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1计算机计算机 网络是网络是现代人类通信的现代人类通信的基础设施基础设施.计算机网络技术计算机网络技术 给人类社会给人类社会 带来带来的深远影响的深远影响.计算机网络第1章计算机网络概述第第1章：计算机网络概述章：计算机网络概述2学习目标学习目标 了解了解 计算机网络的形成和发展趋势计算机网络的形成和发展趋势 理解理解 计算机网络的定义和分类方法计算机网络的定义和分类方法 掌握掌握 计算机网络的组成与拓扑结构计算机网络的组成与拓扑结构了解了解 计算机网络基本功能和应用计算机网络基本功能和应用 熟悉熟悉 计算机网络层次体系结构，网络协议的定义计算机网络层次体系结构，网络协议的定义和作用和作用了解了解 OSI和和TCP/IP网络参考模型的异同点网络参考模型的异同点3第第1章：计算机网络概论章：计算机网络概论1.1 计算机网络形成和发展（四个形成阶段、发展趋势）1.2-1.5 计算机网络概述（定义、分类、组成、结构、功能和应用）1.6 计算机网络体系结构(分层体系结构、协议的定义和作用、OSI和TCP/IP参考模型）1.1 计算机网络的形成计算机网络的形成5计算计算通信通信面向终端的远程联机系统面向终端的远程联机系统资源共享资源共享计算机网络第1章计算机网络概述1.1.1 面向终端的远程联机系统面向终端的远程联机系统追溯到20世纪50年代，人们利用通信线路将地理位置分散的多个终端连接到中心计算机，建立面向终端的远程联机系统。这个阶段的数据通信技术日趋成熟，为计算机网络的形成奠定了技术基础。分组交换概念的提出为计算机网络的研究奠定了理论基础。著名的产品：20世纪60年代初，美国航空公司与IBM公司联合研制的预订飞机票系统，由一台计算机与分布在全国的2000多个订票终端组成。6计算机网络第1章计算机网络概述1.1.2 多个计算机互联的计算机网络多个计算机互联的计算机网络从从2020世纪世纪6060年代末出现了多个分散计算机互联的计算机网年代末出现了多个分散计算机互联的计算机网络，其中最成功的是阿帕网络（络，其中最成功的是阿帕网络（ARPANETARPANET），），ARPANETARPANET的成的成功运行证明了功运行证明了分组交换理论分组交换理论的正确性。的正确性。其中其中TCP/IPTCP/IP通信协议通信协议的广泛应用为更大规模的网络互联奠的广泛应用为更大规模的网络互联奠定了坚实的基础。定了坚实的基础。E-mailE-mail、FTPFTP、TELNETTELNET、BBSBBS等应用展现出网络技术广阔的等应用展现出网络技术广阔的应用前景。应用前景。典型代表是美国国防部高级研究计划局的网络阿帕网络（ARPANET）。ARPANET通过有线、无线和卫星通信线路，连接了从美国本土到欧洲的广阔地域的计算机。ARPANET是计算机网络技术发展的一个里程碑。7计算机网络第1章计算机网络概述1.1.3 国际标准化的计算机网络国际标准化的计算机网络20世纪70年代中期开始，人们认识到不同网络体系结构和通信协议标准不统一，将会限制计算机网络的发展和推广应用，为此推出网络技术的国际标准，包括：OSIOSI参考模型参考模型的研究对网络理论体系的形成与发展，以的研究对网络理论体系的形成与发展，以及在网络协议标准化研究方面起到了重要的推动作用。及在网络协议标准化研究方面起到了重要的推动作用。TCP/IPTCP/IP协议协议经受了市场和用户的检验，吸引了大量的投经受了市场和用户的检验，吸引了大量的投资，推动了资，推动了InternetInternet应用的发展，成为业界标准。应用的发展，成为业界标准。美国电子与电气工程师协会（美国电子与电气工程师协会（IEEEIEEE）成立了）成立了IEEE802IEEE802局域局域网络标准网络标准委员会，制定了一系列局域网技术国际标准。委员会，制定了一系列局域网技术国际标准。8计算机网络第1章计算机网络概述1.1.4 以以Internet为核心的高速互联网络为核心的高速互联网络2020世纪世纪9090年代开始，计算机网络的发展进入了第四个阶段。年代开始，计算机网络的发展进入了第四个阶段。InternetInternet作为全球性的网际网与大型信息系统，在当今政作为全球性的网际网与大型信息系统，在当今政治、经济、文化、科研、教育与社会生活等方面发挥了越治、经济、文化、科研、教育与社会生活等方面发挥了越来越重要的作用。