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1、计算机通信和网络,教材：,计算机网络教程 高等教育出版社 高传善 毛迪林 等编 参考书： 计算机网络第四版 清华大学 潘爱民 译 计算机网络 网络设计的原理、技术和协议 机械工业出版社 高传善 等译,第一章 计算机网络概论,计算机网络的演变和发展 计算机网络的基本概念 计算机网络的层次体系结构 计算机网络的分类,1.1计算机网络的演变与发展,计算机网络是计算机和通信技术发展的产物 面向终端的计算机网络 计算机计算机网络 开放式标准化的计算机网络 网络发展趋势,1.1.1 计算机和通信技术发展的产物,计算机网络有时也称为数据传输网络（datacom 或data-transmission netw
2、ork),1.1.2 面向终端的计算机网络,二十世纪五十年代中至六十年代 实际上是以单个计算机为中心的远程联机系统，虽然历史上也曾称它为计算机网络，但现在为了更明确地与后来出现的多台计算机互连的计算机网络相区分，也称为面向终端的计算机网络。,第一阶段面向终端的计算机网络,1.1.2 面向终端的计算机网络,缺点：主机负载较重，通信线路利用率低。,1.1.2 面向终端的计算机网络,1.1.2 面向终端的计算机网络,第一代计算机网络的特点是：面向终端，只有主机具有自主处理能力。,FEP(Front End Processor,简称为前端机): 前端处理器,1.1.3 计算机计算机网络,第二阶段计算机
3、-计算机网络,二十世纪六十年代末至七十年代末 多台计算机通过通信线路互连起来而为用户提供服务，即是计算机-计算机网络 和以单台计算机为中心的远程联机系统的显著区别是：都是具有自主处理能力的，不存在主从关系 这才是我们目前常称的计算机网络,1.1.3 计算机计算机网络,1.1.3 计算机计算机网络,1.1.3 计算机计算机网络,两级子网,第二代计算机网络的特点是：结构上分为两个部分，一是由负责数据处理的主机系统组成的资源子网；二是由负责数据通信的通信处理机组成的通信子网。,资源子网 提供访问的能力 通信子网 提供数据通信能力,1.1.3 计算机计算机网络,最初的ARPANET设计,分组(pack
4、et) : ARPA网中存储转发的基本信息单位 分组交换网(packet switching network) :以存储转发方式传输分组的通信子网,1.1.3 计算机计算机网络,ARPANET的增长情况,(a)1969.11 (b)1970.7 (c)1971.3 (d)1972.4 (e)1972.9,1.1.4 开放式标准化计算机网络,第三阶段开放式标准化网络,二十世纪八十年代初至九十年代初 它具有统一的网络体系结构、遵循国际标准化的协议 国际标准化组织ISO (International Standards Organization)于1984年正式颁布了标准化的开放系统互连参考模型OS
5、I/RM(Open System Inter-connection Basic Reference Model, OSI/RM)的国际标准ISO 7498，也被称为OSI七层模型,1.1.4 开放式标准化计算机网络,ISO和CCITT(国际电话电报咨询委员会，现已改组为国际电信联盟电信标准化部：ITU-TSS)为各个层次开发了一系列的协议标准。 如与ISO7498等价的X.200以及X.25、X.3、X.28、X.29、X.75等建议。,1.1.4 开放式标准化计算机网络,因特网(Internet) 是在原ARPANET基础上经改造而逐步发展起来的，它对任何计算机开放，只要遵循TCPIP协议簇
6、的标准，并申请到IP地址就都可以通过信道接入Internet 两个核心协议：TCP(传输控制协议, Transmission Control Protocol)和IP(网际协议或互联网协议, Internet Protocol ) 由于被广泛应用，已成为事实上的“国际标准”,第三代计算机网络的特点是：具有统一的网络体系结构，遵循国际标准化协议。,1.1.5 网络的发展趋势,目前所处阶段网络计算的新时代,新一代计算机网络的特点是：网络覆盖范围不断扩大，向全球延伸，网络向高速化、多媒体化发展。,1.1.5 网络的发展趋势,计算机网络向高速宽带化发展,以远距离网络为例 CCITT X.25的公用分组
7、交换数据网64K b/s 帧中继（Frame Relay）2M b/s 异步传送模式ATM（Asynchronous Transfer Mode）155M b/s、622M b/s、2.5G b/s 波分多路复用WDM（Wave Division Multiplexing）技术,如采用密集波分多路复用DWDM（Dense WDM）6400G b/s,1.1.5 网络的发展趋势,从端用户看 早期的2400 b/s低速调制解调器，经历了56K b/s的高速调制解调器、可提供128k b/s上网的窄带综合业务数字网N-ISDN（Narrow-Integrated Services Digital N
8、etwork） 数百k b/s上网速率的ADSL(Asymmetrical Digital Subscriber line, 非对称数字用户线) 和有线电视经双向改造后的HFC(混合光纤/同轴电缆，即俗称“有线通”) 接入 未来VDSL(Very high speed Digital Subscriber line, 超高速数字用户线) 和光纤到户FTTH(Fiber To The Home) 则可达到更高的用户入网接入速率,互联网40年十大里程碑事件,1.2 计算机网络的基本概念,什么是计算机网络 计算机网络的组成 计算机网络的功能 计算机网络的应用（不讲）,1.2.1 什么是计算机网络,计
