计算机网络技术第1章.ppt

1 网络硬件 计算机网络组成 网络软件 计算机 包括网络服务器和工作站等 网络设备 包括网卡 集线器 中继器 网桥 调制解调器 交换机 路由器及网关等 传输介质 包括同轴电缆 双绞线 光缆 微波及卫星通信等 网络操作系统 包括UNIX NetWare WindowsNT等 协议软件 包括TCP IP IPX SPX等 外围设备 包括打印机 扫描仪及视频与音频设备等 网络管理和应用软件 包括IE等 1 4 3计算机网络的组成 1 4计算机网络的结构与组成 2 1 4 3计算机网络的硬件和软件组成 1 网络硬件1 网络主体设备称为主机 Host 一般分为为服务器和客户机两类 2 网络连接设备主要包括网卡 集线器 中继器 网桥 路由器 交换机 网关等 3 网络传输介质 1 有线传输介质 同轴电缆 双绞线和光纤 2 无线传输介质 无线电波 微波 红外线 激光通信 1 4计算机网络的结构与组成 3 1 网卡网卡又称为网络接口适配器 用于实现联网计算机和网络电缆之间的物理连接 为计算机之间相互通信提供一条物理通道 并通过这条通道进行高速数据传输 每个网卡上都有一个固定的全球唯一地址 又称为网卡的物理地址 MAC地址 它是网卡生产厂家在生产时烧入ROM 只读存储芯片 中的 按网卡的速度分 有10Mbps网卡 10 100Mbps自适应网卡以及千兆 1000Mbps 网卡 1 4 3计算机网络的组成 2 网络连接设备 1 网络硬件 4 2 集线器 集线器 Hub 提供信号放大和中转的功能 一个Hub上有多个接口 可使多个用户通过双绞线电缆和网络设备相连 2 网络连接设备 1 网络硬件 1 4 3计算机网络的组成 5 3 中继器 用中继器可以连接两个局域网或延伸一个局域网 它的功能是对接收信号进行再生和发送 从而增加信号传输的距离 需要注意的是 它连起来的仍是一个网络 与集线器处于同一协议层次 2 网络连接设备 1 网络硬件 1 4 3计算机网络的组成 6 中继器的主要功能是延伸局域网 7 4 网桥 网桥也叫桥接器 作为网段到网段之间的连接设备 它实现数据包从一个网段到另一个网段的选择性发送 即只让需要通过的数据包通过而将不必通过的数据包过滤掉 来平衡两个网段之间的负载 从而实现网络数据传输的稳定和高效 2 网络连接设备 1 网络硬件 1 4 3计算机网络的组成 使两个网段的数据包选择性地通过 8 5 路由器 路由器比网桥功能更强 网桥仅考虑了在不同网段的数据包传输 而路由器则在路由选择 拥塞控制 容错性及网络管理方面做了更多的工作 连接各局域网 广域网的设备 它会根据信道的情况自动选择和设定路由 以最佳路径 按前后顺序发送信号的设备 路由器是互联网络的枢纽 交通警察 2 网络连接设备 1 网络硬件 1 4 3计算机网络的组成 9 路由器 华为Quidway2600 2 网络连接设备 1 网络硬件 1 4 3计算机网络的组成 10 6 交换机 交换机 Switch 意为 开关 是一种用于电信号转发的网络设备 它可以为接入交换机的任意两个网络节点提供独享的电信号通路 交换机发展迅猛 基本取代了集线器和网桥 并增强了路由选择功能 目前有些交换机还具有了对虚拟局域网 VLAN 的支持 对链路汇集的支持 有的甚至具有防火墙的功能 2 网络连接设备 1 网络硬件 1 4 3计算机网络的组成 11 交换机 华为Quidway3500 2 网络连接设备 1 网络硬件 1 4 3计算机网络的组成 交换机与集线器的比较 12 7 网关 网关又叫协议转换器 可以支持不同协议之间的转换 实现不同协议网络之间的互联 主要用于不同体系结构的网络或者局域网与主机系统的连接 2 网络连接设备 1 网络硬件 1 4 3计算机网络的组成 IBM 13 