计算机网络技术基础-第3版-配套课件.pptx

计算机网络技术基础 第3版 配套课件计算机网络技术基础（第3版）1第一章计算机网络基础知识2第二章数据通信技术3第三章局域网4第四章广域网目录5第五章网络互联技术与IP7第七章Internet基础知识6第六章传输层协议8第八章Internet接入技术9第九章网络操作系统10第十章网络安全11第十一章网络管理12第十二章云计算与物联网目录 第一章 计算机网络基础知识计算机网络技术基础（第3版）1.1计算机网络的产生和发展1.2计算机网络概述1.3计算机网络的功能1.4计算机网络的分类和拓扑结构学习要点1.5计算机网络的应用1.7标准化组织1.6三大网络介绍1.8网络体系结构与协议概述1.9网络参考模型1.1计算机网络的产生与发展n计算机网络经历了从简单到复杂、从低级到高级、从单机到多机的过程。n计算机技术和通信技术紧密结合，相互促进，共同发展，最终产生了计算机网络。n计算机网络的发展大体上可以分为4个阶段：面向终端的通信网络阶段、计算机互联阶段、网络互联（Internetworking）阶段、Internet与高速网络阶段。1.1计算机网络的产生与发展面向终端的通信网络阶段01OPTIONn20世纪60年代初期，出现了多重线路控制器（MultipleLineController），其可以和多个远程终端相连接，这样就构成了面向终端的第一代计算机网络。n但这种网络系统存在两个缺点：系统响应时间过长；通信线路的利用率较低。n后来又出现了多机连机系统。这种系统的主要特点是在主机和调制解调器之间设置了前端处理机（FrontEndProcessor，FEP），如图1-1所示。n另外，该系统在远程终端较密集处增加了一个集中器（Concentrator）。如图1-2所示，提高了通信线路的利用率。图1-2引入集中器的图1-2引入集中器的多机连机系统1.1计算机网络的产生与发展计算机互联阶段02OPTIONn随着计算机应用的发展、计算机的普及和价格的降低，出现了多台计算机互联的需求，如图1-3所示。这样分布在不同地点且具有独立功能的计算机就可以通过通信线路，彼此之间交换数据、传递信息。n这一阶段的典型代表是美国国防部高级研究计划署（AdvancedResearchProjectsAgency，ARPA）的ARPANet（通常称为ARPA网）。ARPANet是世界上第一个实现了以资源共享为目的的计算机网络。n在这一阶段，公用数据网（PublicDataNetwork，PDN）与局部网络（LocalNetwork，LN）技术也得到了迅速的发展。图1-3计算机互联示意图1.1计算机网络的产生与发展网络互联阶段03OPTIONn计算机网络发展的第3个阶段网络互联阶段是加速体系结构与协议国际标准化的研究与应用的时期。经过多年卓有成效的工作，1984年国际标准化组织（InternationalOrganizationforStandardization，ISO）正式制定和颁布了“开放系统互联参考模型”（OpenSystemInterconnectionReferenceModel，OSI/RM）。ISO/OSIRM已被国际社会认可，成为研究和制定新一代计算机网络标准的基础。nOSI标准使各种不同的网络互联、互通变为现实，实现了更大范围的计算机资源共享。我国也于1989年在国家经济信息系统设计与应用标准化规范中明确规定选定OSI标准作为我国网络建设的标准。1.1计算机网络的产生与发展Internet与高速网络阶段04OPTIONn目前，计算机网络的发展正处于第4个阶段。其特点：是互联、高速、智能与更为广泛的应用。n对用户来说，Internet是一个庞大的远程计算机网络，用户可以利用Internet实现全球范围的信息传输、信息查询、电子邮件（E-mail）服务、语音与图像通信服务（CommunicationService）等功能。n高速网络技术的发展表现在宽带综合业务数字网（BroadbandIntegratedServiceDigitalNetwork，BISDN）、帧中继（FrameRelay，FR）、异步传输模式（AsynchronousTransferMode，ATM）、高速局域网、交换式局域网与虚拟网络上。所谓计算机网络，就是把分布在不同地理区域的计算机与专门的外部设备用通信线路互联成一个规模大、功能强的网络系统，从而使众多的计算机可以方便地互相传递信息，共享硬件、软件和数据信息等资源。