来越重要的作用。InternetInternet大规模接入推动了大规模接入推动了接入技术接入技术的发展，促进了的发展，促进了计算计算机网络机网络、电信通信网电信通信网与与有线电视网有线电视网的的“三网融合三网融合”。至今为止，至今为止，InternetInternet应用、无线网络、物联网络、网络安应用、无线网络、物联网络、网络安全技术研究的正蓬勃兴起和持续发展。全技术研究的正蓬勃兴起和持续发展。9计算机网络第1章计算机网络概述计算机网络发展趋势（技术发展的三条主线）计算机网络发展趋势（技术发展的三条主线）10计算机网络第1章计算机网络概述主线主线1：从：从ARPANET到到InternetARPANETARPANET的研究奠定的研究奠定InternetInternet的通信协议的通信协议TCP/IPTCP/IP协议。协议。在在InternetInternet形成过程中，伴随着形成过程中，伴随着InternetInternet的信息高速公的信息高速公路的建设，广域网、城域网、局域网与个人区域网技术路的建设，广域网、城域网、局域网与个人区域网技术逐步成熟并持续向前发展。逐步成熟并持续向前发展。除了计算机外，各种除了计算机外，各种PDAPDA、智能手机、传感器、射频标签、智能手机、传感器、射频标签系统等移动数字终端设备都会连接到系统等移动数字终端设备都会连接到InternetInternet之中。之中。11计算机网络第1章计算机网络概述物联网是物联网是InternetInternet的接入方式的延伸的接入方式的延伸与功能的扩展，实现物理世界与信息与功能的扩展，实现物理世界与信息世界的无缝连接，预示着网络技术将世界的无缝连接，预示着网络技术将会在更大范围、更深层次应用的发展会在更大范围、更深层次应用的发展趋势。趋势。12计算机网络第1章计算机网络概述主线主线2：从无线分组网、无线自组网到无线传感器网：从无线分组网、无线自组网到无线传感器网无线自组网无线自组网Ad hocAd hoc是一种特殊的无线、自组织、对等、多是一种特殊的无线、自组织、对等、多跳、移动的网络，具有重要的应用价值。跳、移动的网络，具有重要的应用价值。无线传感器网络无线传感器网络WSNWSN的研究受到高度关注，被评价为的研究受到高度关注，被评价为“21“21世纪最有影响的世纪最有影响的2121项技术之一项技术之一”和和“改变世界的十大技术改变世界的十大技术之首之首”。无线传感器网络已经成为物联网重要的支撑技术。无线传感器网络已经成为物联网重要的支撑技术之一。之一。13计算机网络第1章计算机网络概述无线个人区域网络无线个人区域网络在家庭网络中的应用具有很好的应在家庭网络中的应用具有很好的应用前景。无线个人区域网的用前景。无线个人区域网的802.15.4标准、蓝牙协议、标准、蓝牙协议、ZigBee协议已经成为当前研究与应用的热点。协议已经成为当前研究与应用的热点。14计算机网络第1章计算机网络概述主线主线3：网络安全技术：网络安全技术现实社会对网络技术依赖的程度越高，网络安全技术现实社会对网络技术依赖的程度越高，网络安全技术就越显得重要。物联网时代将要面临着更为严峻的网就越显得重要。物联网时代将要面临着更为严峻的网络安全问题。络安全问题。网络安全是一个系统的社会工程，涉及技术、管理、网络安全是一个系统的社会工程，涉及技术、管理、道德与法制环境等多个方面。道德与法制环境等多个方面。不断发展中的网络信息安全技术将要为网络应用推广不断发展中的网络信息安全技术将要为网络应用推广普及提供了必要的安全保障。普及提供了必要的安全保障。15计算机网络第1章计算机网络概述返回返回1.2.1 计算机网络定义计算机网络定义广义的观点：广义的观点：互联起来的自治的计算机的集合。互联起来的自治的计算机的集合。两台计算机能互相交换信息即称为互联，互联的计算机两台计算机能互相交换信息即称为互联，互联的计算机之间的通信必须遵循共同的网络协议，互联的基础是物之间的通信必须遵循共同的网络协议，互联的基础是物理连接。理连接。自治是指计算机能够独立进行处理的设备，不是无自行自治是指计算机能够独立进行处理的设备，不是无自行处理能力的附属设备。处理能力的附属设备。资源共享观点：资源共享观点：计算机网络是以相互共享资源的方式互联计算机网络是以相互共享资源的方式互联起来的自治计算机系统的集合。起来的自治计算机系统的集合。实现计算机资源的共享，计算机系统为自治的系统。