计算机网络技术基础课件全书电子教案课件.pptx

,Click to edit Master text styles,Second level,Third level,Fourth level,Fifth level,第,1,章 计算机网络概论,Click to edit Master title style,计算机网络技术基础,第,1,章,计算机网络概论,能力,CAPACITY,要求,了解计算机网络的发展历史和功能,。,掌握计算机网络的定义、组成,。,掌握计算机网络的类型和网络拓朴结构,。,理解并掌握网络的计算模式,。,计算机网络的定义和组成,计算机网络的发展历史,计算机网络的类型,计算机网络的拓扑结构,计算机网络的,功能,网络的计算模式,一、,计算机网络,的发展历史,面向终端,早期,计算机很昂贵，只有数目有限的计算机中心才拥有计算机。使用计算机的用户要将程序和数据送到或邮寄到计算机中心去处理。这样，除花费时间、精力和大量资金外，还无法对急需及时处理的信息进行加工和处理。为了解决这个问题，在计算机内部增加了通信功能，使远地点的输入输出设备通过通信线路直接和计算机相连，达到一边输入信息，一边处理信息的目的。最后将处理结果再经过通信线路送回到远地站点。这种系统也称为简单的计算机联机系统,。,一,、,计算机网络的发展历史,面向终端,上述,联机系统存在两个显著缺点，一是主机系统负荷过重,，二,是通信线路利用率很,低。,为了克服第一个缺点，可以在主机之前设置一个前端处理机,FEP,（,Front End Processor,），专门负责与终端的通信工作，使主机能有较多的时间进行数据处理。为克服第二个缺点，通常是在终端较为集中的区域设置线路集中器，大量终端先连到集中器上，集中器则通过通讯线路与前端处理机相连,。这种,系统是以中央计算机为核心的具有通信功能的远程联机系统，具有终端一计算机之间的通信。也称面向终端的网络。,一,、,计算机网络的发展历史,面向计算机通信,早期的系统中只有一个计算机处理中心，各终端通过通信线路共享主计算机的硬件和软件资源。计算机与计算机通信的计算机通讯网络系统，呈现出的是多个计算机处理中心的特点，各计算机通过通信线路连接，相互交换数据、传送软件，实现了网络中连接的计算机之间的资源共享。,两种连接形式,一,、,计算机网络的发展历史,面向应用（标准化）,20,世纪,70,年代中期，计算机网络开始向体系结构标准化的方向迈进，即正式步入网络标准化时代。,对各种体系结构来说，同一体系结构的网络产品互连是非常容易实现的，而不同系统体系结构的产品却很难实现互连。但社会的发展迫切要求不同体系结构的产品都能够很容易地得到互连，人们迫切希望建立一系列的国际标准，渴望得到一个“开放”系统。为此，国际标准化组织,ISO,（,International Standards Organization,）于,1977,年成立了专门的机构来研究该问题。,1984,年，,ISO,正式颁布了一个开放系统互连参考模型（,Open System Interconnection Basic Reference Model,）的国际标准,0SI7498,。模型分为七个层次，有时也被称为,ISO/OSI,七层参考模型,。,一,、,计算机网络的发展历史,面向应用（标准化）,20,世纪,80,年代,，美国,电气与电子工程师协会（,IEEE,）为了适应微机、个人计算机（,PC,）以及局域网发展的需要，于,1980,年,2,月在旧金山成立了,IEEE802,局域网络标准委员会，并制定了一系列局域网络标准,。,新一代,光纤局域网一一光纤分布式数据接口（,FDDI,）网络标准及产品也相继问世，从而为推动计算机局域网络技术进步及应用奠定了良好的基础。这一阶段典型的标准化网络结构如,图所,示，通信子网的交换设备主要是路由器和交换机,。,一,、,计算机网络的发展历史,面向未来的计算机网络以,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互联网络已经形成，,Internet,已经成为人类最重要的、最大的知识宝库。网络互联和高速计算机网络被称为第四代计算机网络。网络互连与高速网络如图所示,。,计算机网络的定义和组成,计算机网络的发展历史,计算机网络的类型,计算机网络的拓扑结构,计算机网络的,功能,网络的计算模式,二、,计算机网络的定义和,组成,计算机网络的定义,计算机网络是计算机技术与通信技术结合的产物。