计算机网络主要包含连接对象、连接介质、连接的控制机制和连接的方式4个方面。1.2.1计算机网络的基本概念对象指各种类型的计算机或其他数据终端设备介质连接方式指通信线路和通信设备指网络协议和各种网络软件指网络所采用的拓扑结构控制机制1.2.2通信子网和资源子网从功能上分，计算机网络系统可以分为通信子网和资源子网两大部分，计算机网络的结构如图1-4所示。图1-3计算机互联示意图通信子网01OPTION1.2.2通信子网和资源子网通信子网由通信控制处理机（CommunicationControlProcessor，CCP）、通信线路和其他网络通信设备组成，主要承担全网的数据传输、转发、加工、转换等通信处理工作。资源子网02OPTION资源子网主要负责全网的数据处理业务，向全网用户提供所需的网络资源和网络服务。资源子网主要由主机（Host）、终端（Terminal）、终端控制器、联网外部设备，以及软件资源和信息资源等组成。主机是资源子网的重要组成单元，既可以是大型机、中型机、小型机，也可以是局域网中的微型计算机。1.3计算机网络的功能计算机网络的主要功能归纳起来有以下几点。040103数据通信提高计算机系统的可靠性02均衡负荷与分布式处理资源共享数据通信是计算机网络最基本的功能，为网络用户提供了强有力的通信手段。如发送电子邮件、远程登录（Telnet）、联机会议和万维网（WorldWideWeb，WWW）等。（1）硬件和软件共享：硬件设备，如打印机、光驱、磁盘和图形设备等。软件共享通如数据库管理系统。（2）信息共享：如各类电子出版物、网上新闻、网上图书馆和网上超市等）。当网络中某台计算机的任务负荷太重时，可将任务分散到网络中的各台计算机上进行，或让网络中比较空闲的计算机分担负荷。在计算机网络中，每一台计算机都可以通过网络为另一台计算机备份以提高计算机系统的可靠性。这样，一旦网络中的某台计算机发生了故障，另一台计算机可代替其完成所承担的任务，整个网络可以照常运转。1.4.1计算机网络分类网络种类覆盖范围分布距离局域网房间10m建筑物100m校园1km广域网国家100km以上城域网城市10km以上国际互联网洲或洲际1000km以上按网络的覆盖范围可以将网络分为局域网（LocalAreaNetwork，LAN）、广域网（WideAreaNetwork，WAN）、城域网（MetropolitanAreaNetwork，MAN）和国际互联网（Internet），如表1-1所示。表1-1不同类型网络之间的比较1.4.1计算机网络分类局域网局域网的地理分布范围半径为几千米以内的区域，一般局域网建立在某个机构所属的一个建筑群内或校园内部，甚至几台计算机也能构成局域网。其覆盖范围有限，数据的传输距离短，但局域网内的数据传输速率都比较高，一般在10Mbit/s100Mbit/s，现在高速的局域网传输速率可达到1000Mbit/s。广域网也称为远程网，是远距离、大范围的计算机网络。可实现远距离计算机之间的数据传输和信息共享，并且是跨地区、跨城市或跨国家的计算机网络，覆盖范围半径为几百千米到几千千米。由于广域网覆盖的范围很大，联网的计算机众多，因此广域网上的信息量非常大，共享的信息资源极为丰富。但是广域网的数据传输速率比较低，一般在64kbit/s2Mbit/s。城域网城域网的覆盖范围在局域网和广域网之间，一般是半径为几千米到几十千米区域，通常在一个城市内。国际互联网Internet并不是一种具体的网络技术，而是将同类和不同类的物理网络（局域网、广域网和城域网）通过某种协议互联起来的一种高层技术。1.4.2计算机网络的拓扑结构拓扑是从图论演变而来的，是一种研究与大小、形状无关的点、线、面特点的方法。网络拓扑结构是指用传输介质互联各种设备的物理布局，通俗地讲就是这个网络看起来是一种什么形式。将工作站（Workstation）、服务器等网络单元抽象为“点”，网络中的通信介质抽象为“线”。AB从拓扑学的观点来看，计算机和网络系统就形成了点和线组成的几何图形。从而抽象出网络系统的具体结构。网络拓扑结构并不涉及网络中信号（Signal）的实际流动，而只反映介质的物理连接形态。1.4.2计算机网络的拓扑结构在星形拓扑结构中，各节点通过点到点的链路与中央节点连接，如图1-5所示。中央节点可以是转接中心，起到连通的作用；也可以是一台主机，具有数据处理和转接的功能。