第一二章计算机网络概论和体系结构

1、计算机网络技术基础第一章第一章 计算机网络概论计算机网络概论 n网络的概念n系统论：若干元件连接在一起，形成网络，如电话网、输电、配电网，计算机网络等n计算机网络结构：连接对象（终端）+连接介质+（通讯设备）+控制机制+拓扑结构=计算机网络n本质是把至少2台具有独立完整功能的计算机系统联系起来，以达到资源共享和远程通信的目的。 计算机网络的功能 n资源共享：硬件、软件、信息。n 通信功能：通信、交流n 高可靠性：备份，SANn 均衡负载：通过高级控制，实现分担，多台计算机实现。如网站-高级技术n 协调计算：计算机高级计算器，多台计算机协同计算网格计算。n 分布式处理：网络协同分布式算法，提高系

2、统处理能力：分布式计算，分布式数据库（如：远程教育应用） 计算机网络应用 n各个领域，行业。n目前网络技术的应用：通信设备通过网络技术实现信息的传递和交流，比如卫星电视传送，蜂窝移动电话（手机）系统，会议电视系统。计算机网络通过有线，无线进行数据传输，应用就很多了，如QQ，E-MAIL等，游戏。计算机网络的产生和发展 n1837年，SamuelMorse发明了电报n1876年， Bell进一步发展了电报技术 ，后来发明的电话。n1946年第一台计算机成功。n90年代网络大发展n互联网是目前最大最复杂的网络。4种分类4个阶段 nA 面向终端的计算机通信网络n用终端远程访问设备；连接大量的终端设备

3、与主机书P5图1-1。（解释终端、集中器、前置机），网络利用率低。n特点：连接终端，不是完整功能的计算机到计算机连接。n 主机负担重，故障高n 书应用例子：SAGE美国半自动地面防空系统等nB 以共享资源为目标的计算机网络n连接有独立功能的计算机，共享各种信息资源，如ARPA大学政府等的专用网络。第一代计算机网络。书P6-7 nC 开放式标准化网络n第二代计算机网络-各公司、大学自己研究自己的网络（主要是功能协议）n1977年ISO组织制订网络标准化模型，1984年的ISO9478。促进网络发展，称为第三代网络。 nD 互连网n目前最大，应用最广的计算机网络。n发展：ARPA网络（采用了TCP

4、/IP协议）-1988年分离的NSF网络与高校连接成为互连网主干-1986年CISCO公司研发的网络设备和协议促进发展-1989-1993，各种应用技术如HTML语言，E-MAIL，浏览器等促进了互连网应用的扩大。90年代-各种软件技术和网络技术促进互连网的商业化发展。广域网的发展 n早期采用公共电话网，用MODEM联网，速率低n建立公用交换数据网，典型的如DDN、桢中继、ISDN等。速率高n新的广域网技术提高了速率，可达10G局域网的发展 n早期的科学计算到广泛的信息共享n高速数据通信要求促进局域网的发展 n速率从10兆发展到万兆，有线、无线技术推动技术发展。计算机网络的基本组成和逻辑结构n

5、计算机网络的基本组成 n计算机系统：至少2台具有独立完整功能的计算机组成，实现数据的处理、存储等。大型机、微机、数据终端处理设备等。n通信线路和通信设备等。即数据通讯系统，简单将线缆和集线器等设备组成。这部分实现控制数据的收发、信号的转换、编解码等，是连接计算机系统的公路-网络技术的重点研究对象。n网络协议。双方必须共同遵守的约定和规则。 解释协议：表达方式、组织方法等， （如语言） 由软硬件实现。软件：如C语言程序等；硬件：如逻辑电路n网络软件 网络系统软件：控制管理网络的运行，如网络操作系统（NOS）-介绍WIN2000特点，网络协议软件（TCP/IP）等 网络应用软件：为应用目的开发的，

6、如QQ，传奇等n计算机网络的逻辑结构 n资源子网：外层，处理，管理，资源共享等n通信子网：CCP通信控制书12页图1-3计算机网络的拓扑结构计算机网络的拓扑结构 网络拓扑结构是指一个网络中各个节点之间互连的几何构形, 即指各个节点之间的连接方式。基本的网络拓扑结构有星形、 环形、 总线形等三种, 参见图 1.8。任何一种网络系统都规定了它们各自的网络拓扑结构。通过网络之间的相互连接， 可以将不同拓扑结构的网络组合起来，构成一个集多种结构为一体的互连网络。 1. 星形结构星形结构 在星形拓扑结构中, 每个端点必须通过点到点链路连接到中间节点上, 任何两个端节点之间的通信都要通过中间节点来进行。在

7、星形结构的网络中，可采用集中式访问控制和分布式访问控制两种访问控制策略对网络节点实施网络访问控制。 在基于集中式访问控制策略的星形网络中，中间节点既是网络交换设备，又是网络控制器，由它控制各个节点的网络访问。一个端点在传送数据之前, 首先向中间节点发出传输请求, 经过中间节点允许后才能传送数据。 在这种网络系统中， 中间节点具有很强的数据交换能力和网络控制功能，系统结构比较复杂；端点的功能和结构要简单得多。典型的网络系统是基于电路交换的电话交换网络和基于分组交换的100VG AnyLAN网络。在基于分布式访问控制策略的星形网络中， 中间节点主要是网络交换设备，采用存储-转发机制为网络节点提供传

