项目 2

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1、项目2 计算机网络基本理论,任务1 计算机网络体系结构 2.1.1计算机网络体系结构的形成 2.1.2 OSI参考模型 2.1.3 TCP/IP参考模型 任务 2 数据通信基础 2.2.1 数据通信的基本概念 2.2.2 传输技术 2.2.3 通信传输媒介 2.3.5 电子工业联合会（EIA）,目录,任务3 标准化组织 2.3.1 国际标准化组织（ISO） 2.3.2 电器电子工程师协会（IEEE） 2.3.3 国际电信联盟电信标准化部（ITU-T） 2.3.4 美国国家标准化协会（ANSI）,2.1.1 计算机网络体系结构的形成 1.计算机网络的分层模型 所谓网络的体系结构（Architec

2、ture）就是计算机网络各层次及其协议的集合。层次结构一般以垂直分层模型来表示。,任务 1 计算机网络体系结构,（1）层次结构的要点 除了在物理媒体上进行的是实通信之外，其余各对等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/n-1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.计算机网络的分层模型,（2）层次结构划分的原则 每层的功能应是明确的，并且是相互独立的。当某一层的具体实现方法更新时，只要保持上、下层的接口不变，便不会对邻居产生影响。 层间接口必须清晰，跨越接口的信息量应尽可能少。 层数应适中。若层数太少，则造成每

3、一层的协议太复杂；若层数太多，则体系结构过于复杂，使描述和实现各层功能变得困难。,1.计算机网络的分层模型,（3）网络的体系结构的特点 以功能作为划分层次的基础。 第n层的实体在实现自身定义的功能时，只能使用第n-1层提供的服务。 第n层在向第n+1层提供的服务时，此服务不仅包含第n层本身的功能，还包含由下层服务提供的功能。 仅在相邻层间有接口，且所提供服务的具体实现细节对上一层完全屏蔽。,1.计算机网络的分层模型,1.计算机网络的分层模型,1.计算机网络的分层模型,需要说明的是，即使遵循了网络分层原则，不同的网络组织机构或生产厂商所给出的计算机网络体系结构也不一定是相同的，关于层的数量、各层

4、的名称、内容与功能都可能会有所不同。网络体系结构是从体系结构的角度来研究和设计计算机网络体系的，其核心是网络系统的逻辑结构和功能分配定义，即描述实现不同计算机系统之间互连和通信的方法和结构，是层和协议的集合。通常采用结构化设计方法，将计算机网络系统划分成若干功能模块，形成层次分明的网络体系结构。,2.网络协议,协议是用来描述进程之间信息交换数据时的规则术语（参见“法律学”对于“协议”的定义）。在计算机网络中，两个相互通信的实体处在不同的地理位置，其上的两个进程相互通信，需要通过交换信息来协调它们的动作达到同步，而信息的交换必须按照预先共同约定好的规则进行。,2.网络协议,网络协议是由三个要素组

5、成： (1) 语义。语义是解释控制信息每个部分的意义。它规定了需要发出何种控制信息，以及完成的动作与做出什么样的响应。 (2) 语法。语法是用户数据与控制信息的结构与格式，以及数据出现的顺序。 (3) 时序。时序是对事件发生顺序的详细说明。（也可称为“同步”）。 人们形象地把这三个要素描述为：语义表示要做什么，语法表示要怎么做，时序表示做的顺序。,2.1.2 OSI参考模型,OSI参考模型共分七层，自底向上为物理层(Physical)、数据链路层(Data link)、 网络层(Network)、传输层(Transport)、会话层(Session)、表示层( Presentation) 和应

6、用层(Application)，如图2.2所示。OSI 参考模型描述了终端与计算机或计算机与计算机之间的对话是如何进行的。设计这一模型的目的是为了保证不同厂家设备之间可以相互通信。,2.1.2 OSI参考模型,2.1.2 OSI参考模型,1、物理层 物理层是最底层，提供电气连接与信号方式，其上各层的通信均需通过物理层。它主要任务是实现网络内两个实体间的物理连接， 提供在计算机之间传递二进制数据的能力。 主要有“1”和“0”的电平值、连接器插脚个数、尺寸、编码等规定。 2、数据链路层 数据链路层的主要功能是将数据包封装为帧；对等层通信，将帧交付给另一个节点的数据链路层；差错检测和流量控制。,2.