n优点：是可以很容易地在网络中增加和移动节点，实现数据的安全性和优先级控制；n缺点：是属于集中控制，对中央节点的依赖性大，一旦中央节点有故障就会导致整个网络的瘫痪。星形拓扑结构图1-5星形拓扑结构1.4.2计算机网络的拓扑结构在环形拓扑结构中，节点通过点到点的通信线路连接成闭合环路，如图1-6所示。环中数据将沿一个方向逐个节点传输。环形拓扑结构简单、传输时延确定，但是环中每个节点与连接节点之间的通信线路都会成为网络可靠性的屏障，环中某一个节点出现故障就会造成网络瘫痪。另外，对于环形网络，网络节点的增加和移动与环路的维护和管理都比较复杂环形拓扑结构图1-6环形拓扑结构1.4.2计算机网络的拓扑结构在总线型拓扑结构中，所有节点共享一条数据通道，如图1-7所示。一个节点发出的信息可以被网络上的每个节点接收。由于多个节点连接到了一条公用信道（InformationChannels）上，所以必须采取某种方法分配信道，以决定哪个节点可以优先发送数据。总线型网络结构简单，安装方便，需要铺设的线缆最短，成本低，并且某个节点自身的故障一般不会影响整个网络，因此是普遍使用的网络结构之一。其缺点是实时性较差，公用信道上的故障会导致全网瘫痪。总线型拓扑结构图1-7总线型拓扑结构1.4.2计算机网络的拓扑结构在树形拓扑结构中，网络的各节点形成了一个层次化的结构，如图1-8所示。树中的各个节点通常都为主机。树中低层主机的功能与应用有关，一般都具有明确定义的功能，如数据采集、变换等；高层主机具备通用的功能，以便协调系统的工作，如数据处理、命令执行等。一般来说，树形拓扑结构的层次数量不宜过多，以免转接开销过大，使高层节点的负荷过重。若树形拓扑结构只有两层，就变成了星形结构，因此可以将树形拓扑结构视为星形拓扑结构的扩展结构。树形拓扑结构图1-8树形拓扑结构1.4.2计算机网络的拓扑结构在网状拓扑网络中，节点之间的连接是任意的，没有规律，如图1-9所示。其主要优点是可靠性高，但结构复杂，必须采用路由选择算法和流量控制方法。广域网基本上都是采用网状拓扑结构。网状拓扑结构图1-9网状拓扑结构1.5计算机网络的应用1计算机网络在企事业单位中的应用计算机网络可以帮助企事业单位内部实现办公自动化，做到各种软、硬件资源共享。如果将内部网络连入Internet，还可以实现异地办公。2计算机网络在个人信息服务中的应用n远程信息的访问。n个人与个人之间的通信。n家庭娱乐。3计算机网络在商业上的应用电子数据交换（ElectronicDataInterchange，EDI）已成为国际贸易往来的一个重要手段，它以一种共同认可的资料格式使分布在全球各地的贸易伙伴通过计算机传输各种贸易单据。电子单据代替了传统的贸易单据，节省了大量的人力和物力，提高了效率。1.6三大网络介绍电信网络01OPTION电信网络是以电话系统为基础逐步发展起来的。电话系统主要由以下3个部分组成。本地网络：主要使用双绞线进入家庭或业务部门，承载的是模拟信号。干线：通过光纤将交换局连接起来，承载的是数字信号。交换局：使电话呼叫从一条干线接入另一条干线。电信网络除了有传统的公用电话交换网（PublicSwitchedTelephoneNetwork，PSTN），还有数字数据网（DigitalDataNetwork，DDN）、帧中继（FrameRelay，FR）网和异步传输模式（AsynchronousTransferMode，ATM）网等。1.6三大网络介绍广播电视网络02OPTION广播电视网络主要是指有线电视（CommunityAntennaTelevision，CATV）网，它目前还是靠同轴电缆向用户传送电视节目，处于模拟水平阶段，但其网络技术设备先进，主干网采用光纤，贯通各个城镇。混合光纤同轴电缆（HybridFiber-Coaxial，HFC）入户与电话接入方式相比，其优点是传输带宽约为电话线的一万倍，而且在有线电视的同一根同轴电缆上，用户可以同时看电视、打电话、上网，互不干扰。目前，广播电视网络的信息源是以单向实时及一对多的方式连接到众多用户的，用户只能被动地选择是否接收（主要是语音和图像）。利用混合光纤同轴电缆进行视频点播（VideoOnDemand，VOD）及通过CATV网接入Internet进行视频点播、通话等是CATV网今后的发展方向。它的主要业务除了广播电视传输之外，还包括电视点播、远程电视教育、远程医疗、电视会议、电视电话和电视购物等。1.6三大网络介绍计算机网络03OPTION早期的计算机网络主要是局域网。