第1章_计算机网络分类、性能指标、OSI、TCPIP模型.ppt

1、第1章 计算机网络概述,掌握计算机网络的分类 熟悉计算机网络的主要性能指标 了解计算机网络分层的必要性 了解协议的概念 熟悉OSI/RM参考模型 掌握TCP/IP模型,1.4 计算机网络的分类,按网络拓扑结构划分 总线、星状、环状、网状、树状和星环网络 按网络的覆盖范围划分 广域网、城域网、局域网、接入网 按通信传输介质划分 有线：双绞线、同轴电缆、光纤 无线：无线电波、微波、红外线、激光,1.4 计算机网络的分类,按数据传输方式划分 广播网络、点对点网络 按使用网络的对象划分 专用网和公用网 按网络组件的关系划分 对等网络、基于服务器的网络,1.4.1 网络的拓扑结构,星环型的拓扑结构？,1

2、.4.2 从网络的覆盖范围进行分类,广域网 WAN (Wide Area Network) 局域网 LAN (Local Area Network) 城域网 MAN (Metropolitan Area Network) 接入网 AN (Access Network),用来把用户接入到因特网的网络,接入网 AN (Access Network)，它又称为本地接入网或居民接入网。 由 ISP 提供的接入网只是起到让用户能够与因特网连接的“桥梁”作用。,广域网、城域网、接入网及局域网关系图,1.4.3 通信传输介质双绞线,把两根绝缘的铜导线按一定密度互相绞在一起 双绞线分为屏蔽双绞线(Shield

3、ed Twisted Pair，STP)与非屏蔽双绞线(Unshielded Twisted Pair，UTP) 屏蔽双绞线在双绞线与外层绝缘封套之间有一个金属层蔽层。 非屏蔽双绞线是一种数据传输线，由四对不同颜色的传输线所组成，广泛用于以太网和电话线中。,1.4.3 通信传输介质双绞线,1 2 3 4 5 6 7 8,1 2 3 4 5 6 7 8,T- 568B,T- 568A,1.4.3 通信传输介质同轴电缆,细缆(thinnet) 粗缆(thicknet),1.4.3 通信传输介质光纤,折射角,入射角,包层 （低折射率的媒体）,包层 （低折射率的媒体）,纤芯 （高折射率的媒体）,包层,

4、纤芯,光线在光纤中的折射,运行速度每10年提高10倍，传输速度每10年提高100倍,1.4.4 不同使用者的网络,从网络的使用者进行分类 公用网 (public network) 专用网 (private network),1.5 计算机网络的主要性能指标,速率 带宽 吞吐量 时延,1.5.1 速率,速率即数据率(data rate)或比特率(bit rate)是计算机网络中最重要的一个性能指标。速率的单位是 b/s，或kb/s, Mb/s, Gb/s 等 比特（bit）是计算机中数据量的单位，也是信息论中使用的信息量的单位。 Bit 来源于 binary digit，意思是一个“二进制数字”

5、，因此一个比特就是二进制数字中的一个 1 或 0。,二进制,只有0和1两个数字 问题1：1+1=？ 问题2：10+11=？ 问题3：将二进制11转换成十进制,16进制,0、1、2、3、4、5、6、7、8、9、A、B、C、D、E、F 问题1：7+6=？ 问题2：A+B=？0 x15 问题3：十六进制1F对应的十进制是多少？,1.5.2 带宽,“带宽”(bandwidth)本来是指信号具有的频带宽度，单位是赫（或千赫、兆赫、吉赫等）。 现在“带宽”是数字信道所能传送的“最高数据率”的同义语，单位是“比特每秒”，或 b/s (bit/s)。,字节和比特,byte字节 bit比特 1byte=8bit

