计算机网络技术与应用第一章.ppt

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1、、计算机网络简介（1 1）凡是将分布在）凡是将分布在不同地理位置 不同地理位置的 的具有独立功能 具有独立功能的两台或两 的两台或两台以上计算机系统，遵照一定的 台以上计算机系统，遵照一定的协议 协议，通过，通过通信线路 通信线路有机组 有机组合在一起，再配上相应的 合在一起，再配上相应的网络软件 网络软件，以实现计算机之间，以实现计算机之间相互 相互通信、资源共享 通信、资源共享的系统，称为 的系统，称为计算机网络 计算机网络。（22）构成计算机网络的要素主要有：）构成计算机网络的要素主要有：通信主体、通信设备和通信协议通信主体、通信设备和通信协议。通信主体：通信主体：具有独立操作系统的计算

2、机具有独立操作系统的计算机网络服务器：网络服务器：网络中提供服务的计算机网络中提供服务的计算机网络工作站：网络工作站：网络中接受服务的计算机。网络中接受服务的计算机。通信设备：通信设备：是网络中信息传输的通道和设备，常见是网络中信息传输的通道和设备，常见的有双绞线、网卡、网关等。的有双绞线、网卡、网关等。通信协议：通信协议：计算机之间为相互通信而采用的某种约计算机之间为相互通信而采用的某种约定，目前普遍采用的是定，目前普遍采用的是TCP/IPTCP/IP。、计算机网络的应用 资源共享：资源共享：网络中用户可共享分散在不同地点各种软硬件资源。网络中用户可共享分散在不同地点各种软硬件资源。数据通信

3、：数据通信：网络中用户能快速、可靠地相互传送数据及信息。根据需要可以 网络中用户能快速、可靠地相互传送数据及信息。根据需要可以对这些数据、信息进行处理。对这些数据、信息进行处理。均衡负载互相协作：均衡负载互相协作：某台计算机任务很重时，可以通过网络把某些任务传送 某台计算机任务很重时，可以通过网络把某些任务传送给空闲的计算机进行处理。给空闲的计算机进行处理。分布处理：分布处理：网络中用户可以根据问题的性质，选择网内最合适的资源来处理，网络中用户可以根据问题的性质，选择网内最合适的资源来处理，使问题得到快速而经济的解决。使问题得到快速而经济的解决。综合信息服务：综合信息服务：用户通过网络收集、传

4、送信息（文字、数字、图像、声音或 用户通过网络收集、传送信息（文字、数字、图像、声音或视频等）。视频等）。日常生活中，计算机网络的具体应用 日常生活中，计算机网络的具体应用：（：（1 1）电子邮件；（）电子邮件；（2 2）电子数据交换；）电子数据交换；（3 3）联机会议；（）联机会议；（4 4）网络游戏；（）网络游戏；（5 5）网络教育。）网络教育。、计算机网络的产生 第一代（第一代（50-60 50-60年代）：年代）：以单个主机为中心，以远程终端为用户的集 以单个主机为中心，以远程终端为用户的集中控制型网络。（具备了计算机网络的雏形）中控制型网络。（具备了计算机网络的雏形）第二代（第二代（

5、70-80 70-80年代）：年代）：多个主机通过通讯线路互连，且都有自主处 多个主机通过通讯线路互连，且都有自主处理能力的网络。理能力的网络。（APPANET APPANET网是计算机网络发展史上的一个里程碑，它标志着以资源共享 网是计算机网络发展史上的一个里程碑，它标志着以资源共享为目的的现代计算机网络的诞生。）注 为目的的现代计算机网络的诞生。）注1.1.第三代（第三代（80-90 80-90年代）：年代）：遵循国际标准化网络协议，使不同类型的计 遵循国际标准化网络协议，使不同类型的计划机系统互连起来的网络。划机系统互连起来的网络。第四代（第四代（90-90-至今）：至今）：千兆位网络（

6、高速计算机网络）千兆位网络（高速计算机网络）注 注1 1：提出并实现了分组交换的数据交换方式；采用层次化的网络体系结构模型；提出了通信子网和资 提出并实现了分组交换的数据交换方式；采用层次化的网络体系结构模型；提出了通信子网和资源子网两级子网的概念。源子网两级子网的概念。计算机网络的发展趋势 进入 进入20 20世纪 世纪90 90年代后，正在向综合化、智能化、高速化 年代后，正在向综合化、智能化、高速化的方向发展，即人们常说的新一代计算机网络。的方向发展，即人们常说的新一代计算机网络。我国计算机网络的发展我国从20世纪80年代初开始发展计算机网络，1994年3月正式加入Internet，同年

