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1、,计算机网络基础（第二版）,第一章 计算机网络概述,计算机网络概述,数据通信基础,计算机网络的分类和拓扑结构,计算机网络体系结构,本章主要内容,数据交换技术,因特网,国际标准化组织,1.1 计算机网络概述,本节主要内容 1.1.1 计算机网络的定义 1.1.2 计算机网络的组成 1.1.3 计算机网络的功能,三个方面来理解：多机系统、互联系统、资源共享系统,1.1.1计算机网络的定义,1.1.1计算机网络的定义,1.1.1计算机网络的定义,对计算机网络的定义的再说明,网络首先是现代信息技术发展的产物，是计算机技术和通信技术的结合。 网络中的计算机是自主计算机，即排除网络系统中主从关系的可能性。
2、一台主机和多台从属机的系统不能称为网络。,1.1.1计算机网络的定义,计算机网络与分布式系统的区别(P2),分布式系统：两台以上具有统一的操作系统的计算机通过介质连接而成既可以合作工作，又可以自治工作的集合体。 在分布式系统中，多台自主计算机的存在对用户是透明的。 网络和分布式系统的区别更多地取决于软件（尤其是操作系统）而不是硬件。,1.1.1计算机网络的定义,计算机网络的硬件和软件 网络硬件：服务器（如Web服务器，邮件服务器） 工作站 连接设备（如网卡，路由器） 传输介质（如双绞线，光纤） =物理通道 网络软件：网络操作系统 （ （如Windows 2003 Server,Linux，UN
3、IX) 网络协议软件(如TCP/IP) 应用软件（如IE，QQ),1.1.2计算机网络的组成,计算机网络的硬件组成,网络中的计算机 网络接口卡 中继器和集线器 网桥和交换机 路由器 传输介质连接器件,计算机网络的硬件组成,网络的组成设备之一：网卡,内置网卡图片,通信子网和资源子网 （1）资源子网 负责全网面向应用的数据处理工作，向用户提供数据处理能力、数据存储能力、数据管理能力、数据输入输出能力以及其他数据资源。 （2）通信子网 主要任务是将各种计算机互连起来，完成数据之间的交换和通信处理。,1.1.2计算机网络的组成,通信子网和资源子网,1.1.2计算机网络的组成,1.1.3计算机网络的功能
4、,资源共享(软件、硬件、数据） 数据通信 分布式处理 负载均衡 提高了系统可靠性和可用性,1.2 计算机网络的分类和拓扑结构,本节主要内容 1.2.1 计算机网络的分类 1.2.2 计算机网络的拓扑结构,1.2.1计算机网络的分类,计算机网络的分类,广域网中的主机和子网,1.2.1计算机网络的分类,网络拓扑结构,1.2.2计算机网络的拓扑结构,常见的局域网拓扑结构,1.总线型拓扑,A,B,C,C,优点： 结构简单，实现容易； 易于安装维护,缺点： a.故障检测和隔离较困难， 总线故障会导致全网瘫痪； b.负载能力较低,常见的局域网拓扑结构,总线型拓扑图,总线型拓扑,结构：各工作节点（包括服务器
5、与工作站）均连在一条总线上，传输介质通常采用同轴电缆。在需要分支的地方，电缆线上配有特制的分支插口，与之相连的各工作站、服务器节点内也有相应的分支插头。,总线型拓扑的性能特点,各节点地位平等，无中心节点控制。所有结点都可以通过总线传输介质发送或接收数据，但一段时间内只允许一个结点利用总线发送数据“共享” 。 总线上的信息通常以基带形式串行传输，并从发送节点向两端扩散，当一个结点利用总线传输介质以“广播”方式发送信号时时，其他结点都可以用“收听”到所发送的信号，故又称广播式网络 “共享”产生“冲突”（collision），冲突造成数据传输的失效，需要提供一种机制用于解决冲突问题。,常见的局域网拓