6、 作为单位时，通常用B代表byte，用b代表bit。,基本单位：K 、M、G、T,在计算机界，K = 210 = 1024，M = 220，G = 230，T = 240。 1K(B)=210=1024B 1M(B)=210K=220B 1G(B)=210M=230B 1T(B)=210G=240B 问题: 1K字节最多能包含多少个字母，多少个汉字? 1024 512,常用的带宽单位,更常用的带宽单位是 千比每秒，即 kb/s （103 b/s），也常写为kbps 兆比每秒，即 Mb/s（106 b/s），也常写为Mbps 吉比每秒，即 Gb/s（109 b/s），也常写为Gbps 太比每秒，

7、即 Tb/s（1012 b/s），也常写为Tbps 描述带宽也常常把“比特/秒”省略。 例如，带宽是 10 M，实际上是 10 Mbps。 这里的 M 是 106。,什么是宽带？,宽带线路：可通过较高数据率的线路。 宽带是相对的概念，并没有绝对的标准。 在目前，对于用户接入到因特网的用户线来说，每秒传送几个兆比特就可以算是宽带速率。,A,B,A,B,宽带线路,窄带线路,在宽带线路上比特传播得快,在窄带线路上比特传播得慢,错误的概念,A,B,A,B,宽带线路,窄带线路,宽带线路：每秒有更多比特从计算机注入到线路。 宽带线路和窄带线路上比特的传播速率是一样的。,正确的概念,数字信号流随时间的变化,

8、在时间轴上信号的宽度随带宽的增大而变窄。,比喻：汽车运货,宽带和窄带线路：车速一样 宽带线路：车距缩短,1.5.3 吞吐量（throughput）,吞吐量(throughput)表示在单位时间内通过某个网络（或信道、接口）的数据量。 吞吐量更经常地用于对现实世界中的网络的一种测量，以便知道实际上到底有多少数据量能够通过网络。 吞吐量受网络的带宽或网络的额定速率的限制, 使得吞吐量往往远小于介质本身可以提供的最大数字带宽。 吞吐量以比特/秒或字节/秒表示。,1.5.4 时延(delay 或 latency),时延是指数据从一个网络（或一个链路）的一端传送到另一端所需的时间。时延由以下几部分组成：

9、 发送时延（传输时延 ） 发送数据时，数据块从结点进入到传输介质所需要的时间。 传播时延 电磁波在信道上传播一定距离所花费的时间。 处理时延 交换结点为存储转发而进行一些必要的处理所花费的时间。 排队时延 结点缓存队列中分组排队所经历的时延。取决于网络中当时的通信量。,四种时延所产生的地方,从结点 A 向结点 B 发送数据,容易产生的错误概念,对于高速网络链路，我们提高的仅仅是数据的发送速率而不是比特在链路上的传播速率。 提高链路带宽减小了数据的发送时延。,练习,1、二进制计算： 11对应的10进制是多少？ 10+11= 2、十六进制计算： E对应10进制多少？ 1E对应10进制多少？ A+C

10、=？ 3、家庭网络的带宽为3Mbps，最高下载速度不超过多少KB。,1.6 计算机网络的体系结构1.6.1 计算机网络体系结构的形成,相互通信的两个计算机系统必须高度协调工作才行，而这种“协调”是相当复杂的。 “分层”可将庞大而复杂的问题，转化为若干较小的局部问题，而这些较小的局部问题就比较易于研究和处理。,分层的网络体系结构,为什么要分层？ 举例：商务高层不直接通信问题,课件制作人：谢希仁,1.6.2 协议与划分层次 划分层次的必要性,计算机网络中的数据交换必须遵守事先约定好的规则。 这些规则明确规定了所交换的数据的格式以及有关的同步问题（同步含有时序的意思）。 网络协议(ne

11、twork protocol)，简称为协议，是为进行网络中的数据交换而建立的规则、标准或约定。,什么是协议?,人们交往的协议: “现在几点了?” “我有个问题。” 彼此作自我介绍 定义发送的信息 定义信息接收后,或某个事件发生后的动作,网络协议: 通信设备之间的交互而不是人们的交往 所有在因特网上的通信活动全部是由协议所控制的,什么是协议?,人际交往的协议和计算机网络协议:,Hi,Hi,TCP connection req.,课件制作人：谢希仁, 网络协议的组成要素,语法 数据与控制信息的结构或格式 。 语义 需要发出何种控制信息，完成何种动作以及做出何种响应。 同步 事件实现顺