计算机网络是将处于不同地理位置，具有独立功能的计算机通过通信设备和传输媒体连接起来，以功能完善的通信软件（即网络通信协议、信息交换方式及网络操作系统等）实现网络中资源共享、信息交换和协同工作的系统。网络中的每台计算机称作一个节点（,Node,）。可见，计算机网络是多台计算机彼此互连，以相互通信和资源共享为目标的计算机系统。,二、,计算机网络的定义和组成,计算机网络的,组成,计算机网络,由计算机系统、通信链路和网络节点组成。计算机系统进行各种数据处理，通信链路和网络节点提供通信功能。如,图所,示为计算机网络的一般构成。从逻辑上可以把计算机网络分成资源子网和通信子网两个子网。,计算机网络的定义和组成,计算机网络的发展历史,计算机网络的类型,计算机网络的拓扑结构,计算机网络的,功能,网络的计算模式,三、,计算机网络的类型,按通信媒体,划分,（,1,）有线网。有线网是指采用双绞线、同轴电缆、光纤连接的计算机网络。,（,2,）无线网。无线网使用电磁波传播数据，它可以传送无线电波和卫星信号。,三、,计算机网络的类型,按网络的使用范围划分,（,1,）公用网。公用网对所有的人提供服务，只要符合网络拥有者的要求就能使用这个网，也就是说它是为全社会所有的人提供服务的网络。如邮电部的公用数据网,CHINAPAC,。,（,2,）专用网。专用网为一个或几个部门所拥有，它只为拥有者提供服务，这种网络不向拥有者以外的人提供服务。如军事专网、铁路调度专网等。,1,2,三、,计算机网络的类型,按网络的传输技术进行分类,在通信技术中，通信信道的类型有两类：广播通信信道与点到点通信信道。,1,广播方式网络,在,广播式网络中，发送的报文分组的目的地址可以分为三类：单一节点地址、多节点地址和广播地址。其特点如下。,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,）。,三、,计算机网络的类型,按网络的传输技术进行分类,2,点到点式网络,与,广播式网络相反，在点到点式网络中，每条物理线路连接一对计算机。假如两台计算机之间没有直接连接的线路，那么它们之间的分组传输就要通过中间节点的接收、存储、转发，直至目的节点。由于连接多台计算机之间的线路结构可能是复杂的，因此从源节点到目的节点可能存在多条路由。决定分组从通信子网的源节点到达目的节点的路由是路由选择算法。采用分组存储转发与路由选择是点到点式网络与广播式网络的重要区别之一。,三、,计算机网络的类型,按距离划分,按,距离划分就是根据网络的作用范围划分网络，可分为局域网（,Local Area Network,，,LAN,）、广域网（,Wide Area Network,WAN,）和城域网（,Metropolitan Area Network,，,MAN,）。,1,局域网,LAN,（,Local Area Network,）,局域网,地理范围一般在十几公里以内，属于一个部门或单位组建的小范围网。例如，一个建筑物内、一个学校、一个单位内部等。局域网组建方便，使用灵活，是目前计算机网络发展中最活跃的分支。,LAN,是计算机通过高速线路相连组成的网络，网上传输速率较高，从,10Mbps,100Mbps,1000Mbps,。通过,LAN,，各种计算机可以共享资源。例如，共享打印机和数据库。,三、,计算机网络的类型,按距离划分,广域网（又称远程网）,WAN,（,Wide Area Network,）,广域网有如下特点。,WAN,覆盖的地理范围从数百公里至数千公里，甚至上万公里。可以是一个地区或一个国家，甚至世界几大洲，故称远程网。,WAN,在采用的技术、应用范围和协议标准方面有所不同。在,WAN,中，通常是利用邮电部门提供的各种公用交换网，将分布在不同地区的计算机系统互连起来，达到资源共享的目的。,广域网,使用的主要技术为存储转发技术。,三、,计算机网络的类型,按距离划分,3,城域网,MAN,（,Metropolitan Area Network,）,城域网,的作用范围在,LAN,与,WAN,之间，规模局限在一座城市的范围内，覆盖的地理范围从几十公里至数百公里。其运行方式与,LAN,相似,，,基本上,是一种大型,LAN,，通常使用与,LAN,相似的技术。,MAN,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牵涉范围较广。城域网示意图如,图所,示。