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2020/5/12,1,计算机网络应用技术,第一章计算机网络基础11计算机网络的发展12计算机网络的定义、功能及分类13计算机网络的组成和拓扑结构14数据通信基础15计算机网络体系结构16计算机网络的传输介质17计算机网络传输设备,2020/5/12,2,第二章局域网21局域网概述22局域网的体系结构23Ethernet24非主流局域网25网络操作系统第三章广域网与Internet31广域网的基本概念32Internet的基本概念33TCP/IP协议,2020/5/12,3,第四章综合布线系统4.1布线系统设计42结构化布线安装与测试第五章应用实例参考书：计算机网络实用技术，王洪、贾卓生等编著，人民邮电出版社。（25）局域网与广域网的设计与实现，机械工业出版社。（32）数据通讯与网络，机械工业出版社。（48）计算机网络（第三版），清华大学出版社。,2020/5/12,4,个人介绍,王占杰大连理工大学信息学院计算机系网络与控制研究室E-mail:wangzhj电话：4706002或4706003转8211研究方向：计算机网络、（实时）分布式系统、计算机控制与数据处理、数字化企业等。,2020/5/12,5,第一章计算机网络基础,11计算机网络的发展111计算机网络的发展历史计算机网络的发展过程是计算机与通信（C将传输过程中使用数字信号的传输方式称为数字数据传输(可能需要编解码),2020/5/12,32,数据通信系统(数据通信方式),数据通信方式是指数据在信道上传输所采取的方式.通常有如下三种分类方法:按数据代码传输的顺序分为:串行传输和并行传输。按数据传输的同步方式分为:同步传输和异步传输。按数据传输的流向和时间关系分为:单工、半双工和双工传输。串行通信：数据流以串行方式在一条信道上传输.该方法的优点是实现简单,采用较多.缺点是:为解决收、发方码组或字符同步，需要外加同步措施。并行通信：将数据以成组方式在两条以上的并行信道上同时传输.并行传输不需要另外的措施就可实现收发双方的字符同步.缺点是:需要传输信道多、设备复杂、成本高，故较少采用。,2020/5/12,33,数据通信系统(串、并行传输),并行传输(parallel)与串行传输(serial)并行传输：局域网距离近，至少有8位数据同时传输，如图(a)。计算机内部的数据多是并行传输。串行传输：距离较远的情况，每次由源到目的传输的数据只有一位，如图(b)。成本因素，远距离通信一般采用串行传输技术。,2020/5/12,34,数据通信系统(同步传输)*,同步传输(synchronous)方式不是对每个字符单独进行同步，而是对一组字符组成的数据块进行同步。同步的方法不是加一位停止位，而是在数据块前面加特殊模式的位组合(如01111110)或同步字符(SYN)，并且通过位填充或字符填充技术保证数据块中的数据不会与同步字符混淆。,2020/5/12,35,数据通信系统(异步传输),异步传输(asynchronous)的工作原理是：每个字节作为一个单元独立传输，字节之间的传输间隔任意。为了标志字节的开始和结尾，在每个字符的开始加一位起始位，结尾加1位、1.5位或2位停止位，构成一个个的“字符”。这里的“字符”指异步传输的数据单元，不同于“字节”，一般略大于一个字节。如下图所示：,2020/5/12,36,特点：,同步传输:以固定时钟节拍来发送数据信号。在一个数据流中,各信号码元之间的相对位置都是固定的,接受端要从收到的数据码流中正确区分发送的字符,必须建立同步的时钟。同步传输是以帧为单位发送数据,并有帧的起始和终止标志。与异步传输相比,同步传输在技术实现上复杂,但不需要对每一个字符单独加起、止码元作为识别字符的标志，只是在一串字符的前后加上标志序列。因此,传输效率高,适合较高速率的数据通信系统(2.4kb/s以上)。,2020/5/12,37,数据通信系统(单工、双工),单工数据传输：两站之间只能沿指定方向传输数据，反向传联络信号半双工数据传输：两站之间可以沿两个方向传输数据，但两个方向不能同时传输双工数据传输:两站之间可以同时两个方向传输数据,2020/5/12,38,数据通信基础,二、数据通信1数据通信的结构它由宿主计算机、终端设备、通信设备和信号变换器组成。,-终端设备子系统-数据传输子系统-数据处理子系统-,2020/5/12,39,数据通信基础,2数据通信的过程第一阶段：建立通信线路。用户通过“拨号”将要通信的对方的地址告诉交换机，交换机查询对方终端线路，若空闲，则由交换机建立通信双方的物理通道。第二阶段：建立数据传输链路。数据通信的双方建立同步联系，是通信双方处于正确的收发状态，通信双方验证对方地址。