《计算机网络基础》 第1章 计算机网络基础知识

1、计算机网络基础计算机网络基础-12教材，计算机网络技术M. 北京: 机械工业出版社， 2010.订书书号是31053 计算机网络技术-3主要参考书，计算机网络技术实践教程M. 北京: 机械工业出版社， 2011.William Stallings. Data and Computer Communications（10th Edition），Prentice-Hall Inc.，2013.，计算机通信技术，北京航空航天大学出版社，2007.计算机网络技术-4计算机网络基础内容网络体系结构和协议局域网TCP/IP应用层协议组网技术网络编程数据传输和信号编码广域网计算机网络技术-计算机网络基础第1

2、章 计算机网络基础知识Computer Networks Overview计算机网络基础-5第1章 计算机网络基础知识1.1 计算机网络的发展历程1.2 计算机网络基本概念1.3 计算机网络的组成1.4 计算机网络体系结构计算机网络技术-6计算机网络技术-71.1计算机网络发展历程1.1.1 计算机网络的发展阶段1.1.2 计算机网络技术的演进1.1.1计算机网络的发展阶段诞生阶段20世纪60年代中期形成阶段1970s1980s互联互通阶段1980s现在高速网络技术阶段现在计算机网络技术-89计算机网络的第一阶段 诞生阶段20世纪60年代中期之前 分时系统一台计算机,多个终端“哑终端”，BBS

3、仿真终端软件数据通信系统计算机通信网计算机网络技术-10计算机网络的第二阶段 形成阶段多个主机通过通信线路互联 Mainframe hostARPANET1969年12月，第一个计算机网络Internet前身 计算机网络技术-11计算机网络的第三阶段互联互通阶段20世纪70年代末至90年代 IBM公司的SNA（系统网络体系结构）苹果公司的AppletalkNovell公司的Netware统一的网络体系结构ISO的OSI（开放系统互连）体系结构TCP/IP体系结构 计算机网络技术-12计算机网络的第四阶段高速网络技术阶段21世纪特征是网络的高速和融合电信网、有线电视网和计算机网 总结100:1；

4、10:1；1:1；1:10；1:100计算机网络技术-1.1.2计算机网络技术的演进计算机网络技术-13低速高速专用网公用网虚拟专用网电路交换分组交换数据通信多媒体通信1.2计算机网络基本概念1.2.1 计算机网络的定义1.2.2 计算机网络的分类1.2.3 计算机网络的拓扑结构计算机网络技术-141.2.1 计算机网络的定义计算机网络技术-15定义把地理上分散的独立计算机通过通信设备和线路连接起来，以功能完善的网络软件实现资源共享和数据通信的系统网络是工作在一起用于支持信息传输的各台设备单元构成的集合计算机网络是一组自治计算机系统的集合网络广义地讲，网络包括从发送器到接收器之间的所有设备所有

5、链路和所有相关的交换机以及其它中间设备广域网常被描述成云状这起源于20世纪70年代推广数据通信网的活动意指网络内部结构和特性像云一样千变万化，其中的工作情况像云一样模模糊糊难以看见云表达了一种网络的透明性概念：数据简单地从网络一端进去，又从网络的另一端出来。计算模式主机计算，网格计算，云计算，普适计算计算机网络技术-16计算机网络的特点自治：每台计算机都有自主权互连：通过通信媒介进行连接协议：规则的集合共享：资源计算机网络技术-1718计算机网络的功能计算机网络主要功能数据交换资源共享分布处理信息服务以数据通信为手段，以资源共享为目的计算机网络技术-1.2.2 计算机网络的分类计算机网络技术-

6、191.按距离LAN、MAN、WAN2.按传输技术交换网络广播网络3.按组件关系（配置关系）对等网、基于服务器网4.按拓扑结构总线型、星型、环型、网状型1.按距离划分局域网 LAN城域网 MAN广域网 WAN计算机网络技术-2021局域网LAN更小的范围在一建筑物或校园内通常被同一组织所拥有数据传输速率更快以前是广播系统现在通常是交换系统无线局域网仍是广播系统计算机网络技术-22局域网例子以太网双绞线光纤WLAN802.11Wi-Fi计算机网络技术-23局域网设备LAN设备：线缆、网卡、HUB、Switch、RouterHUB交换机路由器网卡网卡计算机网络技术-24城域网MAN（ Metrop

7、olitan Area Networks）介于LAN与WAN之间城市范围私有或公有网络高速率大范围计算机网络技术-25城域网技术举例以太网Wi-MAX计算机网络技术-26广域网覆盖范围大穿越公共设施部分依赖公用电信公司线路计算机网络技术-27广域网例子ATM网OTN网络计算机网络技术-28WAN设备连接物理距离遥远的设备计算机网络技术-2.按传输技术交换网络广播网络计算机网络技术-2930交换网络（点到点网络）电路交换：基于电话网电路交换特点：专用通信路径优点：时延小、透明传输、数据有序缺点：网络资源利用率低分组交换：以分组为单位存储转发特点：存储-转发优点：多路复用，数据无序缺点：实时性差3

