《计算机网络与数据通信基础（职业本科版）》全套教学课件

计算机网络与数据通信基础全套可编辑PPT课件目录单元1

计算机网络概述———探寻身边网络世界单元2计算机网络体系结构———追溯网络结构演变单元3数据通信基础———解析信号传输机理单元4

网络传输介质与综合布线基础———深析物理连接本质单元5

局域网基础———纵览局域网演进目录单元6

组建局域网———搭建实用局域网单元7Internet基础———解码IP协议核心单元8网络互联与接入Internet———架设网络互通桥梁单元9Internet传输协议———解密数据传输规则单元10Internet应用———畅享丰富网络应用服务单元11

网络安全基础———筑牢网络安全坚实防线单元1

计算机网络概述———探寻身边网络世界第一部分1.1计算机网络的基本概念1.2计算机网络的组成1.3计算机网络的分类1.4网络的计算模式1.5宏观认识校园网络拓扑结构知识目标·了解计算机网络的发展历程。·理解计算机网络的组成和拓扑结构。·掌握计算机网络的定义和功能。·理解计算机网络的计算模式。技能目标·能够使用计算机网络学习和工作。·能够认识身边的计算机网络。1.1.1计算机网络的定义计算机网络(computernetwork),顾名思义,是由计算机组成的网络系统。就是将分布在不同地理位置的具有自主功能的多台计算机及其外部设备,利用通信设备和线路连接起来,用网络软件(网络通信协议和网络操作系统等)实现网络中资源共享和信息传递的系统。1.1.1计算机网络的定义从计算机网络的定义来看,现代计算机网络有以下几个特点。资源共享是计算机网络实现的主要目的。计算机有完善的网络软件支持,被连接的计算机自成一个完整的系统,包括各种类型具有自主功能的计算机。计算机之间的互联通过通信设备及通信线路来实现,其通信方式多样化,通信介质也多样化,可以是双绞线、同轴电缆、光纤等有线传输介质,也可以是红外线、无线电波等无线传输介质。计算机之间通信必须遵循统一的标准,即网络通信协议。（4）（3）（2）（1）1.1.1计算机网络的定义定义中强调“自主功能的计算机”和“统一通信协议”，可引申：早期终端不具备自主功能，是“哑终端”，如今智能手机、物联网设备都算“计算机”。协议好比人类交流的语言，双方都说“普通话”才能沟通。扩展互动话题请举例生活中哪些设备属于“计算机”，哪些通信行为需要“协议”？引导学生思考手机与路由器、智能音箱与云端之间的“语言”是什么。1.1.2计算机网络的功能计算机网络的主要功能有以下几点。(2)(1)(3)(4)数据通信资源共享分布式处理和负载均衡

提高计算机的可靠性1.1.2计算机网络的功能扩展资源共享不只是文件共享，还包括硬件共享（如网络打印机）、计算资源共享（如云渲染）。举例：高校实验室通过集群共享GPU资源，或家中多台设备共用一台打印机。1.1.3计算机网络的发展计算机网络的发展过程可以概括为以下4个阶段。1.面向终端的网络面向终端是计算机网络发展的第一个阶段,也就是简单的计算机联机系统,但是这个阶段已具备了计算机网络的雏形。这一阶段的网络系统也称为面向终端的计算机网络,其由一台中心计算机和多个远程或本地终端连接起来组成,除中心计算机外,所有终端都不具备数据处理功能,如图1-1所示。图1-1具有远程通信功能的单主机系统1.1.3计算机网络的发展扩展早期主机系统“中心化”严重，主机一旦宕机，所有终端都无法工作。这与如今“去中心化”“边缘计算”形成鲜明对比，可引出“单点故障”概念。互动话题如果学校的网络中心断电，校园网还能用吗？哪些服务会受影响？（集中式与分布式系统的优缺点）1.1.3计算机网络的发展2.面向计算机通信的网络面向计算机通信的网络是通过通信线路将多台计算机连接起来为用户服务的,即“计算机—计算机”网络,其显著特点是,多台计算机都具有独立自主的处理功能,它们之间不存在主从关系,所有计算机都可以使用和处理其他主机共享的资源,呈现出多处理中心的特点。这一阶段的典型代表是1969年美国国防部高级研究计划局建立的ARPAnet,一个由4个节点组成的实验性网络。1.1.3计算机网络的发展3.面向应用(标准化)的网络面向应用(标准化)的网络是现今意义上的计算机网络。20世纪70年代中期,世界上各个计算机生产商纷纷发展各自的计算机网络系统,随之而来的是网络体系结构与网络协议的标准化问题。由于没有统一的标准,不同厂商的产品之间互连非常困难,人们开始认识到这个问题的严重性,迫切需要一种开放性的标准化实用网络环境,希望建立一系列国际化标准。为此,国际标准化组织(InternationalOrganizationforStandardization,ISO)成立了专门的研究机构,研究计算机系统的互联、计算机网络协议标准化等问题。1984年,ISO正式颁布了一个“开放系统互连参考模型”(opensystemsinterconnectionreferencemodel,OSI-RM),即著名的国际标准ISO7498,简称OSI参考模型。该模型分为7个层次,被国际社会普遍接受,并认为是新一代计算机网络体系结构的基础。1.1.3计算机网络的发展扩展OSI模型虽未成为实际工业标准，但其分层思想深刻影响了TCP/IP等协议设计。可比喻为“建筑图纸”与“实际施工”的关系，标准为互联互通打下基础。互动话题如果没有统一标准，不同品牌的设备能互相通信吗？1.1.3计算机网络的发展4.面向未来的计算机网络20世纪90年代,计算机技术、通信技术以及建立在互连计算机网络技术基础上的计算机网络技术得到了迅猛的发展。特别是在1993年美国宣布建立国家信息基础设施(nationalinformationinfrastructure,NII)后,许多国家纷纷开始建设自己的NII,从而极大地推动了计算机网络技术的发展,使计算机网络进入一个崭新的阶段———面向未来的计算机网络(即以Internet为核心的高速计算机网络)。目前,全球以Internet为核心的高速计算机网络已经形成,被称为第四代

