上讲都通过共享物理媒体相互联接. 物理地址 局域网物理地址48位地址,前24位称为地址块或厂商代码，后24位地址由厂家分配,4.3 传统局域网技术 IEEE 802.3局域网 IEEE 802.3规定了物理媒体命名方法： IEEE 802.3 X TYPE-Y NAME 其中X表示数据传输速率 TYPE表示信号的传输方 Base指基带传输 Broad指宽带传输 Y表示网段长度或传输媒体的特征 5指粗同轴电缆 2指细同轴电缆 T指双绞线 F指光纤 NAME是局域网名称 例如IEEE802.3 10BASE-T Ethernet表示10Mbps传输速率、使用基带传输、支持5类双绞线的以太网。 。,4.3 传统局域网技术 IEEE 802.3 MAC帧格式 MAC子层功能 对数据进行封装和解封 介质访问管理 编码和译码,字节,4.3 传统局域网技术 IEEE 802.4 令牌总线的MAC帧格式,4.3 传统局域网技术 IEEE 802.5令牌环局域网,4.3 传统局域网技术 802.5标准的物理层 802.5标准要求用屏蔽双绞线，速率为1Mbps或4Mbps，后来IBM也推出了16Mbps的速率。 信号采用差分曼彻斯特编码。 线路中心设有旁路中继器，它由各节点供电。,4.3 传统局域网技术,令牌环的帧结构,4.3 传统局域网技术,三种局域网的比较,4.4 局域网的互联设备 网桥基本特征 网桥能够连接两个采用不同数据链路层协议、不同传输介质、不同传输速率与不同拓扑结构的网络。 网桥以接收、存储、地址过滤与转发的方式实现互联网络之间的通信。 网桥需要互联的网络在数据链路层以上采用相同的协议。 网桥可以分隔两个网络之间的广播通信量，有利于改善互联网络的性能与安全性。 网桥（Bridge）提供了一种最简单的将局域网网段连接成可维护、高可靠性的扩展网络的方法。网桥是在数据链路层上连接同构网的设备，它工作在OSI模型中数据链路层的MAC子层。,4.4 局域网的互联设备 网桥的基本工作原理 网桥的端口工作在混杂方式（Promiscuous Mode）下，网桥可以从端口接收网段上传输的各种数据帧。每当网桥端口收到一个数据帧时，先将数据帧存放在网桥的缓冲区中。若此帧出错，则丢弃；若帧正确，通过查网桥表，根据帧的目的地址决定是转发还是丢弃,4.4 局域网的互联设备,网桥内部结构,4.4 局域网的互联设备,同网段内通信 站点A发送数据帧给站点B 不同网段的相同协议局域网通信 站点A发送数据帧给站点C 不同协议的局域网间通信 站点E发送数据帧到站点F,4.4 局域网的互联设备 网桥功能和作用 （1）过滤帧。 （2）扩大覆盖范围。 （3）使用多种物理媒体。 （4）增强信息传送的安全性。 网桥的基本分类 透明网桥 源路由网桥 源路由透明网桥 远程网桥,4.4 局域网的互联设备 5网桥的应用环境 （1）一个单位有很多个部门，每个部门都需要将各自的服务器、工作站与微型机互联成网。 （2）一个单位有多幢办公楼，每幢办公楼内部都已经建立了局域网，这些局域网需要互联起来，构成支持整个单位管理信息系统的局域网环境，这时也要用到网桥。 （3）在一个大型的企业或校园内，有数千台计算机需要联网， （4）如果联网计算机之间的距离超过了单个局域网的最大覆盖范围，也必须将它们分成几个局域网来组建，再把这几个局域网用网桥连接起来。 （5）如果一个企业中某一部门的信息对安全、保密方面的要求较高，可以将这一部门的计算机单独连在一个局域网内，再用网桥把这个局域网与企业的其他局域网互联起来。