第1章计算机网络概论

1、第第1章章 计算机网络概论计算机网络概论11.1 计算机网络概述计算机网络概述1.2 计算机网络的基本结构与组成计算机网络的基本结构与组成1.3 计算机网络体系结构与协议计算机网络体系结构与协议返回首页返回首页第第1章章 计算机网络概论计算机网络概论2第一节 概 述1.1.1 计算机网络的演变和发展计算机网络的演变和发展1.1.2 计算机网络的功能计算机网络的功能1.1.3 计算机网络的类型计算机网络的类型1.1.4 计算机网络的发展历史计算机网络的发展历史返回首页返回首页第第1章章 计算机网络概论计算机网络概论31.1.1 计算机网络的演变和发展n第一阶段：第一阶段：20世纪世纪50年代年代

2、 面向终端的计算机通信网络面向终端的计算机通信网络n第二阶段：第二阶段：20世纪世纪60年代年代 分组交换网分组交换网n第三阶段：第三阶段：20世纪世纪70年代年代 标准化计算机网络标准化计算机网络n第四阶段：第四阶段：20世纪世纪90年代年代 网络互连与高速网络网络互连与高速网络返回首页返回首页第第1章章 计算机网络概论计算机网络概论4n面向终端的计算机通信网络面向终端的计算机通信网络（主机-终端）q概念：概念：以单个计算机为中心的远程连机系统，构成面向终端的计算机网络。q时间：时间：产生于20世纪50年代初，在20世纪60年代有了新的发展q特征：特征：共享主机资源n单台主机-计算、通信（线

3、路控制器）n多台终端返回首页返回首页第第1章章 计算机网络概论计算机网络概论5n本地、远程连接（调制解调器，公用电话网）n主从式结构q结构：主主机机终端终端终端终端终端终端终端终端终端终端图1-1 以单个主机为中心返回首页返回首页第第1章章 计算机网络概论计算机网络概论6q例子n美国的飞机订票系统SABRE-1n1 HOSTn2000 Terminaln通信线路（电话线路） n此结构的网络至今仍在使用q缺点n主机负荷重（数据处理+通信）n线路利用率低返回首页返回首页第第1章章 计算机网络概论计算机网络概论7n分组交换网分组交换网（主机-主机）q概念：概念：多个主机互连，各主机相互独立，无主从关

4、系的计算机网络。q时间：时间：20世纪60s 20世纪70sq特征：特征：n单主机终端网络的互联，形成多主机为中心的网络n网络结构从“主机终端” 转变为“主机主机”返回首页返回首页第第1章章 计算机网络概论计算机网络概论8q结构：结构：HOSTHOSTHOSTTTTTTTTTTT通信线路通信线路返回首页返回首页第第1章章 计算机网络概论计算机网络概论9q例子：Internet的前身-ARPAnetn美国军方建立的实验性网络n最初4个节点70s的60多个节点n地域跨越美洲、欧洲n具有现代网络的许多特征，例如q分组交换q分层次的网络协议q不足：n网络普及程度低n标准不统一n网络体系结构的研究不成熟

5、返回首页返回首页第第1章章 计算机网络概论计算机网络概论10n标准化计算机网络标准化计算机网络（主机-主机）q概念：具有统一的网络体系结构，遵循国际标准化协议的计算机网络。q产生：20世纪70s-至今q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q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返回首页返回首页第第1章章 计算机网络概论计算机网络概论11q标准化过程的两个阶段n厂商标准：如：IBM-SNA(System NetWork Architecture),DEC-DNA(Digital NetWork Architecture)n国际标准

6、：ISO-OSI/RMq缺点：n适用范围：兼容性？n技术垄断：竞争？n标准不统一：用户利益？q标准制定问题n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n例外“事实上的标准”，如TCP/IP返回首页返回首页第第1章章 计算机网络概论计算机网络概论12q国际标准：ISO-OSI/RMnOpen System Interconnection/ Recommended Model（开放系统互联参考模型，简称OSI参考模型）nOSI参考模型是一种概念上的网络模型n其标准保证了不同网络设备之间的兼容性和互操作性n规定了网络体系结构的框架n只说明了做什么(what to do)而未规定怎样做(h

7、ow to do)n现在的计算机网络均是在OSI/RM的框架下运作的返回首页返回首页第第1章章 计算机网络概论计算机网络概论13qPC导致了局域网的出现n局域网的标准：IEEE802nIEEE802也符合OSI/RM标准n开始就建立在标准化的基础上返回首页返回首页第第1章章 计算机网络概论计算机网络概论14n网络互连与高速网络网络互连与高速网络q20世纪80年代末，计算机网络领域最引人注目Internet(因特网)qInternet已经成为世界上最大的国际性计算机互连网q对世界冲击非常之大，影响到人们生活的各个方面。返回首页返回首页第第1章章 计算机网络概论计算机网络概论15n1969美国分组

8、交换网ARPANET问世，1983年已连接300多台计算机。供美国研究机构、政府部门使用n1984年ARPANET分成两个网络：民用科研网ARPANET、军用计算机网络MILNETn1986年美国国家基金会NSF建立了国家基金网NSFNETn三级计算机网络（主干网、地区网、校园网）返回首页返回首页第第1章章 计算机网络概论计算机网络概论16nNSFNET后来接管了ARPANET，并将网络改名为Internetn最初NSFNET的主干速率不高56K/S，1989-1990年主干速率提高到1.544Mb/s(T1)n1990年ARPANET正式关闭n1991年世界许多公司接入到Internet使网

