工学第讲计算机网络.pptx

L/O/G/O第第6 6章章计算机网络与计算机网络与InternetInternet基础基础v6.1计算机网络概述v6.2计算机网络的构成v6.3Internet基础知识v6.4Internet基本操作计算机网络的定义、发展过程和趋势计算机网络的定义、发展过程和趋势计算机网络基础计算机网络基础计算机网络基础计算机网络基础面向终端分布面向终端分布分组交换数据网分组交换数据网开放式标准化网络开放式标准化网络一代二代三代面向终端的计算机通信网面向终端的计算机通信网面向终端的计算机通信网面向终端的计算机通信网 特点：计算机是网络的中心和控制者，终端特点：计算机是网络的中心和控制者，终端围绕中心计算机分布在各处，呈分层星型结构。围绕中心计算机分布在各处，呈分层星型结构。各终端通过通信线路共享主机的硬件和软件各终端通过通信线路共享主机的硬件和软件资源，计算机的主要任务是进行批处理。资源，计算机的主要任务是进行批处理。分组交换数据网分组交换数据网 分组交换网由通信子网和资源子网组成，以分组交换网由通信子网和资源子网组成，以通信子网为中心，不仅共享通信子网的资源，还可通信子网为中心，不仅共享通信子网的资源，还可共享资源子网的硬件和软件资源。共享资源子网的硬件和软件资源。网络的共享采用排队方式，即由结点的分组网络的共享采用排队方式，即由结点的分组交换机负责分组的存储转发和路由选择，给两个进交换机负责分组的存储转发和路由选择，给两个进行通信的用户段续（或动态）分配传输带宽，这样行通信的用户段续（或动态）分配传输带宽，这样就可以大大提高通信线路的利用率，非常适合突发就可以大大提高通信线路的利用率，非常适合突发式的计算机数据。式的计算机数据。开放式标准化网络开放式标准化网络 为了使不同体系结构的计算机网络都能互联，为了使不同体系结构的计算机网络都能互联，国际标准化组织国际标准化组织ISO提出了一个能使各种计算机在提出了一个能使各种计算机在世界范围内互联成网的标准框架世界范围内互联成网的标准框架开放系统互连基开放系统互连基本参考模型本参考模型OSI.。这样，只要遵循。这样，只要遵循OSI标准，一标准，一个系统就可以和位于世界上任何地方的、也遵循同个系统就可以和位于世界上任何地方的、也遵循同一标准的其他任何系统进行通信。一标准的其他任何系统进行通信。由不同传输媒体构成的通信子网由不同传输媒体构成的通信子网,与这个通信子网连接的多与这个通信子网连接的多台地理上分散的具有唯一地址的计算机台地理上分散的具有唯一地址的计算机,将数据划分为不同长度的将数据划分为不同长度的数据分组数据分组,进行传输和处理的协议软件以及应用系统所组成的传输进行传输和处理的协议软件以及应用系统所组成的传输和共享信息的系统和共享信息的系统.资源：构成系统的所有要素。包括：构成系统的所有要素。包括软件、硬件软件、硬件和和数据资源数据资源。通信线路服务器工作站工作站工作站计算机网络的定义计算机网络的定义计算机网络的定义计算机网络的定义计算机网络的组成计算机网络的组成计算机网络的组成计算机网络的组成资源子网资源子网(使用使用户共享网络的各户共享网络的各种软、硬件及数种软、硬件及数据资源，提供网据资源，提供网络访问和分布式络访问和分布式数据处理工程数据处理工程)计算机计算机网络网络通信子网（提供通信子网（提供数据传输、交换数据传输、交换和控制能力，实和控制能力，实现联网计算机之现联网计算机之间的数据通信功间的数据通信功能）能）资源子网资源子网(使用使用户共享网络的各户共享网络的各种软、硬件及数种软、硬件及数