网络基本概念.ppt
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1、计算机网络计算机网络的定义 利用通信设备和线路将地理位置不同的、利用通信设备和线路将地理位置不同的、功能独立的多个计算机系统互连起来,以功功能独立的多个计算机系统互连起来,以功能完善的网络软件(即网络通信协议、信息能完善的网络软件(即网络通信协议、信息交换方式、网络操作系统等)实现网络中资交换方式、网络操作系统等)实现网络中资源共享和信息传递的系统。源共享和信息传递的系统。 计算机网络的分类按网络的分布范围分类:广域网WAN、局域网LAN、城域网MAN按网络的交换方式分类:电路交换、报文交换、分组交换 按网络的拓扑结构分类:星形、总线、环形、树形、网形按网络的传输媒体分类:双绞线、同轴电缆、光
2、纤、无线分组交换的产生 是 20 世纪 60 年代美苏冷战时期的产物。 60 年代初,美国国防部领导的远景研究规划局ARPA (Advanced Research Project Agency) 提出要研制一种生存性(survivability)很强的网络。 传统的电路交换(circuit switching)的电信网有一个缺点:正在通信的电路中有一个交换机或有一条链路被炸毁,则整个通信电路就要中断。 如要改用其他迂回电路,必须重新拨号建立连接。这将要延误一些时间。 计算机网络的产生背景新型网络的基本特点 网络用于计算机之间的数据传送,而不是为了打电话。 网络能够连接不同类型的计算机,不局限于
3、单一类型的计算机。 所有的网络结点都同等重要,因而大大提高网络的生存性。 计算机在进行通信时,必须有冗余的路由。 网络的结构应当尽可能地简单,同时还能够非常可靠地传送数据。 回顾一下电路交换的特点 两部电话机只需要用一对电线就能够互相连接起来。 更多的电话机互相连通 5 部电话机两两相连,需 10 对电线。 N 部电话机两两相连,需 N(N 1)/2对电线。 当电话机的数量很大时,这种连接方法需要的电线对的数量与电话机数的平方成正比。 使用交换机 当电话机的数量增多时,就要使用交换机来完成全网的交换任务。 交换机“交换”的含义 在这里,“交换”(switching)的含义是: 转接把一条电话线
4、转接到另一条电话线,使它们连通起来。 从通信资源的分配角度来看,“交换”就是按照某种方式动态地分配传输线路的资源。 电路交换的特点 电路交换必定是面向连接的。 电路交换的三个阶段: 建立连接 通信 释放连接电路交换举例 A 和 B 通话经过四个交换机 通话在 A 到 B 的连接上进行交换机交换机交换机交换机用户线用户线中继线中继线BDCA电路交换举例 C 和 D 通话只经过一个本地交换机 通话在 C 到 D 的连接上进行交换机交换机交换机交换机用户线用户线中继线中继线BDCA电路交换传送计算机数据效率低 计算机数据具有突发性。 这导致通信线路的利用率很低。报文分组交换的原理(一) 在发送端,先
5、把较长的报文划分成较短的、固定长度的数据段。 1101000110101010110101011100010011010010假定这个报文较长不便于传输数 据数 据数 据报文分组交换的原理(二) 每一个数据段前面添加上首部构成分组。首部首部首部分组 1分组 2分组 3分组交换的原理(三) 分组交换网以“分组”作为数据传输单元。 依次把各分组发送到接收端(假定接收端在左边)。数 据首部分组 1数 据首部分组 2数 据首部分组 3分组首部的重要性 每一个分组的首部都含有地址等控制信息。 分组交换网中的结点交换机根据收到的分组的首部中的地址信息,把分组转发到下一个结点交换机。 用这样的存储转发方式,
6、最后分组就能到达最终目的地。分组交换的原理(四) 接收端收到分组后剥去首部还原成报文。数 据首部分组 1数 据首部分组 2数 据首部分组 3收到的数据数 据数 据数 据分组交换的原理(五) 最后,在接收端把收到的数据恢复成为原来的报文。 这里我们假定分组在传输过程中没有出现差错,在转发时也没有被丢弃。报文1101000110101010110101011100010011010010分组交换网的示意图H1A分组交换网BDECH5H6H4H2H3H1 向 H5 发送分组H2 向 H6 发送分组注意分组路径的变化!结点交换机主机注意分组的存储转发过程H1A分组交换网BDECH5H6H4H2H3H1
