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1、计算机网络技术与应用教程(第2版）,第1章 计算机网络概述,计算机网络是计算机技术和通信技术密切结合的产物，它代表了当代计算机体系结构发展的一个极其重要的方向。,1.1 计算机网络概述,1.1.1 计算机网络及其功能,1数据传输 2资源共享 3负载均衡 4网络服务,1.1.2 计算机网络评价指标,1. 带宽 2. 信道容量 3. 误码率 4. 时延 5. 服务质量,1. 带宽 1）在模拟通信系统中的带宽 信道带宽：信道允许的最高频率和最低频率之差。,信号带宽 信号本身所含的谐波,信号不失真就是信道不能接受的信号频率部分。,完全做到信号不失真是不可能的。 由于信号的能量主要分布在低频部分，这部分
2、不失真，就基本上可以做到不失真。 这样的传输，称为基带传输。基带传输的信号称为基带信号（baseband singal).,把不能传输的信号变为可以传输的信号，称为调制。把调制后的信号复原，称为解调。改变信号 另一种努力就是提高信道的传输能力，,2）数字传输系统中的带宽比特率,最高比特率称为信道容量。由于传输率与时钟频率成正比。所以也称带宽。 带宽的单位b/s、kb/s、Mb/s、Gb/s等。,表1.1 常用量词在计算机领域与通信领域的含义,2. 信噪比与误码率 信噪比（Signal-To-Noise Ratio，SNR）信号的平均功率与噪声的平均功率之比。 噪声形成原因：内部、外部。 影响信
3、号过滤的因素：带宽。 所以：信噪比称为评价信道质量的重要参数。,在数字系统中，用误码率评价传输信道的质量：,3. 时延 传输总时延=处理时延 + 发送时延 + 传播时延,4. 服务质量 数据在一个计算机网络中传送，犹如车辆在一个城市行驶，常常会出现道路拥挤甚至堵塞的情形，使时延超过允许的限度。网络服务质量（quality of service，QoS）就是当网络出现过载或拥塞时，要保证重要的业务量不被延迟或丢失，并使网络高效运行。,1.2 计算机网络分类,1.2.1 按网络的作用范围分类, 局域网（local area network，LAN）； 城域网（metropolitan area n
4、etwork，MAN）； 广域网（wide area network，WAN）。,1.2.2 按网络拓扑结构分类,1星型拓扑 2总线型拓扑 3环型拓扑,4树形拓扑 5网状拓扑,6混合式拓扑,7蜂巢式拓扑,1.3 ISO/OSI-RM体系结构,1.3.1 OSI/RM概述,OSI/RM划分层次的原则是： （1）网路中各结点都有相同的层次； （2）不同结点的同等层具有相同的功能； （3）同一结点内相邻层之间通过接口通信； （4）每一层使用下层提供的服务，并向其上层提供服务； （5）不同结点的同等层按照协议实现对等层之间的通信。,1.3.2 OSI/RM各层的功能,1物理层 OSI/RM的7层中，不
5、包括传输介质，但是把传输介质作为基础，这样就可以使这个标准具有一定灵活性。因此物理层(physical layer，PHL)就是OSI参考模型的最低层。在这一层关心的是如何保证数字信号如何可以在物理介质上可靠地传输，并不关心这些比特的含义。具体一点说，该层定义了物理链路的建立、维护和拆除有关的机械、电气、功能和规程特性。包括信号线的功能、“0”和“1”信号的电平表示、数据传输速率、物理连接器规格及其相关的属性等。,2数据链路层 在物理层解决了数字信号的可靠传输的基础上，就要考虑同一网络中两个结点之间的数据传输问题。,这同一网络中的两个结点之间的数据通路就称为链路（link）。所以这一层称为数据
6、链路层(data link layer，DL)。或者说，是要解决一个结点所连接的链路上的数据交换问题。具体地说，它要解决如下问题。 （1）一个结点可能会是星型结构，即它连接多个了链路。因此首先要考虑传输是往哪个结点传输，为此要解决地址问题。这个地址用所连接的设备地址表示，称为物理地址，又称MAC media access control/medium access control，媒体访问控制）地址。 （2）要保证在链路上可靠传送，就要关心传输中出现错误如何发现和处理。主要的技术是数据校验码、确认和反馈重发等。 （3）一个链路的两端的收发速率往往不同，如果发得快，收得慢，就会造成缓冲器溢出以及
