1 计算机网络基础.ppt

1、计算机网络技术及应用,主 讲： E_mail：,计算机成就未来 网络通晓天下事,成绩评定 平时成绩：作业、考勤、参与、提问 期末成绩：笔试 课时安排：理论 32学时,比例： 平时成绩 40 % 期末考试 60 %,2,计算机网络课程学习的特点,计算机网络是计算机技术与通信技术相互渗透密切结合而形成的一门交叉学科； 网络经过近30年的发展已经形成了自身较为完备的体系（三网，DX HL DS）； 网络技术发展迅速，应用广泛，知识更新快（ARPANET）； 网络教学要有自身完备的教学体系，又能够反映网络技术最新发展；,3,学习要求,理解网络基本工作原理； 认识处理网络问题的基本方法； 掌握网络应用的

2、技术基础； 了解网络最新发展动向； 达到具备“快速跟踪网络技术发展的知识基础与能力”的目的；,4,第一章 计算机网络基础,第一章 计算机网络基础,一.计算机网络的形成与发展,二.计算机网络的定义与分类,四.网络协议与网络体系结构,三.计算机网络的结构与功能,6,计算机网络的形成与发展,从20世纪60年代开始发展至今，计算机网络的发展经历了以下4个阶段： 远程联机系统 多机通信系统 体系结构标准化网络 新一代网络,7,1远程联机系统 （面向终端的简单连接）,计算机网络的形成与发展,收发器,电话线,电传打字机,线路控制器,Modem,Modem,收发器,电话线,电传打字机,线路控制器,Modem,

3、Modem,计算机通过线路控制器与远程终端连接,8,计算机网络的形成与发展,缺点：主机负荷较重；通信线路的利用率低；网络结构属集中控制方式，可靠性低 。在这一类网络中，为了提高通信线路的利用率并减轻主机负担，已经使用了多点通信线路，集中器以及前端处理机 ,如上图。,典型应用：20世纪60年代中期美国航空公司的订票系统,9,2多机通信系统(计算机计算机网络 ),计算机网络的形成与发展,连接形式有两种： 第一种：通过通信线路将主机直接连接起来，主机既承担数据处理又承担通信工作。,20世纪60s 20世纪70s 特征： 单主机终端网络的互联，形成多主机为中心的网络 网络结构从“主机终端” 转变为“主

4、机主机”,10,计算机网络的形成与发展,11,计算机网络的形成与发展,第二种形式是把通信任务从主机分离出来，设置通信控制处理机（CCP），主机间的通信通过通信控制处理机（CCP）的中继功能间接进行。,12,典型代表： 因特网的前身ARPANET（世界上第一个实现了以资源共享为目的的计算机网络，是现代计算机网络诞生的标志） 美国军方建立的实验性网络 最初4个节点70s的60多个节点 地域跨越美洲、欧洲 具有现代网络的许多特征，例如 分组交换 分层次的网络协议,计算机网络的形成与发展,13,第二代计算机网络的不足之处 网络普及程度低 标准不统一 网络体系结构的研究不成熟,计算机网络的形成与发展,1

5、4,3体系结构标准化网络 (网络间互连),TCP/IP, X.25,计算机网络的形成与发展,15,20世纪70s-至今 不同网络设备之间的兼容性和互操作性是推动网络体系结构的标准化的原动力 各厂商、研究机构、大学在网络技术、方法、理论等方面的研究日趋成熟是其基础,计算机网络的形成与发展,16,标准化过程的两个阶段 厂商标准：IBM-SNA,DEC-DNA 缺点：适用范围：兼容性？ 技术垄断：竞争？ 标准不统一：用户利益？ 标准制定问题 标准化任务只能由不偏向于任何厂商的非盈利中立组织来制定 例“事实上的标准”，如TCP/IP 开放式系统互连参考模型OSI-1977年,计算机网络的形成与发展,1