实现计算机资源的共享，计算机系统为自治的系统。联网计算机之间的通信：遵循共同的网络协议。联网计算机之间的通信：遵循共同的网络协议。用户透明的观点：用户透明的观点：具备能为用户自动管理资源的操作系统，具备能为用户自动管理资源的操作系统，由它来调用完成用户任务所需资源，使整个网络像一个大由它来调用完成用户任务所需资源，使整个网络像一个大的计算机系统一样对用户是透明的。的计算机系统一样对用户是透明的。16计算机网络第1章计算机网络概述1.2.2 计算机网络的分类方法计算机网络的分类方法序号网络分类准则网络类型1覆盖的地理范围覆盖的地理范围覆盖的地理范围覆盖的地理范围个域网、局域网、城域网、广域网和互联网个域网、局域网、城域网、广域网和互联网个域网、局域网、城域网、广域网和互联网个域网、局域网、城域网、广域网和互联网2拓扑结构总线网、环形网、星形网、树形网、网状网和混合网3通信协议TCP/IP网、ATM网、FDDI网等4传输介质双绞线网、光纤网、卫星网、有线网和无线网等5数据传输技术数据传输技术数据传输技术数据传输技术广播式网络和点对点网络广播式网络和点对点网络广播式网络和点对点网络广播式网络和点对点网络6数据的交换方式电路交换网、分组交换网、帧中继网、信元交换网等7网络拥有单位的性质企业网、校园网、园区网和政府网等8网络应用的行业性质远程教育网、电子商务网、证券业务网等9网络的服务对象专用网和公共网17计算机网络第1章计算机网络概述1.2.3 按网络覆盖的地理范围分类按网络覆盖的地理范围分类计算机网络按照其覆盖的地理范围进行分类，可以很好地计算机网络按照其覆盖的地理范围进行分类，可以很好地反映不同类型网络的技术特征。反映不同类型网络的技术特征。计算机网络可以分为：局域网、城域网、广域网和互联网。计算机网络可以分为：局域网、城域网、广域网和互联网。18计算机网络第1章计算机网络概述 1.局域网（局域网（LAN）用于将有限范围内的各种计算机、终端与外部设用于将有限范围内的各种计算机、终端与外部设备互联成网。备互联成网。主要特征：主要特征：覆盖有限的地理范围，覆盖有限的地理范围，10km10km以内。以内。提供高数据传输速率（提供高数据传输速率（10Mbps10Mbps100Gbps100Gbps）、低误码率）、低误码率的高质量数据传输环境。的高质量数据传输环境。属于一个单位所有，易于建立、维护与扩展。属于一个单位所有，易于建立、维护与扩展。决定局域网性能的三个技术因素是：拓扑、传输介质与决定局域网性能的三个技术因素是：拓扑、传输介质与介质访问控制方法。介质访问控制方法。19计算机网络第1章计算机网络概述 2.城域网城域网(MAN)满足满足1010公里公里-100-100公里左右范围内的大量企业、机关、公司公里左右范围内的大量企业、机关、公司的多个局域网互联的需求，以实现大量用户之间的数据、的多个局域网互联的需求，以实现大量用户之间的数据、语音、图形与视频等多种信息的传输需要。语音、图形与视频等多种信息的传输需要。宽带城域网通过宽带城域网通过计算机网络、广播电视网、电信网的三网计算机网络、广播电视网、电信网的三网融合融合，形成，形成覆盖城市区域的网络通信平台覆盖城市区域的网络通信平台覆盖城市区域的网络通信平台覆盖城市区域的网络通信平台，为语音、数据、，为语音、数据、图像、视频传输与大规模的用户接入提供高速与保证质量图像、视频传输与大规模的用户接入提供高速与保证质量的服务。的服务。20计算机网络第1章计算机网络概述 3.广域网广域网广域网（广域网（WANWAN）作用的范围很大，可以是一个地区、一）作用的范围很大，可以是一个地区、一个国家或者一个大陆，一般在个国家或者一个大陆，一般在100km100km范围以上，传输速范围以上，传输速率相对较低。率相对较低。广域网是一种公共数据网络。广域网是一种公共数据网络。广域网研究的重点是宽带核心交换技术。广域网研究的重点是宽带核心交换技术。21计算机网络第1章计算机网络概述 4.互联网互联网将较大范围不同的网络相互连接在一起时，形成了互联网（internet）。例如将一个局域网和一个广域网、或者把两个局域网连接起来构成互联网。较显著的特点：如果不同机构出资构建网络的不同部分，则由各自运营自己出资构建的那部分网络。如果互联网络的不同部分采用了不同的底层技术，则使用网络连接转换的设备网关（gateway）来实施互联。