7、5月在中国科学院高能理研究所实现联网，中国的网络地理域名为.cn。但Internet真正在我国造成声势是在1996年，因此人称1996年是中国的Internet年。、计算机网络分类 按照作用范围分：局域网 局域网(LAN)(LAN)、广域网、广域网(WAN)(WAN)、城域网 城域网(MAN)(MAN)。按照网络的管理方式分：对等网、客户机 对等网、客户机/服务器 服务器网络（网络（C/S C/S模式）。模式）。按照数据传输方式分：点对点网络、广播网络、点对点网络、广播网络、网络拓扑结构 把工作站、服务器等网络单元抽象成为把工作站、服务器等网络单元抽象成为“点点”，把网络中的电缆等通信媒体抽象

8、为把网络中的电缆等通信媒体抽象为“线线”，从而，从而抽象出了网络系统的具体结构，即为拓扑结构。抽象出了网络系统的具体结构，即为拓扑结构。基本的网络拓扑结构有：基本的网络拓扑结构有：总线形：许多计算机共享同一个总线，最常见的总线形：许多计算机共享同一个总线，最常见的以太网以太网(Ethernet)(Ethernet)就是总线形。就是总线形。星形：由中心结点转发的网络结构，现在的交换星形：由中心结点转发的网络结构，现在的交换式网络即属此类型。式网络即属此类型。环形：计算机通过介质连接成环形，局域网中的环形：计算机通过介质连接成环形，局域网中的令牌环即是此类型。令牌环即是此类型。总线型网络拓扑 1

9、1总线型 总线型网络拓扑结 网络拓扑结构 构 总 总线型拓扑是 线型拓扑是一种比较简 一种比较简单的结构，单的结构，采用的是一 采用的是一根中央主电 根中央主电缆，称为公 缆，称为公共总线 共总线的传输介质，各结点直接与总线相连接，信息沿总线介质逐个结点地广播传送。这种结构非常简单，所需要的电缆也很少。总线型网络拓扑结构的优、缺点 网络结构简单灵活，结点的插入、删除都较方便，因此易于扩展。设备量少，价格低，安装使用方便。可靠性高，因为单个结点的故障不会涉及整个网络。故障诊断和隔离困难，网络对总线比较敏感。星型网络拓扑星型网络结构是以中央结点为中心与各个结点连接而组成的，各结点与中央结点通过点到

10、点的方式连接。中央结点可直接与从结点通信，而从结点之间必须经过中央结点才能通信。通常中央结点由一种称为集线器(HUB)的设备充当，因此，网上的计算机之间都是通过集线器来相互通信的。星型网络拓扑结构的优、缺点 网络结构简单，便于管理，控制简单，联网建网都容易。网络延时时间较短，误码率较低。网络共享资源能力较差，通信线路利用率不高。结点间的通信必须经过中央结点进行转接，中央结点负担太高，工作复杂。环型网络拓扑 环型网络拓扑结构指环型网络拓扑结构指的是在网络中的各结的是在网络中的各结点通过环路接口连在点通过环路接口连在一条首尾相接的闭合一条首尾相接的闭合环型通信线路中，环环型通信线路中，环路上的任何

11、结点均可路上的任何结点均可以请求发送信息，请以请求发送信息，请求一旦被批准，便可求一旦被批准，便可以向环路发送信息。以向环路发送信息。环型网络拓扑结构的特点信息在网络中沿固定方向流动，两个结点间仅有信息在网络中沿固定方向流动，两个结点间仅有惟一的通路，大大简化了路径选择的控制。惟一的通路，大大简化了路径选择的控制。环路中每一结点的收发信息均由环路接口控制，环路中每一结点的收发信息均由环路接口控制，控制软件较简单。控制软件较简单。由于信息是串行穿过多个结点环路接口，所以，由于信息是串行穿过多个结点环路接口，所以，当结点过多时，影响传输的效率，使网络响应时当结点过多时，影响传输的效率，使网络响应时

