第1章 网络技术基础课件（完整).ppt

1.1 网络的基本概念1.1.1 计算机网络的历史现代意义上的计算机网络是1969年美国国防部高级研究计划局（DARPA）建成的ARPAnet实验网20世纪70年代后期是关于通信网大发展的时期，各发达国家政府部门、研究机构和电报电话公司都在发展分组交换网络。OSI/RM标志着第三代计算机网络的诞生。此时的计算机网络在共同遵循OSI标准的基础上，形成了一个具有统一网络体系结构，并遵循国际标准的开放式和标准化的网络。20世纪90年代，Internet产生并以惊人速度发展。1.1.2 数据交换方式电路交换，电路交换也称为线路交换，它类似于电话系统，希望通信的计算机之间必须实现建立物理电路。整个电路交换的过程包括建立电路、数据传输和释放电路三个阶段。报文交换的数据传输单位是报文，报文就是站点一次性要发送的数据块，其长度不限且可变。当一个站要发送报文时，它将一个目的地址附加到报文上，网络节点根据报文上的目的地址信息，把报文发送到下一个节点，一直逐个节点地转送到目的节点。分组交换是报文交换的一种改进，它将报文分成若干个分组，每个分组的长度有一个上限。分组交换有虚电路分组交换和数据报分组交换两种。它是计算机网络中使用最广泛的一种交换技术。 1.1.3 网络的体系结构计算机网络系统是一个十分复杂的系统。将一个复杂系统分解为若干个容易处理的子系统，然后“分而治之”，这种结构化设计方法是工程设计中常见的手段。计算机网络的体系结构就是采用层次化结构来定义计算机网络系统的组成方法和系统功能，它将一个网络系统分成若干层次，并且规定了每个层次应该实现的功能以及应该向上层提供的服务，同时规定了两个系统的各个层次实体之间进行通信时应该遵守的协议。层次模型网络协议在计算机网络系统中，为了保证通信双方能正确地、自动地进行数据通信，针对通信过程的各种情况，制定了一整套约定，这就是网络系统的通信协议。一个网络协议主要由语法、语义和时序三大要素组成。1.4 OSI/RM模型OSI（Open System Interconnection）参考模型，即OSI/RM，开放式系统互连参考模型。是由国际标准化组织（ISO，该组织成立于1947年，由多个国家组成）在1984年发布。OSI参考模型属于分层结构体系，由七层组成，从最低层到最高层依次为：物理层、数据链路层、网络层、传输层、会话层、表示层和应用层，每一层由不同的交换的数据单元组成，独立完成各层功能。应用层协议表示层协议会话层协议传输层协议图1-3 OSI/RM参考模型及每层交换单元数据流层数据流层1.1.5 TCP/IP模型模型TCP/IP（Transmission Control ProtocolInternet Protocol），即传输控制协议网际协议，是一组用于实现网络互连的通信协议集，它包括上百个各种功能的协议。目前是Internet上所采用的基本通信协议，而且局域网、城域网几乎都采用了兼容性强的TCP/IP。通常，将TCPIP协议体系划分为四层，分别为网络接口层，网际互联层，传输层，应用层。1.1.6 OSI与TCP/IP模型比较TCP/IP模型和OSI参考模型之间的相似之处在于： 一是二者都采用了分层思想和模块化思想。这样有利于整个网络体系结构的稳定，即任何一层的改变都不会影响到整个体系结构的稳定性；二是二者都对计算机网络进行了明显的功能划分，各层都在分界最明显的地方进行了分界。这样可以减少各层之间的相互影响。TCP/IP模型和OSI参考模型之间的区别体现在三个方面： 尽管OSI参考模型只是一个概念模型，但它是一个理想的网络体系结构，所以该模型的层次划分、层与层之间的界限划分都非常科学。相比之下，TCP/IP模型对层的划分、层与层之间的界限划分不像OSI参考模型那样明显。是由于OSI参考模型的设计非常科学，有时甚至过于复杂，所以不利于实现，它一直没有成为事实上的国际标准。