计算机网络基础课件第一章

计算机网络基础课件第一章主要内容概述（发展、定义、组成）1计算机网络的分类2计算机网络的拓扑结构3计算机网络的体系结构4第2页,共58页，2024年2月25日，星期天第1章计算机网络的基础知识概述1计算机网络的形成与发展计算机网络的定义计算机网络的基本组成计算机网络的分类2计算机网络的拓扑结构3计算机网络的体系结构4第3页,共58页，2024年2月25日，星期天1.1.1计算机网络的形成与发展●计算机网络----计算机技术与通信技术相结合的产物。●

计算机网络发展的里程碑●

20世纪50年代，面向终端的计算机网络●1969年，ARPAnet（广域网）建立●

1975年，美国XEROX公司推出第一个局域网——以太网●1985年，美国国家科学基金会（NSF）开始TCP/IP的研究，1986年，NSFnet与ARPAnet相连，以此为基础形成Internet●

20世纪90年代后，Internet迅速发展●进入21世纪，开始试验下一代互联网（NGI---Internet2）第4页,共58页，2024年2月25日，星期天1.1.1计算机网络的形成与发展●网络标准（体系结构）的发展过程●

20世纪70年代中期，各家网络产品自成体系结构●1977－1983年，ISO组织研究并公布OSI参考模型●

1977年，ARPA组织开始研究TCP/IP，1979年成功，1983年完成在ARPAnet上的应用

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TCP/IP成为事实上的工业标准第5页,共58页，2024年2月25日，星期天1.1.2计算机网络的定义具有独立功能的计算机或其它设备，用一定通信设备和介质互相连接起来，能够实现信息传递和资源共享的系统。●

定义排除了网络系统中主从关系的可能性必须是以某种方式互连---物理互连逻辑互连第6页,共58页，2024年2月25日，星期天计算机之间通信需要遵守的、具有特定语义的一组规则。●一个概念——网络协议1.1.3计算机网络的组成●网络协议的实现是由软件或硬件、或二者共同完成的，称为协议实体。

第7页,共58页，2024年2月25日，星期天1.1.3计算机网络的组成一次完整的通信过程需要用到：

软件协议实体——高层协议族的实现-由软件实现

：TCP/IP协议软件模块，服务器/客户机程序

硬件协议实体——低层协议族的实现-由硬件实现：

网卡，交换机，集线器，路由器，调制解调器

计算机网络系统由什么组成？

第8页,共58页，2024年2月25日，星期天1.1.3计算机网络的组成从逻辑的角度看计算机设备传输介质网络协议实体具有独立功能的计算机系统和具有独立网络功能的设备

实现网络通信的物理基础。分为有线和无线两大类。实现网络协议的软件或硬件物理组成部分逻辑组成部分

实际上，传输介质也可以认为是网络协议实体

第9页,共58页，2024年2月25日，星期天1.1.3计算机网络的组成

计算机网络的简化定义●

自主计算机（autonomouscomputers）的互联（interconnected）集合。

具有独立功能既物理连接，又逻辑连接第10页,共58页，2024年2月25日，星期天第1章计算机网络的基础知识概述（发展、定义、组成）1计算机网络的分类方法广播式网络和点到点网络局域网、城域网和广域网计算机网络的分类2计算机网络的拓扑结构3计算机网络的体系结构4第11页,共58页，2024年2月25日，星期天1.2.1计算机网络的分类方法●按照不同标准，计算机网络的分类也不同曾经有过的分类方法有：按拓扑结构分：总线网、环型网、星型网和网状型（或分布型）网。

