计算机网络的分类协议与体系结构课件

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1、计算机通信与网络技术,前言0.1 计算机网络在信息时代的作用,21世纪的一些重要特征就是数字化、网络化和信息化，它是一个以网络为核心的信息时代。 知识经济的两个重要特点就是信息化和全球化。 三网：电信网络、有线电视网络、计算机网络。 20世纪90年代以来，以因特网(Internet)为代表的计算机网络的发展迅速。 计算机网络已经全面贯穿于人类的生活和工作之中，网络的应用无处不在。,0.2 该课程在专业体系中的作用,电气专业或工业控制等领域，网络的应用和互联成为大趋势。 数据远传和共享变得越来越重要。 随着软硬件技术的发展，统一和标准的网络协议逐渐成熟起来。 系统集成是我们所要面对的任务之一，通

2、信是非常关键的一部分。,本课程主要教学内容：,计算机网络的分类、协议与体系结构 物理层 数据链路层 局域网 广域网 网络互连技术 运输层 应用层,对该课程的学习要求,掌握计算机网络的基本概念，熟悉计算机网络的基本技术，理解计算机网络的工作原理。 面对高速发展的网络技术，具有积极动手、主动跟踪、继续学习的基础和能力。,课程进度安排,9周17周，22个讲授课时，8个实验课时,2个考试课时 教材：计算机网络教程（第二版），谢希仁 考核方式：闭卷考试70%，实验20%，作业10%,实验题目,实验一 网络基本知识 实验二 网络应用实验 实验三 网络协议分析 实验四 转发表与路由算法,实验一 网络基本知识

3、,了解网络基本配置中包含的协议、服务和基本参数；掌握Windows 2000系统网络组件的安装和卸载方法；掌握Windows 2000系统共享目录的设置和使用方法；学会制作两种类型的RJ-45接头直通线、交叉线；掌握使用双绞线作为传输介质的网络连接方法；掌握测线仪的使用方法。,实验二 网络应用实验,了解常用的网络应用；掌握IIS的安装和配置；掌握IP地址和TCP端口（SOCKET）的配置；熟悉CRC校验的原理,掌握CRC校验的实现方法。,实验三 网络协议分析,熟悉网络分析软件，学习捕捉数据的方法；分析数据帧和报文，掌握以太网数据帧和IP数据报的结构；按照协议类型分析数据包的各个首部的字段含义的

4、方法；初步尝试用软件编写解析IP数据报首部的字段含义的方法。,实验四 转发表与路由算法,熟悉广域网络的转发机理，理解转发表的作用； 理解路由算法的基本思路。,第1讲 计算机网络基础知识,1.1 计算机网络的分类,1.1.1 计算机网络的定义,计算机网络的精确定义并未统一。关于计算机网络的最简单的定义是：一些互相连接的、自治的计算机的集合。 更准确的定义：凡是将地址位置不同，并具有独立功能的计算机系统通过通信设备和线路连接起来，以功能完善的网络软件实现在网络中资源共享和信息交换的系统，称为计算机网络系统。,1.1.2 计算机网络的几种分类方法,电路交换：用模拟信道的连接在线路上传输信息,电路交换

5、要求在通信的双方之间建立一条实际的物理通路，并且在整个通信过程中，这条通路被独占。这种联网方式称为面向连接的（connection-oriented），过程为“建立连接、通信、释放连接”。,存储交换：数字化网络；存储-转发方式,标志：表示帧的开始和结束 地址：包括源地址和目的地址 控制：报文类型和功能 信息：传送的数据 FCS：帧校验码,报文（帧 Frame）,报文交换每次是无需通过物理连接而建立通信信道的。这种联网方式称为无连接的（connectionless）。,报文交换：不定长报文为单位,分组交换（包交换）：定常报文为单位分组传输,集中式（星型结构）,分布式（网状结构）,1.1.2 计算