计算机网络。单元1

计算机网络概述———探寻身边网络世界第一部分1.1计算机网络的基本概念1.2计算机网络的组成1.3计算机网络的分类1.4网络的计算模式1.5宏观认识校园网络拓扑结构1.2.1计算机网络的硬件网络硬件选择对网络起着决定性的作用,网络硬件是计算机网络系统的基础架构。要组建一个计算机网络系统,首先要将计算机以及相关硬件设备与网络中的其他计算机系统连接起来。计算机网络硬件系统包括工作站、服务器、网络互联设备和传输介质。(1)工作站。工作站是指连接到计算机网络中并通过应用程序来执行任务的个人计算机。用户主要通过工作站来使用网络资源。各工作站之间可以相互访问,也可以共享资源。简单地理解,用户平时使用的计算机就是工作站。(2)服务器。服务器是指专门提供服务的高性能计算机或专用设备,是网络资源管理和共享的核心,为用户提供网络服务。服务器的主要功能是为工作站提供各种网络服务,服务器的性能对整个网络的资源共享起着决定性的影响。1.2.1计算机网络的硬件(3)网络互联设备。网络互联设备主要有网络适配器(NIC)、中继器(repeater)、集线器、交换机、路由器等。网络适配器又称网卡,它是计算机、服务器连接网络的必备部件,主要负责主机与网络之间的信息传输控制。(4)传输介质。传输介质是网络通信的物理基础,通过传输介质将网络中的各种设备连接起来,构成传输数据信号的物理通道,包括有线传输介质和无线传输介质。常见传输介质包括同轴电缆、双绞线、光纤、无线电波等。1.2.1计算机网络的硬件扩展服务器强调“服务提供”，通常是高性能、多核、大内存、冗余电源；工作站强调“用户交互”。但二者界限模糊，如MacStudio可做工作站，也可作为服务器。互动话题你用过哪些“隐藏的服务器”？1.2.2计算机网络的软件网络软件是指实现网络功能不可缺少的软件环境。为了协调网络资源,系统需要通过软件工具对网络资源进行全面的管理、调度和分配,并采取一定的保密措施保证数据的安全性和合法性等。网络软件多种多样,主要包括：(1)网络操作系统。网络操作系统是最主要的网络软件,负责管理网络中各种软硬件资源。(2)网络协议及协议软件。网络协议及协议软件是通过协议程序实现网络协议功能的,网络通信软件实现网络中节点间的通信。(3)网络管理软件。网络管理软件用于对网络资源进行管理和维护。(4)网络应用软件。网络应用软件为用户提供各种服务,解决某方面的实际应用问题,如浏览软件、传输软件、远程登录软件等。单元1

计算机网络概述———探寻身边网络世界第一部分1.1计算机网络的基本概念1.2计算机网络的组成1.3计算机网络的分类1.4网络的计算模式1.5宏观认识校园网络拓扑结构1.3.1根据网络覆盖范围分类1.局域网局域网(localareanetwork,LAN)的覆盖范围一般在方圆几十米到几千米。局域网是指在某一区域内由多台计算机互相连在一起,在网络软件的支持下可以相互通信和资源共享的网络系统。局域网一般为一个部门或一个单位所有,建网、维护及扩展等较容易,数据传输速率高、误码率低、可靠性高。局域网使用的技术有以太网、令牌总线、令牌环、光纤分布式数据接口(FDDI)、无线局域网等。1.3.1根据网络覆盖范围分类2.城域网城域网(metropolitanareanetwork,MAN)的覆盖地理范围为中等区域范围。其介于局域网和广域网之间,通常是在一个城市内的网络连接。城域网是对局域网的延伸,用来连接局域网,在传输介质和布线结构方面覆盖范围较广。城域网作为本地公共信息服务平台的组成部分,负责承载各种多媒体业务,为用户提供多种接入方式,满足政府部门、企事业单位、个人用户对基于IP的各种多媒体业务的需求。1.3.1根据网络覆盖范围分类3.广域网广域网(wideareanetwork,WAN)的覆盖地理范围为数百至数千千米,可以覆盖一个国家,或者几个洲,形成国际性的远程网络。著名的Internet就是一种广域网。广域网使用的技术有X.25分组交换网、高级数据链路控制(highleveldatalinkcontrol,HDLC)、点对点协议(point-to-pointprotocol,PPP)、综合业务数字网(integratedservicedigitalnetwork,ISDN)、帧中继(framerelay)、异步传输模式(asynchronoustransfermode,ATM)、同步数字体系(synchronousdigitalhierarchy,SDH)等。1.3.1根据网络覆盖范围分类3.广域网广域网、城域网和局域网的连接关系如图1-2所示。图1-2广域网、城域网和局域网的连接关系1.3.2根据拓扑结构分类拓扑学是几何学的一个分支。拓扑学首先把实体抽象成与其大小、形状无关的点,将连接实体的线路抽象成线,进而研究点、线、面之间的关系,即拓扑结构(topologystructure)。网络拓扑是指网络形状,表示网络在物理上的连通性。网络拓扑结构分为物理拓扑结构和逻辑拓扑结构两类。物理拓扑结构是指用计算机、传输介质、交换机、路由器,以及其他网络设备的形象图形符号描述的网络拓扑结构。逻辑拓扑结构是指用抽象的点和线描述的拓扑结构。一般情况下,网络拓扑结构指的是物理拓扑结构。1.3.2根据拓扑结构分类1.总线型拓扑结构总线型拓扑结构将各个节点的设备用一根总线连接起来,网络中的多个节点(包括服务器、工作站和打印机等)共用一条物理传输线路,即总线,通过这条总线进行信息传输,如图1-3所示。每一个节点都可以收到来自其他任何节点所发送的信息,简单、易于实现。图1-3总线型拓扑结构1.3.2根据拓扑结构分类1.总线型拓扑结构总线型拓扑结构的特点如下。(1)网络结构简单,成本低,安装使用方便。(2)在同一时刻只允许一个用户发送数据,否则会产生冲突,节点数量越多,冲突越严重,因此总线型拓扑结构不适合节点较多的网络。(3)网络稳定性较差,任何一个节点故障都可能导致整个网络的瘫痪。1.3.2根据拓扑结构分类2.星型拓扑结构星型拓扑结构以一台中央节点为核心,其他节点与该中央节点之间直接连接,节点之间的数据通信必须通过中央节点,如图1-4所示。图1-4星型拓扑结构1.3.2根据拓扑结构分类2.星型拓扑结构星型拓扑结构的特点如下。（1）（2）（3）结构简单,管理方便,可扩充性强,组网容易。当局部线路出现故障时,不会影响网络中的其他节点。中央节点可以方便地控制和管理网络,但是中央节点出现故障时,整个网络瘫痪。1.3.2根据拓扑结构分类3.树型拓扑结构树型拓扑是星型网络拓扑的扩展,中央星型拓扑上的节点可以看作另一个星型拓扑的中央节点,数据流具有明显的层次性,如图1-5所示。任意两个节点之间都支持双向通信。图1-5树型拓扑结构1.3.2根据拓扑结构分类3.树型拓扑结构树型拓扑结构的特点如下。(1)除具备星型拓扑结构网络的优点之外,更富于层次性,从而可以有效隔离某些网络流量。(2)减少了链路与设备投资,组网容易,扩展性强,维护简单。1.3.2根据拓扑结构分类4.环型拓扑结构环型拓扑结构是所有节点通过链路连成一个闭合环,每个节点只与相邻的两个节点相连,如图1-6所示。环中的信息沿着一个方向按顺序传递,如果下一个节点是这个信息的接收者,则它就接收这个信息,否则就把这个信息转发出去。图1-6环型拓扑结构1.3.2根据拓扑结构分类4.环型拓扑结构环型拓扑结构的特点如下。(1)每个节点必须将信息转发给下一个相邻的节点。(2)环中通常会有令牌来控制发送数据的用户顺序。(3)发送出去的数据在对方接收后,继续沿着环路绕一圈,由发送方将其回收。(4)传输延迟固定,实时性强,可靠性高,但维护与管理复杂,节点增删较为复杂。任何一个节点故障,可能导致整个网络瘫痪。1.3.2根据拓扑结构分类5.网状拓扑结构网状拓扑结构可靠性最高。在这种结构下,每个节点都有多条链路与网络相连,高密度的冗余链路,即使一条,甚至几条链路出现故障,网络仍然能够正常工作。网状拓扑结构如图1-7所示。图1-7网状拓扑结构1.3.2根据拓扑结构分类5.网状拓扑结构网状拓扑结构的特点如下。(2)网络结构复杂,成本高,不易管理和维护,这种结构一般用于通信骨干网中。(1)网络中的节点连接有链路冗余,可靠性高,局部故障不会影响整个网络的正常工作。1.3.2根据拓扑结构分类扩展星型结构“中央节点决定生死”，但便于管理；网状结构可靠性高，但成本与复杂度也高。可结合校园网实际：核心层常采用冗余网状，接入层多用星型。互动话题如果让你为宿舍组建一个局域网，你会选哪种拓扑？为什么？1.3.3根据网络组成部件的功能分类从计算机网络各组成部件的功能来看,各部件主要具有两种功能,即网络通信和资源共享,如图1-8所示。把计算机网络中实现网络通信功能的设备,以及其软件的集合称为网络的通信子网;把网络中实现资源共享的设备和软件的集合称为资源子网。通信子网由网络节点和通信链路组成。网络节点也称为转接节点或中间节点,它们的作用是控制信息的传输和在端节点之间转发信息。图1-8通信子网与资源子网1.3.4根据网络采用的传输技术分类1.广播网络广播网络(broadcastnetwork)中的所有计算机共享一个公共信道,当一台计算机利用信道发送数据时,其他所有的计算机都会收到这个数据,由于发送的数据有目的地址和源地址,如果接收到该数据的计算机的地址与目的地址相同,则接收,否则丢弃该数据,准备接收下一个数据。广播网络的优点是网络设备简单、维护容易、成本低,缺点是无法为每个客户的要求和时间及时提供个性化服务。1.3.4根据网络采用的传输技术分类2.点到点网络点到点网络中的每条物理线路或链路连接一对计算机。如果两个节点之间没有直接连接线路,那么它们只能通过中间节点接收、存储、转发,直到目的节点。计算机网络的分类还可以按照其他标准,如按照使用者所有权分为公用网和专用网;按照通信介质分为有线网络和无线网络;按照控制方式可以分为集中式与分布式网络。单元1