12、间变长。间变长。在网络信息流动过程中，由于信息源结点到目的在网络信息流动过程中，由于信息源结点到目的结点都要经过环路中各中间结点，所以，任何结结点都要经过环路中各中间结点，所以，任何结点的故障都能导致环路失常，可靠性差。由于环点的故障都能导致环路失常，可靠性差。由于环路是封闭的，不易扩展。路是封闭的，不易扩展。1.3 开放系统互连参考模型1.2 计算机网络体系结构1.4 TCP/IP体系结构 内 容 计算机网络体系结构的概念，网络的分层体系结构，网络的参考模型，面向连接的服务和无连接的服务；开放系统互连参考模型（OSI/RM）及其各层概述，TCP/IP网络体系结构及其各层概述；OSI和TCP/

13、IP的相同点和不同点。要 求理解计算机网络分层的目的理解计算机网络分层的目的理解协议的要素、服务、协议与服务的区别、协理解协议的要素、服务、协议与服务的区别、协议数据单元议数据单元理解面向连接的服务和无连接的服务的概念理解面向连接的服务和无连接的服务的概念理解理解OSIOSI基本参考模型与各层的功能基本参考模型与各层的功能理解理解TCP/IPTCP/IP参考模型与各层的功能参考模型与各层的功能理解理解OSIOSI与与TCP/IPTCP/IP两个模型的相同点和不同点两个模型的相同点和不同点1.2 计算机网络体系结构1.2.1 网络协议1.2.2 分层设计计算机网络体系结构 网络体系结构应是为了计

14、算机间的通信合作，网络体系结构应是为了计算机间的通信合作，把计算机互连的功能划分把计算机互连的功能划分 成有明确定义的层次，成有明确定义的层次，规定了同层次实体通信的协议及相邻层之间的接口规定了同层次实体通信的协议及相邻层之间的接口服务。将这些同层实体通信协议及相邻层接口统称服务。将这些同层实体通信协议及相邻层接口统称为为网络体系结构网络体系结构。将为进行网络中的数据交换而建。将为进行网络中的数据交换而建立的规则、标准、约定称为网络协议。立的规则、标准、约定称为网络协议。1.2.1 网络协议1 1、何谓协议、何谓协议 协议就是约定的规则，网络协议就是用来描述进程之间信息交换 协议就是约定的规则

15、，网络协议就是用来描述进程之间信息交换过程的一组术语，也可以说是网络通信中控制数据传输的规则。过程的一组术语，也可以说是网络通信中控制数据传输的规则。2 2、网络协议的三要素、网络协议的三要素（1 1）语法：语法：以二进制的形式表示的命令和相应的结构，规定数据 以二进制的形式表示的命令和相应的结构，规定数据与控制的结构和格式。与控制的结构和格式。（2 2）语义：语义：是规定通信双方要发出何种控制信息、完成何种的动 是规定通信双方要发出何种控制信息、完成何种的动作及做出何种响应。作及做出何种响应。（3 3）交换规则：交换规则：规定事件实现顺序的详细说明，即确定通信状态 规定事件实现顺序的详细说明

16、，即确定通信状态的变化和过程。的变化和过程。1.2.2 分层设计 按照计算机网络的操作特性和数据特性，将不同的功能安排到不同模块 按照计算机网络的操作特性和数据特性，将不同的功能安排到不同模块中实现。这些模块不是并列的，而是按照数据的流向自上而下（反过来 中实现。这些模块不是并列的，而是按照数据的流向自上而下（反过来说也可以）构成的层次化的结构。层与层之间通过在标准的数据接口上 说也可以）构成的层次化的结构。层与层之间通过在标准的数据接口上交换数据来实现通信。这样，复杂的通信处理问题就转化成了若干个相 交换数据来实现通信。这样，复杂的通信处理问题就转化成了若干个相对较小的层次内的局部问题，对其

17、进行的研究和处理也就变得相对容易 对较小的层次内的局部问题，对其进行的研究和处理也就变得相对容易了。了。一个合理的层次结构所具有的优点是：一个合理的层次结构所具有的优点是：各层之间相互独立，高层不必关心低层的实现细节，只要知道低层所提 各层之间相互独立，高层不必关心低层的实现细节，只要知道低层所提供的服务，及经本层向上层所提供的服务即可，能真正做到各司其职。供的服务，及经本层向上层所提供的服务即可，能真正做到各司其职。发有利于实现和维护，某个层次实现细节的变化不会对其他层次产生影 发有利于实现和维护，某个层次实现细节的变化不会对其他层次产生影响。响。易于实现标准化。易于实现标准化。1.3 开放

