CH1 计算机网络概述.ppt

计算机网络技术 50 10学时 4学分 授课教师 曾兰玲Email lanling73 Tel江苏大学计算机工程系 1 主要参考书目 时间 20世纪50年代中期至20世纪60年代中期 特点 计算机技术与通信技术相结合 共享主机资源和信息采集以及综合处理 江苏大学计算机工程系 2 第一章计算机网络概述 江苏大学计算机工程系 3 本章要点 1 计算机网络的定义与分类 2 计算机网络的体系结构 3 计算机网络的主要性能指标 江苏大学计算机工程系 4 1 1计算机网络是什么 计算机网络的形成与发展面向终端的计算机网络多机互联网络标准化网络互联与高速网络 江苏大学计算机工程系 5 1 1 1面向终端的计算机网络 时间 20世纪50年代中期至20世纪60年代中期 特点 计算机技术与通信技术相结合 共享主机资源和信息采集以及综合处理 江苏大学计算机工程系 6 多机互联网络 时间 20世纪60年代中期至20世纪70年代末特点 逻辑结构上分成两部分 资源子网和通信子网 江苏大学计算机工程系 7 标准化网络 时间 20世纪80年代至20世纪90年代初期特点 开放系统互联基本参考模型 OpenSystemInterconnectionReferenceModel OSI RM 的国际标准OSI RM 江苏大学计算机工程系 8 互联与高速网络 时间 20世纪90年代中期至今特点 构建国家信息高速公路 江苏大学计算机工程系 9 1 1 2计算机网络定义与分类 计算机网络的定义与分类定义功能分类 江苏大学计算机工程系 10 定义 计算机网络 是指将地理位置不同的具有独立功能的多台计算机及其外部设备 通过通信线路连接起来 在网络操作系统 网络管理软件及网络通信协议的管理和协调下 实现资源共享和信息传递的计算机系统 关于计算机网络的最简单定义是 一些相互连接的 以共享资源为目的的 自治的计算机的集合 江苏大学计算机工程系 11 资源共享网络通信分布处理集中管理均衡负载 功能 网络覆盖范围传输技术传输介质数据交换方式 拓扑结构 分类 网络覆盖范围分类 局域网城域网广域网因特网 地理距离 一般是几米至10公里以内 特点是 连接范围小 用户数少 配置容易 连接速率高 目前局域网最快的以太网速率可以达到10G 局域网可以在全网范围内提供对处理资源 存储资源 输入输出资源等昂贵设备的共享 使用户节省投资 也便于集中管理和均衡分担负荷 局域网 LocalAreaNetwork LAN 地理距离 比局域网大 一般来说是在一个城市范围内计算机互联 其用户可以不在同一地理小区范围内的 连接距离可以在10 100公里 采用IEEE802 6标准 城域网一般采用ATM技术做骨干网 ATM是一个用于数据 语音 视频以及多媒体应用程序的高速网络传输方法 城域网 MetropolitanAreaNetwork MAN 地理距离 比城域网更广 它一般是在不同城市或者不同省份之间的局域网或者城域网网络互联 地理范围可从几百公里到几千公里 因为距离较远 信息衰减比较严重 所以这种网络一般是要租用专线 通过接口信息处理协议和线路连接起来 构成网状结构 解决寻径问题 广域网使用的主要技术为存储 转发技术 城域网与局域网之间的连接是通过接入网来实现的 接入网又称为本地接入网或居民接入网 广域网 WideAreaNetwork WAN 也称为远程网 广域网 城域网与局域网连接关系示意图 因特网因其英文单词 Internet 的谐音 又称为互联网 是规模最大的网络广域网在全网范围内采用的传输技术是相同的 而因特网可以将大大小小的局域网 广域网 城域网等连接起来 其中每一种网络采用的传输技术标准可以不相同 所以因特网的实现手段要远远复杂与城域网 因特网 Internet 网络传输介质分类 广播式网络 即在整个网络中其中有一个设备传递信息 其它所有设备都能收到该信息 广播式网络的规模不能太大 一般应用在局域网技术当中 点对点网络 即信息的传递是一点一点的交换下去 类似接力比赛 接力棒依次传递 该方式可以应用在大规模的网络信息传递 网络拓扑结构分类 星型网络环型网络总线型网络树型网络网状网络 