计算机网络第一章lxm

1、计算机网络计算机网络 主讲主讲:李秀敏李秀敏E-mail:（Computer Network）学习目标学习目标:n了解环境，了解环境，“感觉感觉” 网络网络n为课程内容进行铺垫为课程内容进行铺垫n使用方法使用方法:n全面讲述网络要点n使用因特网作为实例n教科书参考教科书参考n第1章 1、黄叔武计算机网络教程（第二版）北京：清华大学出版社2、谢希仁. 计算机网络（第五版）.北京：电子工业出版社3、James. F. Kurose,James. F. Kurose,Computer Networking.高等教育出版社高等教育出版社参考教材参考教材:http:/ 计算机网络在线课堂！ 这门课包括哪

2、些内容？这门课包括哪些内容？计算机网络包括的内容非常多，我们这计算机网络包括的内容非常多，我们这门课实际上是计算机网络的基础。门课实际上是计算机网络的基础。本课程重点讨论计算机网络的本课程重点讨论计算机网络的基本框架基本框架结构结构，基本组成基本组成和和基本应用基本应用。：计算机网络的体系结构、软件构成、硬件构成、intranetextranet以及计算机网络设计实现的基本方法。主要有主要有:IntranetnIntranet将因特网的构造技术应用于企业的内部网络。将因特网的构造技术应用于企业的内部网络。 n特点特点n为满足某个企业事业单位自身的需要而建立n基于因特网的技术和工具，采用TCPI

3、P协议n广泛采用WWW的技术n和因特网连接n连接底层的控制网络，管理、优化、监控企业的生产过程 nExtranet 将内联网的范围延伸扩大，扩大到企业的外部，形成企将内联网的范围延伸扩大，扩大到企业的外部，形成企业外部网络。业外部网络。 计算机网络的一般应用：（1）远程登录）远程登录（2）传送电子邮件）传送电子邮件（3）电子数据交换）电子数据交换（4）联机会议）联机会议（5）WWW（World Wide Web）（6）电子公告牌（）电子公告牌（BBS）（7）文件传输（）文件传输（FTP）. 第第1章章 计算机网络概论计算机网络概论n1.1 计算机网络发展概述 n1.2 计算机网络的组成与功能

4、n1.3 计算机网络的类型 n1.4 计算机网络体系结构与协议 n1.5 计算机网络的发展趋势n计算机网络 ：一些相互连接的计算机的集合n互连网（互联网）：一些相互连接的计算机网络的集合（网络的网络）n因特网n互联网：即是互联网：即是“连接网络的网络连接网络的网络” ，又称，又称“互连网互连网”n中文名称：中文名称：n互联网互联网 n英文名称：英文名称：ninternet /internetworking/interconnectionn定义：定义：n由多个由多个计算机网络计算机网络相互连接而成，而不论采用何相互连接而成，而不论采用何种协议与技术的网络。种协议与技术的网络。ninternet:

5、是普通名词，泛指一般的互联网是普通名词，泛指一般的互联网（互连网）（互连网）nInternet：是专有名词，有三个特点：是专有名词，有三个特点：n1、世界范围的互联网（互连网）、世界范围的互联网（互连网）n2、使用、使用TCP/IP协议族协议族n3、前身是美国的阿帕网、前身是美国的阿帕网ARPANET故译成故译成“因特网因特网”Internet因特网的基础知识nInternet是全球最大的、开放的、由众多网络互联而成的计算机互联网。1、 计算机网络的概念n计算机网络是计算机技术和通信技术相结计算机网络是计算机技术和通信技术相结合的产物。合的产物。社会对信息的共享和信息传递的要求而社会对信息的共

6、享和信息传递的要求而发展起来的。发展起来的。1、 计算机网络的概念 计算机网络定义n所谓计算机网络是指分布在不同地理位置所谓计算机网络是指分布在不同地理位置上的具有上的具有独立功能独立功能的多个计算机系统，通的多个计算机系统，通过通信设备和通信线路相互连接起来，在过通信设备和通信线路相互连接起来，在网络网络软件软件的管理下实现数据传输和的管理下实现数据传输和资源共资源共享的系统享的系统。n这里所谓功能独立的计算机系统，一这里所谓功能独立的计算机系统，一般指有般指有CPU的计算机。的计算机。n从以上定义中可看出计算机网络涉及到三个方面的问题：（1）至少两台计算机互联；（2）通信设备与通信线路；（

7、3）网络软件、通信协议和NOS。 n归纳与综合归纳与综合n计算机网络：相互连接的自治计算机的集合计算机网络：相互连接的自治计算机的集合自治自治：能独立运行，不依赖于其他计算机“主机-终端”系统（第一代网络）呢？互连互连：以任何可能的通信连接方式有线方式：铜线、光纤无线方式：红外、无线电（微波）、卫星通信网络通信网络计算机系统计算机系统n硬件n网络节点端节点：计算机中间节点：交换机、集中器、复用器、路由器、中继器n通信链路：信息传输的通道物理：传输介质逻辑：信道类比CATV的电缆和频道之间的关系n软件n通信软件（网络协议软件）n网络操作系统n网络管理/安全控制软件、网络应用软件2、 计算机网络的