7、1.2 OSI参考模型,3、网络层 网络层主要负责存储和转发数据包，为数据包的传输提供路由选择和拥塞控制，根据网络条件、业务优先级和其它因素决定数据传送的物理路径。 4、传输层 传输层使用网络层提供的路由选择及网际服务，从而在两个节点间建立通信，提供两端点之间的可靠、透明的数据传输，执行端到端差错控制等，并为会话层提供服务。 5、会话层 话层能使不同机器上的用户之间建立会话关系，通过网络进行通信、名称识别、登录、管理和其它类似的功能。,2.1.2 OSI参考模型,6、表示层 表示层是为用户进程之间传输的信息提供表示方法，完成数据转换、加密、格式化和压缩等任务。表示层最重要的一个功能就是提供了一

8、种公用语言，使不同类型的计算机可以相互通信、相互理解。 7、应用层 应用层是OSI参考模型的最顶层，是为用户服务的层次，用户可以直接控制它。 网络操作系统的所有应用程序都驻留在这一层。应用层负责为应用程序提供网络环境和各种服务，分配网络资源，建立应用程序包。具体的有事务管理服务、文件传送和电子邮件服务等。本层的功能主要由用户或应用决定。,2.1.3 TCP/IP参考模型,1、体系结构 TCP/IP 协议是目前最流行的商业化网络协议，尽管它不是某一标准化组织提出的正式标准，但它已经被公认为目前的工业标准或“ 事实标准 ”。因特网之所以能迅速发展，就是因为 TCP/IP 协议能够适应和满足世界范围

9、内数据通信的需要。层次结构如下图所示：,2.1.3 TCP/IP参考模型,2.1.3 TCP/IP参考模型,2、TCP/IP 协议的特点 (1)开放的协议标准，可以免费使用，并且独立于特定的计算机硬件与操作系统。 (2)独立于特定的网络硬件，可以运行在局域网、广域网以及互联网中。 (3)统一的网络地址分配方案，使得整个 TCP/IP 设备在网中都有惟一的地址。 (4)标准化的高层协议，可以提供多种可靠的用户服务。,2.1.3 TCP/IP参考模型,3、 TCP/IP 体系结构中各层的功能 TCP/IP是一组用于实现网络互连的通信协议。Internet网络体系结构以TCP/IP为核心，基于TCP

10、/IP的参考模型将协议分成四个层次，它们分别是：网络访问层、网际互连层、传输层（主机到主机）应用层。,2.1.3 TCP/IP参考模型,（1）网络接入层（即主机-网络层） 网络接入层与OSI参考模型中的物理层和数据链路层相对应。它负责监视数据在主机和网络之间的交换。事实上，TCP/IP本身并未定义该层的协议，而由参与互连的各网络使用自己的物理层和数据链路层协议，然后与TCP/IP的网络接入层进行连接。,2.1.3 TCP/IP参考模型,（2）网络层 网络层对应于OSI参考模型的网络层，它所包含的协议设计数据包在整个网络上的逻辑传输。该层有三个主要协议：网际协议（IP）、互联网组管理协议（IGM

11、P）和互联网控制报文协议（ICMP）。IP协议是网际互联层最重要的协议，它提供的是一个不可靠、无连接的数据报传递服务。,2.1.3 TCP/IP参考模型,（3）传输层 传输层对应于OSI参考模型的传输层，为应用层实体提供端到端的通信功能，保证了数据包的顺序传送及数据的完整性。该层定义了两个主要的协议：传输控制协议（TCP）和用户数据报协议（UDP)。,2.1.3 TCP/IP参考模型,3、 TCP/IP 体系结构中各层的功能 TCP/IP是一组用于实现网络互连的通信协议。Internet网络体系结构以TCP/IP为核心，基于TCP/IP的参考模型将协议分成四个层次，它们分别是：网络访问层、网际