网络传输介质分类 有线网络 即计算机与计算机之间连接的媒体是看得见的 如双绞线 光纤等传输介质 无线网络 计算机与计算机之间连接的媒体是看得不见的 是利用空中的无线电波来传递信息的 如Wi Fi 1 1 3计算机网络的组成与结构 主机 功能是为用户提供服务通信子网 主要由节点交换机和连接这些节点的通信链路所组成 功能是为不同节点之间传递信息协议 协议的功能是为在主机和主机之间 主机和子网中各节点之间的通信提供信息传递的标准 是通信双方事先约定好的和必须遵守的规则 江苏大学计算机工程系 23 1 2计算机网络体系结构 要实现两台主机之间的通信 除了硬件上的连接 有线或无线方式 之外 还需要软件上的支持 这就是计算机网络的体系结构 计算机网络体系结构的功能是实现计算机的远程访问和资源共享 即解决异地独立工作的计算机之间如何实现正确 可靠的通信 江苏大学计算机工程系 24 1 2计算机网络体系结构 计算机网络分层结构ISO OSI参考模型TCP IP参考模型OSI参考模型与TCP IP参考模型的比较标准化组织与管理机构 江苏大学计算机工程系 25 1 2 1计算机网络分层结构 分层连接方式协议与服务 江苏大学计算机工程系 26 分层 将计算机网络体系结构划分为相对独立的七个层次 应用层表示层会话层传输层网络层链路层物理层这样 就将一个庞大而复杂的问题 化简成了几个容易研究 处理的相对独立的局部问题 江苏大学计算机工程系 27 面向连接的网络服务 CONS 又称为虚电路 VC 服务 它由网络连接的建立 数据传输和网络连的接释放三个阶段组成 是可靠的数据传输 其报文分组按顺序传输的方式进行传递 适用于长报文 会话型的传输要求 虚电路方式在数据发送前 需要在发送方和接收方之间建立一条逻辑连接的虚电路 是将电路交换方式与报文交换方式结合起来的一种连接方式 连接方式 无连接网络服务 CLNS 两节点之间的通信不需要事先建立好一个连接 数据分组在传输过程中可以根据路由选择通过不同的路径到达接收端 在传输过程中会出现丢失 乱序和重复的现象 无连接网络服务有三种类型 数据报服务 不要求接收端应答 这种方法额外开销较小 但可靠性无法保证 主要应用在如视频和音频信息的传递 确认交付服务 要求接收端用户每收到一个报文均给发送端用户发送回一个应答报文 类似于挂号的电子邮件 请求回答服务 类似于一次事务处理中用户的 一问一答 连接方式 协议与服务 在计算机网络中为了实现各种服务 就必须在计算机之间进行通信和对话 为了能让通信的双方能够正确理解 接受和执行 双方就要遵守相同的规定 江苏大学计算机工程系 30 协议与服务 协议的组成要素 语法 确定通信双方之间 如何讲 由逻辑说明构成 即确定通信时双方采用的数据格式 编码 信号电平以及应答方式等 语义 确定通信双方之间 讲什么 有通信过程的说明构成 即要对发布请求 执行动作以及返回应答给予解释 并确定用于协调和差错处理的控制信息 同步 确定事件的顺序以及速度匹配 江苏大学计算机工程系 31 协议与服务 协议是控制两个对等双方 如 双方的网络层 进行通信规则的集合 在协议的控制下 两个对等双方间的通信使得本层能够向上一层提供服务而要实现本层协议 还需要使用下面一层提供服务 江苏大学计算机工程系 32 1 2 2ISO OSI参考模型 ISO于1981年正式推荐了一个网络系统结构 七层参考模型 叫做开放系统互连参考模型OSI RM OpenSystemInterconnectionReferenceModel OSI RM 该标准模型的建立 使得各种计算机网络按其标准进行划分 进而极大推动了计算机网络通信的发展 江苏大学计算机工程系 33 1 2 2ISO OSI参考模型 OSI参考模型对各个层次的划分遵循下列原则 网络中各节点都有相同的层次 相同的层次具有相同的功能 同一节点中 其相邻两层之间通过接口进行通信 接口通常可以是软件接口如传输层与网络层之间 也可以是硬件接口如数据链路层与物理层之间 每一层使用下层提供的服务 并向其上层提供服务 比如网络层使用数据链路层提供的链路通信服务 使自己的信息在各节点间传递 