9、络上的通信量急剧增大。美国政府将Internet的主干网交给私人公司来经营，并开始对接入Internet的单位收费。n1993年Internet主干速率提高到45Mb/s。 1996年速率为155Mb/s主干网建成。n欧洲原子核研究组织CERN开发的万维网WWW（World Wide Web）广泛应用于Internet上，大大方便了非网络专业的人员对网络的使用。n蒂姆伯纳斯李(Tim Berners-Lee)爵士(1955年出生于英国)是万维网的发明者，互联网之父，英王功绩勋章(OM)获得者，不列颠帝国勋章(OBE)获得者，英国皇家学会会员，英国皇家工程师学会会员，美国国家科学院院士。1989

10、年3月他正式提出万维网的设想，1990年12月25日，他在日内瓦的欧洲粒子物理实验室里开发出了世界上第一个网页浏览器。返回首页返回首页第第1章章 计算机网络概论计算机网络概论17n1994年10月13日，网景公司发布了网景浏览器测试版代码，这就是后来著名的网景浏览器(Netscape Navigator)。在修复安全漏洞事宜上，网景通常是以发布升级版方式。而微软IE浏览器则通常采取发布漏洞补丁方式。n1996年美国的一些研究机构和34所大学提出和建造新一代Internet。同年10月美国开始实施“下一代Internet计划”（NGI计划）n提高传输速率，实现远程医疗、远程教育、视频点播等应用n

11、Internet使用分层次的体系结构即TCP/IP协议族返回首页返回首页第第1章章 计算机网络概论计算机网络概论18第一节 概 述1.1.1 计算机网络的演变和发展计算机网络的演变和发展1.1.2 计算机网络的定义计算机网络的定义1.1.3 计算机网络的功能计算机网络的功能1.1.4 计算机网络的类型计算机网络的类型返回首页返回首页第第1章章 计算机网络概论计算机网络概论191.1.2 计算机网络的定义n计算机网络是计算机网络是计算机技术计算机技术和和通信技术通信技术相结合，实现相结合，实现远程信远程信息处理、资源共享息处理、资源共享的系统。的系统。n从现代计算机网络的角度出发，可以认为是从现

12、代计算机网络的角度出发，可以认为是“以相互共享以相互共享资源方式互联起来的自主计算机系统的集合资源方式互联起来的自主计算机系统的集合”。n因此对计算机网络较完整的定义是：计算机网络是将分布因此对计算机网络较完整的定义是：计算机网络是将分布在不同地理区域，具有独立功能的计算机，通过通信设备在不同地理区域，具有独立功能的计算机，通过通信设备和传输介质相互连接，以功能完善的网络软件和传输介质相互连接，以功能完善的网络软件(即网络通即网络通信协议、信息交换方式及网络操作系统等信协议、信息交换方式及网络操作系统等)实现相互通信、实现相互通信、资源共享和协同工作的系统。资源共享和协同工作的系统。n网络中由

13、传输介质链路连接在一起的设备，常称为网络结网络中由传输介质链路连接在一起的设备，常称为网络结点，链路称为通信信道。点，链路称为通信信道。返回首页返回首页第第1章章 计算机网络概论计算机网络概论20第一节 概 述1.1.1 计算机网络的演变和发展计算机网络的演变和发展1.1.2 计算机网络的定义计算机网络的定义1.1.3 计算机网络的功能计算机网络的功能1.1.4 计算机网络的类型计算机网络的类型返回首页返回首页第第1章章 计算机网络概论计算机网络概论211.1.3 计算机网络的功能n1. 1.数据通信数据通信 n2. 2.资源共享资源共享 n3. 3.提高计算机的可靠性和可用性提高计算机的可靠

14、性和可用性 n4. 4.易于进行分布式处理易于进行分布式处理返回首页返回首页第第1章章 计算机网络概论计算机网络概论221.1.3 计算机网络的功能n数据通信：n即数据传送，用以实现计算机与终端或计算机之间传送各种信息，利用这一功能，地理位置分散的生产单位或业务部门可通过计算机网络连接起来，进行集中的控制和管理。n资源共享：n包括共享软件、硬件和数据资源，可以使网上用户都能部分或全部地享受这些资源，使网络中各地区的资源互通有无，分工协作，从而大大地提高系统资源的利用率。返回首页返回首页第第1章章 计算机网络概论计算机网络概论231.1.3 计算机网络的功能n提高计算机的可靠性和可用性 提高可靠

15、性表现在网络中各台计算机可以通过网络彼此互为后备机，一旦某台计算机出现故障，故障机的任务就可由其它计算机代为处理，避免了单机在无后备使用情况下，某些计算机故障导致系统瘫痪的现象，大大提高了可靠性。 提高可用性指当网络中某台计算机负载过重时，网络可将新的任务转交给网中较空闲的计算机完成，这样就能均衡各计算机的负载，提高了每一台计算机的可用性。n易于进行分布处理： 各用户可根据情况合理选择网内资源，以就近、快速地处理。返回首页返回首页第第1章章 计算机网络概论计算机网络概论24第一节 概 述1.1.1 计算机网络的演变和发展计算机网络的演变和发展1.1.2 计算机网络的定义计算机网络的定义1.1.

