01_计算机网络的分类、协议与体系结构.ppt
计算机通信与网络技术计算机通信与网络技术前言0.1 学什么？学什么？What1.熟悉计算机网络的基本概念；2.掌握计算机网络的工作原理；3.掌握计算机网络的基本技术和应用方法；4.面对高速发展的网络技术，具有积极动手、主动跟踪、继续学习的基础和能力。本课程主要内容：本课程主要内容：1计算机网络的分类、协议与体系结构2物理层3数据链路层4局域网5广域网6网络互连技术7运输层8应用层课程进度安排课程进度安排l9周16周，24个讲授课时，8个实验课时l教材：计算机网络教程（第二版），谢希仁l考核方式：闭卷考试70%，实验20%，作业10%0.2 有什么用？有什么用？Whyl l网络化网络化是新世纪的特征，与我们息息相关l电气专业或工业控制等领域，网络的应用和互应用和互联联成为大趋势。l数据远传和共享变得越来越重要。l随着软硬件技术的发展，统一和标准的网络协统一和标准的网络协议议逐渐成熟起来。l l系统集成系统集成是我们所要面对的任务之一，通信是非常关键的一部分。0.3 怎么学？怎么学？How1.兴趣是关键兴趣是关键2.预习很重要预习很重要3.要结合应用来理解网络的工作原理要结合应用来理解网络的工作原理4.掌握一门编程语言将非常有帮助掌握一门编程语言将非常有帮助5.课外补充阅读很有必要课外补充阅读很有必要第第1讲讲 计算机网络基础知计算机网络基础知识识1.1 网络的发展史一一.网络的发展动力网络的发展动力始于50年代，近20年发展迅速，其发展动力主要有：l l资源共享资源共享的需求l大型项目的合作合作l人与人之间的沟通沟通 二二.发展阶段发展阶段从体系结构来观察，网络的发展可分为三个时代：1.联机终端系统（20世纪60年代之前）2.以通信子网为中心3.采用标准化的层次体系结构1.联机终端系统：联机终端系统：主机主机-主机网络主机网络HOSTHOSTHOSTTTTTTTTTTT通信线路2.具备两层概念的网络具备两层概念的网络CCCHHHTTTTTTT资源子网资源子网通信子网通信子网TTT通信子网规模扩大：私有通信子网规模扩大：私有公用公用公用数据通信网HOSTHOSTTTTTTTHOSTTTTT3.体系结构标准化网络体系结构标准化网络从20世纪70年代发展至今，不同网络设备之间的兼容性和互操作性兼容性和互操作性是推动网络体系结构的标准化的原动力。从厂商标准到国际标准。（1）厂商标准：lIBM-SNA：（System Network Architecture，系统网络架构）,主要用于大型机；lDEC-DNA：（Digital Network Architecture，数字网络架构），许多小型机支持此协议。（2）国际标准：）国际标准：ISO-OSI/RMlOpen System Interconnection/Recommended Model，开放系统互联参考模型，简称OSI参考模型；lOSI参考模型是一种概念上的网络模型概念上的网络模型概念上的网络模型概念上的网络模型，规定了网络体系结构的框架，保证了不同网络设备之间的兼容性和互操作性。l只说明了做什麼做什麼做什麼做什麼（WHAT TO DO）而未规定怎样做怎样做怎样做怎样做（HOW TO DO）l现在的计算机网络均是在OSI/RM的框架下运作的（3）PC导致了局域网的兴旺导致了局域网的兴旺l局域网的标准：IEEE802lIEEE802也符合OSI/RM标准l开始就建立在标准化的基础上三三.计算机网络与近似系统的区别计算机网络与近似系统的区别l l终端分时系统终端分时系统终端分时系统终端分时系统主机以分时方式为终端服务，终端完全依赖于主机资源高度集中，由许多用户共享终端之间无联系l l与多机系统与多机系统与多机系统与多机系统设备之间耦合度紧，设备分布近传输速度极快主要用途为科学计算l l与分布式系统与分布式系统与分布式系统与分布式系统由分布式OS统一调度，各计算机协调工作，共同完成一项任务。用途主要是科学计算和数据处理第第1讲讲 计算机网络基础知计算机网络基础知识识1.2 计算机网络的组成与分类1.2.1 计算机网络的定义计算机网络的定义l计算机网络的精确定义并未统一。关于计算机网络的最简单的定义是：一些互相连接的互相连接的互相连接的互相连接的、自治（自主）自治（自主）自治（自主）自治（自主）的计算机的集合。l更准确的定义：凡是将地址位置不同，并具有独立功能的计算机系统通过通信设备和线路连接起来，以功能完善的网络软件实现在网络中资源共享资源共享资源共享资源共享和信息交换信息交换信息交换信息交换的系统，称为计算机网络系统。1.2.2 计算机网络的组成计算机网络的组成从宏观上看网络：公众网首先是一个互联网从宏观上看网络：公众网首先是一个互联网局域网局域网局域网1.2.2 计算机网络的组成计算机网络的组成从微观上看网络：企业网的目的是资源共享从微观上看网络：企业网的目的是资源共享1.2.3 计算机网络的分类计算机网络的分类1.