计算机网络概述———探寻身边网络世界第一部分1.1计算机网络的基本概念1.2计算机网络的组成1.3计算机网络的分类1.4网络的计算模式1.5宏观认识校园网络拓扑结构1.4.1以大型机为中心的计算模式20世纪80年代以前,计算机界普遍使用的是功能强大的大型机,许多用户共享中央处理器(centralprocessingunit,CPU)资源和数据存储功能,但访问会受到严格的控制,在进行数据交换时需要通过穿孔卡和简单的终端。在之后的若干年中,虽然有关技术飞速发展,但总体而言还局限于对资源的集中控制和不友好的用户界面中。1.4.1以大型机为中心的计算模式在这种技术资源条件下,所采用的是以大型机为中心的计算模式,也称分时共享模式。这一模式的特点有以下几点。特点(1)系统提供专用的用户界面。(2)所有的用户按键行为和光标位置都被传入主机。(3)通过直接的硬件连线把简单的终端连接到主机或一个终端控制器上。(4)所有从主机返回的结果(包括光标位置和字符串等)都显示在屏幕的特定位置。(5)系统采用严格的控制和广泛的系统管理、性能管理机制。1.4.2以服务器为中心的计算模式20世纪70年代初,PC得到了飞速发展,由此推动了原有计算模式的发展和变化。虽然PC在用户的桌面上提供了有限的CPU处理能力、数据存储能力以及一些界面比较友好的软件,但在大多数大型应用中,PC的数据处理能力仍显不足,这便促使了LAN的产生。通过LAN的连接,PC与大型机之间的资源被集成在一个网络中,使PC的资源(文件和打印机资源)得到了延伸。这种模式便是以服务器为中心的计算模式,也被称为资源共享模式。它向用户提供了灵活的服务,但管理控制和系统维护工具的功能还是很弱的。1.4.3C/S计算模式处理器技术、计算机技术和网络技术的进一步发展,提高了计算机的处理能力,而路由器和网桥技术的应用以及有效的网络管理使得将计算机连接到LAN上变得更加容易。因此,使用各种网络新技术可以将地理上分散的LAN互连在一起。除了联网能力以外,PC访问大型系统的方便性及其价格的不断下降也使得PC的使用日益广泛。正是基于以上原因,人们已经不满足于资源共享模式,而是开发出一种新的计算机模式,这就是C/S计算模式。在C/S计算模式下,应用被分为前端(客户机部分)和后端(服务器部分)。1.4.4B/S计算模式随着Internet/Intranet技术和应用的发展,WWW服务成为核心服务,用户可以通过浏览器获得世界范围内的信息。而随着浏览器技术的发展,用户通过浏览器不仅能进行超文本标记语言(hypertextmarkuplanguage,HTML)的浏览查询,还能收发电子邮件,进行文件上传和下载等工作。这种基于浏览器、WWW服务器和应用服务器的计算模式被称为B/S计算模式。这种新型的计算模式继承和共融了传统C/S计算模式中的网络软硬件平台和应用,且具有传统C/S计算模式所不及的多个特点,如更加开放、与软硬件平台无关、应用开发速度快、生命周期长、应用扩充和系统维护升级方便等。1.4.5P2P计算模式P2P是无中心服务器、依靠用户群(peers)交换信息的互联网体系。与有中心服务器的中央网络系统不同,P2P的每个用户端既是一个节点,又有服务器的功能。P2P计算模式可简单地定义为通过直接交换来共享计算机资源和服务的计算模式。P2P计算模式可解决仅用单一资源造成的瓶颈问题。P2P计算模式可以通过网络实现数据分配、控制及满足负载均衡,以帮助优化性能。P2P计算模式还可用来解决由于单点故障而影响全局的问题。企业采用P2P计算模式时,可利用客户机之间的分布式服务代替数据中心功能,数据检索和备份可在客户机上进行。1.4.6云计算模式云计算是一种新兴的网络计算模式。云计算以网络化的方式组织和聚合计算与通信资源,以虚拟化的方式为用户提供可以缩减或扩展规模的计算资源,提高了用户对计算系统的规划、购置和使用的灵活性。在云计算模式中,用户所关心的核心问题不再是计算资源本身,而是所能获得的服务。云计算是网络计算、分布式计算、并行计算、效用计算、网络存储、虚拟化、负载均衡等传统计算机技术和网络技术发展融合的产物。1.4.6云计算模式云计算提供3个层次的服务：基础设施即服务(infrastructureasaservice,IaaS)平台即服务(platformasaservice,PaaS)软件即服务(softwareasaservice,SaaS)1.4.7网络的计算模式扩展P2P强调“人人都是服务者”，典型如BT下载、区块链；云计算则强调“按需获取、弹性扩展”。两者并非对立，许多现代应用融合二者，如视频会议兼具P2P与云端转发。互动话题你用过哪些P2P应用？哪些云应用？单元1