8、组成计算机网络的组成 2、 计算机网络的组成计算机网络的组成 n按照计算机网络的系统功能，计算机网络按照计算机网络的系统功能，计算机网络可分为资源子网可分为资源子网（Resource Subnet）和和通信子网通信子网（Communication Subnet）两大部分两大部分 通信子网通信子网资源子网资源子网图图1 计算机网络的资源子网与通信子网计算机网络的资源子网与通信子网资源子网与通信子网的关系资源子网与通信子网的关系n资源子网资源子网主要包括：联网的计算机、终端、外部主要包括：联网的计算机、终端、外部设备、各种软件资源与信息资源等。其主要任务设备、各种软件资源与信息资源等。其主要任务是

9、收集、存储和处理信息，为用户提供网络服务是收集、存储和处理信息，为用户提供网络服务和资源共享功能等。由各种和资源共享功能等。由各种硬件硬件和和软件软件组成。组成。n通信子网通信子网即把各站点互相连接起来的数据通信系即把各站点互相连接起来的数据通信系统，主要包括：通信线路、网络连接设备、通信统，主要包括：通信线路、网络连接设备、通信控制处理机等。其主要任务是连接网上的各种计控制处理机等。其主要任务是连接网上的各种计算机，完成数据的传输、交换和通信处理。算机，完成数据的传输、交换和通信处理。2.2 计算机网络的功能计算机网络的功能n 1数据通信数据通信n 这是计算机网络最基本的功能，也是实现其他功

10、能的基础。数据通信功能包含以下几项具体内容： 连接的建立和拆除 数据传输控制 差错检测 流量控制 路由选择 多路复用n 2资源共享资源共享n计算机网络中的资源可分为数据、软件、硬件三类。相应地，资源共享也分为以下三类： 数据共享 软件共享 硬件共享n 3负荷均衡和分布处理负荷均衡和分布处理 负荷均衡 分布处理 n4提高系统的安全可靠性提高系统的安全可靠性n计算机通过网络中的冗余部件可大大提高可靠性，例如在工作过程中，一台机器出了故障，可以使用网络中的另一台机器；网络中一条通信线路出了故障，可以取道另一条线路，从而提高了网络整体系统的可靠性。计算机网络能做什么（功能小结）n数据通信(Commun

11、ication Medium)n文件传输、IP电话、email、视频会议、信息发布、交互式娱乐、音乐n资源共享(Resource Sharing)n软件、硬件、数据（数据库）n提供高可靠性服务(High Reliability)n利用可替代的资源，提供连续的高可靠服务n节省投资(Saving Money)n替代昂贵的大中型机系统n分布式处理(Distributed Processing)3、计算机网络的产生和发展、计算机网络的产生和发展计算机网络演变与发展的四个阶段：1、以主机为中心的联机终端系统“计算机终端计算机终端”系统系统2、计算机计算机的简单网络3、体系结构标准化的、易于普及和应用的网

12、络4、以下一代Internet为中心的新一代网络第一代：面向终端的计算机网络第一代：面向终端的计算机网络1946年，世界上第一台电子数字计算机ENIAC在美国诞生。n早期的计算机应用模式单机n大、中、小型机大、中、小型机庞大，昂贵，资源无庞大，昂贵，资源无法共享法共享n分散的计算机构成了一个个的信息分散的计算机构成了一个个的信息“孤岛孤岛”图1.1 以单台计算机为中心的远程联机系统 例子：例子：n飞机订票系统飞机订票系统 HOST(航空公司总部航空公司总部) Terminals(订票点订票点)通信线路通信线路(电话线路电话线路) n银行系统 第一代计算机网络系统的特点第一代计算机网络系统的特点

13、1、主要存在的是终端和中心计算机间的通信，不存在各计算机间的资源共享或信息交流。2、随着终端个数增多，中心计算机要承担的与各远程终端间通信的任务加重，使得中心计算机的实际工作效率下降。n第二代第二代 计算机互联网络计算机互联网络n20世纪60年代中期开始，出现了若干个计算机互连系统，开创了计算机计算机通信时代。随后各大计算机公司都陆续推出了自己的网络体系结构，以及实现这些网络体系结构的软件和硬件产品。n但这些网络也存在不少弊端，主要问题是各厂家提供的网络产品实现互联十分困难。这种自成体系的系统称为“封闭”系统。因此，人们迫切希望建立一系列的国际标准，渴望得到一个“开放”系统，这正是推动计算机网

14、络走向国际标准化的一个重要因素。第二代：第二代：计算机互联网络计算机互联网络与第一代与第一代显著区别显著区别：第二代的多台主计算机都具有自主处理能力，第二代的多台主计算机都具有自主处理能力，是是相互独立的，没有统一标准。相互独立的，没有统一标准。它们之间不存在主它们之间不存在主从关系。从关系。图1.2 以多台计算机为中心的网络结构图 通信子网通信子网资源子网资源子网图图1 计算机网络的资源子网与通信子网计算机网络的资源子网与通信子网资源子网与通信子网的关系资源子网与通信子网的关系第二代的典型代表：第二代的典型代表：ARPA网网60年代后期,美国国防部高级研究计划局ARPA提供经费给美国许多大学