从网络的交换功能分：电路交换报文交换分组交换混合交换 (1)电路交换：用模拟信道的连接在线路上传输信息l 电路交换要求在通信的双方之间建立一条实际的物理实际的物理实际的物理实际的物理通路通路通路通路，并且在整个通信过程中，这条通路被独占独占独占独占。这种联网方式称为面向连接的（connection-oriented），过程为“建立连接建立连接建立连接建立连接、通信通信通信通信、释放连接释放连接释放连接释放连接”。缓缓冲冲存存储储处处理理和和转转发发输输入入输输出出(2)存储转发技术l利用电路交换传输计算机的数据时，由于其利用电路交换传输计算机的数据时，由于其突发性突发性，线路的利用率很低，而存储转发技术则改变了这种情线路的利用率很低，而存储转发技术则改变了这种情况，包括况，包括报文交换报文交换和和分组交换分组交换。标志：表示帧的开始和结束地址：包括源地址和目的地址源地址和目的地址控制：报文类型和功能信息：传送的数据FCS：帧校验码标志标志地址地址信息信息控制控制FCS 标志标志报文（帧）报文（帧）报文交换每次是无需通过物理连接而建立通信信道的。这种报文交换每次是无需通过物理连接而建立通信信道的。这种联网方式称为无连接的（联网方式称为无连接的（connectionless）。）。报文交换：不定长报文为单位分组交换（包交换）：定长分组（部分报文）为单位传输2.从网络的作用范围分从网络的作用范围分l局域网（LAN）l城域网（MAN）l广域网（WAN）1.3 计算机网络的主要计算机网络的主要性能指标性能指标1.3.1 带宽（带宽（bandwidth）l“带宽”本来的意思是指某个信号具有的频带宽度。带宽的单位是赫兹(Hz)、千赫(kHz)、兆赫(MHz)等。l对于数字信道数字信道，“带宽”是指在信道上(或一段链路上)能够传送的数字信号的速率，即数据率或比特率。比特(bit)是计算机中的数据的最小单元，它也是信息量的度量单位。带宽的单位就是比特每秒比特每秒(bit/s)。l带宽有时也称为吞吐量吞吐量。1.3.2 时延（时延（delay）l时延(delay或latency)是指一个报文或分组从一个网络(或一条链路)的一端传送到另一端所需的时间。l总时延=传播时延传播时延+发送时延发送时延+排队时延排队时延三类时延的计算方法三类时延的计算方法l传播时延=信道长度/信道上电磁波的传播速率l发送时延=数据块长度/信道带宽l排队时延：取决于网络通信量数据流量的强度=La/RlR=链路带宽(b/s)lL=分组长度(bits)la=平均分组到达速率三种时延在实际中的产生示意三种时延在实际中的产生示意1.3.3 时延带宽积和往返时延时延带宽积和往返时延l时延带宽积=(传播时延)*(带宽),。链路的时延带宽积又称为以比特为单位的链路长度以比特为单位的链路长度。1.3.3 时延带宽积和往返时延时延带宽积和往返时延l往返时延RTT(Round-Trip Time)也是一个重要的性能指标，它表示从发送端发送数据开始，到发送端收到来自接收端的确认，总共经历的时延。l往返时延带宽积的意义1.4 计算机网络的协议计算机网络的协议1.4.1 网络协议的概念网络协议的概念l计算机系统互相通信是需要规则的l规则的制定：从SNA到OSI/RMl规则的推广：TCP/IP协议簇成为事实上的国际标准重要的规则制定者重要的规则制定者l美国国家标准协会（ANSI）l国际电工委员会（IEC）l国际电信联盟（ITU）l电子工业协会（EIA）l电气和电子工程师协会（IEEE）l国际标准化组织（ISO）l国家标准和技术协会（NIST）l国际商用机器公司（IBM）什么是协议什么是协议?人际交往的协议和计算机网络协议:HiHiGot thetime?2:00TCP connection req.TCP connectionreply.Get http:/ 为进行网络中的数据交换而建立的规则、标数据交换而建立的规则、标准或约定准或约定即称为网络协议网络协议。一个网络协议主要由以下三个要素组成：（1）语法语法，即数据与控制信息的结构或格式；（2）语义语义，即需要发出何种控制信息，完成何种动作以及做出何种响应；（3）同步同步，即事件实现顺序的详细说明。二二.协议的特点协议的特点1.分层 网络系统体系结构是有层次的，通信协议也被分为多个层次，在每个层次内又可分成若干子层次，协议各层次有高低之分。1层N-1NN+1外层二二.协议的特点协议的特点2.协调配合 每一层和相邻层有接口，较低层通过接口向它的上一层提供服务，但这一服务的实现细节对上层是屏蔽的。较高层又是在较低层提供的低级服务的基础上实现更高级的服务。1.5 计算机网络的五层计算机网络的五层体系结构体系结构学习计算机网络后的收获学习计算机网络后的收获l大学时候选了网络课，讲了一堆的东西，现在只记得有网络的几层结构和一些晦涩的名词。以至于工作以后经常分不清某某协议是那个层的，互相之间是些什么关系。