,三,、,计算机网络的类型,按企业和公司管理分类,1.,内联网（,Intranet,）,Intranet,是指企业的内部网，是由企业内部原有各种网络环境和软件平台组成的,2.,外联网（,Extranet,）,相对,企业内部网，,Extranet,是泛指企业之外，需要扩展连接到与自己相关的其他企业网。,3.,因特网（,Internet,）,Internet,是目前最流行的一种国际互连网。,Internet,起源于美国，自,1995,年开始启用，发展非常迅速，特别是随着,Web,浏览器的普遍应用，,Internet,已在全世界范围得到应用,。,计算机网络的定义和组成,计算机网络的发展历史,计算机网络的类型,计算机网络的拓扑结构,计算机网络的功能,网络的计算模式,四、,计算机网络的功能,计算机网络主要有如下,功能,：,1,数据通信,2,资源共享,3,提高系统可靠性,4,易于进行分布处理,5,系统负载的均衡与调节,计算机网络的定义和组成,计算机网络的发展历史,计算机网络的类型,计算机网络的拓扑结构,计算机网络的功能,网络的计算模式,五,、,计算机网络的拓扑结构,总线结构,拓扑学,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、面之间关系。计算机网络的拓扑结构就是网络中通信线路和站点（计算机或设备）的几何排列形式。,计算机网络,拓朴结构一般可以分为：总线型、星型、环型、树型、网状型等,。,五、,计算机网络的拓扑结构,总线结构,总,线型拓扑是一种比较简单的结构，网络中所有的站点共享一条数据通道，即通过一根传输线路将网络中所有结点连接起来，这根线路称为总线。各结点直接与总线相连接，信息沿总线介质逐个结点地广播传送，在同一时刻只能允许一对结点占用总线通信。,五、,计算机网络的拓扑结构,星型结构,星型,网络结构是最流行的网络拓扑结构，该结构以中央结点为中心与各个结点连接而组成的，呈辐射状排列在中心结点周围，各结点与中央结点通过点到点的方式连接，其他节点间不能直接通信，通信时需要通过该中心节点,转发,。,五、,计算机网络的拓扑结构,环型结构,各,站点通过通信介质连成一个封闭的环形。环形网容易安装和监控，但容量有限，网络建成后，难以增加新的站点。环型拓扑是将各台联网的计算机用通信线路连接成一个闭合的环。,五、,计算机网络的拓扑结构,树形结构,树,型拓扑由星线型拓扑演变而来，它是在星线型网络上加分支形成的，其结构图看上去像一棵倒挂的树，顶端有一个带分支的根，每个分支还可以延伸出子分支，树最上端的结点叫根结点，一个结点发送信息时，根结点接收该信息并向全树广播。,五、,计算机网络的拓扑结构,其他结构,1.,网状结构（,Mash Topology,）,网状结构,分为全连接网状和不完全连接网状两种形式,2.,混合型拓扑（,Mixer Topology,）,混合型,网络拓扑结构是指多种结构（如星型结构、环型结构、总线型结构）单元组成的结构，但常见的是由星型结构和总线型结构结合在一起组成的。这样的拓扑结构更能满足较大网络的拓展，解决星型网络在传输距离上的局限，而同时又解决了总线型网络在连接用户数量的限制,。,计算机网络的定义和组成,计算机网络的发展历史,计算机网络的类型,计算机网络的拓扑结构,计算机网络的功能,网络的计算模式,六,、,网络的计算模式,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，许多用户同时共享,CPU,资源和数据存储功能。但访问会受到严格的控制，在与其进行数据交换时需要通过穿孔卡和简单的终端。在以后的若干年中，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，在这种技术条件下，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,六,、,网络的计算模式,以服务器为中心的计算模式,20,世纪,70,年代初，个人计算机（,PC,）得到了飞速发展，由此导致了原有计算模式的重大发展和变化。虽然个人计算机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，但是,PC,机在大多数大型应用中，处理数据能力仍显不足，这便促使了局域网的产生。通过局域网的连接，,PC,机与大型机之间的资源被集成在一个网络中，使,PC,机的资源（文件和打印机资源）得到了延伸。