第三阶段：数据传输。通信双方传输数据和控制信号。第四阶段：数据传输结束。通信双方通过有关的通信控制信息确认本次通信即将结束。第五阶段：拆除链路。通信双方之一通知交换机，通信已结束，可以拆线，切断双方的逻辑链路。,2020/5/12,40,数据通信基础*,3数据通信系统的质量标准衡量一个数据通信系统的性能，主要考虑数据传输的数量和质量。传输速率，单位时间内传送的信息单元的数量。bit/s，baud/s；二者不同，但可互换。出错率。误码率=接收出现差错的比特数/传输全部的比特数。可靠性（正常工作时间/总工作时间）*100%，或平均无故障时间。适应性。对外界环境变化的适应能力。可维护性。维护方便程度。标准化程度。衡量设计水准，共享，开放。经济性。性能价格比。通信建立时效。同步性能的指标。,2020/5/12,41,数据通信基础,142数据传输原理在数据通信系统中，数据传输时需要解决以下几个问题：信息的表示法、即信息编码问题；如何保证正确无误地传送信息，即接收和发送的同步问题；如何高效地利用通信线路传送信息，即多路复用问题。1信息交换代码数据通信中传送的信息称为报文，既可以是数据信息，也可以是监控信息。报文是由一定意义的字符组成。字符又是由一定位数的二进制代码按一定规则编制而成，这些代码在数据传输中称为信息交换代码。在众多信息交换代码中，如ASCII码。,2020/5/12,42,数据通信基础（数据传输原理）,2数据传输方式数据的传输方式有两种：以数字信号方式传输，或经调制变换后以模拟信号方式传输。数字信号以原来的二进制数“0”、“1”原封不变地在信道内传输叫基带传输。数字信号经调制以后，转换为模拟信号在信道内传输叫频带传输。计算机网络技术中把数据信道直接传输数字信号的传输方式叫做基带传输。基带传输中二进制数据信号的方法主要有以下三种：(1)非归零编码(NRZ)非归零编码是用低电平表示逻辑“0”，用高电平表示逻辑“1”的编码方式。非归零编码的缺点是：为了保持收发双方的时钟同步，需要额外传输同步时钟信号。,2020/5/12,43,数据通信基础（数据传输原理）,(2)曼彻斯特编码(Manchester)每比特的中间有一次跳变，它有两个作用：一是作为位同步方式的内带时钟；二是用于表示二进制数据信号，可把“0”定义为由高电平到低电平的跳变，“1”定义为由低电平到高电平的跳变。该编码的优点：一是“自带时钟信号”，不必另发同步时钟信号，二是不含直流分量。(3)差分曼彻斯特编码(DifferenceManchester)每比特的中间有一次跳变，它只有一个作用，即作为位同步方式的内带时钟，不论由高电平到低电平的跳变，还是由低电平到高电平的跳变都与数据信号无关。“0”和“1”是根据两比特之间有没有跳变来区分的。如果下一个数据是“0”，则在两比特中间有一次电平跳变；如果下一个数据是“1”，则在两比特中间没有电平跳变。曼彻斯特编码和差分曼彻斯特编码的缺点都是效率较低，在每个比特中间都有一次跳变，所以时钟频率是信号速率的2倍。如为了达到10Mbps的数据传输速率，要求时钟频率至少为20MHz。,2020/5/12,44,数据通信基础（数据传输原理）,数字数据到数字信号的编码方法,（a)不归零编码，(b)曼彻斯特编码(c)差分曼彻斯特编码,2020/5/12,45,数据通信基础（数据传输原理）,频带传输：在远距离传输中，经常采用电话线作为传输链路，由于电话线传输声音的频率范围（300-3400Hz）不适合于直接传输数字信号，需先将数字信号转换为模拟信号，到达目的地之后，再将其还原为数字信号。将数字信号变换为模拟信号的过程为调制，将模拟信号还原为数字的过程为解调。有三种基本调制方式：幅度调制、频率调制和相位调制。幅度调制：频率和相位不变，不同的振幅代表不同的数字（二进制）。频率调制：振幅和相位不变，不同的频率代表不同的数字（二进制）。相位调制：振幅和频率不变，不同的相位代表不同的数字（二进制）。,2020/5/12,46,数据通信基础（数据传输原理）*,3多路复用技术多路复用是在单一的通信线路，同时传输多个不同来源的信息，提高线路的利用率，降低成本。这就是所谓的多路复用(Multiplexing)。多路复用分为两大类：频分多路复用(FDM)和时分多路复用(TDM)。A.频分多路复用(FDM)在介质上同时传输多路信号，每路信号以不同的载波频率进行调制，而且各个载波频率完全独立，即载波形成的信号不互相重叠，则各路信号可以成功地在介质上传输。,(a)原始信道(b)频率提升(c)多路复用后的信道,2020/5/12,47,数据通信基础（数据传输原理）,B.