计算机网络技术及应用

1、计算机科学与技术专业计算机科学与技术专业l计算机网络的产生与发展计算机网络的产生与发展l计算机网络的层次体系结构计算机网络的层次体系结构lOSI OSI 七层模型及各层功能七层模型及各层功能l计算机网络服务与数据单元计算机网络服务与数据单元l计算机网络的功能与分类计算机网络的功能与分类l计算机网络技术研究内容计算机网络技术研究内容l计算机网络的发展趋势计算机网络的发展趋势一计算机网络的产生与发展一计算机网络的产生与发展现代计算技术、通信技术、微电子技术和光电技术的迅速现代计算技术、通信技术、微电子技术和光电技术的迅速发展，相互融合和渗透，形成了信息技术的革命其主要表发展，相互融合和渗透，形成了

2、信息技术的革命其主要表现形式就是计算机网络技术从现形式就是计算机网络技术从2020世纪世纪7070年代开始建立的公年代开始建立的公共远程数据网，共远程数据网，2020世纪世纪8080年代迅速兴起的局域网，到年代迅速兴起的局域网，到2020世纪世纪9090年代加速发展的综合业务数据网年代加速发展的综合业务数据网ISDNISDN，以及现在，以及现在INTERNETINTERNET的广泛应用，计算机网络已广泛应用于教育、科研、管理、的广泛应用，计算机网络已广泛应用于教育、科研、管理、生产、商业以及日常生活等各个领域计算机网络已经成为生产、商业以及日常生活等各个领域计算机网络已经成为信息社会中重要的基

3、础设施计算机网络的基本概念是：信息社会中重要的基础设施计算机网络的基本概念是：一计算机网络的产生与发展一计算机网络的产生与发展计算机网络是计算机技术与通信技术相结合的产计算机网络是计算机技术与通信技术相结合的产物。它是以各自具有自主功能的计算机通过通信手物。它是以各自具有自主功能的计算机通过通信手段相互连接起来的复合系统。一方面计算机技术应段相互连接起来的复合系统。一方面计算机技术应用到通信领域，改造和提升了通信系统的信能；另用到通信领域，改造和提升了通信系统的信能；另一方面通信技术又为多个计算机之间的远程通信和一方面通信技术又为多个计算机之间的远程通信和资源共享提供了必要的手段。计算机技术、

4、通信技资源共享提供了必要的手段。计算机技术、通信技术和微电子技术是促进计算机网络发展的主要因素。术和微电子技术是促进计算机网络发展的主要因素。一计算机网络的产生与发展一计算机网络的产生与发展第一代计算机网络：第一代计算机网络：面向终端的计算机网络，即远程联机面向终端的计算机网络，即远程联机系统其主要特点：以单个计算机为中心，所有的信息处理系统其主要特点：以单个计算机为中心，所有的信息处理与通信，均由中心机来完成，远程终端没有自主功能，不能与通信，均由中心机来完成，远程终端没有自主功能，不能进行信息处理进行信息处理一计算机网络的产生与发展一计算机网络的产生与发展第二代计算机网络：第二代计算机网络

5、：以通信子网与资源子网联合构建二级以通信子网与资源子网联合构建二级网络，采用存储转发的方式实现计算机间的的通信网络，采用存储转发的方式实现计算机间的的通信19691969美美国国ARPAARPA委托四所高校及研究所研制的委托四所高校及研究所研制的ARPANETARPANET，是计算机网络，是计算机网络的代表其网络拓扑如下图：的代表其网络拓扑如下图：一计算机网络的产生与发展一计算机网络的产生与发展第三代计算机网络第三代计算机网络：国际标准化网络为了克服第二代计算机网络无法进行国际标准化网络为了克服第二代计算机网络无法进行互联的缺点，国际标准化组织互联的缺点，国际标准化组织ISOISO委托其下属委