按网络协议分：如以太网、令牌环网、FDDI网、ATM网、Novell网、TCP/IP网等。

按传输介质分：如同轴电缆网、双绞线网、光纤网、无线网等。按使用者分：公用网和专用网。

按交换方式分：电路交换网、报文交换网、分组交换网和混合交换网。

按通信技术分：广播式网络和点到点网络。

按分布距离分：局域网、广域网和城域网。针对底层通信网络两个重要概念：广播式通信和点到点通信随着网络应用的发展，目前更多的网络是：复合拓扑结构，混合传输介质，使用多种网络协议的大规模网络目前最常用第12页,共58页，2024年2月25日，星期天一个重要概念分组交换在传输数据之前，将要传的数据划分成一个个小的数据段，并在每一个数据段前加上必要的控制信息，如目的地址、源地址、差错校验信息等，与数据段一起构成一个分组（packet），然后再将分组独立地发送到网络上。由于分组中含有地址信息，当源站点和目的站点之间有多条路径时，每一个分组可以独立地选路。第13页,共58页，2024年2月25日，星期天1.2.2广播式网络和点到点网络●计算机网络按照通信技术分为两类[通信信道]广播式信道[两类交互方式]一台计算机向指定目的地址发送分组一台计算机向广播地址发送广播分组◆

广播式（Broadcast）网络[通信信道]点到点信道[两种连接方式]由一条物理线路直接连接通过中间结点存储转发、选择路由◆

点到点（PointtoPoint）网络第14页,共58页，2024年2月25日，星期天区分概念：广播式网络与共享式网络广播式网络不等于共享式网络共享式网络——非共享广播式网络——只有广播分组（目的地址是广播地址的分组）才能被网上的其他计算机“听”到

所有分组都能被网上的其他所有计算机“听”到；天生的广播式网络

第15页,共58页，2024年2月25日，星期天1.2.3局域网、广域网和城域网

分布范围：几公里以内

传输速率高：目前10Mbps-10000Mbps

延迟小各站点能对等参与对整个网络的使用与监控

网络技术：广播式通信技术

典型的局域网技术有：以太网、令牌环网、令牌总线网和光纤分布式数据接口（FDDI）等。●

局域网●

广域网●

城域网第16页,共58页，2024年2月25日，星期天1.2.3局域网、广域网和城域网也称“远程网”

分布范围：跨城市、地区、国家传输速率：根据使用技术的不同差别较大

拓扑结构：包含分组交换设备的网状结构

网络技术：点到点通信技术

典型的广域网技术有：X.25和帧中继●

局域网●

广域网●

城域网第17页,共58页，2024年2月25日，星期天1.2.3局域网、广域网和城域网

分布范围：一个城区内

传输速率高

网络技术：早期主要用广域网技术，目前主要用局域网技术

专门研究的城域网技术：IEEE802.6城域网，已淘汰

IEEE802.17弹性分组环（ResilientPacketRing，RPR），2004年6月正式推出，发展中●

局域网●

广域网●

城域网第18页,共58页，2024年2月25日，星期天关于：“互联网”和“接入网”◆

并不是一种具体的物理网络技术◆是将不同的物理网络技术按某种协议统一起来的一种高层技术◆最典型的例子：Internet●

互联网◆

是终端用户计算机（也可能是小型局域网）与互联网之间的接口◆

不是独立的网络●

接入网第19页,共58页，2024年2月25日，星期天第1章计算机网络的基础知识概述（发展、定义、组成）1计算机网络的分类2计算机网络的拓扑结构3计算机网络的体系结构4第20页,共58页，2024年2月25日，星期天1.3计算机网络的拓扑结构

网络系统中的结点（包括计算机和通信设备）和通信链路构成的几何形状拓扑结构的概念：第21页,共58页，2024年2月25日，星期天1.3计算机网络的拓扑结构总线型1环型2星型3网状型4树型5混合型6●网络拓扑结构的类型第22页,共58页，2024年2月25日，星期天总线型1环型2星型3网状型4树型5混合型6●网络拓扑结构的类型1.3计算机网络的拓扑结构◆

总线作公共传输信道◆

所有站点均平等◆共享式网络◆使用广播式通信技术◆缺点：网络整体性能随着站点数的增加而下降。第23页,共58页，2024年2月25日，星期天总线型1环型2星型3网状型4树型5混合型61.3计算机网络的拓扑结构◆有单环结构和双环结构两种

◆局域网与城域网上均有应用◆局域网上为共享信道网络，现在已经淘汰缺点？●网络拓扑结构的类型第24页,共58页，2024年2月25日，星期天总线型1环型2星型3网状型4树型5混合型61.3计算机网络的拓扑结构◆