时分多路复用(TDM)时分多路复用(TimeDivisionMultiplexing)是把时间分为若干个时间槽(Slot)，每个用户分得一个时间槽，在其占用的时间槽内，该用户可以独享信道的全部带宽。时间槽的划分有交替性和周期性。交替性是指不会有连续的时间槽被单个用户连续占用，而是大家轮流占用各个时间槽；周期性是指时间槽的分配要有一定周期性地重复出现。我们来看一下作为PCM传输标准之一的T1信道是如何复用多路话音信号的。T1是在北美和日本广泛使用的标准，T1载波有24个信道组成，如图。每帧数据有193个比特，传输一帧数据的时间位传输125微秒。每帧的第一个比特是帧开始位，用于帧同步目的。另外有24个8比特的信道，每个信道有7位数据位和一位校验位。,2020/5/12,48,数据通信基础（时分多路复用）*,2020/5/12,49,142差错控制技术*,人们总是希望数据在通信线路中正确无误地传输。但是，信道内外的干扰与噪声又是不可避免的。传输出错：外来干扰。随机错（信号前后无关），突发错（出错位相关）。纠正方法：电器性能，差错控制。差错控制：检测，纠正，处理。控制方法：时间冗余，设备冗余，数据冗余。差错控制技术：奇偶校验、海明校验、循环码冗余校验等。奇偶校验（垂直冗余校验VRC）奇偶校验以字符为单位校验，一个字符由8位组成，低7位为信息字符的ASCII代码，最高位为“奇偶校验位”。B7B6B5B4B3B2B1B0原理：接收端、发送端“字符”中“1”的个数；“奇”或“偶”。,2020/5/12,50,方块校验（水平垂直冗余校验LRC）*,在垂直冗余校验VRC的基础上，在一批字符传输之后，另加一个称为“方块校验字符”的校验位字符。奇偶校验位（VRC）字符110011000字符210000101字符310100100字符410010001字符510100001字符610000011方块校验字符（LRC）11110101上例是奇校验。采用这种方法，若二进制传输错，不仅从横行中VRC反映出来，也可以从纵行中（LRC）得到反映。有较强的校错能力，不仅能发现一位、二位或三位错，且可以自动纠正，使误码率降低2-4个数量级。,2020/5/12,51,15计算机网络体系结构,151网络体系结构及计算机网络协议计算机网络体系结构：计算机网络的层次、网络拓扑结构、各层次的功能划分以及每层协议与接口的总称。网络协议：为完全不同的系统提供共同的用于通信的环境。LAN协议使得网络通信电缆上传递的简单的电子信号变得有意义。没有协议，网络通信是不可能存在的。为了让两个工作站能够充分地进行通信，他们必须使用相同的协议，就像两个人如果使用相同的语言，才能够更好地进行交流。,2020/5/12,52,计算机网络体系结构是指网络的基本设计思想及方案，各个组成部分的功能定义。而层次结构是描述体系的基本方法，其特点是每一层多建立在前一层基础上，低层为高层提供服务。层次结构的优点：1、抽象化。每一个层次的内部结构对上下层均是不可见的。2、便于系统化和标准化。3、层次接口清晰、减少层次间传递的信息量，便于层次模块的划分和开发。4、与实现无关，允许用等效的功能模块灵活地替代某层模块而不影响相邻层次的模块。,2020/5/12,53,计算机网络体系结构与协议,计算机网络也是由硬件和软件组成的硬件:传输介质、计算机或网络设备、以及介质和计算机之间相连的接口等。软件：控制信息传送的协议以及其他相应的网络软件。现在网络软件是高度结构化的，网络软件的构造技术是问题的关键，它包括了网络体系结构以及各个相关的协议。若干重要概念1、协议：实现计算机网络资源共享、信息交换，各实体之间经常要进行各种通信和对话。把国际互连网络叫做信息高速公路，要想在上面实现共享资源、交换信息，必须遵循一些事先制定好的规则标准，这就是协议。否则为所欲为、各行其是，其结果肯定是乱作一团。协议就是计算机网络中实体之间有关通信规则约定的集合。,2020/5/12,54,计算机网络体系结构与协议,协议有三个要素，即：语义（Semantics）：“讲什么”；控制信息的内容，需要做出的动作及响应；语法（Syntax）：“怎么讲”；数据与控制信息的格式、数据编码等；时序(Timing)：“序速控”；事件先后顺序和速度匹配。以两个人打电话为例来说明协议的概念：甲要打电话给乙，首先甲拨通乙的电话号码，对方电话振铃，乙拿起电话，然后甲乙开始通话，通话完毕后，双方挂断电话。在这个过程中，甲乙双方都遵守了打电话的协议。其中，电话号码就是“语法”的一个例子，一般电话号码由五到八位阿拉伯数字组成，如果是长途要加拨区号，国际长途还有国家代码等等；甲拨通乙的电话后，乙的电话振铃，振铃是一个信号，表示有电话打进，乙选择接电话，讲话；这一系列的动作包括了控制信号、响应动作、讲话内容等等，就是“语义”的例子,2020/5/12,55,计算机网络体系结构与协议,“时序”的概念更好理解，因为甲拨了电话，乙的电话才会响，乙听到铃声后才会考虑要不要接，这一系列事件的因果关系十分明确，不可能没有人拨乙的电话而乙的电话会响，也不可能在电话铃没响的情况下，乙拿起电话却从话筒里传出甲的声音。