计算机网络技术与实训.ppt
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1、1项目一项目一 计算机网络概述计算机网络概述21.1.1 计算机网络的定义计算机网络的定义l计算机网络是指将地理位置不同的具有独立功能的多台计算机及其外部设备,通过通信线路及通信设备连接起来,在网络操作系统、网络管理软件及网络通信协议的管理和协调下,实现信息传递和资源共享的计算机通信系统31.1 1.2 2 计算机网络的分类计算机网络的分类l按地理覆盖范围,将网络划分为广域网(wide area network,WAN)、城域网(metropolitan area network,MAN)和局域网(local area network,LAN)41.1.3 计算机网络的功能和应用计算机网络的功
2、能和应用l计算机网络可归纳为资源共享、数据传送、负载均衡、信息处理等4项功能。l典型的网络应用包括信息检索、电子邮件、办公自动化、企业信息化、电子商务与电子政务、远程医疗与教育、丰富的娱乐和消遣等。1.1.4 计算机网络的组成计算机网络的组成图1.1 资源子网与通信子网61.1.5 计算机网络的拓扑结构计算机网络的拓扑结构 (a)总线型 (b)星状 (c)环状 (d)树状 (e)网状 图1.2 常见计算机网络拓扑结构71.1.6 计算机网络协议计算机网络协议l网络协议的概念 网络协议就是网络中传递、管理信息的一些规范,协议代表着标准化,这是一组规则的集合。l网络协议的组成 网络协议主要由语义、
3、语法和规则3个要素组成。8项目项目2 计算机网络体系结构计算机网络体系结构91.2.1 计算机网络体系结构概述计算机网络体系结构概述l 网络体系结构的定义 网络体系就是为了完成计算机间的通信合作,把每个计算机互连的功能划分成定义明确的层次,规定了同层次进程通信的协议及相邻层之间的接口及服务,将这些同层进程通信的协议及相邻层接口统称为网络体系结构。l计算机网络层次结构101.2.2 ISO/OSI 网络参考模型网络参考模型lOSI七层模型图1.4 OSI参考模型11l对等通信 图1.5 数据的实际传递过程121.2.3 TCP/IP模型模型图1.6 TCP/IP 模型应用层应用层FTP Teln
4、et HTTPSNMP TFTP NTP传输层TCPUDP网际层IP网络接口层以太网令 牌环网802.3EIA/TIA-232 V.35802.2HDLCPPP131.2.4 OSI 模型和模型和TCP/IP 模型的区别与联系模型的区别与联系14项目项目3 网络物理层技术网络物理层技术15 1.3.1 数据通信基础数据通信基础l信息、数据和带宽l基带传输图1.8 数字信号的3种编码方式16l频带传输图1.9 3种调制方式的波形171.3.2 传输介质传输介质l传输介质的分类18l双绞线l无屏蔽双绞线 UTP (Unshielded Twisted Pair) l屏蔽双绞线 STP (Shiel
5、ded Twisted Pair)19l同轴电缆l50 同轴电缆(粗缆,传输数字信号)l50 同轴电缆(细缆,传输数字信号)l75 同轴电缆(有线电视,传输模拟信号)20l光纤l光纤是光导纤维的简称,是一种由石英玻璃纤维或塑料纤维制成的且直径很细、能传导光信号的媒体 21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输入脉冲输出脉冲单模光纤输入脉冲输出脉冲多模光纤22l无线传输介质l无线电波:802.11系列无线局域网l微波:地面微波接力通信、卫星通信 l红外线l激光231.3.3 多路复用技术多路复用技术l频分多路复用l时分多路复用l波分多路复用241.3.4 常见的物
6、理层标准常见的物理层标准l机械特性l电气特性l功能特性l规程特性251.3.5 常见物理层设备与组件常见物理层设备与组件l常见物理层组件l 常见物理层设备26项目项目4 网络数据链路层技术网络数据链路层技术271.4.1 数据链路层概述数据链路层概述l数据链路层的主要任务是在两个相邻节点间的线路上实现无差错的以“帧”为单位的数据传输,使之对其上的网络层表现为一条可靠的传输链路,加强和弥补物理层传输“比特流”的可靠性。数据链路层是为网络层提供数据传输服务的,这种服务要依靠数据链路层本身所具有的功能及物理层提供的服务来实现。数据链路层完成了网络上的差错控制与流量控制等功能。281.4.2 数据帧数