特别是TCP/IP 被叫的越来越响亮以后，一直想把它和7层结构做个比较，可是越弄越糊涂。l 1.5.1 五层体系结构五层体系结构（因特网协议栈）（因特网协议栈）l应用层:支持网络应用lftp,smtp,httpl传输层:主机进程间的数据传递ltcp,udpl网络层:将数据报从信源传递到信宿lip,路由选择协议l链路层:数据在网络上的相邻结点间的传输lppp,ethernetl物理层:信道上传送的位流applicationtransportnetworklinkphysical数据传递过程数据传递过程1.5.2 实体、协议、服务和服务访问点实体、协议、服务和服务访问点l实体：任何可发送或接收信息的硬件或软件进程。l协议：控制两个对等实体进行通信的规则集合。l服务：“垂直的”，即服务是由下层向上层通过层间接口提供的。l服务访问点SAP：在同一系统中相邻两层的实体进行交互(即交换信息)的地方。分层分层:逻辑通信逻辑通信 applicationtransportnetworklinkphysicalapplicationtransportnetworklinkphysicalapplicationtransportnetworklinkphysicalapplicationtransportnetworklinkphysicalnetworklinkphysical每个层次:l分布的运行l“实体”在每个节点上实现该层的功能l实体实现动作,与对等实体交换信息分层分层:逻辑通信，如传输层逻辑通信，如传输层l从应用层取得数据l加上地址,校验信息形成“数据报”l向对等实体(peer)发送数据报l等待对等体在接收后的应答l比喻:邮局服务applicationtransportnetworklinkphysicalapplicationtransportnetworklinkphysicalapplicationtransportnetworklinkphysicalapplicationtransportnetworklinkphysicalnetworklinkphysicaldatadatadatatransporttransportack分层分层:物理通信物理通信 applicationtransportnetworklinkphysicalapplicationtransportnetworklinkphysicalapplicationtransportnetworklinkphysicalapplicationtransportnetworklinkphysicalnetworklinkphysicaldatadata协议分层和数据的封装协议分层和数据的封装每个层次都从上层取得数据l加上首部信息形成新的数据单元l将新的数据单元传递给下一层次applicationtransportnetworklinkphysicalapplicationtransportnetworklinkphysicalsourcedestinationMMMMHtHtHnHtHnHlMMMMHtHtHnHtHnHlmessagesegmentdatagramframe1.5.3 面向连接服务与无连接服务面向连接服务与无连接服务1面向连接服务：具有连接建立、数据传输和连接释放这三个阶段。2无连接服务：不需要通信的两个实体同时是活跃的(即处于激活态)。1.数据报(datagram)。2.证实交付(confirmed delivery)。3.请求回答(request-reply)。1.6 OSI与与TCP/IP体系结体系结构的比较构的比较OSI网络体系介绍网络体系介绍lOSI参考模型中采用了七个层次的体系结构，将原理体系结构中的应用层再划分为应用层、表示层和会话层应用层、表示层和会话层。物理层物理层数据链路层数据链路层网络层网络层运输层运输层会话层会话层表示层表示层应用层应用层网络接口层网络接口层网络层网络层IP运输层运输层TCP,UDP应用层应用层OSI与与TCP/IP体系结构对比体系结构对比在一些问题的处理上，在一些问题的处理上，TCP/IP与与OSI是很不相同的是很不相同的1.TCP/IP一开始就考虑到多种异构网的互连多种异构网的互连问题。2.TCP/IP一开始就对面向连接服务和无连接面向连接服务和无连接服务服务并重。3.TCP/IP有较好的网络管理网络管理功能。按层次高低的一些协议来表示按层次高低的一些协议来表示TCP/IP协议族协议族1.7 客户客户-服务器方式服务器方式l在TCP/IP的进程之间的通信常用客户服务器方式。l为了解决具体的应用问题而彼此通信的进程就称为“应用进程”。而应用层的具体内容就是规定应用进程在通信时所遵循的协议。l客户(client)和服务器(server)都是指通信中所涉及的两个应用进程。作业：作业：lP22：3、11、12、16lP33：2、5