2、分层计算机网络是一个非常复杂的系统。计算机、通信、材料、家电、应用不同，实现互连、互操作-开放性。互连：不同计算机之间，通过通信子网连接起来，进行数据通信；互操作：不同计算机用户，能通过通信子网上计算机，使用相同的命令。计算机网络体系结构，就是为不同计算机之间的互连、互操作提供相应的规范和标准的。为了降低设计复杂性、便于维护、提高运行效率，网络设计一般都采用层次结构。,2020/5/12,56,层次结构的通信原理,用此图的例子来说明层次结构的通信原理。这两位经理都比较官僚，总之他们之间不能直接通话。他们每个人都有一位高级助理，负责起草公函、与贸易伙伴沟通的事务性工作。由于公司较大，业务繁忙，高级助理又有一些秘书负责打字、传真、接听电话等一般性工作。这样，公司就形成了三个层次的机构。甲方经理对乙方的供货不满意，希望对乙方经理表达退货的意思，于是他让自己的高级助理起草一份文件,发送出去。这位助理先生领会了经理的意思后，按照业界的惯例写了一份正式公函，并加上了一些冠冕堂皇的理由，然后把它交给秘书发送出去。秘书拿到公函，按照公司通信录查到乙公司的传真号码，整理好后发给了乙公司。乙公司的秘书接到传真后将有用的公函部分呈交给高级助理，而高级助理经过分析后，将关键内容汇报给了经理。乙公司经理对公文格式、表面理由都不感兴趣，当然他更不会关心最初收到的信息是传真、电子邮件还是邮寄信函，他所关心的只是甲公司经理的意见。,2020/5/12,57,层次结构的通信原理,这里，甲乙公司都可以看作是网络结点，而经理、助手和秘书是一个个的通信实体。处于不同结点的相同层次的实体叫做对等实体。而协议实际上是对等实体之间的通信规则的约定。比如两个公司的秘书之间就有收发传真、和普通信函的协议，高级助理之间都遵照标准公函的协议，经理之间当然也有协议，不过那就是商人们的事情了。通信系统采用了层次化的结构，有许多优点：各层之间相互独立，高层不必关心低层的实现细节，可以真正做到各司其职。利于实现和维护，某个层次实现细节的变化不会对其他层次产生影响。易于标准化。,2020/5/12,58,计算机网络体系结构与协议（分层原则）,2020/5/12,59,系统、子系统、N层与实体,系统：网络中有自治能力的计算机或交换设备，从拓扑学的角度，我们往往也把它叫做网络结点或简称结点。图中每一个垂直列表示一个开放系统。子系统：对每一个开放系统均可以有N个划分，每一划分称为一个子系统。显然，每一个子系统与其上、下子系统进行交互作用，它们是通过子系统间的边界进行的。N层：指N个划分中，除去顶层和底层的任一层，通常称N层；与N层相连的上、下层次称为（N+1）层、（N-1）层。这种概念也适应于协议、服务、功能等。,2020/5/12,60,计算机网络体系结构系统、子系统、N层与实体,对等层：在所有的开放系统中，位于同一水平（同层）上的子系统，构成了对等层。对等层中的实体间能够发送和接收信息。实体：开放系统中，能够发送和接收信息的软件（如进程）和硬件（如智能I/O芯片），称为实体。每层由多个实体组成。实体是系统中的活动元素。一个子系统可以包含一个或多个实体。位于不同系统中的同一层次的实体叫做对等实体。,2020/5/12,61,协议栈（ProtocolStack）,协议是关于同一层次的对等实体之间的概念，而协议栈是指特定系统中所有层次的协议的列表。网络体系结构（NetworkArchitecture）网络体系结构（NetworkArchitecture）是指层次结构与协议的集合。前面，我们已经介绍了协议和层次的概念，网络体系结构就是把他们组织在一起的有机的整体。由于有了网络体系结构的规范，网络开发人员就可以根据协议设计每一层的软件程序或是硬件设备。需要指出的是网络体系结构并不包括实现细节和接口规范，这些都是各个计算机系统设计者需要解决的问题。,2020/5/12,62,接口、服务、访问点*,接口：相邻两层之间的边界，N层通过接口为（N+1）层提供服务；换句话说，上层通过接口使用低层提供的服务（调用）；上层叫作服务的使用者，低层叫作服务的提供者。访问点：服务的使用者和提供者通过服务访问点直接联系。所谓服务访问点SAP（ServiceAccessPoint)是指相邻两层实体之间通过接口调用服务或提供服务的联系点。服务：N实体向N+1实体提供的N层服务是由下述三部分组成：（1）N实体自身提供的某些功能；（2）由（N-1）层及其以下各层及本地系统环境提供的服务；（3）与另一开放系统中的对等（N）实体的通信而提供的服务。