计算机网络概述———探寻身边网络世界第一部分1.1计算机网络的基本概念1.2计算机网络的组成1.3计算机网络的分类1.4网络的计算模式1.5宏观认识校园网络拓扑结构通常校园网的主要功能如下。(1)WWW服务:建设校园网网站系统,提供信息资源发布、管理和宣传服务,并协助进行学校内部的管理,如发布通知等。(2)FTP服务:提供文件共享和传输服务。(3)DNS服务:负责校园网域名解析工作。(4)电子邮件服务:提供电子邮件系统,满足学校业务的需求。(5)提供教务和办公自动化服务。(6)建设电子图书馆和组建大型的分布式数据库系统。(7)开展多媒体教学和远程教学,以及视频会议等。1.5宏观认识校园网络拓扑结构下面以某学校校园网拓扑为例,初步认识网络拓扑结构及组成,目的是对校园网这个局域网有一个初步的感性认识,对计算机网络形成一个初步的宏观轮廓,以便读者更好地学习计算机网络。某学校校园网络拓扑结构,如图1-9所示。1.5宏观认识校园网络拓扑结构图1-9某学校校园网络拓扑结构1.5宏观认识校园网络拓扑结构接入层:直接连接终端用户部分。01汇聚层:每一个楼层都有汇聚层交换机,专门负责把接入层的交换机进行汇聚,接入核心交换机。02核心层:是网络的核心,由核心交换机构成骨干线路,并连接网络服务器。服务器分为内网服务器和外网服务器。03网络出口区:有路由器、防火墙、VPN等主干设备,连接至ISP(Internet服务提供商),接入Internet。041.5宏观认识校园网络拓扑结构扩展接入层、汇聚层、核心层是局域网设计的经典模型。接入层“多而简”，核心层“少而强”，出口区负责安全与互联网连接。这种分层便于扩展、维护和故障隔离。互动话题如果你在学校上网时网络卡顿，可能是哪一层出了问题？实践项目

认识校园网络1.实践目的(1)宏观认识校园网络的主要网络设备,了解各种网络设备的用途及互联方式。(2)通过参观网络中心,了解校园网的拓扑结构。(3)通过参观网络中心,了解校园网中服务器的组成。2.背景描述小希同学想了解学校校园网络的建设情况,在老师的带领下,实地参观校园网络中心。3.实践内容及步骤(1)参观校园网络中心。①由教师对班级学生进行分组,每组6~8人,参观网络中心。实践项目

认识校园网络3.实践内容及步骤(1)参观校园网络中心。②根据校园网的情况,由教师和校园网络管理员共同引导学生完成校园网的参观,并在参观过程中对学生进行讲解,参观内容包括设备间、配线间、网络中心、各种服务器等网络重要组成部分。(2)认识常见的网络互连设备。观察常见的网络互连设备,包括交换机、路由器、服务器、防火墙等,从以下几方面认识和记录。①认识网络互连设备的外观、型号和品牌。②查看网络互连设备的端口类型及端口数量。③查看网络互连设备的连接方式。实践项目

认识校园网络3.实践内容及步骤(3)认识常见的综合布线产品。观察校园网综合布线,认识网络综合布线产品。仔细观察网络连接缆线及标签。(4)绘制网络拓扑结构图。观察物理拓扑结构及设备连线。使用Word或Visio等工具,画出校园网络简单网络拓扑结构图。4.注意事项(1)注意安全用电问题,自觉遵守公共场所秩序,具有规范安全意识。(2)仔细观察网络互连设备品牌和型号。5.项目拓展(1)观察认识计算机机房的网络组成,并画出网络拓扑结构图。(2)请根据校园网的建设情况,并查阅相关资料,了解中小型企业网络建设方法。谢谢单元2计算机网络体系结构———追溯网络结构演变第一部分2.1计算机网络体系结构及网络协议的概念2.2OSI参考模型2.3TCP/IP参考模型2.4OSI参考模型与TCP/IP参考模型的比较知识目标(2)(1)(3)(4)·掌握计算机网络协议。·理解网络分层模型。·掌握OSI参考模型及各层功能。·掌握TCP/IP参考模型。技能目标·能够理解TCP/IP参考模型在计算机网络中的实际应用。·能够使用模拟软件观察数据的封装和拆封过程。2.1.1计算机网络体系结构的概念计算机网络为人们提供了丰富的功能,它是一个非常复杂的网络系统。为了减少计算机网络的复杂程度,通常人们采用“分而治之”的思路来解决问题,也就是将复杂的系统划分为若干个容易处理的子系统,通过分析和设计各个子系统,最终实现整个系统的功能。这种思想应用在计算机网络中,就是层次模型。2.1.1计算机网络体系结构的概念使用层次结构的特点有以下几点。(1)各层功能简单,便于实现与维护。(2)各层相对独立。(3)各层关联不大,相对灵活。(4)更易于标准化,可以使用不同厂商的产品。(5)更易于学习和理解。2.1.1计算机网络体系结构的概念扩展分层思想并非计算机独有，生活中随处可见。以邮政通信为例：寄信人只需写好信件、交给邮局；邮局负责分拣、运输、投递；收信人从信箱取信。寄信人无需关心火车怎么开、飞机怎么飞。这种“分工协作、各司其职”正是分层模型的核心思想——每一层只关注自己的任务，下层为上层提供服务，上层无需知道下层的具体实现。互动话题除了邮政系统，生活中还有哪些分层协作的例子？2.1.2实体、层次与接口在计算机网络体系结构中,经常会用到实体(entity)、层次(layer)与接口(interface)等相关概念。(1)实体。实体是指通信时能发送和接收信息的任何软、硬件设施。在网络分层体系结构中,每一层都由一些实体组成,这些实体抽象地表示通信时的软件元素(如进程或子程序)或硬件元素(如智能I/O芯片等)。2.1.2实体、层次与接口(2)层次。邮政通信系统涉及全国乃至世界各地区的亿万人民之间信件传送的复杂问题,它的解决方法如下:①②③将总体要实现的很多功能分配在不同的层次中,每个层次要完成的任务和要实现的过程都有明确规定;各地区的系统为同等级的层次,不同系统的同等层次具有相同的功能;高层使用低层提供的服务时,并不需要知道低层服务的具体实现。2.1.2实体、层次与接口(3)接口。接口是同一个节点或节点内相邻层之间交换信息的连接点。在邮政系统中,邮箱就是发信人与邮递员之间规定的接口。同一节点的相邻层之间存在明确规定的接口,低层通过接口向高层提供服务。只要接口不变、低层功能不变,低层功能的具体实现方法就不会影响整个系统的工作。2.1.3网络协议的概念网络协议简称协议,是指诸如计算机、交换机、路由器等网络设备为了实现通信而必须遵从的、事先定义好的一系列规则、标准和约定。任何一个协议都需要解决三方面的问题,才算比较完整地构成了数据通信的语言。因此,语法、语义和时序又称为协议的三要素。(1)语法(要怎么做)。(2)语义(要做什么)。(3)时序(做的顺序)。2.1.3网络协议的概念专门整理、研究、制定和发布开放性标准化协议的组织称为标准化机构。网络通信领域非常知名的标准机构如表2-1所示。表2-1知名的标准机构2.1.3网络协议的概念扩展协议三要素——语法、语义、时序，可以用“问路”来类比：语法是你用什么语言、怎么说（中文还是英文）；语义是你说的那句话是什么意思（“请问图书馆怎么走”是在问路，不是在打招呼）；时序则是你问完、对方回答，不能对方还没说完你又追问。网络协议也一样，语法规定数据格式，语义规定字段含义，时序规定发送顺序和应答规则。互动话题如果两个人交流时语法、语义、时序出了问题，会怎样？单元2计算机网络体系结构———追溯网络结构演变第一部分2.1计算机网络体系结构及网络协议的概念2.2OSI参考模型2.3TCP/IP参考模型2.4OSI参考模型与TCP/IP参考模型的比较2.2.1OSI参考模型的概念OSI参考模型采用层次结构,将整个网络的通信功能划分为7个层次,如图2-1所示,由下向上分别是物理层(physicallayer)、数据链路层(datalinklayer)、网络层(networklayer)、传输层(transportlayer)、会话层(sessionlayer)、表示层(presentationlayer)和应用层(applicationlayer),每一层都负责完成某些特定的通信任务。图2-1OSI参考模型及其功能2.2.1OSI参考模型的概念1.物理层物理层处于OSI参考模型的最底层,向下直接与物理信道相连接,其功能是利用物理介质,为上一层提供物理连接,在终端设备之间透明传输比特流,即“0”和“1”组成的比特流,对上层数据链路层来说屏蔽了物理传输介质的差异。2.2.1OSI参考模型的概念1.物理层物理层协议定义了通信传输介质的物理特性,主要包括：(1)机械特性:规定了物理连接时所需接线器的形状和尺寸、引脚数量和排列方式等。(2)电气特性:规定了物理连接上的导线的电压、电流范围等电气连接及有关电路特性。(3)功能特性:规定了某条线路上出现某一电平的电压表示何种意义。(4)规程特性:指明不同功能的各种可能事件的出现顺序。2.2.1OSI参考模型的概念2.数据链路层数据链路层的主要功能是如何在不可靠的物理线路上,进行数据的可靠传输。数据链路层完成的是网络中两个相邻节点之间可靠的数据通信。为了保证数据通信的可靠,发送方把数据封装成帧(frame),在网络节点间的线路上通过检测、流量控制和重发等手段,无差错地传送以帧为单位的数据。2.2.1OSI参考模型的概念2.数据链路层数据链路层关注的主要问题是拓扑结构、物理地址、寻址、数据帧有序传输和流量控制等。数据链路层的功能主要包括以下内容。(4)流量控制(1)链路管理功能(2)帧同步(3)寻址(5)差错控制(6)接入控制2.2.1OSI参考模型的概念3.网络层在网络层,数据的传送单位是数据包(packet),网络层的主要功能是选择合适的路由并转发数据包,使数据包能够从发送方到达接收方。网络层是实现不同网络的源节点与目的节点之间的数据包传输,而数据链路层只是负责同一个网络中的相邻节点之间的链路管理及帧的传输。因此,当两个节点连接在同一个网络中时,并不需要网络层,只有当两个节点分布在不同的网络中时,才会涉及网络层的功能。2.2.1OSI参考模型的概念3.网络层网络层的功能包括以下内容。网络层为每个网络节点分配一个网络地址,网络地址的分配为网络层的路由转发提供了基础。网络层一个重要的功能就是确定从源地址到目的地传送数据应如何选择路由。路由选择是根据一定的原则和算法在通信网络中选出一条通向目的地的最佳路径。实现网络层路由选择的设备就是路由器。数据链路层的流量控制是相邻2个节点之间的流量控制;而网络层的流量控制就是数据包从源节点到目的节点过程的流量控制。流量控制的作用是控制拥塞,避免死锁。在通信网络中由于出现过量的数据包而引起网络性能下降的现象称为拥塞。(1)编址(2)路由选择(3)流量控制和拥塞控制2.2.1OSI参考模型的概念4.传输层传输层位于OSI参考模型的第四层,是最重要和最关键的一层,传送的数据单位是报文段(segment),主要功能是完成网络中不同主机上的应用进程之间可靠的数据传输,即端到端可靠传输。传输层的功能包括以下内容。