15、和公司，以促进多台主计算机互连网络的研究，由此产生了实验性的四节点ARPA网。ARPA网后来扩展到连接数百万台计算机，地理范围跨越整个地球。ARPA网提出的一些概念和术语至今仍被使用。第二代的典型代表：第二代的典型代表：ARPA网网ARPA网中互连的运行用户应用程序的主计算机称为主机（Host）。但主机之间并不是通过直接的通信线路，而是通过称为接口报文处理机IMP（进行数据传输）的装置连接后互连的。转接方式：类似于邮政信件的传送方式，称为存储转发。打电话：传统语音通信方式当某台主机上的用户要访问网络上远地另一台主机时，主机首先将信息送至本地直接与之相连的IMP，通过通信线路沿着适当的路径IMP

16、转接，并送入与其直接相连的目标主机。ARPA网网转接机制： IMP将送来的信息接收并存储起来，在该IMP和下一个IMP之间的通信线路有空时，将信息传送至下一个IMP。传统语音通信方式：专车存储转发机制：班车存储转发最大优点：远程通信中，由于通信线路是较昂贵的资源，而通信线路不为某对通信节点所独占，因而大大提高了通信线路的有效利用率。即能够极大限度地利用现有资源。存在问题：不是实时地，有延迟（当线路忙时）或丢包(当网络拥塞时)概念和术语（一）概念和术语（一）分组：计算机网络中，存储转发的信息基本单位叫分组。（packet)分组交换节点：主机之间并不是通过直接的通信线路，而是通过称为接口报文处理机

17、IMP，IMP是ARPA网中使用的术语，在其他网络或文献中也称为分组交换节点或节点机。概念和术语（二）概念和术语（二）分组交换网：以存储转发方式传输分组的通信子网则又称为分组交换网。概念和术语（三）概念和术语（三）协议：两台计算机通信时对传送信息内容的理解、信息表示形式以及各种情况下的应答信号都必须遵循一个共同的约定，称为协议。(规则）网络体系结构：在计算机网络中，将协议按功能分成了若干层次。如何分层，以及各层中具体采用的协议的总和，称为网络的体系结构。第三代第三代. 体系结构标准化网络体系结构标准化网络n为什么需要标准化？n不同网络设备之间的不同网络设备之间的兼容性兼容性和和互操作性互操作性

18、是推动网络体系结构的标准化的原动力是推动网络体系结构的标准化的原动力n而兼容性和互操作性的最终目的仍是资而兼容性和互操作性的最终目的仍是资源共享源共享 “瓶颈”-LAN之间无法通信 -需要决定发展n 3. 标准化网络标准化网络n20世纪70年代中期，计算机网络开始向体系结构标准化的方向迈进，即正式步入网络标准化时代。n20世纪80年代,随着微机的广泛使用,局域网获得了迅速发展。美国电气与电子工程师协会（IEEE）为了适应微机、个人计算机（PC）以及局域网发展的需要,于1980年2月在旧金山成立了IEEE802局域网络标准委员会,并制定了一系列局域网络标准。在此期间,各种局域网大量涌现。n其通信

19、子网的交换设备主要是路由器和交换机。n国际标准（ISO OSI/RM）Open System Interconnection/Recommended Model(开放系统互联参考模型，简称OSI参考模型参考模型)国际标准化组织国际标准化组织ISO：1984年制年制定并颁布了开放系统互连参考模型（定并颁布了开放系统互连参考模型（OSI）。）。图1.3 标准化网络结构示意图 第四代第四代 网络互联与高速网络网络互联与高速网络n进入进入20世纪世纪90年代，随着计算机网络技年代，随着计算机网络技术的迅猛发展，特别是术的迅猛发展，特别是1993年美国宣布年美国宣布建立建立国家信息基础设施国家信息基础设

20、施NII（NII，National Information Infrastructure）后，全世界许多国家后，全世界许多国家纷纷制定和建立本国的纷纷制定和建立本国的NII，从而极大的，从而极大的推动了计算机网络技术的发展。推动了计算机网络技术的发展。图1.4 网络互联与高速网络结构示意图 第四代：高速化发展第四代：高速化发展1、计算机网络向高速化、宽带化、多媒体方向发展2、未来通信和网络的目标是实现5W的个人通信 3G 4G即任何人(whoever）在任何时间(whenever)、任何地方(wherever)都可以和任何一个其他人(whomever)通过网络进行通信，以传送任何信息(what