6、扑结构,2.环型拓扑,优点： 能够较有效地避免冲突，传输延迟时间固定。,缺点： 环形结构中的网卡等通信部件 比较昂贵且管理复杂。,常见的局域网拓扑结构,环型拓扑图,环型拓扑的结构特点,各节点通过环路接口连在一条闭合的环型通信线路中 传输介质可采用电缆或光缆 数据以基带信号串行传输，但从发送节点出来后，在环中沿一个固定方向绕环逐站传输 多个结点共享一条环通路的共享介质结构，也要提供旨在解决冲突问题介质访问控制。,为增加环形拓扑可靠性，还引入了双环拓扑。 在单环的基础上在各站点之间再连接一个备用环，从而当主环发生故障时，由备用环继续工作。,双环结构,常见的局域网拓扑结构,优点： 结构简单，可扩充性
7、强； 故障的检测和隔离方便。,缺点： 需要大量电缆，因此费用较高； 中央结点产生故障，则全网不能工作。,3.星型拓扑,中央 结点,常见的局域网拓扑结构,星型拓扑图,星型拓扑,结构：网络由各节点以中央节点为中心相连接，各节点与中央节点以点对点方式连接。 传输介质可采用电缆或光缆,星型拓扑的结构特点,任何两节点之间的数据通信都要通过中央节点，中央节点集中执行通信控制策略，如完成节点间通信时物理连接的建立、维护和拆除； 中央节点通常为集线器或交换机,星型拓扑的性能特点,一般，星型网络结构中的数据信息传播方式有两种：一种是中心节点以广播的方式工作，从一个节点传送来的数据到达中心节点后，被重传到外出链路
8、上。在这种情况下，尽管这种安排在物理上是星型，在逻辑上却是总线型，采用的是广播的方式。（如中心节点采用集线器）；另一种方式是中心节点作为一个数据交换设备工作，一个到达中心节点的数据经过处理后，找到相应的节点，并被传送出去，采用的是点对点方式。（如中心节点采用交换机）,常见的局域网拓扑结构,4.树型拓扑,优点： 易于扩展； 故障隔离方便。,缺点： 根结点发生故障，全网不能正常工作。,根结点,常见的局域网拓扑结构,树型拓扑图,树型拓扑的结构特点,星型拓扑结构的一种扩充，又叫树型拓扑结构 ； 结构特点：一个星型拓扑的末端节点又是其他星型拓扑的中央节点。,树型网络结构与星型网络结构相比，降低了通信线路
9、的成本，但增加了网络的复杂性。网络中除最低层节点及其连线外，任一节点或连线的故障均影响其所在支路网络的正常工作。,树型拓扑的性能特点,优点： 结点间路径多； 可靠性高； 网络扩充比较灵活、简单。,缺点： 网络关系复杂； 建网和网络控制机制复杂。,常见的局域网拓扑结构,5.网状拓扑,常见的局域网拓扑结构,网状拓扑图,网状结构分为全连接网状和不完全连接网状两种形式。在全连接网状结构中，每一个结点和网中其他结点均有链路连接。在不完全连接网状网中，两节点之间不一定有直接链路连接，它们之间的通信，依靠其他节点转接。广域网中一般用不完全连接网状结构。,常见的局域网拓扑结构,拓扑的选择,1.3 计算机网络体
10、系结构,本节主要内容 1.3.1 层次结构和协议 1.3.2 ISO/OSI参考模型 1.3.3 TCP/IP参考模型,1.3 计算机网络体系结构,1.3.1 层次结构和协议 1、层次结构 计算机网络的硬件和软件称为实体(entity) 分层：将计算机网络的实体划分成不同功能的若干层次，每一层都建立在它的下一层之上，向它的上一层提供一定的服务；相邻层之间通过接口来实现访问。,通过邮局寄信实例,运输部门,甲地,乙地,邮政系统信件发送、接收过程,1.3.1 层次结构和协议,通信双方的相同层次我们称之为对等实体(peer entity) 对等实体之间必须按照约定的规则才能完成通信，这个规则我们称之为
11、协议（protocol） 城市交通系统交通规则 光管的设计标准 邮政通信系统中中英文信封的书写规范,1. 层次结构,中英文信封的书写规范,语法定义数据的格式或信号的形式； (控制信息的格式、数据编码等）=如何讲？ 语义包含了对等进程协调配合和数据管理所需要的信息结构；=讲什么？ （控制信息的内容，需要做出的动作及响应） 时序指收、发速率匹配和接收排序 （事件的先后顺序和速度匹配） 协议只确定计算机各种规定的外部特点，不对内部的具体实现做任何规定。如遇红灯停车，不对停车的操作进行规定（不同车型）。,协议三个要素,为了降低系统设计和实现的难度，把计算机网络要实现的功能进行结构化和模块化的设计，将整