7、据帧l帧的基本格式帧首部标识帧首部标识地址地址(长度(长度/类型)控制类型)控制数据数据帧检验序列帧检验序列帧尾部标识帧尾部标识29l 数据帧的封装图1.19 OSI参考模型中的数据封装过程301.4.3 差错控制技术差错控制技术l差错原因与类型l差错控制的作用与机制l 错误重传机制311.4.4 流量控制技术流量控制技术l流量控制的作用l滑动窗口协议图1.20 滑动窗口协议的工作实例321.4.5 数据链路层的服务数据链路层的服务l数据链路层的服务方式l数据链路层协议举例图1.21 HDLC的帧格式及控制字段的结构331.4.6 数据链路层的设备与组件数据链路层的设备与组件l 数据链路层中封
8、装帧的设备网卡34l数据链路层中接收和转发帧的设备交换机35项目项目5局域网组网技术局域网组网技术361.5.1 局域网概述局域网概述l局域网的特点和功能l常见的局域网拓扑结构371.5.2 局域网的技术标准及体系结构局域网的技术标准及体系结构l局域网的技术标准IEEE 802为局域网制定了一系列标准38l局域网的体系结构 图1.25 LAN 参考模型与OSI 参考模型的对应关系391.5.3 介质访问控制方式介质访问控制方式lCSMA/CD方式 CSMA/CD的工作原理可概括成4句话,即先听后发,边发边听,冲突停止,随机延时后重发。40l令牌访问控制方式 令牌访问控制方法又可分为令牌环访问控
9、制(token ring)和令牌总线访问控制(tokenbus)两类。411.5.4 局域网组网设备局域网组网设备l 服务器和工作站图1.26 服务器/工作站局域网拓扑42l中继器与集线器由集线器互连的网络属于一个冲突域43l网桥与交换机由交换机隔离的4个冲突域和1个广播域441.5.5 以太网技术以太网技术l以太网组网技术标准以集线器组建的10BASE-T 网络示意45l快速以太网技术 快速以太网技术 100BASE-X是由10BASE-T 标准以太网发展而来,主要解决网络带宽在局域网络应用中的瓶颈问题。 10Mb/s以太网向100Mb/s以太网升级的例子46l 令牌环技术l FDDI技术1
10、.5.6 令牌环网与FDDI技术47l无线局域网标准 IEEE 802.11是由IEEE 802委员会制订的无线局域网系列标准1.5.7 无线局域网技术48l无线局域网的设备与组件 无线访问节点(access point,AP)是一个包含很广的名称,它不仅包含单纯性无线接入点(无线AP),也同样是无线路由器(含无线网关、无线网桥)等类设备的统称。 1.5.7 无线局域网技术49l无线路由器 无线路由器(wireless router)就是带有无线覆盖功能的路由器,它主要应用于用户上网和无线覆盖。 1.5.7 无线局域网技术50l无线网卡 无线网卡是无线网络的终端设备,是无线局域网的无线覆盖下通
11、过无线连接网络进行上网使用的无线终端设备。 1.5.7 无线局域网技术51l无线网络拓扑 1.5.7 无线局域网技术 小型园区无线网络拓扑结构52l 虚拟局域网概述 虚拟局域网是以局域网交换机为基础,通过交换机软件实现根据功能、部门、应用等因素将设备或用户组成虚拟工作组或逻辑网段的技术,其最大的特点是在组成逻辑网时无需考虑用户或设备在网络中的物理位置。VLAN可以在一个交换机或者跨交换机实现。1.5.8 虚拟局域网技术531.5.8 虚拟局域网技术 虚拟局域网VLAN 的示例54l虚拟局域网的优点1.提供了一种控制网络广播的方法2.提高了网络的安全性3.简化了网络管理4.提供了基于第二层的通信
12、优先级服务1.5.8 虚拟局域网技术55l虚拟局域网的实现1.静态VLAN2.动态VLAN1.5.8 虚拟局域网技术56项目项目6 网络层技术网络层技术573.1.1 网络层技术概述网络层技术概述l 定义逻辑地址 逻辑地址是指配置给设备的地址,它工作在网络层,提供了网络与主机的信息l广域网中路径的选择 网络层利用路由协议可以选择到达目的地的最佳路径583.1.2 TCP/IP的网络层技术的网络层技术l IP 协议59lIP地址图3.1 IP地址的类别及其格式60l IP地址规划与子网划分 IP地址的分配可以采用静态分配和动态分配两种方式。61l子网划分的基本概念 子网划分是指由网络管理员将一个
