计算机网络技术第一二章复习.ppt

1、1,计算机网络技术基础教程,2,第一章 计算机网络基础知识,3,主要内容,计算机网络的产生和发展 计算机网络的组成 计算机网络的拓扑结构 计算机网络的分类 有线传输与无线传输,4,1.1计算机网络概述,计算机网络是应用通信线路和通信设备，把分布在不同地理位置的具有独立功能的计算机及设备连接在一起，通过网络软件实现计算机资源（软、硬件）的共享。,5,1.1.1 计算机网络的基本概念 “网络”主要包括连接对象、连接介质、连接控制机制和连接方式与结构四个方面。 对象：各种计算机（大型计算机、工作站、微型计算机 等）或其它数据终端设备。 介质：通信线路（光纤、电缆、微波、卫星）和通信设 备（路由器、交

2、换机等）。 控制机制：网络协议和相关应用软件。 方式与结构：网络的连接架构。,6,数据通信 资源共享 提高可靠性 提高系统处理能力 分布式处理,1.1.2 计算机网络的功能,7,电子邮件 远程文件传输、网上综合信息服务以及电子商务 利用计算机网络的数据通信功能，还可以对分散的对象进行实时的、集中的跟踪管理与监控，如:管理信息系统（MIS）、计算机集成制造系统（CIMS）等。 此外，计算机网络还给科学家和工程师们提供一个网络环境，在此基础上可以建立一种新型的合作方式计算机支持协同工作（CSCW）。,1. 数据通信,8,硬件资源：由于网络中某些计算机及其外围设备价格昂贵，如巨型计算机、激光打印机、

3、大容量磁盘等，采用计算机网络进行资源共享可以减少硬件设备的重复购置，从而提高设备的利用率； 软件资源：软件共享避免了软件的重复购置或重复开发，从而达到降低成本，提高效率的目的； 信息资源：用户数据也是一种非常有价值的资源，通过网络可以达到全网用户的共享，以提高信息的利用率。（如数字图书馆）,2. 资源共享,9,在一个单机系统中，某部件或计算机产生故障时，必须通过替换资源的办法来维持系统的继续运行，否则系统便无法开展正常的工作。 而在计算机网络中，由于设备彼此相连，当一台机器出故障时，可以通过网络寻找其他机器来代替本机工作；从而避免了单点失效对用户产生的影响。因此系统的可靠性可以得到大大地提高。

4、,3. 提高可靠性,10,单机的处理能力是有限的，并且由于种种原因（例如时差），计算机之间的忙闲程度是不均匀的。 从理论上讲，在同一网内的多台计算机可通过协同操作和并行处理来提高整个系统的处理能力，并使网内各计算机负载均衡。即当网络中某一台机器的处理负担过重时，可以将其作业转移到其他空闲的机器上去执行，从而提高系统的利用率，增加整个系统的可用性。,4. 提高系统处理能力,11,在计算机网络中，可以将某些大型处理任务分解为多个小型任务，从而分配给网络中的多台计算机分别处理，如分布式数据库系统。 此外，利用计算机网络技术还可以把许多小型机或微机连接成具有大型机处理能力的高性能计算机系统，使其具有解

5、决复杂问题的能力，如网格计算（Grid Computing）技术、云计算等。,5. 分布式处理,12,1.1.3 计算机网络的基本应用,在科研和教育中的应用 e-Learning 在企事业单位中的应用 Intranet、远程办公、e-Business 在商业上的应用 EDI、B2B、B2C、C2C 在通信与娱乐上的应用 WWW、Email、bbs、QQ、视频点播虚拟现实、网络游戏、搜索引擎、网上购物、博客、微博,13,1.2 计算机网络的产生和发展,作为一门相对独立的学科，计算机网络也经历了一个从简单到复杂，从低级到高级的发展过程。它萌芽于上世纪60年代，在70到80年代得到发展与完善，并在9