12、体功能分为几个相对独立的子功能层次，各个功能层次间有机地连接，下层为其上一层提供必要的功能服务。这种层次结构称为网络层次结构模型。 网络层次结构模型包含两个方面的内容，一是将网络功能分解到若干层次，在每一个功能层次中，通信双方共同遵守该层次的约定和规程，这些约定和规程称为同层协议；二是层次之间逐层过渡，上一层向下层提出服务请求，下一层完成上一层提出的请求。,1. 层次结构,邮局对于写信人来说是下层 运输部门是邮局的下层 下层为上层提供服务 写信人与收信人之间使用相同的语言 邮局之间的约定 同层次之间使用相同的协议,OSI的层次间关系,以邮局实例说明,分层设计的意义 用户服务层的模块设计可相对独
13、立于具体的通信线路和通信硬件接口的差别 而通信服务层的模块设计又可相对独立于具体用户应用要求的不同,例如：文件传输或电子邮件服务模块的设计，不必关心底层通信线路是光纤还是双绞线,层次结构和协议,2.分层结构的数据传送,每层在向下一层传输数据前，都在数据上加上一个“报头”。,每层在往上一层传输数据前，都在原数据上剥掉该层“报头”。,A公司的高层发一封信到B公司的高层=A公司秘书再加上一个信封，注明给B公司的秘书，并交下一层处理每往下经过一层，就包上一个新的信封. 信件到B公司后，每层拆去一个信封后，然后交给它的上一层.B公司高层。,虚通信的实际例子,对等进程之间的通信（水平方向上的通信）称为虚通
14、信，而在上下层之间的通信才是实际通信。通信过程特点：（1）对等进程通信（2）发方加头，收方去头,虚通信与实际通信,在分层模型中，每一层的功能是为它的上层提供服务的，该层就称为服务提供者(Service Provider)。 而它的上层使用它所提供的服务，称之为服务用户（Service User）。 如“邮政系统信件发送、接收过程 ”中的“邮局服务业务” 相邻层之间要交换信息，要有一些接口，且对接口必须有一致的规则。 如“邮政系统信件发送、接收过程 ”中的“邮箱（筒）”就是其中的一个接口。,3.接口和服务,服务和协议是完全不同的概念。 服务是各层向它的上层提供的一组操作，但不涉及如何完成操作。服
15、务定义了两层之间的接口，只能通过接口实现上下两层的访问。(垂直的） 协议是定义同层对等实体之间交换的帧、分组和报文的格式及意义的一组规则。（水平的） 实体利用协议来实现它们的服务定义。,4.服务和协议的关系,伴随着计算机网络的飞跃发展，各大厂商根据自己的协议生产出了不同的硬件和软件 为了实现网络设备间的互相通讯，ISO和IEEE相继提出了OSI参考模型及其TCP/IP模型。,引入,1.3.2 ISO/OSI参考模型,OSI 协议模型,通信的双方需要“讲”相同的语言,网络通信的过程很复杂，为了降低复杂性,1983年，ISO组织发布了OSI参考模型,OSI(Open System Intercon
16、nection Reference Mode) 是开放的通信系统互联参考模型,OSI参考模型,国际标准化组织（ISO）在1983年提出了开放系统互连参考模型（OSI/RM：Open System Interconnection /Reference Mode），该模型是设计和描述网络通信的基本框架。生产厂商根据OSI模型的标准设计自己的产品。OSI描述了网络硬件和软件如何以层的方式协同工作进行网络通信。 该模型是为了解决异种机互连而制定的开放式计算机网络层次结构模型。是一种抽象结构，而并非具体实现的描述。,OSI模型有七层其分层原则：,（1）根据不同功能抽象分层，每个层应该实现一个定义明确的功能。 （2）不能太少，不能太多。分层如果太少，使每层的功能太多，从而无实现将问题简化的目的，另外，无法将各层独立出来；如果层次太多，相反又会使问题变得复杂。 （3）每层功能的选择应有助于制定网络协议的国际标准，各层边界的选择应尽量减少跨过