任意二个结点必须通过中心结点连接◆

还可以构成多级星型结构◆

不同技术使用的通信方式也不同缺点：中心结点失效，整个网络就会瘫痪●网络拓扑结构的类型第25页,共58页，2024年2月25日，星期天总线型1环型2星型3网状型4树型5混合型61.3计算机网络的拓扑结构◆

结点之间的连接是任意的，没有规律◆

优点：系统可靠性高，

主要应用在广域网上S1S1S1S1S1S1S1S2S3S4S5S6●网络拓扑结构的类型特点：

结构复杂，必须采用路由选择算法与拥塞控制方法

第26页,共58页，2024年2月25日，星期天总线型1环型2星型3网状型4树型5混合型61.3计算机网络的拓扑结构

计算机网络中，物理上基本不用这种拓扑结构逻辑应用：生成树（SpanningTree）协议STP

◆

有分支的总线结构◆

典型：CATV系统●网络拓扑结构的类型第27页,共58页，2024年2月25日，星期天第1章计算机网络的基础知识协议分层模型及概念网络服务及服务类型ISO/OSI参考模型IEEE802系列标准TCP/IP协议族概述（发展、定义、组成）1计算机网络的分类2计算机网络的拓扑结构3计算机网络的体系结构4第28页,共58页，2024年2月25日，星期天1.4.1网络协议分层模型及相关概念●

协议分层的目的：分而治之●协议栈(protocolstack)：协议分层以后的层次结构……第2层第1层第n-1层发送程序……第2层第1层第n-1层接收程序网络接收端协议栈发送端协议栈n层协议栈对等层：不同机器上的相同层次

接口：上下层之间交换数据的机制

层次按功能划分第29页,共58页，2024年2月25日，星期天层次结构通信实例传真线路翻译经理助理秘书翻译经理助理秘书协议：商务问题协议：英语协议：传真●结论协议只与对等层有关，是负责对等进程之间通信的

经理德国公司中国公司经理第30页,共58页，2024年2月25日，星期天分组的封装与解封第5层第4层第3层第2层第1层MMH4MH4H3H2MH4H3T2源主机目的主机MMH4MH4H3H2MH4H3T2第5层协议第4层协议第3层协议第2层协议几个概念：报头；封装；解封；报头：发送端向下传送数据时增加的信息。封装：将上层数据加上报头后构成本层分组的操作。

解封：接收端将分组的数据区部分提取出来交给上一层的操作。第31页,共58页，2024年2月25日，星期天重要提示一个网络系统总是由低层协议和高层协议的共同实现而构成，并且一个层次上可能实现有多个协议；一种上层协议往往可以运行在多种下层协议上，而同一种下层协议之上又可以运行不同的上层协议第32页,共58页，2024年2月25日，星期天网络体系结构的定义计算机网络的体系结构●——计算机网络的层次结构及其各层协议的集合computernetworkarchitecture最具影响的三个网络体系结构模型：

◆

ISO/OSI参考模型

◆

IEEE802系列标准

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TCP/IP协议族

不同的体系结构有不同的分层模型和协议。●第33页,共58页，2024年2月25日，星期天1.4.2网络服务及服务类型网络服务彼此相邻的两层间下层为上层提供通信能力或操作而屏蔽其细节的过程。服务提供者1服务用户2服务访问点3●几个概念SAP(ServiceAccessPoint)服务用户协议服务用户服务提供者SAPSAP提供服务第n层第n+1层第34页,共58页，2024年2月25日，星期天两大类网络服务●

面向连接的服务●

整个通信过程包括三个阶段：建立连接、传输数据和释放连接。

●

接收端接收到的数据顺序与发送顺序相同

●

适合于在一定期间内要向同一目的地发送大量数据的情况。●

具有较高的可靠性●

无连接服务●通信之前不需要建立连接●各分组被独立地传送到目的地，到达顺序不同于发送顺序，因此每个分组都必须包含地址信息●灵活方便，适合于一次传送的数据量较小的情况●不可靠的服务，常被称为“尽最大努力交付”（besteffortdelivery）第35页,共58页，2024年2月25日，星期天1.4.3ISO/OSI参考模型●由国际标准化组织ISO（InternationalStandardOrganization）提出并制定●OSI参考模型的7层框架应用层表示层会话层传输层网络层数据链路层物理层第36页,共58页，2024年2月25日，星期天ISO/OSI模型遵循的分层原则根据不同层次的抽象分层；每层应当实现一个明确定义的功能；每层功能的选择应该有助于制定网络协议的国际标准；各层边界的选择应尽量减少跨过接口的通信量；层数应足够多，以避免不同的功能混杂在同一层中，但也不能太多，否则体系结构会过于庞大。第37页,共58页，2024年2月25日，星期天OSI模型各层功能简述