全球最大的、开放的互联网是因特网（Internet），由全球的广域网、局域网、主机和网关设备，依据TCP/IP通讯协议互联，提供特定的公共服务。22计算机网络第1章计算机网络概述1.2.4 按传输技术分类按传输技术分类分为广播式网络和点对点网络分为广播式网络和点对点网络广播式网络中所有联网的计算机都共享一个公共通信信道广播式网络中所有联网的计算机都共享一个公共通信信道当一台计算机发送数据帧时，所有其它计算机都会当一台计算机发送数据帧时，所有其它计算机都会“收收听听”到这个数据帧，由于帧中带有接收地址，故接收到到这个数据帧，由于帧中带有接收地址，故接收到帧的计算机将检查接收地址是否与本机地址相同，如果帧的计算机将检查接收地址是否与本机地址相同，如果相同，则接收，否则丢弃。相同，则接收，否则丢弃。点对点网络点对点网络每条物理线路连接一对计算机。每条物理线路连接一对计算机。假如两结点之间没有直接连接的线路，那么它们之间的假如两结点之间没有直接连接的线路，那么它们之间的数据传输就要通过中间结点的接收、存储与转发，直至数据传输就要通过中间结点的接收、存储与转发，直至到达目的计算机。到达目的计算机。分组存储转发与路由选择机制是区分点对点网络与广播分组存储转发与路由选择机制是区分点对点网络与广播式网络的重要特性之一。式网络的重要特性之一。23计算机网络第1章计算机网络概述1.3 计算机网络的组成计算机网络的组成广域网的组成：从逻辑功能上看，广域网的组成：从逻辑功能上看，广域网广域网是由是由资源子网资源子网与与通信子网通信子网等两个部分组成。等两个部分组成。资源子网包括：主机与终端、终端控制器、联网外设、资源子网包括：主机与终端、终端控制器、联网外设、各种网络软件与数据资源。各种网络软件与数据资源。通信子网包括：路由器、各种互联设备与通信线路。通信子网包括：路由器、各种互联设备与通信线路。局域网的组成：资源、服务器、工作站、网络连接部件、局域网的组成：资源、服务器、工作站、网络连接部件、传输介质、网络协议、网络操作系统等组成。传输介质、网络协议、网络操作系统等组成。资源：被服务器提供到网络上，供工作站使用的硬件、软件等。资源：被服务器提供到网络上，供工作站使用的硬件、软件等。服务器服务器/工作站：在网络上提供工作站：在网络上提供/使用资源的计算机。使用资源的计算机。网络连接部件：连接计算机与传输介质、网络与网络的设备。网络连接部件：连接计算机与传输介质、网络与网络的设备。传输介质：双绞线、同轴电缆、光纤、无线电。传输介质：双绞线、同轴电缆、光纤、无线电。网络协议：网络中为数据交换而建立的规则。网络协议：网络中为数据交换而建立的规则。网络操作系统：网络用户和计算机网络的接口，网络用户通过网网络操作系统：网络用户和计算机网络的接口，网络用户通过网络操作系统请求网络服务。络操作系统请求网络服务。24计算机网络第1章计算机网络概述1.4 计算机网络拓扑结构计算机网络拓扑结构计算机网络拓扑计算机网络拓扑的定义的定义在复杂在复杂 的网络设计的网络设计 中，为了使网络结构合理中，为了使网络结构合理 、成本低廉、成本低廉 ，引入了网络拓扑的概念。，引入了网络拓扑的概念。计算机网络拓扑是通过网中计算机网络拓扑是通过网中节点节点与与通信线路通信线路之间的之间的几何关几何关系系表示表示网络结构网络结构，反映出网络中各实体之间的结构关系。，反映出网络中各实体之间的结构关系。计算机网络拓扑分为：逻辑拓扑和物理拓扑。计算机网络拓扑分为：逻辑拓扑和物理拓扑。25计算机网络第1章计算机网络概述1.4.1 1.4.1 基本拓扑结构基本拓扑结构星形拓扑星形拓扑节点通过点节点通过点-点通信线路与中心节点连接。点通信线路与中心节点连接。中心节点控制全网的通信，任何两节点之间的通信都中心节点控制全网的通信，任何两节点之间的通信都要通过中心节点。要通过中心节点。优缺点优缺点星形拓扑结构简单，易于实现，便于管理。星形拓扑结构简单，易于实现，便于管理。网络的中心节点是全网性能与可靠性的瓶颈，中心网络的中心节点是全网性能与可靠性的瓶颈，中心节点的故障可能造成全网瘫痪。节点的故障可能造成全网瘫痪。26计算机网络第1章计算机网络概述环形拓扑环形拓扑节点通过点节点通过点-点通信线路连接成闭合环路，环中数据将点通信线路连接成闭合环路，环中数据将沿一个方向逐站传送。沿一个方向逐站传送。优缺点：优缺点：环形拓扑结构简单，传输延时确定。环形拓扑结构简单，传输延时确定。环中任何一个节点和线路出现故障，都可能造成网环中任何一个节点和线路出现故障，都可能造成网络瘫痪。