第二章-网络通信.ppt

计算机网络实用技术 西南石油大学计算机科学学院 网络教研室 第2页 计算机网络实用技术 第2章 网络通信 目录 2 1通信平台2 2局域网 广域网和网际网络2 3协议2 4分层模型2 5网络编址 第3页 计算机网络实用技术 通信要素 使用许多不同的通信方式来交流数据信息三个共同的要素消息来源通道消息的目的地址 传达消息 网络传输的消息大小不一 若一次性传输大文件 对带宽和传输质量有什么影响 措施 分段 将通信划分为多个片段 多路复用多个分段相互融合共享同一条传输媒体 增强网络通信效率 分段为网络传输增加了复杂性 传达消息 标识多个片段以便定向和重组 标识用于在片段到达时对其排序和重组 网络的组成部分 设备和介质是网络的物理要素 即硬件 服务和过程是网络设备上运行的通信程序 即软件 设备 介质 服务和过程 终端设备及其在网络中的作用 设备 终端设备 指一系列设备 或者为源 或者为目标 包括 计算机 工作站 笔记本电脑 文件服务器 Web服务器 网络打印机VoIP电话安全摄像头移动手持设备 如无线条码扫描仪 PDA 中间设备及其在网络中的作用 网络接入设备 集线器 交换机和无线接入点 网间设备 路由器 通信服务器和调制解调器安全设备 防火墙 设备 中间设备 将每台主机连接到网络 并且可以将多个独立的网络连接成网际网络 包括 中间网络设备上运行的进程执行以下功能 重新生成和重新传输数据信号维护有关网络和网际网络中存在哪些通道的信息将错误和通信故障通知其它设备发生链路故障时按照备用路径转发数据根据QoS优先级别分类和转发消息根据安全设置允许或拒绝数据的通行 中间设备及其在网络中的作用 中间设备可控制数据的路径但并不会生成或更改数据的内容 网络介质 传输介质的主要类型 有线传输介质同轴电缆双绞线光纤 无线传输介质卫星微波红外线 第12页 计算机网络实用技术 常用的传输介质 双绞线同轴电缆光纤电缆无线与卫星通信信道 第13页 计算机网络实用技术 双绞线 twistedpair 由一对直径为1mm的绝缘铜线缠绕而成 减少线间的电磁干扰 有屏蔽与非屏蔽之分 均为8芯电缆 双绞线的类型由单位长度内的绞环数确定 第14页 计算机网络实用技术 双绞线 屏蔽双绞线STP非屏蔽双绞线UTP STP双绞线 UTP双绞线 第15页 计算机网络实用技术 双绞线的类别 EIA TIA已颁布了六类 Category 简写为Cat 线缆的标准 其中 Cat1 适用于电话和低速数据通信 Cat2 适用于ISDN及T1 E1 支持16MHz的数据通信 Cat3 适用于10Base T或100Mbps的100Base T4 支持达20MHz的数据通信 Cat5 适用于100Mbps的100Base TX和100Base T4 支持高达100MHz的数据通信 Cat6 适用于1000Mbps的1000Base TX 支持高达1000MHz的数据通信 第16页 计算机网络实用技术 双绞线的结构 第17页 计算机网络实用技术 双绞线的颜色 5类双绞线的线序 直连网线 Side1 Side2 Side1 12345678 12345678 1 白 橙2 橙3 白 绿4 蓝5 白 蓝6 绿7 白 棕8 棕 Side2 1 白 橙2 橙3 白 绿4 蓝5 白 蓝6 绿7 白 棕8 棕 直通缆 标准568B 两端线序一样 线序是 白橙 橙 白绿 蓝 白蓝 绿 白棕 棕 第19页 计算机网络实用技术 网线种类 第19页 Side1 Side2 Side1 Side2 12345678 12345678 1 白 橙2 橙3 白 绿4 蓝5 白 蓝6 绿7 白 棕8 棕 1 白 绿2 绿3 白 橙4 蓝5 白 蓝6 橙7 白 棕8 棕 交叉缆 一端为直通缆的线序 另一端为 白绿 绿 白橙 蓝 白蓝 橙 白棕 棕 交叉网线 第20页 计算机网络实用技术 网络设备的定义和设备连接方式 DTE类设备和DCE类设备 同类设备间相连使用交叉线方式 异类设备间相连使用直通线方式 DTE DataTerminalEquipment 数据终端设备 也就是具有一定的数据处理能力以及发送和接收数据能力的设备 DCE DataCircuit terminatingEquipment 数据电路端设备 它在DTE和传输线路之间提供信号变换和编码的功能 并且负责建立 保持和释放数据链路的连接 