据资源，提供网据资源，提供网络访问和分布式络访问和分布式数据处理工程数据处理工程)通信子网（提供通信子网（提供数据传输、交换数据传输、交换和控制能力，实和控制能力，实现联网计算机之现联网计算机之间的数据通信功间的数据通信功能）能）分组交换网由通信子网和资源子网两部分构成如图所示计算机网络的组成、功能和应用计算机网络的组成、功能和应用v数据通信数据通信v资源共享资源共享v网络计算网络计算v集中控制集中控制v提高系统的可靠性提高系统的可靠性计算机网络的功能计算机网络的功能1.数据通信（1）传输文件（2）使用电子邮件（E-mail）2.资源共享（1）共享硬件资源共享服务器资源、共享打印机、共享通信设备（2）共享软件资源（3）共享数据资源3.提高计算机系统的可靠性和可用性4.易于进行分布处理计算机网络的组成、功能和应用计算机网络的组成、功能和应用1.管理信息系统2.办公自动化系统3.信息检索系统4.电子收款机系统5.分布式控制系统6.计算机集成与制造系统7.电子数据交换和电子商务系统8.信息服务系统计算机网络的组成、功能和应用计算机网络的组成、功能和应用按网络覆盖范围的大小，可以将计算机网络分为：局域网、城域网、广域网和因特网。计算机网络的分类与工作模式计算机网络的分类与工作模式局域网成本低廉；容易管理与配置，使用灵活；容易构成简洁整齐的拓扑结构（组网方便）；速率高，延迟时间短。1局域网的典型应用场合同一房间内，覆盖范围一般不超过10m;同一楼宇内，覆盖范围一般不超过100m;同一校园、厂区、院落内，覆盖范围一般不超过10km2局域网的基本特征限定区域;线路专用;数据通信速率较高;开放性计算机网络的计算机网络的分类分类与工作模式与工作模式广域网广域网也称远程网，一般跨越城市、地区、国家、洲甚至全球。它往往以连接不同地域的大型主机系统或局城网为目的。在广域网中，网络之间的连接的大多采用租用的专线，或者是自行铺设的专线。1广域网的典型应用场合 广域网中的所有物理设备分布的地理范围，一般在几千米以上。分布在同一城市、同一国家、同一洲，甚至几个洲等。典型的是企业广域网。2广域网的基本特征 信息的传输距离相对较长;数据传输速率较低;网络的连接结构不很规范，有较大的随意性计算机网络的计算机网络的分类分类与工作模式与工作模式城域网 城域网原本指介于局域网与广域网之间的一种大范围的高速网络。城域网的设计目标是满足几十千米范围内的大量机构中用户的联网需求，要求能够满足大量用户传输多种信息的要求。计算机网络的计算机网络的分类分类与工作模式与工作模式 因特网（又称为国际互联网）是广域网与广城网、广域网与局域网、局域网与局域网进行互联而形成的网络。因特网不是一种具体的物理网络技术，而是将不同的物理网络技术，按某种协议统一起来的一种高层技术。计算机网络的计算机网络的分类分类与工作模式与工作模式1基于服务器的网络(专用服务器结构、客户/服务器结构)特点：所有的工作站的注册登录和资源访问操作，均受服务器控制。计算机网络的分类与计算机网络的分类与工作模式工作模式 服务器上安装服务器上安装服务器上安装服务器上安装网网网网络操作系统络操作系统络操作系统络操作系统，所有所有所有所有其他工作站（客户其他工作站（客户其他工作站（客户其他工作站（客户机）的管理工作都机）的管理工作都机）的管理工作都机）的管理工作都以此服务器为中心。以此服务器为中心。以此服务器为中心。以此服务器为中心。