13、给定的网络分为若干个更小的部分,这些更小的部分被称为子网(subnet)。当网络中的主机总数未超出所给定的某类网络可容纳的最大主机数,但内部又要划分成若干个分段(segment)进行管理时,就可以采用子网划分的方法。62l子网划分的方法 63l子网掩码 子网掩码通常与IP 地址配对出现,其功能是告知主机或路由设备,IP地址的哪一部分代表网络号部分,哪一部分代表主机号部分。64lARP 为了在物理上实现IP分组的传输,需要在网络层提供从主机IP地址到主机物理MAC地址的映射转换功能,地址解释协ARP正是实现这种功能的协议。65lICMP 663.1.3 路由与路由协议路由与路由协议l路由 所谓路
14、由,是指对到达目标网络所进行的最佳路径选择,通俗地讲就是解决“何去何从”的问题,路由是网络层最重要的功能。l路由表 路由器将有关如何到达目标网络的最佳路径信息以数据库表的形式存储起来,这种专门用于存放路由信息的表被称为路由表。673.1.3 路由与路由协议路由与路由协议l静态路由 静态路由,是指网络管理员根据其所掌握的网络连通信息用手工配置方式创建的路由表的各条表项。l动态路由 动态路由是指路由协议通过自主学习而获得的路由信息,通过在路由器配置路由协议即可保证路由器自动生成正确的路由信息。683.1.3 路由与路由协议路由与路由协议l路由协议 在网络层用于动态生成路由表信息的协议被称为路由协议
15、,路由协议使得网络中的路由设备能够相互交换网络状态信息,从而在内部生成关于网络连通性的映像(map)并由此计算出到达不同目标网络的最佳路径或确定相应的转发端口。693.1.4 网络层的设备与组件网络层的设备与组件l提供异构网络的互连 路由器可以提供与多种网络的接口,如以太网口、令牌环网口、FDDI口、ATM口、串行连接口、SDH连接口、ISDN连接口等多种不同的接口。通过这些接口,路由器可以支持各种异构网络的互连,其典型的互连方式包括LAN-LAN、LAN-WAN 和WAN-WAN等。703.1.4 网络层的设备与组件网络层的设备与组件l实现网络的逻辑划分 路由器在物理上扩展网络的同时,还提供
16、了逻辑上划分网络的功能。 路由器还可以隔离广播流量。713.1.4 网络层的设备与组件网络层的设备与组件l实现VLAN 之间的通信路由器用于实现不同VLAN 之间的通信72项目项目7 传输层技术传输层技术733.2.1 传输层技术概述传输层技术概述l传输层也称为运输层,是介于低三层通信子网和高三层资源子网之间的一层,是OSI模型的核心。从通信和信息处理的角度看,传输层向其上面的应用层提供通信服务,它属于面向通信部分的最高层,同时也是用户功能中的最底层。743.2.2 传输层的功能与作用传输层的功能与作用l 数据分段 将数据发送给网络层之前,传输层将数据分段。而在将数据上传给会话层或应用层之前,
17、传输层也需要重新组合数据。75l流量控制 传输层的另一个功能是流量控制,它可以防止目的地被大量的数据淹没,这种情况可能会导致数据包的丢失。传输层实现这一功能,是通过确立一个传送数据包的最大字节数。在达到此值之前,接收方必须提供对收到数据包的确认。76l 校验和的提供 校验和是一个基于数据段,在字节的基础上计算出来的16位的比特值。许多传输层提供了校验和来保证数据的完整性。传输层的校验和提供了与CRC类似的功能。77l对数据的辨认 传输层的头文件提供了信息,决定收到的数据所应服务的应用程序。在TCP/IP协议中,端口号被用来确认应到达的应用程序。78l决定服务质量 网络中,QoS(服务质量)决定
18、了数据传输的可靠性及传输的性能级别。当一个应用程序传送数据时,在传输层上工作的协议将帮助确定业务质量。79l面向连接的服务 需要可靠性的应用将利用传输层协议提供一条端到端的虚电路,利用流量控制、确认,以及其他方式来保证数据的传送。这样的协议被称为面向连接的协议。80l面向无连接的服务 当应用程序对可靠传输要求不高时,将使用一个无连接的传输层协议。因为从网络带宽与处理的角度来说,它的开销较小。 TCP/IP的传输层提供面向连接服务的传输控制协议TCP和面向无连接服务的用户数据报协议UDP。813.2.3 TCP技术技术l TCP分段的格式TCP分段的格式82lTCP端口和套接字 端口是指用于实现