DTE类设备 PC 路由器 交换机级联口 HUB级联口DCE类设备 交换机普通口 HUB普通口 第21页 计算机网络实用技术 设备连接方式 同类设备间相连使用交叉线方式 异类设备间相连使用直通线方式 第22页 计算机网络实用技术 制作和测试双绞线 UTP 准备工具和材料连接UTP和RJ45接头制作和测试网线 第22页 UTP 压线钳 RJ45接头 简易测线仪 第23页 计算机网络实用技术 网线的制作 准备工作 RJ45卡线钳一把水晶头双绞线制作步骤 共有四步 可以简单归纳为四个字 剥 理 插 压 第24页 计算机网络实用技术 步骤一剥线 剥线的长度约为20mm 不宜太长或太短 第25页 计算机网络实用技术 步骤二理线 按顺序整理平 保留约13mm长度 整齐切断 第26页 计算机网络实用技术 步骤三插线 平行插入到水晶头顶端 以免触不到金属片 第27页 计算机网络实用技术 步骤四压线 压过的水晶头的金属脚比没压要低 第28页 计算机网络实用技术 线缆检测 发射器和接收器两端的灯同时亮为正常 目录 2 1通信平台2 2局域网 广域网和网际网络2 3协议2 4分层模型2 5网络编址 第29页 计算机网络实用技术 网络分类 不同作用范围的网络局域网LAN广域网WAN网际网络从网络的使用者进行分类公用网 publicnetwork 专用网 privatenetwork 第30页 计算机网络实用技术 局域网 独立的网络通常覆盖一个地域 向位于同一个组织结构 如一个企业 园区或地区 内的人们提供服务和应用程序 这种类型的网络称为局域网 LAN 第31页 计算机网络实用技术 LAN通常由一个组织管理 用于规范安全和访问控制策略的管理控制措施将在网络层执行 32 Q 如何将终端系统连接到网络边缘的路由器 一种粗糙分类 住宅接入网络机构接入网络 学校 公司 无线接入网络注意 接入网络的带宽 bps 共享 独占 接入网络 33 拨号线路上使用modem可达56Kbps直接接入边缘路由器 实际远小于该值 数字模拟调制解调 不能同时网上冲浪和拨打电话 不能一直在线 ADSL 非对称数字用户线路 asymmetricdigitalsubscriberline 可达1Mbps上行速率 目前典型 256kbps 可达8Mbps下行速率 目前典型 1Mbps FDM频分复用技术 住宅接入网络 点对点接入 34 ADSL ATU C ATU C ATU R ATU C 用户线 电话分离器 区域宽带网 至ISP 居民家庭 基于ADSL的接入网 端局或远端站 DSLAM 至本地电话局 PS PS 数字用户线接入复用器DSLAM DSLAccessMultiplexer 接入端接单元ATU AccessTerminationUnit ATU C C代表端局CentralOffice ATU R R代表远端Remote 电话分离器PS POTSSplitter 35 HFC 光纤 同轴电缆混合网 hybridfibercoax 非对称 可达2Mbps上行速率 30Mbps下行速率光纤 同轴电缆混网连接家庭住宅到ISP路由器各住宅共享到路由器之间的广播信道引起问题 拥塞 规模部署 可以通过广电公司提供该网络接入服务 cablemodems 线缆调制解调器 36 home cableheadend cabledistributionnetwork simplified CableNetworkArchitecture Overview 37 公司 大学局域网localareanetwork LAN 连接端系统到边缘路由器以太网Ethernet 共享 共享式以太网 或独占 交换式以太网 链路连接端系统和边缘路由器10Mbs 100Mbps GigabitEthernet 10Gbps部署 机构 住宅局域网正在普及 机构接入网络 localareanetworks LAN 38 共享的无线接入网络连接端系统到边缘路由器通过机站 即接入点 accesspoint 无线局域网wirelessLANs 802 11a b WiFi 2 11Mbps广域无线接入网wider areawirelessaccess由电信运营商提供 均支持IPCDPD蜂窝式数字分组数据网络 几十KWAP GPRSorCDMAinEurope3G 384kbps现在进行时 无线移动接入网络 广域网 