,4.4 局域网的互联设备 交换机 交换机的工作原理,4.4 局域网的互联设备 交换机的交换方式 直接交换方式 存储转发交换方式 改进的直接交换方式 局域网交换机的主要特点 低交换传输延迟 高传输带宽 允许不同的传输速率共存 可以用局域网交换机组建虚拟局域网服务 交换机与集线器的区别 在OSI中所处的层次不同 工作机理不同 带宽使用,4.5 现代局域网技术 100Mbps以太网 100Base-T也称快速以太网（Fast Ethernet），是在100Base-T基础上发展起来的用以太网原始数据率10倍的速度运行的技术，它的相应标准是IEEE802.3m。 100Base-T保留了以太网MAC层的CSMA/CD介质控制协议，把每个比特的发送时间从100ns降低到10ns，从而将数据率从10Mbps提高到100Mbps。其网速的提高，一方面要求相应的协议调整，另一方面要求相应的通信介质。IEEE802.3m标准在LLC子层使用IEEE802.2标准，在MAC子层使用CSMA/CD方法，只是在物理层做了一些必要的调整，定义了新的物理层标准。 100BASE-T标准定义了介质专用接口（Media Independent Interface，MII），它将MAC子层与物理层分隔开来。这样，物理层在实现100Mbps速率时所使用的传输介质和信号编码方式的变化不会影响MAC子层。,4.5 现代局域网技术 千兆位以太网 是一种新型高速局域网，它可以提供1Gbps的通信带宽，采用和传统10M、100M以太网同样的CSMA/CD协议、帧格式和帧长，因此可以实现在原有低速以太网基础上平滑、连续性的网络升级，从而能最大限度地保护用户以前的投资。 以太网技术是当今应用于局域网最为广泛的网络技术，然而随着网络通信流量的不断增加，传统10M以太网在客户/服务器计算环境中已很不适应。通信的拥塞推进了对高速网络的需求。对于广大的网络用户来说，这就意味着现有的投资可以在合理的初始开销上延续到千兆以太网，不需要对技术支持人员和用户进行重新培训，不需要做另外的协议和中间件的投资，结果带给用户的是较低的总体开销。,4.5 现代局域网技术 21Gbps以太网技术 （1）千兆位以太网物理层。与以太网和快速以太网一样，千兆位以太网只定义了物理层和介质访问控制层。 （2）千兆位以太网的特性。它主要具有以下几个特性： 1）简便。 2）总体性的低开销。 3）可支持新应用和新数据类型的能力。 4）网络设计的灵活性。 5）仍然不能保证服务质量。,4.5 现代局域网技术 光纤分布数据接口FDDI 光纤分布数据接口网是一种高性能的光纤标记环局域网，运行速率为100Mbps，最大距离可达200km，可最多连接1000个站点。 它的适用范围类同其他任何的802LAN，只是有更高的频宽。另外广泛的用途是作为主干网，连接各类速率为10Mbps的局域网. FDDI采用多模光纤。 FDDI包含两个光纤环，一是顺时针方向传输，二是逆时针方向传。 FDDI的协议十分接近于802.5的协议。 FDDI的数据帧和802.5帧十分相似，FDDI帧含有前导码，对高数据率下的时钟同步十分重要；允许在网内使用16位和48位地址，比802.5更灵活；标记帧也有不同，没有优先位和预约位，它用其他方法分配容量。,第4章 局域网技术主要内容 4.1 局域网概述 4.2 局域网体系结构 4.3 传统局域网技术 4.4 局域网的互联设备 4.5 现代局域网技术 4.1 局域网概述局域网局域网（LAN）:在较小区域内互联各种通信设备的一种通信网络。