这种模式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,六、,网络的计算模式,客户机,/,服务器计算模式的出现,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，这就是客户机,/,服务器（,Client-Server,）模式，简称,C/S,模式,六、,网络的计算模式,浏览器,/,服务器计算模式的应用,随着,Internet/Intranet,技术和应用的发展，,WWW,服务成为核心服务，用户通过浏览器漫游世界。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的浏览查询，而且还能收发电子邮件，进行文件上传和下载等工作。也就是说，用户在浏览器统一的界面上能完成网络上各种服务和应用功能。一种新的网络计算模式在,20,世纪,90,年代中期逐渐形成和发展，这种基于浏览器、,WWW,服务器和应用服务器的计算结构称为浏览器,/,服务器,（,Browser/Server,）的计算模式，简称,B/S,模式,六、,网络的计算模式,P2P,模式,P2P,（,peer-to-peer,）为对等网络技术，又称点对点技术，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，对等网络的每个用户端既是一个节点，也有服务器的功能，任何一个节点无法直接找到其他节点，必须依靠其户群进行信息交流。,P2P,计算模式可简单地定义为通过直接交换共享计算机资源和服务。,P2P,可消除仅用单一资源造成的瓶颈问题。,P2P,可被用来通过网络实现数据分配、控制及满足负载平衡请求，以帮助优化性能。,P2P,模式还可用来消除由于单点故障而影响全局的危险。在企业采用,P2P,模式，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。,六、,网络的计算模式,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，增加了用户对于计算系统的规划、购置、占有和使用的灵活性。在云计算中，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，因此，服务问题（服务的提供和使用）是云计算中的核心和关键问题。云计算是网格计算、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和网络技术发展融合的产物。,THANKS,计算机网络技术基础,第,2,章,计算机网络体系结构,理解掌握,OSI,参考模型与,TCP/IP,参考模型的区别与联系,能力,CAPACITY,要求,掌握计算机网络的体系结构概念,。,掌握协议的概念,。,理解并掌握开放系统互连参考模型各层功能,。,掌握,TCP/IP,体系结构及各层功能,。,参考模型与,TCP/IP,参考模型的区别与联系理解掌握,OSI,开放系统互连参考模型,计算机网络体系结构,TCP/IP,体系结构,一,、,计算机网络体系结构,计算机网络由多个互连的结点组成，结点之间要不断地交换数据和控制信息，要做到有条不紊地交换数据，每个结点就必须遵守一整套合理而严谨的结构化管理体系。计算机网络就是按照高度结构化设计方法采用功能分层原理来实现的，即计算机网络体系结构的内容。,分层结构中各相邻层之间要有一个接口，它定义了较低层向较高层提供的原始操作和服务。相邻层通过它们之间的接口交换信息，高层并不需要知道低层是如何实现的，仅需要知道该层通过层间的接口所提供的服务，这样使得两层之间保持了功能的独立性。,对于网络结构化层次模型，其特点是每一层都建立在前一层的基础上，较低层只是为较高一层提供服务。这样每一层在实现自身功能时，直接使用较低一层提供的服务，而间接地使用了更低层提供的服务，并向较高一层提供更完善的服务，同时屏蔽了具体实现这些功能的细节。,一,、,计算机网络体系结构,协议就是为实现网络中的数据交换建立的规则标准或约定,。,协议由语法、语义和交换规则三部分组成，即协议的三要素：,语义,语法,交换规则,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了通信时的软件元素（如进程或子程序）或硬件元素（如智能,I/O,芯片等）。,实体是通信时能发送和接收信息的任何软硬件设施。