21、ever)。1.3 计算机网络的类型计算机网络的类型n1.3.1 按网络拓扑结构分类n1.3.2 按网络控制方式分类n1.3.3 按网络作用范围分类n1.3.4 按通信传输方式分类n1.3.5 按网络配置分类n1.3.6 按使用范围分类n1.3.7 其他分类方式1.3.1 按网络拓扑结构分类按网络拓扑结构分类n拓扑结构拓扑结构一般指点和线的几何排列或组成的几一般指点和线的几何排列或组成的几何图形。何图形。计算机网络的拓扑结构计算机网络的拓扑结构是指一个网络是指一个网络的通信链路和结点的几何排列或的通信链路和结点的几何排列或物理布局图形物理布局图形。链路链路是网络中相邻两个结点之间的物理通路，是

22、网络中相邻两个结点之间的物理通路，结点结点指计算机和有关的网络设备，甚至指一个指计算机和有关的网络设备，甚至指一个网络。按拓扑结构，计算机网络可分为以下五网络。按拓扑结构，计算机网络可分为以下五类。类。n按拓扑结构分类n星形星形有一个中心节点，其它节点与其构成点到点连接n树形树形一个根结点、多个中间分支节点和叶子节点构成星形拓扑星形拓扑树形拓扑树形拓扑1、星形结构：、星形结构：n星形结构：其中每个站点都通过连线（例如电缆）星形结构：其中每个站点都通过连线（例如电缆）与主控机相连，相邻站点之间的通信都通过主控与主控机相连，相邻站点之间的通信都通过主控机进行，所以，要求主控机有很高的可靠性。这机进

23、行，所以，要求主控机有很高的可靠性。这是一种是一种集中控制方式集中控制方式的结构。的结构。n星形结构的优点星形结构的优点是是结构简单，便于故障诊断结构简单，便于故障诊断，增，增加工作站点容易；加工作站点容易；n缺点是一旦主控机出现故障，会引起整个系统的缺点是一旦主控机出现故障，会引起整个系统的瘫痪，可靠性较差。瘫痪，可靠性较差。星状网络星状网络n 特点小结：特点小结： 网络结构简单，便于管理。 控制简单，建网容易。 网络延迟时间较短，误码率较低。 网络共享能力较差。 通信线路利用率不高。 中央结点负荷较重。2树状网络树状网络 树状网络树状网络是将多级星状网络按是将多级星状网络按层次方式层次方式

24、排排列而形成的网络。列而形成的网络。 是目前企事业单位局域网中应用最广泛的是目前企事业单位局域网中应用最广泛的拓扑结构。拓扑结构。传统电话网络：传统电话网络：树状树状图图1.9 某大学校园网结构示意图某大学校园网结构示意图树状网络树状网络n特点：特点： 结构比较简单，成本低。结构比较简单，成本低。 每个链路都支持双向传输。每个链路都支持双向传输。 结点扩充方便灵活。结点扩充方便灵活。 除叶结点及其相连的链路外，除叶结点及其相连的链路外，任何一个结点或链任何一个结点或链路产生的故障都会影响整个网络。路产生的故障都会影响整个网络。n星状和树状网络是LAN中最常见的实现形式。n按拓扑结构n3 总线总

25、线所有节点挂接到一条总线上，广播式信道需要有介质访问控制规程以防止冲突n4 环形环形所有节点连接成一个闭合的环，结点之间为点到点连接总线形拓扑环形拓扑3 总线状网络总线状网络n特点： 结构简单灵活，便于扩充。 信道利用率高，但容易产生访问冲突。 传输速率高。 可靠性不高。4环状网络环状网络n环状网络环状网络中各结点通过环路接口连在一中各结点通过环路接口连在一条条首尾相连首尾相连的的闭合环形闭合环形通信线路中，环通信线路中，环上任何结点均可请求发送信息。上任何结点均可请求发送信息。n环形结构：适合那些数据不需要在中心主控机上环形结构：适合那些数据不需要在中心主控机上集中处理而集中处理而主要任务在

26、各自站点进行处理主要任务在各自站点进行处理的情况。的情况。n环形结构的优点是结构简单、成本低，缺点是环环形结构的优点是结构简单、成本低，缺点是环中任意一点的故障都会引起网络瘫痪，可靠性低。中任意一点的故障都会引起网络瘫痪，可靠性低。4环状网络环状网络n特点：特点： 大大简化了路径选择的控制。 可靠性高。 结点过多时，网络响应时间长。 网络确定时，其延时固定，实时性强。图图1.11 1.11 某大学校园网的主干网某大学校园网的主干网 n按拓扑结构分类（续）n全连接全连接点到点全连接，连接数随节点数的增长迅速增长（N(N-1)/2），使建造成本大大提高，只适用于节点数很少的广域网中n不规则（网状）

27、不规则（网状）点到点部分连接，多用于广域网，由于连接的不完全性，需要有交换节点不规则拓扑全连接拓扑5网状网络网状网络网状网络网状网络是是广域网广域网中最常采用的一种中最常采用的一种点对点点对点网络形式。拓扑结构如图网络形式。拓扑结构如图1.12所示。所示。图1.12 网状网络拓扑结构 n以此为基础，还可构造出一些以此为基础，还可构造出一些复合型的网络拓复合型的网络拓扑结构扑结构。例如，中国教育科研计算机网络。例如，中国教育科研计算机网络（CERNET）可认为是网状网络、树状网络）可认为是网状网络、树状网络和环状网络的复合，如图和环状网络的复合，如图1.13所示。其主干所示。其主干网为网状形结构

