第1章网络概论课件

第1章计算机网络技术概论

7/27/20231第1章计算机网络技术概论

7/27/20231本章主要内容1.1计算机网络的定义与发展1.2计算机网络的分类1.3计算机通信基础1.4数据交换技术1.5计算机网络中流量控制及路径选择1.6计算机网络体系结构及协议7/27/20232本章主要内容1.1计算机网络的定义与发展7/27/20231.1计算机网络的定义与发展

1.1.2计算机网络的发展1.1.1计算机网络的定义7/27/202331.1计算机网络的定义与发展

1.1.2计算机网络的发展计算机网络是指以共享资源为目的,利用通信手段把地域上相对分散的若干独立的计算机系统、终端设备和数据设备连接起来，并在协议的控制下进行数据交换的系统。什么叫计算机网络7/27/20234计算机网络是指以共享资源为目的,利用通信手段把地域上相对分散几个基本的定义计算机通信定义：（数字）计算机之间的通信。计算机通信网定义：实现计算机与计算机之间互连与通信的网络。或者：将若干台具有独立功能的计算机通过通信设备及传输媒体互连起来，在通信软件的支持下，实现计算机间的信息传输与交换的系统，称之为计算机通信网。数据通信定义：数字计算机或其他数字终端装置之间的通信。7/27/20235几个基本的定义计算机通信定义：（数字）计算机之间的通信。计算机网络的功能（1）实现资源共享（2）突破地域界限（3）增加可靠性（4）提高处理能力（5）进行数据通信7/27/20236计算机网络的功能（1）实现资源共享7/27/20236计算机网络的发展7/27/20237计算机网络的发展7/27/20237计算机网络的发展7/27/20238计算机网络的发展7/27/20238计算机网络的发展7/27/20239计算机网络的发展7/27/20239计算机网络的发展7/27/202310计算机网络的发展7/27/202310三级结构的因特网主机到主机的通信可能要经过多种网络。校园网校园网校园网校园网校园网校园网国家主干网地区网地区网地区网7/27/202311三级结构的因特网主机到主机的通信可能要经过多种网络。校园网校多级结构的因特网大公司地区ISP网络接入点NAP（对等点）公司校园网主干服务提供者校园网校园网校园网校园网本地ISP地区ISP地区ISP地区ISP本地ISP本地ISP大公司大公司网络接入点NAP（对等点）主机到主机的通信可能经过多种

ISP。7/27/202312多级结构的因特网大公司地区ISP网络接入点公司校园网主干服计算机网络的发展趋势（1）开放性方向发展（2）一体化方向发展（3）多媒体网络方向发展（4）高效、安全的网络管理方向发展（5）智能化网络方向发展7/27/202313计算机网络的发展趋势（1）开放性方向发展7/27/2021.2计算机网络的分类1.2.1按拓扑结构分类1.2.2按地域范围分类1.2.3按传输技术分类1.2.4按传输介质分类7/27/2023141.2计算机网络的分类1.2.1按拓扑结构分类7/27/1.2.1按拓扑结构分类（1）总线拓扑（BusTopology）结构（2）环型拓扑（RingTopology）结构（3）星型拓扑（StarTopology）结构（4）网状拓扑（NetTopology）通信网络QQ群号：914351867/27/2023151.2.1按拓扑结构分类7/27/202315拓扑结构集线器干线耦合器总线网星形网树形网环形网7/27/202316拓扑结构集线器干线耦合器总线网星形网树形网环形网7/27总线拓扑（BusTopology）结构7/27/202317总线拓扑（BusTopology）结构7/27/2023环形拓扑和星型拓扑7/27/202318环形拓扑和星型拓扑7/27/202318网状拓扑（NetTopology）7/27/202319网状拓扑（NetTopology）7/27/2023191.2.2按地域范围分类局域网LAN（LocalAreaNetwork）城域网MAN（MetropolitanAreaNetwork）广域网WAN（WideAreaNetwork）7/27/2023201.2.2按地域范围分类局域网LAN（LocalArea广域网、城域网、接入网以及局域网的关系城域网城域网接入网接入网接入网接入网接入网接入网广域网局域网局域网校园网企业网……7/27/202321广域网、城域网、接入网以及局域网的关系城域网城域网接入网接1.2.3按传输技术分类广播网络点到点网络7/27/2023221.2.3按传输技术分类广播网络7/27/2023221.2.4按传输介质分类（1）有线网络有线网络指采用同轴电缆、双绞线、光纤等有线介质来连接的计算机网络。（2）无线网络无线网络采用微波、红外线、无线电等电磁波作为传输介质。由于无线网络的联网方式灵活方便，不受地理因素影响，因此是一种很有前途的组网方式。目前无线通信系统主要有：低功率的无绳电话系统、模拟蜂窝系统、数字蜂窝系统、移动卫星系统、无线LAN和无线WAN等。7/27/2023231.2.4按传输介质分类（1）有线网络7/27/20231.3计算机通信基础1.3.1信号1.3.2数字编码技术1.3.3数字调制技术1.3.4传输介质1.3.5数据传输1.3.6多路复用技术1.3.7差错控制技术7/27/2023241.3计算机通信基础1.3.1信号7/27/2023241.3.1信号模拟信号数字信号