,协议（,Protocol,）,实体（,Entity,）,接口,(Interface),网络体系结构的相关概念,一,、,计算机网络体系结构,计算机网络体系结构,完成计算机间的通信合作，把每个计算机互联的功能划分成有明确定义的层次，并规定同层次进程通信的协议及相邻层之间的接口服务，将这些同层进程通信的协议以及相邻层的接口统称为网络体系结构（,Network Architecture,）。,计算机网络中采用层次结构的好处是：,（,1,）各层之间相互独立。高层并不需要知道低层是如何实现的，而仅需要知道该层通过层间接口所提供的服务。,（,2,）灵活性好。当任何一层发生变化时，只要接口保持不变，则在这层以上或以下各层均不受影响，此外，当某层提供的服务不再需要时，甚至可将这层取消。,（,3,）各层都可采用最合适的技术来实现。各层实现技术的改变不影响其他层。,（,4,）易于实现维护。因为整个系统已被分解为若干个易处理的部分，这种结构使得一个庞大而又复杂系统的实现和维护变得容易控制。,（,5,）有利于促进标准化。这主要是因为每层的功能与所提供的服务已有明确的说明。,开放系统互连参考模型,计算机网络体系结构,TCP/IP,体系结构,二,、,开放系统互连参考模型,1974,年，,IBM,公司提出了世界上第一个网络体系结构，这就是系统网络体系结构（,System Network Architecture,，,SNA,），此后，许多公司纷纷提出各自的网络体系结构，这些网络体系结构的共同之处在于它们都采用了分层技术，但层次的划分、功能的分配与采用的技术术语均不相同。随着信息技术的发展，各种计算机系统联网和各种计算机网络的互联成为人们迫切需要解决的课题，,OSI,参考模型就是在这一背景下提出并加以研究的,。,二,、,开放系统互连参考模型,开放系统互连参考模型,OSI,OSI,参考模型分层的原则是：,（,1,）每层的功能应是明确的，并且是相互独立的。当某一层具体实现方法更新时，只要保持与上、下层的接口不变，那么就不会对邻层产生影响。,（,2,）层间接口必须清晰，跨越接口的信息量应尽可能少。,（,3,）每一层的功能选定都应基于已有的成功经验。,（,4,）在需要不同的通信服务时，可在一层内再设置两个或更多的子层次，当不需要该服务时，也可绕过这些子层次。,二,、,开放系统互连参考模型,OSI,参考模型各层之间的关系,二,、,开放系统互连参考模型,OSI,环境中的数据传输过程,二,、,开放系统互连参考模型,OSI,各层的功能概述,第,1,层：物理层,(Physical Layer),在,物理信道上传输原始的数据比特（,bit,）流，提供为建立、维护和拆除物理链路连接所需的各种传输介质、通信接口特性等。,第,2,层：数据链路层,(Data Link Layer),在物理层提供比特流服务的基础上，建立相邻节点之间的数据链路，通过差错控制提供数据帧在信道上无差错地传输，并进行数据流量控制。,第,3,层：网络层,(Network Layer),为传输层的数据传输提供建立、维护和终止网络连接的手段，把上层来的数据组织成数据包,(Packet),在节点之间进行交换传送，并且负责路由控制和拥塞控制,。,第,4,层：传输层,(Transport Layer),为上层提供端到端,(,最终用户到最终用户,),的透明的、可靠的数据传输服务。所谓透明的传输是指在通信过程中传输层对上层屏蔽了通信传输系统的具体细节。,第,5,层：会话层,(Session Layer),为表示层提供建立、维护和结束会话连接的功能，并提供会话管理服务。,第,6,层：表示层,(Presentation Layer),为应用层提供信息表示方式的服务，如数据格式的变换、文本压缩、加密技术等。,第,7,层：应用层,(Application Layer),为网络用户或应用程序提供各种服务，如文件传输、电子邮件,(E-mail),、分布式数据库、网络管理等。,二,、,开放系统互连参考模型,OSI/RM,的信息流动,开放系统互连参考模型,计算机网络体系结构,TCP/IP,体系结构,三,、,TCP/IP,体系结构,OSI,参考模型研究的初衷是希望为网络体系结构与协议的发展提供一种国际标准，但由于,Internet,在全世界的飞速发展，使得,TCP/IP,协议得到了广泛的应用，虽然,TCP/IP,不是,ISO,标准，但广泛的使用也使,TCP/IP,成为一种“实际上的标准”，并形成了,TCP/IP,参考模型。