局域网的特点地域范围比较小遵循ISO的OSI开放七层协议参考模型可以使用高速传输媒质局域网与传输媒质的接口相对简单建网周期短、易扩充、易管理，建网费用比较低廉4.1 局域网概述局域网提供的服务 资源共享数据传送和电子邮件提高计算机系统的可靠性易于分布处理4.1 局域网概述局域网的分类按拓扑结构分类按传输介质分类按介质访问控制方法分类按网络使用的技术分类4.1 局域网概述1号节点2号节点n-1号节点n号节点信道信道接口ALOHA方法纯ALOHA时隙ALOHA115324发送成功发生冲突发生冲突发生冲突发生冲突发送成功发送成功时间站n站n-1站2站115发送成功发送成功发送成功发生冲突发送成功发送成功站n站n-1站2站1t4.1 局域网概述4.1 局域网概述2 CSMA和CSMA/CD技术非坚持CSMA1-坚持CSMA算法P-坚持CSMA4.2 局域网体系结构IEEE 802参考模型局域网参考模型局域网的物理层接口的电气特性接口连接器和传输媒体的机械特性接口电路及其功能信令的方式和速率4.2 局域网体系结构4.2 局域网体系结构IEEE 802标准系列4.2 局域网体系结构LLC子层 4.2 局域网体系结构LLC帧格式 4.2 局域网体系结构MAC子层媒体访问控制协议 局域网是使用广播信道的网络，局域网上的节点从原理上讲都通过共享物理媒体相互联接.物理地址 局域网物理地址48位地址,前24位称为地址块或厂商代码，后24位地址由厂家分配4.3 传统局域网技术IEEE 802.3局域网IEEE 802.3规定了物理媒体命名方法： IEEE 802.3 X TYPE-Y NAME其中X表示数据传输速率TYPE表示信号的传输方Base指基带传输Broad指宽带传输Y表示网段长度或传输媒体的特征5指粗同轴电缆2指细同轴电缆T指双绞线F指光纤NAME是局域网名称例如IEEE802.3 10BASE-T Ethernet表示10Mbps传输速率、使用基带传输、支持5类双绞线的以太网。 。4.3 传统局域网技术IEEE 802.3 MAC帧格式MAC子层功能对数据进行封装和解封介质访问管理编码和译码字节4.3 传统局域网技术IEEE 802.4令牌总线的MAC帧格式 4.3 传统局域网技术IEEE 802.5令牌环局域网4.3 传统局域网技术802.5标准的物理层 802.5标准要求用屏蔽双绞线，速率为1Mbps或4Mbps，后来IBM也推出了16Mbps的速率。 信号采用差分曼彻斯特编码。 线路中心设有旁路中继器，它由各节点供电。 4.3 传统局域网技术令牌环的帧结构 4.3 传统局域网技术三种局域网的比较4.4 局域网的互联设备 网桥基本特征网桥能够连接两个采用不同数据链路层协议、不同传输介质、不同传输速率与不同拓扑结构的网络。网桥以接收、存储、地址过滤与转发的方式实现互联网络之间的通信。网桥需要互联的网络在数据链路层以上采用相同的协议。网桥可以分隔两个网络之间的广播通信量，有利于改善互联网络的性能与安全性。网桥（Bridge）提供了一种最简单的将局域网网段连接成可维护、高可靠性的扩展网络的方法。网桥是在数据链路层上连接同构网的设备，它工作在OSI模型中数据链路层的MAC子层。 4.4 局域网的互联设备 网桥的基本工作原理网桥的端口工作在混杂方式（Promiscuous Mode）下，网桥可以从端口接收网段上传输的各种数据帧。每当网桥端口收到一个数据帧时，先将数据帧存放在网桥的缓冲区中。若此帧出错，则丢弃；若帧正确，通过查网桥表，根据帧的目的地址决定是转发还是丢弃 4.4 局域网的互联设备网桥内部结构 4.4 局域网的互联设备同网段内通信站点A发送数据帧给站点B 不同网段的相同协议局域网通信站点A发送数据帧给站点C 不同协议的局域网间通信站点E发送数据帧到站点F
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