计算机网络11

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1、计算机网络,主讲：李慧 Email：zjhz_,课程简介 课程安排 考核方式： 平时（考勤、作业、实验）+考试,第1章 计算机网络基础,本章主要内容： * 计算机网络的定义 * 计算机网络的发展 * 计算机网络的组成 * 计算机网络的体系结构 * 计算机网络的应用 * 计算机网络的分类,1.1 计算机网络的定义,“网络”通常是指为了达到某种目标而以某种方式联系或组合在一起的对象或物体的集合。 如：交通系统、供水或供电系统、邮政系统 计算机网络是指将地理位置不同且功能相对独立的多个计算机系统通过通信线路相互连在一起、由专门的网络操作系统进行管理，以实现资源共享的系统。,1.2 计算机网络的发展,

2、四个发展阶段 计算机网络初级阶段 计算机网络形成阶段 标准或开放的计算机网络阶段 高速、智能化的计算机网络阶段,1.初级阶段,主要特点:单主机多终端 远程联机系统: “终端-通信线路-计算机”的模式,被称为第一代计算机网络.,2.形成阶段,主要特点：以通信子网为中心，多主机多终端,ARPAnet,ARPAnet首先实现了以资源共享为目的不同计算机互连的网络 。,ARPAnet标志着计算机网络的发展进入了第 二代。,3标准、开放的计算机网络阶段,1984年ISO颁布了“开放系统互连基本参考模型”，这个模型通常被称作OSI参考模型 。,OSI参考模型的提出，标志着计算机网络的 发展步入了成熟阶段。

3、,4高速、智能的计算机网络阶段,网络带宽不断提高 多媒体应用在计算机网络中所占的份额越来越高 网络的可靠性、安全性和可用性得到提高 网络管理也逐渐进入了智能化阶段,上述计算机网络发展的个阶段划分并不是绝对的，各阶段之间也不可能完全分开。,1.3 计算机网络的组成,从资源构成的角度讲，计算机网络是由硬件和软件组成的。 硬件包括各种主机、终端等用户端设备，以及交换机、路由器等通信控制处理设备， 软件则由各种系统程序和应用程序以及大量的数据资源组成。,按功能划分：资源子网和通信子网,资源子网,资源子网的功能：负责全网的数据处理业务，并向网络用户提供各种网络资源和网络服务。 资源子网的组成：主要由主机

4、、终端以及相应的I/O设备、各种软件资源和数据资源构成,通信子网,通信子网的功能：为资源子网提供传输、交换数据信息的能力 通信子网的组成：主要由通信控制处理机、通信链路及其他设备如调制解调器等,1.4 计算机网络的体系结构,计算机网络体系结构的形成,为了降低协议设计的复杂性，提高灵活性，大多数网络都按层（layer）的方式来组织，从而进行处理。,在所有的网络中，每一层的目的都是向它的上层提供一定的服务，而把如何实现这一服务的细节对上层加以屏蔽。,计算机网络的分层特点,分层的优点： 1）各层之间是独立的； 2）灵活性好； 3）结构上可分割； 4）易于实现和维护； 5）能促进标准化工作。 分层的缺

5、点：有些功能会在不同的层次中重复出现，产生额外开销。,几个重要的术语,实体(entity)：实体指每一层中的活动元素。实体可以是软件实体，也可以是硬件实体。 对等(peer to peer)实体：不同机器上位于同一层次、完成相同功能的实体。 协议(protocol)：控制两个对等实体进行通信的规则的集合。 协议由语法、语义和语序三大要素构成： （1）语义：规定协议元素的类型（“讲什么”） （2）语法：确定协议元素的格式（“如何讲”） （3）规则：确定通信过程中的状态变化（“答应关系”）,几个重要的术语,服务： 在网络分层结构模型中，每一层为相邻的上一层所提供的功能称为服务。包含两种不同形式的服