7、 向 H5 发送分组结点交换机主机在结点交换机 A 暂存查找转发表找到转发的端口在结点交换机 C 暂存查找转发表找到转发的端口在结点交换机 E 暂存查找转发表找到转发的端口最后到达目的主机 H5注意结点交换机有多个端口ABCDEH1H5H2H4H3H6高速链路 结点交换机123412341 2 3 41 2 3 41 2 3 42, 1 2, 2456745674 5 6 7交换机1交换机 2交换机31, 11, 33, 23, 3每个交换机都有两组端口。一组是和本地主机相连的低速端口,另一组是和其他交换机相连的高速端口。1231231 2 3结点交换机 在结点交换机中的输入和输出端口之间没有
8、直接连线。 结点交换机处理分组的过程是: 把收到的分组先放入缓存(暂时存储); 查找转发表,找出到某个目的地址应从哪个端口转发; 把分组送到适当的端口转发出去。 2, 1 2, 245674567交换机 2交换机31, 13, 23, 3每个主机地址中后面的数字是指该交换机的低速端口主机地址3, 2是指连接在交换机 3 的 2 号低速端口交换机11, 3主机地址1, 3是指连接在交换机 1 的 3 号低速端口1231234 5 6 71 2 32, 1 2, 245674567交换机 2交换机31, 13, 23, 3这里给出结点交换机 2 中的转发表作为例子 例如,一个欲发往主机3, 2的分
9、组到达了交换机 2。交换机11, 3交换机 2 的转发表目的站 下一跳 1, 1 交换机1 1, 3 交换机1 3, 2 交换机3 3, 3 交换机3 2, 1 直接 2, 2 直接这时应查找交换机 2 的转发表,找目的站为3, 2的项目。4 5 6 71 2 31231232, 1 2, 212341234交换机 2交换机31, 13, 23, 3目的站是3, 2吗?交换机11, 3交换机 2 的转发表目的站 下一跳 1, 1 交换机1 1, 3 交换机1 3, 2 交换机3 3, 3 交换机3 2, 1 直接 2, 2 直接查找转发表中的下一个项目。否1231234 5 6 71 2 32
10、, 1 2, 212341234交换机 2交换机31, 13, 23, 3目的站是3, 2吗?交换机11, 3交换机 2 的转发表目的站 下一跳 1, 1 交换机1 1, 3 交换机1 3, 2 交换机3 3, 3 交换机3 2, 1 直接 2, 2 直接查找转发表中的下一个项目。否1231234 5 6 71 2 32, 1 2, 212341234交换机 2交换机31, 13, 23, 3目的站是3, 2吗?交换机11, 3交换机 2 的转发表目的站 下一跳 1, 1 交换机1 1, 3 交换机1 3, 2 交换机3 3, 3 交换机3 2, 1 直接 2, 2 直接根据转发表指出的下一跳
11、把分组转发到交换机 3。是1231234 5 6 71 2 32, 1 2, 212341234交换机 2交换机31, 13, 23, 3交换机11, 3分组转发到交换机 3 后就查找交换机 3 的转发表。从转发表(此处省略了)可知不必再转发分组了,把该分组直接交付给主机3, 2即可。1231234 5 6 71 2 3按照目的站连接的交换机号确定下一跳 只要转发表中目的站一栏中的交换机号相同,那么查出的“下一跳”就是相同的。 在转发分组时,可只根据分组的主机地址中的交换机号来查找转发表。 只有当分组到达与目的主机相连的结点交换机时,交换机才检查第二部分地址(主机号),并通过合适的低速端口将分