16、3 计算机网络的功能计算机网络的功能1.1.4 计算机网络的类型计算机网络的类型返回首页返回首页第第1章章 计算机网络概论计算机网络概论251.1.4 计算机网络的类型分类标准分类标准类类 型型 规模、距离规模、距离 局域网、广域网、城域网局域网、广域网、城域网 拓扑结构拓扑结构 星型网、总线型网、环型网、树型网、全网状网、部星型网、总线型网、环型网、树型网、全网状网、部分网状网分网状网 交换方式交换技术交换方式交换技术共享式网、交换式网共享式网、交换式网(线路交换网、分组交换网、混合线路交换网、分组交换网、混合交换网、信元交换网交换网、信元交换网) 传播方式传输技术传播方式传输技术广播网、点

17、广播网、点点网、非广播多路访问网点网、非广播多路访问网 传输带宽传输带宽 窄带网、宽带网、超宽带网窄带网、宽带网、超宽带网 传输媒体传输媒体 有线网有线网(同轴电缆网、双绞线网、光纤网同轴电缆网、双绞线网、光纤网)、无线网、无线网(微微波网、卫星网波网、卫星网) 传输速率传输速率 低速网、中速网、高速网低速网、中速网、高速网 使用范围使用范围 公用网、专用网公用网、专用网 控制方式控制方式 对等网络、集中式网络对等网络、集中式网络 服务对象网络环境服务对象网络环境工作组网、部门网、企业网、校园网、全局广域网工作组网、部门网、企业网、校园网、全局广域网 工作机制网络结构工作机制网络结构以太网、令

18、牌环网、以太网、令牌环网、FDDI网、网、ATM网网返回首页返回首页第第1章章 计算机网络概论计算机网络概论261按网络的覆盖范围进行分类按覆盖的地理范围进行分类，计算机网络可以分按覆盖的地理范围进行分类，计算机网络可以分为以下三类：为以下三类： n局域网（局域网（ local area network ， LAN）；）；n城域网（城域网（ metropolitan area network ， MAN）；）；n广域网（广域网（wide area network ， WAN ）。）。返回首页返回首页第第1章章 计算机网络概论计算机网络概论27q局域网(Local Area Network)工作

19、范围：不超过几十km，同一个楼房、校园返回首页返回首页第第1章章 计算机网络概论计算机网络概论28局域网的技术特点n覆盖有限的地理范围，它适用于公司、机关、校园、工厂等覆盖有限的地理范围，它适用于公司、机关、校园、工厂等有限范围内的计算机、终端与各类信息处理设备连网的需求；有限范围内的计算机、终端与各类信息处理设备连网的需求；n提供高数据传输速率（提供高数据传输速率（10Mb/s10Gb/s）、低误码率的高）、低误码率的高质量数据传输环境；质量数据传输环境；n一般属于一个单位所有，易于建立、维护与扩展；一般属于一个单位所有，易于建立、维护与扩展；n从介质访问控制方法的角度，局域网可分为共从介质

20、访问控制方法的角度，局域网可分为共 享介质式局域网与交换式局域网两类。享介质式局域网与交换式局域网两类。返回首页返回首页第第1章章 计算机网络概论计算机网络概论29局域网的应用领域n个人计算机局域网个人计算机局域网n大型计算设备群的后端网络大型计算设备群的后端网络n存储区域网络存储区域网络n办公室与实验室的网络办公室与实验室的网络n企业与学校的主干网企业与学校的主干网 返回首页返回首页第第1章章 计算机网络概论计算机网络概论30q城域网工作范围：几十km-上百km，一个城市或者地区返回首页返回首页第第1章章 计算机网络概论计算机网络概论31城域网的技术特点n城域网是介于广域网与局域网之间的一种

21、高速网络；城域网是介于广域网与局域网之间的一种高速网络；n城域网设计的目标是要满足几十公里范围内的大量企业、机关、城域网设计的目标是要满足几十公里范围内的大量企业、机关、公司的多个局域网互连的需求；公司的多个局域网互连的需求；n实现大量用户之间的数据、语音、图形与视频等多种信息的传实现大量用户之间的数据、语音、图形与视频等多种信息的传输功能；输功能；n城域网在技术上与局域网相似城域网在技术上与局域网相似。返回首页返回首页第第1章章 计算机网络概论计算机网络概论32q广域网工作范围：几十km-几千km，一个国家、州、全球返回首页返回首页第第1章章 计算机网络概论计算机网络概论33广域网的技术特点

22、n广域网也称为远程网；广域网也称为远程网；n覆盖的地理范围从几十公里到几千公里；覆盖的地理范围从几十公里到几千公里；n覆盖一个国家、地区，或横跨几个洲，形成国际性的远程网络；覆盖一个国家、地区，或横跨几个洲，形成国际性的远程网络；n通信子网主要使用分组交换技术；通信子网主要使用分组交换技术；n它将分布在不同地区的计算机系统互连起来，达到资源共享的它将分布在不同地区的计算机系统互连起来，达到资源共享的目的。目的。返回首页返回首页第第1章章 计算机网络概论计算机网络概论342按网络传输技术进行分类n通信信道的类型有两类：通信信道的类型有两类： 广播通信信道；广播通信信道； 点点- -点通信信道。点

23、通信信道。n相应的计算机网络也可以分为两类：相应的计算机网络也可以分为两类： 广播式网络广播式网络 （broadcast networks）；）； 点点-点式网络（点式网络（point-to-point networks）。）。返回首页返回首页第第1章章 计算机网络概论计算机网络概论35第二节 计算机网络的基本结构与组成1.2.1 计算机网络的基本结构计算机网络的基本结构1.2.2 网络的拓扑结构网络的拓扑结构返回首页返回首页第第1章章 计算机网络概论计算机网络概论361.2计算机网络的基本结构与组成n计算机网络要完成数据处理与数据通信两大基本功能。计算机网络要完成数据处理与数据通信两大基本功