在计算机网络中，用户之间的连接可以是一对一的，也可以是一对多的；相互间的通信既有实时的，也有非实时的，但在大多数情况下是非实时的，采用的是存储转发方式。通信方式可以是双向交互的，也可以是单向的。计算机网络主要提供的业务有文件共享、信息浏览、电子邮件、网络电话、视频点播、FTP文件下载和网上会议等。从以上3个网络所能提供的业务来看，在未来的信息社会，需要将三网融合，即三网合一。所谓“三网合一”，就是把现有的传统电信网络、广播电视网络和计算机网络互相融合，逐渐形成一个统一的网络系统，由一个全数字化的网络设施来支持包括数据、语音和图像在内的所有业务的通信。1.7标准化组织ISO01OPTION国际标准化组织是一个全球性的非政府组织，是国际标准化领域中一个十分重要的组织。ISO的任务是促进全球范围内的标准化及其相关活动的开展，以利于国际产品和服务的交流，以及在知识、科学、技术和经济活动中发展国际合作。ISO制定了网络通信的标准，即开放系统互联。ITU02OPTION国际电信联盟（InternationalTelecommunicationsUnion，ITU）是世界各国政府的电信主管部门之间协调电信事务的一个国际组织。ITU的宗旨是维持和扩大国际合作，以改进和合理地使用电信资源，促进技术设施的发展及其有效的运用，以提高处理电信业务的效率，扩大技术设施的用途，并尽量使其在公众中得到普遍利用，协调各国行动。在通信领域，著名的国际电信联盟标准化部门（ITU-T）标准有V系列标准，如V.32、V.33和V.42标准。ITU-T的标准还包括电子邮件、目录服务、ISDN、宽带ISDN等方面的内容。1.7标准化组织IEEE03OPTION电气与电子工程师协会（Institute ofElectricalandElectronicsEngineers，IEEE）在1963年由美国 电 气 工 程 师 学 会（American Institute ofElectricalEngineers，AIEE）和美国无线电工程师学会（InstituteofRadioEngineers，IRE）合并而成，是美国规模最大的专业学会。IEEE的最大成果是制定了局域网和城域网的标准，这个标准被称为802项目或802系列标准。ANSI04OPTION国国家标准学会（AmericanNationalStandardsInstitute，ANSI）是由制造商、用户通信公司组成的非政府组织，是由美国指定的ISO投票成员。它致力于国际标准化事业和实现消费品方面的标准化。1.7标准化组织EIA05OPTION美国电子工业协会（ElectronicIndustries Alliance，EIA）创建于1924年，当时名为无线电制造商协会（RadioManufacturersAssociation，RMA），EIA广泛代表了设计生产电子元件、部件、通信系统和设备的制造商，以及工业界、政府和用户的利益，在提高美国制造商的竞争力方面起到了重要的作用。TIA06OPTION美国通信工业协会（TelecommunicationsIndustryAssociation，TIA）是一个全方位的服务性国家贸易组织。此外，TIA还有一个分支机构多媒体通信协会（MultiMediaTelecommunicationsAssociation，MMTA）。TIA还与EIA有着广泛而密切的联系。1.8.1网络体系结构的概念n体系结构（Architecture）是研究系统各组成部分及其相互关系的技术科学。n计算机网络体系结构是指整个网络系统的逻辑组成和功能分配，其定义和描述了一组用于计算机及其通信设施之间互联的标准和规范的集合。n研究计算机网络体系结构的目的在于定义计算机网络各个组成部分的功能，以便在统一的原则下对计算机网络的设计、建造、使用和发展进行指导。1.8.2网络协议的概念网络协议就是为网络中的数据通信而建立的规则、标准或约定。联网的计算机与网络设备之间要进行数据与控制信息（一种用于控制设备如何工作的数据）的成功传递，就必须共同遵守网络协议。网络协议主要由以下3个要素组成。12语法（Syntax）：规定了通信双方“如何讲”，即确定用户数据与控制信息的结构与格式。语义（Semantics）：规定了通信的双方准备“讲什么”，即需要发出何种控制信息、完成何种动作和做出何种应答。3时序（Timing）：又可称为同步，规定了双方“何时进行通信”，即事件实现顺序的详细说明。