12、组交给目的主机。 主机和结点交换机的作用不同 主机是为用户进行信息处理的,并向网络发送分组,从网络接收分组。 结点交换机对分组进行存储转发,最后把分组交付给目的主机。分组交换的优点 高效 动态分配传输带宽,对通信链路是逐段占用。 灵活 以分组为传送单位和查找路由。 迅速 不必先建立连接就能向其他主机发送分组;充分使用链路的带宽。 可靠 完善的网络协议;自适应的路由选择协议使网络有很好的生存性。 分组交换带来的问题 分组在各结点存储转发时需要排队,这就会造成一定的时延。 分组必须携带的首部(里面有必不可少的控制信息)也造成了一定的开销。 存储转发原理并非完全新的概念 在 20 世纪 40 年代,
13、电报通信也采用了基于存储转发原理的报文交换(message switching)。 报文交换的时延较长,从几分钟到几小时不等。现在报文交换已经很少有人使用了。 三种交换的比较 P1P2P3P4P1P2P3P4P3P4报文报文报文A B C D A B C DA B C D报文交换电路交换分组交换t连接建立数据传送报文P2P1连接释放计算机网络体系结构的形成 相互通信的两个计算机系统必须高度协调工作才行,而这种“协调”是相当复杂的。 “分层”可将庞大而复杂的问题,转化为若干较小的局部问题,而这些较小的局部问题就比较易于研究和处理。 划分层次的概念举例 计算机 1 向计算机 2 通过网络发送文件。
14、 可以将要做的工作进行如下的划分。 第一类工作与传送文件直接有关。 确信对方已做好接收和存储文件的准备。 双方协调好一致的文件格式。 两个计算机将文件传送模块作为最高的一层 。剩下的工作由下面的模块负责。两个计算机交换文件 文件传送模块计算机 1计算机 2文件传送模块只看这两个文件传送模块好像文件及文件传送命令是按照水平方向的虚线传送的把文件交给下层模块进行发送把收到的文件交给上层模块再设计一个通信服务模块 文件传送模块计算机 1计算机 2文件传送模块只看这两个通信服务模块好像可直接把文件可靠地传送到对方把文件交给下层模块进行发送把收到的文件交给上层模块通信服务模块通信服务模块再设计一个网络接
15、入模块 文件传送模块计算机 1计算机 2文件传送模块通信服务模块通信服务模块网络接入模块网络接入模块通信网络网络接口网络接口网络接入模块负责做与网络接口细节有关的工作例如,规定传输的帧格式,帧的最大长度等。分层的好处 各层之间是独立的。 灵活性好。 结构上可分割开。 易于实现和维护。 能促进标准化工作。 层数多少要适当 若层数太少,就会使每一层的协议太复杂。 层数太多又会在描述和综合各层功能的系统工程任务时遇到较多的困难。 OSI 与 TCP/IP体系结构 应用层运输层网络层表示层会话层数据链路层物理层7654321OSI 的体系结构应用层网络接口层网际层 IP (各种应用层协议如TELNET
16、, FTP, SMTP 等)运输层(TCP 或 UDP)TCP/IP 的体系结构无连接分组交付服务运输服务 (可靠或不可靠)各种应用服务TCP/IP 的三个服务层次五层协议的体系结构 TCP/IP 是四层的体系结构:应用层、运输层、网际层和网络接口层。 最下面的网络接口层并没有具体内容。 因此往往采取折中的办法,即综合 OSI 和 TCP/IP 的优点,采用一种只有五层协议的体系结构 。 五层协议的体系结构 应用层(application layer) 运输层(transport layer) 网络层(network layer) 数据链路层(data link layer) 物理层(phys
17、ical layer) 数据链路层5 应用层4 运输层3 网络层2 数据链路层1 物理层计算机 1 向计算机 2 发送数据 5432154321计算机 1AP2AP1计算机 2应用进程数据先传送到应用层加上应用层首部,成为应用层 PDU计算机 1 向计算机 2 发送数据 5432154321计算机 1AP2AP1计算机 2应用层 PDU 再传送到运输层加上运输层首部,成为运输层报文计算机 1 向计算机 2 发送数据 5432154321计算机 1AP2AP1计算机 2运输层报文再传送到网络层加上网络层首部,成为 IP 数据报(或分组)计算机 1 向计算机 2 发送数据 5432154321计算
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