服务是同一开放系统中相邻层之间的操作；协议是不同开放系统的对等实体间虚拟通信所必须遵守的规定。,2020/5/12,63,服务原语,服务并不抽象，它由一系列的服务原语来描述。所谓原语，就是不可再细分的意思。在接口的服务访问点上，服务使用者看到的只是几个简单的原语。关于原语是如何实现的，完全是服务提供者自己层次内部的事情，在接口上完全不必考虑。常用原语有：请求（Request）：表示某实体希望开始调用服务做事；指示（Indication）：表示某实体被通知有事件发生；响应（Response）：表示某实体对事件做出响应；确认（Confirm）：表示对发回响应的确认。以打电话为例说明服务原语：甲和乙位于高层，是服务的使用者；电话机位于低层，是服务的提供者，为打电话的人提供上述四个服务原语。首先，甲在自己的电话机上拨乙的电话号码，发出“请求”；乙的电话机响铃，“指示”给乙有电话打进来；乙拿起电话，作为“响应”；甲的电话由振铃音变为通话音，甲就收到了可以通话的“确认”,2020/5/12,64,数据单元,在OSI/RM中规定了下属数据单元：服务数据单元（SDU）：相邻层实体间传送的数据单元；并将N+1层与N层传送信息的服务数据单元记为（N）SDU。协议数据单元（PDU）：对等实体之间传送的数据单元；并将N层的协议数据单元记为（N）PDU。（N）PDU由两部分组成：N用户数据单元（N）UD和N协议控制信息（N）PCI；如果某层协议控制单元只用于控制，则协议数据单元中的用户数据可省略。接口数据单元（IDU）：相邻实体间通过层间服务访问点一次交互信息的数据单元，称为接口数据单元；并将之记为（N）IDU。（N）IDU由两部分组成：N与N+1层间的交互数据，称为接口数据，记为（N）ID；另一部分是为了控制N与N+1层间的交互操作而附加的控制信息，记为（N）ICI。,2020/5/12,65,对等实体间的数据交换方式,面向连接的服务面向连接的服务就象打电话，有一个明显的拨通电话、讲话、再挂断电话的过程，面向连接服务的提供者也要作建立连接、维护连接和拆除连接的工作，这种服务的最大好处就是可靠性高，而且保证数据顺序传输。无连接的服务无连接的服务就像发电报，电报发出后你并不能马上确认对方已经收到，无连接的服务不需要维持连接的额外开销，但是可靠性较低，也不保证数据的传输顺序。,2020/5/12,66,152国际标准化组织的OSI/RM简介,由于计算机网络体系结构的实现方法不尽相同，为了把网络互连起来，达到信息相互交换、资源共享、分布应用的目的，国际标准化组织ISO(InternationalStandandsOrganization)提出了开放系统互连参考模型OSI(OpenSystemsInterconnection)，后来便出现了ISO/OSI参考模型。ISO/OSI参考模型定义了网络通讯的七个功能层，即物理层、数据链路层、网络层、传输层、会话层、表示层、应用层。并规定了每层的功能以及不同层的协调方法。,2020/5/12,67,OSI参考模型示意图,2020/5/12,68,OSI/RM简介,1、物理层：通过物理链路来传送比特信息。物理层协议的设计问题主要是建立、维护和释放物理链路所需的机械的、电气的/光学的、功能的和规程的特性。通常一个网络内可以有好几种不同的物理层类型，甚至一个节点也可能有多种不同的物理层类型，这是因为不同的技术要求各自的物理层。2、数据链路层：（也称为链路层）通过物理链路来传输成块的信息。它主要负责处理的任务：数据出错校验、协调共享媒体的使用以及编址（当多个系统都可以访问时，如在某个LAN中）。另外，不同的链路通常也由不同的数据链路层实现；而且，同一个节点可以支持几种不同的数据链路层协议，节点所连的每一类链路都有自己的协议。,2020/5/12,69,OSI/RM简介,数据链路层的主要功能是在物理层提供的比特服务基础上，在相邻结点之间提供简单的通信链路，传输以帧为单位的数据，同时它还负责数据链路的流量控制、差错控制。数据链路层将物理层提供的比特流组成帧，即将发送方若干比特的数据组成一组，加上“开始”、“结束”标志和检错代码等，形成有固定格式的数据帧。需要指出的是，数据帧仅仅对数据链路层的通信实体有意义，只有该层的实体才知道哪些是帧的控制信息，哪些是高层的有效数据。数据帧最终要通过物理层，再经过传输介质才能发送和接收。对物理层来说，它看到的只有“0”信号和“1”信号，而没有任何特殊的意义。流量控制也是数据链路层的重要功能。,2020/5/12,70,3、网络层：使得网络中的任何一对系统间都可以相互通信。一个全互连的网络是指其中的每一个节点都和其他节点直接相连，但是这种拓扑结构不可能用于有很多节点的情况。