6、务：面向连接服务、无连接服务。 接口（服务访问点SAP）： 定义下层向其相邻的上层提供的服务及原语操作 。 服务访问点SAP：在同一系统中相邻两层的实体进行交换信息的地方。,计算机网络的分层模型,关于网络分层模型的一个类比,接口，对等实体，协议 ，实际路线,服务、接口、协议的说明,服务定义该层作些什么，而不管上面的层如何访问它或该层如何工作。服务定义了两层间的接口，上层是服务用户，下层是服务提供者。 协议是一组规则，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。 某一层的接口告诉上面的进程如何访问它，定义的是需要什么参数以及预期结果是什么样。(与该层如何工作无关) 只要不改变提供给上一

7、层的服务，协议可以改变。,计算机网络体系结构,我们将计算机网络系统中的层、各层中的协议以及层次之间接口的集合称为计算机网络体系结构 。网络体系结构实质上是一种网络功能层次化结构模型。 说明： 不同的网络体系结构中，分层的数量， 各层的名称、内容以及提供的服务有所不同,1.4.1 OSI参考模型,OSI参考模型 OSI/RM ：The Reference Model of Open System Interconnection 是一个定义连接异种计算机的标准体系结构 所谓开放是指任何计算机系统只要遵守这一国际标准，就能同其他位于世界上任何地方的、也遵守该标准的计算机系统进行通信。,ISO/OSI

8、七层模型,各层功能简介,1、物理层： 提供两结点间比特流的传送； 解决好包括传输介质、信道类型、数据与信号之间的转换、信号传输中的衰减和噪声等在内的一系列问题,给出关于物理接口的机械、电气、功能和规程特性 2、数据链路层：确保结点-结点间帧（frame）的正确传送； 在数据传输过程中提供了确认、差错控制和流量控制等机制,3、网络层: 确保源、目的主机间分组(packet)的正确传输； 网络层必须使用寻址方案 路由选择 提供拥塞控制机制 解决异构网络互连,4、传输层：负责端到端节点间数据传输和控制功能的层 (Segment)； 承上启下的层 传输层为了向会话层提供可靠的端到端传输服务 使用了差错

9、控制和流量控制等机制 数据分段,5、会话层：实现进程间通信的组织与同步 ； 包括：会话连接的建立、维持和中止； 提供同步服务。,6、表示层：用于处理在两个通信系统中交换信息的表示方式（为应用层提供对报文数据的表示、格式、处理等方面的服务）； 包括： 代码转换、数据压缩/解压、 加密/解密等 7、应用层：由若干的应用组成。网络通过应用层 为用户提供网络服务。 说明： 应用层不是应用程序,OSI模型中的数据传输过程,OSI模型中，同等实体间所传输的数据称为协议数据单元PDU (Protocel Data Unit) 小结： 1、从底层到高层各层名称不同； 2、各层有各层要解决的问题； 3、各层的

10、PDU 名称不同; 4、在实现功能的方法上：下三层大部分用硬件实现 高层基本通过软件实现,1.4.2 TCP/IP模型,TCP/IP参考模型也是层次结构，它是OSI模型的简化,TCP/IP 参考模型各层功能,应 用 层,运输 层,互联网层,子网层,包含所有的高层协议,提供可靠的端到端的数据通信,可以由不同的协议组成，来完成与网络的连接,使主机可以把分组发往目的主机,子网层的功能,负责接收从互联网层交来的IP数据报并将IP数据报通过底层物理网络发送出去，或从底层物理网络上接收物理帧，抽出IP数据报，交给互联网层。,互联网层的功能,负责将源主机的分组发送到目的主机上 1、处理来自运输层的分组发送请

11、求 组装 路由选择 2、处理接收到的数据 转发 或者 接收 3、处理互联的路径、流量控制与拥塞问题,运输层的功能,在源结点和目的结点的两个对等实体间提供可靠的端到端的数据通信 运输层协议提供了确认、差错控制和流量控制等机制 运输层还要提供不同应用程序的标识,应用层的功能,涉及为用户提供网络应用 应用层要处理高层协议、数据表达等任务。,各层主要协议,IP协议 是 TCP/IP 体系中两个最主要的协议之一 。与 IP 协议配套使用的还有四个协议： 地址解析协议 ARP (Address Resolution Protocol) 逆地址解析协议 RARP (Reverse Address Resol