同时网络层也为传输层提供服务 是传输层的信息 通过网络层的路由转接 传递到目的点 不同节点的同等层根据协议实现同等层之间的通信 屏蔽数据流动方向 对用户来说好像数据在相同层之间流动 江苏大学计算机工程系 34 OSI RM结构示意图 1 2 2ISO OSI参考模型 1 2 3TCP IP参考模型 TCP IP协议是ARPANET和其后继因特网使用的参考模型 TCP IP参考模型分为四个层次 应用层传输层网络互连层主机到网络层 由于网络中传递的信息不论是文字 声音还是图像等都要转换成二进制比特流才能进行传递 因此物理层负责如何在计算机之间传递二进制比特流 主要任务是 建立规则 以便在物理媒体上传输的二进制比特流 定义电缆连接到网卡上的方式 规定在电缆上发送数据的传送技术 定义位同步及检查 物理层 数据链路层是OSI参考模型的第二层 它介于物理层与网络层之间 物理层已经解决了二进制比特流在两点间的传递问题 但是物理层数据的传递会受周围环境的影响而使数据出现差错 设立数据链路层的主要任务是将一条原始的 有差错的物理线路变为对网络层而言是一条无差错的数据链路 主要任务 数据链路层必须执行链路管理 帧传输 差错检验等功能 数据链路层 网络层的主要目的就是要为其传输单位 数据报 选择最佳路径通过通信子网到达目的主机 在此同时网络用户不必关心网络的拓扑构类型以及传输中所使用的通信介质 主要任务 定义网络操作系统通信过程中应用的协议 确定信息的地址 把逻辑地址和名字翻译成物理地址 确定从源主机沿着网络到目的主机的路由选择 处理交换 路由以及对数据包阻塞的控制问题 路由器的功能在这一层 路由器可以将子网连接在一起 它依赖于网络层将子网之间的流量进行路由 网络层 传输层是OSI参考模型的七层中比较特殊的一层 同时也是整个网络体系结构中十分关键的一层 设置传输层的主要目的是在源主机进程之间提供可靠的端 端通信 主要任务 为高层数据传输建立 维护和拆除传输连接 实现透明的端到端数据传送 提供端到端的错误恢复和流量控制 信息分段与合并 将高层传递的大段数据分段形成传输层报文 考虑复用多条网络连接 提高数据传输的吞吐量 传输层主要关心的问题是建立 维护和中断虚电路 传输差错校验和恢复以及信息流量控制等 它提供面向连接和无连接两种服务 传输层 从OSI参考模型看 会话层之上各层是面向应用的 会话层之下各层是面向网络通信的 会话层在两者之间起到连接的作用 主要任务 提供进行会话的两个应用进程之间的会话组织和同步服务 对数据的传送提供控制和管理 以达到协调会话过程 为上一层表示层提供更好的服务 会话层 表示层的下面五层是将数据从源主机传送到目的主机 而表示层则要保证下面五层所传输的数据经传送后其表达意义不改变 主要任务 给出数据结构的描述 使之与机器无关 相互通信的应用进程间交换信息的表示方法与表示连接服务 表示层的主要功能是通过一些编码规则定义在通信中传送这些信息所需要的传送语法 表示层 应用层是最终用户应用程序访问网络服务的地方 它负责将协调整个网络应用程序的协调工作 是最有含义的信息传送的一层 应用程序如电子邮件 数据库等都利用应用层传送信息 目前已有OSI标准的应用层协议有 文件传送 访问与管理FTAM FileTransfer AccessandManagement 协议 公共管理信息协议CMIP CommonManagementInformationProtocol 虚拟终端协议VTP VirtualTerminalProtocol 事务处理TP TransactionProcessing 协议 远程数据库访问RDA RemoteDatabaseAccess 协议 制造业报文规范MMS ManufacturingMessageSpecification 协议 目录服务DS DirectoryService 协议 报文处理系统MHS MessageHandlingSystem 协议 应用层 1 2 3TCP IP参考模型 TCP IP协议是ARPANET和其后继因特网使用的参考模型 TCP IP参考模型分为四个层次 应用层传输层网络互连层主机到网络层 实际上TCP