2 网络软件 1 网络协议软件连入网络的计算机依靠网络协议实现互相通信 而网络协议是靠具体的网络协议软件的运行来支持工作的 与其他系统软件相比 网路协议软件具有独立开发 集成运行的特点 例如 在Internet上传送的每个消息至少通过三层协议 网络协议 NetworkProtocol 传输协议 TransportProtocol 应用程序协议 ApplicationProtocol 1 4 3计算机网络的组成 14 2 网络通信软件网络通信软件是用于实现网络工作站之间通信的软件 链路联通 发送数据 接收数据 协议的转换 2 网络软件 1 4 3计算机网络的组成 15 3 网络操作系统网络操作系统是网络的核心 其他应用软件系统需要网络操作系统的支持才能运行 网络操作系统提供用户与网络之间的接口 网络操作系统为网络用户提供服务 资源管理服务基本通信服务网络系统安全服务其他网络服务的支持 主要的网络操作系统 UNIX WindowsNT WindowsServer2003 Netware和Linux 2 网络软件 1 4 3计算机网络的组成 16 4 网络管理软件网路管理软件负责整个网络资源管理和维护以及网络通信和任务的调度 例如 IP分配 数据库管理 收费 安全等 目前 网络管理软件正朝着集成化 分布化 智能化的方向快速发展 2 网络软件 1 4 3计算机网络的组成 17 1 5计算机网络的体系结构 举例说明计算机网络体系结构的概念与内容 邮政系统进行信件传递的工作过程 18 1 5计算机网络的体系结构 将计算机互联的功能划分成有明确定义的层次 并规定同层实体通讯的协议和邻层间的接口服务 这种层和协议的集合称之为网络体系结构 计算机网络体系结构是网络中分层模型以及各层功能的精确定义 1 网络体系结构的概念 1 5 1网络协议及体系结构 19 2 网络协议 网络协议 Protocol 是指为进行计算机网络中的数据交换而建立的规则 标准或约定的集合 一个网络协议主要由语法 语义 时序3部分组成 1 语法 Syntax 即数据与控制信息的结构和格式 包括数据格式 编码及信号电平等 2 语义 Semantics 即用于协调和差错处理的控制信息 如需要发出何种控制信息 完成何种动作以及做出何种应答等 3 时序 Timing 即对有关事件实现顺序的详细说明 如速度匹配 排序等 语义 规定通信双方准备 讲什么 语法 规定通信双方 如何讲 时序 规定通信双方的 应答关系 1 5 1网络协议及体系结构 20 计算机网络的体系结构及其划分所遵循的原则 1 计算机网络层次模型 1 5 1网络协议及体系结构 21 计算机网络的体系结构及其划分所遵循的原则 2 计算机网络层次划分的原则 1 每层的功能应是明确的 并且是相互独立的 2 层间接口必须清晰 跨越接口的信息量应尽可能少 3 层数应适中 若层数太少 则造成每一层的协议太复杂 若层数太多 则体系结构过于复杂 使描述和实现各层功能变得困难 1 5 1网络协议及体系结构 22 4 计算机网络层次结构的优点 1 各层之间相互独立 2 灵活性好 3 各层采用最合适的技术实现而不影响其他层 4 分层有利于促进标准化工作 1 5 1网络协议及体系结构 23 1 5 2OSI参考模型 起初 出现了不同的计算机网络体系结构 不同厂家生产的计算机系统之间以及不同网络之间要实现数据通信 就必须遵循相同的网络体系结构模型 国际标准化组织 ISO 提出了一个试图使各种计算机在世界范围内互连为网络的标准框架 OSI RM模型 即开放式系统互联参考模型 OpenSystemsInterconnectionReferenceModel 简称OSI 1 5计算机网络的体系结构 24 1 OSI模型框架 1 5计算机网络的体系结构 1 5 