6、0年代以后不断壮大、如火如荼地发展起来。 计算机网络的发展和演变过程，大致上可分为如下三个阶段： 面向终端的计算机网络系统 计算机网络多机系统 互联网多网络系统,14,面向终端的计算机网络系统,计算机网络的雏形。 在该系统中，人们利用通信线路、集中器等设备，将一台计算机与多台用户终端相连接，用户通过终端命令以交互的方式使用计算机系统，从而将单一计算机系统的各种资源分散到了每个用户手中。 该系统的成功，极大地刺激了用户使用计算机的热情，使计算机用户的数量迅速增加。 缺点：如果计算机的负荷较重，会导致系统响应时间过长；而且单机系统的可靠性一般较低，一旦计算机发生故障，将导致整个网络系统的瘫痪。,1

7、5,集中器:用于连接多个终端，让多台终端公用同一条通信信道与主机相连 前端机：放在主机的前端，承担通信处理功能，以减轻主机负担。,16,计算机通信网络多机系统,多机系统是真正意义上的计算机网络。 该系统中，多台计算机通过通信子网构成一个有机的整体，既分散又统一，从而使整个系统性能大大提高； 原来单一主机的负载可以分散到全网的各个机器上，使得网络系统的响应速度加快； 而且在这种系统中，单机故障也不会导致整个网络系统的全面瘫痪。,17,计算机通信网络-多机系统在逻辑上可分为两大部分： 通信子网（Communication Subnet） 资源子网 资源子网由主计算机系统、终端、终端控制器、连网外设

8、、各种软件资源与信息资源组成。实际上主要是运行用户应用程序的主机，主机由用户所拥有。 通信子网由通信控制处理机（Communication Control Processor, CCP）、通信线路和其他通信设备组成，完成网络数据传输、转发等通信处理任务。,18,互联网多网络系统,互联网是全球范围的计算机网络，它属于“网络网络”的系统，在全球已有几万个网络进行了互连。 互联网的发展历史可以追溯到70年代末，由于APRANET的发展，并成功地采用了TCP/IP协议，使网络可以在TCP/IP体系结构和协议规范的基础上进行互连。 进人90年代以来，互联网进入了快速发展时期，到了20世纪末，互联网的应用

9、越来越普及，随着全世界基础设施的建设，互联网的发展将会更加如火如荼。,19,1.3 计算机网络的组成,计算机网络系统由网络硬件和网络软件两部分组成。 网络硬件：是网络运行的实体，其性能的好坏对网络的性能具有决定性的作用。 网络软件：是支持网络运行、开发网络资源使用效率、挖掘网络潜力的工具。,20,1.4 计算机网络的拓扑结构,网络拓扑的概念 计算机网络结点和通信链路所组成的几何形状。,21,总线型结构 环型结构 星型结构 树型结构 网状结构 复合型结构,1.4.1 常见的网络拓扑结构,22,通过一条通信线路将所有的入网计算机连接起来，从而形成一条共享的信道，这条共享信道就称为总线。,1. 总线

10、型结构,23,总线型结构是局域网中经常使用的一种拓扑结构。 优点：结构简单、价格便宜、安装容易、扩展方便、局部站点故障不影响整体。 缺点：一个时刻只能有一个节点发送数据，网络的延伸距离以及网络所能容纳的总节点数受到限制。,24,将入网计算机通过通信线路连接起来形成一个闭合的环。在该拓扑中，线路是共用的，数据一般按固定方向单向流动，每个收到数据包的节点都向它的下游节点转发该数据包，直到数据到达目标。,2. 环型结构,25,环型结构也多用于局域网中。 优点：传输控制机制较为简单，网络的最大传输时延固定，实时性强。 缺点：可靠性差，当环上的一个节点出现故障时就会终止全网的运行。在某些网络中为了克服可

11、靠性差的问题采用了双环结构。,26,每一个入网计算机都通过单一的通信线路与中心交换节点直接相连。其中，中心交换节点是唯一的转接节点。其他任何两个节点之间不能直接通信，它们之间的通信必须通过中心交换节点转发。,3. 星型结构,27,星型拓扑具有一定的集中控制功能，常用于局域网中。 优点：结构简单、建网容易且易于管理、控制相对简单。 缺点：采用集中控制，中心交换节点的处理负担过重，当其发生故障时会导致全网瘫痪，可靠性差；另外，每一节点均通过专用线路与中心节点相连，线路利用率较低，信道容量浪费严重。,28,是星型结构的一种变形，采用了分层结构。 该拓扑中除了最下层叶子节点之外的所有根节点和子树节点都

