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1、第五章 计算机网络技术,5.1 网络系统技术 5.2 网络传输技术 5.3 网络交换技术 5.4 TCP/IP协议 5.5 网络应用 5.6 下一代互连网络 5.7 计算机与网络的四大定律 5.8 中国IPv6 技术的展望,计算机技术与通信技术结合，构造信息处理与信息通信融为一体的信息网络，是一个新兴的研究领域。经过半个世纪的不断开拓，特别是随着最近几年互联网技术的快速发展，信息网络已成为一个国家或地区的信息基础设施，其规模和技术水平也成为衡量一个国家现代化水平和综合国力的标志。 信息网络技术包括网络系统技术、网络传输与交换技术、网络终端与人机接口技术、网络业务与网络应用技术等。,计算机网络的
2、先驱罗伯特梅特卡夫曾提出了一条网络技术的发展规律，即梅特卡夫法则，其核心是网络的价值以用户数量的平方的速度增长。这个法则告诉我们，若一个网络中有n个人，那么网络对于人的价值与网络中其他人的数量成正比，这样网络对所有人的总价值与n(n-1)= n2-n成正比。如果一个网络对于网络中每个人的价值是 1元，那么规模扩大10倍后，该网络对于每个人的总价值等于100元；规模扩大100倍后，该网络的对于每个人的总价值就等于10000元。由此可见，计算机网络的发展可以给人们带来巨大的财富。,根据国际电信联盟(ITU)提出的全球信息基础结构(GII)体系结构的框架性建议，可将网络结构进行垂直和水平的描述。垂直
3、描述是从功能上将网络分解为应用层、业务网和传送网等，简称为网络功能结构。水平描述则从用户如何接入网络的实际物理连接来划分网络，将网络分解为用户驻地网、接入网和核心网，简称为网络物理结构。,5.1 网络系统技术,1网络功能结构 (1) 应用层：可在各类业务网的平台之上为用户提供各种信息服务功能，如电子商务、远程教育等，还将不断出现新的信息应用。 (2) 业务网：是基于传送网提供各种通信业务的网络，包括公用电话交换网(PSTN)、帧中继(FR)网、宽带综合业务数字网(B-ISDN)、Internet、有线电视(CATV)网等。 (3) 传送网：又称为传送层，可再细分为通道层和物理层。传送层面向现有
4、的和将来的业务，提供传送资源的统一平台。,其中，物理层包含传递信息的所有物理手段，即传输设备以及连接设备的媒体，包括电缆、光缆、微波、卫星线路系统，复用设备，交叉连接设备，交换机的交换结构，数字配线架和光缆配线架等；通道层解决电路层和物理层间的适配问题。通道可看做一组标准化的电路，它通常是物理媒体所提供的全部传输能力(容量)的一部分，用来实现电路的经济、有效利用。,2网络物理结构 (1) 用户驻地网(CPN)：指用户终端至用户网络接口(UNI)之间所包含的网络设备，归用户所有，可大至工厂、大学的园区，小至普通居民住宅，其网络拓扑结构主要有总线型、星型、环型、树型及其混合结构。典型的用户驻地网是
5、计算机局域网(LAN)。 (2) 核心网(CN)：是完成信息传送和交换的主体骨干网络，包括骨干交换系统的骨干交换机和端交换机以及中继传输系统等。,(3) 接入网(AN)：由业务节点接口(SNI)和相关用户网络接口之间的一系列传送实体(线路设施和传输设施)组成，它是各类用户接入高速核心网的“桥梁”。图5.1给出了网络物理结构的一个具体实例图。,图5.1 网络物理结构的一个具体应用实例图,图5.2 某公安系统建设的二、三级网络系统体系结构图,图5.3 农行某支行安全备份组网的体系结构图,网络传输分为有线传输和无线传输两大类。有线传输采用光纤、同轴电缆、双绞线等传输媒体；无线传输采用卫星、微波、短波
