第9-章-数据通信与计算机网络(改)概要.ppt

21:26,1,第9章数据通信与计算机网络,讲授：李芳芳,21:26,2,什么是计算机网络WhatsaComputerNetwork?,计算机网络是计算机技术和数据通信技术紧密结合的产物。通俗地讲,就是将地理位置不同的多个计算机系统通过通信设备和线路连接起来,以功能完善的网络软件(在协议控制下)实现网络中资源共享和数据交换的系统。,21:26,3,计算机网络的发展过程,诞生阶段面向终端,形成阶段强调网络的整体性共享资源,互联互通阶段逐步走向标准化OSI及TCP/IP,高速网络技术阶段综合化、高速化Internet,21:26,4,计算机网络的基本组成,信息：文字、图形、声音等发送设备：计算机等接收设备：计算机等通信设备：通信控制和通信处理传输媒介：各种电缆、光缆、无线电波等通信协议：通信规则,21:26,5,数据通信,P151图6.10,21:26,6,传输媒体(介)与通信设备,21:26,7,计算机网络之分类,近年来，各类网络之间的区别已经变得越来越模糊了,21:26,8,广域网（WAN,WideAreaNetwork）,远程（跨地区、国家)一般通过租用专线接入公共数据通信网以路由器为技术基础采用交换(switching)技术、路由(routing)技术和复用(multiplexing)技术。WAN通信一般称为“服务”（service）收费,21:26,9,近距(如一座建筑物中，常为某个单位所有并独立管理)一般使用专门敷设的线路免费共享本地主机资源(主机/服务器为中心)采用广播(broadcast)技术共享传输媒介传送,局域网（LAN,LocalAreaNetwork）,21:26,10,城域网(MAN,MetropolitanAreaNetworks),传送距离介于LAN和WAN之间(通常是一个城市）与WAN相似处一般不为某个单位所有通信线路和通信设备有偿使用与大型LAN相似处提供地域性资源共享服务的高速网络出口通常连接其他网络（因特网等）,21:26,11,计算机网络之分类(应用环境),城市公用网络,教育网,政府办公网,电子商务网,其他网,21:26,12,计算机网络之拓扑结构,拓扑(Topology)是从图论演变而来的，是一种研究与大小形状无关的点、线、面的特点的方法。在计算机网络中的具体设备，如工作站、服务器等网络单元抽象为“点”，把网络中的电缆等通信介质抽象为“线”。计算机网络的拓扑结构主要有总线型、星型、环型、树型、全互联型和不规则型。网络拓扑结构对整个网络的设计、功能、可靠性、费用等方面有着重要的影响。,21:26,13,特点,结构简单灵活,易于扩展,共享能力强,便于广播式传输,响应快,但重负荷时性能下降,可靠性高,但总线故障影响全局,易于安装,费用低,网络效率和带宽利用率低,分布式控制,节点间经总线通信,计算机网络之拓扑结构,总线状结构,各工作站平等、竞争总线,21:26,14,计算机网络之拓扑结构,环状结构,特点,无主从关系,传递延时固定,简化路由选择,可靠性差,可扩充性差,21:26,15,计算机网络之拓扑结构,星状结构,特点,结构简单,易于布线,易扩充易升级,专用线路成本高,网络基于中心,中心节点是瓶颈,21:26,16,计算机网络之拓扑结构,树状结构,特点,分级结构,易于扩展,可靠性高,电缆成本高,依赖根结点,21:26,17,计算机网络之拓扑结构,网状结构,特点,链路冗余,流量合理延时少,结构复杂,适合大型广域网,线路成本高,21:26,18,计算机网络之功能,资源共享从成本上看软、硬件资源共享(硬盘打印机软件包)数据交换从效率上看即时数据交换（股市行情订票系统）可靠性和安全性从数据安全上看通过网络备份存放提高信息可靠性使用网络访问权限控制提高信息安全性均衡负载与分布式处理,21:26,19,网络软件,网络协议通过协议软件实现网络协议功能网络通信软件通过网络通信软件实现网络工作站之间的通信网络操作系统UNIX,WindowsNT/2000/2003的Server,Linux网络管理及应用软件,21:26,20,网络设备,网卡NIC集线器Hub交换机Switch网桥Bridge路由器Router网关Gateway服务器Server防火墙Firewall。