6、7,标准化网络阶段,计算机网络的形成与发展,4新一代网络,进入20世纪90年代以来，微电子技术、大规模集成电路技术、光通信技术和计算机技术不断发展，为网络技术的发展提供了有力的支持；而网络应用正迅速朝着高速化、实时化、智能化、集成化和多媒体化的方向不断深入，新型应用向计算机网络提出了挑战，新一代网络的出现已成必然。,计算机网络的形成与发展,19,计算机网络的形成与发展,计算机网络的定义与分类,计算机网络是计算机技术与通信技术发展的产物。 计算机网络是利用通信线路将地理位置分散的、具有独立功能的许多计算机系统或设备连接起来，按照某种协议进行数据通信，以实现信息的传输和共享的。 协议是一系列规则和

7、约定的集合，它定义了设备间通信的标准。,1定义,21,按网络覆盖的地理范围划分 局域网(LAN,Local Area Network) 主要特征 范围：小，20KM 传输技术：基带，10-1000Mbps，延迟低，出错率低（10-11） 拓扑结构：总线，环,2分类,计算机网络的定义与分类,22,城域网(MAN,Metropolitan Area Network) 范围：中等，100KM 传输技术：宽带/基带 拓扑结构：总线 广域网(WAN,Wide Area Network) 范围：大，100KM 传输技术：宽带，延迟大，出错率高 拓扑结构：不规则，点到点,计算机网络的定义与分类,23,什么是

8、计算机网络？ 电话，电子计算机，计算机网络的诞生时间？ 网络体系的三网是什么？ 计算机网络的发展历史经历了哪几个阶段？ 计算机网络的分类？,课前复习,24,计算机网络的结构与功能,1拓扑结构,在计算机网络中抛开网络中的具体设备，把工作站、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”，这样计算机网络系统就形成了点和线组成的几何图形，从而抽象出了网络系统具体结构。这种抽象出来的网络结构就称为计算机网络的拓扑结构。 计算机网络系统的拓扑结构主要有总线型、星型、环型、树型、网状型，有时是以上几种的混合结构。,25,总线型,计算机网络的结构与功能,26,星型,Ch01 计算机网络基

9、础,27,计算机网络的结构与功能,27,环型网络拓扑,计算机网络的结构与功能,28,树型网络拓扑,Ch01 计算机网络基础,29,计算机网络的结构与功能,29,网状拓扑结构,Ch01 计算机网络基础,30,计算机网络的结构与功能,30,2网络功能,数据通信-基本功能 资源共享-主要目的 增加可靠性与可用性 负载均衡与分布式处理 集中式管理 综合信息服务,计算机网络的结构与功能,31,网络协议与网络体系结构,1网络协议,定义-为了保证网络中的各方能够正确、协调地进行通信，在数据交换和传输中必须遵守事先规定的准则，这些准则必须规定数据传输的格式、顺序及控制信息的内容，这个准则称为网络协议。,32,

10、协议由以下3要素组成： 语法：定义用户数据与控制信息的数据结构或格式，即通信双方如何操作，确定数据格式、编码及电平信号等。 语义：协调通信完成何种动作或操作而规定的控制信息，即规定通信双方要发出的控制信息、执行的动作和返回的应答等。 时序：事件发生的时序关系，即规定事件顺序和速率的匹配等。,网络协议与网络体系结构,33,常见的网络协议简介 （1）NetBEUI协议 NetBEUI（NetBIOS Enhanced User Interface），即“NetBIOS扩展用户接口”，其中NetBIOS是指“网络基本输入输出系统”。 NetBEUI协议是IBM于1985年提出的主要用于20200台计

11、算机的小型局域网中的非路由协议，用于携带NetBIOS通信。由于NetBEUI协议是非路由协议，所以缺乏路由和网络层寻址功能，所以适用于只有单个网络或整个网络环境都桥接起来的小工作环境。,网络协议与网络体系结构,34,（2）TCP/IP协议 TCP/IP（Transfer Control Protocol / Internet Protocol），即“传输控制协议/网际协议”，它规范了网络上的所有通信设备，尤其是一个主机与另一个主机之间的数据传输格式以及传送方式。TCP/IP协议是因特网的基础协议。 TCP/IP协议是实际上是一组协议，它包括上百个各种功能的协议，如远程登录协议、文件传输协议和