IP参考模型没有真正描述这一层的实现 只是要求能够提供给其上层网络互连层一个访问接口 以便在其上传递网络协议分组 由于这一层次未被定义 所以其具体的实现方法将随着网络类型的不同而各有不同 主机到网络 网络互连层是整个TCP IP协议的核心 它的功能是把分组发往目的网络或主机 同时 为了尽快地发送分组 可能需要沿不同的路径同时进行分组传递 因此 分组到达的顺序和发送的顺序可能不同 这就需要上层必须对分组进行排序 网络互连层定义了分组格式和协议 即IP协议 网络互连层除了需要完成路由的功能外 也可以完成将不同类型的网络 异构网 互连的任务 除此之外 网络互连层还需要完成拥塞控制的功能 网络互联层 在TCP IP模型中 传输层的功能是使源主机和目的端主机上的对等层可以进行会话 在传输层定义了两种服务质量不同的协议 即 传输控制协议TCP TCP协议是一个面向连接的 可靠的协议 用户数据报协议UDP UserDatagramProtocol UDP UDP协议是一个不可靠的 无连接协议 主要适用于不需要对报文进行排序和流量控制的场合 传输层 TCP IP模型将OSI参考模型中的一部分会话层和表示层的功能合并到应用层实现 应用层面向不同的网络应用引入了不同的应用层协议 其中 有基于TCP协议的 如文件传输协议 FileTransferProtocol FTP 虚拟终端协议 TELNET 超文本链接协议 HyperTextTransferProtocol HTTP 也有基于UDP协议的 如DNS 应用层 1 2 4OSI参考模型与TCP IP参考模型的比较 两种参考模型的相同点OSI参考模型与TCP IP参考模型都是用来解决不同计算机之间数据传输的问题 这两种模型都是基于独立的协议的概念 都采用分层的方法 每层都建立在它的下一层之上 并为它的上一层提供服务 两种参考模型不同点OSI参考模型的协议比TCP IP参考模型的协议更具有面向对象的特性 TCP IP参考模型中对异构网互连的处理比OSI参考模型更合理 TCP IP参考模型比OSI参考模型更注重面向无连接的服务 1 2 4OSI参考模型与TCP IP参考模型的比较 1 2 5标准化组织与管理机构 网络与Internet标准化组织国际标准化组织ISO负责制定大型网络标准 OSI参考模型就是该组织制定 国际电报联盟 InternationalTelegraphUnion ITU 定义了广义网连接的电信网络标准 X 25协议就是该机构制定 电气和电子工程师协会 InstituteofElectricalandElectronicsEngineers IEEE 定制了网络硬件的标准 802 X协议族就是该机构制定的 因特网体系结构委员会 InternetArchitectureBoard IAB 管理各种已分配的Internet地址号码 国家科学基金会NSFInternet协会Internet体系结构委员会Internet工程任务组IETFInternet研究部IRTFInternet网络信息中心InterNICInternet网络住处中心负责Internet域名注册和域名数据库的管理 Internet赋号管理局IANAWWW联盟 Internet管理机构 1 3计算机网络的主要性能指标 主要指标 带宽包含两种含义 在通信中带宽 Bandwidth 本来是指信号具有的频带宽度 单位是赫兹 或千赫 兆赫 吉赫等 现在计算机网络中带宽是数字信道所能传送的 最高数据率 的同义语 单位是 比特每秒 或b s bit s 也可以写为bps bitpersecond 当数据率较高时 可以使用kb s k 103 千 Mb s M 106 兆 Gb s G 109 吉 或者Tb s T 1012 太 现在一般常用更简单并不是很严格的记法来描述网络的速率 如100M以太网 而省略了b s 意思为数据率为100Mb s的以太网 带宽 吞吐量 Throughput 是指在规定时间 空间及数据在网络中所走的路径 网络路径 的前提下 下载文件时实际获得的带宽值 由于多方面的原因 实际上吞吐量往往比传输介质所标称的最大带宽小得多