6、员会研制统一委托其下属委员会研制统一的标准网络于是的标准网络于是19841984年颁布了一个年颁布了一个“开放系统基本参考模开放系统基本参考模型型”OSIOSI七层协议标准，于是计算机网络进入到第三代七层协议标准，于是计算机网络进入到第三代OSIOSI模型虽然可以解决网络互联的问题，但是由于其协议复杂，模型虽然可以解决网络互联的问题，但是由于其协议复杂，无法在工程中实现，所以最终成为一个进行网络理论研究的无法在工程中实现，所以最终成为一个进行网络理论研究的模型目前解决网络互联的方法，主要是应用模型目前解决网络互联的方法，主要是应用INTERNETINTERNET的的TCP/IPTCP/IP协议

7、实现协议实现二计算机网络的层次体系结构与工作原理二计算机网络的层次体系结构与工作原理计算机网络的层次体系结构计算机网络的层次体系结构：指构建网络时采用分层分解：指构建网络时采用分层分解的方法，将复杂的问题划分成相对功能集中的层来组织的一的方法，将复杂的问题划分成相对功能集中的层来组织的一种方法计算机网络的层次体系结构是通过层间接口来实现种方法计算机网络的层次体系结构是通过层间接口来实现整个网络功能服务整个网络功能服务N N层是层是N-1N-1的服务用户，又是的服务用户，又是N+1N+1的服务提的服务提供者供者N+1N+1层不仅直接使用了层不仅直接使用了N N层提供的服务，而且通过层间层提供的服

8、务，而且通过层间接口间接使用了接口间接使用了N-1N-1层及其以下的服务层及其以下的服务计算机网络工作原理计算机网络工作原理可通过下列实例说明；位于亚洲的印可通过下列实例说明；位于亚洲的印尼哲学家与位于希腊的哲学家讨论哲学的问题尼哲学家与位于希腊的哲学家讨论哲学的问题“哲学问题哲学问题”“英文英文”电话电话认识层认识层语言层语言层通信层通信层“哲学问题哲学问题”“英文英文”电话电话认识层认识层语言层语言层通信层通信层对交谈内容的共识对交谈内容的共识用英语对话用英语对话使用相同制式使用相同制式P3P2P1网络工作原理网络工作原理印尼哲学家希腊哲学家二计算机网络的层次体系结构与工作原理二计算机网络

9、的层次体系结构与工作原理对等层通信的实质对等层通信的实质： 对等层实体之间虚拟通信对等层实体之间虚拟通信 下层向上层提供服务下层向上层提供服务 实际通信在最底层完成实际通信在最底层完成右图给出了对等层通信右图给出了对等层通信更一般的抽象。更一般的抽象。P3P2P1 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消息消息二计算机网络的层次体系结构与工作原理二计算机网络的层次体系结构与工作原理 总结以上阐述，可得到下列一般工作原理：总结以上阐述，可得到下列一般工作原理：v除了在物理媒体上进行的是实通信外，其余各对等层间

10、均为除了在物理媒体上进行的是实通信外，其余各对等层间均为虚通信虚通信v对等层间的虚通信必须遵循层间共同的协议标准对等层间的虚通信必须遵循层间共同的协议标准vN+1N+1层的虚通信是通过层的虚通信是通过N N层及其对等层所提供的服务，通过层层及其对等层所提供的服务，通过层间接口间接口SAPSAP实现实现计算机网络计算机网络层次结构方法的优点层次结构方法的优点把网络操作分成复杂性较低的单元，易于实现和维护把网络操作分成复杂性较低的单元，易于实现和维护定义并提供了具有兼容性的标准接口定义并提供了具有兼容性的标准接口使设计人员能专心设计和开发所关心的功能模块使设计人员能专心设计和开发所关心的功能模块独

11、立性强：上层只需了解下层通过层间接口提供什么服务独立性强：上层只需了解下层通过层间接口提供什么服务适应性强：只要服务和接口不变，层内实现方法可任意改变适应性强：只要服务和接口不变，层内实现方法可任意改变一个区域网络的变化不会影响另外一个区域的网络，因此每一个区域网络的变化不会影响另外一个区域的网络，因此每个区域的网络可单独升级或改造个区域的网络可单独升级或改造二计算机网络的层次体系结构与工作原理二计算机网络的层次体系结构与工作原理网络体系结构的几个基本概念网络体系结构的几个基本概念 协议协议：为进行网络中的数据交换（通信）而建立的规则、标：为进行网络中的数据交换（通信）而建立的规则、标准或约定