9、算机网络是由各具有自主功能而又通过各种通信手段相互连接起来以便进行信息交换、资源共享或协同工作的计算机组成的复合系统。,1.2.2 计算机网络的组成,计算机网络由通信子网和资源子网两部分构成 。 通信子网负责计算机间的数据通信，包括传输媒体(Transmission Medium)、中继器(Repeater)、集线器(Hub)、网桥(Bridge)、交换机(Switch)和路由器(Router)等通信中间设备 资源子网负责提供共享的硬件、软件和信息资源，进行信息处理。,1.2.3 计算机网络的功能,消除地理距离的限制实现资源共享 提高可靠性 节省经费 具有可扩充性 提供人际通信手段 可以在各资
10、源主机间分担负荷 协同计算,1.3 计算机网络的体系结构,层次模型 开放系统互连基本参考模型 因特网络参考模型 OSI与Internet参考模型的比较 网络通信标准化组织（课后看）,1.3.1 层次模型,1.3.1 层次模型,1.3.1 层次模型,网络协议与网络体系结构的概念,协议(protocol) ：指通信双方关于进行通信的一种约定。 包括对传送信息内容的理解、信息表示形式以及各种情况下的应答信号等。 体系结构(architecture) ：层和协议的集合称为网络的体系结构。 包括如何分层以及各层中采用的具体协议。,1.3.1 层次模型,分层原则,每层能完成一组特定的有明确含义的功能。 当
11、某一层具体实现方法更新时，只要保持层间接口不变，不会对邻层造成影响 。 层间接口清晰，跨越接口的信息量应尽可能少。 层数应适中。 若太少，则层间功能划分不明确，多种功能混杂在一层中，造成每一层的协议太复杂。若太多，则体系结构过于复杂，各层组装时的任务要困难得多 。,1.3.1 层次模型,基本层次的划分,通信软件必需的接口： 面向用户应用的接口 面向通信线路的接口,用户服务层US (User Service) 通信服务层CS (Communication Service),1.3.1 层次模型,层间接口和服务,(1)实体,(2)服务用户和服务提供者,(3)服务访问点SAP (Service Ac
12、cess Point),(4)服务数据单元SDU(Service Data Unit),(5)接口数据单元IDU (Interface Data Unit),(6)接口控制信息ICI(Interface Control Information),(7)协议数据单元PDU(Protocol Data Unit),1.3.1 层次模型,服务与协议的关系,服务是指某一层向它上一层提供的一组原语。它定义了该层打算代表其用户执行哪些操作，但是它并不涉及如何实现这些操作。 协议是一组规则，用来规定同一层上的对等实体之间所交换的消息或分组的格式和含义。这些实体利用协议来实现它们的服务定义。,服务涉及到层间的
13、接口，协议涉及到不同机器上对等实体之间发送的分组。,1.3.1 层次模型,6. 网络体系结构中的数据传递模型,M,M,1.3.1 层次模型,要点归纳如下:,除了在物理媒体上进行的是实通信外，其余各对等层实体间进行的都是虚通信 。 对等层的虚通信必须遵循该层的协议。 n层的虚通信是通过n-1n层间接口处n-1层提供的服务以及n-1层的通信(通常也是虚通信)来实现的。,1.3.2 开放系统互连基本参考模型,基于通信功能分层的概念，OSI 参考模型（ISO/IEC 7498-1）给出了详细的通信模型。 为获得健壮的通信系统，该模型定义了7 层，并详细给出了每层的功能要求。 该模型并未定义实现每层功能
14、的协议，也没有将实现方案限制在某一单一协议上。,1.3.2 开放系统互连基本参考模型(续),1.3.2 开放系统互连基本参考模型(续),1.物理层(physical layer): 为在物理媒体上建立、维持和终止传输数据比特流的物理连接提供机械、电气、功能和过程的手段。 在物理媒体上传输原始的数据比特流信号。 EIA-RS-232C 例如10Base-T标准中定义了电缆为带有100欧姆阻抗的非屏蔽三类双绞线，RJ-45接口，最大长度100米，线上数据表示为曼彻斯特码等。,1.3.2 开放系统互连基本参考模型(续),2.数据链路层(data link layer): 通过校验、确认和反馈重发等手
15、段将原始的物理连接改造成无差错的数据链路，同时还要进行流量控制(flow control) 。 将比特组合成数据链路协议数据单元DL-PDU 数据链路协议数据单元是OSI标准中使用的术语，又称帧(frame) 。 例子：高级数据链路控制HDLC (High-level Data Link Control)规程,1.3.2 开放系统互连基本参考模型(续),3.网络层(network layer): 主要关心通信子网的运行控制，负责路由选择和拥塞控制。 主要解决如何把网络协议数据单元分组（Packet）从源传送到目标 在通信子网中进行路由(routing)选择 。,1.3.2 开放系统互连基本参考
16、模型(续),4.运输层(transport layer): 为上层用户提供端到端的透明、优化的数据传输服务。 是第一个端对端，也就是主机到主机的层次； 高层用户就可利用运输层的服务直接进行端到端的数据传输，从而不必知道通信子网的存在； 可以通过分流(splitting) 来提高吞吐量； 通过复用(multiplexing) 将多个运输通信合用一条网络连接。 处理端到端的差错控制和流量控制的问题,1.3.2 开放系统互连基本参考模型(续),5.会话层(session layer): 负责管理和建立不同机器上各种进程间的连接。 会话层是进程到进程之间的层次； 会话层组织和同步进程间的对话； 全双工或半双工 提供同步服务 。 会话层很少以独立协议体的形式出现，一般和应用层的功能结合在一起，用单个协议实现。,1.3.2 开放系统互连基本参考模型(续),6.表示层(presentation layer): 主要为上层用户提供共同需要的数据或信息语法表示变换。 通过