单个组织一般通过电信服务提供商网络租用连接 连接分布于不同地理位置的LAN的这些网络称为广域网 WAN 第39页 计算机网络实用技术 网际网络 由LAN和WAN组成网际网络 第40页 计算机网络实用技术 目录 2 1通信平台2 2局域网 广域网和网际网络2 3协议2 4分层模型2 5网络编址 第41页 计算机网络实用技术 用于规范通信的规则 无论是面对面还是通过网络进行的所有通信都要遵守预先确定的规则 即协议 一个协议制定一套规则 以两人面对面通信为例 如图所示 我们可以使用三个层来描述此活动 第43页 计算机网络实用技术 协议的要素 网络协议的三要素语义 做什么 用于解释比特流的每一部分的意义 在HDLC协议中 标志Flag 7EH 表示报文的开始和结束在BSC协议中 SOH 01H 表示报文的开始 STX 02H 表示报文正文的开始 ETX 03H 表示报文正文的结束语法 怎么做 语法是用户数据与控制信息的结构与格式 以及数据出现的顺序的意义 时序 什么时候做 事件实现顺序的详细说明 HDLC 第44页 计算机网络实用技术 关于协议要素的一个比喻 信封的格式由语法来定义 而格式的含义由语义来规定 协议簇和行业标准 标准 指已经受到网络行业认可 经过标准化组织批准的流程或协议 协议簇 网络中不同主机之间的成功通信需要在许多不同协议之间进行交互 执行某种通信功能所需的一组内在相关协议称为协议簇 这些协议通过加载到各台主机和网络设备中的软件和硬件执行 协议的交互 协议簇在网络通信中的典型应用示例 Web服务器和Web浏览器之间的交互 技术无关协议 网络协议描述的是网络通信期间实现的功能 规定要做什么 而不规定如何完成 许多不同类型的设备可以使用相同的协议集通信 这是因为协议指定的是网络功能而非支持此功能的底层技术 目录 2 1通信平台2 2局域网 广域网和网际网络2 3协议2 4分层模型2 5网络编址 第48页 计算机网络实用技术 OSIvs TCP IP参考模型 使用分层模型的优点 有助于协议设计 因为对于在特定层工作的协议而言 它们的工作方式及其与上下层之间的接口都已经确定促进竞争 因为可以同时使用不同厂商的产品 避免一个协议层的技术或功能变化影响相邻的其它层 提供了描述网络功能和能力的通用语言 第51页 计算机网络实用技术 基本概念 第52页 计算机网络实用技术 基本概念 层次 Layer 层次是人们对复杂问题处理的基本方法 将总体要实现的很多功能分配在不同层次中 对每个层次要完成的服务及服务要求都有明确规定 不同的系统分成相同的层次 不同系统的最低层之间存在着 物理 通信 不同系统的对等层次之间存在着 虚拟 通信 不同系统的同等层具有相同的功能 高层使用低层提供的服务时 并不需要知道低层服务的具体实现方法 实体 任何可以发送或接收信息的硬件 软件进程 对等层 两个不同系统的同级层次 对等实体 分别位于不同系统对等层中的两个实体服务 某一层及其以下各层的一种能力 通过接口提供给其相邻上层 协议 通信双方在通信中必须遵守的规则 基本概念 第54页 计算机网络实用技术 基本概念 接口 interface 接口是同一结点内相邻层之间交换信息的连接点 同一个结点的相邻层之间存在着明确规定的接口 低层向高层通过接口提供服务 只要接口条件不变 低层功能不变 低层功能的具体实现方法与技术的变化不会影响整个系统的工作 第55页 计算机网络实用技术 协议与服务 对等实体的通信是在相应的协议的控制下的 对等实体的通信使得相应的层能够通过接口向上一层提供服务 服务的用户能够看得见的是下一层的服务 而不能看见下一层的协议 协议是 水平的 协议是控制对等实体之间通信的规则 服务是 垂直的 即服务是由下层向上层通过层间接口提供的 第56页 计算机网络实用技术 计算机网络中的层次结构 网络中的任何一个系统都是按照层次结构来组织的同一网络中 任意两个端系统必须具有相同的层次每层使用其下层提供的服务 并向其上层提供服务通信只在对等层间进行 间接的 逻辑的 虚拟的 非对等层之间不能互相 通信 实际的物理通信只在最底层完成Pn 第n层协议 即第n层对等实体间通信时必须遵循的规则或约定 第57页 计算机网络实用技术 对等通信 1 通信的透明性 接收端收到的数据一定是发送端发出的 对等实体的数据传送称为 通信 上 下层之间的数据传送称为 服务 