不过，,ISO,的,OSI,参考模型的制定，也参考了,TCP/IP,协议集及其分层体系结构的思想。而,TCP/IP,在不断发展的过程中也吸收了,OSI,标准中的概念及特征。,三、,TCP/IP,体系结构,TCP/IP,的概念,TCP/IP,（,Transmission Control Protocol/Internet Protocol,）是指传输控制协议,/,网际协议。它起源于美国,ARPAnet,网，由它的两个主要协议即,TCP,和,IP,协议而得名。,TCP/IP,是,Interent,上所有网络和主机之间进行交流所使用得共同“语言”，是,Internet,上的标准网络连接协议。通常所说的,TCP/IP,协议实际上包含了大量的协议和应用，且由多个独立定义的协议组合在一起，协同工作，因此，更确切的说，应该称其为,TCP/IP,协议集和,TCP/IP,协议栈。,三、,TCP/IP,体系结构,TCP/IP,协议的特点,2,3,4,1,TCP/IP,协议,开放的协议标准，可以免费使用，并且独立于特定的计算机硬件与操作系统；,独立于特定的网络硬件，可以运行在局域网、广域网，更适用于互连网中；,统一的网络地址分配方案，使得整个,TCP/IP,设备在网中都具有唯一的地址；,标准化的高层协议，可以提供多种可靠的用户服务。,TCP/IP,的概念,三、,TCP/IP,体系结构,TCP/IP,分为四个层次，分别是网络接口层、网际层、传输层和应用层。,TCP/IP,的层次结构与,OSI,层次结构的对照关系,如右图,所示：,TCP/IP,的层次结构,应用层,在,TCP/IP,模型中，应用程序接口是最高层，它与,OSI,模型中的高三层的任务相同，用于提供网络服务，比如文件传输、远程登录、域名服务和简单网络管理等。,三、,TCP/IP,体系结构,TCP/IP,的层次结构,网络接口,层,网络接口层，也被称为网络访问层，包括了能使用,TCP/IP,与物理网络进行通信的协议，它对应,OSI,的物理层和数据链路层。,TCP/IP,标准并没有定义具体的网络接口协议。,网际层,网际层是在,TCP/IP,标准中正式定义的第一层。网际层所执行的主要功能是处理来自传输层的分组，将分组形成数据包（,IP,数据包），并为该数据包进行路径选择，最终将数据包从源主机发送到目的主机，在网际层中，最常用的协议是网际协议,IP,，其他一些协议用来协助,IP,的操作,。,传输层,TCP/IP,的传输层也被称为主机至主机层，与,OSI,的传输层类似，主要负责主机到主机之间的端对端通信，该层使用了两种协议来支持两种数据的传送方法，即,TCP,协议和,UDP,协议。,三、,TCP/IP,体系结构,TCP/IP,协议集,三、,TCP/IP,体系结构,网际层的协议,IP,网际协议,IP(Internet Protocol),IP,协议的任务是对数据包进行相应的,寻址和路由,，并从一个网络转发到另一个网络。,IP,协议在每个发送的数据包前加入一个控制信息，其中包含了源主机的,IP,地址、目的主机的,IP,地址和其他一些信息。,IP,协议的另一项工作是,分割和重编,在传输层被分割的数据包。由于数据包要从一个网络到另一个网络，当两个网络所支持传输的数据包的大小不相同时，,IP,协议就要在发送端将数据包分割，然后在分割的每一段前再加入控制信息进行传输。当接收端接收到数据包后，,IP,协议将所有的片段重新组合形成原始的数据。,IP,是一个,无连接,的协议。无连接是指主机之间不建立用于可靠通信的端到端的连接，源主机只是简单地将,IP,数据包发送出去，而数据包可能会丢失、重复、延迟时间大或者,IP,包的次序会混乱。因此，要实现数据包的可靠传输，就必须依靠高层的协议或应用程序，如传输层的,TCP,协议。,三、,TCP/IP,体系结构,网际层的协议,ICMP,网际控制报文协议,ICMP(Internet Control Message Protocol),网际控制报文协议,ICMP,为,IP,协议提供差错报告。由于,IP,是无连接的，且不进行差错检验，当网络上发生错误时它不能检测错误。向发送,IP,数据包的主机汇报错误就是,ICMP,的责任。,例如，如果某台设备不能将一个,IP,数据包转发到另一个网络，它就向发送数据包的源主机发送一个消息，并通过,ICMP,解释这个错误。,ICMP,能够报告的一些普通错误类型有：目标无法到达、阻塞、回波请求和回波应答等。