2OSI参考模型 图OSI参考模型 25 模型低三层可看做是传输控制层 负责有关通信子网的工作 高三层为应用控制层 负责有关资源子网的工作 传输层为通信子网和资源子网的接口 起到连接传输和应用的作用 26 2 OSI各层功能介绍 1 物理层位于最底层 直接与物理信道相连 传送数据的基本单位是比特 bit 其功能是对上层屏蔽传输媒介的区别 提供比特流传输服务 有了物理层以后 数据链路层及以上各层都不需要考虑使用什么传输媒介 无论是用双绞线 光纤 还是用微波 都被看做是一个比特流管理 1 5计算机网络的体系结构 1 5 2OSI参考模型 27 2 数据链路层在相邻节点之间建立链路 对传输中可能出现的差错进行检错和纠错 并向网络层提供无差错的透明传输 传送的基本单位是帧 Frame 数据链路层主要负责数据链路的建立 维持和拆除 然后将网络层送下来的信息 包 组成帧传送 1 5计算机网络的体系结构 1 5 2OSI参考模型 28 3 网络层网络层又称为通信子网层 是计算机网络中的通信子网中的最高层 在数据链路层提供服务的基础上向资源子网提供服务 网络层将从高层传送下来的数据打包 再进行必要的路由选择 差错控制 流量控制及顺序检测等处理 使发送站传输层所传下来的数据能够正确无误地按照地址传送到目的站 并交付给目的站传输层 1 5计算机网络的体系结构 1 5 2OSI参考模型 29 4 传输层传输层是计算机网络中的资源子网和通信子网的接口和桥梁 完成资源子网中两节点间的直接逻辑通信 传输层在OSI RM中起到承上启下的作用 是整个网络体系结构中关键的一层 传输层信息传送的基本单位是报文 1 5计算机网络的体系结构 1 5 2OSI参考模型 30 5 会话层它利用传输层提供的端到端数据传输服务 具体实施服务请求者与服务提供者之间的通信 属于进程间通信范畴 会话层的功能包括会话连接到传输连接的映射 数据传送 会话连接的恢复和释放 会话管理 令牌管理和活动管理 1 5计算机网络的体系结构 1 5 2OSI参考模型 31 6 表示层表示层处理的是OSI系统之间用户信息的表示问题 通过抽象的方法来定义一种数据类型或数据结构 通过使用这种抽象的数据结构在各端系统之间实现数据类型和编码的转换 表示层信息传送的基本单位是报文 1 5计算机网络的体系结构 1 5 2OSI参考模型 报文 报文 32 7 应用层它是OSI RM的最高层 是直接面向用户的一层 是作为用户使用OSI功能的唯一窗口 应用层确定进程之间的通信性质以满足用户的需要 负责用户信息的语义表示 并在两个通信者之间进行语义匹配 应用层信息传送的基本单位是用户数据报文 1 5计算机网络的体系结构 1 5 2OSI参考模型 33 OSI RM各层功能对比 1 5计算机网络的体系结构 1 5 2OSI参考模型 34 OSI模型的特点OSI模型最重要的贡献是将服务 接口 协议3个概念区分清楚 它不是基于某个特定的协议集而设计的 因而它更具有通用性 OSI模型在协议实现方面存在某些不足 原因是OSI模型太复杂 它对今后计算机网络技术朝标准化 规范化方向发展有指导意义 1 5计算机网络的体系结构 1 5 2OSI参考模型 35 1 5计算机网络的体系结构 1 5 1网络协议及体系结构1 5 2OSI参考模型1 5 3TCP IP与OSI体系结构的比较 36 37 1 5 3TCP IP与OSI体系结构的比较 OSI参考模型虽然被提出 却迟迟没有成熟的网络产品 法律上的国际标准OSI参考模型与协议没有像专家们所预想的那样风靡世界 TCP IP体系结构与协议在Internet中经受了几十年的风风雨雨 得到了IBM Microsoft Novell及Oracle等大型网络公司的支持 成为计算机网络中的主要标准体系 