第1章 计算机网络概述.ppt

第一章计算机网络概述 2 内容提要 计算机网络定义计算机网络形成历史计算机网络发展计算机网络功能计算机网络组成计算机网络分类计算机网络体系结构 3 重点和难点 重点计算机网络的定义 分类 功能 体系结构难点各种拓扑结构下网络的优缺点ISO OSI RMTCP IPIEEE802标准 4 1 1计算机网络的定义 计算机网络 计算机技术 通信技术计算机网络将地理上分散的 多台独立工作的计算机 用通信设备和线路连接起来 按照网络协议进行通信 以实现资源共享的大系统 五大要素地理上分散功能独立用通信设备和通信介质连接多台计算机遵照网络协议进行系统之间的信息交换以资源共享为目的 5 1 1计算机网络的定义 计算机通信网以信息传输为目的 资源共享能力弱物理结构上具备计算机网络的雏形分布式系统全局方式管理系统资源 系统内部对用户是完全透明的 可自动对用户调度网络资源 典型特征是具有一个以全局方式管理系统资源的分布式操作系统 6 1 2计算机网络的形成历史 第一阶段 具有通信功能的联机系统 单终端系统1946年 第一台计算机问世 1952年 单终端联机系统 第二阶段 具有通信功能的分时系统 多终端系统IBM的美国航空订票系统SABRE 1 通用电气公司的信息服务网络GEIS 美国Tymshare公司的TYMNET 第三阶段 计算机网络 多机系统1969年 美国国防部高级计划署ARPA网ARPANET 真正意义上的计算机网络 计算机网络诞生的标志 7 1 3计算机网络的发展 各国提出不同的网络体系结构美国 CYBERNET法国 加拿大 北欧 TRANSPAC DATAPAC NPDN开放系统互联参考模型的提出20世纪70年代后期 全世界出现了大量的计算机网络 但均为封闭状态OSI RM OpenSystemInterconnection RefenenceModel局域网和城域网的诞生局域网 LocalAreaNetwork LAN 以太网 令牌环网 无线局域网城域网 MetropolitianAreaNetwork MAN 8 1 3计算机网络的发展 因特网的产生和普及因特网 万网之网 全球范围的计算机网络因特网标准RFC 请求评论 requestforcomments IETF 因特网工程部 InternetEngineeringTaskForce 无线局域网的实现 WLAN 计算机通过无线接口 无线收发器 连接到传统的局域网上便形成了无线局域网 9 1 4计算机网络的功能 资源共享资源 硬件 软件 要传输 处理的数据 目的 减少硬件设备的重复购置 避免软件的重复购置和重复开发 实现全网用户的数据资源 数据文件 数据库 数据软件等 共享 提高信息的利用率 提高可靠性负载均衡 10 1 4计算机网络的功能 分布式处理将大型处理任务转化成小型任务由网络中的各个计算机分担处理将小型微型机连接成具有高性能的计算机系统 时期具备解决复杂问题的能力 从而降低费用 数据传输实现远程文件和多媒体信息的传输 如 点子邮件 远程文件传输 电子商务 即时聊天工具 此外 还可以对分散的对象进行实时的 集中的跟踪管理 如 办公自动化中的信息管理系统等 11 1 5计算机网络的组成 视角1 计算机网络的构成 硬件 软件 计算机网络的硬件构成连接在网络上的大量的互连计算机设备 主机 端系统 终端设备 连接网络上各种设备的通信链路 传输链路 光纤 铜缆 无线电 人造卫星传输速率 带宽转发数据的交换设备 转发分组 数据块 链路层交换机路由器 12 1 5计算机网络的组成 13 1 5计算机网络的组成 视角1 计算机网络的构成网络的软件构成在网络上运行的网络应用程序协议 控制报文的发送接收例如 TCP IP HTTP FTP PPP 14 1 5计算机网络的组成 视角2 计算机网络能够提供的服务通信基础设施为分布式应用程序提供支撑为应用程序提供的通信服务可靠的面向连接服务先行握手 建立连接确认和重传确保可靠数据传送流控制确保发送方不会过快的发送过量的分组而淹没接收方拥塞控制试图防止因特网进入迟滞状态不可靠的无连接服务不承诺 从发送方到接收方传递数据所需的时间长度 15 1 5计算机网络的组成 网络结构深入研究网络边缘 应用程序和主机网络核心 目标 在各个不同的小网络之间转发数据路由器网络的网络接入网 物理媒体 通信链路 16 1 5计算机网络的组成 视角3 网络提供的功能计算机网络 从概念上可以看成是由两个子网构成 