是OSI参考模型的最低层，主要任务是在通信线路上传输数据比特（bit）的电信号。总之，物理层主要处理与传输介质有关的机械的、电气的和过程的接口。2.数据链路层数据链路层负责在相邻结点之间的链路上传送以“帧（frame）”为单位的数据，即实现帧的传输控制，包括：比特流成帧、帧定界、透明传输、差错检测与处理、流量控制和链路控制等功能。在广播式网络上，数据链路层还要处理多个站点对共享信道竞争的问题。

1.物理层第38页,共58页，2024年2月25日，星期天OSI模型各层功能简述主要功能是网络与网络之间的路由选择、拥塞控制与异种网络互连等功能是OSI参考模型中最复杂的一层。4.传输层负责提供两端点之间数据的传送，主要功能是实现流量控制和将数据报交付给相应的应用进程。是计算机网络通信体系结构中最关键的一层。3.网络层第39页,共58页，2024年2月25日，星期天OSI模型各层功能简述负责控制每一站究竟什么时间可以传送与接收数据。6.表示层主要用于处理两个通信系统中信息的表示方式。5.会话层7.应用层负责网络中应用程序与网络操作系统之间的联系，为用户提供各种服务。是OSI参考模型的最高层。第40页,共58页，2024年2月25日，星期天OSI不是一个完整的网络体系结构需要指出的是，ISO只描述了OSI各层应该完成的功能，而并未确切地描述用于各层的协议。因此，严格地说，OSI参考模型并未包含网络体系结构的全部内容。第41页,共58页，2024年2月25日，星期天1.4.4IEEE802系列标准在局域网和城域网上广泛使用的协议标准就是IEEE802系列标准。由电气电子工程师协会IEEE(TheInstituteofElectricalandElectronicEngineer)的802委员会制定

IEEE802委员会成立于1980年，致力于研究局域网和城域网的物理层和MAC层规范，所以又称为局域网/城域网标准委员会（LAN/MANStandardsCommittee）IEEE802系列标准中的每一个子标准都由委员会中的一个专门工作组负责，到目前为止，已有23个工作组第42页,共58页，2024年2月25日，星期天1.4.4IEEE802系列标准IEEE802.1：高层局域网协议（HigherLayerLANProtocols）；IEEE802.2：逻辑链路控制（LogicalLinkControl）；IEEE802.3：以太网（Ethernet）；IEEE802.4：令牌总线（TokenBus）；IEEE802.5：令牌环（TokenRing）；IEEE802.6：城域网（MetropolitanAreaNetwork）；IEEE802.7：宽带技术（BroadbandTAG）；第43页,共58页，2024年2月25日，星期天1.4.4IEEE802系列标准IEEE802.8：光纤技术（FiberOpticTAG）；IEEE802.9：综合语音/数据服务局域网（IsochronousLAN）；IEEE802.10：局域网/城域网的安全（LAN/MANSecurity）；IEEE802.11：无线局域网（WirelessLocalAreaNetwork，WLAN）；IEEE802.12：100VG-AnyLAN（DemandPriority，需求优先级协议）；IEEE802.13：（未使用）；IEEE802.14：电缆调制解调器（CableModem）；IEEE802.15：无线个人网（WirelessPersonalAreaNetwork，WPAN）；第44页,共58页，2024年2月25日，星期天1.4.4IEEE802系列标准IEEE802.16：宽带无线接入（BroadbandWirelessAccess）；IEEE802.17：弹性分组环（ResilientPacketRing）；IEEE802.18：无线管制（RadioRegulatoryTAG）；IEEE802.19：共存（CoexistenceTAG）；IEEE802.20：移动宽带无线访问（MobileBroadbandWirelessAccess，MBWA）；IEEE802.21：媒体无关切换（MediaIndependentHandoff）；IEEE802.22：无线区域网（WirelessRegionalAreaNetworks）。IEEE802.23：