1.8.3网络协议的分层分层的好处01OPTION好处好处各层之间相互独立。灵活性好，易于实现和维护。有利于促进标准化。1.8.3网络协议的分层各层次间的关系02OPTION不同的网络，其层次数、各层的名字、内容和功能都不尽相同。然而，在所有的网络中，每一层的目的都是向上一层提供一定的服务，而上一层根本不需要知道下一层是如何实现服务的。每一对相邻层次之间都有一个接口（Interface），接口定义了下层向上层提供的原语操作（即命令）和服务，相邻层次都是通过接口来交换数据的。低层通过接口向高层提供服务，只要接口条件不变、低层功能不变，低层功能的具体实现方法与技术的变化就不会影响整个系统的工作。计算机网络的层次模型如图1-10所示。图1-10计算机网络的层次模型1.8.3网络协议的分层每一层中的活动元素通常被称为实体（Entity）。实体既可以是软件实体（如一个进程），也可以是硬件实体（如智能输入/输出芯片）。不同通信节点上的同一层实体被称为对等实体（PeerEntity）。图1-11对等实体间通信过程1.8.3网络协议的分层层间的关系举例03OPTION假设有甲、乙两个董事长（第3层中的对等实体）。董事长甲是中国人，在成都；董事长乙是法国人，在巴黎，他们要进行对话。两个董事长的办公室都有两位工作人员：翻译（第2层中的对等实体）和秘书（第1层中的对等实体）。两个董事长的对话过程如图1-12所示。图1-12甲、乙董事长的对话过程从上面这个例子可以看出：每层的实体所遵循的协议与其他层的实体所遵循的协议完全无关，在通信过程中，只要求该层的功能不变且该层与其他层的接口保持不变。低层的每一层都可能增加一些对等实体需要的信息，但这些信息一般不会被传递到对等实体之上的层。1.9.1OSI参考模型OSI参考模型的概念1984年，ISO发布了著名的ISO/IEC7498标准。它定义了网络互联的7层框架，这就是著名的开放系统互联参考 模 型（Open SystemInterconnectionReferenceModel，OSI/RM）。OSI/RM参考模型的结构如图1-13所示。图1-13OSI/RM参考模型的结构01OPTION1.9.1OSI参考模型OSI参考模型各层的功能02OPTION物理层（PhysicalLayer）是OSI参考模型的最低层。物理层的主要任务就是透明地传输二进制比特流，即经过实际电路传输后的比特流没有发生变化。但是物理层并不关心比特流的实际意义和结构，只负责接收和传输比特流。作为发送方，物理层通过传输介质发送数据；作为接收方，物理层通过传输介质接收数据。物理层定义的典型规范代表有EIA/TIARS-232、EIA/TIARS-449、V.35和RJ-45等。值得注意的是，传输信息所利用的物理传输介质，如双绞线、同轴电缆、光纤等，并不在物理层之内，而是在物理层之下。（1）物理层1.9.1OSI参考模型数据链路层的主要任务是在两个相邻节点间的线路上无差错地传输以帧（Frame）为单位的数据，使数据链路层对网络层显现为一条无差错线路。数据链路层的代表协议有同步数据链接控制（SynchronousDataLinkControl，SDLC）、高级数据链路控制（High-levelDataLinkControl，HDLC）、点对点协议（Point-to-PointProtocol，PPP）、生成树协议（SpanningTreeProtocol，STP）和帧中继等。（2）数据链路层（Data Link Layer）数据的单位为数据分组（Packet）。网络层的关键问题是如何进行路由选择，以确定数据分组（数据包）如何从发送端到达接收端。如果子网中同时出现的数据分组太多，它们将会互相阻塞，影响数据的正常传输。因此，拥塞控制也是网络层的功能之一。网络层协议的代表有网际协议（InternetProtocol，IP）、互联网分组交换协议（InternetworkPacketExchangeProtocol，IPX）、路由信息协议（RoutingInformationProtocol，RIP）、开放式最短路径优先协议（OpenShortestPathFirst，OSPF）等。（3）网络层（Network Layer）1.9.1OSI参考模型传输层从会话层接收数据，形成报文（Message），并且在必要时将其分成若干个分组，然后交给网络层进行传输。主要功能是为上一层进行通信的两个进程提供一个可靠的端到端服务，使传输层以上的各层看不见传输层以下的数据通信细节，传输层以上的各层不再关心信息传输的问题。