12、电子邮件协议等，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。,网络协议与网络体系结构,35,（3）IPX/SPX协议 IPX/SPX（Internet Packet Exchange/Sequenced Packet Exchange）网际包交换/顺序包交换协议，是Novell公司开发的通信协议集，主要应用于Novell NetWare网络。 IPX/SPX协议具有很强的适应性，安装方便，同时还具有路由功能，可以实现多网段间的数据通信。其中IPX协议负责局域网内或局域网间的数据包的寻址与路由，实现数据包的传输，数据传输过程中不负责纠错，且不保证消息的完整性。SPX协议负责数据

13、包传输的完整性。IPX/SPX协议一般应用于大型网络（如Novell）和局域网的联网游戏环境中（比如反恐精英、星际争霸等）。在Windows操作系统组成的对等网中，不能使用IPX/SPX协议，而是使用“IPX/SPX兼容协议”。,网络协议与网络体系结构,36,网络协议与网络体系结构,2网络体系结构,定义-为了完成网络中计算机之间的通信合作，将计算机互联的功能划分成有明确定义的层次，规定同层次实体通信的协议及相邻层和相邻层之间的接口服务，这些同层实体通信协议及相邻层接口统称为网络体系结构。,37,分层的原则： 将相似的功能集中在同一层内，必要时可将层的功能再分成子块，层数不宜过多，以避免层间接口

14、的开销变大。 当功能差别较大时应分层处理。 各层只对相邻的上下层定义接口。,网络协议与网络体系结构,38,层(layer) 协议(protocol),服务(service或业务) 接口（interface) 原语(primitive ),39,层(layer) 协议(protocol),服务(service或业务) 接口（interface) 原语(primitive ),40,层(layer) 协议(protocol),服务(service或业务) 接口（interface) 原语(primitive ),第n层的通信规则和功能由该层的协议描述,41,层(layer) 协议(protocol

15、),服务(service或业务) 接口（interface) 原语(primitive ),相邻上下层之间都有接口，接口定义下层向上层提供的服务。,42,层(layer) 协议(protocol),服务(service或业务) 接口（interface) 原语(primitive ),服务由一组原语描述。如果协议位于操作系统中，则这些服务原语通常是一些系统调用。,43,国际标准化组织（ISO）于1977年提出了开放系统互联参考模型（Open System Interconnection/ Reference Model，OSI/RM）即人们通常所说的网络互连的七层框架。该模型将网络通信过程划分

16、为七个层次，从上往下依次为应用层、表示层、会话层、传输层、网络层、数据链路层和物理层。每个层次相互独立地完成特定功能，同时本层又为上层提供服务和支持。,注意，OSI RM并非具体实现的描述，它只是一个为制定标准而提供的概念性框架。,网络协议与网络体系结构,44,ISO-OSI模型,OSI mnemonics All People Seem To Need Data Processing Please Do Not Throw Sausage Pizza Away,应用层,表示层,会话层,传输层,网络层,数据链路层,物理层,国际标准化组织（International Standard Organ

17、ization) 开放系统互连（Open System Interconnection),定于1983年，1995年修订,45,OSI参考模型,物理层： 缆线，信号的编码，网络接插件的电、机械接口,数据链路层： 成帧，差错控制、流量控制，物理寻址，媒体访问控制,网络层： 路由、转发，拥塞控制,传输层： 为会话层提供与下面网络无关的可靠消息传送机制,会话层： 负责建立（或清除）在两个通信的表示层之间的通信通道，包括交互管理、同步，异常报告。,表示层： 在两个应用层之间的传输过程中负责数据的表示语法,应用层： 处理应用进程之间所发送和接收的数据中包含的信息内容。,46,ISO 国际标准化组织ISO