络瘫痪。为了方便节点的加入和撤出环，控制节点数据传输为了方便节点的加入和撤出环，控制节点数据传输顺序，保证环的正常工作，顺序，保证环的正常工作，需要设计复杂的环维护需要设计复杂的环维护协议。协议。27计算机网络第1章计算机网络概述总线形拓扑总线形拓扑所有节点连接到一条作为公共传输介质的总线，以广所有节点连接到一条作为公共传输介质的总线，以广播方式发送和接收数据。播方式发送和接收数据。优缺点：优缺点：当一个节点利用总线发送数据时，其他节点只能接当一个节点利用总线发送数据时，其他节点只能接收数据。如果有两个或两个以上的节点同时发送数收数据。如果有两个或两个以上的节点同时发送数据时，就会出现冲突，造成传输失败。据时，就会出现冲突，造成传输失败。总线形拓扑结构的优点是结构简单，缺点是必须解总线形拓扑结构的优点是结构简单，缺点是必须解决多节点访问总线的介质访问控制问题。决多节点访问总线的介质访问控制问题。28计算机网络第1章计算机网络概述树形拓扑树形拓扑树形拓扑可以看成是星形拓扑的一种扩展，形状像一棵树。树形拓扑可以看成是星形拓扑的一种扩展，形状像一棵树。节点按层次进行连接，信息交换主要在上、下节点之间进行，节点按层次进行连接，信息交换主要在上、下节点之间进行，相邻及同层节点之间通常不进行数据交换，或数据交换量比相邻及同层节点之间通常不进行数据交换，或数据交换量比较小。较小。优缺点：优缺点：易于扩展：这种结构可以延伸出很多分支和子分支，这些易于扩展：这种结构可以延伸出很多分支和子分支，这些新结点和新分支可以较容易地加入网内新结点和新分支可以较容易地加入网内故障隔离较易：如果某一分支的结点或线路发生故障，可故障隔离较易：如果某一分支的结点或线路发生故障，可容易地将故障分支和整个系统隔离开来容易地将故障分支和整个系统隔离开来树形拓扑的缺点是各结点对根的依赖性太大，如果根发生树形拓扑的缺点是各结点对根的依赖性太大，如果根发生故障，全网就不能正常工作。故障，全网就不能正常工作。29计算机网络第1章计算机网络概述1.4.2 1.4.2 扩展拓扑结构扩展拓扑结构混合型拓扑混合型拓扑将以上几种单一拓扑结构混合起来，取两者的优点将以上几种单一拓扑结构混合起来，取两者的优点就可以构成一种混合型拓扑。就可以构成一种混合型拓扑。30子分支主干环计算机网络第1章计算机网络概述网状拓扑网状拓扑节点之间的连接是任意的，没有规律。网状拓扑的节点之间的连接是任意的，没有规律。网状拓扑的优点是系统可靠性高。优点是系统可靠性高。网状拓扑结构复杂。一个有网状拓扑结构复杂。一个有N N个结点的全连接的网个结点的全连接的网形网络，若所有结点相互连接，需要形网络，若所有结点相互连接，需要N N（N-1N-1）/2/2个个连接，且每个结点必须有连接，且每个结点必须有N-1N-1个输入输出端口。个输入输出端口。在广域网中得到了广泛的应用。在广域网中得到了广泛的应用。31计算机网络第1章计算机网络概述1.5.1 计算机网络功能计算机网络功能计算机网络的主要功能：数据通信、资源共享和分布式处理。计算机网络的主要功能：数据通信、资源共享和分布式处理。数据通信是最基本的功能之一，是计算机网络实现其他功数据通信是最基本的功能之一，是计算机网络实现其他功能的基础。能的基础。资源共享是人类资源共享是人类建立计算机网络的主要目的之一。建立计算机网络的主要目的之一。分布式处理是计算机网络具有解决复杂问题的能力。分布式处理是计算机网络具有解决复杂问题的能力。1.5.2 计算机网络应用计算机网络应用计算机网络的商业应用：共享软硬件资源和信息资源，构建计算机网络的商业应用：共享软硬件资源和信息资源，构建信息系统，促进办公自动化，提供形式多样的沟通方式，开信息系统，促进办公自动化，提供形式多样的沟通方式，开展电子商务等。展电子商务等。个人应用：通过互联网访问远程信息，人与人的通信，享用个人应用：通过互联网访问远程信息，人与人的通信，享用电子商务带来的购物乐趣，享用在线娱乐活动，普适计算等。电子商务带来的购物乐趣，享用在线娱乐活动，普适计算等。移动应用：移动服务、移动商务等。移动应用：移动服务、移动商务等。社会应用：社会、政治和伦理道德方面应用，人际关系等社会应用：社会、政治和伦理道德方面应用，人际关系等32计算机网络第1章计算机网络概述返回返回1.6.1 网络协议的基本概念网络协议的基本概念协议协议即指通信双方就如何进行通信而约定的一即指通信双方就如何进行通信而约定的一组规则。