共享服务共享服务共享服务共享服务使用方便简捷，使用方便简捷，使用方便简捷，使用方便简捷，但是资源散布但是资源散布但是资源散布但是资源散布在整个网络上，在整个网络上，在整个网络上，在整个网络上，因此管理这些因此管理这些因此管理这些因此管理这些共享服务是比共享服务是比共享服务是比共享服务是比较麻烦的。较麻烦的。较麻烦的。较麻烦的。2 2对等网络对等网络 特点：计算机彼此处于同等地位，没有主从之分特点：计算机彼此处于同等地位，没有主从之分 。计算机网络的分类与计算机网络的分类与工作模式工作模式拓朴结构的定义拓朴结构的定义拓朴结构的定义拓朴结构的定义 将网络单元抽象为结点，通信线路抽象为链路。将网络单元抽象为结点，通信线路抽象为链路。计算机网络是由一组结点和连接结点的链路组成的，计算机网络是由一组结点和连接结点的链路组成的，拓扑结构指计算机网络的几何形状。拓扑结构指计算机网络的几何形状。网络的拓扑结构网络的拓扑结构v拓扑结构是指网络中计算机的联接方式。一般有：拓扑结构是指网络中计算机的联接方式。一般有：星型、总线型、环型、树型星型、总线型、环型、树型及及网状型网状型1.总线型结构总线拓扑结构采用单根传输线总线拓扑结构采用单根传输线 作为传输介质，网络上所有作为传输介质，网络上所有站点站点(都通过相应的硬件接口都通过相应的硬件接口)直接连到一条主干线直接连到一条主干线(即总线即总线)上。上。如下图：总线型是广播式传输，即信号沿总线两个方向扩散传送。总线型是广播式传输，即信号沿总线两个方向扩散传送。总线型是广播式传输，即信号沿总线两个方向扩散传送。总线型是广播式传输，即信号沿总线两个方向扩散传送。优点：结构简单、电缆长优点：结构简单、电缆长度短、容易布线，增加节度短、容易布线，增加节点时便于扩充，可靠性高点时便于扩充，可靠性高(即误码率低即误码率低)缺点：故障诊断较困难(一个地方出问题影响一大片)总线负载能力有限。2 2、环型结构、环型结构、环型结构、环型结构v环型结构看起来像首尾相连的总线拓扑结构，各站点通过环接口连在一条首尾环型结构看起来像首尾相连的总线拓扑结构，各站点通过环接口连在一条首尾相连的闭合环形通信线路中。如下图：相连的闭合环形通信线路中。如下图：v数据流按同一方向转输，即单向传输数据流按同一方向转输，即单向传输优点优点：传输控制机制简单，结构对称性好，传输速度较快，电缆长度短，抗故障性能好。缺点：缺点：(某站点的故障影响全网的运行，所以)故障蝗检测困难，难以维护；结点的增加和减少较困难。3 3、星型拓扑结构、星型拓扑结构 星型拓扑中存在一个中心结点，每个结点通过点到点线路与中心结点联接，任何两个结点之间的通信都 要通过中心结点。即：由中央节点和通过点到点链路连接到中央节点的各节点所组成。如图：优点：优点：易于扩充，便于重新配、添加、移动或减少 便于集中式控制，易于管理和维护除中央节点外其它节点发生故障不扩散，易定位排除 简单访问协议，只涉及中央和叶节点缺点：缺点：电缆长度长，难安装 网络的安全依赖于中央节点4 4、树型拓扑结构、树型拓扑结构 由总线型拓扑演变来，形状为一棵倒置的树，由根和叶节点组成。优缺点与总线类似，一般与其它拓扑结构结合使用优点：易于扩展和故障隔离 缺点：对根依赖性强。因而对根的可靠性要求很高。5 5 5 5、网状拓扑结构、网状拓扑结构、网状拓扑结构、网状拓扑结构在在广广域域网网中中没没有有明明晰晰的的拓拓扑扑结结构构，其其特特征征为为任任两两个个节节点点间间的的数数据据传传送送都都要要经经过过其其它它节节点点或或网网络络的的转转接接；任任两两个个节节点点间间都都有有两两条条以以上上的的链链路路可供选择。可供选择。