计算机网络第1章综述

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1、峨眉校区 计算机网络 第1章 计算机网络技术概论 计算机网络 u 对计算机网络的定义、功能、分类和组成以及发展过 程进行概念性的介绍 u 掌握贯穿全书的重要思想分层思想 u 介绍Internet的结构、中国互联网的发展及结构、以 及分组交换网中的延迟 计算机网络 u计算机网络就是相互连接的、独立自主的计算机系 统的集合。 u在计算机网络定义中强调的是“相互连接”和“独 立自主”这两个概念。 1.1.1 计算机网络定义 计算机网络 u计算机网络最重要的功能是资源共享。可供共享的资源 包括数据、软件和硬件。 u硬件资源包括计算机的处理能力、存贮能力以及网络信 道带宽 1.1.2 计算机网络的功能

2、计算机网络 1.1.1 计算机网络定义1 1.1.2 计算机网络的功能 2 3 4 1.1 计算机网络的一般概念 1.1.3 计算机网络的分类 1.1.4 计算机网络的组成 计算机网络 u资源共享的基础-大数定律和规模经济性 u大数定律：大量用户，每个用户使用资源的要求都是突发 性的、随机产生的。将全体用户看成一个“整体”，则这个 整体对资源的使用要求就变得相当“平滑”、可以预测、比 较平稳。 u 规模经济性（Economy of Scale）：当资源与用户数目同 时按比例增长时，在一定范围内，规模越大就越经济。 计算机网络 1.1.3.1 按网络采用的交换方法分类 电路交换（circuit

3、switching） 报文交换（message switching） 分组交换（packet switching） 1.1.3.2 按网络的拓扑结构分类 网络的拓扑结构指的是网络中结点（网络中的设备）和链路（连 接网络设备的通信信道）的构型。在计算机网络中采用的信道有 点到点信道和共享信道。 1.1.3 计算机网络的分类 树形图 分布图 总线 和环 计算机网络 1.1.3.3 按网络的作用范围分类 局域网（LAN Local Area Network） 城域网（MAN Metropolitan Area Network） 广域网（WAN Wide Area Network） 1.1.3.4 按

4、网络的使用范围分类 公用网（Public Network） 专用网（Private Network） 计算机网络 计算机网络早期是连机系统，20世纪70年代，随着 ARPANET（ARPA：defense Advanced Research Project Agency）的研究和发展产生了分组交换网。 可以认为：分组交换网才称得上为真正的计算机网络。随 着技术的进步，计算机网络也在不断变化，但所采用的交 换方式仍然以分组交换为主。 1.1.4 计算机网络的组成 计算机网络 分组交换网由通信子网和资源子网两部分组成 计算机网络 在ARPANET中，将分组交换结点称为接口报文处理机IMP. 在In

5、ternet（网间网或互连网）中则称为信关G（Gateway），也可称 为路由器R（Router）。 计算机网络 l资源子网由连在网上的主机构成，资源子网向全网的用户提供共 享的资源。提供用户入网的途径和方法。 l通信子网由分组交换结点以及连接这些结点的链路组成，负责在 主机（Host，简记为H）间传输分组。 计算机网络 l 在局域网中，联网的每台主机都通过网络接口卡连接到共享介质上， 网络接口负责经共享介质在各个主机间发送和接收分组。 l网卡和共享介质构成了局域网的通信子网 计算机网络 计算机是怎样通信的？ 1 . 2计算机网络体系结构与协议 计算机中为什么要使用分层体系结构？ 因为协议太复