12、。准或约定。(=(=语义语义+ +语法语法+ +规则规则) ) 不同层具有各自不同的协议。不同层具有各自不同的协议。 实体实体：任何可以发送或接收信息的硬件：任何可以发送或接收信息的硬件/ /软件进程。软件进程。 对等层对等层：两个不同系统的同名层次。：两个不同系统的同名层次。 对等实体对等实体：位于不同系统的同名层次中的两个实体。：位于不同系统的同名层次中的两个实体。 协议作用在对等实体之间协议作用在对等实体之间。 接口接口：相邻两层之间交互的界面，定义相邻两层之间的：相邻两层之间交互的界面，定义相邻两层之间的操作及下层对上层的服务。操作及下层对上层的服务。 服务服务：某一层及其以下各层的一

13、种能力，通过接口提供：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。给其相邻上层。四计算机网络的服务与数据单元四计算机网络的服务与数据单元服务：服务： 计算机网络的层次体系结构中，上层功能是通过下层及其计算机网络的层次体系结构中，上层功能是通过下层及其对等层提供的服务实现层间接口称为服务访问点对等层提供的服务实现层间接口称为服务访问点SAPSAP，服务是，服务是通过一株服务原语实现，网络服务原语有：通过一株服务原语实现，网络服务原语有：请求（请求（RequestRequest）: :由服务用户发往服务提供者，请求某项工由服务用户发往服务提供者，请求某项工作作指示（指示（Indicat

14、ionIndication）: :由服务用户发往服务提供者，指示发生了由服务用户发往服务提供者，指示发生了某些事情，这些事件往往是由服务提供者远地对等实体对应的某些事情，这些事件往往是由服务提供者远地对等实体对应的远地服务用户请求而产生的远地服务用户请求而产生的响应（响应（ResponseResponse）: :由服务用户发往服务提供者，作为对前面发由服务用户发往服务提供者，作为对前面发生的指示的响应生的指示的响应四计算机网络的服务与数据单元四计算机网络的服务与数据单元服务：服务： 证实（证实（ConfirmationConfirmation）: :由服务提供者发往服务用户，作为由服务提供者发

15、往服务用户，作为对前面发生的请求的证实对前面发生的请求的证实N+1NN+1NRequesIndicRespoConfir源端系统源端系统A A目标系统目标系统B B网络服务有证实和非证实两类，例如；连接请求为证实服务，网络服务有证实和非证实两类，例如；连接请求为证实服务，数据传递为非证实服务数据传递为非证实服务四计算机网络的服务与数据单元四计算机网络的服务与数据单元数据单元：数据单元：服务数据单元服务数据单元SDUSDU（Service Data Unit）相邻层间在提供服相邻层间在提供服务的过程中要传递的信息单位务的过程中要传递的信息单位接口数据单元接口数据单元IDUIDU（Interfac

16、e Data Unit）SDUSDU在服务访问点在服务访问点SAPSAP处穿过接口时，通常要加一些辅助信息处穿过接口时，通常要加一些辅助信息ICIICI，共同构成，共同构成IDUIDU协议数据单元协议数据单元PDUPDU（Protocol Data UnitProtocol Data Unit）不同网络系统中不同网络系统中同层对等实体间交换的信息单位，它是由本层的同层对等实体间交换的信息单位，它是由本层的SDUSDU加上协议控加上协议控制信息制信息PCIPCI构成构成网络数据单元的组成如下图；网络数据单元的组成如下图； 四计算机网络的服务与数据单元四计算机网络的服务与数据单元数据单元：数据单元

17、： SAP(n+1)PDU(n+1)PDU(n)IDU=(n+1)PDU+(n)IC(n)IDU=(n+1)PDU+(n)ICI I(n)SDU=(n+1)PDU(n)SDU=(n+1)PDU(n)PDU=(n)SDU+(n)PCIn+1nOSIOSI参考模型中，对等层协议之间交换的信息单元参考模型中，对等层协议之间交换的信息单元统称为统称为协议数据单元协议数据单元PDUPDU，而传输层及以下各层的，而传输层及以下各层的PDUPDU另外还有各自特定的名称：另外还有各自特定的名称：传输层传输层数据段（数据段（SegmentSegment） 网络层网络层分组（数据报）（分组（数据报）（Packet