8、输路径和转发服务。另外，中间节点还可以根据需要将一个节点发来的数据同时转发给其它所有的节点，从而实现“广播式”传输。各个端节点根据网络状态自行控制对网络的访问。目前，大多数基于分组交换的局域网都采用这种网络结构，已成为网络主流技术。 2. 环形结构环形结构 在环形拓扑结构中, 各个节点通过中继器连入网络，中继器之间通过点到点链路连接, 使之构成一个闭合的环形网络。 发送节点发送的数据帧沿着环路单向传递，每经过一个节点， 该节点要判断这个数据帧是否发送给本节点的，如果是, 则要将数据帧拷贝下来。然后将数据帧传递到下游节点。数据帧遍历各个节点后，由发送节点将数据帧从环路上取下。通过数据帧遍历各个节

9、点来实现“广播式”传输。 由于多个节点要共享同一环路, 需要采用某种分布式访问控制策略来控制各个节点对环路的访问，一般采用基于令牌(Token)的控制访问方法。每个节点都有收发控制的访问逻辑, 依据一定的规则来控制节点对网络的访问。因此, 环形网络中的节点结构比较复杂。 典型的环形网络有Token Ring和FDDI等。环形网络的优点是网络的覆盖面积较大，节点的连接能力较强。它的主要缺点是链路可靠性问题, 一旦环路上某段链路断开或环路上某个中继器发生故障, 都会导致环路的断路，使全网陷于瘫痪。一些网络系统, 如FDDI则采用双环结构来解决这个问题。此外， 环形链路的维护工作也比较复杂。 3.

10、总线形结构总线形结构 在总线形拓扑结构中，网络中的所有节点都直接连接到同一条传输介质上，这条传输介质称为总线。各个节点将依据一定的规则分时地使用总线来传输数据，发送节点发送的数据帧沿着总线向两端传播，总线上的各个节点都能接收到这个数据帧，并判断是否发送给本节点的，如果是, 则将该数据帧保留下来；否则将丢弃该数据帧。 总线形网络的“广播式”传输是依赖于数据信号沿着总线向两端传播的特性来实现的。 总线形拓扑结构的另一种形式是树形拓扑结构, 传输介质是不封闭的分支电缆。 和总线形结构一样, 树形拓扑结构中任何一个节点发送的数据都能被其它节点接收。 总线形网络中所有的节点共享一条总线, 一次只允许一个

11、节点发送数据, 其它节点只能处于接收状态。为了使各个节点能够有序而合理地使用总线传输数据，必须采用一种分布式访问控制策略来控制各个节点对总线的访问。 典型的总线形网络是以太网(Ethernet)。 综上所述，任何一种网络系统都规定了其网络连接的拓扑结构，并通过相应的介质访问控制方法来控制各个节点有序地使用介质来传送数据。 对于数据的接收，则是基于“地址匹配”规则。网络中的每个节点都分配有惟一的地址码。在每个数据帧中，包含源地址和目的地址，以标识发送数据帧的源节点和接收数据帧的目的节点。当节点接收到一个数据帧后，要比较数据帧的目的地址是否与本节点地址相匹配。 如果地址匹配, 则将数据帧保留下来;

12、 否则, 将该数据帧丢弃。 网络拓扑结构对一个网络系统的传输距离、节点连接能力、网络可靠性以及可扩充性等网络性能产生直接的影响， 也关系到网络系统的价格。 从目前网络技术的发展和应用情况来看， 总线形结构主要在早期的10 Mb/s Ethernet中使用；环形结构主要在FDDI网络中使用， 比较适合构造大型的园区网， 如一些大学的校园网采用了FDDI网络；基于分组交换的星形网络将是今后构造网络系统的主流结构，大多数的高速网络都采用了通过交换机来连接各个节点的星形结构。交换机将数据转发和网络管理功能集成一体， 便于实现网络配置、 故障检测以及性能优化等网络管理功能。并且星形结构还适合在建筑物中实

13、施综合布线系统。在星形结构中，中间节点的可靠性显得尤其重要， 它关系到整个网络系统的可靠性。 计算机网络的拓扑结构和特点总结 n星型:单个故障不影响全网,集线器,单点故障.n总线型: 信息数据包传送到所有网卡,规模小(噪声等),对同轴缆要终结器.n环型:中继器作用.令牌.减小噪声,效率不高.n树状：星型演变，易扩展，电缆成本高。n网型:提供了冗余线路.结构复杂.n混合型:实现优势互补，取长补短计算机网络的分类 n按照网络覆盖的地理范围划分：LAN、WAN、MAN nLAN的特点：覆盖范围小；速度快10G；误码率低；结构简单；易管理nWAN的特点：范围大，速率慢，一般64K-2M，借助传输技术可

14、达10G。nMAN的特点：综合n见书17页表1-1比较。n按照网络拓扑结构划分n按照网络标准协议划分（主要是局域网）。n按照传输的介质划分：有线、无线、卫星等。n按照使用的网络操作系统划分。n按照通信传输技术划分：广播式；组播； 点到点（单播）。 第二章第二章 计算机网络体系结构计算机网络体系结构 n网络体系结构： 将计算机互连功能划分为有明确定义的层次 ，规定了同层次实体通信的协议及相邻层之间的接口服务。 计算机网络中的两个实体要想实现通信, 则必须使用相同的语言以及遵从双方都能接受的规则, 以解决彼此之间交流什么、怎样交流以及何时交流等问题 这些规则的集合称为协议(Protocol)。 所谓协议是指在两个实体间控制数据交换的规则的集合。协议的关键成分有： 语法：包括数据格式、 编码和信号电平等; 语义：包括用于协调同步和差错处理的控制信息; 定时（时序）：包括速度匹配和排序等。 在计算机网络中， 各个系统都是采用层次结构构造的。 那么系统如何分层， 分成几层，