一是通信子网 另一是资源子网 通信子网由若干个中间交换结点 switchnode 和连接这些交换结点的链路组成 主要承担数据通信任务 资源子网主要由网络主机和各种可提供共享资源的设备 如打印机 光盘库等 组成 主要承担数据处理任务 17 1 6计算机网络的分类 按运营方式分 公用网 专用网按服务和使用范围分 网际网 主干网 本地网 接入网按传输技术分 广播网 点 点网按交换技术分 线路交换 分组交换 信元交换按覆盖范围分 广域网 局域网 城域网 网际网按拓扑结构分 星形网 树形网 环形网 总线型网 分布式网络 18 1 6计算机网络的分类 广域网覆盖范围 几十公里到几千甚至上万公里 组成 终端设备 节点交换设备和传送设备 骨干网络采用分布式网状结构 本地网与接入网采用树形或者星形连接 局域网覆盖较小的范围 一般是几百米至几公里 组成 服务器 客户机 网络设备 通信介质 城域网覆盖范围 几十公里到上百公里 介于广域网和局域网之间的大的城区范围内的高速数据网 因特网 19 1 6计算机网络的分类 星形网 树形网 环形网 总线型网 分布式网络星形网每一终端均通过单一传输链路与中心交换节点相连特点 结构简单 建网容易 易于管理 缺点 中心处理机负担过重 线路利用率不高 20 1 6计算机网络的分类 树形网分层网络 分级控制 同一线路可以连接多个终端 优点 节省线路 成本较低 易于扩展 缺点 对高层节点和链路的要求较高 21 1 6计算机网络的分类 环形网各种设备经环路节点机连接成环 信息流为单向的 线路共用 采用分布式控制方式 分类 单环 双环 22 1 6计算机网络的分类 总线型网通过总线将所有节点连接起来 特点 结构简单 扩展方便 23 1 6计算机网络的分类 分布式网络分布在不同地点且具有多个终端的节点相互连接而成 特点 网中任一节点均至少与两条线路相连 优点 较高的可靠性 易于扩充缺点 控制结构复杂 成本高 24 1 7标准化组织介绍 国际标准化组织 ISO 国际电信联盟 ITU 国际电信联盟 电信标准部 ITU T 电气与电子工程师协会 IEEE 因特网工程部 IETF 电子工业协会 EIA 美国国家标准学会 ANSI 欧洲计算机制造商协会 ECMA 25 1 8网络体系结构 协议 通信双方为完成对信息的控制 管理和转换而遵循的原则 协议三要素语法 数据与控制信息的格式语义 需要发生何种控制信息 完成何种动作以及做出何种应答时序 定时关系 事件发生的时序关系接口是为2个分开的系统 设备或不见进行通信服务的 是数据流要穿越的界面 26 基本概念 实体 Entity 实体是任何可以发送和接收信息的硬件和软件进程 通常是一个特定的软件模块对等体 Peer 不同机器上包含对应层的实体称为对等体服务 Service 为保证上层对等体之间能互相通信 下层向上层提供的功能 服务原语服务原语是指网络相邻层间进行交互时所要交换的一些必要命令服务访问点 SAP 服务访问点是同一系统中相邻两层的实体进行交互的地方 27 基本概念 服务 Service 为保证上层对等体之间能互相通信 下层向上层提供的功能 服务原语服务原语是指网络相邻层间进行交互时所要交换的一些必要命令服务访问点 SAP 服务访问点是同一系统中相邻两层的实体进行交互的地方协议和服务的关系 28 基本概念 接口 Interface 接口位于每对相邻层之间 定义了下层向上层提供的原语操作和服务协议数据单元 PDU 协议数据单元是对等层次上传送数据的单位服务数据单元 SDU 服务数据单元是层与层之间交换数据的单位网络体系结构 NetworkArchitecture 网络体系结构就是层和协议的集合协议栈 ProtocolStack 一个特定的系统所使用的一组协议 每层一个协议 称为协议栈 29 1 8 2OSI的体系结构 1 协议分层协议的 层次 现实 网络的复杂性问题 如何将复杂的网络依据一定的规则组织成有序结构 如何为讨论网络形成一个共同的基础 30 1 8 2OSI的体系结构 层次通信的一个例子 哲学家聊天 31 1 8 2OSI的体系结构 分层的理由对于处理复杂的系统 显式的结构使得复杂系统的问题定位和不同组成部分之间的关联讨论成为可能分层的参考模型 referencemodel 可用于讨论模块化简化了系统的维护和升级某个层次服务实现的改变对系统的其余部分是透明的如 改变秘书之间的通话过程不会影响哲学家通信的效果分层的做法有没有坏处 