12、互连层、传输层（主机到主机）应用层。,2.1.3 TCP/IP参考模型,（4）应用层 应用层对应于OSI参考模型的高层，为用户提供所需要的各种服务，例如：FTP、Telnet、DNS、SMTP等。,4、 TCP/IP与OSI参考模型的异同点,(1)共同点 OSI参考模型和TCP/IP参考模型都采用了层次结构的概念； 都能够提供面向连接和无连接两种通信服务机制。,4、 TCP/IP与OSI参考模型的异同点,(2)不同点 前者是七层模型，后者是四层结构； 对可靠性要求不同（后者更高）； OSI模型是在协议开发前设计的, 具有通用性。CP/IP是先有协议集然后建立模型, 不适用于非TCP/IP网络。

13、 实际市场应用不同，OSI模型只是理论上的模型，并没有成熟的产品，而TCP/IP已经成为“实际上的国际标准”。,任务2 数据通信基础,2.2.1 数据通信的基本概念 1、信息、数据和信号 信息是指有用的知识或消息， 计算机网络通信的目的就是为了交换信息。而数据则是信息的表达方式，其可以是数字、文字、声音、图形和图象等多种不同形式。就好比你如果要向朋友传递“某一天是你的生日”的信息时，总是要以某种方式表达出来，如直接用话语告诉他，或用书面文字告诉他，也可以用图片示意他。在计算机系统中，我们统一以二进制代码表示数据的不同形式。而当这些二进制代码表示的数据要通过物理介质和器件进行传输时，还需要将其转

14、变成物理信号，信号（Signal）是数据在传输过程中的电磁波表示形式。,2.2.1 数据通信的基本概念,2、模拟信号与数字信号 作为数据的电磁波表达形式，信号一般以时间为自变量，以表示数据的某个参量如振幅、频率或相位为因变量。并且按其因变量对时间的取值是否连续被分为模拟信号和数字信号。模拟信号是指信号的因变量随时间连续变化的信号，如图2.4（左）所示。电视图像信号、语音信号、温度压力传感器的输出信号以及许多遥感遥测信号都是模拟信号。数字信号是指信号的因变量不随时间连续变化的信号，通常表现为离散的脉冲形式，可表示为x（n T），如图2.4（右）所示。显然，在数字信号中，因变量取值状态是有限的。计

15、算机数据、数字电话和数字电视等传输的信号都可看成是数字信号。,2.2.1 数据通信的基本概念,2.2.1 数据通信的基本概念,3.数据通信 数据通信是通信技术和计算机技术相结合而产生的一种新的通信方式。要在两地间传输信息必须有传输信道，根据传输媒体的不同，有有线数据通信与无线数据通信之分。但它们都是通过传输信道将数据终端与计算机联结起来，而使不同地点的数据终端实现软、硬件和信息资源的共享。,2.2.1 数据通信的基本概念,4、信源、信宿和信道 在数据通信中，我们通常将数据的发送方称为信源，而将数据的接收方称为信宿。信源和信宿一般是计算机或其它一些数据终端设备。为了在信源和信宿之间实现有效的数据

16、传输，必须在信源和信宿之间建立一条传送信号的物理信道，这条信道被称为物理信道，简称信道。信道建立在传输介质之上，但包括了传输介质和附属的通信设备。通常，多路复用技术同一传输介质上可提供多条信道，一条信道允许一路信号通过。按传输介质的类型来划分，信道被分为有线信道和无线信道；按信道中所传输的信号类型来划分，信道可被分为模拟信道和数字信道。,2.2.1 数据通信的基本概念,5、信道带宽与数据传输速率 信道带宽是指信道的频率宽度，即信道所能传输信号的频率范围。数据传输速率是指 单位时间内信道上所能传输的数据量，通常以每秒比特（bit per second，简写为bps）作为数据传输速率的基本单位。由于信道带宽越大，则数据传输速率就可以越高，所以常常将 这两个概念等同起来。,2.2.1 数据通信的基本概念,6、多路复用 多路复用是指两个或多个用户共享公用信道的一种机制。通过多路复用技术，多个终端能共享一条高速信道，从而达到节省信道资源的目的，多路复用有频分多路复用（FDMA），时分多路复用（TDMA），码分多路复用（CDMA）几种。,2.2.1