12、序的详细说明。,课件制作人：谢希仁, 划分层次的概念举例,主机 1 向主机 2 通过网络发送文件。 可以将要做的工作进行如下的划分。 第一类工作与传送文件直接有关。 确信对方已做好接收和存储文件的准备。 双方协调好一致的文件格式。 两个主机将文件传送模块作为最高的一层 。剩下的工作由下面的模块负责。,课件制作人：谢希仁,两个主机交换文件,文件传送模块,主机 1,主机 2,文件传送模块,只看这两个文件传送模块 好像文件及文件传送命令 是按照水平方向的虚线传送的,把文件交给下层模块 进行发送,把收到的文件交给 上层模块,课件制作人：谢希仁,再设计一个通信服务模块,文件传送模块,主机

13、1,主机 2,文件传送模块,只看这两个通信服务模块 好像可直接把文件 可靠地传送到对方,把文件交给下层模块 进行发送,把收到的文件交给 上层模块,通信服务模块,通信服务模块,课件制作人：谢希仁,再设计一个网络接入模块,文件传送模块,主机 1,主机 2,文件传送模块,通信服务模块,通信服务模块,网络接入模块,网络接入模块,通信网络,网络 接口,网络 接口,网络接入模块负责做与网络接口细节有关的工作 例如，规定传输的帧格式，帧的最大长度等。, 分层的好处,1独立性强 每层具有独立的功能，它无须知道下一层是如何工作的，只需知道下层通过层间接口提供的服务是什么，本层向上一层提供的服务是什

14、么即可。每层只负责完成特定的工作任务。 2功能简单 分层结构将复杂的系统分解成若干个功能简单的部分。 3适应性强 当任何一层功能发生变化时，只要层间接口不变化，那么这种变化就不会影响到其他任何一层，这表明可以对层内进行修改。 4易于实现和维护 分层后使得实现和调试大的复杂的系统相对变得简单和容易。,实例：邮局业务,课件制作人：谢希仁, 计算机网络的体系结构,计算机网络的体系结构(architecture)是计算机网络的各层及其协议的集合。 体系结构就是这个计算机网络及其部件所应完成的功能的精确定义。 实现(implementation)是遵循这种体系结构的前提下用何种硬件或软件完

15、成这些功能的问题。 体系结构是抽象的，而实现则是具体的，是真正在运行的计算机硬件和软件。,1.6.3 OSI开放系统互连参考模型,ISO（International Organization for Standardization ） 国际标准化组织 OSI（Open System Interconnection） 开放系统互联 只要遵循 OSI 标准，一个系统就可以和位于世界上任何地方的、也遵循这同一标准的其他任何系统进行通信。 特点：定义了网络的七层功能及对应各个层的协议，称七层协议。, OSI的七层网络结构,（1）物理层 物理层是OSI的最低层，建立在物理通信介质上，但应注

16、意，物理层并不是指传输介质。 物理层处理数据的单位是二进制位，比特（bit）。 物理层定义了纯粹的物理及电子技术细节，通过物理连接的建立实现传输介质上比特流的传输。 例如，如何表示1和0，网络连接器（和传输介质的接口）的针脚是多少并如何排列，各引脚都代表什么功能，数据如何同步，以及网卡何时发送数据等等。, OSI模型中各层的功能, OSI模型中各层的功能,（2）数据链路层 链路层传送数据的单位是“帧”。 从网络层接收数据，将特定的控制信息封装到名为“帧”的数据信息里，再将其传给物理层。 数据链路层能提供差错控制和流量控制能力，可确保数据从一台计算机正确无误地传递给另