,21:26,21,计算机网络之应用,军事指挥自动化,企业的信息化,远程教育与E-learning,电子商务与电子政务,丰富的娱乐和消遣,办公自动化,现代化的通信方式,信息检索,21:26,22,OSI环境,OSI网络体系结构,OSI参考模型,物理介质,通信子网,主机A,B主机,AP,AP,虚拟通道,中继开放系统,21:26,23,OSI网络体系结构,物理层解决怎样在连接各种计算机的传输媒体上传输数据的比特流的问题；主要采用串行传输方式，某些情况下也可能采用多个比特的并行传输方式；提供为建立、维护和拆除物理链路所需的机械、电气、功能和过程特征。,21:26,24,OSI网络体系结构,数据链路层能有效地将比特流组织成数据链路层的协议数据帧Frame，进行差错控制，链路的建立、维持和释放，为高层提供无错的可靠传输服务。数据链路层分为两个子层：介质访问控制子层MAC与逻辑链路控制子层LLC。,21:26,25,OSI网络体系结构,网络层确定分组从源端到目的端如何选择路由、拥塞控制网络层协议X.25协议。面向连接的分组交换协议，广泛用于共用数据网络。IP协议。Internet中的一种网络协议。,21:26,26,OSI网络体系结构,传输层主要处理一些由网络层引起的错误，如包丢失和包重复，以及对包进行重新排序、分段和重装，避免网络层进行低效的分段和重装。也有助于传输层在网络发生拥塞时可以相应降低发送速率。传输层主要目的提供可靠的端到端的通信向会话层提供独立于网络的传输服务,21:26,27,OSI网络体系结构,会话层主要功能：提供一个面向用户的连接服务，给会话用户之间的对话和活动提供组织和同步所必须的手段，以便对数据的传送提供控制和管理。核心功能单元：会话连接、正常数据传送、有序释放、用户放弃和提供者放弃5种服务。,21:26,28,OSI网络体系结构,表示层用于处理所有与数据表示及传输有关的问题，如转换、加密和压缩等。主要功能语法转换、数据表示和编码(压缩和加密)。语法协商：根据应用层的要求协商选用合适的上下文，即确定传送语法并传送。连接管理：用会话层服务建立表示连接，并管理相应的数据传输和同步控制，正常或异常的终止该连接。,21:26,29,OSI网络体系结构,应用层是七层协议的最高层，由若干个特定应用服务元素(SASE)和一个或多个公用应用服务元素(CASE)组成，为用户的应用进程访问OSI环境提供服务。例如文件传输程序(FTP)与电子邮件(E-mail)服务、WWW服务等。常见的协议有HTTP、FTP、TELNET、DNS、SMTP、SNMP等。,21:26,30,TCP/IP网络体系结构,TCI/IP参考模型,以太网令牌环网FDDIX.25,IPARPRARPICMPIGMP,TCPUDP,互联网络层,网络结口层,应用层,OSI,TCP/IP,FTPTelnetSMTPHTTPDNS,协议,物理网络,对应的协议与物理网络,传输层,21:26,31,TCP/IP网络体系结构,TCP/IP协议族TCP/IP实际上是一组协议，它包括上百个各种功能的协议，如：远程登录、文件传输和电子邮件等，而TCP协议和IP协议是保证数据完整传输的两个基本的重要协议。通常说TCP/IP是Internet协议族，而不单单是TCP和IP。,21:26,32,面向连接的服务与面向无连接的服务,面向连接的服务指在真正进行数据交换之前，首先要建立一条到达目的地址的链路，并且在数据发送完成后，释放该链路。特点：可靠、复杂，需要大量功能开销。面向无连接的服务属于不可靠协议。它在数据传输之前没有建立链路和分配带宽资源，而是在实际的数据传输时动态地分配。特点：简单、高效。,21:26,33,TCP/IP网络体系结构,网络接口层包括用于物理连接、传输的所有功能，负责从主机或节点接收IP分组，并发送到指定的物理网络上。物理网络可以是各种类型的局域网，如以太网、令牌环网、令牌总线等，也可以是X.25、帧中继、电话网、DDN(数字数据网)、等公用数据网络。,21:26,34,TCP/IP网络体系结构,互联网络层(IP层)是整个TCP/IP体系结构的关键部分，它的功能是使主机可以把分组发往任何网络，并使分组独立地传向目的地。这些分组到达的顺序和发送的顺序可能不同，高层须要重新排序分组。IP层必须支持路由和路由管理功能。路由协议有：内部网关协议(IGP)、外部网关协议(EGP)。许多路由协议能够在多路由协议地址结构中发现、计算路由。,21:26,35,TCP/IP网络体系结构,传输层TCP/IP的传输层大致对应于OSI参考模型的会话层和传输层。支持的功能包括：应用数据进行分段执行数学检查来保证所接收数据的完整性为多个应用同时传输数据多路复用数据流(传输和接收),21:26,36,TCP/IP网络体系结构,传输层确保源端和目的端主机上的对等实体可以进行会话。对乱接收到的数据进行重新排序。