比较典型的情况是，网络层必须找到一条通过一系列相连节点的路径，且路径上的每一个节点必须向适当的方向转发数据包。网络层处理的主要任务是：路由计算、数据包的分段和重组（当网络中的不同链路有不同的最大包大小限制时）和拥塞控制。4、运输层：在两个系统之间建立一条可靠的通信链路。它主要处理一些由网络层引起的错误，比如包丢失和重复包等错误，以及对包进行重新排序、分段和重装(这样可以避免网络层进行低效的分段和重装)。另外，这也有助于运输层在网络发生拥塞时可以相应降低发送数据的速率。,2020/5/12,71,5、会话层：ISO认为会话层对于因特网体系来说并没有太大作用。ISO会话层提供的服务超出了运输层提供的简单全双工可靠通信流，比如对话控制（实现系统间的特殊通信模式）和链接（捆绑一组数据包，使得它们要么都发送，要么都不发送)。不管这一层是什么，它都跟下层的网络设备如网桥以及路由器等无关。6、表示层：这一层的设计目的是为了对数据的表示取得一致，这样人们就可以定义自己的数据结构，而不必担心比特/字节顺序或者浮点数该如何表示之类的问题了。7、应用层：为用户应用进程访问OSI提供接口,并负责信息的语义表示。这些应用包括文件传输、虚拟终端及Web浏览等。在一个节点上通常有多个应用程序同时运行。,2020/5/12,72,1.5.3OSI参考模型中的数据传输,2020/5/12,73,OSI参考模型中的数据传输,上图所示的是OSI参考模型中数据的传输方式。所谓数据单元是指各层传输数据的最小单位。在上图中最左边一列交换数据单元名称，是指各个层次对等实体之间交换的数据单元的名称。PDU-协议数据单元，就是对等实体之间通过协议传送的数据。APDU-应用层的协议数据单元。PPDU-表示层的用户数据单元。直到网络层的协议数据单元，通常我们叫它数据分组或数据包（Packet），数据链路层是数据帧（Frame），物理层是比特。图中自上而下的实线表示的是数据的实际传送过程。,2020/5/12,74,OSI参考模型中的数据传输,发送进程需要发送某些数据到达目标系统的接收进程，数据首先要经过本系统的应用层，应用层在用户数据前面加上自己的标识信息（H7），叫做头信息。H7加上用户数据一起传送到表示层，作为表示层的数据部分，表示层并不知道哪些是原始用户数据、那些是H7，而是把它们当作一个整体对待。同样，表示层也在数据部分前面加上自己的头信息H6，传送到会话层，并作为会话层的数据部分。这个过程一直进行到数据链路层，数据链路层除了增加头信息H2以外，还要增加一个尾T2，然后整个作为数据部分传送到物理层。物理层不再增加头/尾信息，而是直接将二进制数据通过物理介质发送到目的结点的物理层。目的结点的物理层收到该数据后，逐层上传到接收进程，其中数据链路层负责去掉H2和T2，网络层负责去掉H3，一直到应用层去掉H7，把最原始用户数据传递给了接收进程。,2020/5/12,75,OSI参考模型中的数据传输,这个在发送结点自上而下逐层增加头（尾）信息，而在目的结点又自下而上逐层去掉头（尾）信息的过程叫做封装（encapsulation），封装是在网络中很常用的手段。协议数据单元主要用于描述同一层次中的对等实体之间的虚连接，如上图中的横向带箭头虚线所示。纵向传输的数据用接口数据单元（IDU）表示。接口数据单元指相邻层次之间通过接口传递的数据，它分为两部分，即接口控制信息和服务数据单元，其中接口控制信息只在接口局部有效，不会随数据一起传递下去，而服务数据单元，是真正提供服务的有效数据，它的内容基本上与协议数据单元一致。,2020/5/12,76,153TCP/IP协议简介,TCP是为同一个网络上的计算机之间进行点到点通信而设计的；而IP是为连接在不同网络或者WAN上的计算机之间能够相互通信而设计的。自从在20世纪70年代早期被引入之后，TCP/IP协议已经被广泛使用在全世界的网络上。在PC、UNIX工作站、小型机、Macintosh计算机、大型机以及用于连接客户机和主机的网络设备上都可以使用TCP/IP。通过TCP/IP，成千上万个公共网络和商业网络连接到了Internet上，使得大量用户可以对之进行访问。,2020/5/12,77,TCP/IP参考模型,TCP/IP参考模型给出了一种灵活的、可靠的、能够对异种网络实现无缝连接的体系结构。如图所示，TCP/IP模型包含了一族网络协议，TCP和IP是其中最重要的两个协议。TCP/IP参考模型中的各个协议在RFC文档中都有详细的定义。RFC的全称是InternetRequestForComments，主要是关于国际互联网协议标准以及建议草案等的介绍，它由两千多个较为独立的文档组成，目前数量还在不断增加。