为端到端连接提供可靠的传输服务。（1）（2）为端到端提供流量控制、差错控制、重传等管理服务。2.2.1OSI参考模型的概念扩展传输层常被称为“承上启下”的关键层。低三层（物理、数据链路、网络）解决的是“如何把数据从一台机器送到另一台机器”，而传输层解决的是“如何把数据准确地交给目标机器上的某个应用程序”。就像快递系统：低三层负责包裹从仓库送到小区，传输层则负责确认包裹送到具体某栋楼、某户人手中，并且要确认对方确实收到了。没有传输层，数据只能到达主机，却找不到对应的应用进程。互动话题如果一台电脑同时开着微信、浏览器、游戏，网络传回的数据怎么知道该交给哪个应用？2.2.1OSI参考模型的概念5.会话层会话层如同它的名字一样,具有建立、管理和终止会话的功能。传送的数据单位为会话协议数据单元(sessionprotocoldataunit)。会话协议的主要目的是提供一个面向用户的连接服务,并对会话活动提供有效的组织和同步所必需的手段,对数据传送提供控制和管理。会话也可以进行差错恢复的处理。2.2.1OSI参考模型的概念6.表示层表示层负责保证一个系统应用层发出的信息能够被另外一个系统的应用层识别,最关键的是所传送信息的语法与语义。传送的数据单位为表示协议数据单元(presentation