优点：优点：可靠性高可靠性高 缺点：缺点：通信线路冗余，浪费大通信线路冗余，浪费大 传输效率低传输效率低网络协议与体系结构网络协议与体系结构网络协议与体系结构网络协议与体系结构 网络协议：为网络数据交换而制定的规则、网络协议：为网络数据交换而制定的规则、约定于标准。约定于标准。语法：用户数据与控制信息的结构和格式。语法：用户数据与控制信息的结构和格式。语义：需要发出何种控制信息，以及完成的动语义：需要发出何种控制信息，以及完成的动作和做出的响应。作和做出的响应。时序：对操作执行顺序的详细说明。时序：对操作执行顺序的详细说明。网络体系结构：计算机网络的分层、各层协议网络体系结构：计算机网络的分层、各层协议和层间结构的集合。和层间结构的集合。OSIOSI参考模型参考模型 层次结构的特点：层次结构的特点：各层之间相互独立各层之间相互独立 灵活性好灵活性好 结构上可分割开结构上可分割开 易于实现和维护易于实现和维护 能促进标准化工作能促进标准化工作计算机网络通信与体系结构计算机网络通信与体系结构ISO/OSIISO/OSI参考模型参考模型参考模型参考模型1.1.物理层物理层 物理层传送数据的单位：比特物理层传送数据的单位：比特物理层的作用是尽量屏蔽具体物理设备或传输媒体的差异，为上物理层的作用是尽量屏蔽具体物理设备或传输媒体的差异，为上层（数据链路层）提供统一的服务。层（数据链路层）提供统一的服务。物理层具体考虑的问题如下：物理层具体考虑的问题如下：如何表达如何表达“1 1”或或“0 0”。确定连接介质，确定连接器引线的数目及定义、接头的几何尺确定连接介质，确定连接器引线的数目及定义、接头的几何尺寸和锁紧装置。寸和锁紧装置。指出一比特信息占用多长时间。指出一比特信息占用多长时间。采用何种传输方式。采用何种传输方式。初始连接如何建立。初始连接如何建立。结束通信时如何拆除连接。结束通信时如何拆除连接。计算机网络通信与体系结构计算机网络通信与体系结构2.2.数据链路层数据链路层数据链路层数据链路层 数据链路层传送数据的单位：帧数据链路层传送数据的单位：帧（标志位标志位 地址信息位地址信息位 控制信息位控制信息位 数据位数据位 校验信息位校验信息位 标志位标志位）数据链路层的作用是实现在不太可靠的物理链路上实现可靠的数据传输。数据链路层的作用是实现在不太可靠的物理链路上实现可靠的数据传输。数据链路层具体考虑的问题如下：数据链路层具体考虑的问题如下：数据透明性问题。数据透明性问题。将物理层的比特流分组装成数据帧，怎样分割比特流？将物理层的比特流分组装成数据帧，怎样分割比特流？根据发送方的根据发送方的0 0比特插入技术，识别标志位。比特插入技术，识别标志位。流量控制问题。流量控制问题。解决信息淹没问题，协调收发速率。解决信息淹没问题，协调收发速率。计算机网络通信与体系结构计算机网络通信与体系结构3.3.网络层网络层网络层网络层 网络层传送数据的单位：分组或包网络层传送数据的单位：分组或包网络层的作用是利用地址信息将源端发出的分组经过各种途径网络层的作用是利用地址信息将源端发出的分组经过各种途径（结点和链路）送到目的端。（无连接的服务，不可靠）（结点和链路）送到目的端。（无连接的服务，不可靠）网络层具体考虑的问题如下：网络层具体考虑的问题如下：路由选择问题。最佳路径路由选择问题。最佳路径 流量控制问题。解决拥塞问题（供不应求）流量控制问题。解决拥塞问题（供不应求）网络寻址问题。网络寻址问题。网络互连问题。网络互连问题。计算机网络通信与体系结构计算机网络通信与体系结构4.4.