6、机网络的几种分类方法,1.2 计算机网络的主要性能指标,1.2.1 带宽（bandwidth）,“带宽”本来的意思是指某个信号具有的频带宽度。带宽的单位是赫兹(Hz)、千赫(kHz)、兆赫(MHz)等。 对于数字信道，“带宽”是指在信道上(或一段链路上)能够传送的数字信号的速率，即数据率或比特率。比特(bit)是计算机中的数据的最小单元，它也是信息量的度量单位。带宽的单位就是比特每秒(bit/s)。 带宽有时也称为吞吐量。,1.2.2 时延（delay）,时延(delay或latency)是指一个报文或分组从一个网络(或一条链路)的一端传送到另一端所需的时间。 总时延 = 传播时延 + 发送时

7、延 + 排队时延,三类时延的计算方法,传播时延=信道长度/信道上电磁波的传播速率 发送时延=数据块长度/信道带宽 排队时延：取决于网络通信量,数据流量的强度 = La/R,R=链路带宽 (b/s) L=分组长度 (bits) a=平均分组到达速率,三种时延在实际中的产生示意,1.2.3 时延带宽积和往返时延,时延带宽积=(传播时延) (带宽),。链路的时延带宽积又称为以比特为单位的链路长度。,1.2.3 时延带宽积和往返时延,往返时延RTT (Round-Trip Time)也是一个重要的性能指标，它表示从发送端发送数据开始，到发送端收到来自接收端的确认，总共经历的时延。 往返时延带宽积的意义

8、,1.3 计算机网络的协议,1.3.1 网络协议的概念,计算机系统互相通信是需要规则的 规则的制定：从SNA到OSI/RM 规则的推广：TCP/IP协议簇成为事实上的国际标准,重要的规则制定者,美国国家标准协会（ANSI） 国际电工委员会（IEC） 国际电信联盟（ITU） 电子工业协会（EIA） 电气和电子工程师协会（IEEE） 国际标准化组织（ISO） 国家标准和技术协会（NIST） 国际商用机器公司（IBM）,什么是协议?,人际交往的协议和计算机网络协议:,Hi,Hi,TCP connection req.,一.计算机协议的概念,为进行网络中的数据交换而建立的规则、标准或约定即称为网络协议

9、。一个网络协议主要由以下三个要素组成： （1）语法，即数据与控制信息的结构或格式； （2）语义，即需要发出何种控制信息，完成何种动作以及做出何种响应； （3）同步，即事件实现顺序的详细说明。,二.协议的特点,1.分层 网络系统体系结构是有层次的，通信协议也被分为多个层次，在每个层次内又可分成若干子层次，协议各层次有高低之分。,二.协议的特点,2.协调配合 每一层和相邻层有接口，较低层通过接口向它的上一层提供服务，但这一服务的实现细节对上层是屏蔽的。 较高层又是在较低层提供的低级服务的基础上实现更高级的服务。,1.4 计算机网络的原理体系结构,1.4.1 原理体系结构（因特网协议栈）,应用层:

10、支持网络应用 ftp, smtp, http 传输层: 主机进程间的数据传递 tcp, udp 网络层: 将数据报从信源传递到信宿 ip, 路由选择协议 链路层: 数据在网络上的相邻结点间的传输 ppp, ethernet 物理层: 信道上传送的位流,数据传递过程,1.4.2 实体、协议、服务和服务访问点,实体entity：任何可发送或接收信息的硬件或软件进程。 协议protocol：控制两个对等实体进行通信的规则集合。 服务：“垂直的”，即服务是由下层向上层通过层间接口提供的。 服务访问点SAP：在同一系统中相邻两层的实体进行交互(即交换信息)的地方。,分层: 逻辑通信,每个层次: 分布的运

11、行 “实体” 在每个节点上实现该层的功能 实体实现动作, 与对等实体交换信息,分层: 逻辑通讯，如传输层,从应用层取得数据 加上地址,校验信息形成 “数据报” 向对等实体( peer)发送数据报 等待对等体在接收后的应答 比喻: 邮局服务,分层: 物理通信,协议分层和数据的封装,每个层次都从上层取得数据 加上首部信息形成新的数据单元 将新的数据单元传递给下一层次,帧、数据报、数据段,1.4.3 面向连接服务与无连接服务,面向连接服务：具有连接建立、数据传输和连接释放这三个阶段。 无连接服务：不需要通信的两个实体同时处于激活态。 数据报(datagram)。 证实交付(confirmed del