不同层间的实体不存在通信的关系 第58页 计算机网络实用技术 一种建议的参考模型五层协议的体系结构 应用层 applicationlayer 传输层 transportlayer 网络层 networklayer 数据链路层 datalinklayer 物理层 physicallayer 数据链路层 5应用层 4传输层 3网络层 2数据链路层 1物理层 第59页 计算机网络实用技术 对等通信 2 第60页 计算机网络实用技术 对等通信 封装 Encapsulation 第61页 计算机网络实用技术 第1 61页 Copyright 2002 2006GONGJIEAllrightsreserved ComputerNetworks 计算机1向计算机2发送数据 5 4 3 2 1 5 4 3 2 1 计算机1 AP2 AP1 计算机2 应用进程数据先传送到应用层 加上应用层首部 成为应用层PDU 第62页 计算机网络实用技术 第1 62页 Copyright 2002 2006GONGJIEAllrightsreserved ComputerNetworks 计算机1向计算机2发送数据 5 4 3 2 1 5 4 3 2 1 计算机1 AP2 AP1 计算机2 应用层PDU再传送到运输层 加上运输层首部 成为运输层报文 第63页 计算机网络实用技术 第1 63页 Copyright 2002 2006GONGJIEAllrightsreserved ComputerNetworks 计算机1向计算机2发送数据 5 4 3 2 1 5 4 3 2 1 计算机1 AP2 AP1 计算机2 运输层报文再传送到网络层 加上网络层首部 成为IP数据报 或分组 第64页 计算机网络实用技术 第1 64页 Copyright 2002 2006GONGJIEAllrightsreserved ComputerNetworks 计算机1向计算机2发送数据 5 4 3 2 1 5 4 3 2 1 计算机1 AP2 AP1 计算机2 IP数据报再传送到数据链路层 加上链路层首部和尾部 成为数据链路层帧 第65页 计算机网络实用技术 第1 65页 Copyright 2002 2006GONGJIEAllrightsreserved ComputerNetworks 计算机1向计算机2发送数据 5 4 3 2 1 5 4 3 2 1 计算机1 AP2 AP1 计算机2 数据链路层帧再传送到物理层 最下面的物理层把比特流传送到物理媒体 第66页 计算机网络实用技术 第1 66页 Copyright 2002 2006GONGJIEAllrightsreserved ComputerNetworks 计算机1向计算机2发送数据 应用层 applicationlayer 5 4 3 2 1 5 4 3 2 1 物理传输媒体 计算机1 AP2 AP1 电信号 或光信号 在物理媒体中传播从发送端物理层传送到接收端物理层 计算机2 第67页 计算机网络实用技术 第1 67页 Copyright 2002 2006GONGJIEAllrightsreserved ComputerNetworks 计算机1向计算机2发送数据 5 4 3 2 1 5 4 3 2 1 计算机1 AP2 AP1 计算机2 物理层接收到比特流 上交给数据链路层 第68页 计算机网络实用技术 第1 68页 Copyright 2002 2006GONGJIEAllrightsreserved ComputerNetworks 计算机1向计算机2发送数据 5 4 3 2 1 5 4 3 2 1 计算机1 AP2 AP1 计算机2 数据链路层剥去帧首部和帧尾部取出数据部分 上交给网络层 第69页 计算机网络实用技术 第1 69页 Copyright 2002 2006GONGJIEAllrightsreserved ComputerNetworks 计算机1向计算机2发送数据 5 4 3 2 1 5 4 3 2 1 计算机1 AP2 AP1 计算机2 网络层剥去首部 取出数据部分上交给运输层 第70页 计算机网络实用技术 第1 70页 Copyright 2002 2006GONGJIEAllrightsreserved ComputerNetworks 计算机1向计算机2发送数据 5 4 3 2 1 5 