12、是转接节点，可以为其他节点转发数据。,4. 树型结构,29,树型结构在局域网和广域网中均有使用。 它与星型结构相比，节省了通信线路，降低了建网成本，提高了可扩展性，但增加了网络的复杂性。 缺点：对高层节点和链路的可靠性要求较高，一旦出现故障将影响到其所在支路网络的正常工作。,30,又称为分布式结构，是由分布在不同地点并且具有多个终端的节点机相互连接而成的。 网状结构又分为全连接网状结构和不完全连接网状结构两种形式。 全连接网状结构：每一个节点与网中的其他节点均通过通信线路连接； 不完全连接网状结构：两个节点之间不一定有直接通信线路连接，它们之间的通信需要通过其他节点转接。,5. 网状结构,31

13、,32,网状结构一般用于广域网中。 优点：节点之间存在多条路径，碰撞或阻塞的可能性大大减少，局部的故障不会影响整个网络的正常工作，可靠性高，网络扩充比较方便，主机入网比较灵活。 缺点：网络控制机制比较复杂，线路增多使建网成本增加。,33,复合型结构是前面两种或两种以上拓扑结构的组合。在实际组网中经常使用的一种复合型结构是将网状结构与树型结构或星型结构组合起来。,6. 复合型结构,34,1.5 计算机网络的分类,可以从不同的角度对计算机网络进行分类。 从网络的覆盖范围进行分类 从网络的传输技术进行分类 从网络的使用用途进行分类 从网络的连接范围进行分类 其他：网络的传输速率、网络提供的服务等,3

14、5,局域网（LAN） 指在局部区域范围内将计算机、外设和通信设备通过高速通信线路互连起来的网络系统，常见于一幢大楼、一个校园或一个企业内。 特点：覆盖范围窄，用户数量少，配置灵活，速度快，误码率低。,1. 从网络的覆盖范围进行分类,早期的计算机网络多为广域网，局域网的出现与发展是在20世纪70年代出现了微型计算机以后。,36,广域网（WAN） 也称为远程网，其所覆盖的地理范围可从几十公里到几千公里，它一般是将不同城市或不同国家之间的局域网互联起来。 特点：覆盖范围广、连接用户多、连接速率一般较低。 常见的广域网有X.25网和帧中继网等。 城域网（MAN） 覆盖范围在局域网和广域网之间，一般来说

15、是将一个城市范围内的计算机互联，这种网络的连接距离约为10100公里。 分布式队列双总线（DQDB）是一种常见的城域网。,37,广播式网络 点到点网络,2. 从网络的传输技术进行分类,38,广播式网络 （Broadcast Network）,广播式网络仅有一条通信信道，网络上的所有计算机都共享这个通信信道。当一台计算机在信道上发送分组或数据包时，网络中的每台计算机都会接收到这个分组，并且将自己的地址与分组中的目的地址进行比较，如果相同，则处理该分组，否则将它丢弃。 在广播式网络中，若某个分组发出以后，网络上的每一台机器都接收并处理它，则称这种方式广播（Broadcasting），若分组是发送给

16、网络中的某些计算机，则被称为多点播送或组播（Multicasting），若分组只发送给网络中的某一台计算机，则称为单播(Unicasting)。,39,点到点网络 （Point-to-Point Network）,在点到点网络中，两台计算机之间通过一条物理线路连接。若两台计算机之间没有直接连接的线路，分组可能要通过一个或多个中间节点的接收、存储、转发，才能将分组从信源发送到目的地。由于连接多台计算机之间的线路结构可能非常复杂，存在着多条路由，因此在点到点的网络中如何选择最佳路径显得特别重要。,40,公用网：也称为公众网或公共网，是指由国家的电信公司出资建造的大型网络，一般地都由国家政府电信部门