6、杂 ，用分层使其简 化，而每层都按 各自的协议工作 按照一定协议 进行通信 计算机网络 连在网络上的两台计算机之间传送一个文件，如下图所示 H1 H2 网 络 传 输 文 件 p源系统应将数据通路激活（active），并要告诉网 络如何识别目的系统； p源系统必须查明目的系统是否已准备好接收数据； p若两个系统中的文件格式不兼容，则其中的一个系统应该负责完成格式的转换； p对出现的各种差错和意外事故，如数据传送错误、重复或丢失，某结点处理机出 故障等，应有稳妥的措施保证最后在目的系统仍能收到正确的文件。 计算机网络 由此可见，相互通信的两个计算机系统必须高度协 调、按照一定的协议工作。 这样，

7、可将复杂而庞大的问题转化成若干局部问题 ，而这些局部问题比较易于研究和处理。这就是计算机网 络采用分层体系结构的原因。 计算机网络 第1代：ARPANET，分为四个层次，现在已发展成为互连网 （INTERNET）的体系结构，即TCP/IP协议族； 第2代：SNA，IBM公司的系统网络体系结构，分为七层； 第3代：国际标准化组织开放系统互连基本参考模型ISO/OSI RM，分为七层； 在计算机网络发展过程中，有代表性的几种网络体系结构 计算机网络 1.2.1.1 协议（protocol）1 1.2.1.2 服务 (service) 2 1.2.1 协议与服务 计算机网络 协议:要在一对实体之间通

8、信，为了对通信过程进行有效的控 制所作出的一些约定。它由语义，语法，变换规则组成 语义：通信双方所要表达的内容，即协议中包含的元素； 语法：规定上述内容的表现形式，即协议中元素的格式； 变换规则：上述元素间的应答顺序，即通信过程中状态的变 换规则。 1.2.1.1 协议（protocol） 计算机网络 经过以上四步，A与B之间就建立了一条数据连接，A就可以向B发送数据了 通信双方要表达的内容：A：B准备好了吗？ B:准备好了（语义） 上述内容的表现形式： ENQ ACK （语法） 上述元素间的应答顺序： ENQ问 ACK答（变换规则） ENQ 点到点专用路线 A 时 间 ACK ACK 接收

9、发送 ENQ 接收 发送 B 计算机网络 1.2.1 .2 服务 服务(SERVICE)是各层向它的上层提供的一组原语 （PRIMITIVE）操作。 实体利用协议来实现本层向上的服务。只要不改变提 供给用户的服务，实体可以随意地改变它们之间的协议 。 服务服务 N+1 层 实体实体 N-SAPN-SAP N层 协议 计算机网络 (1) 实体（ENTITIES）：每一层中活跃的元素（ACTIVE ELEMENT），既可以是硬件，也可以是软件进程。对等实体 （PEER ENTITIES）即同层实体。 (2) 服务访问点SAP（SERVICE ACCESS POINT）：N层 SAP就是N+1层可以

10、访问N层服务的地址（也就是层间接口 INTERFACE），每一个SAP都有一个唯一的识别它的地址. 1)几个概念 计算机网络 (3) 数据单元（DATA UNIT）：层间（经SAP）或同 层实体间（经协议）传送的数据组，前者称为接口数 据单元IDU（INTERFACE DATA UNIT），后者称为 协议数据单元PDU（PROTOCOL DATA UNIT）。 计算机网络 N-1层 N+1实体 N实体 N-1实体 (N+1)-SAP (N)-SAP (N-1)-SAP A N+1层 N层 N+1实体 N实体 N-1实体 (N+1)-SAP (N)-SAP (N-1)-SAP B N+1协议 (

11、N+1)-PDU (N)-SDU N协议 (N)-PDU (N-1)-SDU 报文(N) (N-1)-PDU N-1协议 (N-2)-SDU 报文(N-1) 计算机网络的协议分层和数据层层封装 计算机网络 2 面向连接和无连接服务 在网络中，下层向上层提供的服务分为两大类：面向连接服 务（connection-oriented service）和无连接服务（ connectionless service）。 面向连接服务：类似于电话系统提供的服务。每一次完整的 数据传输都必须经过建立连接、数据传输和终止连接三个过 程。连接本质上类似于在两个SAP间的一个管道，在数据传 输过程中，发送者在管道的