18、系统互连参考模型1.3.2 OSI参考模型各层的功能1.3.1 OSI参考模型的特征OSI参考模型 最早提出计算机网络体系结构概念的是美国的 最早提出计算机网络体系结构概念的是美国的IBM IBM公司。在 公司。在1974 1974年，年，IBM IBM公司研究开发出了著名的网络标准 公司研究开发出了著名的网络标准SNA SNA系统网络体系结构用 系统网络体系结构用于公司内部网络的建设。于公司内部网络的建设。当时，为了抢占计算机网络这个新兴的市场，不同厂商都制定了各 当时，为了抢占计算机网络这个新兴的市场，不同厂商都制定了各自的标准，生产的设备是互不兼容的。这种情况严重阻碍了网络应 自的标准，

19、生产的设备是互不兼容的。这种情况严重阻碍了网络应用的发展。用的发展。为了实现不同厂家生产的计算机系统之间以及不同网络之间的数据 为了实现不同厂家生产的计算机系统之间以及不同网络之间的数据通信，国际标准化组织 通信，国际标准化组织ISO ISO对当时的各类计算机网络体系进行了研究，对当时的各类计算机网络体系进行了研究，并于 并于1981 1981年正式公布了一个网络体系结构模型作为国际标准，称为 年正式公布了一个网络体系结构模型作为国际标准，称为开放系统互连参考模型，即 开放系统互连参考模型，即OSI/RM OSI/RM，也称为，也称为ISO/OSI ISO/OSI。1.3.1 OSI参考模型的

20、特征OSIOSI参考模型很重要的一个特性，即它采用的是分参考模型很重要的一个特性，即它采用的是分层体系结构，层体系结构，OSIOSI参考模型共划分为七层。参考模型共划分为七层。OSIOSI参考模型的每个层次都有特定的网络功能。上参考模型的每个层次都有特定的网络功能。上面三层（面三层（应用层、表示层、会话层应用层、表示层、会话层）与应用问题有）与应用问题有关，而下面四层（关，而下面四层（传输层、网络层、数据链路层、传输层、网络层、数据链路层、物理层物理层）则主要处理网络控制和数据传输）则主要处理网络控制和数据传输/接收问题。接收问题。应用层表示层会话层传输层网络层数据链路层物理层处理应用程序之间

21、的通信确定数据的表示形式负责在两个端点的应用程序之间建立连接为两个应用程序间提供通信负责逻辑寻址和路径选择负责物理寻址和对网卡的控制以二进制位流（bit）形式传输数据OSI的7层组织资 源 子 网通 信 子 网1.3.2 OSI参考模型各层的功能 OSI参考模型上面1-3层属于通信子网的功能范畴，第5-7层属于资源子网的范畴，第4层起头衔接上、下两层的作用。1、物理层 物理层是 物理层是OSI OSI参考模型的 参考模型的最低层。最低层。物理层主要解决以下问题：物理层主要解决以下问题：1 1、使用什么类型的传输介质，使用什么样的连接器件、使用什么类型的传输介质，使用什么样的连接器件和连接设备。

22、和连接设备。2 2、使用什么拓扑结构。、使用什么拓扑结构。3 3、使用什么样的物理信号表示二进制的、使用什么样的物理信号表示二进制的0 0和 和1 1，以及该，以及该物理信号与传输相关的特性如何。物理信号与传输相关的特性如何。2、数据链路层 物理层上面的层次叫做数据链路层，是利用物理层提 物理层上面的层次叫做数据链路层，是利用物理层提供的比特流传输服务的。数据链路层通过通信的实体 供的比特流传输服务的。数据链路层通过通信的实体间对立数据链路连接，传送以 间对立数据链路连接，传送以“帧 帧”为单位的数据。为单位的数据。数据链路层主要解决以下问题：数据链路层主要解决以下问题：1 1、将、将bit