4 3 2 1 计算机1 AP2 AP1 计算机2 运输层剥去首部 取出数据部分上交给应用层 第71页 计算机网络实用技术 第1 71页 Copyright 2002 2006GONGJIEAllrightsreserved ComputerNetworks 计算机1向计算机2发送数据 5 4 3 2 1 5 4 3 2 1 计算机1 AP2 AP1 计算机2 应用层剥去首部 取出应用程序数据上交给应用进程 第72页 计算机网络实用技术 第1 72页 Copyright 2002 2006GONGJIEAllrightsreserved ComputerNetworks 计算机1向计算机2发送数据 5 4 3 2 1 5 4 3 2 1 计算机1 AP2 AP1 计算机2 我收到了AP1发来的应用程序数据 第73页 计算机网络实用技术 第1 73页 Copyright 2002 2006GONGJIEAllrightsreserved ComputerNetworks 计算机1向计算机2发送数据 5 4 3 2 1 5 4 3 2 1 计算机1 AP2 AP1 计算机2 应用程序数据 10100110100101比特流110101110101 注意观察加入或剥去首部 尾部 的层次 应用程序数据 第74页 计算机网络实用技术 第1 74页 Copyright 2002 2006GONGJIEAllrightsreserved ComputerNetworks 计算机1向计算机2发送数据 5 4 3 2 1 5 4 3 2 1 计算机1 AP2 AP1 计算机2 10100110100101比特流110101110101 计算机2的物理层收到比特流后交给数据链路层 第75页 计算机网络实用技术 第1 75页 Copyright 2002 2006GONGJIEAllrightsreserved ComputerNetworks 计算机1向计算机2发送数据 5 4 3 2 1 5 4 3 2 1 计算机1 AP2 AP1 计算机2 数据链路层剥去帧首部和帧尾部后把帧的数据部分交给网络层 H2 T2 第76页 计算机网络实用技术 第1 76页 Copyright 2002 2006GONGJIEAllrightsreserved ComputerNetworks H3 计算机1向计算机2发送数据 5 4 3 2 1 5 4 3 2 1 计算机1 AP2 AP1 计算机2 网络层剥去分组首部后把分组的数据部分交给运输层 协议模型和参考模型 网络模型有两种基本类型 协议模型和参考模型 协议模型 参考模型 第78页 计算机网络实用技术 OSI参考模型的结构 高层保证主机数据正确传输 中间层 底层负责数据在网络中的传输 OSI参考模型 物理层 该层为上层协议提供了一个传输数据的物理媒体 在这一层 数据的单位称为比特 数据链路层 该层在不可靠的物理介质上提供可靠的传输 该层的作用包括 物理地址寻址 数据的成帧 流量控制 数据的检错 重发等 这一层的数据的单位称为帧 frame 网络层 网络层负责对子网间的数据包进行路由选择 此外 还实现拥塞控制 网际互连等功能 这一层的数据的单位称为数据包 传输层 该层将上层数据分段并提供端到端的 可靠的或不可靠的传输 同时 该层还处理端到端的差错控制和流量控制问题 这一层的数据的单位称为数据段 OSI参考模型 会话层 该层管理主机之间的会话进程 即负责建立 管理 终止进程之间的会话 会话层还利用在数据中插入校验点来实现数据的同步 表示层 对应用层服务之间传输的数据规定了通用的表示方式 应用层 为操作系统或网络应用程序提供访问网络服务的接口 第81页 计算机网络实用技术 表示层数据格式的转换 视频 音频 Message 报文 Segment 段 Packet 分组 Frame 帧 Bit 比特 应用层HTTP FTP SMTP DNS Telnet 传输层TCP UDP 互联层IP ICMP ARP RARP 主机 网络层 数据链路层 物理层 PPP Ethernet Tokenring ATM 2 4 3TCP IP模型四层体系结构 第83页 计算机网络实用技术 TCP IP四层体系结构 传输层允许应用进程之间建立端到端通信 在这里定义了两个端到端的传输协议 TCP协议 可靠的面向连接的协议 允许从一台机