24、能。n早期计算机网络主要是广域网，它从逻辑功能上分为资源子网早期计算机网络主要是广域网，它从逻辑功能上分为资源子网和通信子网两个部分：和通信子网两个部分：资源子网资源子网负责数据处理的主计算机与终端；负责数据处理的主计算机与终端；通信子网通信子网负责数据通信处理的通信控制处理机与通信线路。负责数据通信处理的通信控制处理机与通信线路。 返回首页返回首页第第1章章 计算机网络概论计算机网络概论37 资源子网和通信子网两个部分的结构示意图资源子网和通信子网两个部分的结构示意图 通信子网通信子网资源子网资源子网CCPCCPCCPCCPCCPCCP主机主机主机主机终端终端终端终端返回首页返回首页第第1章

25、章 计算机网络概论计算机网络概论38由路由器互联的大型、层次结构的互联网络示意图由路由器互联的大型、层次结构的互联网络示意图返回首页返回首页第第1章章 计算机网络概论计算机网络概论391.2.1 计算机网络的基本结构n逻辑：计算机网络=通信子网+资源子网返回首页返回首页第第1章章 计算机网络概论计算机网络概论401.2.1 计算机网络的基本结构q通信子网n网络系统以通信子网为中心，通信子网处于网络的内层。通信子网实现网络通信功能网络通信功能，包括数据的加工、传输和交换等通信处理工作。即将一个主计算机的信息传送给另一个主计算机。返回首页返回首页第第1章章 计算机网络概论计算机网络概论411.2.

26、1 计算机网络的基本结构q资源子网n资源子网实现资源共享功能，包括数据处理、提供网络资源和网络服务。资源子网主要包括主机及其外设、服务器、主机及其外设、服务器、工作站、网络打印机工作站、网络打印机和其他外设及其相关软件。计算机网络连接的计算机系统可以是巨型机、大型机、小型机、工作站、微型机或其他数据终端设备。返回首页返回首页第第1章章 计算机网络概论计算机网络概论421.2.1 计算机网络的基本结构n物理：计算机网络=硬件系统+软件系统返回首页返回首页第第1章章 计算机网络概论计算机网络概论431.2.1 计算机网络的基本结构q硬件组成：n网络节点、通信设备、通信线路网络节点、通信设备、通信线

27、路等组成独立的数据通信系统，承担全网的数据传输、交换、加工和变换等通信处理工作。n网络节点网络节点也就是网络单元，是网络系统中的各种数据处理设备、数据通信控制设备(CCP)和数据终端设备的统称。网络节点分转接节点和访问节点两类。转接节点是支持网络连接性能的节点，它通过通信线路来转接和传递信息，如集中器、终端控制器等。访问节点是信息交换的源节点和目标节点，起信源和信宿的作用，如终端、主计算机等。返回首页返回首页第第1章章 计算机网络概论计算机网络概论441.2.1 计算机网络的基本结构n通信设备通信设备指各种网络连接设备，包括中继器、网桥、交换机、路由器等。n通信线路通信线路指的是传输介质及其介

28、质连接部件，包括双绞线、同轴电缆、光纤等q软件：n 协议软件，如IPX/SPX、TCP/IP协议等。n 网络操作系统。如Windows NT、UNIX等。 n 设备驱动软件。n 通信软件。n 管理软件。 n 网络应用软件。返回首页返回首页第第1章章 计算机网络概论计算机网络概论45第二节 计算机网络的基本结构与组成1.2.1 计算机网络的基本结构计算机网络的基本结构1.2.2 网络的拓扑结构网络的拓扑结构返回首页返回首页第第1章章 计算机网络概论计算机网络概论461.2.2 网络的拓扑结构n总线型q总线拓扑结构是将网络中的所有设备都通过一根公共总线连接，通信时信息沿总线进行广播式传送q优点：n

29、结构简单，增删节点容易n可靠性高q缺点：n在节点数多时，易发生拥塞q常见网络：n局域网返回首页返回首页第第1章章 计算机网络概论计算机网络概论471.2.2 网络的拓扑结构n环型q环型拓扑结构中，所有设备被连接成环，信息传送是沿着环广播的。在环型拓扑结构中每一台设备只能和相邻节点直接通信。与其他节点通信时，信息必须依次经过二者间的每一个节点。q优点：n路径固定，实现简单q缺点：n可靠性差n管理复杂n扩展性、灵活性差，维护困难返回首页返回首页第第1章章 计算机网络概论计算机网络概论481.2.2 网络的拓扑结构q常见网络：n令牌环网和FDDI（光线分布式接口）返回首页返回首页第第1章章 计算机网

30、络概论计算机网络概论491.2.2 网络的拓扑结构n星型q星型拓扑结构是由一个中央节点和若干从节点组成。中央节点可以与从节点直接通信，而从节点之间的通信必须经过中央节点的转发。q优点：n结构简单，建网容易，传输速率高n扩展性好q缺点：n可靠性依赖于中央节点返回首页返回首页第第1章章 计算机网络概论计算机网络概论501.2.2 网络的拓扑结构q常见网络：100BaseT以太网、令牌环网和ATM网返回首页返回首页第第1章章 计算机网络概论计算机网络概论511.2.2 网络的拓扑结构n树型q树型拓扑结构网络又称为分级的集中式网络。是星型结构的扩展，它采用分层结构，具有一个节点和多层分支节点q优点：n