23、bit信息加以组织并封装成帧。信息加以组织并封装成帧。2 2、确定了数据帧的结构。、确定了数据帧的结构。3 3、通过使用硬件地址及物理地址来寻址。、通过使用硬件地址及物理地址来寻址。4 4、实现差错校验信息的组织。、实现差错校验信息的组织。5 5、对共享的介质实现访问控制。、对共享的介质实现访问控制。3、网络层 网络层也称为通信子网层，是通信子网与网络高层的界 网络层也称为通信子网层，是通信子网与网络高层的界面，主要负责控制通信子网的操作，实现数据从网络上 面，主要负责控制通信子网的操作，实现数据从网络上的任一结点准确无误地传输到目的结点。的任一结点准确无误地传输到目的结点。网络层具体解决了以

24、下问题 网络层具体解决了以下问题 1 1、提供了网络层的地址（、提供了网络层的地址（IP IP地址），并进行不同网络系 地址），并进行不同网络系统间的路径选择。统间的路径选择。2 2、数据包的分割和重新组合。、数据包的分割和重新组合。3 3、差错校验和恢复、差错校验和恢复 4 4、流量控制和拥塞控制。、流量控制和拥塞控制。4、传输层 在OSI/RM的七层协议中，传输层处于正中间，是计算机网络体系结构中至关重要的一层。传输层具体解决了以下问题：1、建立连接 2、保证数据无差错地传输。5、会话层 会话层是利用传输层提供的端到端的服务向表示层或会 会话层是利用传输层提供的端到端的服务向表示层或会话用

25、户提供会话服务。会话协议的主要目的就是提供一 话用户提供会话服务。会话协议的主要目的就是提供一个面向用户的连接服务，并为会话活动提供有效的组织 个面向用户的连接服务，并为会话活动提供有效的组织和同步所必需的手段，为数据传送提供控制和管理。和同步所必需的手段，为数据传送提供控制和管理。会话层具体解决了以下问题：会话层具体解决了以下问题：1 1、会话的建立。、会话的建立。2 2、通信的控制。、通信的控制。6、表示层 表示层位于 表示层位于OSI OSI参考模型的第 参考模型的第6 6层，位于会话层的上方、层，位于会话层的上方、应用层的下方。用于完成数据格式之间的转换。表示层 应用层的下方。用于完成

26、数据格式之间的转换。表示层将数据进行转换和翻译，从而使发送端和接收端都能理 将数据进行转换和翻译，从而使发送端和接收端都能理解。解。表示层具体解决了以下问题：表示层具体解决了以下问题：1 1、数据的表示。、数据的表示。2 2、数据的压缩和解压。、数据的压缩和解压。3 3、定义传输的句法和转换。、定义传输的句法和转换。7、应用层 应用层位于 应用层位于OSI OSI参考模型的最顶层，直接面向用户。应用 参考模型的最顶层，直接面向用户。应用层可实现网络中一台计算机上的应用程序与另一台计算 层可实现网络中一台计算机上的应用程序与另一台计算机上的应用程序之间的通信。机上的应用程序之间的通信。应用层具体

27、解决了以下问题：应用层具体解决了以下问题：1 1、提供用户接口，得到传输的数据。、提供用户接口，得到传输的数据。2 2、提供面向用户的界面，即实用程序，使得用户可以利、提供面向用户的界面，即实用程序，使得用户可以利用这些程序完成实际的工作。用这些程序完成实际的工作。3 3、涉及网络服务、服务公告及服务使用方式。、涉及网络服务、服务公告及服务使用方式。1.4 TCP/IP体系结构1.4.1 TCP/IP体系结构概述1.4.2 OSI参考模型与TCP/IP体系结构的比较 TCP和IP是两个重要的协议：TCP是传输控制协议，属传输层协议。提供面向连接的服务；IP是网际协议，属网络层协议。提供无连接数据服务和网际路由服务。1.4.1 TCP/IP体系结构概述 TCP/IP TCP/IP是一个四层的体系结构，这四层分别是：应用层、是一个四层的体系结构，这四层分别是：应用层、传输层、网际层和网络接口层。它与 传输层、网际层和网络接口层。它与ISO/OSI ISO/OSI参考模型 参考模型有一定的对应关系。有一定的对应关系。OSI TCP/IP OSI TCP/IP协议集 协议集应用层应用层T表示层会话层传输层 传输层网络层 网络互连层数据链 接层 网络接口层物理层