8、1交换技术的发展电路交换虽然研制的初衷是支持语音通信的，但它可以支持数据等任何形式信息的传输。分组交换主要支持数据和图像传输。计算机网络技术-32广播网络广播式网络有线信道（总线型、环型）无线信道（微波、卫星）特点信号冲突333.按组件关系（配置关系）对等网基于服务器网络计算机网络技术-演变对等网Peer-to-PeerP2P网络基于服务器网C/SB/S计算机网络技术-341.2.3计算机网络的拓扑结构计算机网络技术-35星型拓扑结构总线型拓扑结构环型拓扑结构树型拓扑结构网状拓扑结构混合型拓扑结构总线型星 型环 型网 状计算机网络技术-36总线型拓扑TerminatorSegmentTermi

9、nator计算机网络技术-37总线型拓扑特点优点：结构简单、布线容易适合小规模网络缺点：共享媒介所有的数据都需经过总线传送，总线为通信瓶颈长度受限故障诊断困难传输媒介或中间任一接口点出现故障，整个网络就会瘫痪实例由同轴电缆组建的以太网（Ethernet） 计算机网络技术-38星型拓扑结构Hub计算机网络技术-39星型拓扑特点优点：网络结构简单、容易实现、便于维护缺点：中央节点负荷太重安装不方便 实例由HUB或交换机组建的以太网计算机网络技术-40环型拓扑计算机网络技术-41环型拓扑特点优点：电缆长度短、传输实时性强环型拓扑适合使用光纤，传输距离远。 缺点：故障诊断难访问控制复杂 实例RPR（弹

10、性分组环）计算机网络技术-42网状拓扑计算机网络技术-43网状拓扑特点优点：系统可靠性高扩展容易缺点：结构复杂、控制复杂、网络协议复杂建设成本高 实例广域网计算机网络技术-44混合型拓扑计算机网络技术-45混合型拓扑特点优点取长补短故障诊断和隔离方便易于扩展安装方便缺点需用智能的互连设备如网桥、路由器实例广域网计算机网络技术-物理拓扑和逻辑拓扑物理拓扑物理上的连通性网络的实际几何形状逻辑拓扑数据的流通性控制机制的运作方式计算机网络技术-46计算机网络技术-471.3计算机网络的组成1.3.1资源子网1.3.2通信子网48计算机网络的组成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资源子网

11、以网络连接的计算机提供的硬软件资源为资源子网计算机网络技术-通信子网的组成由网卡、线缆、集线器、中继器、网桥、路由器、交换机等设备和相关软件组成计算机网络技术-49资源子网的组成服务器、工作站、共享的打印机和其它设备及相关软件所组成。计算机网络技术-50UNI用户-网络接口计算机网络技术-511.4计算机网络体系结构1.4.1网络层次参考模型1.4.2 OSI参考模型的各层功能1.4.3 TCP/IP协议模型1.4.4 通信协议标准化组织计算机网络技术-521.4.1网络层次参考模型计算机网络技术-53协议协议3要素协议协议是管理两实体之间数据交换的一组规则系统实体计算机网络技术-54协议三要

12、素语法：用户数据与控制信息的结构与格式。包括数据格式、 编码和信号电平等;即，做什么（what to do）。语义：需要发出何种控制信息，以及完成的动作与做出的响应。包括用于协调同步和差错处理的控制信息;即，怎么做（how to do）。定时：对事件实现顺序的详细说明。包括速度匹配和排序等。即，何时做（when to do）。计算机网络技术-5556OSI参考模型57协议数据单元PDU同层协议之间通信每一层都要往用户数据上加控制信息协议数据单元 = 数据 + 控制信息58完整的OSI数据传递与流动过程1.4.2 OSI参考模型各层功能计算机网络技术-591物理层(Physical Layer)

13、2数据链路层(Data Link)3网络层(Network)4传输层(Transport)5会话层(Session)6表示层(Presentation)7应用层(Application)601. 物理层设备间的物理接口机械特性设备之间连接件的尺寸和接头数电气特性它涉及到用什么电压代表“1”,用什么电压代表“0”一个比特持续多少时间功能特性传输是双向的，还是单向的，以及每根连线的用途等。过程特性一次通信中发送方和接收方如何应答，用以建立,维持和释放数据链路实体间的连接。这一层的规程都与电路上传输的原始比特有关,612.数据链路层激活、保持以及解除一个可行连接的手段建立、维持和释放网络实体之间的数