组规则。若通信的任何一方违反协议，将使通若通信的任何一方违反协议，将使通信出现困难。信出现困难。网络协议的三要素网络协议的三要素语法：用户数据与控制信息的结构和格式。即对通语法：用户数据与控制信息的结构和格式。即对通信双方采用的数据的格式和编码的顺序进行定义。信双方采用的数据的格式和编码的顺序进行定义。语义：用于解释比特流的每个部分的意义，规定了语义：用于解释比特流的每个部分的意义，规定了需要发出何种控制信息，完成何种动作及做出何种需要发出何种控制信息，完成何种动作及做出何种应答。应答。时序：对事件发生顺序的详细说明。时序：对事件发生顺序的详细说明。33计算机网络第1章计算机网络概述34左图是：一位女士向一位陌生的男士询问左图是：一位女士向一位陌生的男士询问“时间时间”的三次对的三次对话过程，双方默认遵守了一些良好的社会习俗。话过程，双方默认遵守了一些良好的社会习俗。右图是：右图是：WebWeb浏览器访问浏览器访问WebWeb服务器以获取网页的通信过程，服务器以获取网页的通信过程，两机通信遵循两机通信遵循TCPTCP和和HTTPHTTP网络协议。网络协议。男女对话过程男女对话过程 网页文件获取过程网页文件获取过程计算机网络第1章计算机网络概述35P3P2P1 2 1 3 2 1物理通信线路物理通信线路 3 N+1 N N-1 N+1 N N-1Pn-1PnPn+1系统系统A系统系统B1.网络中的任何一个系统都网络中的任何一个系统都是按照层次结构来组织的是按照层次结构来组织的2.同一网络中，任意两个端同一网络中，任意两个端系统必须具有相同的层次系统必须具有相同的层次3.每层使用其下层提供的服每层使用其下层提供的服务，并向其上层提供服务务，并向其上层提供服务4.通信只在对等层间进行通信只在对等层间进行（间接的、逻辑的、虚拟（间接的、逻辑的、虚拟的），非对等层之间不能的），非对等层之间不能互相互相“通信通信”5.实际的物理通信只在最底实际的物理通信只在最底层完成层完成6.Pn：第：第n层层协议协议，即第，即第n层对等实体间通信时必须层对等实体间通信时必须遵循的规则或约定遵循的规则或约定网络分层模型体系结构网络分层模型体系结构计算机网络第1章计算机网络概述1.6.2 协议层次结构协议层次结构36计算机网络第1章计算机网络概述保证一个庞大、复杂的计算机网络系统有条不紊地工作，有保证一个庞大、复杂的计算机网络系统有条不紊地工作，有必要制定一套复杂的通信协议集。目前已经开发了很多网络必要制定一套复杂的通信协议集。目前已经开发了很多网络协议，每种协议都是针对某个特定目标或解决特定的通信问协议，每种协议都是针对某个特定目标或解决特定的通信问题而设计的，以分层的形式组成了一个完整系统。题而设计的，以分层的形式组成了一个完整系统。网络体系结构是网络体系结构是网络层次结构模型网络层次结构模型与与各层协议各层协议的集合，对的集合，对计计算机网络应该实现的功能进行精确定义算机网络应该实现的功能进行精确定义。网络体系结构是抽象的，而实现网络协议的网络体系结构是抽象的，而实现网络协议的技术技术是具体的。是具体的。一个划分为一个划分为5 5层的虚拟的网层的虚拟的网络系统示意图络系统示意图接口（接口（interfaceinterface）接口是同一主机内相邻层之间交换信息的连接点，例如接口是同一主机内相邻层之间交换信息的连接点，例如在邮政系统中，邮局的邮箱是发信人与邮递员之间收发在邮政系统中，邮局的邮箱是发信人与邮递员之间收发信件的接口；收信人家门口的邮箱是收信人与邮递员之信件的接口；收信人家门口的邮箱是收信人与邮递员之间的接口。间的接口。服务（服务（service)service)服务是指一个结点的某一层向它上一层提供的一组原语服务是指一个结点的某一层向它上一层提供的一组原语操作。定义了该层准备代表其用户执行哪些操作，但服操作。定义了该层准备代表其用户执行哪些操作，但服务并不涉及如何实现这些操作。服务和上下两层的接口务并不涉及如何实现这些操作。服务和上下两层的接口相关联，低层是服务提供者，高层是使用服务的用户。相关联，低层是服务提供者，高层是使用服务的用户。层次结构层次结构是处理计算机网络问题最基本方法。对于一些难以处理是处理计算机网络问题最基本方法。对于一些难以处理的复杂问题，通常是采用分解为若干个容易处理的、小的复杂问题，通常是采用分解为若干个容易处理的、小一些的问题，一些的问题，“化整为零，分而治之化整为零，分而治之”的方法去解决。