12、一端放入数据，接收者在另一端 取出数据。其特点是接收到的数据与发送方发出的数据在内 容和顺序上是一致的。 计算机网络 无连接服务：类似于邮政系统提供的服务。其中每个报 文（信件）带有完整的目的地址，每个报文在系统中独 立传送。无连接服务不能保证报文到达的先后顺序，原 因是不同的报文可能经不同的路径到达目的地，所以先 发送的报文不一定先到。无连接服务一般也不对出错报 文进行恢复或重传，即无连接服务不保证报文传输的可 靠性。 计算机网络 服务（SERVICES）在形式上是用一组原语（PRIMITIVE）或 操作来描述的；这些原语通知服务采取某些行动（例如REQUEST 和RESPONSE原语），或

13、报告某同层实体已采取的行动（例如 INDICATION 和CONFIRM原语）。 3 服务原语 计算机网络 实体、协议、服务 和服务访问点 协 议 交换原语交换原语 服 务 用 户 提 供 服 务 服 务 提 供 者 第 n 层 第 n + 1 层 服 务 用 户 SAPSAP 计算机网络 ISO/OSI RM有四类原语： pRequest（用户实体要求服务做某些工作）； pIndication（用户实体被告知某事件发生）； pResponse（用户实体表示对某事件的响应）； pConfirm（用户实体收到关于它的请求的答复）。 计算机网络 1.2.2 ISO/OSI RM 1.2.2.1 分

14、层原则 1 1.2.2.2 开放系统互连环境 2 计算机网络 u功能要明确区分开。 1.2.2.1 分层原则 u 层数合适。 u下层对上层是透明的。 计算机网络 1.2.2.2 开放系统互连环境 闭合系统：计算机系统中的应用进程AP仅限于在本系统 内部操作的系统。 开放系统：一个系统中的应用进程能与远地另一个系统中 的进程通信的系统。 计算机网络要把若干计算机系统互连，以互相通信，这就 要求任何一个入网的计算机系统都必须是开放系统，即是 必须在该系统中嵌入七层功能 计算机网络 按照ISO/OSI RM的规定，任何一个系统要成为开放系统 ，必须在该系统中嵌入七层功能。连网的各端开放系统 的七层功

15、能加上介质以及中继开放系统（只有七层中的 下三层），共同构成开放系统互连环境OSIE（Open System Interconnection Environment）。 凡是遵循TCP/IP的各种计算机网络都能相互通信。 计算机网络 OSI 与 TCP/IP 体系结构的比较 应用层 运输层 网络层 表示层 会话层 数据链路层 物理层 7 6 5 4 3 2 1 OSI 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, FTP, SMTP 等) 运输层(TCP 或 UDP) TCP/IP 的体系结构 计算机网络 各层的主要功能 物理层的任务：是利用物理介质透明地传

16、送比特流，主 要是处理机械、电气、功能和过程的接口。 数据链路层要屏蔽掉物理层可能出现的差错，提供相邻 结点间以帧（frame）为单位的可靠传输。 网络层为分组或包（packet）选择传输路径，并解决 拥塞、流量控制和网际互连等问题。 运输层为上一层进行通信的两个进程提供透明的、端到 端的数据通路。运输层只存在于通信子网外面的端开放 系统（又称主机）中。 计算机网络 会话层在两个互相通信的进程之间建立、组织和协调其 交互，对数据传输进行管理。 表示层主要解决用户信息的语法表示，将要交换的数据 从适合于某一用户的抽象语法（abstract syntax）变 换为适合于OSI系统内部使用的传送语法（transfer syntax）。 应用层将应用进程与远端的应用进程交互时经常使用的 功能以及实现这些功能所要使用的协议标准化。 计算机网络 1.2.3 计算机网络发展简况 1.2.3.2 分组交换网 2