7/27/2023251.3.1信号模拟信号7/27/2023251.3.2数字编码技术7/27/2023261.3.2数字编码技术7/27/2023261.3.3数字调制技术7/27/2023271.3.3数字调制技术7/27/202327根据载波信号要素的改变方式，数字数据的调制主要分为下面4种：幅移键控、频移键控、相移键控、正交调幅。（1）幅移键控（AmplitudeShiftKeying，ASK）（2）频移键控（FrequencyShiftKeying，FSK）（3）相移键控（PhaseShiftKeying，PSK）（4）正交调幅（QuadratureAmplitudeModulation，QAM）7/27/202328根据载波信号要素的改变方式，数字数据的调制主要分为下面4种：1.3.3数字调制技术7/27/2023291.3.3数字调制技术7/27/202329正交调幅（QAM）编码技术就是将ASK和PSK以某种方式结合起来的一种编码技术。如图1-16所示，8-QAM使用了幅度与相位的8种组合，每个码元3个比特。同理，16-QAM的幅度和相位有16种组合，每个组合代表一个码元，每个码元有4个比特的信息量。图1-16两种不同的QAM的星座图7/27/202330正交调幅（QAM）编码技术就是将ASK和PSK以某种方式结合问题：计算机系统通过MODEM传输信号的工作过程？7/27/202331问题：计算机系统通过MODEM传输信号的工作过程？7/27/1.3.4传输介质1．有线介质（1）双绞线（2）同轴电缆（3）光纤2．无线介质（1）无线电短波通信（2）地面微波接力通信（3）红外线和激光（4）卫星通信7/27/2023321.3.4传输介质1．有线介质7/27/2023321.3.5数据传输数据传输类型（1）基带传输和宽带传输（2）并行传输和串行传输2．数据通信的同步技术（1）异步传输模式（2）同步传输模式3．数据传输方式（1）单工通信（2）半双工通信（3）全双工通信7/27/2023331.3.5数据传输数据传输类型7/27/2023331.3.6多路复用技术1．频分多路复用7/27/2023341.3.6多路复用技术1．频分多路复用7/27/20233时分多路复用（TimeDivisionMultiplexing，TDM）是将多路信号按一定的时间间隔相间传送，以在一条传输线上实现“同时”传送多路信号。7/27/202335时分多路复用（TimeDivisionMultiplex（3）波分多路复用波分多路复用（WaveDivisionMultiplexing，WDM）主要用于全光纤网组成的通信系统。波分复用就是光的频分复用。7/27/202336（3）波分多路复用7/27/202336码分多路复用（CodingDivisionMultiplexingAccess，CDMA）7/27/202337码分多路复用（CodingDivisionMultipl1.3.7差错控制技术1．差错的类型2．差错控制的基本方法（1）“回声”法（2）“表决”法（3）ARQ方法根据发送方发送报文方式的不同，ARQ协议可以分为：停等ARQ协议（Stop-and-WaitARQ）、后退N帧ARQ协议（Go-backNARQ）、选择性重传ARQ协议（SelectiveRepeatARQ）。（4）FEC方法（5）HEC方法7/27/2023381.3.7差错控制技术1．差错的类型7/27/2023383．差错控制编码（1）奇偶校验（2）方块校验（3）循环冗余校验（4）海明码7/27/2023393．差错控制编码7/27/2023391.4数据交换技术1.4.1电路交换技术1.4.2报文交换技术1.4.3分组交换技术1.4.4几种交换方式的比较7/27/2023401.4数据交换技术1.4.1电路交换技术7/27/2021.4数据交换技术数据交换技术是指在任意拓扑结构的通信网络中，通过网络节点的某种转换方式实现任意两个或多个节点之间数据传输的技术。目前常用的数据交换技术有电路交换技术、报文交换技术、分组交换技术和其它一些高速的数据交换技术。7/27/2023411.4数据交换技术数据交换技术是指在任意拓扑结构的通信网络1.4.1电路交换技术7/27/2023421.4.1电路交换技术7/27/202342电路交换举例A和B通话经过四个交换机通话在A到B的连接上进行((((交换机交换机交换机交换机用户线用户线中继线中继线BDCA7/27/202343电路交换举例A和B通话经过四个交换机((((交换机交换电路交换举例C和D通话只经过一个本地交换机通话在C到D的连接上进行((((交换机交换机交换机交换机用户线用户线中继线中继线BDCA7/27/202344电路交换举例C和D通话只经过一个本地交换机((((交换1.4.2报文交换技术其传输方式为“存储——转发”方式。存储转发原理如图1-30所示。图1-30存储转发原理图7/27/2023451.4.2报文交换技术其传输方式为“存储——转发”方式。存数据数据数据报文分组交换的原理每一个数据段前面添加上首部构成分组。首部首部首部分组