17、管理和控制，网络内的传输和转接装置可提供给任何部门和单位使用。公用网属于国家基础设施。 专用网：指一个政府部门或一个公司组建经营的，仅供本部门或单位使用，不向本单位以外的人提供服务的网络。,3. 从网络的使用用途进行分类,41,互联网：指将各种网络互连起来形成的一个大系统，在该系统中，任何一个用户都可以使用网络的线路或资源。 内联网：基于互联网的TCP/IP协议，使用WWW工具，采用防止入侵的安全措施，为企业内部服务，并有连接互联网功能的企业内部网络。 外联网：基于互联网的安全专用网络，其目的在于利用互联网把企业和其贸易伙伴的内联网安全地互联起来，在企业和其贸易伙伴之间共享信息资源。,4. 从

18、网络的连接范围进行分类,42,传输媒介也称为传输介质，它负责将计算机网络中的多种设备连接起来，提供数据传输的物理通路。 传输媒介可分为两大类：有线传输介质和无线传输介质。有线传输介质包括双绞线、同轴电缆和光缆等；无线传输介质包括无线电、微波和卫星通信等。 不同的传输媒介具有不同的传输速率和传输距离，可以支持不同类型的网络。,1.6、有限传输与无线传输,43,双绞线,双绞线也称为双扭线，是一种最古老也最常用的传输媒体。把4对相互绝缘的铜线并排放在一起，用规则的方法两两绞合在一起就构成了双绞线 。 双绞线价格便宜、安装容易、使用方便，因此使用十分广泛。,44,光纤分为多模光纤和单模光纤两类。 多模

19、光纤中存在着许多条不同角度入射的光线在一条光纤中传输，它只适合于近距离传输。 单模光纤指光纤的直径小到只有一个光的波长，光波以直线方式传输。单模光纤制造起来成本较高，但它的衰耗较小，适合于远距离传输。,45,无线传输媒体,无线传输媒体利用无线电波在自由空间的传播来实现信息的传输，常用于有线铺设不便的特殊地理环境，或者作为地面通信系统的备份和补充；另外利用无线传输媒体进行信息的传输，也是实现在运动中通信的唯一手段。 无线传输所使用的频段很广，人们目前已经利用了好几个波段进行通信。在数据通信中使用最多的是无线电微波通信。微波通信有地面微波接力通信和卫星通信两种主要方式。,46,地面微波接力通信,地

20、面微波接力通信在一个无线传输信道的两个终端之间设立若干个中继站，其功能是把前一站送来的信号经过放大后发送到下一站。,两个地面站之间传送 距离：50 -100 km,地球,地面站之间的直视线路,微波传送塔,47,卫星通信,卫星通信可以看成是一种特殊的微波接力通信，使用地球同步卫星作为中继站来转发微波信号，其特点是容量大、传输距离远、可靠性高。,使用微波 使用转发器接收和转发,地球,地面站,地面站,48, 红外线,用于短距离通信，如电视、录象机等的遥控 也可用于无线LAN 缺点：不能穿透固体, 激光 应用：在屋顶用激光连接两个建筑物的LAN 缺点：不能穿透雨和浓雾，易受天气影响,49,第二章计算机

21、网络体系结构与协议,50,计算机网络中不同的计算机之间进行通信时，必须遵守 一定的约定，这些约定即为网络协议。 网络协议依赖于网络体系结构，协议和协议分层是网络体系结构的基础。 1 概 述 计算机网络是一个复杂的计算机及通信系统的集合，在其发展过程中逐步形成了一些公认的通用建立网络体系的模式，这些模式称之为网络体系结构。,51,网络分层体系结构,网络中的任何一个系统都是按照层次结构来组织的 同一网络中，任意两个端系统必须具有相同的层次 每层使用其下层提供的服务，并向其上层提供服务 通信只在对等层间进行（间接的、逻辑的、虚拟的），非对等层之间不能互相“通信” 实际的物理通信只在最底层完成 Pn：