应急服务（EmergencyServices）

第45页,共58页，2024年2月25日，星期天1.4.4IEEE802系列标准有些早期的工作组已经解散（如802.2等），或处于不活跃状态（如802.17、802.20）。目前活跃的工作组是802.1、802.3、802.11、802.15-16、802.18-19、802.21-22。随着网络技术的发展，新的工作组还会不断出现。每一个工作组又维护着若干子协议，并且不断推出新的标准，后制定的标准一般是对已有标准的修改或扩展。如IEEE802.3工作组维护的标准除了IEEE802.3之外还有IEEE802.3u、IEEE802.3z、IEEE802.3ab、IEEE802.3ac、IEEE802.3ae等，分别对应于不同介质和速率以太网使用的MAC层和物理层协议；IEEE802.11工作组维护的协议有IEEE802.11、IEEE802.11a、IEEE802.11b、IEEE802.11g等，不同的无线局域网标准有着不同的传输速率。第46页,共58页，2024年2月25日，星期天IEEE802的体系结构模型IEEE802主要标准之间的关系物理层数据链路层较高层OSI参考模型物理层MAC子层LLC子层IEEE802参考模型WLAN物理层TokenRing物理层TokenBus物理层CSMA/CD物理层802.11WLAN802.5TokenRing802.4TokenBus802.3CSMA/CD802.2逻辑链路控制标准（LLC）802.1局域网协议高层（体系结构、网络互联和网络管理等）对应于OSI模型的低层第47页,共58页，2024年2月25日，星期天IEEE802模型各层数据的封装高层(通常是网络层)LLC子层MAC子层LLC头部LLC数据高层分组MAC头部MAC尾部MAC数据LLC子层的目的是屏蔽各种802网络之间的差别，为高层提供统一的接口MAC子层对应于不同的局域网或城域网技术需指出：目前广泛应用的以太网并没有使用LLC子层第48页,共58页，2024年2月25日，星期天1.4.5TCP/IP协议族TCP/IP是由自愿者组成的民间团体ISOC（InternetSociety）管辖的一个主要部门IAB（InternetArchitectureBoard）负责发布和管理的。

Internet协会（ISOC）Internet体系结构委员会（IAB）Internet研究指导小组（IRSG）

Internet研究任务部（IRTF）

RG…Internet工程任务部（IETF）Internet工程指导小组（IESG）

………WG领域10WGWGWGRG领域1负责发布和管理TCP/IP第49页,共58页，2024年2月25日，星期天RFC文档有关Internet工作的文档、新协议或修订过的协议的建议和TCP/IP协议标准都出现在一系列技术报告中，这些报告称为InternetRFC（InternetRequestForComment）或RFC。RFC文档的编辑由IETF各领域的管理人完成。RFC文档以年代顺序进行编号，修订过的RFC也被分配一个新的编号，因此，对同一协议，一定要参考最高编号的RFC文档。RFC

INDEX:/rfc-index.html

第50页,共58页，2024年2月25日，星期天TCP/IP协议模型及其主要协议的层次关系应用程序SMTPHTTPMIMEDHCPBGPFTPTelnetDNSRIPSNMPASN.1TFTPTCPUDPIPARPRARP硬件设备驱动程序应用层传输层互联网层网络接口层ICMP第51页,共58页，2024年2月25日，星期天TCP/IP模型各层功能简要描述1.应用层（ApplicationLayer）

向用户提供一组常用的应用程序，例如文件传送、电子邮件、远程登录等。应用层的协议很多，依赖关系相当复杂，这种现象与具体应用的种类繁多现象密切相关。在应用层中，有些协议不能直接为一般用户所使用。那些直接能被用户使用的应用层协议，往往是一些通用的、容易标准化的协议，例如，FTP、Telnet等。

严格地说，应用程序可以不属于TCP/IP第52页,共58页，2024年2月25日，星期天TCP/IP模型各层功能简要描述2.传输层包括两个协议：传