6、、长波等传输媒体。当前，光纤传输技术和卫星通信技术分别是有线传输和无线传输中的两种主流技术。 计算机网络所采用的传输技术有两类，即广播式和点对点式，因此计算机网络按网络传输技术可以分为广播式网络和点对点式网络。,5.2 网络传输技术,1广播式网络(Broadcast Network) 在广播式网络中，所有联网计算机都共享一个公共信道。这种网络的特点是，当从网络中任何一台主机发出一个短报文时，网络中所有的主机都可以接收到。广播式网络通过报文中的“地址标识”来确定目标主机，它适用于距离短、范围小、网络内工作站点少的情况。 广播式网络中的目的地址分为单播地址、多播地址和广播地址三类。,2点对点式网络
7、(Point-to-point Network) 当在一个网络中成对的主机间存在着若干对的相互连接关系时，便组成了点对点式网络。这种网络的特点是，当源主机向目的主机发送“分组”信息时，分组信息可能经由一个或多个中间节点才能到达。,1网络信息交换方式 信息网络最基本的任务是传输和交换含有信息的信号，实现信息交换主要包括电路交换和存储转发两类。,5.3 网络交换技术,2网络节点 信息网络由用户端系统(广义的终端设备)、网络节点和链路组成。按照国际标准化组织ISO提出的“开放系统互连参考模型”(OSI/RM)的描述，网络系统由7个功能层组成，即物理层、数据链路层、网络层、传输层、会话层、表示层和应用
8、层。网络节点有三层功能，即上述前三层，其中物理层控制网络节点与终端设备的物理连接，数据链路层保证消息在相邻节点之间的正确传送，网络层负责消息在端到端之间的正确传送(路由控制和差错控制)和全网的高效运行(流量控制和拥塞控制)等。图5.4给出了OSI参考模型的层次结构。,图5.4 OSI参考模型层次结构图,1) OSI参考模型的分层原则 (1) 网中各节点都有相同的层次。 (2) 不同节点的同等层具有相同的功能。 (3) 同一节点内相邻层之间通过接口进行通信。 (4) 每一层使用下层提供的服务，并向其上层提供服务。 (5) 不同节点的同等层按照协议实现对等层之间的通信。,2) OSI各层的主要功能
9、 (1) 物理层(Physical Layer)：它以物理传输介质为数据链路层提供物理连接，使比特流透明地传送。HUB、耦合器、电缆、连接器、多路复用器、接收器等都是与物理层相关的设备。 (2) 数据链路层(Data Link Layer)：它在通信的实体之间建立数据链路连接，传送以帧为单位的数据，采用差错控制、流量控制等方法使有差错的物理线路改造成逻辑上无差错的数据链路。交换机是与数据链路层相关的设备。,(3) 网络层(Network Layer)：它的主要任务是通过路由算法，为分组通过通信子网选择最适当的路径，网络层要实现路由选择、拥塞控制域网络互连等功能。路由器是与网络层相关的设备。 (
10、4) 传输层(Transport Layer)：它向用户提供可靠的端到端(End to End)服务，透明地传送报文。它向高层屏蔽了下层的数据通信的细节，因而是计算机通信体系结构中最关键的一层。,(5) 会话层(Session Layer)：它的主要任务是组织两个会话进程之间的通信，并管理数据交换。 (6) 表示层(Presentation Layer)：它主要处理两个通信系统中交换信息的表示方式。它包括数据格式变换、数据加密与解密、数据压缩与恢复等功能。 (7) 应用层(Application Layer)：它是OSI模型中的最高层，它提供应用进程所需要的 信息交换和远程操作，而且还要作为应
11、用进程的用户的代理(User Agent)来完成一些为进行信息交换所必需的功能。,伴随着Internet在全球的快速应用，Internet的体系结构已成为事实上的工业标准。Internet的特点是其网络层采用网际协议IP(Internet Protocol)，传输层采用传输控制协议TCP(Transport Control Protocol)，通常简称为TCP/IP协议。Internet将开放系统互连的会话层、表示层和应用层统称为应用层，发展了一批应用层协议，如电子邮件(SMTP)、文件传送(FTP)、远程登录(Telnet)、万维网(WWW)等协议。Internet将数据链路层和物理层统称为