31、网络成本低，结构简单n任意两个节点之间不产生回路，每个链路都支持双向传输，网络中的节点扩充方便灵活，查询链路路径比较方便q缺点：n除叶节点及相连的链路外，任何一个工作站及其链路产生故障都可能会影响网络系统的正常运行返回首页返回首页第第1章章 计算机网络概论计算机网络概论521.2.2 网络的拓扑结构q常见网络n控制性网络返回首页返回首页第第1章章 计算机网络概论计算机网络概论531.2.2 网络的拓扑结构n网状q网状拓扑结构分为一般网状拓扑结构和全连接网状拓扑结构两种。全连接网状拓扑结构 中的每个节点都与其他所有节点相连通。一般网状拓扑结构中每个节点至少与其他两个节点 直接相连。q优点：n容错

32、能力强n可靠性高q缺点：n建网费用高，布线困难返回首页返回首页第第1章章 计算机网络概论计算机网络概论541.2.2 网络的拓扑结构返回首页返回首页第第1章章 计算机网络概论计算机网络概论55第三节 计算机网络体系结构与协议1.3.1 网络协议的概念网络协议的概念1.3.2 层次模型与体系结构层次模型与体系结构 1.3.3 开放系统互连参考模型开放系统互连参考模型OSI/RM1.3.4 TCP/IP参考模型参考模型返回首页返回首页第第1章章 计算机网络概论计算机网络概论561.3.1 网络协议的概念网络协议的概念n网络协议概念q协议：为进行网络中的数据交换（通信）而建立的规则、为进行网络中的数

33、据交换（通信）而建立的规则、标准或约定标准或约定。也就是为了使数据在网络上从源到达目的，网络通信的参与方必须遵循的规则(=语法语法+语义语义+同步同步) q语法：数据与控制信息的结构或格式。q语义：即需要发出何种控制信息，完成何种动作以及作出何种应答。q同步：收发双方或多方在收发时间和速度上的严格匹配事件实现顺序的详细说明。返回首页返回首页第第1章章 计算机网络概论计算机网络概论57网络协议概念举例网络协议概念举例返回首页返回首页第第1章章 计算机网络概论计算机网络概论58n协议概念举例：协议概念举例： 一个中国人和一个法国人通过电话联系业务。 双方要想正常进行电话业务交流要解决两个问题。 首

34、先，双方要遵守电话通话规则。 其次，语言问题。需要翻译成第三国语言如英语。 收听双方遵守电话通话规则和第三国语言约定都是成功通信的前提，也就是双方电话业务联系所要遵守的“协议”。返回首页返回首页第第1章章 计算机网络概论计算机网络概论59发发E-mailE-mail打印文打印文件件mailmail喂，请用中文喂，请用中文, ,慢一点！慢一点！出错了，出错了，请重发！请重发！协议是指通信双方必须遵循的控制信协议是指通信双方必须遵循的控制信息交换的规则之集合。息交换的规则之集合。语法语法语义语义定时规则定时规则返回首页返回首页第第1章章 计算机网络概论计算机网络概论60第三节 计算机网络体系结构与

35、协议1.3.1 网络协议的概念网络协议的概念1.3.2 层次模型与体系结构层次模型与体系结构 1.3.3 开放系统互连参考模型开放系统互连参考模型OSI/RM1.3.4 TCP/IP参考模型参考模型返回首页返回首页第第1章章 计算机网络概论计算机网络概论611.3.2 层次模型与体系结构层次模型与体系结构n网络体系结构的几个基本概念q网络体系结构：网络体系结构：计算机网络的层次及其协议的集合，是对网络及其组成部分的功能的精确定义。q协议栈：协议栈：某一系统内的各层协议集。返回首页返回首页第第1章章 计算机网络概论计算机网络概论62q两个系统中实体间的通信是一个十分复杂的过程，为了减少协议设计和

36、调试过程的复杂性，大多数网络的实现都按层次的方式来组织，每一层完成一定的功能，每一层又都建立在它的下层之上。返回首页返回首页第第1章章 计算机网络概论计算机网络概论63n分层的原则：q每层的功能应是明确的，并且是相互独立的。q同一节点相邻层之间通过接口通信，层间接口必须清晰，跨越接口的信息量应尽可能少。q层数应适中。q每一层都使用下层的服务，并为上层提供服务返回首页返回首页第第1章章 计算机网络概论计算机网络概论64q在需要不同的通信服务时，可在一层内再设置两个或更多的子层次，当不需要这些服务时，也可绕过这些子层次。返回首页返回首页第第1章章 计算机网络概论计算机网络概论65n分层的优点：q（

37、1）分层有助于网络实现和维护。这种层次结构将一个复杂的大系统分割成若干个易于实见的小系统，使实现和维护变得容易控制。q（2）分层有助于技术发展。分层实现的网络，只要保证相邻层的接口不变，就可以用最先进的技术对某层进行改进，不至于影响其他部分的工作。q（3）分层有助于网络产品的生产。协议分层以后各个公司可以结合自己的情况生产某个协议层次的产品。q（4）灵活性好。当任何一层发生变化时（例如由于技术的变化），只要层间接口关系不变，则在这层以上或以下各层均不受影响。返回首页返回首页第第1章章 计算机网络概论计算机网络概论66理解协议分层理解协议分层 中国某公司经理要向驻美国某韩国公司经理发一份业务联系

38、电报，两个经理都只懂本国语言，两方的秘书都会英文，那么这个过程可分为六步三个层次来进行，如图所示。 经理、秘书、电信局通信结构经理、秘书、电信局通信结构 第一步：中方经理口述报文内容第一步：中方经理口述报文内容第二步：秘书翻译为英文第二步：秘书翻译为英文第三步：电信局用国际通用电文码发报至美国第三步：电信局用国际通用电文码发报至美国第四步：美国电信局将报文码译成英文内容第四步：美国电信局将报文码译成英文内容第五步：秘书将英文内容译为韩文第五步：秘书将英文内容译为韩文第六步：美方韩国经理得知电报内容第六步：美方韩国经理得知电报内容 两个经理在最高层，两个秘书在次高层，两家电信局是最低层。在发送一