传输控制协议(TCP)：可靠的、面相连接的协议，允许从一台计算机发出的字节流无差错地发往互联网上的其他计算机，接收端的TCP进程把接收到的报文在组装成输出流。TCP还要处理流量控制，以避免快速发送方向低速接收方发送过多报文而使接收方无法处理。,21:26,37,TCP通过三次握手/建立连接序号来达到同步,A,B,发送SYN消息(SEQ=x),发送SYN消息(SEQ=y,ACK=x+1),接收SYN消息(SEQ=y,ACK=x+1),发送确认(ACK=y+1),接收确认(ACK=y+1),正常连接情形,接收SYN消息(SEQ=x),21:26,38,TCP/IP网络体系结构,传输层用户数据报协议(UDP)：不可靠的无连接协议，用于不需要TCP的排序和流量控制能力而自己完成这些功能的应用程序。广泛应用于只有一次的客户机/服务器模式的请求-应答查询，以及快速递交比准确递交更重要的应用程序，如传输语音或影像。,21:26,39,TCP/IP网络体系结构,应用层主要讨论各种应用进程通过什么样的应用协议来使用网络所提供的服务。应用层协议通常由客户机端和服务机端两部分构成。,图：应用层的客户机/服务器结构,21:26,40,TCP/IP网络体系结构,应用层TCI/IP模型中的应用层协议提供远程访问和资源共享。它包含了所有的高层协议，常用的包括：文件传输协议(FTP)远程登录协议(Telnet)简单邮件传输协议(SMTP)简单网络管理协议(SNMP)超文本传输协议(HTTP)域名系统(DNS)等,21:26,41,IP地址,什么是IP地址(InternetProtocolAddress)即互联网地址或Internet地址。是用来唯一标识互联网上计算机的逻辑地址。IP地址的特性：IP地址必须唯一每台连网计算机用IP地址来互相区分、相互联系网络设备根据IP地址帮你找到目的端由统一的组织负责分配，任何个人都不能随便使用。,21:26,42,IP地址的表示方法IP地址的含义,电话号码高位低位8659188071500国家城市市内电话局局内电话机,IP地址高位低位36网络地址主机地址（netid）（hostid）区分不同的网络在同一网络中区分不同的主机,21:26,43,IP地址的表示方法,采用点分十进制记法则进一步提高可读性,1,12811331,将每8bit的二进制数转换为十进制数,21:26,44,0,网络号,主机号,10,网络号,主机号,A,B,C,D,to55,to55,to55,to55,32bits,IP地址的表示方法,110,网络号,主机号,21:26,45,局域网,局域网是什么？局域网LAN(LocalAreaNetworks)将有限地理范围的计算机、外设和其他相关设备连接在一起，达到数据通信和资源共享的目的。局域网主要的技术特征网络的拓扑结构、物理传输介质、介质访问控制方法IEEE802标准常见的局域网以太网、令牌网、FDDI、AppleTalk,21:26,46,Internet概述,Internet是一个以TCP/IP网络协议连接各个国家、地区、机构的计算机网络的数据通信网，它将数万个计算机网络、数千万台主机互连在一起，覆盖全球。从信息资源的角度看，是一个集各个部门、各个领域的信息资源为一体的，供网络用户共享的信息资源网。,21:26,47,Internet概述,从网络技术的角度，是一个用TCP/IP协议把各个国家、部门、机构的内部网络连接起来的超级数据通信网。从提供信息资源的角度来看，是一个集各个部门、领域内各种信息资源为一体的超级资源网。从网络管理的角度来看，是一个不受政府或某个组织管理和控制的网络。,21:26,48,Internet基本构件,通信线路通信线路将Internet中的路由器、计算机等连接起来，是Internet的基础设施，如光缆、铜缆、卫星、无线等。路由器是Internet中最为重要的设备，它实现了Internet中各种异构网络间的互连，并提供最佳路径选择、负载平衡和拥塞控制等功能。,21:26,49,Internet基本构件,终端设备接入Internet的终端设备可以是普通的PC或笔记本电脑，也可以是巨型机等其他设备，是Internet不可缺少的设备。计算机网络指通过Internet互连起来的分布在各地的各个计算机网络，这些网络可以是采用不同的局域网或广域网技术实现的异构网络。它们在Internet上借助统一的IP协议互连在一起，实现了资源共享。,21:26,50,Internet的“网际网”结构,Internet基本构件,21:26,51,Internet的形成与发展,1969年，美国国防部指派其高级研究计划局(AdvanceResearchProjectsAgency，简称ARPA)研究并设计一个能在战争期间使用的健壮的通信网络。