28、，连接的每一所大学大多是树网为网状形结构，连接的每一所大学大多是树状结构或环状结构。状结构或环状结构。n图1.13 中国教育科研计算机网络拓扑结构图 1.3.2 按网络控制方式分类按网络控制方式分类n1. 集中式计算机网络集中式计算机网络n这种网络的处理和控制功能都高度集中在一个这种网络的处理和控制功能都高度集中在一个或少数几个结点上，所有的信息流都必须经过或少数几个结点上，所有的信息流都必须经过这些结点之一。因此，这些结点是网络的处理这些结点之一。因此，这些结点是网络的处理和控制中心，其余的大多数结点则只有较少的和控制中心，其余的大多数结点则只有较少的处理和控制功能。如：处理和控制功能。如：

29、星型、树型星型、树型n2. 分布式计算机网络分布式计算机网络n在这种网络中，在这种网络中，不存在一个处理和控制中心不存在一个处理和控制中心，信息从一个结点到达另一结点时，可能有多条信息从一个结点到达另一结点时，可能有多条路径。路径。（广域网中的主干网）（广域网中的主干网）1.3.3 按网络作用范围分类 1. 局域网局域网 LAN 一般用微机通过高速线路相连，作用范围通常在10公里以内，一般是一幢楼房或一个单位。 2. 城域网城域网 MAN 作用范围介于广域网和局域网之间，通常为几十至数百公里。 3. 广域网广域网 WAN 又称远程网，作用范围通常为几百到几千公里。CHINAPAC，CHINAD

30、DN，CHINAGBN，CERNET以及覆盖全球的Internet均是广域网。1.3.4 按通信传输方式分类按通信传输方式分类n 1点对点点对点（Point-to-Point）n 网络中的网络中的信源与信宿之间都存在一条物理信道，都存在一条物理信道，信源与信宿之间的通信需经过一台和多台中间设备进行传输。有多条路径可供选择。有多条路径可供选择。(大规模大规模)n典型代表：典型代表：网状（星状、树状、广域环状）网状（星状、树状、广域环状）n 2广播型广播型（Broadcast）网网n 所有主机共享一条信道，某主机发出的数据，其他所有主机共享一条信道，某主机发出的数据，其他主机都能收到。主机都能收到

31、。(小规模小规模)n典型代表：典型代表：总线网、微波、卫星通信网总线网、微波、卫星通信网1.3.5 按网络配置分类按网络配置分类n1同类网：如果在网络系统中，每台机器既同类网：如果在网络系统中，每台机器既是服务器，又是工作站，那这个网络系统就是是服务器，又是工作站，那这个网络系统就是同类网，也称对等网络同类网，也称对等网络（Peer-to-peer Network）。）。n2单服务器网单服务器网：指只有一台机器作为整个网指只有一台机器作为整个网的服务器，其他机器全部都是工作站。的服务器，其他机器全部都是工作站。n3混合网：如果网络中的服务器不只一个，混合网：如果网络中的服务器不只一个，同时又不

32、是每个工作站都可以当作服务器来使同时又不是每个工作站都可以当作服务器来使用，那么这个网就是用，那么这个网就是混合网混合网。1.3.6 按使用范围分类按使用范围分类n1. 公用网公用网n 公用网是由政府出资建设，由电信部门统一进行管理和控制的网络。（DDN、ISDN）n2. 专用网专用网n 专用网是由某个部门或企事业单位自行组建，不允许其他部门或单位使用。根据网络环境可分为部门网络、企业网络和校园网络。（邮政、银行）1.3.7 其他分类方式其他分类方式n （1） 按网络传输信息采用的按网络传输信息采用的物理信道物理信道来分来分类，可划分为类，可划分为有线网络有线网络和和无线网络无线网络。n （2

33、）按）按通信速率通信速率的不同来分类，可划分为的不同来分类，可划分为低速网络低速网络（数据传输速率在（数据传输速率在1.5Mbps以下的以下的网络系统）、网络系统）、中速网络中速网络（数据传输速率在（数据传输速率在50Mbps以下的网络系统）、以下的网络系统）、高速网络高速网络（数（数据传输速率在据传输速率在50Mbps以上的网络系统）。以上的网络系统）。1.3.7 其他分类方式其他分类方式n（3）按）按数据交换数据交换方式分类，可分为方式分类，可分为线路交线路交换网络、报文交换网络、分组交换网络、换网络、报文交换网络、分组交换网络、ATM网络网络等。等。n（4）按）按传输的信号传输的信号分类

34、，可分为分类，可分为数字网数字网和和模拟网模拟网。n（5）按采用的）按采用的网络操作系统网络操作系统分类，可分为分类，可分为Novell网、网、Windows NT网、网、Windows 2000 Server网、网、Unix网、网、Linux网网等。等。本课小结本课小结n计算机网络的产生和演变计算机网络的产生和演变n几代计算机网络的概念和演化过程几代计算机网络的概念和演化过程n计算机网络的概念计算机网络的概念n相互连接的自治计算机的集合相互连接的自治计算机的集合n计算机网络的功能计算机网络的功能 n通信、共享、可靠性、节约投资、分布处理通信、共享、可靠性、节约投资、分布处理n计算机网络的分类