端到端是指进行相互通信的两个节点不是直接通过传输介质连接起来的，两个节点之间有很多交换设备（如路由器），这样的两个节点之间的通信就称为端到端通信。传输层协议的代表有传输控制协议（TransmissionControlProtocol，TCP）、用户数据报协议（User Datagram Protocol，UDP）、序列分组交换协议（Sequenced PacketExchange，SPX）等。（4）传输层（Transport Layer）1.9.1OSI参考模型表示层关心的是所传输信息的语法和语义。表示层的主要功能是处理在多个通信系统之间交换信息的表示方式，主要包括数据格式的转换、数据加密与解密、数据压缩与恢复等。表示层协议的代表有ASCII、ASN.1、JPEG和MPEG等。（6）表示层（Presentation Layer）应用层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、网络管理和远程登录等。应用层协议的代表有远程登录服务（Telnet）、FTP、超文本传输协议（Hyper Text TransferProtocol，HTTP）、简单网络管理协议（SimpleNetworkManagementProtocol，SNMP）等。（7）应用层（Application Layer）会话层允许不同机器上的用户建立会话关系，主要是针对远程访问，主要任务包括会话管理、传输同步和数据交换管理等。会话层协议的代表有网上基本输入/输出系统（NetworkBasicInput/OutputSystem，NetBIOS）、ZIP（AppleTalk区域信息协议）等。（5）会话层（Session Layer）1.9.1OSI参考模型OSI参考模型中的数据传输过程03OPTION图1-14所示为OSI参考模型中的数据传输过程。图1-13OSI/RM参考模型的结构从图1-14中可以看出，OSI参考模型中的数据传输过程包括以下几步。（1）应用进程A将要发送的数据传输到应用层、表示层，直至物理层。（2）物理层通过连接该主机系统与通信控制处理机CCPA的传输介质将数据输送到通信控制处理机CCPA。（3）通信控制处理机CCPA的物理层接收到主机A传输的数据后，通过数据链路层检查是否存在传输错误，然后通过网络层的路由选择，确定下一个节点是通信控制处理机CCPB。（4）通信控制处理机CCPA将数据传输到通信控制处理机CCPB，CCPB采用相同的方法将数据传输到主机B。（5）主机B将接收到的数据从物理层向高层传输直至应用层。最后将数据传输给主机B的应用进程B。1.9.2TCP/IP参考模型TCP/IP概述01OPTIONTCP/IP在1973年诞生，ARPANet的运行经验表明，TCP/IP是一个非常可靠且实用的网络协议。当现代Internet的雏形美国国家科学基金会（NationalScienceFoundation，NSF）建立的NSFNet于20世纪80年代末出现时，就借鉴了ARPANet的TCP/IP技术。TCP/IP也因此成为Internet上广泛使用的标准网络通信协议。TCP/IP由一系列的文档定义组成，这些文档定义描述了Internet的内部实现机制，以及各种网络服务或服务的定义。TCP/IP并不是由某个特定组织开发的，它实际上是由一些团体共同开发的，任何人都可以把自己的意见作为文档发布，但只有被认可的文档才能最终成为Internet标准。作为一套完整的网络通信协议结构，TCP/IP实际上是一个协议簇。除了其核心协议TCP和IP之外，TCP/IP协议簇还包括其他一系列协议，它们都包含在TCP/IP协议簇的4个层次中，形成了TCP/IP协议栈，如图1-15所示。1.9.2TCP/IP参考模型图1-15TCP/IP协议栈1.9.2TCP/IP参考模型OSI参考模型与TCP/IP参考模型的层次对应关系02OPTION与OSI参考模型不同的是，TCP/IP参考模型是在TCP与IP出现之后才被提出来的。它们两者之间的层次对应关系如图1-16所示。TCP/IP参考模型的主机网络层与OSI参考模型的数据链路层和物理层相对应；TCP/IP参考模型的互联层与OSI参考模型的网络层相对应；TCP/IP参考模型的传输层与OSI参考模型的传输层相对应；TCP/IP参考模型的应用层与OSI参考模型的应用层相对应。