传输层传输层传输层传输层 传输层传送数据的单位：报文传输层传送数据的单位：报文传输层的作用是承上启下，在源端和目的端提供可靠的端到端的传输层的作用是承上启下，在源端和目的端提供可靠的端到端的服务，实现通信子网的透明传输。（面向连接的服务，可靠）服务，实现通信子网的透明传输。（面向连接的服务，可靠）传输层具体考虑的问题如下：传输层具体考虑的问题如下：分割和重组数据。分割和重组数据。提供可靠的端到端服务。提供可靠的端到端服务。流量控制问题。流量控制问题。计算机网络通信与体系结构计算机网络通信与体系结构5.5.会话层会话层会话层会话层 会话层传送数据的单位：报文会话层传送数据的单位：报文会话层的作用是网络到用户应用程序的入口，向表示层提供建立会话层的作用是网络到用户应用程序的入口，向表示层提供建立连接，在连接上有序的传输数据（进程间的会话）。连接，在连接上有序的传输数据（进程间的会话）。会话层具体考虑的问题如下：会话层具体考虑的问题如下：会话控制问题。通信方式（令牌机制）会话控制问题。通信方式（令牌机制）会话管理问题。同步管理会话管理问题。同步管理 计算机网络通信与体系结构计算机网络通信与体系结构6.6.表示层表示层表示层表示层 表示层传送数据的单位：报文表示层传送数据的单位：报文表示层的作用是表示数据，对数据结构和类型进行编码（解码），表示层的作用是表示数据，对数据结构和类型进行编码（解码），同时进行，并压缩（解压缩），送到会话层（应用层）同时进行，并压缩（解压缩），送到会话层（应用层）表示层具体考虑的问题如下：表示层具体考虑的问题如下：编码（解码）。编码（解码）。加密（解密）。加密（解密）。压缩（解压缩）。压缩（解压缩）。计算机网络通信与体系结构计算机网络通信与体系结构7.7.应用层应用层应用层应用层 应用层传送数据的单位：报文应用层传送数据的单位：报文应用层的作用是为网络用户通信提供专用的程序，即各种应用层的作用是为网络用户通信提供专用的程序，即各种应用协议。应用协议。应用层具体协议如下：应用层具体协议如下：虚拟终端协议虚拟终端协议 FTPFTP 电子邮件收发协议电子邮件收发协议 HTTPHTTP计算机网络通信与体系结构计算机网络通信与体系结构计算机网络通信与体系结构计算机网络通信与体系结构1双绞线 双绞线由两根彼此绝缘的铜导线组成，如下图。双绞线既能传输模拟信号，也能传输数字信号。双绞线分为屏蔽双绞线（STP）与非屏蔽双绞线（UTP）两大类。数据传输介质数据传输介质2.2.同轴电缆同轴电缆同轴电缆同轴电缆基带传输：50欧（10Base2、10Base5）频带传输：75欧（有线电视）粗缆细缆10Base-510Base-2终端电阻连接方式（拓扑结构）数据传输介质数据传输介质3.3.光纤光纤光纤光纤以光的出现和消失分别代表两个二进制数字分为多模光纤、单模光纤 多条入射角度不同的光线同时在一条光纤中传播，这种光纤称为多模光纤（62.5m或50m）。如果光纤导芯的直径（如9m）小到只有一个光的波长，光纤就成了一种波导管，光线则不必经过多次反射式的传播，而是一直向前传播，这种光纤称为单模光纤。优点：数据传输速率高，误码率低；重量轻；抗电磁干扰性能好；保密性好，无串音干扰；抗化学腐蚀能力强。数据传输介质数据传输介质传输媒介传输媒介价格价格电磁干扰电磁干扰频带宽度频带宽度单段最大单段最大长度长度UTP最便宜最便宜高高低低100mSTP一般一般低低中等中等100m同轴电缆同轴电缆一般一般低低高高185m/500m光纤光纤最高最高没有没有极高极高几十几十km数据传输介质数据传输介质无线传输介质1无线电短波（全方向）2微波（方向性）3红外线（无导向）数据传输介质数据传输介质