18、( International Standardization Organization)，是一个全球性的非政府组织，是国际标准化领域中一个十分重要的组织。 ISO于1947年2月23日正式成立，总部设在瑞士的日内瓦。ISO致力于开发科学、技术、经济领域里的广泛合作，尤其在信息技术方面，ISO制定了网络通信的标准，即开放系统互连OSI。,网络与通信标准制定机构,47,国际电信联盟（ITU）,国际电信联盟（ITU）是世界各国政府的电信主管部门之间协调电信事务方面的一个国际组织，成立于1865年5月17日。 ITU的宗旨是维持和扩大国际合作，以改进和合理地使用电信资源、提高电信业务的效率、扩大技术

19、设施的用途、协调各国行动。 ITU的原设机构有：国际电报、电话咨询委员会（CCITT），国际无线电咨询委员会（CCIR），国际频率登记委员会（IFRB）。,48,1993年3月1日ITU第一次世界电信标准大会（WTSC-93）在芬兰召开，将原有的三个机构CCITT、CCIR、IFRB进行了改组，取而代之的是电信标准部门（TSS，即ITU-T）、无线电通信部门（RS，即ITU-R）和电信发展部门（TDS，即ITU-D）。 在通信领域，最著名的ITU-T标准有V系列标准，例如V.32、V.35、V.42标准对使用电话线传输数据作了明确的说明；X系列标准，例如X.25、X.400、X.500为公用数

20、字网上传输数据的标准；ITU-T的标准还包括了电子邮件、目录服务、综合业务数字网ISDN以及宽带ISDN等方面的内容。,49,美国国家标准学会ANSI,ANSI（American National Standards Institute）成立于1918年。当时，美国的许多企业和专业技术团体，已开始了标准化工作，但因彼此间没有协调，存在不少矛盾和问题。为了提高效率，制订统一的通用标准，1918年，美国材料试验协会（ASTM）、与美国机械工程师协会（ASME）、美国矿业与冶金工程师协会（ASMME）、美国土木工程师协会（ASCE）、美国电气工程师协会（AIEE）等组织，共同成立了美国工程标准委员会

21、（AESC）。 1928年，美国工程标准委员会改组为美国标准协会（ASA）。为致力于国际标准化事业和消费品方面的标准化，1966年8月，ASA又改组为美利坚合众国标准学会（USASI）。1969年10月6日改为美国国家标准学会（ANSI）。,50,电子电气工程师学会IEEE,IEEE（Institute of Electrical and Electronics Engineers)于1963年，由美国电气工程师学会（AIEE）和美国无线电工程师学会（IRE）合并而成，是美国规模最大的专业学会。 IEEE的标准制定内容有电气与电子设备、试验方法、原器件、符号、定义以及测试方法等。 IEEE最大

22、的成果是定义了局域网和城域网的标准，这个标准被称为802项目或802系列标准。,51,美国电子工业协会EIA,EIA创建于1924年，它代表了设计生产电子元件、部件、通信系统和设备的制造商以及工业界、政府和用户的利益，在提高美国制造商的竞争力方面起到了重要的作用。 在信息领域，EIA在定义数据通信设备的物理接口和电气特性等方面做了巨大的贡献，尤其是数字设备之间串行通信的接口标准，例如EIA RS-232、EIA RS-449和EIA RS-530。,52,国际电子技术委员会IEC,IEC成立于1906年，是世界上最早的国际性电工标准化机构，总部设在日内瓦。IEC负责有关电工、电子领域的国际标准化工作，其他领域则由ISO负责。 IEC的宗旨是促进电工、电子领域中标准化及有关方面问题的国际合作，增进相互了解。为实现这一目的，出版包括国际标准在内的各种出版物，并希望各国家委员会在其本国条件许可的情况下，使用这些国际标准。 IEC的工作领域包括了电力、电子、电信和原子能方面的电工技术。现已制订国际电工标准3000多个。,53,六十年来计算机领域产生了一系列重大发明,六十年来计算机领