根据OSI模型的经验，会话层和表示层对大多数应用程序没有用处，所以TCP/IP参考模型把它们排除在外。图1-16OSI参考模型与TCP/IP参考模型的层次对应关系1.9.2TCP/IP参考模型TCP/IP参考模型各层次的功能03OPTION主机网络层中包含了多种网络层协议，如以太网协议（Ethernet）、令牌环网协议（TokenRing）、分组交换网协议（X.25）等。主机网络层（HosttoNetworkLayer）是TCP/IP参考模型中的最低层。事实上，TCP/IP参考模型并没有真正定义这一部分，只是指出在这一层上必须具有物理层和数据链路层的功能，以将从网络层传输下来的数据发送到目的主机的网络层。（1）主机网络层。1.9.2TCP/IP参考模型互联层提供的是无连接的服务，主要负责将源主机的数据分组发送到目的主机。互联层上定义了正式的数据分组格式和协议，即网际协议（InternetProtocol，IP）。互联层的主要功能包括以下几点。（2）互联层。12处理来自传输层的分组发送请求。处理接收到的数据报。3进行流量控制与拥塞控制。1.9.2TCP/IP参考模型主要功能是使发送方主机和接收方主机上的对等实体可以进行会话。从这一点上看，TCP/IP参考模型的传输层和OSI参考模型的传输层的功能类似。传输层上定义了以下两个端到端的协议。（3）传输层。传输控制协议。用户数据报协议。l传输控制协议是一个面向连接的协议，允许从源主机发出的字节流（ByteStream）无差错地传输到网络上的其他主机上。l用户数据报协议是一个不可靠的、无连接的协议。1.9.2TCP/IP参考模型应用层负责向用户提供一组常用的应用程序，如电子邮件、远程登录、文件传输等。应用层包含所有TCP/IP协议簇中的高层协议，如文件传输协议（FileTransferProtocol，FTP）、简单邮件传输协议（SimpleMailTransferProtocol，SMTP）、超文本传输协议、简单网络管理协议和域名系统（DomainNameSystem，DNS）协议等。应用层协议一般可以分为3类：（4）应用层。一类是依赖于面向连接的TCP，如文件传输协议、简单邮件传输协议等；一类是依赖于无连接的UDP，如简单网络管理协议；还有一类则既依赖于TCP又依赖于UDP，如域名系统协议。1.9.3两种参考模型的比较相同点两者都是基于独立的协议栈的概念。层的功能也大体相似。两者都有互联（网络）层、传输层和应用层。1.9.3两种参考模型的比较不同点TCP/IPTCP/IP参考模型最初没有明确区分服务、接口和协议。TCP/IP参考模型则恰好相反，它出现在协议之后。TCP/IP参考模型只有4层。TCP/IP参考模型在网络层仅有无连接通信方式，而在传输层支持两种方式。OSIOSI模型有3个主要概念：服务、接口和协议。OSI参考模型产生在协议发明之前。OSI模型有7层。OSI参考模型在网络层支持无连接和面向连接的通信，而在传输层仅有面向连接的通信。1.9.4网络参考模型的建议从前面的分析来看，OSI的7层协议体系结构既复杂又不实用，但其概念清楚；TCP/IP的协议得到了全世界的承认，但是并没有一个完整的体系结构。因此，在学习计算机网络的体系结构时可以采用一种折中的办法，即把OSI参考模型的会话层与表示层去掉，从而形成一种原理体系结构，只有5层，如图1-17所示。图1-17计算机网络参考模型的一种建议l计算机网络是现代通信技术与计算机技术相结合的产物，网络技术的进步正在对当今的信息产业和整个社会的发展产生重要的影响。l计算机网络的发展大体上可以分为4个阶段：面向终端的通信网络阶段、计算机互联阶段、网络互联阶段和Internet与高速网络阶段。l计算机网络是把分布在不同地理区域的计算机与专门的外部设备用通信线路互联成一个规模大、功能强的网络系统，从而使众多的计算机可以方便地互相传递信息，共享硬件、软件和数据信息等资源。l从功能上说，计算机网络系统可以分为通信子网和资源子网两大部分。lInternet的普及，标志着第4代计算机网络的兴起。lInternet是覆盖全球的信息基础设施之一，是当今世界上最大的计算机网络，同时也是一条贯穿全球的“信息高速公路主干道”。l计算机网络的主要功能有数据通信、资源共享、均衡负荷与分布式处理、提高计算机系统的可靠性。l计算机网络的分类标准有很多，如拓扑结构、应用协议、传输介质、数据交换方式等，但最能反映网络技术本质的分类标准是网络的覆盖范围。