protocol

data

unit)。表示层按照双方约定的格式对数据进行编码和解码,从而保证使用相同表示层协议的各

方能够正确地识别和理解信息。表示层还负责数据的加密和解密、压缩和解压等工作。2.2.1OSI参考模型的概念7.应用层应用层是OSI参考模型的最高层,直接为用户提供服务。传送的数据单位为应用协议数据单元(applicationprotocoldataunit)。它为用户应用程序和网络之间提供接口,直接与用户应用程序打交道。应用程序负责对软件提供网络服务,常用的网络服务包括文件服务、电子邮件服务、打印服务、网络管理服务、安全服务、虚拟终端服务等。提示：低三层可看作传输控制层,负责有关通信子网的工作,解决网络中的通信问题;高三层为应用控制层,负责有关资源子网的工作,解决应用进程的通信问题;传输层是通信子网和资源子网的接口,起到连接传输和应用的作用。2.2.2OSI参考模型中的数据通信过程为了能够将数据正确地从一台主机传送到另一台主机,就会含有控制信息,当传送到下层时,控制信息被加入数据中,完成封装过程。封装是指网络节点将要传送的数据用每一层对应的特定协议打包后传送,多数是在原有数据之前加上协议首部来实现的,也有些协议还需要在数据之后加上协议尾部。2.2.2OSI参考模型中的数据通信过程OSI参考模型中数据通信过程如图2-2所示,主机A发送数据到应用层,应用层协议需要在数据前面加上协议首部H7,封装成新的应用协议数据单元,再传输到表示层,表示层协议继续将协议首部H6加在应用协议数据单元中,封装成表示协议数据单元,继续向下发送,以此类推。图2-2OSI参考模型中数据通信过程2.2.2OSI参考模型中的数据通信过程拆封正好相反,就是将原来增加的协议首部去掉,将原始的数据发送给目标应用程序。如图2-2所示,数据到达接收方主机B的数据链路层,就要去掉帧头H2和帧尾T2,继续传送给网络层。发送方每一层都要对上一层传输来的数据进行封装,并传输给下一层;而接收方每一层都要对本层封装的数据进行拆封,并传输给上一层。在OSI参考模型中,数据发送和接收流程如下:数据从发送方的应用层开始逐层封装流向低层,直至到达物理层后成为“0”和“1”组成的比特流,再转换为电信号或光信号等形式,在传输介质上传输至接收方,在接收方则由物理层开始逐层拆封流向高层,直至到达应用层,还原为发送方所发送的数据信息。例如,当主机A要发送数据给主机B时,其实际传输路线是从主机A的应用层开始逐层进行封装,自上而下传输到物理层,再通过传输介质以电信号或光信号传输到主机B的物理层,然后逐层拆封,再自下而上,最后到达接收方主机B。2.2.2OSI参考模型中的数据通信过程综上所述,OSI参考模型的层次划分原则是,网络中各节点都具有相同的层次,不同节点的同等层具有相同的功能,同一节点内相邻层之间通过接口通信,每一层使用下层提供的服务,并向上层提供服务,不同节点的同等层按照协议实现对等层之间的通信。OSI参考模型是一个理想模型,由于该模型过于追求全面和完美,复杂而不实用,且缺乏市场经验和商业驱动,最终没能投入使用。而TCP/IP参考模型从一开始就追求实用,反而成为今天事实上的工业标准。2.2.2OSI参考模型中的数据通信过程扩展数据封装就像“套娃”或“快递打包”：你要寄一本书，先包一层气泡膜（传输层加头），再放进纸箱（网络层加头），箱外贴快递单（数据链路层加头和尾），最后交给快递员（物理层传输）。每层包装都包含必要信息，比如收件人地址、快递单号。接收方则逐层拆开，最终取出书。网络数据也是如此，每层添加的协议头部就是“包装说明”，保证数据能准确送达并被正确解析。互动话题如果你要给国外的朋友寄一个易碎品，你会怎么“封装”？单元2计算机网络体系结构———追溯网络结构演变第一部分2.1计算机网络体系结构及网络协议的概念2.2OSI参考模型2.3TCP/IP参考模型2.4OSI参考模型与TCP/IP参考模型的比较2.3.1TCP/IP参考模型的概念TCP/IP协议是先于OSI参考模型开发的,不过OSI参考模型的制定,也参考了TCP/IP协议族及其分层体系结构的思想。而TCP/IP参考模型在不断发展的过程中也吸收了OSI标准中的概念及特征。与OSI参考模型相比,TCP/IP参考模型简化了层次设计,它只有4个层次,从下向上分别为网络接口层、网络层、传输层和应用层,如图2-3所示。图2-3OSI参考模型和TCP/IP参考模型的关系2.3.1TCP/IP参考模型的概念1.网络接口层网络接口层是TCP/IP参考模型中的最底层,对应着OSI参考模型的物理层和数据链路层。网络接口层负责处理与传输介质的细节,为上一层提供一致的网络接口。该层没有定义任何实际协议,只定义了网络接口,任何已有的数据链路层协议和物理层协议都可以用来支持TCP/IP。2.3.1TCP/IP参考模型的概念2.网络层网络层又称网际层、IP层,是TCP/IP参考模型的核心,主要功能是将源主机的数据正确传输到目的主机。源主机和目的主机可以在同一个网络中,也可以在不同的网络中。网络层使用IP地址表示网络节点,使用路由协议生成路由信息,并且根据路由信息实现数据包的转发,使数据包能够传输到目的节点。2.3.1TCP/IP参考模型的概念3.传输层TCP/IP参考模型的传输层与OSI参考模型的传输层类似,主要负责为两台主机上的应用进程提供端到端的通信,使源主机和目的主机上的应用进程可以进行会话。常见的传输层协议有TCP和UDP(userdatagramprotocol,用户数据报协议)。在端到端的通信中,使用TCP可以提供面向连接的可靠的通信服务,也可以使用UDP提供的无连接不可靠的通信服务。2.3.1TCP/IP参考模型的概念4.应用层应用层是最高层,对应OSI参考模型中的会话层、表示层和应用层。也就是说它与OSI参考模型中的高三层功能相似,提供网络服务。应用层协议很多也较复杂,应用层向用户提供一组常用的应用程序,如文件传送、电子邮件等。2.3.2TCP/IP协议栈TCP/IP参考模型并非只有TCP和IP两个协议,还包含了很多其他协议,这就与OSI参考模型不同,在TCP/IP参考模型中,除了网络接口层外,其他每层都有具体的协议(技术),这些协议共同构成了TCP/IP协议栈,如图2-4所示。图2-4TCP/IP协议栈2.3.2TCP/IP协议栈1.网络层协议+++++IP协议是网络层核心协议,是一个面向无连接的协议,以数据包的形式向传输层提供尽最大努力交付的服务。IP协议定义了网络层分组格式,其中包括IP地址寻址方式。众所周知,不同网络技术的主要区别通常体现在数据链路层和物理层,而IP协议则能将不同的网络技术在TCP/IP参考模型的网络层进行统一,以统一的IP分组传输提供对异构网络互联的支持。IP协议使得互联起来的许多计算机可以相互通信。2.3.2TCP/IP协议栈1.网络层协议网络层还有其他辅助协议,以更好地完成网络数据通信。它们是互联网控制报文协议(internetcontrolmessageprotocol,ICMP)、互联网组管理协议(internetgroupmanagementprotocol,IGMP)、地址解析协议(addressresolutionprotocol,ARP)和

反向地址解析协议(reverseaddressresolutionprotocol,RARP)。(1)ICMP为IP协议提供差错报告。(2)IGMP负责点到多点的数据包传输。(3)ARP和RARP。为了使设备之间能够