35、计算机网络的分类n按地域分布、拓扑结构、传播方式等按地域分布、拓扑结构、传播方式等n计算机的网络结构从三方面描述：计算机的网络结构从三方面描述：n1、网络组织（物理结构、网络组织（物理结构 拓扑结构拓扑结构）n2、网络配置（网络应用）、网络配置（网络应用）n3、网络体系结构（从功能上描述：逻辑结构）1.4 计算机网络体系结构与协议计算机网络体系结构与协议n1.4.1引言n1.4.2网络系统的体系结构n1.4.3网络系统结构参考模型ISO/OSIn1.4.4TCP/IP协议n1.4.5OSI参考模型与TCP/IP参考模型的比较网络体系结构的基本概念网络体系结构的基本概念n通过通过“分而治之分而治

36、之”，解决这些较小的、简，解决这些较小的、简单的问题，有利于解决计算机网络这个大单的问题，有利于解决计算机网络这个大问题。问题。分层目的:为简化问题、减少协议设计的复杂性，计算机网络的体系结构按层或级的方式来组织，即协议是分层次的。每一层都建立在下层之上，每一层的目的都是为上层提供一定的服务，并且对上层屏蔽服务实现的细节。对等通信例：两个人收发信件n问题：n收信人与发信人之间、邮局之间，他们是在直接通信吗？收信人与发信人之间、邮局之间，他们是在直接通信吗？n邮局、运输系统各向谁提供什么样的服务？邮局、运输系统各向谁提供什么样的服务？n邮局、收发信人各使用谁提供的什么服务？邮局、收发信人各使用谁

37、提供的什么服务？信件内容信件内容邮件地址邮件地址货物地址货物地址发信人发信人邮局邮局运输系统运输系统信件内容信件内容邮件地址邮件地址货物地址货物地址收信人收信人对信件格式、内容的对信件格式、内容的共识共识对信件如何传递的共识对信件如何传递的共识对货物如何运输的共识对货物如何运输的共识P3P2P1公路，铁路，航空公路，铁路，航空邮局邮局运输系统运输系统图1.14 邮政系统分层模型 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n实体：每个层次当中任何可以发送或接收信息的部分。n对等层：两个不同系统的同名层次。n 对等实体：位于不同系统的同名层次中的两个实体。n 协议作用在对等实体之间。n

38、接口：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。n 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。层次体系结构通信小结层次体系结构通信小结：u 除了在物理媒体上进行的是实通信外，其余各对等层实体间进行的都是虚通信；u对等层的虚通信必须遵循该层的协议；un层的虚通信是通过n-1/n层间接口处n-1层提供的服务以及n-1的通信（通常也是虚通信）来实现的。1.4.2 网络的体系结构网络的体系结构n 1. 层次结构层次结构n处理复杂问题的一个有效方法，就是用抽象和层次的方式去构造和分析。n同样，对于计算机网络这类复杂的大系统，亦可如此。如图1.15所示，可将一个

39、计算机网络抽象为若干层。其中，第n层是由分布在不同系统中的处于第n层的子系统构成。1.4.2 网络的体系结构网络的体系结构图1.15 网络层次结构 2. 通信协议协议： 定义定义网络实体间发送和接收报文的格式、顺序以及当传送和接收消息时应采取的行动。（语义、语法和时序）HiHiWhats thetime?2:00请求连接传送文件：xxxxx.xxxtime连接确认协议：通信双方对传送信息内容的理解、信息表示形式以及各种情况下的应答信号都必须遵循一个共同的约定，称为协议。(规则）通信协议的三要素n语义n对协议中各协议元素的含义的解释，例如：对协议中各协议元素的含义的解释，例如： 在在HDLC协议

40、中，标志协议中，标志Flag(7EH)表示报文的开始和结束表示报文的开始和结束 在在BSC协议中，协议中，SOH(01H)表示报文的开始，表示报文的开始，STX(02H)表示报文正文的开始，表示报文正文的开始，ETX(03H)表示报文表示报文正文的结束正文的结束n语法n协议元素与数据的组合格式，即报文格式。例如：协议元素与数据的组合格式，即报文格式。例如：n时序n通信过程中，通信双方操作的执行顺序和规则通信过程中，通信双方操作的执行顺序和规则Flag Address CtrlDataFCSS FlagSOHHEADSTXTEXTETX BCCBSCHDLC对协议中对协议中各协议元各协议元素的含