32 1 8 2OSI的体系结构 分层的原则 1 各节点具有相同的层次 相同的层次具备相同的功能 2 各层功能和技术实现要有明显的差别 层间交互作用应尽可能少 3 低层对高层透明 4 子层设置与否 5 同一节点的相邻层间设置接口以进行通信 不同节点的对应层称为对等层 6 层次不要太多 也不可太少 以有利于描述和综合这些层次的系统工程任务的实施 33 1 8 2OSI的体系结构 OSI RM模型图 34 1 8 2OSI的体系结构 35 1 8 3TCP IP的体系结构 TCP IP协议 36 OSI和TCP IP模型的比较 1 8 3TCP IP的体系结构 37 1 8 4局域网的体系结构 组成 物理层和数据链路层相关标准 38 1 8 5因特网的体系结构 因特网的协议栈应用层 支持网络应用FTP SMTP STTP运输层 进程间的数据传输TCP UDP网络层 将数据报从源端传送到目的端IP 路由协议链路层 数据在网络相邻结点之间传输PPP 以太网物理层 在线路上传输比特流 应用层运输层网络层链路层物理层 39 2020年2月4日 计算机网络体系结构中数据的流动 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第5层 加上第5层首部 成为第5层PDU 1 8 5因特网的体系结构 40 2020年2月4日 计算机网络体系结构中数据的流动 5 4 3 2 1 5 4 3 2 1 计算机1 AP2 AP1 计算机2 第5层PDU再传送到第4层 加上第4层首部 成为第4层PDU 1 8 5因特网的体系结构 41 2020年2月4日 计算机网络体系结构中数据的流动 5 4 3 2 1 5 4 3 2 1 计算机1 AP2 AP1 计算机2 第4层PDU再传送到第3层 加上第3层首部 成为第3层PDU 1 8 5因特网的体系结构 42 2020年2月4日 计算机网络体系结构中数据的流动 5 4 3 2 1 5 4 3 2 1 计算机1 AP2 AP1 计算机2 第3层PDU再传送到第2层 加上第2层首部和尾部 成为第2层PDU 1 8 5因特网的体系结构 43 2020年2月4日 计算机网络体系结构中数据的流动 5 4 3 2 1 5 4 3 2 1 计算机1 AP2 AP1 计算机2 第2层PDU再传送到第1层 最下面的第1层把比特流传送到物理媒体 1 8 5因特网的体系结构 44 2020年2月4日 计算机网络体系结构中数据的流动 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第1层传送到接收端第1层 计算机2 1 8 5因特网的体系结构 45 2020年2月4日 计算机网络体系结构中数据的流动 5 4 3 2 1 5 4 3 2 1 计算机1 AP2 AP1 计算机2 第1层接收到比特流 上交给第2层 1 8 5因特网的体系结构 46 2020年2月4日 计算机网络体系结构中数据的流动 5 4 3 2 1 5 4 3 2 1 计算机1 AP2 AP1 计算机2 第2层剥去首部和尾部取出数据部分 上交给第3层 47 2020年2月4日 计算机网络体系结构中数据的流动 5 4 3 2 1 5 4 3 2 1 计算机1 AP2 AP1 计算机2 第3层剥去首部 取出数据部分上交给第4层 1 8 5因特网的体系结构 48 2020年2月4日 计算机网络体系结构中数据的流动 5 4 3 2 1 5 4 3 2 1 计算机1 AP2 AP1 计算机2 第4层剥去首部 取出数据部分上交给第5层 1 8 5因特网的体系结构 49 2020年2月4日 计算机网络体系结构中数据的流动 5 4 3 2 1 5 4 3 2 1 计算机1 AP2 AP1 计算机2 第5层剥去首部 取出应用程序数据上交给应用进程 1 8 5因特网的体系结构 50 2020年2月4日 计算机网络体系结构中数据的流动 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 1 8 5因特网的体系结构 51 2020年2月4日 计算机网络体系结构中数据的流动 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 1 8 5因特网的体系结构 52 2020年2月4日 计算机网络体系结构中数据的流动 5 4 3 2