14、据链路差错检测和控制数据链路对网络层应表现为一条无差错的信道。相邻节点之间的数据交换按帧，各帧按顺序传送，并通过接收端的校验检查和应答保证可靠的传输。高层可以执行无差错传输数据链路层对损坏、丢失和重复的帧应能进行处理，这种处理过程对网络层是透明的。共享媒介的访问控制方法623.网络层信息的传输这一层的功能属于通信子网，通过网络交换来自运输层的数据。把数据组织成分组，在通信子网的节点之间交换传送使高层不需要知道低层的技术需要管理各种网络节点路径选择：路径既可以是固定不变的(通过静态路由表实现)，也可以是根据网络的负载情况动态变化的。拥塞控制：防止网络中出现局部的拥挤或全面的阻塞。 63网络节点只

15、有下3层644.运输层终端系统间的数据交换无差错有序无丢失无重复服务质量65运输层端到端连接运输层提供一种通用的传输服务。使会话实体不必考虑通信网络的工作细节数据传输能高效地进行。运输层采用多路复用或分流的方式优化网络的传输性能。665.会话层会话层提供的会话服务类型:会话管理：把两个表示层实体结合在一起，或把它们分开。会话控制：控制两个表示层实体间的数据交换过程。会话层提供的服务对话准则全双工/半双工编组通过标志定义数据组恢复 设置检查点676.表示层提供一个可供应用层选择的服务的集合，使得应用层可以根据这些服务功能解释数据的涵义。表示层以下各层只关心如何可靠地传输数据，而表示层关心的是所传

16、输的数据的表现方式、它的语法和语义。 表示层提供的服务数据格式和编码数据压缩加密687.应用层这是OSI体系结构的最高层。这一层的协议直接为端用户服务,提供分布式处理环境。为应用程序提供网络服务;应用层需要识别并保证通信对方的可用性，保持协同工作的应用程序之间的同步;建立传输错误纠正与保证数据完整性的控制机制。1.4.3 TCP/IP协议模型计算机网络技术-69介绍模型70TCP/IP由美国国防部高级研究计划署(DARPA)开发分组交换网ARPANETInternet用之在TCP/IP协议研究时，并没有提出参考模型；1974年Kahn定义了最早的TCP/IP参考模型；目前网络层使用的版本是IP

17、v4 ；IPv6（IPng）；71TCP/IP协议的特点 开放的协议标准;独立于特定的计算机硬件与操作系统；独立于特定的网络硬件，可以运行在局域网、广域网，更适用于互连网中；统一的网络地址分配方案，使得整个TCP/IP设备在网中都具有唯一的地址；标准化的高层协议，可以提供多种可靠的用户服务。TCP/IP协议模型计算机网络技术-7273网络接入层终端系统和网络之间的数据交换负责通过网络发送和接收IP数据报;允许主机连入网络时使用多种网络协议，如局域网的Ethernet、令牌网、分组交换网的X.25、帧中继、ATM协议等;当一种物理网被用作传送IP数据包的通道时，就可以认为是这一层的内容;提供目的

18、地址调用网络服务74互联网层相当OSI RM网络层的无连接网络服务； 处理互连的路由选择、流控与拥塞问题；IP协议是无连接的、提供“尽力而为”服务的网络层协议。另：通信协议四种服务类型面向连接与确认服务；面向连接与不确认服务；无连接与确认服务；无连接与不确认服务； 75运输层主要功能是在互连网中源主机与目的主机的对等实体间建立用于会话的端-端连接；两种协议TCPUDP76TCP（传输控制协议）TCP是一种可靠的面向连接协议；可靠的数据交付数据交付的有序性连接不同系统中实体的临时逻辑联系TCP连接指的是端口对包括源和目的端口标识单独的用户 (应用程序)TCP跟踪每对连接实体间的报文段TCP PD

19、U 称作TCP报文段77UDP（用户数据报协议）UDP是一种不可靠的无连接协议： 不可靠交付无序号不保证重复到达开销小在IP上加端口地址78应用层支持用户应用应用层协议主要有：网络终端协议Telnet文件传输协议FTP简单邮件传输协议SMTP域名系统DNS简单网络管理协议SNMP超文本传输协议HTTPOSI模型与TCP/IP模型对照计算机网络技术-79模型、协议与实现计算机网络技术-801.4.4 通信协议标准化组织计算机网络技术-81国际标准化组织(ISO)电子电气工程师协会(IEEE)美国国家标准局(ANSI)电子工业协会(EIA/TIA)国际电信联盟(ITU)INTERNET行动委员会(IAB)82标准组织涉及的协议范围 机构涉及的范围标准国际标准