41、义素的含义的解释的解释通信过程通信过程中，通信中，通信双方操作双方操作的执行顺的执行顺序序语义语义语法语法时序时序数据或控数据或控制信息的制信息的数据结构数据结构格式格式确认释放连接释放确认释放确认连接确认数据连接请求连接确认ttn时序例释放连接释放连接数据传输数据传输建立连接建立连接1.4.2 网络的体系结构网络的体系结构n 3.网络体系结构网络体系结构n计算机网络的层次及其协议的集合，即网络的体系结构。具体而言是关于计算机网络应设置哪几层，每层应提供哪些功能的精确定义。至于这些功能应如何实现，则不属于网络体系结构部分。n抽象概念抽象概念n网络体系结构中：n每层可能会有若干个协议每层可能会有

42、若干个协议n一个协议只属于一个层次一个协议只属于一个层次n协议可以由软件或硬件来实现：n网络通信协议软件、网络驱动程序网络通信协议软件、网络驱动程序n网络硬件网络硬件n常用协议组：nTCP/IP（Windows、Unix、Linux、）nNetBEUI（Windows）(NETBIOS)nIPX/SPX（NetWare、Windows）n网络体系结构中，对等层之间交换的信息报文统称为协议数据单元（Protocol Data Unit，PDU）。n传输层及以下各层的PDU另外还有各自特定的名称：n传输层传输层段段/报文（报文（Segment） n网络层网络层分组分组/包（包（Packet）n数据

43、链路层数据链路层帧（帧（Frame）n物理层物理层比特（比特（Bit）nPDU由协议控制信息（协议头）和数据（SDU）组成:协议控制信息协议控制信息数据（数据（SDU） 3 2 1 N+1 N N-1 2 1 3 N+1 N N-1n源进程传送消息到源进程传送消息到目标进程的过程：目标进程的过程：n消息送到源系统的最高层；n从最高层开始，自上而下逐层封装封装；n经物理线路传输到目标系统；n目标系统将收到的信息自下而上逐层处理并拆封拆封；n由最高层将消息提交给目标进程。目标进程源进程P3P2P1物理通信线路物理通信线路Pn-1PnPn+1消息消息消息消息逻辑通信逻辑通信1.4.3 网络系统结构参

44、考模型网络系统结构参考模型ISO/OSIn 1. 有关标准化组织有关标准化组织nANSI、ITU(CCITT)、EIA、IEEE和ISO。 ANSI：美国国家标准协会（American National Standard Institute） ITU：国际电信联盟（International Telecommunication Union） EIA：电子工业协会（Electronic Industries Association） IEEE：电气和电子工程师协会（Institute of Electrical and Electronics Engineers） ISO：国际标准化组织（Int

45、ernational Standard Organization） n2开放系统互连参考模型的制定开放系统互连参考模型的制定n国际标准化组织信息处理系统技术委员会（ISO TC97）于1980 年12月发表了第一个开放系统互连参考模型（OSI/RM：Open Syterms Interconnection/Reference Model）的建议书,1983年它被正式批准为国际标准，即著名的0SI7498国际标准。通常人们也将它称为OSI参考模型，并记为OSI/RM，有时简称为 OSI。n我国相应的国家标准是GB 9398。n 3. OSI的七层体系结构的七层体系结构n OSI参考模型的体系结构

46、如图1.16所示，由低层至高层分别称为物理层、数据链路层、网络层、运输层、会话层、表示层和应用层。图1.16 OSI网络系统结构参考模型及协议 nOSI/RM的体系结构分为7层应用层应用层Application表示层表示层Presentation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为网络应用提供服务为网络应用提供服务数据表示数据表示在用户间建立会话关系在用户间建立会话关系不同主机进程间的通信不同主机进程间的通信在主机间传输分组在主机间传输分组在节点间可靠地传输帧在节点间

47、可靠地传输帧位流的透明传输位流的透明传输1 物理层物理层n透明地传送比特流透明地传送比特流2 数据链路层数据链路层n在两个相邻结点间的线路上无差错地传送在两个相邻结点间的线路上无差错地传送数据帧数据帧3 网络层网络层n路由器之间可以不间断地交换路由信息，路由器之间可以不间断地交换路由信息，可自动调整路由可自动调整路由n生存型强，电路交换不行生存型强，电路交换不行4 传输层传输层n通信的最终目的是进程通信的最终目的是进程5 会话层会话层n对数据传输进行管理对数据传输进行管理n 单工、双工。单工、双工。6 表示层表示层n对信息的理解对信息的理解n使用语言、加密和解密使用语言、加密和解密7 应用层应

48、用层n做什么做什么n每一应用都有特定表示方式每一应用都有特定表示方式5层结构1.4.4 TCP/IP协议协议n1TCP/IP协议分层协议分层nTCP/IP也采用分层体系结构，共分四层，即网络接口层、Internet层、传输层和应用层。每一层提供特定功能，层与层之间相对独立，与OSI七层模型相比，TCP/IP没有表示层和会话层，这两层的功能由应用层提供，OSI的物理层和数据链路层功能由网络接口层完成。TCP/IP参考模型及协议族如图1.17所示。图1.17 TCP/IP参考模型及协议簇n 2. TCP/IP协议简介协议简介n TCP/IP的最高层是应用层。在这层中有许多著名协议，如远程登录协议T