7、链路上的拥挤、阻塞，所以需要进行流量控制。,3网络层 数据链路层解决的是一个网络中的结点之间的可靠通信问题。在此基础上，要解决某个网络中的一台主机发送的数据如何才能传送到另一个网络中的一台主机种，也就是要解决网络之间输出传送的路径称为路由。,为避免通信子网中出现过多的数据包而造成网络阻塞，网络层还需要对流入的数据包数量进行控制（拥塞控制）。,4传输层 数据是由位于源主机上的某种应用进程（程序运行）发出，并且由位于目的主机上的进程接收的。而一个主机可以同时运行多个进程。为了区别它们，把一种应用进程称为一个端口。即数据实际上是在两个端口之间流动。,5会话层 运输层为两个进程之间的通信提供了保障。在
8、此基础上需要一套管理和协调不同主机上各种进程之间的对话的机制，即负责建立、管理和终止应用程序之间的会话。这就是会话层(session layer，SL)的职责。,6表示层 表示层(presentation layer，PL)处理流经结点的数据编码的表示方式问题，以保证一个系统应用层发出的信息可被另一系统的应用层读出。如果必要，该层可提供一种标准表示形式，用于将计算机内部的多种数据表示格式转换成网络通信中采用的标准表示形式。数据压缩和加密也是表示层可提供的转换功能之一。,7应用层 应用层(application layer，AL)是OSI/RM中的最高层，是用户与网络的接口。该层通过应用程序来完
9、成网络用户的应用需求，如文件传输、收发电子邮件等。,1.3.3 OSI/RM中数据的封装与拆封装,1.3.4 实体、协议、服务和访问点,1实体 实体（entity）是对发送数据的或接收信息的硬件或软件进程的抽象。在OSI/RM中，每一层都可以看成一个实体。通常，上层实体是通过软件实现的，下层是通过硬件实现的。,2网络协议,协议主要包含3个要素： （1）语法，即数据与控制信息的结构和格式，例如每一层封装所添加的数据单元头部结构。 （2）语义，定义了发送者或接收者所要完成的操作，例如，在何种条件下数据必须重传或丢弃。 （3）同步，即实体之间动作的时间协调。,3服务 服务是一方实体的下层对于上层的支
10、持关系。在计算机网络中，每一层的工作都是在协议的控制下，在下一层提供的服务基础上进行的。或者说，某一层要实现本层协议，还需要使用下面一层所提供的服务，并且下层的协议实现对这一层是透明的，即这一层不需要知道协议层协议的实现细节。例如，物理层是在传输介质提供的服务上进行的，数据链路层是在物理层提供的服务的基础上进行的，但不需要知道物理层协议是如何实现的等。 所以，协议是实体之间的水平关系，服务是实体之间的垂直关系。,4服务访问点 服务访问点（service access point，SAP）是指层间接口，是同一系统中相邻两层的实体间交互(即交换信息)的地方。,1.3.5 OSI/RM中的三级抽象,
11、第一个层次的抽象是定义体系结构。 第二层次的抽象是定义服务。 第三层次的抽象是定义OSI协议规范，各层的协议规范精确的定义：应当发送什么样的控制信息，以及应当用什么样的过程来解释这个控制信息。协议的规范是对计算机网络各个部分最严格的约束。,1.4 基于网络互联的TCP/IP网络体系结构,1.4.1 APRAnet与TCP/IP,ARPA（Advanced Research Projects Agency，美国国防部高级研究计划管理署）开始研究如何建立分散式指挥系统，以保证战争中部分指挥点被摧毁后其它点仍能正常工作。这项研究的主要内容是如何把分散在不同地点的异种计算机连接起来。1968年时任AP
12、RA信息处理处处长的拉里罗伯茨（Larry Roberts)提交了一份研究报告，提出构建APRAnet的设想。,罗伯特卡恩（Robert Elliot Kahn，1938年12月23日）设计阿帕网总体结构，温顿瑟夫（Vinton G. Cerf，1943年6月23日）参与程序编写 .,一开始TCP/IP这两个协议只有分工，还没有层次组织的思想，而且ARPAnet的应用也很简单。后来，Internet的应用急剧增加，所连接的网络迅速膨胀，人们开始考虑IP与具体网络之间的接口问题，也开始考虑应用协议问题。OSI/RM提出后，它开始向OSI/RM靠拢，用层次结构对其所有协议进行划分，加给它一个层次形态。所以，对于Internet体系的层次的划分并不是非常严格，也不完全，后来打补丁、加套接层,1.4.2 分组交换,1.4.2 分组交换,1电路交换,2存储-转发交换,3分组交换,1.4.3 虚电路与数据报,1.4.4 TCP/IP体系结构,1.5 IEEE 802体系结构,1.5.1 IEEE 802模型,1.5.2 IEEE 802标准,1.6 基于TCP/IP + 以太网的流行网络体系结构,