,三、,TCP/IP,体系结构,网际层的协议,IGMP,网际主机组管理协议,IGMP(Internet Group Management Protocol),IP,协议只是负责网络中点到点的数据包传输，而点到多点的数据包传输则要依靠网际主机组管理协议,IGMP,完成。它主要负责报告主机组之间的关系，以便相关的设备（路由器）支持多播发送。,三、,TCP/IP,体系结构,网际层的协议,ARP,和,RARP,地址解析协议,ARP(Address Resolution Protocol),和反向地址解析协议,RARP,计算机网络中各主机之间要进行通信时，必须要知道彼此的物理地址（,OSI,模型中数据链路层的地址）。因此，在,TCP/IP,的网际层有,ARP,协议和,RARP,协议，它们的作用是将源主机和目的主机的,IP,地址与它们的物理地址相匹配。,三、,TCP/IP,体系结构,传输层协议,TCP,传输控制协议,TCP(Transmission Control Protocol),TCP,协议是传输层一种面向连接的通信协议，提供可靠的数据传送。对于大量数据的传输，通常都要求有可靠的传送。,TCP,协议将源主机应用层的数据分成多个,分段,，然后将每个分段传送到网际层，网际层将数据封装为,IP,数据包，并发送到目的主机。目的主机的网际层将,IP,数据包中的分段传送给传输层，再由传输层对这些分段进行,重组,，还原成原始数据，传送给应用层。,TCP,协议还要完成,流量控制,和,差错检验,的任务，以保证可靠的数据传输。,三、,TCP/IP,体系结构,传输层协议,UDP,用户数据报协议,UDP(User Datagram Protocol),UDP,协议是一种面向无连接的协议，因此，它不能提供可靠的数据传输，而且,UDP,不进行差错检验，必须由应用层的应用程序实现可靠性机制和差错控制，以保证端到端数据传输的正确性。,虽然,UDP,与,TCP,相比，显得非常不可靠，但在一些特定的环境下还是非常有优势的。,例如，要发送的信息较短，不值得在主机之间建立一次连接。另外，面向连接的通信通常只能在两个主机之间进行，若要实现多个主机之间的一对多或多对多的数据传输，即广播或多播，就需要使用,UDP,协议。,三、,TCP/IP,体系结构,应用层协议,远程终端,协议,TELNET,本地主机作为仿真终端，登录到远程主机上运行应用程序；,文件传输协议,FTP,实现主机之间的文件传送；,简单,邮件传输协议,SMTP,实现主机之间电子邮件的传送；,域名服务,DNS,用于实现主机名与,IP,地址之间的映射；,动态主机配置协议,DHCP,实现对主机的地址分配和配置工作,。,路由,信息协议,RIP,用于网络设备之间交换路由信息；,超文本传输协议,HTTP,用于,Internet,中的客户机与,WWW,服务器之间的数据传输；,网络文件系统,NFS,实现主机之间的文件系统的共享；,引导协议,BOOTP,用于无盘主机或工作站的启动,简单网络管理协议,SNMP,实现网络的管理；,三、,TCP/IP,体系结构,OSI,与,TCP/IP,参考模型的比较,世界上任何地方的任何系统只要遵循,OSI,标准即可进行相互通信。,TCP/IP,是最早作为,ARPAnet,使用的网络体系结构和协议标准，以它为基础的,Internet,是目前国际上规模最大的计算机网络,。,1,模型设计的差别,2,层数和层间调用关系不同,3,最初设计的差别,4,对可靠性的强调不同,5,标准的效率和性能上存在差别,6,市场应用和支持上不同,THANKS,第,3,章,数据通信基础,计算机网络技术基础,掌握差错控制技术,能力,CAPACITY,要求,掌握数据通信系统的基本,概念,了解数据通信方式,掌握数据交换技术,掌握多路复用技术,掌握差错控制技术,数据通信方式,数据通信,系统,数据交换技术,差错控制技术,数据通信技术的基本内容,数据通信基本概念,数据通信系统基本结构,信息、数据、信号,数据通信的主要技术指标,数据传输方式,串行通信、并行通信,单工通信、半双工通信、全双工通信,基带传输、频带传输、宽带传输,数据的同步技术,异步传输、同步传输,数据编码技术,数字数据信号,模拟传输,幅移键控,ASK,、频移键控,FSK,、相移键控,PSK,数字传输,不归零码,NRZ,、曼彻斯特编码、差分曼彻斯特编码,模拟数据信号,模拟传输,调幅、调频、调相,数字传输,脉冲编码调制,PCM,多路复用技术,时分多路复用、频分多路复用、波分多路复、码分多路复用,数据交换技术,电路交换、报文存储转发交换、报文分组存储转发交换（数据报方式、虚电路方式）,传输介质,传输介质类型与特点,差错控制技术,检错码、纠错码和差错控制机制,一,、,数据通信系统,一,、,数据通信系统,通信的目的是交换信息。