相互通信,源节点需要

目的节点的IP地址和MAC地址。2.3.2TCP/IP协议栈2.传输层协议TCP是一种可靠的、面向连接的协议。其通过建立连接、数据传输和释放连接来保证数据可靠的传输。TCP还要完成流量控制和差错检验的任务。UDP是一种不可靠的、无连接的协议。UDP不能提供可靠的数据传输,不进行差错检验,它的可靠性和差错控制由应用层来完成。其优点是协议简单、额外开销小、效率较高;缺点是不保证正确传输,也不排除重复信息的发生。TCPUDP2.3.2TCP/IP协议栈3.应用层协议在TCP/IP参考模型中,应用层为用户提供了许多应用程序,而且不断有新的协议加入,应用层常用的协议有以下这些。(1)HTTP:提供WWW服务。(2)FTP:提供交互式文件传输服务,使用TCP提供可靠、面向连接的文件传输。该协议适合远距离、可靠性较差的线路上的文件传输。(3)TFTP(trivialfiletransfermprotocol,简单文件传输协议):用于文件传输服务,但是使用UDP提供不可靠、无连接的文件传输。该协议通常用于局域网内部文件传输。(4)Telnet(远程终端协议):实现远程登录功能,客户机与远端服务器建立连接使用的标准终端仿真协议。2.3.2TCP/IP协议栈3.应用层协议(5)SMTP(simplemailtransferprotocol,简单邮件传送协议):负责电子邮件的传递。(6)DNS(domainnamesystem,域名系统):实现机器名与IP地址之间的转换。(7)DHCP(dynamichostconfigurationprotocol,动态主机配置协议):实现对主机的IP地址自动分配和配置工作。(8)SNMP(simplenetworkmanagementprotocol,简单网络管理协议):负责网络设备监控和维护,支持安全管理和性能管理等。(9)RIP(routinginformationprotocol,路由信息协议):负责路由信息的交换。(10)NFS(networkfilesystem,网络文件系统):实现主机之间的文件系统的共享,能使使用者访问网络上别处的文件就像在使用自己的计算机一样。单元2计算机网络体系结构———追溯网络结构演变第一部分2.1计算机网络体系结构及网络协议的概念2.2OSI参考模型2.3TCP/IP参考模型2.4OSI参考模型与TCP/IP参考模型的比较2.4OSI参考模型与TCP/IP参考模型的比较TCP/IP参考模型比OSI参考模型更流行,两者存在不少相同点和不同点。TCP/IP参考模型和OSI参考模型都采用了层次结构的思想,不过层次划分的方式有所不同,但是两者都不完美,存在一定的缺陷。OSI参考模型的主要问题是定义复杂、实现困难,有些相同的功能出现在多个层中,效率低。TCP/IP参考模型的问题是网络接口层并不是实际的一层,每层的定义与其实现方法没能区别开来,而且在服务、接口与协议的区别上不太清楚。1.共同点OSI参考模型与TCP/IP参考模型具有以下共同点。(1)都采用了分层结构,并且工作模式一样,都要求层与层之间具备明确的层间接口。(2)各层次的功能相似,有相同的网络层、传输层和应用层。(3)都使用了分组交换技术。(4)都能够提供面向连接和无连接两种通信服务机制。2.不同点OSI参考模型与TCP/IP参考模型具有以下不同点。(1)TCP/IP参考模型结构比较简单、分层少、实现容易;OSI参考模型结构严密、概念清晰,体系结构完整、学术价值高。(2)TCP/IP参考模型是在网络发展的实践中不断完善起来的,依据协议栈的TCP/IP参考模型建立在已有协议的基础上,有厚实的实践基础,协议和模型相对吻合,也就是“协议出现在前,模型发布在后”。OSI参考模型是基于理论上的设计,实用价值不高,但学术价值较高。(3)OSI参考模型是7层模型,TCP/IP参考模型只有4层。2.不同点(4)TCP/IP建立之初就遇到网络管理问题并加以解决,所以TCP/IP协议具有较强的网络管理功能。OSI参考模型在后来才考虑到此问题。(5)OSI参考模型最重要的贡献是制定和规范了服务、接口和协议这3个概念,使它们互不混淆。TCP/IP在这方面还有所欠缺。(6)市场上实际应用不同。OSI参考模型只是理论上的模型,没有成熟的产品,是“理想标准”。TCP/IP参考模型已成了网络互联的事实标准,是“事实上的国际标准”。2.不同点提示：对于计算机网络的学习者而言,一般综合OSI参考模型和TCP/IP参考模型的优点,可采用一种包含5层协议的体系结构阐述网络层次的概念,如图2-5所示,这5层结构就是将TCP/IP参考模型的网络接口层看作OSI参考模型的物理层和数据链路层,其他层次不变。上的国际标准”。图2-5OSI参考模型、TCP/IP参考模型与五层协议的体系结构实践项目

观察协议数据单元1.实践目的(1)理解OSI数据封装和解封过程。(2)理解OSI各层的协议数据单元结构。(3)能够熟练应用PacketTracer网络模拟软件。2.背景描述OSI参考模型和各层协议结构比较抽象,较难理解。为了让小希同学进一步理解学习的内容,使用PacketTracer模拟两台计算机通信,并观察各层协议数据单元结构和通信过程。实践项目

观察协议数据单元3.实践设备(1)PacketTracer模拟软件。(2)模拟计算机和模拟服务器各1台。(3)实验拓扑结构如图2-6所示。图2-6网络拓扑结构实践项目

观察协议数据单元4.实践内容及步骤(1)设备互联及基本参数。①打开PacketTracer模拟软件,画出图2-6所示的拓扑图,其中包含一台Web服务器和1台PC。Web服务器配置IP地址为54/24,PC配置IP地址为/24。通过PC访问Web服务器来查看各层协议数据单元及数据通信过程。②在模拟器中,切换到模拟模式窗口,如图2-7所示。图2-7模拟模式窗口实践项目

观察协议数据单元4.实践内容及步骤③添加一个简单数据包,打开PC的WebBrowser模拟浏览器,输入服务器IP地址“54”,就可以逐步查看网络事件。④单击“EventList”中数据包信息或者单击逻辑拓扑中的数据包信息时,将打开“PDUInformation”(PDU信息)窗口,从中就可以看到各层协议数据单元的具体结构。图2-8所示是OSI参考模型中的数据在Web服务器端的拆封与封装结构。图2-8OSI参考模型中的数据在Web服务器端的拆封与封装结构实践项目

观察协议数据单元4.实践内容及步骤(2)数据拆封过程。①物理层:服务器端在物理层收到客户端发送的比特流。②数据链路层:服务器端检查收到数据帧中的目的MAC地址和服务器端MAC地址,两者一致,所以拆封该数据帧,如图2-9所示,源MAC地址是客户端的MAC地址0060.2FB6.2B84,目的MAC地址是服务器端MAC地址0002.4A01.4B36。图2-9拆封后数据链路层的以太网帧结构实践项目

观察协议数据单元4.实践内容及步骤(2)数据拆封过程。③网络层:数据到达网络层,拆封成IP数据包,如图2-10所示,源IP地址是客户端的IP地址,目的IP地址是服务器的IP地址54。图2-10拆封后的网络层数据包实践项目

观察协议数据单元4.实践内容及步骤(2)数据拆封过程。④传输层:当数据到达传输层时,拆封成TCP报文段,如图2-11所示,发送序列号为1,ACK确认序号为1,窗口大小为65535,源端口号为1029,目的端口号为80。图2-11拆封后TCP报文段实践项目

观察协议数据单元4.实践内容及步骤(2)数据拆封过程。⑤应用层:当数据到达服务器应用层后,服务器端收到客户端HTTP请求报文后,发送应答给客户端,如图2-12所示。图2-12HTTP请求实践项目

观察协议数据单元4.实践内容及步骤(3)数据封装过程。①应用层:服务器端应用层收到客户端HTTP请求报文后,发送应答给客户端,如图2-13所示。图2-13HTTP回复实践项目

观察协议数据单元4.实践内容及步骤(3)数据封装过程。②传输层:在服务器端,当应答报文到达传输层时,在传输层使用TCP协议封装成报文段,如图2-14所示,发送序列号为1,ACK确认序号为103,窗口大小为16384,源端口号为80(说明使用HTTP协议),目的端口号为1029。图2-14封装TCP报文段实践项目

观察协议数据单元4.实践内容及步骤(3)数据封装过程。③网络层:数据到达网络层,封装成IP数据包,如图2-15所示,源IP地址是服务器的IP地址54,目的IP地址是客户端IP地址。图2-15封装IP数据包实践项目