而TCP/IP模型中各层之间虽然没有明显划分，但它易于实现，其效率和健壮性也很好，所以它适用于各种网络，并且已成为事实上的国际标准。OSI参考模型对计算机网络抽象的认识非常好，所以在计算机网络的研究和教育领域中都有很多应用。此外，OSI参考模型还促进了TCP/IP的标准化以及其他网络协议的标准化，这也是OSI参考模型的可贵之处。图1-4 TCPIP与OSIRM各层对比应用层表示层会话层传输层网络层数据链路层物理层应用层传输层网际互联层网络接口层OSIRMTCP/IP协议协议1.1.7 数据的封装与解封数据的封装与解封当我们应用程序用TCP传输数据的时候，数据被送入协议栈中，然后逐个通过每一层，知道最后到物理层数据转换成比特流，送入网络。而再这个过程中，每一层都会对要发送的数据加一些首部信息。整个过程如上图。每一层数据是由上一层数据+本层首部信息组成的，其中每一层的数据，称为本层的协议数据单元，即PDU这种协议栈逐层向下传递数据，并添加报头和报尾的过程称为封装。电信号传输到对端后，按照相反的方式逐层剥离报头和报尾的过程称为解封。1.2 网络的相关术语网络的性能指标网络的性能指标 速率即数据率(data rate)或比特率，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。“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）。计算机网络中的“带宽”一般是指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)，同速率定义。 带宽单位有：即 kb/s （103 b/s），Mb/s（106 b/s），Gb/s（109 b/s）， Tb/s（1012 b/s，太比每秒）要特别注意KB/S与Kb/S的差异吞吐量(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。时延，(delay 或 latency)，时延即在数据发送、网络传输过程中引起的时间延迟，时延包括如下几个方面。数据经历的总时延就是发送时延、传播时延、处理时延和排队时延之和：总时延总时延 = 发送时延发送时延+传播时延传播时延+处理时延处理时延+排队时延排队时延发送时延发送时延发送数据时，数据块从结点进入到传输媒体所需要的时间。也就是从发送数据帧的第一个比特算起到该帧的最后一个比特发送完毕所需的时间，计算公式如下： 发送时延发送时延=数据块长度（比特）数据块长度（比特）/信道带宽（信道带宽（bit/s）传播时延传播时延 电磁波在信道中需要传播一定的距离而花费的时间。信号传输速率（即发送速率）和信号在信道上的传播速率是完全不同的概念。传播时延传播时延=信号在信道上的传播速率（米信号在信道上的传播速率（米/秒）秒）/信道长度（米）信道长度（米）处理时延处理时延 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。排队时延排队时延结点缓存队列中分组排队所经历的时延。排队时延的长短往往取决于网络中当时的通信量。1.2.2 网络的拓扑结构网络的拓扑结构网络拓扑结构是指抛开网络电缆的物理连接来讨论网络系统的连接形式，是指网络电缆构成的几何形状，它能从逻辑上表示网络服务器、工作站的网络配置和互相之间的连接。网络拓扑结构按形状可分为：星型、环型、总线型、树型及总线/星型及网状拓扑结构。星型拓扑结构 星型布局是以中央结点为中心与各结点连接而组成的，各结点与中央结点通过点与点方式连接，中央结点执行集中式通信控制策略，因此中央结点相当复杂，负担也重。星型拓扑结构优点：网络结构简单，便于管理、集中控制， 组网容易，网络延迟时间短，误码率低。缺点：网络共享能力较差，通信线路利用率不高，中央节点负担过重，容易成为网络的瓶颈，一旦出现故障则全网瘫痪。