12、ution Protocol) 因特网控制报文协议 ICMP (Internet Control Message Protocol) 因特网组管理协议 IGMP (Internet Group Management Protocol),网际协议 IP 及其配套协议,各种应用层协议,网络接口层,(TELNET, FTP, SMTP 等),物理硬件,运输层,TCP, UDP,应用层,ICMP,IP,RARP,ARP,与各种网络接口,网际层,IGMP,主机名,端口号,IP地址,MAC地址,不同的层使用不同的名字,传输控制协议 TCP（Transport Control Protocol）,TCP 以

13、虚电路的方式提供应用程序或进程之间端到端的通信 TCP具有以下特性: 面向连接(connection-oriented) 可靠(reliable) 在源端将上层的数据流划分成分段（segments）的形式。 在目的端将分段（segments）重新整合成数据流 重传机制 流控制,用户数据报协议 DUP（User Datagram Protocol）,UDP在主机之间提供不可靠的数据传输。 UDP的特性: 面向无连接connectionless 不提供对数据的检测 (不可靠unreliable) 以用户数据报形式传送信息，在目标端不需要重组数据。 不提供确认与流量控制 使用UDP协议的数据传输依赖

14、应用层提供可靠性检测。 UDP 不存在数据的分段或重组。,TCP常用于一次传输要交换大量报文的情形（如文件传输、远程登录等）. UDP 用于传送一次性数据较小的应用（如请求回应模式的DNS等），或对可靠性要求不高的实时语音视频传送。,典型的应用层协议的功能和作用,DNS：实现域名和IP地址之间的相互转换 SNMP：提供了一种监控和管理计算机网络的有效方法 HTTP：用来在浏览器和WWW服务器之间传送超文本的协议 SMTP：一个用于实现电子邮件传输的应用协议。 FTP：建立在TCP协议上，用于实现文件传输的协议 TFTP：建立在UDP协议之上用于提供小而简单的文件传输服务 Telnet：实现远程

15、登录服务,应用层协议的三种类型,依赖于面向连接的TCP协议，包括： 远程登录协议Telnet 简单邮件传输协议SMTP 文件传送协议FTP 超文本传送协议HTTP 依赖于面向无连接的UDP协议，包括： 简单网络管理协议SNMP 普通文件传送协议TFTP 既依赖于TCP协议，又依赖于UDP协议，包括： 域名系统DNS,1.4.3 OSI模型和TCP/IP模型的区别,相似之处 ： 两者都均采用了层次结构 两者都有网络层、运输层和应用层，但具体的功能有所不同，并不是严格意义上的对应。,不同之处,OSI参考模型有七层，TCP/IP模型有四层； TCP/IP模型没有专门的表示层和会话层，并将OSI参考模

16、型的数据链路层和物理层包括到一个网络接口层中； OSI参考模型在网络层和运输层都支持无连接和面向连接的两种服务；TCP/IP模型在互联网层只支持无连接的一种服务，而在运输层则支持连接和无连接两种服务； OSI参考模型仅作为概念上的模型被广泛使用，而TCP/IP模型则已经成为网络互连的事实标准。,1.5 网络硬件,在组建局域网时，无论采用哪种技术，都要涉及局域网组件的选择。局域网组网设备种类很多，下面主要介绍服务器和工作站、网卡、中继器、集线器、网桥、交换机、路由器和网关。,服务器和工作站,局域网中的计算机根据功能和作用的不同被分为两大类：一类是服务器，主要为其他计算机提供服务；另一类是工作站或客户机，主要是使用服务器所提供的服务。 服务器是网络的服务中心，通常由高档计算机承担。 工作站的功能通常比服务器弱，相应地对其在性能和配置上也就没那么高的要求。,网卡,网络适配器（简称网卡）可由不同的厂家生产。目前使用较多的是以太网类型的网卡。网卡用于实现计算机和传输介质之间的物理连接。 选购网卡时需考虑以下因素： 网络类型 传输速率 总线类型 网卡支持的电缆接口 价格与品牌,