1分组

2分组

3请注意：现在左边是“前面”7/27/202346数据数据数据报文分组交换的原理分组交换的原理分组交换网以“分组”作为数据传输单元。依次把各分组发送到接收端（假定接收端在左边）。数据首部分组

1数据首部分组

2数据首部分组

37/27/202347分组交换的原理分组交换网以“分组”作为数据传输单元。数分组交换的原理接收端收到分组后剥去首部还原成报文。数据首部分组

1数据首部分组

2数据首部分组

3收到的数据7/27/202348分组交换的原理接收端收到分组后剥去首部还原成报文。数分组交换网的示意图H1A分组交换网BDECH5H6H4H2H3H1向H5发送分组H2向H6发送分组注意分组路径的变化！结点交换机主机7/27/202349分组交换网的示意图H1A分组交换网BDECH5H6H4H2H1.4.3分组交换技术1．数据报分组交换技术

数据报分组交换（DatagramSwitching）是一种面向无连接的分组交换，当发送端发送报文时，先将报文拆成若干分组，每个分组携带地址信息和分组序号，选择不同的路径传输到目的结点。

7/27/2023501.4.3分组交换技术1．数据报分组交换技术7/27/201.4.3分组交换技术2．虚电路分组交换技术虚电路分组交换（VirtualCircuitSwitching）是一种面向连接的分组交换，在发送分组前，发送方与接收方预先要建立逻辑连接，即建立一条虚电路，每个结点不必为分组作路由选择，所有分组都沿虚电路传输。7/27/2023511.4.3分组交换技术2．虚电路分组交换技术7/27/20三种交换的比较P1P2P3P4P1P2P3P4P3P4报文报文报文ABCDABCDABCD报文交换电路交换分组交换t连接建立数据传送报文P2P1连接释放7/27/202352三种交换的比较P1P2P3P4P1P2P3P4P3P4报报1.4.4几种交换方式的比较方式特性电路交换报文交换数据包分组交换虚电路分组交换传输通路性质物理逻辑逻辑逻辑通路的可用性专用共享共享共享数据传输单元报文报文分组分组通路建立要求呼叫建立不要求建立不要求建立要求呼叫建立通路的维持通信期间维持不维持不维持通信期间维持节点存储不要求存储一个报文存储一个分组存储一个分组节点时延几乎无时延报文存储转发时延分组存储转发时延分组存储转发时延过荷适应性有呼叫阻塞增加报文时延增加分组时延有呼叫阻塞增加分组时延链路带宽利用固定带宽占用动态使用动态使用动态使用7/27/2023531.4.4几种交换方式的比较电路交换报文交换数据包分组交换1.5计算机网络中流量控制及路径择1.5.1计算机网络中流量控制技术1.5.2计算机网络中路径选择方法7/27/2023541.5计算机网络中流量控制及路径择1.5.1计算机网络中1.5.1计算机网络中流量控制技术7/27/2023551.5.1计算机网络中流量控制技术7/27/202355拥塞：当网络某部分或整个网络中的报文量超过一定值时，引起通过能力下降和时延增大的现象。拥塞控制的目的主要是提高网络的吞吐率，即单位时间传输的报文量。7/27/202356拥塞：当网络某部分或整个网络中的报文量超过一定值时，引起通过拥塞控制与网络中的流量有关。计算机网络中流量控制作用分散在网络的各级。1．链路级2．网络端—端之间（1）滑动窗口控制（2）窗口末给ACK（3）SNA窗口控制3．网络入口级（1）许可证方式（2）输入缓冲区限制方式（3）采用阻塞报文4．传输级7/27/202357拥塞控制与网络中的流量有关。计算机网络中流量控制作用分散在网1.5.2计算机网络中路径选择方法1．确定式路径选择（1）泛送式（2）固定式（3）概率分配方式2．适应式路径选择（1）集中式（2）孤立式（3）混合式（4）分布式①最短路径算法②后补路径算法③链路状态路由算法④概率路径算法7/27/2023581.5.2计算机网络中路径选择方法1．确定式路径选择7/21.6计算机网络体系结构及协议1.6.1协议与体系结构1.6.2OSI模型7/27/2023591.6计算机网络体系结构及协议1.6.1协议与体系结构7/1.6.1协议与体系结构1．网络协议(Protocol)①语法（Syntax）：包括数据格式、编码及信号电平等。②语义（Semantics）：包括用于协调和差错处理的控制信息。③定时（Timing）：包括速度匹配和排序。2．网络的体系结构层次划分所遵循的原则所谓网络的体系结构(Architecture)就是计算机网络各层次及其协议的集合。层次结构一般以垂直分层模型来表示。7/27/2023601.6.1协议与体系结构1．网络协议(Protocol)7/n层是n-1层的用户，又是n+1层的服务提供者。n+1层虽然只直接使用了n层提供的服务，实际上它通过n层还间接地使用了n-1层以及以下所有各层的服务。层次结构的好处在于使每一层实现一种相对独立的功能。分层结构还有利于交流、理解和标准化。7/27/202361n层是n-1层的用户，又是n+1层的服务提供者。n+1层虽计算机网络参次模型7/27/202362计算机网络参次模型7/27/202362层次结构的特点：①除了在物理媒体上进行的是实通信之外，其余各对等实体间进行的都是虚通信。②对等层的虚通信必须遵循该层的协议。③n层的虚通信是通过n/n-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。7/27/202363层次结构的特点：7/27/202363层次结构划分的原则①当在处理数据的过程中需要建立不同的抽象层次时，应进行分层；②不能把结构的层分得太多，以免在描述和综合这些层次时发生困难；③当需要完成显然不同的处理功能或者需要采用完全不同的技术时，应进行分层；④应把相似的功能放在同一层内；⑤在建立分层边界时，应使其服务描述简单且应保证通过边界往返的次数最少。⑥在分层时应允许各层重新设计，且允许各层协议为适应结构、软、硬件方面的新技术而作某种变化；⑦分层后每一层应仅与其相邻的上下层有接口；⑧根据不同的通信服务需要可以在同一层内进一步建立若干子层；⑨允许对子层进行旁路。7/27/202364层次结构划分的原则①当在处理数据的过程中需要建立不同的抽象网络体系结构的特点