39、方，两个经理在最高层，两个秘书在次高层，两家电信局是最低层。在发送一方，经理的服务要求被逐层传递下去；而在接收一方，则从下向上逐层提供服务。经理的服务要求被逐层传递下去；而在接收一方，则从下向上逐层提供服务。不同的层遵守不同的协议，如将中文译为英语必须符合英语语法，反之也一样，不同的层遵守不同的协议，如将中文译为英语必须符合英语语法，反之也一样，而且两家电信局必须采用同一套电报码等。而且两家电信局必须采用同一套电报码等。图中虚线表示对等层相互通信的协议，箭头表示上下层间的接口。计算机网络图中虚线表示对等层相互通信的协议，箭头表示上下层间的接口。计算机网络通信设计人员根据网络体系结构的标准，为每

40、一层编写程序和设计硬件，并使通信设计人员根据网络体系结构的标准，为每一层编写程序和设计硬件，并使之符合有关协议。之符合有关协议。 划分层次的概念举例划分层次的概念举例1返回首页返回首页第第1章章 计算机网络概论计算机网络概论67n划分层次的概念举例2q计算机 1 向计算机 2 通过网络发送文件。q可以将要做的工作进行如下的划分。q第一类工作与传送文件直接有关。n确信对方已做好接收和存储文件的准备。n双方协调好一致的文件格式。q两个计算机将文件传送模块作为最高的一层 。剩下的工作由下面的模块负责。返回首页返回首页第第1章章 计算机网络概论计算机网络概论68文件传送模块计算机 1计算机 2文件传送

41、模块只看这两个文件传送模块好像文件及文件传送命令是按照水平方向的虚线传送的把文件交给下层模块进行发送把收到的文件交给上层模块返回首页返回首页第第1章章 计算机网络概论计算机网络概论69文件传送模块计算机 1计算机 2文件传送模块只看这两个通信服务模块好像可直接把文件可靠地传送到对方把文件交给下层模块进行发送把收到的文件交给上层模块通信服务模块通信服务模块返回首页返回首页第第1章章 计算机网络概论计算机网络概论70文件传送模块计算机 1计算机 2文件传送模块通信服务模块通信服务模块网络接入模块网络接入模块通信网络网络接口网络接口网络接入模块负责做与网络接口细节有关的工作例如，规定传输的帧格式，帧

42、的最大长度等。返回首页返回首页第第1章章 计算机网络概论计算机网络概论71网络体系结构的几个基本概念q对等实体：位于不同系统内同一层次的两个实体。协议作用在对等实体之间。q接口：相邻两层之间交互的界面，定义相邻两层之间的原语操作及上层对下层的服务。q服务：某一层及其以下各层的一种能力，通过接口提供给其相邻上层。返回首页返回首页第第1章章 计算机网络概论计算机网络概论72n网络的体系结构：n所谓网络的体系结构(Network Architecture)就是计算机网络各层次及其协议的集合。n层次结构一般以垂直分层模型来表示。如果两个网络的体系结构不完全相同就称为异构网络异构网络。异构网络之间的通信

43、需要相应的连接设备进行协议的转换。（邮件协议X.400和SMTP）返回首页返回首页第第1章章 计算机网络概论计算机网络概论73q层次体系结构的要点n除了在物理介质上建立的物理连接是实际传输之外，其余各对等层实体间进行的都是建立在逻辑连接基础上的虚通信。n对等层的虚通信必须遵循该层的协议。nn层的虚通信是通过nn-1层间接口处n-1层提供的服务以及n-1层的通信(通常也是虚通信)来实现的。返回首页返回首页第第1章章 计算机网络概论计算机网络概论74P3P2P1 2 1 3 2 1物理通信线路物理通信线路 3 N+1 N N-1 N+1 N N-1Pn-1PnPn+1系统系统A系统系统B消息消息对

44、等层通信的实质对等层通信的实质：l对等层实体之间虚拟通信对等层实体之间虚拟通信l下层向上层提供服务下层向上层提供服务l实际通信在最底层完成实际通信在最底层完成右图：对等层通信更一般的抽象。右图：对等层通信更一般的抽象。(想象通信想象通信)返回首页返回首页第第1章章 计算机网络概论计算机网络概论75q网络的体系结构的特点：网络的体系结构的特点：n以功能作为划分层次的基础。以功能作为划分层次的基础。n第第n层的实体在实现自身定义的功能时，只能使用第层的实体在实现自身定义的功能时，只能使用第n-1层提供的服务。层提供的服务。n第第n层向第层向第n+l层提供的服务不仅包含第层提供的服务不仅包含第n层本

45、身的功层本身的功能，还包含由下层服务提供的功能。能，还包含由下层服务提供的功能。n仅在相邻层间有接口，且所提供服务的具体实现细仅在相邻层间有接口，且所提供服务的具体实现细节对上一层完全屏蔽。节对上一层完全屏蔽。n不同层次根据本层数据单元格式对数据进行封装。不同层次根据本层数据单元格式对数据进行封装。返回首页返回首页第第1章章 计算机网络概论计算机网络概论76封装q“封装”的概念不只在链路层中存在，在更高的各层协议中同样存在。所有层上的“封装”问题的共同特征是把来自高层的封装单位根据本层的需要附加上特定信息形成本层的封装单位，然后向低层传递，同时把来自低层的数据解封装后向高层传递。返回首页返回首