18、Packet）数据链路层数据链路层数据帧（数据帧（FrameFrame）物理层物理层比特（比特（BitBit）四计算机网络的服务与数据单元四计算机网络的服务与数据单元数据封装数据封装 一台计算机要发送数据到另一台计算机，数据一台计算机要发送数据到另一台计算机，数据首先必须打包，打包的过程成为首先必须打包，打包的过程成为封装封装。 封装就是在数据前面加上特定的协议头部。封装就是在数据前面加上特定的协议头部。数据数据(n)SDU(n)SDU协议头协议头(n)PCI发送邮件的例子：信装入写有源地址和目的地址发送邮件的例子：信装入写有源地址和目的地址的信封中发送，还要写明用航空或挂号的信封中发送，还要

19、写明用航空或挂号。数据（数据（n+1n+1）PDUPDU数据数据 段头段头数据数据 段头段头数据数据网络头网络头帧头帧头 段头段头数据数据网络头网络头帧尾帧尾数据数据段段数据包数据包帧帧比特比特电脉冲电脉冲011101000011000010100101111010110数据多层封数据多层封装装封装封装拆封拆封四计算机网络的服务与数据单元四计算机网络的服务与数据单元3 3服务与协议的比较：服务与协议的比较：服务是在同一开放系统中相邻层间的操作，协议服务是在同一开放系统中相邻层间的操作，协议则是不同开放系统中对等层实体间的虚通信必须遵守则是不同开放系统中对等层实体间的虚通信必须遵守的约定协议是通

20、过服务来实现的的约定协议是通过服务来实现的 五计算机网络的功能与分类五计算机网络的功能与分类计算机网络的功能计算机网络的功能远程通信资源共享协同工作远程通信资源共享协同工作计算机网络的分类：计算机网络的分类：按地域范围按地域范围：局域网广域网城域网：局域网广域网城域网按拓扑结构按拓扑结构：星型网总线网环型网：星型网总线网环型网按交换方式按交换方式：线路交换网分组交换网：线路交换网分组交换网 帧中继网信元交换网帧中继网信元交换网六计算机网络技术的基本内容六计算机网络技术的基本内容数据通信；数据通信；网络体系结构及协议网络体系结构及协议局域网局域网广域网广域网网络互连网络互连网络管理网络管理信息安

21、全信息安全七计算机网络技术的发展趋势七计算机网络技术的发展趋势计算机网络的发展趋势可归结为：计算机网络的发展趋势可归结为：一个目标两个支撑三个融合四个热点一个目标两个支撑三个融合四个热点一个目标：一个目标：在国家和全球建立信息基础设在国家和全球建立信息基础设施及施及NIINII和和GIIGII两个支撑两个支撑：微电子技术光电技术：微电子技术光电技术三个融合三个融合：电信网电视网计算机网：电信网电视网计算机网七计算机网络技术的发展趋势七计算机网络技术的发展趋势四个热点四个热点：多媒体技术：数据文本声音图像多媒体技术：数据文本声音图像宽带网技术：宽频容量交互双向通道宽带网技术：宽频容量交互双向通道移动通信技术：便携式智能终端移动通信技术：便携式智能终端信息安全技术：信息安全技术：INTERNETINTERNET的开放性和攻击手的开放性和攻击手段的多样性段的多样性l通信系统的基本模型及概念通信系统的基本模型及概念l模拟调制技术与数字调制技术模拟调制技术与数字调制技术l计算机网络的多路复用技术计算机网络的多路复用技术l计算机网络的数据交换技术计算机网络的数据交换技术l计算机网络的组成部件计算机网络的组成部件l计算机网络的传输介质计算机网络的传输介质l计算机网络适配器计算机网络适配器l计算机网络的交换机计算机网络的交换机l计算机网络的路由器计算机网络的路由器一计算机网络