的方法去解决。各层之间相互独立、灵活性好、易于实现和标准化各层之间相互独立、灵活性好、易于实现和标准化 37计算机网络第1章计算机网络概述1.6.3 网络参考模型实例网络参考模型实例四个著名的计算机网络分层结构模型四个著名的计算机网络分层结构模型1.SNA：IBM公司1974年公布的世界上第一个网络体系第一个网络体系结构结构SNASNA（SystemsNetworkArchitecture），是OSI模型的主要基础。7个层次-物理层、数据链路控制层、路径控制层、传输控制层、数据流控制层、表示服务层、事务服务层。2.DNA（DigitalNetworkArchitecture）是美国DEC公司1975年提出的网络体系结构，8个层次-即物理链路层、数据链路层、路由层、端通信层、会晤层、网络应用层、网络管理层及用户层。3.国际标准化组织（ISO）于1985年发布ISO的开放系统互连（OSI）参考模型，个层次（物理层、数据链路控制层、网络层、传输控制层、会话层、表示层和应用层。）38计算机网络第1章计算机网络概述39计算机网络第1章计算机网络概述4.TCP/IP网络体系结构源于ARPANET网络。1989年被修订并标准化，称为TCP/IP参考模型（TCP/IP），4个层次（网络接口层、互联网层、传输层和应用层）。TCP/IP参考模型与OSI参考模型层次对应关系示意图。OSIOSI参考模型（甲）与参考模型（甲）与TCP/IPTCP/IP参考模型（乙）的比较参考模型（乙）的比较共同点均采用了层次结构的概念在传输层之上，都定义了为应用层进程的通信提供一种端到端的独立于网络的传输服务。不同点（甲方优点-乙方缺点）划分的层次不同。OSI参考模型明确区分服务、接口和协议的概念。OSI参考模型更具有通用性。OSI参考模型相应的服务定义和协议都过于复杂，系统效率低下OSI参考模型对于每一层应设置哪些功能没有特别好的设想40计算机网络第1章计算机网络概述返回返回第第2 2章：数据通信基础章：数据通信基础41学习目标学习目标 理解：理解：信息的类型和信息的二进制数字表示形式、信息的类型和信息的二进制数字表示形式、信号的类型和特性信号的类型和特性理解：理解：数据通信系统的模型、数据传输性能衡量的数据通信系统的模型、数据传输性能衡量的技术指标技术指标掌握：掌握：信道基本特征和调制方法，传输介质的基本信道基本特征和调制方法，传输介质的基本类型、特征和作用类型、特征和作用理解：理解：数据传输的基本概念，信道传输差错控制，数据传输的基本概念，信道传输差错控制，多路复用技术的分类和特点多路复用技术的分类和特点理解：理解：电路交换、报文交换和分组交换技术的特点电路交换、报文交换和分组交换技术的特点第第2 2章：数据通信基础章：数据通信基础2.1 数据通信基本概念（信息类型、数字化表示、信号类型、特征）2.2 数据通信系统模型（模型、定义、性能衡量技术指标）2.3 通信信道(信道的基本特性、物理传输介质特点和作用）2.4 数据传输和数据交换技术(数据传输方式、差错控制方法、多路复用技术、数据交换方式）2.1.1 信息类型和数字化表示信息类型和数字化表示数据通信中的信息表示成：数字化的文字、字符、代码、语音、图像和视频等形式，可分为三种类型：数据信息、音频信息、视频信息。数据信息数据信息通常指文本信息，一般是文字、数字、图形、图表及任意符号的记录，例如电子邮件、Excel表格、传真图像这类信息可用字符编码、图形编码等方式表示成0、1序列串。字符编码是把符号转换成二进制序列的方法，如ASCII编码（美国标准信息交换码）、Unicode（统一码）44计算机网络第2章数据通信基础音频信息音频信息一般指人们听觉范围内的语言、音乐、噪声。声音在电通信中，被转换成在连续时间范围内持续变化的电压强度。音频信息是模拟数据，需要使用脉冲编码调制法（PCM）转换成二进制数据。视频信息视频信息由连续的图片组成，指人们所能见到的活动图像，比如电视、电影、录像、电视电话会议的现场图像等。视频信息是模拟数据，数字化过程更复杂，常用的方法有镶嵌图形法。45计算机网络第2章数据通信基础46PCM脉码调制方法模拟信号不能直接在数字信道中传输，必须先转变成数字信号，采用PCM方法，可以把模拟信号转变成数字信号。PCM脉码调制方法分为采样、量化和编码三个步骤1.采样。对模拟信号按一定的时间间隔进行采样，产生一个振幅等于取样信号的脉冲。