这些文档有些是建议，有些是对早期文档的补充，有些已经形成了标准。,2020/5/12,78,TCP/IP参考模型（网络接口层）,网络接口层（Host-to-networkLayer），也有翻译成主机网络层的。在TCP/IP参考模型中并没有详细定义这一层的功能，只是指出通信主机必须采用某种协议连接到网络上，并且能够传输网络数据分组。具体使用那种协议，在本层里并没有规定。互连层（InternetLayer）的主要功能是负责在互连网上传输数据分组。互连层是TCP/IP参考模型中最重要的一层，它是通信的枢纽：从底层来的数据包，要由互连层来选择继续传给其他网络结点或是直接交给传输层；对从传输层来的数据包，要负责按照数据分组的格式填充报头，选择发送路径，并交由相应的线路发送出去。在互连层，主要定义了互连协议（IP）以及数据分组的格式。它的主要功能是路由选择和拥塞控制。另外，本层还定义了地址解析协议ARP和反向地址解析协议RARP以及ICMP协议。互连层与OSI参考模型的网络层相对应。,2020/5/12,79,TCP/IP参考模型（传输层）,传输层（TransportLayer）的主要功能是负责端到端的对等实体之间进行通信。它与OSI参考模型的传输层功能类似，也对高层屏蔽了低层网络的实现细节，同时它真正实现了源主机到目的主机的端到端的通信。TCP/IP参考模型的传输层完全是建立在包交换通信子网基础之上的。TCP/IP的传输层定义了两个协议：传输控制协议（TransportControlProtocol），简称TCP；用户数据报协议（UserDatagramProtocol），简称UDP。,TCP协议是可靠的、面向连接的协议。UDP是一种不可靠的、无连接协议。需要可靠数据传输保证的应用应选用TCP协议；相反，对数据精确度要求不是太高，而对速度、效率要求很高的环境，如声音、视频的传输，应该选用UDP协议。,2020/5/12,80,TCP/IP参考模型（应用层）,应用层（ApplicationLayer）是TCP/IP协议族的最高层。它包含了所有OSI参考模型中会话层、表示层和应用层这些的高层的协议的功能。到目前为止，互连网络上建在应用层的协议有下面几种：电子邮件协议（SMTP），负责互联网中电子邮件的传递。超文本传输协议（HTTP），提供WWW服务。网络终端协议（TELNET），实现远程登录功能，我们常用的电子公告牌系统BBS使用的就是这个协议。文件传输协议（FTP），用于交互式文件传输，下载软件就是使用这个协议。,2020/5/12,81,TCP/IP参考模型（应用层）,网络新闻传输协议（NNTP），为用户提供新闻订阅功能，它是网上特殊的一种功能强大的新闻工具，每个用户既是读者又是作者。DNS，负责机器名字到IP地址的转换SNMP，负责网络管理RIP/OSPF，负责路由信息的交换其中，网络用户经常直接接触的协议是SMTP、HTTP、TELNET、FTP、NNTP；另外，还有许多协议是最终用户不需直接了解但又必不可少的，如DNS、SNMP、RIP/OSPF等。随着计算机网络技术的发展，还不断有新的协议加入。,2020/5/12,82,TCP/IP网络互连的透明性,通过TCP/IP实现的网际互连隐藏了网络的细节（包括底层网络技术、拓扑结构等），提供通用的一致性的网络服务。互联网或Internet在逻辑上是一个统一的、整体的虚拟网络。用户完全可将其看作是一个单一的网络。,2020/5/12,83,154OSI/RM与TCP/IP的比较,TCP/IP各层和OSI的分层模型存在对应关系(见图)。随着TCP/IP的演变，TCP/IP中的某些部分变得和OSI模型更为类似。例如，TCP/IP的物理层和数据链路层与以太网、令牌环、令牌总线、FDDI以及ATM都可以兼容。在物理层，TCP/IP支持同轴电缆、双绞线和光纤介质。在数据链路层，TCP/IP和IEEE802.2逻辑链路控制标准以及MAC编址兼容。在TCP/IP中，与网络层等价的部分为IP。另外一个兼容的协议层为传输层，TCP和UDP都运行在这一层。OSI模型的高层与TCP/IP的应用层协议是对应的。例如，Telnet运行在会话层。SMTP和FTP运行在表示层和应用层。,2020/5/12,84,OSI/RM与TCP/IP的对照关系,如图所示，OSI参考模型与TCP/IP参考模型都采用了层次结构，但OSI采用的七层模型，而TCP/IP是四层结构。如前所述，TCP/IP中的网络接口层没有真正的定义，只是一些概念性的描述。而OSI参考模型不仅分了两层，而且每一层的功能都很详尽，甚至在数据链路层又分出一个介质访问子层，专门解决局域网的共享介质问题。