这就是Internet的起源。1980年，ARPA转向采用新的TCP/IP协议。根据实际需要1983年ARPANET又被分离成一个供军方专用的MILNET，另一个是服务于研究活动的民用ARNNET。这便是Internet的前身。,21:26,52,Internet的形成与发展,1985年，美国国家科学基金会(NFS)筹建了6个超级计算中心及国家教育科研网，1986年形成了用于支持科研和教育的全国性规模的计算机网络NFSnet，并面向全社会开放，实现超级计算机中心的资源共享。随着Internet面向全社会的开放，在20世纪90年代初，商业机构开始进入Internet。Internet的商业化标志着Internet的第二次快速发展。,21:26,53,Internet在我国的发展,第一阶段：起步阶段1986年1994年主要以拨号上网为主，主要使用电子邮件服务，这个阶段是以中科院高能所钱天白教授为代表。第二阶段：发展阶段1994年1995年中国教育和科研计算机网（CERNET）开始启动。“中国科技网（CSTNet）”。第三阶段：商业化发展阶段1995年至今中国公用计算机互联网(CHINANET)全国骨干网中国金桥信息网(CHINAGBN)中国公众多媒体通信网(169网),21:26,54,Internet的主要特点,Internet采用TCP/IP协议来实现互连的开放网络。Internet是一个庞大的网际互联网，由各种异构网络互连而成。Internet包括各种局域网技术和广域网技术，是一种非集中管理的松散型网络。Internet的应用是广泛的，在Internet上可以通信，可以传输文字还可以传输声音。交互性是Internet的重要技术，是游戏网站、电子商务网站和企业内部网的核心技术和关键技术。,21:26,55,Internet的接入,终端接入方式通过ISP(InternetServiceProvider)接入ISP就是Internet服务提供者，是用户接入Internet的服务代理和用户访问Internet的入口点。通过局域网接入。,21:26,56,常见的Internet接入技术,公用电话交换网PSTN(PublishedSwitchedTelephoneNetwork)技术是利用PSTN通过调制解调器拨号实现用户接入的方式。综合业务数字网ISDN(IntegratedServiceDigitalNetwork)接入技术俗称“一线通”，它采用数字传输和数字交换技术，将电话、传真、数据、图像等多种业务综合在统一的数字网络中进行传输和处理。用户利用一条ISDN用户线路，同时拨打电话、收发传真。,21:26,57,常见的Internet接入技术,数字用户线路DSL(DigitalSubscriberLine)xDSL是DSL的统称，是以铜电话线为传输介质的点对点传输技术。xDSL是以铜质电话线为传输介质的传输技术的组合。DDN专线(DigitalDataNetwork数字数据网)是采用数字传输信道传输数据信号的通信网，利用光纤、数字微波或卫星等数字信道，提供永久或半永久性电路，以传输数据信号为主的信号网络。,21:26,58,WWW,WWW(WorldWideWeb也简称为Web)是一个世界范围内的电子文档的集合，Web上的每一份文档称为一个网页。WWW的思想可追溯到瑞士日内瓦欧洲粒子物理实验室的提姆伯纳斯李(TimBerners-Lee)于1989年3月写的一个关于信息管理的项目建议书。该建议书提出了分布式超文本(hypertext)系统的设想。,21:26,59,客户/服务器模式,客户/服务器模式(Client/Server,C/S)是目前分布式网络普遍采用的一种技术，也是Internet所采用的最重要的技术之一。在C/S模式中，网络资源的共享通过运行在不同的计算机上两个独立的程序完成。术语“客户机”和“服务器”一般指请求服务和提供服务的程序。,21:26,60,客户服务器系统是网络化信息应用系统的一个重大进步。其主要优点是：把一个应用系统分成两部分，以简化程序设计过程，使客户程序与服务程序之间的通信过程标准化。把客户程序和服务程序放在不同的主机上运行可以实现数据的分散化存储和集中化使用。以降低应用系统对硬件的技术要求。由于客户程序可以与多个服务程序进行链式连接，用户可以根据自己的需要灵活地访问多台主机。,客户/服务器模式,21:26,61,浏览器/服务器模