22、第n层协议，即第n层对等实体间通信时必须遵循的规则或约定,52,虽然现代计算机网络都采用了层次化的体系结构，但是实际上网络中不同的体系结构划分的层次数是不同的，层与层之间的功能划分也不一样，相互之间不兼容，不能实现开放互联。,53,二、 OSI参考模型 为了规范和设计网络体系结构，需要为网络设计抽象模型， 即网络参考模型。 OSI参考模型描述 OSI参考模型具有七层，如图2-4所示：,图2-4 OSI参考模型示意图,54,7、应用层 应用层是开放系统体系结构的最高层，这一层的协议直接 为用户的应用进程提供服务。应用层管理系统的互联，如系统的启动，维持和终止，并保持应用进程之间建立连接所需的数据

23、记录。其他层都是为支持这一层的功能而存在。,应用层协议： FTP： HTTP： DNS： SMTP： SNMP：,55,6. 表示层 对上层数据或信息进行变换以保证一个主机应用层信息可以被另一个主机的应用程序理解。 如代码转换、格式转换、文本压缩、文本加密与解密等，它控制许多与数据表示有关的功能。例如图像格式的显示。 表示层的作用之一是为异种计算机通信提供一种公共语言，以便能进行相互操作。例如：IBM主机使用EBCDIC编码，而大部分PC机使用ASC码。需要表示层来完成这种转换。 表示层协议的主要功能有： 1）为用户提供执行会话层服务的手段； 2）提供描述数据结构的方法； 3）管理当前所需的数

24、据结构集； 4）完成数据的内部格式与外部格式间的转换。,56,5. 会话层 会话层管理主机之间的会话进程，即负责建立、管理、终止进程之间的会话。会话层还利用在数据中插入校验点来实现数据的同步。如服务器验证用户登录便是由会话层完成的。 会话层提供一种同步点，可使通信会话在通信失败时从同步点继续恢复通信。同步主要可解决两计算机之间传输文件出现中断时，反复重 传的问题。,57,(1) 面向连接的服务,面向连接服务的数据传输过程必须经过连接建立、连接维护与释放连接的三个过程； 面向连接服务在数据传输过程中，各分组可以不携带目的结点的地址； 面向连接服务的传输连接类似一个通信管道，发送者在一端放入数据，

25、接收者从另一端取出数据； 面向连接数据传输的收发数据顺序不变，传输可靠性好，但是协议复杂，通信效率不高。 适合于数据量大、实时性要求高的数据传输,58,（2）无连接的服务,无连接服务的每个分组都携带完整的目的结 点地址，各分组在系统中是独立传送的； 无连接服务中的数据传输过程不需要经过连 接建立、连接维护与释放连接的三个过程； 数据分组传输过程中，目的结点接收的数据 分组可能出现乱序、重复与丢失的现象； 无连接服务的可靠性不好，但是协议相对简单，通信效率较高。 适合于短报文的传输,59,4、传输层 传输层的任务是向用户提供可靠的、透明的端到端的数据传输，以及差错控制和流量控制机制。由于他的存在

26、，网络硬件技术的任何变化对高层都是不可见的。,传输层的任务是负责主机中两个进程间的通信，数据传送单元是报文段。 因特网的传输层可以使用两种不同的协议: 面向连接的传输控制协议TCP：提供可靠交付 无连接的用户数据协议UDP,在通信子网内的各个交换站点以及连接各通信子网的路由器， 都没有传输层。传输层只能存在于通信子网外面的主机中。 运输层以上的各层不考虑传输问题。,60,由于传输层的存在，网络硬件技术的任何变化对高层都是不可见的，那么应用层表示层会话层的设计不必考虑底层硬件细节。 传输层还承担了一项功能就是对于高层提供一个性能恒定的界面。,61,传输层的任务,62,3、网络层 网络层为互联网上

27、的不同主机提供通信。相互通信的主机之间可能要经过多个结点和链路，也可能还要经过多个通过路由器互联的通信子网。在网络层，数据的传送单位是分组或包。网络层的任务就是选择合适的路由，使传输层传下来的分组能够按照地址找到目的主机。,63,网络层,完成数据包寻址和路由的功能,沿两端点间的最佳路由传输数据 （主机间的逻辑通信）,64,2. 数据链路层,在两个相邻节点之间的数据链路无差错的传送以帧为单位的数据。每一帧包含数据和必要的控制信息。,链路：指一条中间没有任何交换结点的点到点的物理路段（物理链路），它是构成计算机网络的一个基本单元数据链路：是在链路上加具有数据传输协议的软/硬件,65,在传送数据时，