,2020/5/12,85,OSI/RM与TCP/IP的对照关系,TCP/IP的互连层相当于OSI参考模型网络层中的无连接网络服务。OSI参考模型与TCP/IP参考模型的传输层功能基本类似，都是负责为用户提供真正的端到端的通信服务，也对高层屏蔽了底层网络的实现细节。所不同的是TCP/IP参考模型的传输层是建立在互连层基础之上的，而互连层只提供无连接的服务，所以面向连接的功能完全在TCP协议中实现，当然TCP/IP的传输层还提供无连接的服务，如UDP；相反OSI参考模型的传输层是建立在网络层基础之上的，网络层既提供面向连接的服务，又提供无连接服务，但传输层只提供面向连接的服务。在TCP/IP参考模型种，没有会话层和表示层，事实证明，这两层的功能确实很少用到。因此，OSI中这两个层次的划分显得有些画蛇添足。,2020/5/12,86,OSI/RM与TCP/IP的比较,OSI/RM与TCP/IP它们各自不同的优缺点:OSI参考模型的抽象能力高，适合于描述各种网络，它采取的是自顶向下的设计方式，先定义了参考模型，才逐步去定义各层的协议，由于定义模型的时候对某些情况预计不足，造成了协议和模型脱节的情况；TCP/IP正好相反，它先有了协议之后，人们为了对它进行研究分析，才制定了TCP/IP，当然这个模型与TCP/IP的各个协议吻合地很好，但不适合用于描述其他非TCP/IP网络。OSI参考模型的概念划分清晰，它详细地定义了服务、接口和协议的关系，好处是概念清晰，普遍适应性好，缺点是过于繁杂，实现起来很困难，效率低；TCP/IP在服务、接口和协议的区别上不清楚，功能描述和实现细节混在一起，因此TCP/IP参考模型对采取新技术设计网络的指导意义不大，也就使它作为模型的意义逊色很多。,2020/5/12,87,OSI/RM与TCP/IP的比较,TCP/IP的网络接口层并不是真正的一层，在数据链路层和物理层的划分上基本是空白，而这两个层次的划分是十分必要的；OSI的缺点确实层次过多，事实证明会话层和表示层的划分意义不大，而增加了复杂性。总之，OSI参考模型虽然一直被人们所看好，但由于没有把握好时机，技术不成熟，实现起来很困难，迟迟没有一个成熟的产品推出，大大影响了它的发展；相反，TCP/IP虽然有许多不尽人意的地方，但近30年的实践证明它还是比较成功，特别是近年来国际互连网络的飞速发展，也是它获得了巨大的支持。,2020/5/12,88,思考与练习题1、计算机网络可以从哪几方面分类？2、按网络覆盖的范围，计算机网络可以分为哪几类？它们各自的特点是什么？一般一个校园网属于哪类网络3、什么是计算机网络的拓扑结构？计算机网络有哪些种拓扑结构？4、画出计算机网络的每种拓扑结构图，并说明它们各自的特点是什么？5、选择题（正确的选择可能不止一个）(1)、协议的三要素是_。A.语义B.语法C.层次D.时序关系(2)、相邻层次之间传输的数据单元叫做_。A.PDUB.IDUC.SDUD.SAP,2020/5/12,90,6、_属于内含时钟的编码。A.曼彻斯特编码B.差分曼彻斯特编码C.PCMD.NRZ7、利用模拟信道传输数字信号的方法叫做_。A.基带传输B.调幅C.调频D.频带传输,2020/5/12,91,TCP/IP也是一种分层协议，这一点与OSI协议层次有些类似，但是并不完全相同。TCP/IP大约包含近100个非专有的协议，通过这些协议，可以高效和可靠地实现计算机系统之间的互连。TCP/IP协议簇中的核心协议主要有：传输控制协议(TCP)。用户数据报协议(UDP)。网际协议(IP)。,2020/5/12,92,对主要协议起补充作用的协议有五个，它们是通过TCP/IP提供的五个应用服务：文件传输协议(FTP)。远程登录协议(TELNET)。简单邮件传输协议(SMTP)。域名服务(DNS)。简单网络管理协议(SNMP)和远程网络监测(RMON)。,2020/5/12,93,一、传输控制协议(TCP),TCP可以在网络用户启动的软件应用进程之间建立通信会话。TCP通过控制数据流量可以提供可靠的端到端数据传送。网络结点可以就数据传输的“窗口”大小达成一个协议，该窗口大小规定了将要发送的数据字节数。传输窗口可以根据当前的网络流量进行即时调整。TCP的基本功能和OSI传输层的功能有些类似，具体包括：监测会话请求、和另外一个TCP结点建立会话、传输和接收数据、关闭传输会话等。TCP帧包含头和负载数据两个部分，称为一个TCP段。,2020/5/12,94,TCP帧图,2020/5/12,95,三、网际协议(IP),IP的基本功能是提供数据传输、包编址、包寻径、分段和简单的包错误检测。通过IP编址约定，可以成功地将数据传输和路由到正确的网络或者子网。每个网络结点具有一个32位的IP地址，它和48位的MAC地址一起协作，完