观察协议数据单元4.实践内容及步骤(3)数据封装过程。④数据链路层:数据到达数据链路层,封装成以太网帧,如图2-16所示,源MAC地址是服务器的MAC地址0002.4A01.4B36,目的MAC地址是客户端MAC地址0060.2FB6.2B84。⑤物理层:数据最后到达物理层,在物理传输介质上透明地传输比特流到客户端。图2-16封装成以太网帧实践项目

观察协议数据单元5.注意事项(1)客户端发送数据在各层的封装过程与服务器端接收到数据在各层拆封过程的数据内容是一致的,即报文段、IP数据报和帧中包含的数据是一致的。为了体现数据封装过程和拆封过程数据内容的不同,本实验以服务器接收到的HTTP请求报文描述其拆封过程,以服务器响应报文描述其封装过程。(2)注意观察协议数据单元中信息的变化。在计算机实际通信过程中,人们是看不到这样的通信过程的。实践项目

观察协议数据单元6.项目拓展请在客户端使用“ping54”观察数据通信过程,简单分析其各层协议数据单元信息。谢谢单元3数据通信基础———解析信号传输机理第一部分3.1数据通信的相关概念3.2数据通信系统的主要技术指标3.3数据通信传输的类型3.4数据编码技术3.5多路复用技术3.6数据交换技术3.7差错控制知识目标·掌握数据通信的基本概念和技术指标。·理解数据通信系统的基本结构。·理解数据通信传输工作过程。·掌握数据交换技术。·理解数据编码技术。·理解多路复用技术。·掌握差错控制概念。·掌握循环冗余校验的计算过程。技能目标·会使用网络测速工具,测试终端网速状况,并对数据通信主要技术指标进行简单分析。·能够识别身边的通信系统。3.1.1信息、数据和信号1.信息信息是客观事物属性和相互联系特征的表征,反映了客观事物存在形式和运动状态。信息可以是文字、声音、图形、图像等多种形式。例如,事物的运动状态、结构、性能等都是信息的表现形式。3.1.1信息、数据和信号2.数据数据是事实或观察的结果,是对客观事物的逻辑归纳,用于表示客观事物的未经加工的原始素材,一般理解为“信息的数字化形式”。数据可以被识别,也可以被描述。数据是信息的载体,其分为模拟数据和数字数据两种。例如,计算机的二进制数据只有“0”“1”两种状态,这样的数据称为数字数据。例如,语音、温度、电压等,这样的数据称为模拟数据。(1)模拟数据是连续的值(2)数字数据是离散的值3.1.1信息、数据和信号3.信号信号是数据在传输过程中的电磁波或光的形式,如电信号、光信号、脉冲信号、调制信号等术语就是携带某种信息的具体不同形式。信号按其参量取值不同,分为模拟信号和数字信号两种。图3-1模拟信号和数字信号(1)模拟信号:指在时间上和幅度取值上连续变化的信号,如图3-1(a)所示,如电话语音。这些信号使用的特征参数通常有幅度、频率和相位等。(2)数字信号:指在时间上离散的、在幅度取值上经过量化的信号,如图3-1(b)所示,一般由二进制数字“0”和“1”组成数字序列,分别表示信号的两个物理状态(如低电平和高电平)。例如,计算机中传送的信号是典型的数字信号。数字信号从一个值到另一个值的变化是瞬时发生的,就像开关电灯一样。3.1.1信息、数据和信号模拟数据也可用数字信号进行传输,不过要用编解码器(codec)来完成这种功能,编解码器可将模拟数据转换成相应的二进制流(数字信号)。数字信号传输时会有很大的衰减,因为一个脉冲信号包含许多的高频分量,这些高频分量在传输中衰减得较快。当长距离传输时,信息会丢失。因此数字信号传输对于远程通信就不那么实用,用途也就不那么广泛。下面给出模拟、数字数据的模拟、数字信号发送示意图,如图3-2所示。图3-2模拟、数字数据在模拟、数字信道上传输3.1.2数据通信和数据通信系统模型现代通信主要借助电或光信号来传输信息。数据通信就是发送方将要发送的数据转换成电信号或光信号通过物理信道传输给接收方的过程。信号的传输通道称为信道,一般用来表示向某一个方向传送信息的媒体。传输模拟信号的通道称为模拟信道,传输数字信号的通道称为数字信道。模拟数据通信是指在模拟信道上以模拟信号形式来传输数据;数字数据通信则是指利用数字信道以数字信号形式来传输数据。1.数据通信3.1.2数据通信和数据通信系统模型2.数据通信系统模型信息的传递是通过通信系统来实现的。数据通信系统比较复杂,下面通过两台计算机使用电话线通信这个简单的例子,说明数据通信系统模型,如图3-3所示。数据通信系统主要由3大部分组成:源系统、传输系统和目标系统。图3-3数据通信系统模型3.1.2数据通信和数据通信系统模型2.数据通信系统模型源系统一般包括信源和发送器两个部分。在通信系统中发送信息的一端称为信源。通常信源生成的数字比特流需经过发送器编码后才可以在传输系统中进行传输,典型的发送器就是调制器。把数字数据转换为模拟信号的过程称为调制。目标系统一般包括信宿和接收器两个部分。在通信系统中,接收信息的一端称为信宿。接收器负责接收传输系统传输过来的信号,并把它转换为能够被信宿识别和处理的信息,典型的接收器就是解调器。把模拟信号还原为数字数据的过程称为解调。将调制和解调功能组合在一起的设备,称为调制解调器(modem)。单元3数据通信基础———解析信号传输机理第一部分3.1数据通信的相关概念3.2数据通信系统的主要技术指标3.3数据通信传输的类型3.4数据编码技术3.5多路复用技术3.6数据交换技术3.7差错控制3.2.1信号传输速率和数据传输速率信号传输速率又称调制速率或波特率,指的是数字信号经过调制以后的传输速率,或者是调制过程中每秒钟信号状态变化的次数,即每秒钟发送的码元数,单位为波特(baud)。如果脉冲的周期为T(全宽码时即为脉冲宽度),则有:B=1/T。数据传输速率又称比特率,是数字信号的传输速率,它是指每秒钟传输二进制代码的有效位数,单位是位/秒(bit/s)。数据传输速率的高低由每个比特所占的时间决定。如果每个比特所占的时间少,即脉冲宽度窄,则数据传输速率高。3.2.1信号传输速率和数据传输速率数据传输速率和信号传输速率二者存在一定的关系,这种关系可以通过码元和信息量的关系描述。数字信号由码元组成,码元是承载信息的基本信号单位。例如,使用脉冲信号表示数据时,一个单位脉冲就是一码元。一码元的信息量是由码元所能表示的数据有效状态值的个数决定的。若一码元能携带1个比特的信息量,则一码元有0、1两种有效状态值,称为两级电平,即21,则信号传输速率等于数据传输速率;如果一码元能携带2个比特的信息量,则有00、01、10、11四个有效状态值,称为四级电平,即22,则数据传输速率是信号传输速率的2倍,如图3-4所示。图3-4两级电平和四级电平3.2.1信号传输速率和数据传输速率一般来说,对于一码元携带

M

个有效状态值(M级电平)传输时,数据传输速率(S)和信号传输速率(B)之间的关系