49、elnet，文件传输协议FTP，简单邮件传送协议SMTP等。n 在往下的一层是TCP/IP的传输层，也叫主机到主机层。这一层可使用两种不同的协议：一种是面向连接的传输控制协议（TCP, Transmission Control Protocol），另一种是无连接的用户数据报协议（UDP, User Data Protocol）。传输层传送的数据单位是报文（message）或数据流（stream）。报文也常称为报文段（segment）。n 传输层下面的是TCP/IP的互联层，其主要的协议就是网络互连协议（IP, Internet Protocol）。该层传送的数据单位是分组（packet）。与I

50、P协议配合使用的还有三个协议，那就是Internet控制报文协议（ICMP, Internet Control Message Protocol）、地址解析协议（ARP, Address Resolution Protocol）和逆地址解析协议（RARP, Reverse Address Resolution Protocol）。有关TCP/IP的详细内容将在第5章作介绍。 小结小结n分组在分组在Internet中传送是使用的中传送是使用的IP协议协议n计算机数据传输的可靠性是由计算机数据传输的可靠性是由TCP协议来协议来保证的保证的nTCP/IP与OSI/RM的对应关系nOSI/RM和TCP

51、/IP相结合的5层结构原理体系结构：n应用层、传输层、网络层、数据链路层和物理层应用层、传输层、网络层、数据链路层和物理层应用层应用层表示层表示层会话层会话层传输层传输层物理层物理层数据链路层数据链路层网络层网络层7654321OSI/RM应用层应用层传输层传输层网络接口层网络接口层网际层网际层TCP/IPPPP, HDLC, FDDI, Ethernet, 802.3, 802.5等等等等TCP/IP支持支持所有标准的物所有标准的物理层和数据链理层和数据链路层协议路层协议1.4.5 OSI参考模型与参考模型与TCP/IP参考模型的比较参考模型的比较n相似之处相似之处：它们都采用了层次体系结构

52、：它们都采用了层次体系结构,每一层每一层实现的特定功能大体相似。实现的特定功能大体相似。1.4.5 OSI参考模型与参考模型与TCP/IP参考模型的比较参考模型的比较n差异差异：层的数量上有明显的差别层的数量上有明显的差别:OSI模型有七层模型有七层,而而TCP/IP协议模型只有四层协议模型只有四层。n另一个差别另一个差别是是OSI模型在网络层支持无连接和面模型在网络层支持无连接和面向连接的通信向连接的通信,但是在传输层仅有面向连接的通但是在传输层仅有面向连接的通信信:TCP/IP模型在模型在Internet层只有一种通信模层只有一种通信模式式,在传输层支持两种模式在传输层支持两种模式,特别要

53、指出的是特别要指出的是,这两这两者的协议标准是不相同的。者的协议标准是不相同的。nTCP/IP协议比协议比ISO/OSI 协议简单，协议数量协议简单，协议数量少少1.5 计算机网络的发展趋势计算机网络的发展趋势n 1. 计算机网络的研究热点计算机网络的研究热点n计算机通信网将是一个包括地下的光缆、地面的微波和蜂窝移动通信，地面以上数百至数千公里的低轨道卫星通信，一万公里左右的中轨道卫星通信，以及三点六万公里高的静止轨道通信卫星系统组成的一个混合系统。在这样一个复杂的系统的支持下，并由人们实际需求的推动，以下七个方面将成为计算机网络发展的热点。 下一代下一代Web研究研究 网络计算网络计算 业务

54、综合化业务综合化 移动通信移动通信 网络安全与管理网络安全与管理 三网融合三网融合 网络体系结构网络体系结构“三网三网”融合融合“三网三网”融合就是指原先独立设计和运营的传统电信网融合就是指原先独立设计和运营的传统电信网PSTN、计算机互联网和有线电视网、计算机互联网和有线电视网CATV将趋于相互将趋于相互渗透和相互融合。渗透和相互融合。 n特征特征n网络在物理层上是互通的n用户只需一个物理网络连接n在应用层上，各网络之间的业务是相互渗透和交叉的n网络之间的协议要么兼容，要么可以进行无缝转换n语音、数据、视频等高层业务应用的融合。语音、数据、视频等高层业务应用的融合。n 3. 计算机网络的关键

55、技术计算机网络的关键技术n上面我们从系统物理组成的角度分析了计算机网络的发展趋势，下面我们再从系统的层次结构对计算机网络做一分析。计算机网络架构的发展方向将是IP技术+光网络，光网络将会演进为全光网络（采用光纤作为传输介质）。n从网络的服务层面上看将是一个IP的世界；从传送层面上看将是一个光的世界；从接入层面上看将是一个有线和无线多元化的世界。n因此，目前比较关键的技术主要有软交换技术、IPv6技术、光交换与智能光网络技术、宽带接入技术、3G以上的移动通信系统技术和大容量路由技术等。n物联网物联网n 物物相连的互联网物物相连的互联网n （5）3G以上的移动通信系统技术以上的移动通信系统技术n3G系统比现用的2G和2.5G系统传输容量更大传输容量更大，灵活性更高，它以多媒体业务为基础，已形成世界家族式的标准，并将引入新的商业模