信息的载体可以是多媒体，包含语音、音乐、图形图像、文字和数据等。计算机的终端产生的信息一般是字母、数字和符号的组合。为了传送这些信息，首先要将每一个字母、数字或括号用二进制代码表示。目前常用的二进制代码有国际,5,号码（,IA5,）、扩充的二、十进制交换码,EBCDIC,码和信息交换用标准代码,ASCII,码等。,被传输的二进制代码称为数据（,Data,）。,信号是数据在传输过程中的电信号的表示形式。,数据通信的基本概念,一,、,数据通信系统,信息,的传递是通过通信系统来实现的。如,图所,示是通信系统的基本模型。在通信系统中产生和发送信息的一端叫做信源，接收信息的一端叫做信宿，信源和信宿之间的通信线路称为信道。信息在进入信道时要经过变换器变换为适合信道传输的形式，经过信道的传输，在进入信宿时要经过反变换器变换为适合信宿接收的形式。信号在传输过程中会受到来自外部或信号传输过程本身的干扰，噪声源是信道中的噪声以及分散在通信系统其他各处噪声的集中表示。,数据通信系统模型,一,、,数据通信系统,1,数据通信系统的组成：,数据通信系统主要由三个部分组成：信源、信宿和信道。,（,1,）信源和信宿,（,2,）信道,（,3,）信号变换器,（,4,）噪声源,2,数据通信系统的主要技术指标,描述数据传输速率的大小和传输质量的好坏，往往需要运用数据传输率、波特率、信道容量和误码率等技术指标。,（,1,）数据传输率,（,2,）波特率,（,3,）信道容量,（,4,）误码率,（,5,）吞吐量,（,6,）信道的传播延迟,数据通信系统模型,数据通信方式,数据通信系统,数据交换技术,差错控制技术,二、,数据通信方式,设计一个通信系统时，首先要确定是采用串行通信方式，还是采用并行通信方式。采用串行通信方式只需要在收发双方之间建立一条通信信道；采用并行通信方式时，收发双方之间必须建立多条并行的通信信道。通信信道可由一条或多条通信信道组成，根据信道在某一时间信息传输的方向，可以分为单工、半双工和全双工三种通信方式,。,数据通信方式,第,3,章 数据通信基础,二,、,数据通信方式,数据以成组的方式在多个并行信道上同时进行传输。,并行通信的优点是速度快，但发端与收端之间有若干条线路，导致费用高，仅适合于近距离和高速率的通信。,并行通信,第,3,章 数据通信基础,二、,数据传输方式,数,据流以串行方式在一条信道上传输，由于计算机内部都采用并行通信，因此，数据在发送之前，要将计算机中的字符进行并,/,串变换，在接收端再通过串,/,并变换，还原成计算机的字符结构，才能实现串行通信。,串行通信的优点是收、发双方只需要一条传输信道，易于实现，成本低，但速度比较低。,串行通信,二、,数据传输方式,在异步传输方式中，每传送,1,个字符（,7,位或,8,位）都要在每个字符码前加,1,个起始位，以表示字符代码的开始，在字符代码和校验码后面加,1,或,2,个停止位，表示字符结束。接收方根据起始位和停止位来判断一个新字符的开始。从而起到通信双方的同步作用。,异步方式实现比较容易，但每传输一个字符都需要多使用,2,3,位，所以适合于低速通信。,异步传输方式,二、,数据传输方式,同步传输方式的信息格式是一组字符或一个二进制位组成的数据块（帧）。对这些数据，不需要附加起始位和停止位，而是在发送一组字符或数据块之前先发送一个同步字符,SYN,（以,01101000,表示）或一个同步字节（,01111110,），用于接收方进行同步检测，从而使收发双方进入同步状态。在同步字符或字节之后，可以连续发送任意多个字符或数据块，发送数据完毕后，再使用同步字符或字节来标识整个发送过程的结束。,在同步传送时，由于发送方和接收方将整个字符组作为一个单位传送，且附加位又非常少，从而提高了数据传输的效率。所以这种方法一般用在高速传输数据的系统中，比如计算机之间的数据通信。,同步传输方式,二、,数据传输方式,就数,字信号而言，它是一个离散的方波，“,0”,代表低电平，“,1”,代表高电平，这种方波固有的频带称为基带，方波信号称为基带信号，因此，基带实际上就是数字信号所占用的基本频带。基带传输是在信道中直接传输数