得到最广泛的应用 这样 TCP IP就常被称为是事实上的国际标准 1 5计算机网络的体系结构 1 5 3TCP IP与OSI体系结构的比较 38 1 TCP IP模型 1 TCP IP TransmissionControlProtocol InternetProtocol 协议概述1977年至1979年形成的协议规范是美国ARPANET上使用的运输层和网络层协议人们常将这些相关协议称为TCP IP体系结构 简称TCP IP 它是一个协议族 现在已形成了用TCP IP协议连接世界各国 各部门 各机构的Internet 1 5 3TCP IP与OSI体系结构的比较 1 5计算机网络的体系结构 39 2 TCP IP模型网络接口层 网际层 传输层和应用层 TCP IP四层结构 1 5计算机网络的体系结构 1 TCP IP模型 1 5 3TCP IP与OSI体系结构的比较 1 5计算机网络的体系结构 40 3 TCP IP体系结构各层功能简介 网络接口层网络接口层负责数据帧的发送和接收 通俗地讲 网络接口层就是将帧放在网上 或从网上把帧取下来 网际层类似于OSI的网络层 该层可将数据包封装成Internet数据报 并通过运行必要的路由算法 使数据报独立地从信息源送到信宿 网际层是TCP IP体系结构的核心 该层上主要的协议有互联网协议IP IP负责在主机和网络之间寻址和路由数据包 1 5 3TCP IP与OSI体系结构的比较 1 TCP IP模型 41 传输层类似于OSI的传输层 负责在源主机和目的主机的应用程序之间提供端到端的数据传输服务 主要有面向连接的传输控制协议 TCP 和无连接的用户数据报协议 UserDatagramProtocol UDP 应用层应用程序通过该层访问网络 应用层包含了所有的高层协议 如FTP TELNET DNS SMTP SNMP HTTP等 3 TCP IP体系结构各层功能简介 1 5 3TCP IP与OSI体系结构的比较 1 TCP IP模型 42 2 TCP IP与OSI体系结构的比较 1 5 3TCP IP与OSI体系结构的比较 43 TCP IP和OSI的不同点 1 分层数目不同TCP IP分4层 网络接口层 网际层 传输层和应用层 OSI分7层 物理层 数据链路层 网络层 传输层 会话层 表示层和应用层 2 层之间的调用关系不同TCP IP可以越过紧邻的下一层直接使用更低层次所提供的服务 因而减少了一些不必要的开销 提高了协议的效率 OSI层次间存在严格的调用关系 两个 n 层实体的通信必须通过下一层 n 1 层实体 不能越级 44 3 对IP协议的重视程度不同TCP IP一开始就考虑到多种异构网的互连问题 并将网络协议IP作为TCP IP的重要组成部分 ISO后来认识到了网际协议IP的重要性 然而已经来不及了 只好在网络层中划分出一个子层来完成类似TCP IP中IP的作用 TCP IP和OSI的不同点 4 对无连接服务的重视程度不同TCP IP一开始就对面向连接服务和无连接服务并重 OSI开始偏重于面向连接的服务 后来才开始制定无连接的服务标准 45 5 对可靠性的强调不相同对OSI的面向连接服务 数据链路层 网络层和传输层都要检测和处理错误 尤其在数据链路层采用校验 确认和超时重传等措施提供可靠性 而且网络和传输层也有类似的技术 TCP IP则不然 TCP IP认为可靠性是端到端的问题 应由传输层来解决 由于可靠性由主机完成 增加了主机的负担 但是当应用程序对可靠性要求不高时 甚至连主机也不必进行可靠性处理 在这种情况下 TCP IP网的效率最高 TCP IP和OSI的不同点 46 6 在两个体系结构中主机的功能不相同TCP IP要求主机参与几乎所有网络服务 所以对入网的主机要求很高 OSI网络层提供