46、页第第1章章 计算机网络概论计算机网络概论77生活中信件的封装、传递与解封装返回首页返回首页第第1章章 计算机网络概论计算机网络概论78n接口和服务q接口n对于一个层次化的网络体系结构，每一层中活动的元素被称为实体(Entity)。N层中的活动元素通常称为N层实体。n实体可以是软件实体，如一个进程；也可以是硬件实体，如智能芯片等。n不同系统的同一层实体称为对等实体。同一系统中的下层(N层)实体向上层实体(N+1层)提供服务。经常称下层(N层)实体为服务提供者，上层(N+1层)实体为服务用户.返回首页返回首页第第1章章 计算机网络概论计算机网络概论79n服务是通过接口完成的。接口就是上层实体和下

47、层实体交换数据的地方，被称为服务访问点(Service Access Point，SAP)。例如n层实体和n-1层实体之间的接口就是n层实体和n-1层实体之间交换数据的SAP。为了找到这个SAP，每一个SAP都有一个惟一的标识，称为端口(Port)或套接字(Socket)。n举例：我们可以把电话系统中的电话插孔看成是一种SAP，而SAP地址就是这些插孔的电话号码。要想和他人通话，就必须知道他的SAP地址（电话号码）。类似地，在邮政系统中，SAP地址是街名和信箱。发一封信，必须知道收信人的SAP地址。返回首页返回首页第第1章章 计算机网络概论计算机网络概论80q协议和服务的关系：n协议是“水平”

48、的，即协议是不同系统对等层实体之间的通信规则。服务则是“垂直”的，即服务是同一系统中下层实体向上层实体通过层间的接口提供的。n网络通信协议是实现不同系统对等层之间的逻辑连接；而服务则是通过接口实现同一个系统中不同层之间的物理连接，并最终通过物理介质实现不同系统之间的物理传输过程。返回首页返回首页第第1章章 计算机网络概论计算机网络概论81协 议交换原语交换原语服 务 用 户提 供 服 务服 务 提 供 者第 n 层第 n + 1 层服 务 用 户SAPSAP返回首页返回首页第第1章章 计算机网络概论计算机网络概论82原语n原语是一层对它向其相邻上层所提供的服务的描述的形式，每个原语都带有一套相

49、关的服务参数。服务是通过一组原语来执行的，原语供用户和其它实体访问该服务时调用。它们被用来通知服务提供者采取某些行动或向其相邻上层报告某个对等实体的活动。n原语包括原语类型、被呼和主呼地址、以及用户数据三个主要元素，原语名字则包含原语类型和提供服务的层的标识，如T.CONNECT.request是由传输服务用户即会话层发出的一个请求原语，其目的是要跟远方用户（会话层）建立一种（逻辑的）传输连接。S. DATA. indication是由对等（通信）会话层发给它上面的表示层的一个指示原语，并且涉及从远方表示层收到的数据。 返回首页返回首页第第1章章 计算机网络概论计算机网络概论83nn层实体向n

50、+l层实体能提供的服务一般包括3部分：qn层实体提供的某些功能。q从n-1层及其以下各层实体及本地系统得到的服务。q通过与对等的n层实体的通信得到的服务。q数据单元：n概念：上下层实体之间交换的数据传输单位称为数据单元。数据单元分为三种：协议数据单元、接口数据单元和服务数据单元。返回首页返回首页第第1章章 计算机网络概论计算机网络概论84n协议数据单元： (Protocol Data Unit)q是在不同系统的对等层实体之间根据协议所交换的数据单位。n层的PDU可表示为(n)PDU，包括该层用户数据和该层的协议控制信息(Protocol Control Information，PCI)。n接口

51、数据单元：(Interface Data Unit）q就是在同一系统的相邻两层实体通过接口所交换的数据单位。qIDU由两部分组成：一是经过层间接口的PDU本身，另外一部分是接口控制信息(Interface Control Information，ICI)。qICI是对PDU怎样通过接口的说明，仅PDU通过接口时有用，而对构成下一层的PDU没有直接的用处。所以当IDU通过接口以后，便立即将加上的ICI去掉。返回首页返回首页第第1章章 计算机网络概论计算机网络概论85n服务数据单元(Service Data Unit，SDU)q从服务用户的角度看，并不关心下一层的PDU或IDU有多大，所关心的是下

52、层实体为了完成服务用户所请求的功能，究竟需要多大的数据单元。这种数据单元就称为服务数据单元(Service Data Unit，SDU)。也就是说，一个SDU就是一个服务所要传送的逻辑数据单位。返回首页返回首页第第1章章 计算机网络概论计算机网络概论86 相邻层之间要交换信息，在接口处也必须遵循一定的规则。如图所示，在典型的接口上，n+1层实体通过SAP把一个接口数据单元（IDU）传递给n层实体。IDU由服务数据单元（SDU）和一些接口控制信息(ICI)组成。SDU是将要跨越网络传递给远方对等实体，然后上交给远方n+1层的信息。控制信息(ICI)被下层实体用来指导其功能任务的执行，但不是发送给