按网络的覆盖范围可以将网络分为局域网、广域网、城域网和国际互联网。总结l网络拓扑结构是指用传输介质互联各种设备的物理布局，它并不涉及网络中信号的实际流动，而只是关心介质的物理连接形态。网络拓扑结构对整个网络的设计、功能、可靠性和成本等方面具有重要的影响。常见的计算机网络拓扑结构有星形、环形、总线型、树形和网状。l当前，在我国的通信、计算机信息产业和广播电视领域中，实际运行并具有影响力的有三大网络：电信网络、广播电视网络和计算机网络。l“三网合一”就是把现有的传统电信网络、广播电视网络和计算机网络互相融合，并逐渐形成一个统一的网络系统，由一个全数字化的网络设施来支持包括数据、语音和图像在内的所有业务的通信。从全球范围来看，三网合一是现代通信和计算机网络发展的大趋势。l目前，国际上负责制定计算机网络标准的权威机构主要有ISO、ITU、IEEE、ANSI、EIA、TIA等。l计算机网络体系结构是指整个网络系统的逻辑组成和功能分配，它定义和描述了一组用于计算机及其通信设施之间互联的标准和规范。l网络协议是指为进行网络中的数据交换而建立的规则、标准或约定。网络中的计算机和网络设备之间要进行数据通信就必须共同遵守网络协议。总结l网络协议的三要素包括语法、语义和时序。语法，即数据与控制信息的结构或格式；语义，即需要发出何种控制信息、完成何种动作和做出何种应答；时序，即事件实现顺序的详细说明。l网络协议采用的是分层体系结构。实践证明，这种结构化的分析手段是解决复杂网络问题的有效方法。对网络协议进行分层至少有以下好处：各层之间可相互独立，灵活性好，易于实现和维护，有利于促进标准化。l相邻层次之间有一个接口，接口定义了下层向上层提供的命令和服务，相邻两个层次都是通过接口来交换数据的。层次与层次之间相互独立，上一层不需要知道下一层是如何实现服务的，并且每一层的协议都与其他层的协议无关。l1984年，国际标准化组织正式制定和颁布了“开放系统互联参考模型”。“开放”的含义是只要遵循OSI标准，一个系统就可以与位于世界上任何地方且同样遵循OSI标准的其他任何系统进行通信。lOSI参考模型将整个网络的功能划分成7个层次，由下往上分别为物理层、数据链路层、网络层、传输层、会话层、表示层、应用层。其中，物理层与传输介质相连，实现了真正的数据通信；应用层面向用户，提供各种网络应用服务。总结lTCP/IP是当今Internet上广泛使用的标准网络通信协议。TCP/IP是一组协议的代名词，其核心协议是TCP和IP，除此之外还包括许多其他协议，它们共同组成了TCP/IP协议簇。lTCP/IP参考模型是当今国际上公认的网络标准，是对OSI参考模型的应用和发展。TCP/IP参考模型共分为4层，由下往上分别为主机网络层、互联层、传输层和应用层。lTCP/IP协议簇中的所有协议都包含在TCP/IP参考模型的4个层次中。其中，应用层包含了所有TCP/IP协议簇中的高层协议。这些协议又可分为3类：依赖于面向连接的TCP，如电子邮件协议；依赖于无连接的UDP，如简单网络管理协议；既依赖于TCP又依赖于UDP的协议，如域名系统协议。l无论是OSI参考模型和协议，还是TCP/IP参考模型和协议，都不是十全十美的，都存在一定的缺陷。为了取长补短，在学习网络体系结构的时候往往采取一种折中的方法，即去掉OSI参考模型中的会话层与表示层，保留物理层和数据链路层，从而形成一种5层网络参考模型。总结第2章 数据通信技术计算机网络技术基础（第3版）2.1数据通信的基本概念2.2传输介质的主要特性和应用2.3无线通信技术2.4数据交换技术学习要点2.5数据传输技术2.6数据编码技术2.7差错控制技术2.1.1信息、数据与信号n（1）信息的概念n通信的目的是交换信息。n信息的载体可以是数值、文字、图形、声音、图像和动画等。n（2）数据的概念WHOIS查询指把事件的某些属性规范化后的表现形式，其可以被识别，也可以被描述。数据按其连续性可分为模拟数据与数字数据。模拟数据取连续值，数字数据取离散值。n（3）信号的概念n数据在被传输之前，要变成适合于传输的电磁信号模拟信号或数字信号。模拟数据和数字数据都可用这两种信号来表示。模拟信号是随时间连续变化的信号，如图2-1（a）所示，这种信号的某种参量，如振幅和频率（Frequency），可以表示要传输的信息。数字信号是指离散的信号，如图2-1（b）所示，如计算机通信所使用的二进制代码0、1组成的信号。模拟信号与数字信号之间的区别：数字信