17、一台计算机。,什么叫帧？,网络上最小的数据传输单位称为帧。帧由几部分组成，不同的部分执行不同的功能。 “帧”数据由两部分组成：帧头和帧数据。帧头包括接收方主机物理地址的定位以及其它网络信息。帧数据区含有一个数据体。为确保计算机能够解释数据帧中的数据，这两台计算机使用一种公用的通讯协议。, OSI模型中各层的功能,（3）网络层 网络层传送数据的单位是：包，也叫分组或IP数据报。 网络层把分组从源结点传送到目标结点。 网络层具有路由选择、拥塞控制、解决异构网络互连问题的功能。 网络层主要使用的协议：IP协议, OSI模型中各层的功能,（4）运输层 运输层处理数据的单位是

18、：数据段 运输层是OSI模型中承上启下的层，它下面的3层主要面向网络通信，上面的3层则面向主机用户 运输层能分割长的报文，再交给网络层 运输层能确保数据包顺利地到达目的地，保证数据包不丢失、不重复和无差错 运输层使用的协议：TCP和UDP, OSI模型中各层的功能,（5）会话层 在两个结点之间建立、维护和释放面向用户的连接，负责通讯双方在正式开始传输前的沟通，建立传输时所遵循的规则，使传输更顺畅、高效。 采取何种通信方式，提供更有效的差错控制，是否允许暂时中断对话。, OSI模型中各层的功能,（6）表示层 处理被传送数据的表示问题。 负责数据格式的转换、压缩与解压缩

19、、加密与解密。, OSI模型中各层的功能,（7）应用层 该层包括许多与应用有关的服务，提供对用户程序的直接支持。 应用层的功能最丰富，实现也最复杂。应用层的协议很多，如支持万维网的HTTP协议，支持电子邮件的SMTP协议，支持文件传输的FTP协议等等。,OSI各层主要功能归纳,物理层：透明地传输比特流。 数据链路层：在相邻结点之间无差错地传送帧。 网络层：在源和目的子网结点之间选择路由。 运输层：在端到端之间可靠地传输报文。 会话层：进行会话管理与会话同步。 表示层：数据格式转换、数据加密、解密等。 应用层：直接支持用户程序。,OSI模型对等层通信, OSI的层次间

20、关系,OSI模型每一层数据的名称,包,每层间对应的“协议数据单元”（Protocol Data Unit，简称PDU）的名称都是不同的,课件制作人：谢希仁,1.6.4 TCP/IP的体系结构开放系统互连参考模型OSI/RM的失败,只要遵循 OSI 标准，一个系统就可以和位于世界上任何地方的、也遵循这同一标准的其他任何系统进行通信。 在市场化方面 OSI 却失败了。 OSI 的专家们在完成 OSI 标准时没有商业驱动力； OSI 的协议实现起来过分复杂，且运行效率很低； OSI 标准的制定周期太长，因而使得按 OSI 标准生产的设备无法及时进入市场； OSI 的层次划分并也不太合理，有些功能在多

21、个层次中重复出现。,课件制作人：谢希仁,两种国际标准,法律上的国际标准 OSI 并没有得到市场的认可。 非国际标准 TCP/IP 现在获得了最广泛的应用。 TCP/IP 常被称为事实上的国际标准。,1.6.4 互联网TCP/IP模型,当今互联网广泛使用的是DoD（Department Of Defense Model，美国国防部模型 ），是美国国防部设计的一个网络模型，最早用于ARPANET。 有时也称TCP/IP体系结构，是四层的结构。 互联网使用TCP/IP协议族，注意并不是指TCP和IP这两个协议，而是一组协议，只不过TCP和IP是其中最重要的两个协议。, TCP/IP模型的体系结构,TCP/IP为四层模型 网络接口层 网际层 运输层 应用层, TCP/IP的体系结构,应用层 运输层 网际层 网络 接口层,主机A,主机B,路由器,网络 2,网络 1,应用层 运输层 网际层 网络 接口层,网际层 网络 接口层,4 3 2 1,路由器在转