12、ivery)。 请求回答(request-reply)。,1.5 OSI与TCP/IP体系结构的比较,OSI参考模型中采用了七个层次的体系结构，将原理体系结构中的应用层再划分为应用层、表示层和会话层。,OSI网络体系介绍,物理层,数据链路层,网络层,运输层,会话层,表示层,应用层,OSI与TCP/IP体系结构对比,在一些问题的处理上，TCP/IP与OSI不同点,TCP/IP一开始就考虑到多种异构网的互连问题。 TCP/IP一开始就对面向连接服务和无连接服务并重。 TCP/IP有较好的网络管理功能。,按层次高低的一些协议来表示TCP/IP协议族,2.6 客户-服务器方式,在TCP/IP的进程之间

13、的通信常用客户服务器方式。 为了解决具体的应用问题而彼此通信的进程就称为“应用进程”。而应用层的具体内容就是规定应用进程在通信时所遵循的协议。 客户(client)和服务器(server)都是指通信中所涉及的两个应用进程。,作业：,P22: 3、11、12、16（第二版) P33: 2、5,习题111 试在下列条件下比较电路交换和分组交换。要传送的报文共x(bit)，从源站到目的站的共经过k段链路，每段链路的传播时延为 d(s)，数据率为C(bit/s)。在电路交换是电路的建立时间为s(s)。在分组交换是分组长度为p(bit)，且各结点的排队等待时间可忽略不计。问在怎样的条件下，分组交换的时延

14、比电路交换的要小？ 解：,第一章,电路交换时延电路建立时间发送时延+传输时延 t1 = s + x/c + kd,分组发送时延呼叫建立时间发送时延+传输时延+结点排队时延 t2 = （k-1）p/c + x/c + kd 0,若t1 t2 则：s （k-1）p/c,分组发送时延呼叫建立时间发送时延+传输时延+结点排队时延 t2 = kp/c + (x/p-1) p/c + kd 0,在习题111的分组交换网中，设报文长度和分组长度分别为x和（p+h）(bit)，其中p为分组的数据部分的长度，而h为每个分组所带的控制信息固定长度，与p的大小无关。通信的两端共经过k段链路。链路的数据率为b(bit

15、/s) ，但传播时延和、结点的排队时间均可忽略不计。若打算使总的时延为最小，问分组的数据部分长度p应取为多大？ 解：,112,分组发送时延呼叫建立时间发送时延+传输时延+结点排队时延 D = （k-1） (h+p)/b + x/p (h+p) /b + 0 0,dD/dp= （k-1）/b hx/bp2 = 0,试计算一下两种情况的发送时延和传播时延： （1）数据长度为107 bit，数据发送速率为100kbit/s，传输距离为1000km，信号在媒体上的传播速率为2 108 m/s。 （2）数据长度为103 bit ，数据发送速率为1Gbit/s ，传输距离和信号在媒体上的传播速率同上。,习

16、题116,2)发送时延= x/c =103 109= 10-6 s,传输时延=L/c= 106 (2 108) =5 10-3 s,1)发送时延= x/c =107 105=100s,传输时延=L/c= 106 (2 108) =5 10-3 s,解：,补充作业,1.在组成网络的三要素中， 是指用户数据与控制信息的结构或格式。 2.通过以太网，从计算机A拷贝一个320MB的文件到计算机B耗时40秒，本次传输中信道的平均速率为 Mbps。 3.相邻层次之间传输的数据单元叫做（ ）。 A、数据报 B、SDU C、用户数据 D、SAP 4.一个有n层协议的网络系统，应用层生成长度为s字节的报文，在每一层都加上长为t字节的报头，那么，网络带宽中因传输各层报头而浪费的比例为（ ）。 A、t/（t+s） B、s/（t+s） C、nt/（nt+s） D、S/（nt+s）,补充作业,5.下面的网络拓扑结构中，会受到信号反射影响的是（