28、若接收节点检测到所接受的数据有差错，就要通知发方重发这一帧，直到这一帧正确无误的到达接收节点为止。 数据链路层就通过一些数据链路层协议，在不太可靠地数据链路上实现可靠地数据传输。,66,链路层主要功能： 1、帧同步 为了使传输中发生差错后只将有错的有限数据进行重发，数据链路层将比特流组合成以帧为单位传送。每个帧除了要传送的数据外，还包括校验码，以使接收方能发现传输中的差错。帧的组织结构必须设计成能明确的从比特流中区分出帧的起始与终止，这就是帧同步要解决的问题。由于网络传输中很难保证计时的正确和一致，所以不可采用依靠时间间隔关系来确定一帧的起始与终止的方法。,2、差错控制功能 前向纠错，即收方收

29、到有差错的数据帧时，能够自动 将差错改正过来。开销大，不适合于计算机通信。 检错重传，收方可以检测出收到的帧中有差错，于是让发 方重复发这一帧，直到收方正确收到这一帧为止。,67,3、流量控制功能 对于数据链路层来说，控制的是相邻两节点之间数据链路上的流量。由于收发双方各自使用的设备工作速率和缓冲存储的空间的差异，可能出现发送方发送能力大于接收方接收能力的现象，如若此时不对发送方的发送速率作适当的限制，前面来不及接收的帧将被后面不断发送来的帧“淹没”，从而造成帧的丢失而出错。由此可见，流量控制实际上是对发送方数据流量的控制，使其发送率不致超过接收方所能承受的能力。,4、链路管理功能 链路管理功

30、能主要用于面向连接的服务。当链路两端的节点要进行通信前，必须 确认双方已处于就绪状态，然后才能建立连接，在传输过程中则要能维持该连接。如果出现差错，需要重新初始化，重新自动建立连接。传输完毕后则要释放连接。数据连路层连接的建立维持和释放就称作链路管理。,68,数据链路层的两个协议：停止等待协议 连续ARQ协议,69,分为两个子层： LLC：Logical Link Control MAC：Media Access Control,数据链路层,70,1、物理层 它是OSI的最低层，整个开发系统的基础。作用是保证通信 信道上传输“0”、“1”二进制比特流，用以建立、维持和释放数据 链路实体间的连接

31、。,物理层要考虑的是多大的电压代表“1”或者“0”，以及当 发送端发出比特1时，在接收端如何识别出这是1而不是0. 物理层还要确定连接电缆的插头应该是多少根腿， 各个腿之间应该如何接。,71,物理层定义了建立、维护和释放物理链路的规范和标准。,1. 物理层,物理接口标准定义了物理层与物理传输介质之间的边界与接口，包括四个特性： 机械特性：规定了物理连接时接口所用连接器的形状和尺寸，引脚的数量、功能、规格、引脚的分布，电缆的长度及所含导线的数目等。 电气特性：规定了在接口电缆的哪条线上出现的电压应为什么范围，即什么样的电压，表示为1或0。,功能特性：规定了物理接口上各条信号线的功能分配和确切定义。物理接口信号线一般分为：数据线、控制线、定时线和地线。 过程特性 ：事件发生的合法顺序。,72,从上可知，OSI参考模型的低三层属于通信子网，涉及为 用户间提供透明连接，操作主要以每条链路为基础，在结点间 的各条数据链路上进行通信。 网络层主要用来控制各条链路上的通信，但要依赖于其他 结点的协调操作。 高三层属于资源子网，主要涉及保证信息以正确可理解的 信息传输。 2.2.2 模型中的数据传输 图2-5所示是OSI参考模型中数据的传输方式，数据单元是 指各层传输数据的最小单位。,73,图2-5 OSI参考模型中的数据传输,复杂的过程被屏蔽掉，对等层通信