①以功能作为划分层次的基础。②第n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。③第n层在向第n+1层提供的服务时，此服务不仅包含第n层本身的功能，还包含由下层服务提供的功能。④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。7/27/202365网络体系结构的特点

①以功能作为划分层次的基础。7/27/1.6.2OSI模型1．OSI参考模型的特征OSI模型是一种将异构系统互连的分层结构。该模型共有七层，由低到高分别是：物理层（PhysicalLayer）数据链路层（DataLinkLayer）网络层（NetworkLayer）传输层（TransportLayer）会话层（SessionLayer）表示层（PresentationLayer）应用层（ApplicationLayer）7/27/2023661.6.2OSI模型1．OSI参考模型的特征7/27/207/27/2023677/27/202367OSI

与

TCP/IP体系结构应用层运输层网络层表示层会话层数据链路层物理层7654321OSI的体系结构应用层网络接口层网际层IP(各种应用层协议如TELNET,FTP,SMTP等)运输层(TCP

或

UDP)TCP/IP的体系结构无连接分组交付服务运输服务(可靠或不可靠)各种应用服务TCP/IP

的三个服务层次7/27/202368OSI与TCP/IP体系结构应用层运输层网络层表示层会话OSI参考模型的特征（1）提供了控制互连系统交互规则的标准框架。（2）定义了一种抽象结构，而并非具体实现的描述。（3）不同系统上的相同层的实体称为同等层实体。（4）同等层实体之间通信由该层的协议管理。（5）相邻层间的接口定义了原语操作和低层向上层提供的服务。（6）所提供的公共服务是面向连接的或无连接的数据服务。（7）直接的数据传送仅在最低层实现。（8）每层完成所定义的功能，修改本层的功能并不影响其他层。7/27/202369OSI参考模型的特征7/27/202369OSI参考模型各层的功能（1）物理层（PhysicalLayer）物理层位于OSI参考模型的最底层，是整个OSI参考模型的基础。该层规定了通信设备的机械的、电气的、功能的和过程的特性，用以建立、维护和拆除物理链路连接。7/27/202370OSI参考模型各层的功能（1）物理层（PhysicalLa（2）数据链路层（DataLinkLayer）

数据链路层在物理层提供比特流服务的基础上，建立相邻结点之间的数据链路，通过差错控制提供数据帧（Frame）在信道上无差错的传输，并进行各电路上的动作系列。该层的作用概括如下：①在网络层实体间提供传送数据的功能和过程。②提供数据链路的流控。③检测和校正物理