19、面向连接或无连接服务的通信协议编号,是对网络通信进程的一种标识。 套接字是一个通信端点,每个套接字都有一个套接字序号,包括主机的IP 地址与一个16 位的主机端口号。83l TCP连接的实现 TCP的3次握手建立连接机制84lTCP可靠数据传输的实现853.2.4 UDP技术技术lUDP报文段的结构 UDP数据报的首部和伪首部86l UDP端口号 UDP也使用端口号来标识发送和接收的应用程序。与TCP类似,UDP有两类端口。 1)众所周知的端口用于UDP上的标准服务,包括DNS(端口号53)、SNMP(端口号161)和其他一些协议,服务器在这些端口上监听想要访问服务的客户。 2)临时端口:客户
20、在自己的对话端使用临时端口。87项目项目8 广域网技术广域网技术883.3.1 广域网技术概述广域网技术概述l广域网的特点 广域网的地理覆盖范围远远超出局域网,广域网主要用于互连广泛地理范围内的局域网,广域网为了实现远距离通信通常要采用载波形式的频带传输或光传输,广域网通常是由公共通信部门来建设和管理的。893.1.2 TCP/IP的网络层技术的网络层技术l广域网服务的实现模型广域网服务的实现模型90l常见的广域网设备常见广域网设备91l常见的广域网服务类型和带宽广域网服务类型92l广域网帧封装格式 路由器把数据包以二层帧格式进行封装,然后传送到广域网链路。 最常用的两个广域网协议是HDLC和
21、PPP,所有串行线路的封装共享一个公共的帧格式。每种广域网连接类型使用一个第二层的协议来封装广域网链路的数据。933.3.2 PPP与与PPPoE技术技术lPPP技术PPP的体系结构94l PPPoE技术 PPPoE是在以太网上建立的PPP连接,由于以太网技术十分成熟且使用广泛,而PPP协议在传统的拨号上网应用中显示出良好的可扩展性和优质的管理控制机制,二者结合而成的PPPoE协议得到了宽带接入运营商的认可并广为采用。953.3.3 ISDN技术技术lISDN的组成 ISDN包括终端、终端适配器、网络终端设备、线路终端设备和交换终端设备等。ISDN 的基本组成96lISDN的速率服务 在ISD
22、N用户网络接口UNI中提供了两种类型的信道:一种是信息信道,用于传送各种信息流;另一种是信令信道,用于传送对用户和网络实施控制的信令信息。97lISDN的应用 ISDN的作用是为用户提供一系列综合的业务,这些业务分为承载业务、用户终端业务和用户补充业务三大类。983.3.4 xDSL技术技术lxDSL的实现 xDSL系统主要由局端设备(DSLAM)和用户端设备(CPE)组成,局端由DSLAM接入平台、DSL局端卡、语音分离器、IPC(数据汇聚设备)等组成,其中IPC为可选的设备。99l xDSL的分类 xDSL中的“x”代表着不同种类的数字用户线路技术。各种数字用户线路技术的不同之处主要表现在
23、信号的传输速率和距离,还有对称和非对称的区别上。DSL技术主要分为对称和非对称两大类。100lxDSL技术的应用 对称DSL技术主要用于替代传统的T1/E1接入技术。 非对称DSL技术非常适用于对双向带宽要求不一样的应用,如Web浏览、多媒体点播、信息发布等,因此适用于Internet接入、VOD系统等。1013.3.5 ATM技术技术l ATM的实现 ATM网络结构102lATM的特点和应用 ATM是以面向连接的方式工作的,大大降低了信元的丢失率,保证了传输的可靠性,由于ATM的物理线路使用光纤,误码率很低,短小的信元结构使得ATM信头的功能被简化,并使信头的处理能基于硬件实现,从而大大减少
24、了处理时延,采用短信元作为数据传输单位可以充分利用信道空闲,提高了带宽利用率。103l帧中继的实现 帧中继网络只有物理层和链路层两层,并对链路层功能进行了较大的调整。它将统计复用、数据交换、路由选择等功能定义在数据链路层执行,取消了流量控制、纠错及确认等处理功能,并且数据交换以帧为单位(故称为帧交换)。3.3.6 帧中继技术帧中继技术104l帧中继的组成 3.3.6 帧中继技术帧中继技术帧中继网络结构105l帧中继的特点与应用 帧中继采用统计复用技术提高网络资源的利用率,帧中继大大简化了网络中各个节点机之间的处理过程,有效地降低了网络时延,帧中继提供了较高的传输质量。3.3.6 帧中继技术帧中
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