环形网中各结点通过环路接口连在一条首尾相连的闭合环形通信线路中，环路上任何结点均可以请求发送信息。请求一旦被批准，便可以向环路发送信息。环形网中的数据可以是单向也可是双向传输。环形网的优点：信息在网络中沿固定方向流动，两个结点间仅有唯一的通路，大大简化了路径选择的控制；某个结点发生故障时，可以自动旁路，可靠性较高。缺点：由于信息是串行穿过多个结点环路接口，当结点过多时，影响传输效率，使网络响应时间变长；由于环路封闭故扩充不方便。用一条称为总线的中央主电缆，将相互之间以线性方式连接的工站连接起来的布局方式，称为总线形拓扑。在总线结构中，所有网上微机都通过相应的硬件接口直接连在总线上， 任何一个结点的信息都可以沿着总线向两个方向传输扩散，并且能被总线中任何一个结点所接收。树形结构是总线型结构的扩展，它是在总线网上加上分支形成的，其传输介质可有多条分支，但不形成闭合回路，树形网是一种分层网，其结构可以对称，联系固定，具有一定容错能力，一般一个分支和结点的故障不影响另一分支结点的工作，任何一个结点送出的信息都可以传遍整个传输介质，也是广播式网络。网状拓扑结构，将多个子网或多个局域网连接起来构成网际拓扑结构。1.2.3 局域网局域网 网络为一个单位所拥有，且地理范围和站点数目均有限。局域网具有如下特点：网络所覆盖的地理范围比较小。通常不超过几十千米，甚至只在一个园区、一幢建筑或一个房间内。数据的传输速率比较高，从最初的1 Mbps 到后来的10 Mbps、100 Mbps，近年来已达到1000 Mbps、10000 Mbps。具有较低的延迟和误码率，其误码率一般为1081011。便于安装、维护和扩充，建网成本低、周期短。1.2.4 广域网广域网广域网(WAN，Wide Area Network)也称远程网。通常跨接很大的物理范围，所覆盖的范围从几十公里到几千公里，它能连接多个城市或国家，或横跨几个洲并能提供远距离通信，形成国际性的远程网络。常用的广域网技术包括：异步拨号、数字数据网(DDN)、专线、帧中继网络、异步传输模式(ATM)、xDSL和电缆接入等技术。1.2.5 城域网城域网城域网(Metropolitan Area Network；MAN)，一般来说是在一个城市，但不在同一地理小区范围内的计算机互联。在一个大型城市或都市地区，一个MAN 网络通常连接着多个LAN网。目前主要的宽带城域网技术方案有三种：新一代SDH多业务传输平台MSTP城域网、WDM光城域网和光以太网城域网。1.3网络的介质铜介质铜介质双绞线(TP：Twisted Pairwire)同轴电缆同轴电缆1.3.2 光缆光缆光缆是为了满足光学、机械或环境的性能规范而制造的，利用置于包覆护套中的一根或多根光纤作为传输媒质并可以单独或成组使用的通信线缆组件。高折射率(纤芯)低折射率(包层)光线在纤芯中传输的方式是不断地全反射无线传输介质无线传输介质无线传输介质也称为非导向传输介质。随着技术的发展和各种应用尤其是移动通信需求的不断出现，传统的有线网络存在的弊端逐渐显现，并成为影响和限制网络应用的一个因素。无线通信系统的产生和应用，弥补了有线网络的不足，成为目前的应用和技术热点。无线通信的方法有无线电波、微波和红外线。WLAN概念概念 无线局域网(WLAN)是一种无线数据网络，它是以无线方式构建的局域网，或者说，是不需要使用线缆设备相连的局域网络。WLAN利用电磁波在空气中发送和接收数据，而无需线缆介质。今天的大多数WLAN都在使用2.4GHz(802.11b/g)和5GHz(802.11a)的频段，这是世界范围内RF频谱中为非特许设备而保留的频段。无线局域网常用的实现技术有：家用射频工作组提出的HomeRF、Bluetooth(蓝牙)以及美国的802.11协议和欧洲的HiperLAN2协议等。目前无线局域网是以IEEE 802.11协议为基础的，这是目前无线局域网领域中占主导地位的无线局域网标准。？Any Question