其中采样的时间间隔小于模拟信号最高频率2倍的倒数。2.量化。确定取样后的离散脉冲信号的振幅数值。且采样信号振幅数值的总个数必须是有限的。3.编码。用二进制码元取代取样值，完成模拟信号的PCM编码，就可得到所需要的数字信号。计算机网络第2章数据通信基础47计算机网络第2章数据通信基础PCM脉码调制基本步骤脉码调制基本步骤2.1.2 信号类型、特征信号类型、特征在数据通信中，利用电压、电流、电荷及电磁波等物理量在强度上的变化，来携载各种形式的数据信息，通过传输线路进行传输。目前常用的是电信号有模拟信号和数字信号。数据能编码成模拟信号或数字信号，用于传输信息。数字信号更适于传输数据信息，其优势表现如下：数字信号受噪声干扰影响小，只需确定接收到的脉冲在参考电平之上还是之下就可以再生原始信号了。数字信号更适合于利用多路复用技术进行处理和组合。数字信号传播的距离远，容易存储。对数字信号传输误差的检测和纠正来得容易。48计算机网络第2章数据通信基础数据传输的信号类型数据传输的信号类型模拟信号模拟信号与与数字信号数字信号波形波形49计算机网络第2章数据通信基础50数字信号是一种非连续变化的电信号，其波形为不连续的。信号的强度始终在有限个数的值之间变化。当信号强度只有两种取值时，即为二进制数字信号。信号的强度在某一时间段内维持一个常量值，而在另一时间段内改变到另外一个常量值，即为离散的数字信号。tAOtAO 计算机网络第2章数据通信基础51二进制数据的信号表示二进制数据的信号表示计算机产生的数据信息表示为由0和1组成的二进制序列如果信号强度只取两种值，即用一个正电压值对应1，用一个负电压值对应0，这种形式的数字信号属于基带信号。基带信号不适合直接在信道中传输，要变换成适合在通基带信号不适合直接在信道中传输，要变换成适合在通信信道上传输的波形后，才能在对应的信道上传输。信信道上传输的波形后，才能在对应的信道上传输。计算机网络第2章数据通信基础信息、数据与信号信息、数据与信号的基本概念的基本概念52计算机网络第2章数据通信基础返回返回数据通信数据通信是指通过计算机技术与通信技术结合来实是指通过计算机技术与通信技术结合来实现信息的传输。现信息的传输。数据通信系统模型构成示意图。数据终端设备（DTE）：充当信源和信宿的设备的统称。数据通信设备（DCE）：连接DTE与传输信道的设备。通信信道：或叫传输信道，是通信系统必不可少的组成部分。传输控制规程和通信软件。532.2.1数据通信系统模型数据通信系统模型数据终端（DTE）数据通信设备（DCE）通信信道数据通信设备（DCE）数据终端（DTE）165432输入信息输入数据g(t)发送信号s(t)接收信号r(t)输出数据g(t)输出信息二进制数字序列模拟或数字信号模拟或数字信号二进制数字序列mm54两台主机通过电话网络通信的模型示意图两台主机通过电话网络通信的模型示意图两台主机通过计算机网络通信的模型示意图两台主机通过计算机网络通信的模型示意图2.2.2性能衡量技术指标性能衡量技术指标衡量和评估通信系统的效率的主要的性能指标包括带宽、数据传输速率、延时、误码率、吞吐率和容量 带宽带宽带宽带宽对于模拟信道，带宽是指信道能够传送的电磁波信号的最高频率与最低频率之差。单位是赫兹（Hz）、千赫（kHz）、兆赫（MHz）等。对于数字信道，带宽带宽带宽带宽即数据传输速率或比特率。单位是“比特每秒”，或b/s(bit/s)。数据传输速率数据传输速率数据传输速率数据传输速率数据传输速率是指单位时间内传送的信息量，是衡量数据通信系统传输能力的一个重要指标。常见单位是：千比每秒，即kb/s（103b/s）、兆比每秒，即Mb/s（106b/s）吉比每秒，即Gb/s（109b/s）、太比每秒，即Tb/s（1012b/s）55 延时延时延时延时(delay (delay 或或或或 latency)latency)发送延时、传播延时、排队延时与处理延时发送延时、传播延时、排队延时与处理延时发送延时发送延时:主机发送速率是一定的，主机发送一个数据分组的第一位到最后一位需要一定的时间。传播延时传播延时:电磁波在信道中需要传播一定的距离而花费的时间。发送延时发送延时=发送的比特数（发送的比特数（比特比特）发送速率（发送速率（比特比特/秒秒）传播延时传播延时=信道长度信道长度（米米）信号在信道上的传播速率信号在信道上的传播速率（米米/秒秒）56信号发送速率和信号在信道上的传播速率是完全不同的概念。真