12、物理网，采用常用的各种国际标准。,TCP/IP是Transmission Control Protocol/Internet Protocol的缩写，中文译名为传输控制协议/因特网协议，又叫网络通信协议。这个协议是Internet最基本的协议，也是Internet的基础。简单地说，TCP/IP协议是由网络层的IP协议和传输层的TCP协议组成的。,5.4 TCP/IP协议,TCP/IP 定义了电子设备(比如计算机)如何接入因特网，以及数据如何在它们之间传输的标准。TCP/IP是一个四层的分层体系结构。高层为传输控制协议，它负责聚集信息或把文件拆分成更小的包；低层是网际协议，它处理每个包的地址部分
13、，使这些包正确地到达目的地。TCP/IP结构与OSI结构的对应关系如表5.1所示。,表5.1 TCP/IP结构与OSI结构对应表,1网络接口层协议 网络接口层包含了OSI/RM模型中的物理层和数据链路层。其中，物理层定义物理介质的各种特性，具体有机械特性、电子特性、功能特性和规程特性等；数据链路层负责接收IP数据报并通过网络将其发送；或者从网络上接收物理帧，抽出IP数据报，交给IP层。常见的网络接口层协议有Ethernet 802.3、Token Ring 802.5、X.25、Frame Relay、HDLC、PPP ATM等。,2网络层协议 网络层负责相邻计算机之间的通信，其功能包括以下三
14、方面： (1) 处理来自传输层的分组发送请求，收到请求后，将分组装入IP数据报，填充报头，选择去往信宿机的路径，然后将数据报发往适当的网络接口。 (2) 处理输入数据报：首先检查合法性，然后进行寻径，假如该数据报已到达信宿机则去掉报头，将剩下的部分交给适当的传输协议；假如该数据报尚未到达信宿机，则转发该数据报。,(3) 处理路径、流控、拥塞等问题。 网络层包括IP、ICMP(Internet Control Message Protocol，控制报文协议)、ARP(Address Resolution Protocol，地址转换协议)和RARP(Reverse ARP，反向地址转换协议)等协议
15、。其中IP是网络层的核心，通过路由选择将IP封装后交给接口层。IP数据报是无连接服务。ICMP是网络层的补充，可以回送报文，用来检测网络是否通畅。Ping命令就是发送ICMP的echo包，通过回送的echo relay进行网络测试。ARP为正向地址解析协议，通过已知的IP，寻找对应主机的MAC地址。RARP为反向地址解析协议，通过MAC地址确定IP地址，如无盘工作站和DHCP服务。,3传输层协议 传输层提供应用程序间的通信，其功能包括格式化信息流及提供可靠传输。为了提供可靠传输，传输层协议规定接收端必须发回确认，并且假如分组丢失，必须重新发送。 传输层协议主要包括TCP和UDP(User Da
16、tagram Protocol，用户数据报协议)。,4应用层协议 应用层向用户提供一组常用的应用程序，比如电子邮件、文件传输访问、远程登录等。远程登录(Telnet)使用Telnet协议提供在网络其他主机上注册的接口。Telnet会话提供了 基于字符的虚拟终端。文件传输访问(FTP)使用FTP协议来提供网络内机器间的文件拷贝功能。 应用层一般是面向用户的服务，如FTP、Telnet、DNS、SMTP、POP3。,FTP(File Transmision Protocol)是文件传输协议，一般上传下载用FTP服务，数据端口是20H，控制端口是21H。 Telnet服务是用户远程登录服务，使用23H端口，使用明码传送，虽然保密性差，但是简单方便。 DNS(Domain Name Service)是域名解析服务，提供域名到IP地址之间的转换。 SMTP(Simple Mail Transfer Protocol)是简单邮件传输协议，用来控制信