53、远方对等实体的内容。返回首页返回首页第第1章章 计算机网络概论计算机网络概论87PCIPCI返回首页返回首页第第1章章 计算机网络概论计算机网络概论88n为了传送SDU，n层实体可能把SDU分成几段，每一段加上一个头之后作为一个独立的协议数据单元（PDU）送出。PDU被对等实体用于执行对等协议。对等实体根据PDU头部的信息分辨哪些PDU包含数据，哪些PDU包含控制信息，以及哪些PDU提供顺序号和计数等。n下层向上层提供的服务可以划分为面向连接的和无连接的两大类别。面向连接的服务类似于打电话。要和某个人通话，我们先拿起电话，拨号码，谈话，然后挂断。同样，在使用面向连接的服务时，用户首先要建立连接

54、，传送数据，然后释放连接。连接本质上象个管道，发送者在管道的一端放入物体，接收者在另一端以同样的次序取出物体。返回首页返回首页第第1章章 计算机网络概论计算机网络概论89n相反，无连接服务类似于邮政系统中普通信件的投递。每个报文（信件）带有完整的目标地址，并且每一个报文都独立于其它报文，经由系统选定的路线传递。在正常情况下，当两个报文发往同一目的地时，先发的先收到。但是，也有可能先发的报文在途中延误了，后发的报文反而先收到。而这种情况在面向连接的服务中是绝不可能发生的。 返回首页返回首页第第1章章 计算机网络概论计算机网络概论90第三节 计算机网络体系结构与协议1.3.1 网络协议的概念网络协

55、议的概念1.3.2 层次模型与体系结构层次模型与体系结构 1.3.3 开放系统互连参考模型开放系统互连参考模型OSI/RM1.3.4 TCP/IP参考模型参考模型返回首页返回首页第第1章章 计算机网络概论计算机网络概论911.3.3 开放系统互连参考模型OSI/RMn著名的体系结构q开放系统互连参考模型OSI（国际标准化组织）qTCP/IP体系结构(美国国防部)q局域网协议结构(Novell公司和微软公司)返回首页返回首页第第1章章 计算机网络概论计算机网络概论92OSI参考模型将网络的不同功能划分为参考模型将网络的不同功能划分为7层层应用层应用层Application表示层表示层Presen

56、tation会话层会话层session传输层传输层transport物理层物理层Physical数据链路层数据链路层Data Link网络层网络层Network7654321处理网络应用处理网络应用数据表示数据表示主机间通信主机间通信端到端的连接端到端的连接寻址和最短路径寻址和最短路径介质访问（接入）介质访问（接入）二进制传输二进制传输返回首页返回首页第第1章章 计算机网络概论计算机网络概论93n物理层：物理层：实现在物理媒体上透明地传送原始比特流。实现在物理媒体上透明地传送原始比特流。n数据链路层：数据链路层：在物理线路上提供可靠的数据传输，使之对网络在物理线路上提供可靠的数据传输，使之对网

57、络 层呈现为一条无错的线路。层呈现为一条无错的线路。n网络层：网络层：在源端与目的端之间建立、维护、终止网络的连接。在源端与目的端之间建立、维护、终止网络的连接。n传输层：传输层：为源端主机到目的端主机提供可靠的数据传输服务；为源端主机到目的端主机提供可靠的数据传输服务；屏蔽各类通信子网的差异，使上层不受通信子网技术变化的影屏蔽各类通信子网的差异，使上层不受通信子网技术变化的影响。响。n会话层：会话层：建立、管理和中止不同机器上的应用程序之间的会话。建立、管理和中止不同机器上的应用程序之间的会话。n表示层：表示层：处理被传送数据的表示问题，即信息的语法和语义。处理被传送数据的表示问题，即信息的

58、语法和语义。n应用层：应用层：为用户的应用程序提供网络通信服务为用户的应用程序提供网络通信服务返回首页返回首页第第1章章 计算机网络概论计算机网络概论94 在7个OSI层次中，最低3层（1-3）是依赖网络的，牵涉到将两台通信计算机链接在一起所使用的数据通信网的相关协议。高三层（5-7）是面向应用的，牵涉到允许两个末端用户应用进程交互作用的协议，通常是由本地操作系统提供的一套服务。中间的传输层为面向应用的上3层遮蔽了跟网络有关的下3层的详细操作。本质上讲，它建立在由下3层提供的服务上，为面向应用的高层提供网络无关的信息交换服务。 返回首页返回首页第第1章章 计算机网络概论计算机网络概论95 每一

59、层的功能以协议形式正规描述，协议定义了某层跟另一（远方）系统中的一个类似层（对等层）通信所使用的一套规则和约定。每一层向相邻上层提供一套确定的服务，并且使用由相邻下层提供的服务向远方对等层传输跟该层协议相关的信息单元。 例如，传输层为它上面的会话层提供可靠的网络无关的信息传输服务，并且使用其下面网络层所提供的服务将与传输层协议有关的一组信息单元传送给另一系统中的一对等传输层。在概念上，每一层都根据一个明确定义的协议跟一个远方系统中的一个类似对等层通信，但在实际上该层所产生的协议信息单元是借助于相邻下层所提供的服务传送的。 返回首页返回首页第第1章章 计算机网络概论计算机网络概论96n物理层(P

60、hisical Layer)q其任务是实现网内两实体间的物理连接,按位串行传送比特流,将数据信息从一个实体经物理信道送往另一个实体,向数据链路层提供一个透明的比特流传送服务。返回首页返回首页第第1章章 计算机网络概论计算机网络概论97q功能：n确定物理媒质机械的、电气的、功能的以及过程(规程)的特性,并能在数据终端设备DTE(Data Terminal Equipment),数据电路端接设备 DCE( Data Circuit Terminating Equipment) 数据交换设备DSE之间完成物理连接,以及传输通路的建立、维持和释放等操作。返回首页返回首页第第1章章 计算机网络概论计算机